抗滑阻燃沥青路面降噪性能的研究与应用＊

丁庆军 徐 敏 黄绍龙 刘祖国 黄 跃 胡曙光

（武汉理工大学材料学院1） 武汉 430070） （武汉市城市高速出口公路指挥部2） 武汉 430345）

抗滑阻燃沥青路面（NAFA）不但有好的路面抗滑性能和优异的防火阻燃功能，而且具有吸收路面噪声，消除轮胎泵浦效应，降低路面噪声的功能，是解决道路噪声污染的重要途径之一.笔者利用吸声系数法研究了 NAFA－13，SMA－13，AC－13C3种路面材料的降噪性能，并于2007年8月在武汉－英山高速公路（谌家矶段）K7＋550～K7＋960右幅铺设抗滑阻燃沥青路面试验路段（左幅为原AC－13C设计方案作为对比研究路面），通过路面噪声测试对抗滑阻燃路面的降噪性能进行了测试与评价.

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

采用湖北国创高新材料股份有限公司生产的阻燃高粘改性沥青，其性能指标见表1；石料选用湖北黄陂玄武岩；纤维为深圳海川工程科技有限公司生产的聚酯纤维.

1.2 试验方法

目前评价道面材料降噪性能的主要方法是吸声系数法［1］，即材料吸收的声能与入射到材料的总声能的比值［2］，见式（1）

表1 阻燃高粘改性沥青主要性能指标

式中：α为材料的吸声吸收，%；Eα为材料吸收的声能；Ei为入射总声能.

通常在测量材料的吸声特性时，可采用管测法和混响室法［3］.管测法又有驻波管法和传递函数法.为了更能准确地评价沥青路面的降噪性能，本文同时采用驻波管法和混响室法测试路面材料的吸声系数.

1.2.1 驻波管法 驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度.驻波管法所用仪器为Awab122型智能电声测试仪.驻波管测量的设备，应由驻波管、声源系统、探测器及指示部分装置等部分所组成［4］，如图1所示.

图1 驻波管测量设备

1.2.2 混响室法 混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例［5］.混响法所用设备是B＆K4417型建筑声学测量仪、B＆K4190型传声器、B＆K型前置放大器，混响室的体积大于200m3.

混响法测量无规则入射吸声系数的方法是：先测定混响时间，应测量空室混响时间和放入材料的混响时间，即对以下中心频率的1／3倍频程序列进行测量：100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000，2500，3150，4000，5000.吸声系数由各频段的混响时间应按下式［6］计算.

式中：αs为混响室法吸声系数，αs可能大于1，因此不以百分数表示；V为混响室体积，m3；S为试件面积，m2；C为空气中声速，m／s；T60－1为未放入试件前的混响时间，s；T60－2为放入试件后的混响时间，s.

1.3 材料制备

参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004），设计矿料级配，见表2.

表2 3种路面材料的矿料级配

采用SBS改性沥青作为胶结料，根据表2设计的级配确定最佳油石比制备NAFA－13，SMA－13，AC－13C沥青混合料.并分别测定其路用性能列于表3.

表3 3种沥青路面材料路用性能测试

3种沥青路面材料的各项路用性能测试结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004），完全满足工程施工要求.

2 结果和讨论

2.1 驻波管法测试结果

汽车行驶时轮胎与路面相互作用的噪声，其峰值频率对于小汽车为800～1 200Hz，对于载重汽车为600～800Hz［7］，笔者测试了材料在400～1 300Hz范围内的吸声系数，利用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上路面材料的吸声性能.吸声系数曲线见图2，三种材料的平均吸声系数与峰值吸声系数列于表4.

表4 路面材料的平均吸声系数和峰值吸声系数

2.2 混响室法测试结果

混响室法测定NAFA－13吸声系数，吸声系数曲线见图3，降噪系数见表5.

图2 路面材料的吸声系数

表5 NAFA－13的降噪系数

图3 NAFA－13的吸声系数

2.3 讨 论

驻波 管 测 试 的 结 果 表 明，AC，SMA 和NAFA都有一定的吸声降噪功能，不同的沥青混合料对于不同频率声波的吸收效果不同，AC－13C在高噪频区域的吸声效果较好，对于900Hz以上的高频声波保持着约0.30的吸声系数；与AC－13C相比，SMA－13的整体吸声性能好，平均吸声系数达到0.24以上，较AC－13C提高了约0.02，但是SMA－13对于低噪频区域的吸声效率更为优越，在800Hz的吸声系数峰值达到0.40以上；NAFA的吸声系数是3种路面材料中最好的，其平均吸声系数达到0.40以上，提高了近一倍，在测试的噪频区域内，NAFA－13基本保持了在0.30以上的吸声系数，在高噪频区域的吸声系数保持在0.40以上，峰值吸声系数高达0.67.由于实验方法的差异，混响室法测试的结果与驻波管法测试的数据并非完全吻合，但大体反应的趋势基本相同.混响室法所测的NAFA－13平均吸声系数为0.45，在测试的噪频区域内，NAFA－13同样保持了0.30以上的吸声系数，在高噪频区域的吸声系数保持在0.50以上，峰值吸声系数高达1.00.可见NAFA的吸声性能远优于SMA与AC，是一种性能优良的降噪沥青路面材料.

