OGFC路面降噪效果研究

通過對路面噪聲的成因、降噪機理進行分析，并對長瀏S103鋪筑的OGFC路面與普通密級配路面測試結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)OGFC路面有比較顯著的降噪效果，降噪范圍在3.8～6.2dB之間，平均降噪5.3dB

引言

隨著社會的進步，我國的道路交通事業(yè)保持高速發(fā)展態(tài)勢，交通量明顯增大，車速顯著提高，噪聲的污染問題已經(jīng)嚴重影響到了人們的生活質(zhì)量，成為社會發(fā)展不可忽視的一大危害。大量研究表明，開級配排水式磨耗層（OGFC）以其較高的空隙率，在降噪方面作用明顯。本文通過對OGFC的基本降噪原理深入研究，結(jié)合瀏陽試驗路段的具體測試，探討OGFC路面的實際降噪效果并提出改進措施，以滿足人們對更高的生活質(zhì)量的需求。如何有效地采取措施降低路面噪聲，對于現(xiàn)實生活具有重要意義。

1.路面噪聲的成因

道路交通噪聲主要由車輛的動力裝置及其相關構(gòu)件引起的動力系統(tǒng)噪聲、傳動系統(tǒng)噪聲以及路面噪聲三部分組成。其中動力系統(tǒng)噪聲主要包括排氣噪聲，冷卻風扇噪聲、發(fā)動機噪聲。傳動系統(tǒng)噪聲主要是齒輪傳動所引起的機械噪聲。

輪胎與路面相互作用產(chǎn)生的噪聲稱之為路面噪聲。隨著車速的提高，噪聲貢獻率最大的因素不斷改變。當車輛處于低速行駛狀態(tài)時，車輛的的動力系統(tǒng)噪聲作用最顯著。但隨著車輛發(fā)動機改進及城市道路路況的不斷改觀，車速顯著提高，路面噪聲占車輛行駛噪聲的比例顯著增大。當車速達到50km/h時，路面噪聲就顯得比較突出；當車速超過60km/h時，路面噪聲會超過其他噪聲源，成為汽車行駛的主要噪聲源。因此，路面噪聲是道路交通的主要聲源之一。

路面噪聲一般分為兩個方面，一方面是輪胎與路面相互接觸產(chǎn)生直接噪聲；另一方面是輪胎振動引起車體激振而產(chǎn)生的間接噪聲。

直接噪聲：

（1）直接振動噪聲：輪胎材料的非均勻 性導致的胎面振動噪聲

（2）摩擦噪聲：輪胎與路面接觸產(chǎn)生滑動摩擦，輪胎被壓縮的胎 面與路面之間摩擦產(chǎn)生噪聲

（3）空氣泵吸噪聲：輪胎花紋與路面接觸區(qū)域前后的空氣抽吸作用產(chǎn)生

（4）空氣動力性噪聲：輪胎轉(zhuǎn)動和直線運動產(chǎn)生的空氣湍流振動

（5）磨損胎面噪聲：輪胎磨損后，胎面與路面接觸面減小，造成輪胎緩沖及抗摩擦能力減弱，導致摩擦增大，噪聲升高

（6）間接噪聲：間接振動噪聲：路面的平整度及粗糙度引起了諸如輪胎振動、路面振動以及輪胎激振車體而間接振動產(chǎn)生的噪聲

（7）降雨條件下輪胎下水膜存在導致車體滑動噪聲及飛濺噪聲

2.OGFC路面噪聲的降噪機理

OGFC路面內(nèi)部有大量孔隙，孔隙間相互連通成整體結(jié)構(gòu)。由于孔隙數(shù)量多，車輛通過局部孔隙可看作瞬時通過，并將輪胎下部及邊緣空氣快速壓縮至孔隙內(nèi)部，從而大大減小了空氣泵吸效應。車輛產(chǎn)生的噪聲輻射到路面材料表面。聲能量的一部分被反射，另一部分則沿著孔隙內(nèi)部傳播，聲能引起空氣振動并與孔隙內(nèi)部邊壁發(fā)生摩擦，聲能逐漸衰減最后轉(zhuǎn)化成熱能被消耗掉。

3.OGFC路面的降噪效果及分析

長沙至瀏陽的干線公路S103原為一條二級公路，現(xiàn)進行大修，加鋪瀝青面層，本次以K67+000～K68+000為試驗路段，鋪筑上面層。空隙率控制在20%，厚度4cm，采用中粒式OGFC-13，集料采用四檔輝綠巖材料和石灰?guī)r礦粉，結(jié)合料采用中石化SBS改性瀝青。配合比設計完成后的瀝青混合料經(jīng)過強度、水穩(wěn)性、高溫穩(wěn)定性及路用性能試驗，各項指標均滿足排水路面技術要求。

試驗路鋪筑后，研究人員參照《機動車輛噪聲測量方法》（GB1496-79）， 采用TES-1352H型噪聲計，先后四次去現(xiàn)場測試噪聲值，試驗車型是普通大眾轎車，測試數(shù)據(jù)如下表所示：

