纖維微表處混合料噪聲性能關鍵影響因素研究

摘要 為研究纖維微表處混合料噪聲性能的關鍵影響因素，文章結合微表處攤鋪厚度，對傳統微表處級配進行調整優化，在此基礎上對添加有纖維或膠粉的改性微表處進行研究，通過正交試驗設計不同的試驗組合，檢測不同組合混合料試件的噪聲并加以統計學分析。首先選取規范中的基準級配，在基準級配的基礎上進行了調整和優化，從而形成另外三組級配；然后分別確定纖維摻量和乳化瀝青用量，設計正交試驗并檢測其混合料試件的噪聲；最后通過車轍變形試驗和濕輪磨耗試驗評價其耐久性，并設計室內噪聲測試方法對其噪聲性能進行了評價。結果表明，膠粉對微表處混合料的抗水損害性能帶來不利影響，綜合考慮耐久性和噪聲性能，選擇最優級配和最佳纖維摻量進行耐久性低噪微表處的配合比設計，通過極差和方差分析得出級配屬于關鍵影響因素，改性乳化瀝青用量為次要影響因素，纖維摻量為最小影響因素。

關鍵詞 高等級道路；微表處；噪聲；影響因素

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0085-03

0 引言

纖維微表處作為一種特殊的養護技術，具有良好的降噪、抗滑和抗磨耗等性能。纖維微表處混合料噪聲性能受級配、改性乳化瀝青用量、纖維摻量等因素的影響，因此在確定合適的改性乳化瀝青和集料的基礎上，設計正交試驗研究影響纖維微表處混合料噪聲性能的關鍵影響因素，為纖維微表處混合料設計及工程應用奠定基礎。

1 級配選擇

按照級配粗細不同，纖維微表處可以劃分為兩種類型，其中最大粒徑為9.5 mm的級配類型（MS-III）適用于高等級公路項目的建設[1]。選取MS-III型的中值級配為級配A，另外對級配A進行調整和優化，確定三個調整級配（B、C、D）。

級配B：在4.75 mm篩和9.5 mm篩之間增加一個6.7 mm的篩，控制6.7 mm篩的通過率為90%。表1為級配A和級配B的篩分結果，可以看出，通過控制6.7 mm篩孔的通過率使級配B比級配A更細。因此，相比級配A，級配B具有較小的構造深度和豐富的路面紋理，理論上具有更強的降噪效果[2]。

級配C：用8 mm篩篩除8 mm以上集料。由于有針片狀集料的存在，導致按照目標級配設計的微表處混合料的最大粒徑不可能完全小于9.5 mm，而這些粒徑較大的集料有可能在成形的路面豎直凸起，進而削弱路面的降噪性能。按照砂粒式密級配設計理論，最大粒徑為9.5 mm，公稱最大粒徑為4.75 mm，最小壓實厚度為15 mm，則集料重疊系數為15 mm/9.5 mm=1.58，那么攤鋪壓實10 mm的微表處厚度，其最大粒徑應為10 mm/1.58=6.3 mm。結合微表處的抗滑性能特點，設計10 mm厚微表處，并將所用集料的最大粒徑調整為8 mm。表2為級配C的礦料級配。

級配D：間斷級配。微表處普遍采用的是連續級配的混合料，而采用間斷級配的SMA和OGFC具有較大的空隙率，其孔結構有良好的吸聲效果，因此設計了間斷級配的微表處混合料。表3為級配D的篩分結果。由于級配D大料過多，細料偏少，拌和狀態較差，故摻加3%的礦粉，用于改善級配，提高集料與瀝青的黏附性。

2 纖維微表處混合料噪聲性能關鍵影響因素研究

針對耐久性低噪問題，考慮級配、纖維用量和乳化瀝青摻量3個因素，進行三因素四水平的均勻設計，研究不同因素在不同水平條件下對微表處混合料噪聲性能的影響，并通過對正交試驗結果的極差分析和方差分析，找出關鍵影響因素，為后期耐久性低噪微表處的混合料設計研究及工程應用奠定基礎。

2.1 膠粉與纖維優選

膠粉具有較高的彈性和阻尼，可吸收來自輪胎的沖擊作用，降低路面輪胎的振動噪聲。纖維可使混合料形成交聯網狀結構，增大了結構瀝青比例，吸收部分聲能，起到降噪作用。

2.1.1 纖維

該文研究目的是提高微表處混合料的耐久性，進而降低行車噪聲。纖維加入應充分考慮在微表處混合料中良好的分散性，如果分散不均勻，纖維在混合料中結團，易導致纖維吸收較多的瀝青，從而使混合料中的瀝青分散不均勻，進而影響混合料的路用耐久性能。纖維長度也會對微表處的混合料性能產生影響，纖維太長，不易分散；太短，加筋效果差，因此通過調研將纖維的長度定為6 mm。分別采用國產與進口的纖維，摻拌在混合料中，檢測其黏聚力、1 h濕輪磨耗、負荷車輪黏砂，以及車轍變形等性能。纖維類型對微表處混合料性能的影響結果如表4所示。結果顯示，摻加了進口纖維的混合料車轍變形更小，且黏聚力更大（可以盡快通行），因此確定纖維類型為進口。

