降噪路面技术现状及发展综述

姚天宇

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江 哈 尔滨 1 50000）

降噪路面技术现状及发展综述

姚天宇

（哈尔滨市市政工程设计院，黑龙江 哈 尔滨 1 50000）

针对市政道路路面噪声问题及国内外现有的降噪技术进行综合论述。介绍了路面噪声分类、来源及路面降噪措施，并分析了不同类型路面的降噪机理，进而探讨了降噪技术发展的趋势和方向。

市政道路;路面噪声;噪声分类;降噪路面;研究现状

1 概 述

随着城市化进程的逐步加快，城市规模不断扩大，城市交通工具数量越来越多，功率越来越大，速度越来越快，交通噪声已成为现代城市环境中最主要噪声来源。高强度的噪声不仅使工作人员增加生理负担和能量消耗，而且使工作人员神经紧张、心情烦躁、注意力不易集中、容易疲劳，影响其工作效率，也容易引起工伤，严重阻碍了国民经济建设，并给人们的身心健康造成巨大的伤害。因此，控制交通噪声已成为一个亟待解决的问题。

2 路面噪声分类及来源

2.1 车辆动力噪声

车辆动力噪声主要是由车辆的动力装置及其相关部件引起的动力噪声。车辆动力噪声主要指动力系统辐射的噪声。

发动机系统是主要噪声源，包括进气噪声、排气噪声、冷却风扇噪声、燃烧噪声及传动机械噪声等。动力噪声的强度主要取决于发动机的转速，与车速有直接关系，噪声强度随车速增大而增强。车辆爬坡时，随着路面纵坡加大，噪声也加大。

2.2 轮胎/路面噪声

轮胎/路面噪声是由于汽车在行驶时(一般认为在速度大于50 km/h的情况下)由于轮胎和路面之间的相互作用所产生的，其中还包括在特殊的行驶条件下，如急刹车、急转弯、起步或路面有积水等情况产生的振鸣声和溅水声等[1]。其来源主要是：

（1）泵气噪声。当轮胎在路面上滚动时，轮胎上的花纹与路面接触，花纹里的空气被挤压排出，形成局部的不稳定空气体积流。同时，当轮胎通过压入路面的封闭洞穴时，空气也会被挤压出洞穴。接着当轮胎离开接触面时，空气又会迅速填充回轮胎的花纹和道路的洞穴之中。这种空气体积流往返的运动形成单极子噪声源。

（2）振动噪声。主要是指由胎面和胎侧振动引起的噪声。

（3）空气动力噪声。主要是指轮胎旋转时造成其周边空气压力变动而产生紊流，使空气振动而引起的噪声。除非汽车以相当高的车速行驶，空气动力噪声一般不予考虑。

还有在急转弯和紧急制动时与路面作用下产生自激振动噪声等。轮胎/路面噪声的大小与轮胎花纹构造、路面特性及车速有关，且主要取决于车速，其强度随车速的增大而增大。

3 路面降噪技术措施

近年来，国际上为降低公路交通噪声采取了许多措施。实践表明，改进汽车轮胎的降噪效果十分有限，仅可降低约1 dB，且其研究经费巨大。20世纪80年代以来，英国、法国、荷兰和比利时等国开展了开级配多空隙沥青混凝土路面研究。据研究报道，开级配多空隙沥青混凝土路面比密级配沥青混凝土路面降低噪声4～6 dB，雨天可降低8 dB，同时多空隙沥青混凝土路面还具有排水性好、防水溅、抗漂滑和行车安全等优点。低噪声沥青混凝土路面在国内外受到了广泛重视，并且在应用中取得了良好的效果。

低噪声路面分为两大类:一是多空隙沥青混凝土路面；二是小粒径超薄沥青混凝土路面(铺装厚度为2～2.5 cm)。由于厚度薄，混合料级配中的最大粒径都比较小，国外一般采用0/10和0/6这两种级配，相当于我国的细粒式沥青混凝土或沥青砂。

从声学角度讲，轮胎与路面摩擦产生噪声后，为减少噪声的等级，一方面通过路面的构造深度和空隙吸收噪声，另一方面，通过表面的纹理(单位面积内表面的构造数量)反射噪声，消耗噪声的能量，这也正是多空隙沥青混凝土路面和超薄沥青混凝土路面能减少噪声的主要机理。特别是超薄沥青混凝土路面，由于颗粒小，相同面积表面的纹理多，降噪效果十分明显。

4 国内外典型降噪路面的研究现状

4.1 多孔沥青路面

多孔沥青路面混凝土(Porous Asphalt，简称PA)与普通沥青路面混凝土3%～6%的空隙率相比，它的空隙率高达15%～20%，甚至超过20%。由于空隙率大，雨水可以渗入路面之中，由路面中的连通孔隙向路面边缘排走，因此，也称之为排水性沥青路面(Drainage Asphalt Pavement)。

