降噪路面技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展綜述

姚天宇

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江 哈 爾濱 1 50000）

降噪路面技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展綜述

姚天宇

（哈爾濱市市政工程設計院，黑龍江 哈 爾濱 1 50000）

針對市政道路路面噪聲問題及國內(nèi)外現(xiàn)有的降噪技術(shù)進行綜合論述。介紹了路面噪聲分類、來源及路面降噪措施，并分析了不同類型路面的降噪機理，進而探討了降噪技術(shù)發(fā)展的趨勢和方向。

市政道路;路面噪聲;噪聲分類;降噪路面;研究現(xiàn)狀

1 概 述

隨著城市化進程的逐步加快，城市規(guī)模不斷擴大，城市交通工具數(shù)量越來越多，功率越來越大，速度越來越快，交通噪聲已成為現(xiàn)代城市環(huán)境中最主要噪聲來源。高強度的噪聲不僅使工作人員增加生理負擔和能量消耗，而且使工作人員神經(jīng)緊張、心情煩躁、注意力不易集中、容易疲勞，影響其工作效率，也容易引起工傷，嚴重阻礙了國民經(jīng)濟建設，并給人們的身心健康造成巨大的傷害。因此，控制交通噪聲已成為一個亟待解決的問題。

2 路面噪聲分類及來源

2.1 車輛動力噪聲

車輛動力噪聲主要是由車輛的動力裝置及其相關(guān)部件引起的動力噪聲。車輛動力噪聲主要指動力系統(tǒng)輻射的噪聲。

發(fā)動機系統(tǒng)是主要噪聲源，包括進氣噪聲、排氣噪聲、冷卻風扇噪聲、燃燒噪聲及傳動機械噪聲等。動力噪聲的強度主要取決于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，與車速有直接關(guān)系，噪聲強度隨車速增大而增強。車輛爬坡時，隨著路面縱坡加大，噪聲也加大。

2.2 輪胎/路面噪聲

輪胎/路面噪聲是由于汽車在行駛時(一般認為在速度大于50 km/h的情況下)由于輪胎和路面之間的相互作用所產(chǎn)生的，其中還包括在特殊的行駛條件下，如急剎車、急轉(zhuǎn)彎、起步或路面有積水等情況產(chǎn)生的振鳴聲和濺水聲等[1]。其來源主要是：

（1）泵氣噪聲。當輪胎在路面上滾動時，輪胎上的花紋與路面接觸，花紋里的空氣被擠壓排出，形成局部的不穩(wěn)定空氣體積流。同時，當輪胎通過壓入路面的封閉洞穴時，空氣也會被擠壓出洞穴。接著當輪胎離開接觸面時，空氣又會迅速填充回輪胎的花紋和道路的洞穴之中。這種空氣體積流往返的運動形成單極子噪聲源。

（2）振動噪聲。主要是指由胎面和胎側(cè)振動引起的噪聲。

（3）空氣動力噪聲。主要是指輪胎旋轉(zhuǎn)時造成其周邊空氣壓力變動而產(chǎn)生紊流，使空氣振動而引起的噪聲。除非汽車以相當高的車速行駛，空氣動力噪聲一般不予考慮。

還有在急轉(zhuǎn)彎和緊急制動時與路面作用下產(chǎn)生自激振動噪聲等。輪胎/路面噪聲的大小與輪胎花紋構(gòu)造、路面特性及車速有關(guān)，且主要取決于車速，其強度隨車速的增大而增大。

3 路面降噪技術(shù)措施

近年來，國際上為降低公路交通噪聲采取了許多措施。實踐表明，改進汽車輪胎的降噪效果十分有限，僅可降低約1 dB，且其研究經(jīng)費巨大。20世紀80年代以來，英國、法國、荷蘭和比利時等國開展了開級配多空隙瀝青混凝土路面研究。據(jù)研究報道，開級配多空隙瀝青混凝土路面比密級配瀝青混凝土路面降低噪聲4～6 dB，雨天可降低8 dB，同時多空隙瀝青混凝土路面還具有排水性好、防水濺、抗漂滑和行車安全等優(yōu)點。低噪聲瀝青混凝土路面在國內(nèi)外受到了廣泛重視，并且在應用中取得了良好的效果。

低噪聲路面分為兩大類:一是多空隙瀝青混凝土路面；二是小粒徑超薄瀝青混凝土路面(鋪裝厚度為2～2.5 cm)。由于厚度薄，混合料級配中的最大粒徑都比較小，國外一般采用0/10和0/6這兩種級配，相當于我國的細粒式瀝青混凝土或瀝青砂。

