低噪聲瀝青路面的現狀與發展分析

(1.重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074；2.樂山市交通運輸局 四川 樂山 614000)

道路是人類社會活動的主要載體之一，隨著社會的發展其功能和型式不斷完善。進入21世紀以來，中國的經濟發展穩中有進，人民生活水平大幅提高，建設可持續發展的、綠色的、平安的交通網絡已成為新時期公路發展的目標。因此，降低城市以及周邊道路的行車噪音，改善道路周邊的人居環境和駕乘人員的行駛環境愈發重要[1]。

一、路面降噪的基本原理

(一)多孔吸聲模式

多孔吸聲模式是通過增大混合料的空隙率，進而增加聲波在路面結構中的反射以減弱其強度。具體來說就是，一部分聲波在道路表面進行反射形成噪聲，另一部分進入多孔混合料內部的聲波經過多次反射，對空隙中的空氣產生劇烈振動，聲能因與路面結構內表面和內部空氣的雙重摩擦，不斷衰減使噪聲得到降低。因此良好的吸聲效果需要混合料內部具有足夠的空隙，空隙越多吸聲效果越好。

(二)聲波漫反射和干涉模式

聲波漫反射和干涉模式是與路面表面紋理有關的路面降噪模式。簡單地說，就是增加路面的紋理密度，主要是增加輪胎覆蓋面積下的表面紋理數量，使得輪胎與路面接觸時產生的聲波形成漫反射，并相互干涉，從而較大地降低噪聲產生時的強度。同時，在噪聲的傳播過程中，類似多孔吸聲模式的原理，聲波經由這種紋理路面的不斷反射而逐漸衰減，從而導致噪聲的降低。

(三)黏彈性原理降噪模式

黏彈性原理降噪，即利用材料的黏彈特性實現降噪。在荷載作用下，黏彈性材料在加載過程得到的能量與卸載過程釋放的能量并不平衡，前者要大于后者。二者之差即為這種材料應力—應變滯后曲線所圍成的面積，即材料的阻尼。

二、路面降噪對策

(一)多空隙瀝青混凝土的降噪技術

眾所周知，多空隙瀝青混凝土是典型的低噪聲瀝青混合料瀝青混合料的空隙率對吸聲性能的影響比較突出，而且吸聲性能與內部連通空隙有直接關系，而不是與混合料的總空隙率有直接關系[2]。

1.多空隙瀝青混凝土

多空隙瀝青混合料的空隙率是指集混合料內部的空氣體積占混合料毛體積的百分率。與常規的密實型混凝土相比，多空隙瀝青混凝土的優勢在于：具有顯著的初期降噪性能，同時減小甚至消除雨天行車的水霧，增強雨天行駛的可視性，改善行車安全。而其耐久性問題是其最大的劣勢。另外，盡管多空隙瀝青混凝土的構造深度較大，但是其抗滑性能的優劣，有學者持有有不同的看法[3]：在鎖輪制動的情況下，多空隙瀝青混凝土的抗滑性能不如密實型瀝青混凝土，這種情況一般發生在開放交通的第一個月，在這段時間表面層集料包裹的瀝青層較厚，并在隨后酌幾個月中慢慢磨光。

2.降噪效果

歐洲一些國家介紹了采用多空隙瀝青混凝土修筑低噪聲瀝青路面的效果[4]：在意大利，新鋪的多空隙瀝青混凝土路面可降低噪聲3.5～7dB(A)；在瑞士，車速為60km/h時，噪聲降低3.5dB(A)，車速為80km/h時，噪聲降低5.0dB(A)。另外，南非發明了一種稱為“Whisper Course”的多空隙瀝青混凝土，試驗表明這種路面比南非常用的單層封層表面可降低噪聲9dB(A)，比刻槽路面可降低11.7dB(A)[5]。日本學者Meiarashi等研究了四種不同粒徑的多空隙瀝青混凝土，發現當使用公稱最大粒徑為10～13mm的混合料時，可降低小汽車噪聲1～7dB(A)；當使用公稱最大粒徑為5～l0mm的混合料時，又可進一步降低噪聲l～3dB(A)，總共可降低噪聲4～9dB(A)。

3.雙層多空隙路面

為了改善單層多空隙瀝青混凝土的風沙堵孔問題以及降噪效果衰減過快問題，歐洲一些國家首先研發使用了雙層多空隙瀝青混凝土結構。雙層多空隙路面結構有兩層多空隙瀝青混凝土，一般來說，上層為公稱最大粒徑較小的多空隙瀝青混凝土，其厚度為2.5cm；下層為粒徑較大的多空隙瀝青混凝土，厚度為4.5cm左右。

4.降噪耐久性

事實上，無論是單層多空隙還是雙層多空隙路面，均具有初期降噪效果顯著的特點。但是其降噪耐久性是值得關注的問題[6]。2010年，Yang Jun等[9]在TRB年會上發表論文，介紹了我國某省高速公路多空隙瀝青混凝土減噪性能的早期耐久性。該高速公路上有三種瀝青混凝土表面層，分別為PAC13、SMA13、AK13，設計空隙率依次為22.5%、3.4%和4%，鋪裝厚度均為4cm。該高速公路于2006年建成，到2008年年底經過6次噪聲調查發現，三年來該路段多空隙瀝青混凝土的滲水性能逐漸降低。這說明隨著使用年限的增加，路面的堵孔現象日益嚴重，這也是導致降噪效果衰減的原因之一。

(二)改善路面紋理的路面降噪技術

改善路面紋理，利用聲波漫反射和干涉模式，是減少路面噪聲的另一個措施[7]。根據紋理在垂直平面形成的方式的不同，國際上提出了采用“正紋理”和“負紋理”來描述它們。“正紋理”是指由于顆粒或邊緣突出路面而產生的紋理，典型的例子是，對光滑路面采用撒布碎石并碾壓形成的紋理(如瀝青表處或微表處罩面)，“正紋理”也可由于周邊的黏結料的剝離而形成(如剝落瀝青)。“負紋理”主要包括表面平整的粒子間形成的空隙，典型的是超薄層表面。根據碎石粒徑的大小，“正紋理”往往在車輪滾過時產生更高水平的振動，而負紋理則有助于降低噪聲。

三、結語

根據國內外研究成果，瀝青路面為降噪的效果可以通過多孔吸聲模式、聲波漫反射和干涉模式和黏彈性原理降噪這三個原理來實現。在本文涉及的三種降噪對策中，使用最為廣泛的是多空隙瀝青混凝土的降噪技術，并且將在今后較長一段時期內繼續應用，但其較高的運營成本和逐年遞減的降噪效果是值得關注得到問題。總的來說，我們還需要更多更深入的研究來降低噪音路面的成本和突破相關的技術瓶頸，使低噪聲路面可持續發展。