大孔隙高黏改性瀝青混合料降噪特性試驗研究

李佳奇

(保定市交通運輸局望都縣養路工區 保定市 071000)

0 引言

隨著我國經濟的快速增長，道路交通處于前所未有的高速發展階段，隨之帶來的道路交通噪聲污染，尤其是城市道路交通噪聲越來越受到人們關注。其中，路面與輪胎間作用產生的噪聲成為道路交通噪聲污染的重要來源，降低車輛行駛噪聲的方法很多，如采用不同類型的道路隔聲屏障，但成本相對較高[1-2]。目前，我國公路多鋪筑密級配瀝青混合料，而關于排水降噪透水瀝青混合料的應用相對較少。孫亮[3]設計的多孔瀝青路面材料同時兼具降低行車噪音、排水和通行等功能。謝俊豪[4]對不同瀝青混合料的吸聲性能進行了研究，認為集料特性可以用分形維數和集料規則度等指標來表征，進一步分析了瀝青混合料的性質對其吸聲降噪效果的影響；錢寧等[5]建議考慮瀝青混合料設計時應綜合微觀結構參數及空隙率，才能更好地發揮其功能性。基于此，通過駐波管試驗對透水瀝青混合料SMA-13、AC-13以及OGFC-13的降噪特性進行了研究，以期為透水降噪瀝青混合料的實際應用提供借鑒。

1 試驗材料及方法

1.1 原材料

瀝青：采用SK公司生產的高粘度改性瀝青；粗集料：玄武巖；細集料：人工破碎的機制砂；填料：石灰巖磨細礦粉。

1.2 改性劑最佳摻量的確定

將TPS改性劑摻加到常用的5%SBS改性瀝青中制備高黏改性瀝青，對不同摻量下高黏瀝青性能進行試驗，以確定TPS改性劑的最佳摻量，試驗結果如表1所示。可以看出，隨著TPS摻量的增加復合改性瀝青的25℃針入度值逐漸降低，復合改性瀝青的稠度逐漸增大。TPS摻量為12%時針入度值為39.13(0.1mm)，小于規范中最小針入度40(0.1mm)的要求，故改摻量不滿足要求。綜合規范對瀝青指標的要求，采用5%SBS+11%TPS的復合比來制備高黏改性瀝青。

表1 不同TPS摻量試驗結果

1.3 瀝青混合料配合比的確定

對OGFC-13的吸聲降噪特性進行試驗研究，同時SMA-13和AC-13兩種級配作為對比，三種瀝青混合料級配曲線如圖1所示。

圖1 級配曲線圖

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》對瀝青混合料進行配合比設計。SBS和高黏改性瀝青下AC-13的最佳瀝青用量，分別為4.8%和5.3%；SMA-13的最佳瀝青用量分別為6%和6.5%；OGFC-13的最佳瀝青用量分別為4%和4.3%。按照SMA-13的級配特點，本研究在其混合料中摻加了0.3%的木質素纖維。滲水系數和馬歇爾試驗結果如表2所示。

表2 滲水系數和馬歇爾試驗結果

可以看出，三種級配試件的馬歇爾穩定度的大小關系均為：OGFC-13

1.4 試驗方法

通過駐波管試驗測得的吸聲系數對瀝青混合料的吸聲性能進行表征，將待測的瀝青混合料試件裝在駐波管的一端，采用1/3倍頻程中心頻率進行測試，入射波與試件表面反射的聲波發生疊加，根據聲壓極大值和極小值處的聲壓振幅得到駐波比，通過計算可得到瀝青混合料的吸聲系數值。

2 實驗結果與分析

2.1 級配對瀝青混合料降噪特性的影響

不同級配標準馬歇爾試件吸聲系數的變化曲線如圖2所示。可以看出，不同頻率聲波下，三種級配瀝青混合料的吸聲系數先逐漸增大至峰值后逐漸減小。吸聲系數峰值對應的頻率附近為最佳吸聲頻率范圍，其中，OGFC-13、SMA-13和AC-13的吸聲系數峰值分別為0.6534、0.3010和0.2505，對比可知OGFC-13對于吸收630Hz范圍內的低頻噪聲具有較好的降噪效果。

圖2 不同級配標準馬歇爾試件吸聲系數的變化曲線

通過計算得到瀝青混合料的降噪系數和平均吸聲系數，如圖3所示。可以看出，AC-13的降噪系數以及平均吸聲系數分別為0.1180和0.0955；SMA-13分別為0.1479和0.1405；OGFC-13分別為0.3180和0.3106。SMA-13瀝青混合料的級配組成特點使其表面具有豐富的表面紋理，吸聲降噪性能明顯優于AC-13。得益于OGFC-13試件空隙率的特性，噪聲在空隙內得到消耗，使其吸聲降噪性能和降噪系數分別為AC-13的2.69倍和3.25倍，為SMA-13的2.15倍和2.21倍。

圖3 瀝青混合料的降噪系數和平均吸聲系數

2.2 厚度對瀝青混合料降噪特性的影響

不同厚度下瀝青混合料試件的駐波管試驗結果如圖4所示。可以看出，隨著瀝青混合料厚度的增大，三種試件吸聲系數的峰值也在逐漸變大，但是峰值處的頻率值呈現出明顯減小的趨勢，其中，55mm和50mm厚度的瀝青混合料試件較45mm和40mm試件的吸聲系數峰值頻率向低頻移動了近一個頻程。

圖4 不同厚度瀝青混合料吸聲系數隨頻率的變化曲線

不同瀝青混合料吸聲性能指標的計算結果如表3所示。可以明顯看出，試件厚度由40mm增加至55mm的過程中，各瀝青混合料的降噪系數、平均吸聲系數以及吸聲系數峰值均逐漸增大，表明增加瀝青混合料厚度能夠提高混合料的吸聲性能。從整體上來看，三種級配試件的厚度與降噪系數、平均吸聲系數以及吸聲系數峰值均呈現正相關關系，這意味著增加混合料厚度能夠增強其降噪性能，但數值不會無限增加。因此，單純靠增加瀝青混合料厚度來提高其降噪性能效果并不顯著。

表3 不同瀝青混合料吸聲性能指標的計算結果

2.3 表面特征對瀝青混合料降噪特性的影響

不同級配瀝青混合料表面構造深度對比如圖5所示。可以看出，表面構造深度值的大小順序為：AC-13

圖5 瀝青混合料表面構造深度與表面暴露率的關系曲線

3 結論

通過瀝青性能試驗確定了高黏改性瀝青中SBS改性劑和TPS改性劑的最佳復合比為5%SBS+11%TPS。OGFC-13試件的吸聲降噪性能和降噪系數分別為AC-13的2.69倍和3.25倍，為SMA-13的2.15倍和2.21倍。隨著瀝青混合料厚度的增大三種試件吸聲系數的峰值也在逐漸變大，但是峰值處的頻率值呈現出明顯減小的趨勢；單純靠增加瀝青混合料厚度來提高其降噪性能效果并不顯著。較大的表面構造深度和較小的表面暴露率能夠有效提升瀝青混合料的吸聲降噪性能。研究結果能夠為透水降噪瀝青混合料的實際應用提供借鑒。