從聲學角度講，輪胎與路面摩擦產(chǎn)生噪聲后，為減少噪聲的等級，一方面通過路面的構(gòu)造深度和空隙吸收噪聲，另一方面，通過表面的紋理(單位面積內(nèi)表面的構(gòu)造數(shù)量)反射噪聲，消耗噪聲的能量，這也正是多空隙瀝青混凝土路面和超薄瀝青混凝土路面能減少噪聲的主要機理。特別是超薄瀝青混凝土路面，由于顆粒小，相同面積表面的紋理多，降噪效果十分明顯。

4 國內(nèi)外典型降噪路面的研究現(xiàn)狀

4.1 多孔瀝青路面

多孔瀝青路面混凝土(Porous Asphalt，簡稱PA)與普通瀝青路面混凝土3%～6%的空隙率相比，它的空隙率高達15%～20%，甚至超過20%。由于空隙率大，雨水可以滲入路面之中，由路面中的連通孔隙向路面邊緣排走，因此，也稱之為排水性瀝青路面(Drainage Asphalt Pavement)。

4.1.1 國外多孔瀝青路面研究狀況

歐洲最早從20世紀50年代后期開始研究多孔瀝青路面，其中法國、丹麥、荷蘭和英國的研究成果較為突出。英國的交通研究實驗室 (TRL)于1950年末開發(fā)了多孔瀝青路面，并應用于機場跑道，1960年開始在公路上修筑試驗路。1984年以來，英國鋪筑了各種試驗路，目的是為了論證這種路面的降噪效果和耐久性。試驗路所用的瀝青結(jié)合料有100號瀝青、EVA改性瀝青、橡膠改性瀝青，有加纖維和不加纖維的，混合料中均摻加2%的消石灰。磨耗層厚度為4.5 cm，下層為36 cm厚的瀝青混凝土，磨耗層的空隙率達到20%左右。歐洲的多孔瀝青路面分為單層和雙層2種形式。單層多孔瀝青路面主要應用在荷蘭、法國和德國，鋪筑厚度一般為3～4 cm，孔隙率為20%～30%，可降低路面噪聲3～5 dB，使用壽命為8～10 a，建設費用比傳統(tǒng)瀝青路面高10%～25%[2]。雙層多孔瀝青路面主要應用在丹麥、法國和意大利，同時，荷蘭也在發(fā)展這種路面。雙層多孔瀝青路面的上層為滲透層，下層為排水層，比傳統(tǒng)瀝青路面降低噪聲8～9 dB，比單層多孔瀝青路面降低噪聲4 dB，空隙率一般為20%，建設費用比傳統(tǒng)瀝青路面高25%～35%；上層需要在下層未冷卻時鋪筑，并必須噴灑粘層油，使用壽命為8～10 a。多孔瀝青路面在美國一般被稱為開級配抗滑磨耗層(Open-Graded Asphalt Friction Course，簡稱OGFC)。OGFC于20世紀60年代由美國西部幾個州的混合料封層發(fā)展而來，鋪設厚度為15～20 mm，空隙率一般控制在15%左右。除上述國家外，比利時、日本、新加坡、馬來西亞等國家和地區(qū)，對多孔瀝青路面都進行了不同程度的研究和應用。

4.1.2 國內(nèi)多孔瀝青路面的研究狀況

OGFC型路面引入我國的時間不長，集中于中部及南部幾省?，F(xiàn)行“公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范”只是簡單提到了幾點技術(shù)標準，在我國的經(jīng)驗還很少，許多方面有待進一步研究。這種路面結(jié)構(gòu)在我國首先是在城市道路上應用，北京、廣州等大城市在20世紀90年代都先后鋪設了試驗路和實體工程。公路行業(yè)是在20世紀90年代后期開始研究使用的。交通部公路研究所先后在濟青高速公路、京滬高速公路(河北段)鋪設了試驗路。交通部公路科研所在中山市105國道改造項目中進行了部分開級配瀝青表層 (OGFC)試驗路段，于2003年3月至5月進行路面施工。交通部科教司在“九五”期間專門對“瀝青路面減噪技術(shù)的研究”立項研究。咸陽機場高速公路全長18.241 km，采用OGFC型路面結(jié)構(gòu)。

