根据对沥青路面噪声产生机理的分析,道路交通噪声系统主要由3部分组成,即噪声源、受声点和传播途径。受声点的噪声的大小,与噪声源的大小以及噪声的传播途径直接相关。因此,降噪沥青路面为了从路面结构角度降低轮胎/路面的噪声,可以从两个角度出发来考虑,即通过改变路面结构和材料类型,消减噪声源的大小,并吸收噪声。LNAP为空隙率比较大的沥青混凝土,根据国外资料,为了达到良好的降噪性能,其设计空隙率通常为20
LNAP为空隙率比较大的沥青混凝土,根据国外资料,为了达到良好的降噪性能,其设计空隙率通常为20%~25%。其降噪的原理在于:一方面通过较大的连通孔隙,减轻轮胎/路面的泵吸作用,从而破坏轮胎噪声声源;同时其大孔隙的路面结构改变了噪声的传播途径,吸收了部分噪声。
1、破坏轮胎噪声声源
降噪沥青路面存在较大的空隙,且这些空隙是具有一定全通率的孔,因此,在泵吸效应的第一个过程中,受到挤压的高速气流不会被释放到大气中,而是被压入了路面全通的孔隙中,迅速扩散。从能量的角度看,这些被压缩的高速气流会失掉一部分动能,在这些损失的动能中其中一部分用于在气流穿过空隙时,和空隙壁发生摩擦而转化成热;另一部分用于当空气被绝热压缩,穿过路面材料中的毛细孔并在孔末端被释放时对其做功,因此,降低了声源强度,见图1。
图1 泵吸效应产生机理
2、控制传播途径一吸声机理
当声波入射到多孔隙降噪路面时,由于大空隙率的存在,改变了路面结构的声阻抗,使得反射声通过地面反射后产生较大的相位差,由于多孔隙降噪路面流阻和普通路面相比很小,增加了入射声的透射能力,当透射声到达下层刚性表面时发生二次反射,二次反射声到达路面表层时又发生反射和透射,使得直达声、反射声在受声点由于相位相反而发生剧烈的干涉作用,降低了声源强度,见图2,图3,图4。
图2 多孔降噪沥青路面声传播路径示意图
图3 普通路面声传播路径示意图
图4 多孔降噪沥青路面受声点的入射波、反射波与实际波形对比
从降噪沥青路面的自身材料特性出发,其降噪效果受几方面的因素影响,包括:空隙率、粒径大小与构造深度、路面厚度、沥青胶结料类型。
1 混合料设计方法:
通过对这些因素的分析,基于降噪性能的LNAP沥青混合料应按照如下设计思路:
(1)为了达到良好的降噪性能,LNAP空隙率应>20%。
(2)考虑我国公路使用环境,对于LNAP13来说,9.5mm通过率应大于50%,使摊铺后路面具有相对较细的表面纹理结构。综合级配对空隙率的影响,考虑设计空隙率要求以及降噪性能要求,借鉴国内外橡胶沥青LNAP沥青路面的经验,提出橡胶沥青降噪路面沥青混合料级配范围如表1所示。
表1 橡胶沥青LNAP13混合料级配范围
2 室内降噪性能验证:
(1)采用阻尼试验,分别测试橡胶沥青LNAP、改性沥青LNAP的阻尼比,验证采用不同沥青时,LNAP混合料的阻尼减振降噪的效果。试验结果如表3所示。
表3 阻尼比测试结果
橡胶沥青多孔隙路面材料的阻尼为5.8%,相比于改性沥青多孔隙路面材料的阻尼5.5%,仍然提高5.4%。相比于改性沥青多孔隙沥青路面材料,橡胶沥青在阻尼减震方面仍然具有一定的优势。
(2)采用驻波管试验,分别测试LNAP、OGFC的吸声系数,验证LNAP与OGFC的吸声特性。3种不同混合料的吸声系数如表4及图5所示,3种材料200~1600Hz的平均吸声系数、400~1600Hz的吸声系数如表5所示。
表4 LNAP13与2个OGFC13级配的1∕3倍频程吸声系数
图5 LNAP13与2个OGFC13级配的吸声系数
从上述图表中可以看出, LNAP13具有明显的吸声系数波峰,同时比OGFC具有更高的吸声系数。因此采用LNAP混合料设计方法和思路,能够获得较好的降噪效果。
3、施工工艺
3.1原路面处理
对洒布粘层后的路面进行了渗水系数检测,粘层洒布后的路面渗水系数较小,能达到密实防水的要求。
3.2施工
混合料出厂温度170℃左右,摊铺温度165℃左右。采用双钢轮进行碾压,合计碾压6遍。具体碾压方案如表6所示。
图6 摊铺与压实