表一 （2015年1月）

路面類型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密級配 77.9 80.3 82.4 85.5

OGFC-13 72.1 73.2 74.2 76.4

降噪值（dB） 5.7 7.1 8.2 9.1

表二 （2015年4月）

路面類型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密級配 76.5 81.6 83.1 84.6

OGFC-13 73.3 76.4 76.8 77.6

降噪值（dB） 3.2 5.2 6.2 7.0

表三 （2015年7月）

路面類型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密級配 78.6 80.2 82.4 85.6

OGFC-13 75.6 76.4 78.0 80.2

降噪值（dB） 3.0 3.8 4.4 5.4

表四 （2015年10月）

路面類型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密級配 79.6 80.7 84.3 88.2

OGFC-13 76.3 77.1 80.1 83.5

降噪值（dB） 3.3 3.6 4.2 4.7

由圖表得出以下結(jié)論：

（1）汽車以不同速度行駛，無論行駛在密集配路面還是OGFC路面，車速高時比車速低時產(chǎn)生更大的噪聲值

（2）對比兩種路面的噪聲值發(fā)現(xiàn)，汽車在OGFC路面產(chǎn)生的噪聲值低于密集配路面，說明OGFC路面具有一定的降噪效果

（3）研究發(fā)現(xiàn)，汽車在不同時間以同種速度行駛在密集配路面上所產(chǎn)生的噪聲值范圍比在OGFC路面上所產(chǎn)生的噪聲值范圍更窄，分析認為：隨著時間的延續(xù)，OGFC路面降噪效果存在一定的波動性，這個波動性的發(fā)生與路面材料孔隙的填塞程度及連通孔隙空間結(jié)構(gòu)的變化密切相關

為了更加直觀看出降噪效果變化狀況，分別繪制降噪值變化及降噪百分比變化趨勢圖，圖表如下所示：

（4）無論汽車以何種速度行駛，OGFC路面都能夠適當降低噪聲值， 降噪范圍在3.0～9.1dB之間，均值達5.3dB

（5）隨著車速的提高，降噪值相應增大，說明車速越高OGFC路面降噪值越大；去除個別數(shù)據(jù)誤差可以發(fā)現(xiàn)：汽車在70Km/h后，降噪值與車速基本呈線性關系，且隨著時間的延續(xù)，線性斜率逐漸降低并趨于穩(wěn)定。

（6）汽車在不同時間以同種速度行駛，隨著時間的延續(xù)，降噪值呈遞減狀態(tài)，且初期遞減較快，后期變化不大?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，輪跡帶及路邊孔隙均有部分小顆粒碎石堵塞，且輪跡帶比路邊堵塞更加嚴重，這與試驗路鋪筑后并未采取任何疏通措施有關。分析認為，由于輪跡帶區(qū)域堵塞基本趨于飽和而路邊基本無明顯堵塞，所以降噪值基本趨于穩(wěn)定。

（7）在以上四條曲線中，除去10月份車速為50km/h時的數(shù)據(jù)有波動外，四條曲線均呈下降狀態(tài)，相關性較好，降噪百分比在任意車速下隨著時間延長均有所降低。車速為110km/h時，降噪效果從最初1月份的10.64%下降到最后僅為5.33%，變化幅度最大。對比表六和表五發(fā)現(xiàn)，降噪值與降噪百分比呈正相關。降噪值越高，降噪百分比越大，說明行車速度越大，路面降噪效果越明顯。

（8）在同一月份，車速高時比車速低時的降噪百分比大。雖然車速以等差數(shù)列試驗，但所產(chǎn)生的降噪百分比并不呈等差數(shù)列。從圖表可以看出，在1、4、7月份中車速為70km/h比車速為50km/h時的降噪百分比提升明顯，而在90km/h和110km/h時提升相對較小。

（9）試驗后期的10月份，四種車速的降噪百分比基本接近，這說明路面降噪效果已經(jīng)不如初期那么明顯。這與路面吸聲效果降低且孔隙堵塞基本趨于穩(wěn)定有關。

4.OGFC路面降噪的改進措施

（1）OGFC路面已在國內(nèi)外大量應用，但在國內(nèi)還沒有形成呈體系的設計方法。研究發(fā)現(xiàn)，一般具有孔隙率較大、公稱粒徑較小、構(gòu)造深度較大同時兼顧好耐久性相關指標的路面，降噪效果最好

（2）路面材料的通透性影響降噪效果。關于路面厚度對吸聲系數(shù)的影響，呼安東等、尹義林等均采用了駐波法對不同厚度的瀝青混合料配制的試件進行了測試，結(jié)果表明：大空隙低噪聲瀝青路面厚度選取4cm時降噪效果最佳。本次試驗路面厚度同樣借鑒了這個研究成果，降噪效果良好。

（3）國內(nèi)外相關研究表明，在瀝青混合料中摻入改性劑能夠明顯改善瀝青路面的吸聲性能。常見的瀝青改性劑有橡膠類、樹脂類及共聚物類。李鐵山通過比較橡膠瀝青、SBS改性瀝青及橡膠高粘高彈改性瀝青配制的OGFC路面，得出了橡膠高粘高彈改性瀝青路面降噪效果顯著好于橡膠瀝青路面及SBS改性瀝青路面，而且具有較好的路用性能。

結(jié)語

通過對瀝青路面的實際降噪效果進行測試和分析，發(fā)現(xiàn)OGFC路面可以降低一定程度的噪聲值，降噪效果比較明顯。但是OGFC路面降噪值存在一定的波動性，降噪效果隨時間并不呈明顯的相關性，所限于實驗數(shù)據(jù)的數(shù)量，可以在后期的持續(xù)觀測中得到更加明顯的結(jié)果。同時對降噪的影響因素進行了分析，提出了在瀝青混合料的空隙率、集料粒徑、路面厚度及外摻改性劑四個方面的改進措施，有利于OGFC路面在南方潮濕多雨條件下的持續(xù)應用。

致謝

論文是依托湖南省交通科技計劃項目 “南方多雨條件下防滑降噪瀝青路面耐久性能研究”完成的，項目編號為201303。非常感謝湖南省交通廳的大力支持。

土木工程應用技術湖南省研究生創(chuàng)新基地資助項目

（作者單位：中南林業(yè)科技大學 土木工程與力學學院）

作者簡介：劉威（1991-），男，在讀研究生，學士，目前主要從事道路工程方面的研究。