4.1.3 多孔瀝青路面的降噪機理

多孔吸聲材料內(nèi)部具有很多孔隙，孔隙間彼此連通，且通過表面與外界相通，輪胎滾動時，被壓縮的氣體能通暢地鉆入路面孔隙內(nèi)，減小泵吸現(xiàn)象，當聲波入射到材料表面時，一部分在材料表面反射，一部分則透入材料內(nèi)部向前傳播。在傳播中，引起孔隙中的空氣運動，與孔隙內(nèi)壁發(fā)生摩擦，由于存在粘滯性和熱傳導效應，將聲能轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。

4.2 橡膠瀝青路面

廢橡膠粉(CRM)應用于瀝青路面修筑，分為干法(Dry Process)和濕法(Wet Process)兩種方法。干法是先將廢橡膠粉(或顆粒)與集料拌和，然后加入瀝青拌制成廢橡膠改性瀝青 (Rubber-Modified Hot-Mix Asphalt)混合料，這種方法只能用于熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)；濕法是先將CRM與瀝青拌和，生成橡膠瀝青結(jié)合料 (Asphalt Rubber Binder Materials)，然后再與集料拌和。使用上述混合料鋪筑的路面稱為橡膠瀝青路面。在國際上，干法主要指橡膠粉改性瀝青混凝土(Rubber Modified Asphalt Concrete)，濕法則一般指橡膠瀝青混凝土(Asphalt Rubber Concrete)。

4.2.1 國外橡膠瀝青的研究狀況

現(xiàn)代意義上的橡膠瀝青混合料最早出現(xiàn)在20世紀40～60年代的美國。美國橡膠回收公司(Rubber Reclaiming Company)在20世紀40年代首先采用干拌法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)了Ramflex TM橡膠粉瀝青混合料；美國專家Charles McDdonald則首先采用濕拌法工藝，在20世紀60年代生產(chǎn)了Overflex TM橡膠瀝青混合料。最早對橡膠瀝青路面進行噪聲研究的是比利時，1981年，在其首都布魯塞爾的環(huán)道上鋪筑了 Drainasphalt(Asphalt Rubber Open Graded Hot Mix，開級配熱拌橡膠瀝青混合料)路面，噪聲測試結(jié)果表明，它可以降低噪聲8～10 dB，相當于75%的降噪效果[3]。1984年，法國在巴黎塞納河沿岸的城市道路上鋪筑了Drainasphalt路面。在沒有載重汽車時，可以降低噪聲3～5 dB；有5%的載重車時，可以降低噪聲2～3 dB。加拿大、英國、德國、日本、澳大利亞和奧地利等國家也進行了相應研究，至少可以降低50%的噪聲(3 dB)，一些試驗路甚至可以達到90%的降噪效果(10 dB)。

4.2.2 國內(nèi)橡膠瀝青研究狀況

目前，國內(nèi)的研究還處于試驗階段。2001年春，交通部公路科學研究所首次在鋼橋橋面鋪裝中采用了相當于瀝青用量30%的橡膠粉。該橋面經(jīng)受了4個夏季的超重交通考驗，基本保持完好，各項性能指標保持優(yōu)良。同年，由交通部設立、交通部公路科學研究所主持的西部交通科技項目“廢舊橡膠粉用于筑路的技術(shù)研究”，對橡膠瀝青及橡膠粉瀝青混合料(包括橡膠瀝青混合料和橡膠粉改性瀝青混合料)的路用性能及力學特性開展了全面、系統(tǒng)的研究。

4.2.3 橡膠瀝青路面的降噪機理

橡膠粉或橡膠顆粒具有較高的彈性，使其具有良好的吸收輪胎振動和沖擊的效果。同時橡膠瀝青混合料是一種阻尼較大的高分子復合材料，它對輪胎的振動具有較大的衰減作用，因而大大降低了輪胎路面的振動噪聲。

4.3 超薄瀝青磨耗層

一般來說，薄瀝青面層是指厚度介于傳統(tǒng)磨耗層(40～50 mm的瀝青混凝土,SMA或多孔瀝青等)和石屑封層(6～14 mm的表面處治或稀漿封層)之間的材料。國際上通常稱厚20～25 mm的瀝青混凝土為超薄瀝青磨耗層。它是一種小粒徑、多碎石、多孔的瀝青混合料，其底部采用瀝青封層，具有良好的密水性、抗滑性、抗車轍性和降噪性，是一種應用前景廣闊的高等級公路表層處治方式。