4.1.1 国外多孔沥青路面研究状况

欧洲最早从20世纪50年代后期开始研究多孔沥青路面，其中法国、丹麦、荷兰和英国的研究成果较为突出。英国的交通研究实验室 (TRL)于1950年末开发了多孔沥青路面，并应用于机场跑道，1960年开始在公路上修筑试验路。1984年以来，英国铺筑了各种试验路，目的是为了论证这种路面的降噪效果和耐久性。试验路所用的沥青结合料有100号沥青、EVA改性沥青、橡胶改性沥青，有加纤维和不加纤维的，混合料中均掺加2%的消石灰。磨耗层厚度为4.5 cm，下层为36 cm厚的沥青混凝土，磨耗层的空隙率达到20%左右。欧洲的多孔沥青路面分为单层和双层2种形式。单层多孔沥青路面主要应用在荷兰、法国和德国，铺筑厚度一般为3～4 cm，孔隙率为20%～30%，可降低路面噪声3～5 dB，使用寿命为8～10 a，建设费用比传统沥青路面高10%～25%[2]。双层多孔沥青路面主要应用在丹麦、法国和意大利，同时，荷兰也在发展这种路面。双层多孔沥青路面的上层为渗透层，下层为排水层，比传统沥青路面降低噪声8～9 dB，比单层多孔沥青路面降低噪声4 dB，空隙率一般为20%，建设费用比传统沥青路面高25%～35%；上层需要在下层未冷却时铺筑，并必须喷洒粘层油，使用寿命为8～10 a。多孔沥青路面在美国一般被称为开级配抗滑磨耗层(Open-Graded Asphalt Friction Course，简称OGFC)。OGFC于20世纪60年代由美国西部几个州的混合料封层发展而来，铺设厚度为15～20 mm，空隙率一般控制在15%左右。除上述国家外，比利时、日本、新加坡、马来西亚等国家和地区，对多孔沥青路面都进行了不同程度的研究和应用。

4.1.2 国内多孔沥青路面的研究状况

OGFC型路面引入我国的时间不长，集中于中部及南部几省。现行“公路工程沥青路面施工技术规范”只是简单提到了几点技术标准，在我国的经验还很少，许多方面有待进一步研究。这种路面结构在我国首先是在城市道路上应用，北京、广州等大城市在20世纪90年代都先后铺设了试验路和实体工程。公路行业是在20世纪90年代后期开始研究使用的。交通部公路研究所先后在济青高速公路、京沪高速公路(河北段)铺设了试验路。交通部公路科研所在中山市105国道改造项目中进行了部分开级配沥青表层 (OGFC)试验路段，于2003年3月至5月进行路面施工。交通部科教司在“九五”期间专门对“沥青路面减噪技术的研究”立项研究。咸阳机场高速公路全长18.241 km，采用OGFC型路面结构。

4.1.3 多孔沥青路面的降噪机理

多孔吸声材料内部具有很多孔隙，孔隙间彼此连通，且通过表面与外界相通，轮胎滚动时，被压缩的气体能通畅地钻入路面孔隙内，减小泵吸现象，当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面反射，一部分则透入材料内部向前传播。在传播中，引起孔隙中的空气运动，与孔隙内壁发生摩擦，由于存在粘滞性和热传导效应，将声能转换成热能消耗掉。

4.2 橡胶沥青路面

废橡胶粉(CRM)应用于沥青路面修筑，分为干法(Dry Process)和湿法(Wet Process)两种方法。干法是先将废橡胶粉(或颗粒)与集料拌和，然后加入沥青拌制成废橡胶改性沥青 (Rubber-Modified Hot-Mix Asphalt)混合料，这种方法只能用于热拌沥青混合料的生产；湿法是先将CRM与沥青拌和，生成橡胶沥青结合料 (Asphalt Rubber Binder Materials)，然后再与集料拌和。使用上述混合料铺筑的路面称为橡胶沥青路面。在国际上，干法主要指橡胶粉改性沥青混凝土(Rubber Modified Asphalt Concrete)，湿法则一般指橡胶沥青混凝土(Asphalt Rubber Concrete)。

4.2.1 国外橡胶沥青的研究状况

现代意义上的橡胶沥青混合料最早出现在20世纪40～60年代的美国。美国橡胶回收公司(Rubber Reclaiming Company)在20世纪40年代首先采用干拌法生产工艺生产了Ramflex TM橡胶粉沥青混合料；美国专家Charles McDdonald则首先采用湿拌法工艺，在20世纪60年代生产了Overflex TM橡胶沥青混合料。最早对橡胶沥青路面进行噪声研究的是比利时，1981年，在其首都布鲁塞尔的环道上铺筑了 Drainasphalt(Asphalt Rubber Open Graded Hot Mix，开级配热拌橡胶沥青混合料)路面，噪声测试结果表明，它可以降低噪声8～10 dB，相当于75%的降噪效果[3]。1984年，法国在巴黎塞纳河沿岸的城市道路上铺筑了Drainasphalt路面。在没有载重汽车时，可以降低噪声3～5 dB；有5%的载重车时，可以降低噪声2～3 dB。加拿大、英国、德国、日本、澳大利亚和奥地利等国家也进行了相应研究，至少可以降低50%的噪声(3 dB)，一些试验路甚至可以达到90%的降噪效果(10 dB)。

