欧洲降噪路面研究应用与启示

蒙晓新

摘要：从路面降噪机理出发，指出从轮胎/路面接触方面降噪的方法包括使用更细的集料、形成内凹路面纹理、使用多孔路面和弹性/阻尼路面。分析了欧洲国家使用多空隙路面的效果及对应的实践问题及解决方法，列举新型路面的特点与应用情况，指出欧洲采用综合措施进行降低路面噪音。给出了欧洲实践对中国降噪路面的研究、规划、立法、信息公开方面的启示。

关键词：降噪路面；降噪途径；新型路面

1背景

欧洲的高人口密度与高通达性使人口与公路临近，交通噪音问题突出。常年在室外噪音高于40dB水平环境的睡眠者可能遭受轻微的健康问题，如睡眠紊乱和失眠；长期遭受噪音水平高于55dB的睡眠环境，会引发血压升高、心脏病[1]。基于人均环境的考虑，欧洲制定了道路环境要求，对道路噪音有一定要求，目标是实现白天噪音值低于55dB（A），夜晚噪音值低于50dB（A）。城市道路噪音已经构成居民区室外噪音的主要来源，而如何降低路面的噪音不仅仅是道路工作者的关注也是社会的关切。

从道路噪音产生的机理分析不同的降噪措施从而为实践提供指导将非常关键。欧洲在降噪路面方面已经有丰富的研究与工程实际经验，通过分析欧洲的降噪措施，将有利于国内制定更好的道路降噪路线规划与应对措施，提高城市的宜居环境。

2降噪途径

2.1路面噪音来源与应对措施

路面噪音来源有机动车自身震动噪音、轮胎与路面的接触噪音以及。研究表明，当车速超过50km/h时，轮胎与路面的接触噪音成为道路交通的主要噪音。轮胎与路面的接触噪音主要来自轮胎花纹与路面接触时产生压缩变形，挤压空气，而轮胎离开路面时空气又急速填回轮胎，这种不稳定的空气流变化产生了噪音。

从降低噪音解决方法方面，有降低机动车自身振动噪音、降低机动车轮胎与路面的接触噪音等途径。在降低机动車自身震动噪音方面，主要是机动车发动机技术的改进以及整体隔音技术的发展，而轮胎与路面的接触噪音则是道路工作者重点关注的方面。

路面纹理类型对路面噪音很重要。通过减轻轮胎与路面的接触情况，可以有效改善这种接触噪音程度。形成多纹理路面，噪音传递到路面而后反射的路径中，因纹理消耗的噪音能量就越大，从而达到降噪目的。平整与内凹表面的路面（图 1），其噪音较外凸表面的路面（图 2）噪音更小。因为路表的空隙相比集料造成更少的轮胎震动。因此，有空隙的平整路面比有凸起的路面有更好的声学特性。这种内凹路面纹理则通过混合料类型的选取与施工技术控制而达到平整表面内凹纹理。

通过使用更细的混合料，也可有效降低路面噪音。欧洲研究人员已经发现了路表集料尺寸在轮胎花纹震动方面起关键作用。更大集料尺寸的路面纹理趋于产生更大的噪音，研究发现相比14mm或16mm最大集料尺寸的密集配路面，使用5mm或6mm的最大集料尺寸能铺筑最安静的路面。更细集料构成的路面纹理对路面抗滑力也无大影响，因为影响路面抗滑性能的主要因素是混合料级配。使用耐磨的集料能提供更好的抗滑性能，更小的集料则增加了与轮胎的接触。

而通过多孔的路面，将轮胎路面接触的空气压力排泄放空，是降低路面噪音的高效方式。多孔的路面，其联通空隙能够释放轮胎路面接触时的压缩，空气通过路面空隙传播，由于摩擦和粘滞阻力，声能转变为热能后被吸收和耗散掉。

设置弹性轮胎路面接触，也可极大地降低路面噪音。尽管轮胎相对路面已属于弹性体，但在高速条件下车轮与路面的接触依然较硬。通过设置弹性的接触条件，降低轮胎与路面将的阻尼，从而使轮胎与路面的接触形成“柔性”状态，犹如设置地毯来隔音一般，可以有效降低路面噪音。

综合分析，降低路面轮胎产生噪音的方法有1）降低磨耗层集料最大尺寸到6-8mm；2）让路面提供空隙与内凹纹理而不是突出形成外凸纹理；3）如有可能使用多孔隙表面；4）使用弹性路面，或者高阻尼路面。降噪的措施有很多，需要综合使用各种措施来实现降低路面噪音，而路面表层是解决问题的关键所在。

