陳 飛，張 露，席貴東

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083；3.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067)

噪聲試驗(yàn)路不同類型瀝青混合料性能對(duì)比研究

陳 飛1，張 露2，席貴東3

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司， 重慶 400067； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083；3.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067)

為選擇重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)噪聲試驗(yàn)路表面層合理的瀝青混合料類型，通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)3種類型瀝青混合料的基本性能與吸聲效果進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果顯示：1) 摻加抗車轍劑后，AC-8、AC-13及SMA-13三種瀝青混合料高低溫性能與抗水損害性能均可滿足使用要求；2) 吸聲效果受壓實(shí)混合料空隙率影響，但混合料的級(jí)配特性(內(nèi)部與外部構(gòu)造)也不能忽略，表面構(gòu)造深度越大，吸聲系數(shù)越大；3) 抗車轍劑可增大瀝青混合料的吸聲效果，如果吸聲系數(shù)始終保持在技術(shù)要求范圍內(nèi)，則可在施工時(shí)適當(dāng)添加抗車轍劑。綜合考慮瀝青混合料基本性能和吸聲系數(shù)，建議噪聲試驗(yàn)路表面層選擇SBS改性瀝青AC-8型瀝青混合料，并摻加抗車轍劑。

噪聲試驗(yàn)路；瀝青混合料；級(jí)配類型；吸聲系數(shù)

噪聲試驗(yàn)路路面是機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)用來測(cè)試車輛與輪胎接觸噪聲大小的一種特殊道面。噪聲測(cè)試的目的是限制不符合國標(biāo)要求的車型生產(chǎn)，以降低機(jī)動(dòng)車環(huán)境噪聲污染。按照國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，噪聲試驗(yàn)路測(cè)試場(chǎng)地的基本要求為水平、堅(jiān)實(shí)、平整，以場(chǎng)地中心為基點(diǎn)半徑50 m的范圍內(nèi)無大的聲音反射物，且試驗(yàn)路面不應(yīng)產(chǎn)生過大的輪胎噪聲[1-2]。

噪聲試驗(yàn)路除了滿足常規(guī)路面的基本性能要求外，還必須滿足噪聲試驗(yàn)路特有的吸聲系數(shù)要求。吸聲系數(shù)是衡量噪聲試驗(yàn)路成功與否的關(guān)鍵指標(biāo)，為了使測(cè)試結(jié)果更具準(zhǔn)確性，一般要求噪聲試驗(yàn)路有較低的吸聲系數(shù)[3]。一些研究認(rèn)為，吸聲系數(shù)受瀝青混合料級(jí)配，壓實(shí)瀝青混合料的空隙率、構(gòu)造深度等影響[4-5]。依托重慶市機(jī)動(dòng)車試驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目，本文通過試驗(yàn)研究對(duì)比不同級(jí)配瀝青混合料的吸聲系數(shù)，并分析空隙率與構(gòu)造深度對(duì)瀝青混合料吸聲系數(shù)的影響，為該建設(shè)項(xiàng)目推薦滿足技術(shù)要求的噪聲試驗(yàn)路特殊道面混合料類型。

1 評(píng)價(jià)方案與方法

1.1 試驗(yàn)原材料與級(jí)配類型

試驗(yàn)原材料采用I-D級(jí)SBS改性瀝青、HD-II型抗車轍劑、石灰?guī)r礦粉和玄武巖碎石，各材料技術(shù)性能良好。設(shè)計(jì)了AC-8、AC-13及SMA-13三種密級(jí)配瀝青混合料，抗車轍劑摻量均為0.3%，試驗(yàn)級(jí)配如表1～3所示。