2.1.2 膠粉

研究不同級配、不同纖維摻量、不同膠粉摻量對微表處混合料性能的影響。由于正交試驗的試驗量過大，所以對膠粉設計為均勻試驗，見表5所示：

按照《微表處和稀漿封層技術指南》中的方法，測試膠粉微表處的車轍變形性能和抗水損害性能，試驗結果見表6所示：

從表6的試驗結果可以看出，只有在不摻膠粉的情況下濕輪磨耗值才滿足指標要求，因此在后續試驗中均不摻加膠粉。

2.2 正交試驗設計

依據正交試驗的相關思路，設計三因素四水平的正交試驗，試驗設計方案如表7所示：

2.3 噪聲測試方法

瀝青路面是一個綜合場地、資金、施工機械及技術人員的建設工程[3-5]。若采用現場實測路面噪聲，檢測過程容易受到風速、風向及氣溫等不易控制因素的影響，導致噪聲監測結果不準確，因此考慮采用在室內進行噪聲監測的方法。

2.3.1 室內噪聲測試方法

《微表處和稀漿封層技術指南》規定成型濕輪磨耗試件時應將礦料大于4.75 mm的部分篩除。為了更加真實地表現不同級配的噪聲性能，進行噪聲測試時直接用原級配成型濕輪磨耗試件。為了避免實驗室其他因素對噪聲測試結果的影響，主要從以下兩方面進行控制：將濕輪磨耗試件固定好，避免發生移動而產生額外雜音；實驗人員盡可能遠離噪聲測試儀器，傳聲器盡量與聲源水平高度保持一致。

2.3.2 試驗步驟

（1）在試驗之前，將標好序號的測試試件固定在磨耗儀升降平臺上，慢慢提升高度，控制磨耗頭與試件表面緊密貼合；在橫向控制上，需將聲級計與濕輪磨耗儀固定在同一側，而在豎向控制上需將聲級計固定在磨耗儀升降平臺的同一高度，再啟動聲級計。

（2）以噪聲測試儀器運行平穩為目標，噪聲測量與濕輪磨耗儀的磨耗頭轉動的時間間隔應控制至少15 s，等效聲級Leq值的測量時間為15～25 s，聲級計測量時間設置為15 s。

（3）為了翻新磨耗r1aO5a5zMI4GqY1qU7fcsA==頭的磨耗面，在每次試驗結束之后需要更換新的橡膠管，并將磨耗頭上的橡膠管轉動90°。

2.4 室內噪聲性能測試結果及分析

對相應的微表處試件進行噪聲測試，測試結果見表8所示：

（1）極差分析

表9為噪聲的極差分析結果，可知在微表處混合料的噪聲性能影響因素中，級配起主要作用，改性乳化瀝青用量和纖維摻量屬于次要因素。

（2）方差分析

表10為微表處噪聲性能方差的分析結果。

由表10可知，不同因素的影響程度排序為級配>改性乳化瀝青用量>纖維摻量。相比指南中的傳統級配，三個調整級配都有一定的降噪效果，但中間斷級配的降噪效果最好。

3 結論

細級配瀝青混合料路面具有較小的構造深度和豐富的紋理，理論上具有更強的降噪效果。SMA和OGFC級配具有較大的空隙率，其孔結構也具有良好的吸聲效果。級配、乳化瀝青用量和纖維摻量三個因素均會對噪聲性能產生影響，但是級配是影響纖維微表處混合料噪聲性能的關鍵影響因素。相比指南中的傳統級配，三個調整級配都有一定的降噪效果，但中間斷級配的降噪效果最好。

參考文獻

[1]交通部公路科學研究院.微表處和稀漿封層技術指南[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]彭彬，黃曉明.微表處路面噪聲調查與研究[J].中外公路，2008（4）：66-69.

[3]夏琦.輪胎空腔噪聲機理及多孔材料降噪方法研究[D].鎮江：江蘇大學，2022.

[4]王佐民，葛劍敏.SMA低噪聲路面降噪試驗研究[C].中國聲學學會2002年全國聲學學術會議論文集.同濟大學聲學研究所.2002：307-308.

[5]曹衛東，呂偉民，周海生.多孔彈性路面的降噪機理與評價方法[J].中外公路，2004（6）：90-93.

收稿日期：2024-08-19

作者簡介：杜娟（1979—），女，本科，工程師，研究方向：交通工程。