低噪声沥青路面的现状与发展分析

(1.重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074；2.乐山市交通运输局 四川 乐山 614000)

道路是人类社会活动的主要载体之一，随着社会的发展其功能和型式不断完善。进入21世纪以来，中国的经济发展稳中有进，人民生活水平大幅提高，建设可持续发展的、绿色的、平安的交通网络已成为新时期公路发展的目标。因此，降低城市以及周边道路的行车噪音，改善道路周边的人居环境和驾乘人员的行驶环境愈发重要[1]。

一、路面降噪的基本原理

(一)多孔吸声模式

多孔吸声模式是通过增大混合料的空隙率，进而增加声波在路面结构中的反射以减弱其强度。具体来说就是，一部分声波在道路表面进行反射形成噪声，另一部分进入多孔混合料内部的声波经过多次反射，对空隙中的空气产生剧烈振动，声能因与路面结构内表面和内部空气的双重摩擦，不断衰减使噪声得到降低。因此良好的吸声效果需要混合料内部具有足够的空隙，空隙越多吸声效果越好。

(二)声波漫反射和干涉模式

声波漫反射和干涉模式是与路面表面纹理有关的路面降噪模式。简单地说，就是增加路面的纹理密度，主要是增加轮胎覆盖面积下的表面纹理数量，使得轮胎与路面接触时产生的声波形成漫反射，并相互干涉，从而较大地降低噪声产生时的强度。同时，在噪声的传播过程中，类似多孔吸声模式的原理，声波经由这种纹理路面的不断反射而逐渐衰减，从而导致噪声的降低。

(三)黏弹性原理降噪模式

黏弹性原理降噪，即利用材料的黏弹特性实现降噪。在荷载作用下，黏弹性材料在加载过程得到的能量与卸载过程释放的能量并不平衡，前者要大于后者。二者之差即为这种材料应力—应变滞后曲线所围成的面积，即材料的阻尼。

二、路面降噪对策

(一)多空隙沥青混凝土的降噪技术

众所周知，多空隙沥青混凝土是典型的低噪声沥青混合料沥青混合料的空隙率对吸声性能的影响比较突出，而且吸声性能与内部连通空隙有直接关系，而不是与混合料的总空隙率有直接关系[2]。

1.多空隙沥青混凝土

多空隙沥青混合料的空隙率是指集混合料内部的空气体积占混合料毛体积的百分率。与常规的密实型混凝土相比，多空隙沥青混凝土的优势在于：具有显著的初期降噪性能，同时减小甚至消除雨天行车的水雾，增强雨天行驶的可视性，改善行车安全。而其耐久性问题是其最大的劣势。另外，尽管多空隙沥青混凝土的构造深度较大，但是其抗滑性能的优劣，有学者持有有不同的看法[3]：在锁轮制动的情况下，多空隙沥青混凝土的抗滑性能不如密实型沥青混凝土，这种情况一般发生在开放交通的第一个月，在这段时间表面层集料包裹的沥青层较厚，并在随后酌几个月中慢慢磨光。

2.降噪效果

欧洲一些国家介绍了采用多空隙沥青混凝土修筑低噪声沥青路面的效果[4]：在意大利，新铺的多空隙沥青混凝土路面可降低噪声3.5～7dB(A)；在瑞士，车速为60km/h时，噪声降低3.5dB(A)，车速为80km/h时，噪声降低5.0dB(A)。另外，南非发明了一种称为“Whisper Course”的多空隙沥青混凝土，试验表明这种路面比南非常用的单层封层表面可降低噪声9dB(A)，比刻槽路面可降低11.7dB(A)[5]。日本学者Meiarashi等研究了四种不同粒径的多空隙沥青混凝土，发现当使用公称最大粒径为10～13mm的混合料时，可降低小汽车噪声1～7dB(A)；当使用公称最大粒径为5～l0mm的混合料时，又可进一步降低噪声l～3dB(A)，总共可降低噪声4～9dB(A)。

3.双层多空隙路面

为了改善单层多空隙沥青混凝土的风沙堵孔问题以及降噪效果衰减过快问题，欧洲一些国家首先研发使用了双层多空隙沥青混凝土结构。双层多空隙路面结构有两层多空隙沥青混凝土，一般来说，上层为公称最大粒径较小的多空隙沥青混凝土，其厚度为2.5cm；下层为粒径较大的多空隙沥青混凝土，厚度为4.5cm左右。

4.降噪耐久性

事实上，无论是单层多空隙还是双层多空隙路面，均具有初期降噪效果显著的特点。但是其降噪耐久性是值得关注的问题[6]。2010年，Yang Jun等[9]在TRB年会上发表论文，介绍了我国某省高速公路多空隙沥青混凝土减噪性能的早期耐久性。该高速公路上有三种沥青混凝土表面层，分别为PAC13、SMA13、AK13，设计空隙率依次为22.5%、3.4%和4%，铺装厚度均为4cm。该高速公路于2006年建成，到2008年年底经过6次噪声调查发现，三年来该路段多空隙沥青混凝土的渗水性能逐渐降低。这说明随着使用年限的增加，路面的堵孔现象日益严重，这也是导致降噪效果衰减的原因之一。

(二)改善路面纹理的路面降噪技术

改善路面纹理，利用声波漫反射和干涉模式，是减少路面噪声的另一个措施[7]。根据纹理在垂直平面形成的方式的不同，国际上提出了采用“正纹理”和“负纹理”来描述它们。“正纹理”是指由于颗粒或边缘突出路面而产生的纹理，典型的例子是，对光滑路面采用撒布碎石并碾压形成的纹理(如沥青表处或微表处罩面)，“正纹理”也可由于周边的黏结料的剥离而形成(如剥落沥青)。“负纹理”主要包括表面平整的粒子间形成的空隙，典型的是超薄层表面。根据碎石粒径的大小，“正纹理”往往在车轮滚过时产生更高水平的振动，而负纹理则有助于降低噪声。

三、结语

根据国内外研究成果，沥青路面为降噪的效果可以通过多孔吸声模式、声波漫反射和干涉模式和黏弹性原理降噪这三个原理来实现。在本文涉及的三种降噪对策中，使用最为广泛的是多空隙沥青混凝土的降噪技术，并且将在今后较长一段时期内继续应用，但其较高的运营成本和逐年递减的降噪效果是值得关注得到问题。总的来说，我们还需要更多更深入的研究来降低噪音路面的成本和突破相关的技术瓶颈，使低噪声路面可持续发展。