1.2 吸聲系數(shù)測(cè)試方法

吸聲系數(shù)測(cè)試采用駐波管法。測(cè)試時(shí)，聲頻信號(hào)發(fā)生器發(fā)出單頻聲波并在駐波管內(nèi)形成平面聲波，聲波在管內(nèi)前進(jìn)遇到瀝青馬歇爾試塊時(shí)會(huì)發(fā)生反射。反射聲波與入射聲波疊加就會(huì)形成駐波，駐波在管內(nèi)有聲壓極大值和極小值，一旦測(cè)出聲壓極大值Pmax和極小值Pmin，就可以求得吸聲系數(shù)[6]。需注意的是，吸聲系數(shù)的測(cè)試結(jié)果與入射聲波的頻率直接相關(guān)，不同頻率會(huì)有不同的吸聲系數(shù)。本次試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，根據(jù)GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法》規(guī)定，測(cè)試頻率確定為400～1 600 Hz(該頻段屬于交通噪聲頻率)。采用駐波管法對(duì)3種瀝青混合料的吸聲系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，如圖1所示。吸聲系數(shù)計(jì)算公式如下：

表1 AC-8瀝青混合料試驗(yàn)級(jí)配

表2 AC-13瀝青混合料試驗(yàn)級(jí)配

表3 SMA-13瀝青混合料試驗(yàn)級(jí)配

a=4×10ΔL/20/1+10ΔL/20

(1)

式中：a為吸聲系數(shù)；ΔL為聲壓極大值Pmax與聲壓極小值Pmin之差，dB。

圖1 吸聲系數(shù)測(cè)試示意

2 混合料性能試驗(yàn)結(jié)果分析

考慮重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)噪聲試驗(yàn)路的氣候、環(huán)境及交通特點(diǎn)，采用60 ℃車轍試驗(yàn)、50 ℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)、真空飽水馬歇爾試驗(yàn)及低溫小梁彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)3種級(jí)配混合料的性能[7-8]，試驗(yàn)結(jié)果如表4～7所示。

表4 瀝青混合料60 ℃車轍試驗(yàn)結(jié)果

表5 瀝青混合料浸水漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表4可以看出，對(duì)于動(dòng)穩(wěn)定度而言，AC-8瀝青混合料最小，SMA-13瀝青混合料最大，AC-13瀝青混合料介于二者之間。由表5可以看出，3種瀝青混合料均達(dá)到了20000次的最終碾壓次數(shù)，說明3種瀝青混合料均具有良好的抗車轍性能；比較最終車轍深度，發(fā)現(xiàn)AC-8瀝青混合料的最大，SMA-13瀝青混合料的最小，這與動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本一致。

表6 瀝青混合料真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表7 瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表5還可以看出，在達(dá)到最終碾壓次數(shù)20 000次的過程中，3種瀝青混合料均未發(fā)生集料剝落現(xiàn)象。由表6可知，浸水48 h后3種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度差異不大，均不小于85%。因此，可以認(rèn)為本文設(shè)計(jì)的3種瀝青混合料均表現(xiàn)出了良好的抗水損害性能。

由表7可以看出，對(duì)于最大彎拉應(yīng)變、抗彎拉強(qiáng)度或勁度模量而言，3種瀝青混合料低溫抗開裂性能有差異，即SMA-13瀝青混合料最優(yōu)，AC-8瀝青混合料次之，AC-13瀝青混合料相對(duì)最差。但如果僅以規(guī)范規(guī)定的最大彎拉應(yīng)變來評(píng)價(jià)，3種瀝青混合料均可以滿足最大彎拉應(yīng)變不小于2 500 με的使用要求。

3 吸聲系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 級(jí)配對(duì)吸聲系數(shù)的影響

采用馬歇爾試件來測(cè)試AC-8、AC-13及SMA-13三種瀝青混合料的吸聲系數(shù)。測(cè)試頻率區(qū)間為400～1 600 Hz，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 3種級(jí)配瀝青混合料吸聲系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

從圖2可以看出，不同頻率段3種瀝青混合料的吸聲系數(shù)均會(huì)發(fā)生變化，基本都在800～1 200 Hz范圍內(nèi)達(dá)到較大值；而在此頻率段以外，吸聲系數(shù)均較小。