4.3.1國外超薄瀝青磨耗層的研究狀況

法國和西班牙將薄瀝青磨耗層(BBM)用于新路的表面層和老路面的養(yǎng)護，應用結(jié)果表明，它非常適合于重交通道路面層的養(yǎng)護。BBM混合料是明顯的間斷級配，空隙率為6%～12%，可能透水，必須鋪設厚黏層(通常采用改性瀝青結(jié)合料)使其密水。BBM所具有的良好的平整度、高粗糙度、高耐久性和低噪聲等優(yōu)良品質(zhì)，使其自1986年開始應用以來，在公路工程領域非常流行。英國也于20世紀90年代早期鋪筑了超薄瀝青磨耗層試驗路，其最大粒徑為14 mm，空隙率為20%，瀝青含量為5%左右[4]。最初的降噪水平為3～4 dB，等效于降低60%的交通量。

美國的Novachip(現(xiàn)為美國科氏材料公司的注冊商品)是著名的超薄瀝青磨耗層，它由法國Screg Routes Group的產(chǎn)品發(fā)展而來，在歐洲得到成功應用。瑞典、波蘭等國也對超薄瀝青混凝土進行了研究。

4.3.2 國內(nèi)超薄瀝青磨耗層的研究狀況

我國對超薄瀝青混凝土路面的研究起步較晚。20世紀90年代中后期，在北京、廣州等地的城市道路上，先后采用埃索改性瀝青鋪設了超薄瀝青磨耗層路面試驗段。為了使混合料的級配滿足構(gòu)造深度的要求，一般采用現(xiàn)行規(guī)范中II型級配。這種級配由于空隙率較大，其穩(wěn)定性不好，因此，實際的使用效果并不十分理想。

同時，交通部公路科學研究所采用斷級配密實原理研究超薄瀝青混合料，先后在濟青(濟南—青島)高速公路和京滬(北京—上海)高速公路上鋪設了試驗路段，并經(jīng)過了一年多的考驗。新鋪筑的超薄瀝青磨耗層路面降噪能力可達6～7 dB。

4.3.3 超薄瀝青磨耗層的降噪機理

由于超薄瀝青磨耗層具有發(fā)達的負紋理，一方面可以有效減少輪胎泵吸效應，另一方面可以在路表面多次反射，起到衰減、消耗噪聲能量的作用。而且，超薄瀝青混合料的公稱最大粒徑小，表面平整，輪胎、車輛振動小，降噪效果十分明顯。

5 結(jié)語

通過對路面噪聲及降噪技術(shù)的調(diào)研和分析，不難看出，今后隨著環(huán)境問題日趨凸顯，政府對環(huán)境保護的力度必將越來越大，研究路面降噪技術(shù)和低噪聲路面將大有可為，尤其是在城市道路上，低噪聲路面的應用前景十分廣闊。今后應該將主要研究內(nèi)容確定在如何降低由于輪胎和路面之間的相互作用所產(chǎn)生的交通噪聲?？梢詮臑r青路面的結(jié)構(gòu)入手，主要研究:降噪瀝青混合料配合比設計、技術(shù)指標、降噪瀝青混合料的路用性能評價，降噪瀝青路面施工注意事項、降噪路面的維護等，并重點研究降噪瀝青混合料的設計及性能評價。以期能從瀝青路面結(jié)構(gòu)方面來降低交通噪聲，并為降噪路面的配合比設計、性能評價以及施工和維護等方面提供參考。

[1]鄭鑫,雷學坤,章建龍,等.國內(nèi)外低噪聲瀝青路面研究狀況概述[J].公路與汽運,2007（3）:67-69.

[2]高穎匯.路面噪音來源及降噪路面技術(shù)綜述[C]//建筑科技與管理學術(shù)交流會論文集.北京：建筑科技與管理組委會,2014: 67-69.

[3]曹衛(wèi)東,陳旭,呂偉民.簡述國內(nèi)外低噪聲瀝青路面研究狀況[J].石油瀝青,2005（1）:50-54.

[4]王旭東.低噪聲瀝青路面結(jié)構(gòu)設計研究[J].公路交通科技,2003（1）:33-37.

U416.2

B

1009-7716（2017）01-0030-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.008

2016-10-15

姚天宇（1980-），黑龍江哈爾濱人，工學碩士，高級工程師，主要從事路橋工程設計及相關(guān)研究工作。