2.2传统多空隙路面降噪

2.2.1多孔路面降噪

欧洲使用最多的降噪方式是采用多孔隙路面（PA，Porous asphalt）多孔路面通过间断级配的骨架结构形成大孔隙结构，采用改性沥青胶结料形成玛蹄脂以保证混合料的粘结与整体结构功能。多数欧洲国家的实践表明，长期而言降噪路面长期也有一定程度的降噪效果，全寿命内有2-5dB（A）的效果[2]。多空隙路面也会遇到使用寿命与养护问题，但根据丹麦的研究，基于降噪单位造价，多孔隙沥青路面效果是降噪屏障的3.5-4.5倍，依然具有优势。双层的多孔隙沥青路面降噪为5-8dB（A），双层多孔隙沥青路面降噪效果还会因为空隙堵塞和麻面以0.4 dB（A）/年的衰减，有时甚至达到2dB（A）/年[3]。

在芬兰，65%的国家道路网现在使用PA路面。芬兰发现使用更小的集料的PA在降噪方面非常有效。在法国和意大利，PA在高速上很普遍。上述国家的PA罩面寿命在12-15年。开始采用单层的多空隙路面，主要为了排水，后续为了降噪，开始采用双层的多空隙路面，即上层较细粒与下层较粗的多孔隙混合料，从而即可透水降噪也能减缓空隙的堵塞。双层体系包括一层更粗的多孔隙下层与细的多孔隙面层。下层一般最大粒径为11-14mm，厚4-5cm，面层最大粒径6-8mm，厚25mm-30mm。这种双层体系路面非常安静，也能排水，尽管面层会出现随使用时间而可能堵塞的问题，但面层保持渗水效果，路面就会保持干爽，使得下层远离了堵塞，其排水作用依然存在。

2.2.2多孔路面实践问题与解决

面层的堵塞问题，欧洲实践发现快车道上较少出现这种问题，由于快车道快速行驶能够泵吸部分堵塞物质，或者直接采用外力来清理堵塞。欧洲有两种方法解决PA面层的堵塞：一种是将PA仅用于高速路上（一般用于时速超过50公里的路段），高速行驶的轮胎将水压进空隙中然后把水吸出能够保持路表干净；另一种是使用冲水设备，采用高压冲洗并真空将水吸出，这种处理一般一年1-2次。

冬季的维护也是PA的一种担忧，因为涉及融雪撒盐与偶尔出现的薄冰问题。路表多孔隙，撒干盐会导致盐堆积到PA层底，而使用盐水则会直接从多孔中流走，表面残留很少，不能起到融雪作用。解决方法是使用湿盐，这样盐就能够黏在PA的表面，而且也能够保持较长时间。即使使用湿盐，用盐量也是密集配路面的2倍。而薄冰的问题则通过可变情报通告与限制速度来解决。

2.2.3其他路面的降噪应用

在冬季更极端或者限速值较低的地区，普通PA路面容易出现过大车辙或者麻面松散情况，使得应用PA的成本过高，解决措施是使用薄层沥青罩面，有时使用薄层SMA或者半空隙路面，这种情况出现在英国、法国的东部以及山区和丹麦。这种新型SMA与普通SMA不同，其集料最大尺寸较小，一般5-6mm，与SMA一样有间断级配，间断发生在2-4mm。石料采用100%的破碎集料，要求方正且磨光值低，同时在混合料中添加纤维，同时使用聚合物改性沥青或者胶粉改性沥青。

半孔隙路面与典型SMA路面最大的不同在于半孔隙路面设计空隙率在5-10%，比通常的SMA的3%或4%设计空隙要大得多，而且现场空隙率在15%而不是SMA的6%。在薄层中使用更细的集料在于混合料中没有大孔隙，路面路面既不通透也不透水，也具有较好的强度，但路表可形成安静的内凹纹理，从而达到降噪目的。

2.3新型路面

在针对已有路面进行降噪的基础上，欧洲还积极开发新一代路面，其成立了SILVIA（Silent Road）项目，以期建造新一代安静路面，项目具体成果包括ROLLPAV、PERS等，参与方从研究机构到工业界，力图形成一个整体链条，构成需求-研发-产品-应用观察的全链条。11个参与国家加入了SILVIA项目，以为政策决策者提供可行的噪音消减措施。