此外，本文設(shè)計(jì)的3種瀝青混合料空隙率大致相當(dāng)(約4%)，但實(shí)際表現(xiàn)出來的吸聲效果卻有較大差異，其中SMA-13瀝青混合料吸聲系數(shù)最大，AC-13瀝青混合料次之，AC-8瀝青混合料最小?？梢?，雖然吸聲效果直接受混合料空隙率的影響，但混合料的級(jí)配特性(內(nèi)部構(gòu)造)對(duì)吸聲效果的影響也不能忽略。分析認(rèn)為，SMA瀝青混合料是由瀝青瑪蹄脂填充碎石骨架組成的骨架嵌擠密實(shí)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使通過空隙進(jìn)入混合料內(nèi)部的聲波軌跡變長，聲音受到骨架阻擋的次數(shù)增多，聲波在空隙間發(fā)生折射與反射所損失的能量與噪聲聲波消失的部分也增多[8]，故其表現(xiàn)出來的吸聲系數(shù)相比AC連續(xù)級(jí)配更大。

為探討構(gòu)造深度對(duì)瀝青混合料吸聲系數(shù)的影響，對(duì)3種瀝青混合料的構(gòu)造深度進(jìn)行了測(cè)試，并建立了構(gòu)造深度與吸聲系數(shù)的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 3種瀝青混合料吸聲系數(shù)與構(gòu)造深度的關(guān)系

從圖3可以看出：1) SMA-13瀝青混合料平均構(gòu)造深度約為0.85 mm，AC-13與AC-8瀝青混合料平均構(gòu)造深度分別約為0.6與0.5 mm，可見，間斷骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料的構(gòu)造深度略大于連續(xù)密級(jí)配混合料；2) 吸聲系數(shù)與構(gòu)造深度存在線性變化關(guān)系，構(gòu)造深度越大，混合料的吸聲系數(shù)也越大，這是因?yàn)槁访孑^大的構(gòu)造深度致使聲音進(jìn)入路面內(nèi)部空隙的機(jī)會(huì)增多，導(dǎo)致聲音在路面內(nèi)部發(fā)生反射的次數(shù)增多，聲波的能量消耗也就增多，從而增大了吸聲效果，體現(xiàn)為吸聲系數(shù)增大。

3.2 抗車轍劑對(duì)吸聲系數(shù)的影響

對(duì)3種瀝青混合料摻加0.3%的抗車轍劑，測(cè)定其吸聲系數(shù)，并與未摻加抗車轍劑的混合料吸聲系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

對(duì)圖4試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)摻加抗車轍劑后，3種類型瀝青混合料所有頻段的吸聲系數(shù)均有不同程度的增大，說明抗車轍劑對(duì)瀝青混合料的吸聲性能具有改善作用。分析認(rèn)為，瀝青混合料的吸聲性能與混合料內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)及表面紋理直接相關(guān)，而抗車轍劑可以改善瀝青混合料的使用性能，這樣便可能會(huì)改變混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面紋理，從而可能間接改變壓實(shí)瀝青混合料的吸聲效果。

圖4 抗車轍劑對(duì)3種瀝青混合料吸聲系數(shù)的影響

汽車試驗(yàn)場(chǎng)噪聲試驗(yàn)路對(duì)吸聲系數(shù)的要求是宜小不宜大，因此從這方面講，摻加抗車轍劑不利于吸聲效果控制；但如果摻加了抗車轍劑后，吸聲系數(shù)雖有所增加，但始終保持在技術(shù)要求范圍內(nèi)，且同時(shí)還可顯著提高路面的抗車轍性能和耐久性的話，則施工時(shí)可添加抗車轍劑。

3.3 基于吸聲系數(shù)的混合料類型優(yōu)選

噪聲試驗(yàn)路表面層要求壓實(shí)瀝青混合料吸聲效果不能過高，即要求壓實(shí)后的瀝青表面層對(duì)于汽車噪聲的吸聲程度在較小范圍內(nèi)。根據(jù)規(guī)定，噪聲試驗(yàn)路其行駛車道在400～1 600 Hz頻段間其吸聲系數(shù)平均值應(yīng)不超過0.08；傳播區(qū)域在400～1 600 Hz頻段間其吸聲系數(shù)平均值應(yīng)不超過0.10。