只有材料的孔隙对表面开孔，孔隙连通，且孔隙深入材料内部，才能有效吸收声能［8－9］.沥青混合料的孔隙率包括连通孔隙、半封闭孔隙和全封闭孔隙.前两个孔隙对降噪起作用故称为有效孔隙，有效孔隙率越大，峰值吸声系数也越大，两者呈线性关系［10］.3种路面材料中NAFA的有效孔隙率最大，峰值吸声系数也最大.由此，3种路面材料中有效空隙率最高的NAFA具有更为优良的吸声性能，而SMA采用断级配设计，路面的表面构造发达，存在大量半开口孔隙，所以SMA的吸声降噪性能优于AC混合料［11］.

另外，沥青混凝土路面构造是一种随机构造，但研究者将沿车道方向的表面构造断面形状看作一种波谱，进而可简化为正弦或余弦波.德国研究者认为随着构造波长的减小和波幅的增加，声学效果会改善.因为这种构造可减小轮胎的振动并形成有吸收噪声或反射噪声效果的多孔表面.根据这个原理，低噪声路面结构构造深度大、空隙多的沥青混凝土表面.总之，NAFA是一种开级配设计的多孔隙结构的沥青路面材料，有效孔隙率多，表面构造发达，吸声降噪效果明显好于SMA与AC沥青路面材料.

3 工程应用研究

3.1 测试方法

2007年8月，课题组在武汉－英山高速公路（谌家矶段）K7＋550～K7＋960段铺设NAFA试验路段，参照文献［12］进行路面噪声的现场测试.测试分为车外噪声测试和车内噪声测试两部分，车外测试主要考察车辆行驶过程中对沿线环境造成的噪音污染状况，如图4所示，测试话筒设置在距测试车辆行驶中心7.5m，距地面1.2m处，在前后10m的区域内测试车辆必须以测试速度匀速行驶，测试时要求四周50m内无大型的建筑物和噪声源.采用DT－8852型噪音计进行测量并采集测试车辆行驶通过测试点的噪声最大值，测试车辆选取北京现代途胜越野车（小型车）和东风劲诺140卡车（重型车），测试速度分别为50，80和100km／h.

车内噪声测试主要考察车辆行驶过程中对于车内环境的影响，车内噪声污染会严重影响司机及乘车人员的心情，造成交通安全隐患，车内噪声测试话筒设计如图5所示，噪声计测试档位为快档（时间响应125ms），测试车辆为北京现代途胜越野车（小型车），分别测试车辆在50，80和100 km／h匀速行驶状态下的噪声均值，匀速行驶噪声采集时间必须在100s以上，并且无外部噪声影响.

图4 车外噪声测试示意图

图5 车内噪声测试示意图

3.2 车内噪声测试

分别测试北京现代越野车和东风重型卡车在不同时速下的外部噪声水平，计算NAFA沥青路面的降噪水平，测试及计算结果列于表6，路面的噪声水平见图6.

表6 试验段车外噪声测试结果

图6 车外噪声测试降噪水平曲线

研究发现，抗滑阻燃沥青路面NAFA的降噪水平明显优于AC－13C路面，在100km／h的时速下分别较低4.7dBA和3.6dBA，同时NAFA路面的降噪性能与车型、车速密切相关，车辆行驶速度越高，降噪效果越好，小型车的降噪效果明显好于重型卡车，分析认为，车辆行驶的噪声可以分为车体自身噪声、轮胎与路面的泵浦效应两部分，车体自身噪声主要是由于发动机、齿轮箱、排气管及车身等振动产生，抗滑阻燃路面NAFA－13的吸声性能明显优于AC－13C，特别是在小汽车噪频率800～1200Hz区域，NAFA的吸声效果更为优良，所以NAFA对于小型车的降噪效果好于重型车.另外，车辆高速行驶时，轮胎与路面间的泵浦效应剧烈，而抗滑阻燃路面粗糙的表面及大量的连通空隙可以有效消除泵浦效应，降低路面噪声，小型车的车况较好、时速一般很高，所以泵浦效应强烈，抗滑阻燃沥青路面NAFA的多孔结构有利于泵浦效应的消除，而重型车的车况较差，车辆振动噪声及发动机噪声都远高于小型车，是主要噪声源，而抗滑阻燃沥青路面在重型车噪声频率区域（600～800Hz）的吸声降噪能力相对有限，所以在同时速状态下，抗滑阻燃沥青路面对重型车的降噪效果差于小型车.

3.3 车内噪声测试

对测试车辆在不同时速行驶过程中车内的噪声进行采集检测，测试结果列于表7.

表7 车内噪声测试结果

测试结果表明，车辆在匀速行驶过程中的车内噪声明显低于车外噪声，NAFA沥青路面同样具有很好的降低车内噪声的效果，并且随着车速的提高，降噪效果越好，在时速100km／h时可有效降低噪声2.3dBA，所以，NAFA沥青路面不但能够降低车外的噪声污染，对于消除车内噪声，提高行车舒适性及安全性也是非常有效的.

4 结 束 语

通过测试抗滑阻燃沥青路面、SMA与AC沥青路面三种路面材料的吸声系数，评价各种路面材料的降噪性能，结果表明三种路面材料都有一定的吸声降噪性能，且NAFA的总体吸声性能优于SMA和AC，其最佳降噪频率区域为800～1 200Hz，说明有效孔隙率多，表面构造发达的沥青路面材料吸声性能好.通过对汉英高速公路（谌家矶段）NAFA沥青路面试验路段的噪声测试评价，发现NAFA沥青路面能够有效吸收路面噪声，对重型车的降噪水平达到3.6dBA，对小汽车的降噪效果更加明显，可降低近5dBA，且车辆的行驶速度越大降噪效果越好.

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