多孔弹性路面（PERS）降噪效果能够达到10dB（A），可以现场摊铺或预制铺筑，是欧洲新型路面的代表。PERS作为一种磨耗层，有很高的内部联通空隙使得空气和水可以透过它，设计空隙率至少20%，同时使用至少20%质量的橡胶（或其他弹性产品）来保持表面的弹性。PERS具有多孔吸声和共振吸声两种特性。多孔材料空隙率大，内部有无数联通空隙，声波传递到材料表面时，一部分在材料表面反射，另一部分透入空隙传播。透入空隙的声波传递过程中，引起孔隙中空气运动，并与孔隙壁材料发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，声能被转化微热能而消耗。

PERS在丹麦 ARNAKKE的现场试验段结果显示其具有非常好的透水性，比新建的多孔隙路面透水性好。而噪音吸收方面吸收系数为0.95-0.99。表面纹理上，平均构造深度（MPB）微0.77mm（2/5mm集料）与0.86mm（8mm集料）。而抗滑性测试结果也优于已有沥青路面结果。

PERS降噪在7-12dB（A），而双层的多孔隙沥青路面降噪为5-8dB（A），双层多孔隙沥青路面降噪效果还会逐渐衰减，PERS因其柔性不太可能因堵塞而降低效果。试验段均表现良好，在抵抗麻面与抗滑性方面良好。而PERS層与旧路面的粘结导致了其他的一些试验段的失败。其在以下几个方面会有改进：1.成品制造质量续改进，需要更好，以及更好的摊铺与平整度及对应的造价。2.摊铺问题，成品的尺寸与对应的摊铺技术。3.PERS下层的排水性性能应该良好，因为PERS层厚较薄（3cm左右）。4.PERS与下层的粘结应该良好，不能出现脱层，一旦出现容易造成PERS层破坏。

欧洲国家有一套计划的噪音水平值，为达到这个目的，任何噪音消除手段都放进总体目标中，其实行的是整套战略，包括了政策、材料和设计方面降低路面噪音， 并且由管理机构、工业届与科研界共同提出解决方案。荷兰与英国都设定了雄心勃勃的路面降噪计划，而丹麦已经建立了临路住宅的最大噪音水平。截至2007年，欧盟已完成所有城市区域、乡村区域以及主要道路的噪音地图，以开始一个行动计划来实现降低路面噪音至可接受水平的目的。

3影响与启示

欧洲通过总体目标与协作实施，其影响体现在1.通过持续的资助，确保了欧洲在科技领域的领先地位；2.对人类社会发展的重大问题，能够及早解决；3.技术领先以及相应的专利保护系统，对于促进内部的竞争与输出产品极为有利，促进了商业的发展。

欧洲的实践，也给中国带来启示，不仅要研究有一定的前瞻性，同时还应该结合工业界形成具体的产品，形成一种支撑-反哺的良性循环，其启示有：1.长远规划，其研究计划在遇到问题时就直接给出部分初步研究，并通过初步研究来确定问题本质及可选解决方案，并制定一份路线图，综合考虑问题的解决与演变。

2.具体落实，通过路线图，保证资金到位（尽管随着金融危机欧洲削减了研究项目），资助工业界与教育界联合研究，持续推进研究，并适时推出初步产品，形成一整套的优化解决方案。

3.政府立法，对于人类发展与影响的重大事情，通过立法或者政府纲要来保证目标的实现。

4.信息公开。重大项目均有专门网站，介绍其研究并展示研究成果，甚至有研究联盟共享研究数据，也注重向公众开放，体现纳税人的权力。一方面促进了研究的交流，有利于后续发展，另一方面也能够促进公众的参与意识与能力。

参考文献：

[1] Health effects， research activities ， http：//ec.europa.eu/environment/noise/health_effects.htm.访问日期2015年3月15日.

[2] VAN KEULEN W.， DU？KOV M. Inventory study of basic knowledge on tyre/road noise [J]. Delft， Nizozemska， oktober， 2005，

[3] NEWCOMB D.， SCOFIELD L. Quiet Pavements Raise the Roof in Europe-Scanning tour revelas european practice for noise mitigation [M]. Hot Mix Asphalt Technology. Lanham， Maryland； National Asphalt Pavement Association. 2004： 23-6.

[4] GOUBERT L.， SANDBERG U. The Poro-elastic road surfae（PERS）： a powerful tool for traffic noise reduction； proceedings of the World Road Congress， Mexico， F， 2011 [C].