根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，本文設(shè)計(jì)的3種瀝青混合料中，SMA-13瀝青混合料其吸聲系數(shù)較大，特別是在600～1 200 Hz頻率段的吸聲系數(shù)不滿足低于0.08的要求。未摻加抗車轍劑的AC-13瀝青混合料其吸聲系數(shù)基本在0.08以內(nèi)，滿足吸聲要求；但摻加抗車轍劑后，在800～1 200 Hz頻率段其吸聲系數(shù)超過了0.08。因此，對(duì)于AC-13瀝青混合料來說，不摻加抗車轍劑可滿足吸聲系數(shù)要求，但抗高溫性能卻存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于AC-8瀝青混合料而言，摻加抗車轍劑后，其高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)性能均滿足技術(shù)要求；摻加抗車轍劑后其吸聲系數(shù)在400～1 400 Hz頻率段內(nèi)雖然也有一定程度的增加，但仍然滿足不超過0.08的技術(shù)要求。因此，綜合考慮瀝青混合料基本性能和吸聲系數(shù)，建議噪聲試驗(yàn)路表面層選擇SBS改性瀝青AC-8瀝青混合料，并摻加抗車轍劑。

4 結(jié)論

本文基于重慶市機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)工程，通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)噪聲試驗(yàn)路表面層不同類型瀝青混合料的性能進(jìn)行了對(duì)比研究，并得出如下結(jié)論：

1) 摻加抗車轍劑的AC-8、AC-13及SMA-13三種瀝青混合料其高低溫性能與抗水損害性能均可滿足噪聲試驗(yàn)路表面層的使用技術(shù)要求。

2) 瀝青混合料吸聲效果受壓實(shí)混合料空隙率的影響，但混合料級(jí)配特性(內(nèi)部與外部構(gòu)造)的影響也不能忽略。瀝青混合料吸聲系數(shù)與構(gòu)造深度存在線性關(guān)系，構(gòu)造深度越大，吸聲系數(shù)越大。

3) 抗車轍劑可增大瀝青混合料的吸聲效果，不利于噪聲試驗(yàn)路吸聲系數(shù)控制；但如果摻加了抗車轍劑后，如果瀝青混合料吸聲系數(shù)始終保持在技術(shù)要求范圍內(nèi)，同時(shí)可顯著提高路面的抗車轍性能和耐久性的話，則施工時(shí)可適當(dāng)添加抗車轍劑。

4) 綜合考慮瀝青混合料基本性能和吸聲系數(shù)，建議噪聲試驗(yàn)路表面層選擇SBS改性瀝青AC-8瀝青混合料，并摻加抗車轍劑。

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Comparative Study on Performance of Different Asphalt Mixtures on Noise Test Road

CHEN Fei1,ZHANG Lu2,XI Guidong3

In order to select proper asphalt mixture for pavement of noise test road in Chongqing compulsory noise test center for motor vehicles,the basic performance and sound absorption effect of three types of asphalt mixtures were compared by laboratory test. Results show:1) After adding anti-rutting agent,the high and low temperature performance and water damage performance of the three asphalt mixture,AC-8,AC-13 and SMA-13,may meet the requirements; 2) The sound absorption effect is affected by the porosity of the compaction mixture,however,the grading characteristics of the mixture (internal and external structure) cannot be neglected,the greater the surface structure depth,the greater the sound absorption coefficient; 3) Anti-rutting agent can improve the sound absorption of asphalt mixture,if the sound absorption coefficient is always within the technical requirements,you can add anti-rutting agent in the construction. In this paper,considering the basic performance and sound absorption coefficient of the asphalt mixture,it is suggested that the SBS modified asphalt AC-8 asphalt mixture should be selected for the pavement in noise test road,and the anti-rutting agent should be added.

noise test road; asphalt mixture; gradation type; sound absorption coefficient

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.004

重慶市社會(huì)事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項(xiàng)(cstc2015shms-ztzx30004)

2016-06-20

陳 飛(1985-)，男，陜西省寶雞市人，碩士，工程師。

1009-6477(2016)06-0013-04

U416.217

A