4.2.2 国内橡胶沥青研究状况

目前，国内的研究还处于试验阶段。2001年春，交通部公路科学研究所首次在钢桥桥面铺装中采用了相当于沥青用量30%的橡胶粉。该桥面经受了4个夏季的超重交通考验，基本保持完好，各项性能指标保持优良。同年，由交通部设立、交通部公路科学研究所主持的西部交通科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”，对橡胶沥青及橡胶粉沥青混合料(包括橡胶沥青混合料和橡胶粉改性沥青混合料)的路用性能及力学特性开展了全面、系统的研究。

4.2.3 橡胶沥青路面的降噪机理

橡胶粉或橡胶颗粒具有较高的弹性，使其具有良好的吸收轮胎振动和冲击的效果。同时橡胶沥青混合料是一种阻尼较大的高分子复合材料，它对轮胎的振动具有较大的衰减作用，因而大大降低了轮胎路面的振动噪声。

4.3 超薄沥青磨耗层

一般来说，薄沥青面层是指厚度介于传统磨耗层(40～50 mm的沥青混凝土,SMA或多孔沥青等)和石屑封层(6～14 mm的表面处治或稀浆封层)之间的材料。国际上通常称厚20～25 mm的沥青混凝土为超薄沥青磨耗层。它是一种小粒径、多碎石、多孔的沥青混合料，其底部采用沥青封层，具有良好的密水性、抗滑性、抗车辙性和降噪性，是一种应用前景广阔的高等级公路表层处治方式。

4.3.1国外超薄沥青磨耗层的研究状况

法国和西班牙将薄沥青磨耗层(BBM)用于新路的表面层和老路面的养护，应用结果表明，它非常适合于重交通道路面层的养护。BBM混合料是明显的间断级配，空隙率为6%～12%，可能透水，必须铺设厚黏层(通常采用改性沥青结合料)使其密水。BBM所具有的良好的平整度、高粗糙度、高耐久性和低噪声等优良品质，使其自1986年开始应用以来，在公路工程领域非常流行。英国也于20世纪90年代早期铺筑了超薄沥青磨耗层试验路，其最大粒径为14 mm，空隙率为20%，沥青含量为5%左右[4]。最初的降噪水平为3～4 dB，等效于降低60%的交通量。

美国的Novachip(现为美国科氏材料公司的注册商品)是著名的超薄沥青磨耗层，它由法国Screg Routes Group的产品发展而来，在欧洲得到成功应用。瑞典、波兰等国也对超薄沥青混凝土进行了研究。

4.3.2 国内超薄沥青磨耗层的研究状况

我国对超薄沥青混凝土路面的研究起步较晚。20世纪90年代中后期，在北京、广州等地的城市道路上，先后采用埃索改性沥青铺设了超薄沥青磨耗层路面试验段。为了使混合料的级配满足构造深度的要求，一般采用现行规范中II型级配。这种级配由于空隙率较大，其稳定性不好，因此，实际的使用效果并不十分理想。

同时，交通部公路科学研究所采用断级配密实原理研究超薄沥青混合料，先后在济青(济南—青岛)高速公路和京沪(北京—上海)高速公路上铺设了试验路段，并经过了一年多的考验。新铺筑的超薄沥青磨耗层路面降噪能力可达6～7 dB。

4.3.3 超薄沥青磨耗层的降噪机理

由于超薄沥青磨耗层具有发达的负纹理，一方面可以有效减少轮胎泵吸效应，另一方面可以在路表面多次反射，起到衰减、消耗噪声能量的作用。而且，超薄沥青混合料的公称最大粒径小，表面平整，轮胎、车辆振动小，降噪效果十分明显。

5 结语

通过对路面噪声及降噪技术的调研和分析，不难看出，今后随着环境问题日趋凸显，政府对环境保护的力度必将越来越大，研究路面降噪技术和低噪声路面将大有可为，尤其是在城市道路上，低噪声路面的应用前景十分广阔。今后应该将主要研究内容确定在如何降低由于轮胎和路面之间的相互作用所产生的交通噪声。可以从沥青路面的结构入手，主要研究:降噪沥青混合料配合比设计、技术指标、降噪沥青混合料的路用性能评价，降噪沥青路面施工注意事项、降噪路面的维护等，并重点研究降噪沥青混合料的设计及性能评价。以期能从沥青路面结构方面来降低交通噪声，并为降噪路面的配合比设计、性能评价以及施工和维护等方面提供参考。

[1]郑鑫,雷学坤,章建龙,等.国内外低噪声沥青路面研究状况概述[J].公路与汽运,2007（3）:67-69.

[2]高颖汇.路面噪音来源及降噪路面技术综述[C]//建筑科技与管理学术交流会论文集.北京：建筑科技与管理组委会,2014: 67-69.

[3]曹卫东,陈旭,吕伟民.简述国内外低噪声沥青路面研究状况[J].石油沥青,2005（1）:50-54.

[4]王旭东.低噪声沥青路面结构设计研究[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-），黑龙江哈尔滨人，工学硕士，高级工程师，主要从事路桥工程设计及相关研究工作。