噪聲試驗路不同類型瀝青混合料性能對比研究

陳 飛，張 露，席貴東

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 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)

噪聲試驗路不同類型瀝青混合料性能對比研究

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)

為選擇重慶機動車強檢試驗場噪聲試驗路表面層合理的瀝青混合料類型，通過室內(nèi)試驗對3種類型瀝青混合料的基本性能與吸聲效果進行對比研究，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) 吸聲效果受壓實混合料空隙率影響，但混合料的級配特性(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。

噪聲試驗路；瀝青混合料；級配類型；吸聲系數(shù)

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

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

1 評價方案與方法

1.1 試驗原材料與級配類型

試驗原材料采用I-D級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)計了AC-8、AC-13及SMA-13三種密級配瀝青混合料，抗車轍劑摻量均為0.3%，試驗級配如表1～3所示。

1.2 吸聲系數(shù)測試方法

吸聲系數(shù)測試采用駐波管法。測試時，聲頻信號發(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)前進遇到瀝青馬歇爾試塊時會發(fā)生反射。反射聲波與入射聲波疊加就會形成駐波，駐波在管內(nèi)有聲壓極大值和極小值，一旦測出聲壓極大值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)的測試結(jié)果與入射聲波的頻率直接相關(guān)，不同頻率會有不同的吸聲系數(shù)。本次試驗測試時，根據(jù)GB 1495—2002《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》規(guī)定，測試頻率確定為400～1 600 Hz(該頻段屬于交通噪聲頻率)。采用駐波管法對3種瀝青混合料的吸聲系數(shù)進行了測試，如圖1所示。吸聲系數(shù)計算公式如下：

表1 AC-8瀝青混合料試驗級配

表2 AC-13瀝青混合料試驗級配

表3 SMA-13瀝青混合料試驗級配

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)測試示意

2 混合料性能試驗結(jié)果分析

考慮重慶機動車強檢試驗場噪聲試驗路的氣候、環(huán)境及交通特點，采用60 ℃車轍試驗、50 ℃浸水漢堡車轍試驗、真空飽水馬歇爾試驗及低溫小梁彎曲試驗來評價3種級配混合料的性能[7-8]，試驗結(jié)果如表4～7所示。

表4 瀝青混合料60 ℃車轍試驗結(jié)果

表5 瀝青混合料浸水漢堡車轍試驗結(jié)果

由表4可以看出，對于動穩(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，這與動穩(wěn)定度試驗結(jié)果趨勢基本一致。

表6 瀝青混合料真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表7 瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

由表5還可以看出，在達到最終碾壓次數(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，可以認為本文設(shè)計的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，對于最大彎拉應(yīng)變、抗彎拉強度或勁度模量而言，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瀝青混合料相對最差。但如果僅以規(guī)范規(guī)定的最大彎拉應(yīng)變來評價，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)試驗結(jié)果分析

3.1 級配對吸聲系數(shù)的影響

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

圖2 3種級配瀝青混合料吸聲系數(shù)試驗結(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)均會發(fā)生變化，基本都在800～1 200 Hz范圍內(nèi)達到較大值；而在此頻率段以外，吸聲系數(shù)均較小。

此外，本文設(shè)計的3種瀝青混合料空隙率大致相當(dāng)(約4%)，但實際表現(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?？梢姡m然吸聲效果直接受混合料空隙率的影響，但混合料的級配特性(內(nèi)部構(gòu)造)對吸聲效果的影響也不能忽略。分析認為，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結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使通過空隙進入混合料內(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)級配更大。

為探討構(gòu)造深度對瀝青混合料吸聲系數(shù)的影響，對3種瀝青混合料的構(gòu)造深度進行了測試，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，間斷骨架密實結(jié)構(gòu)混合料的構(gòu)造深度略大于連續(xù)密級配混合料；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，這是因為路面較大的構(gòu)造深度致使聲音進入路面內(nèi)部空隙的機會增多，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 抗車轍劑對吸聲系數(shù)的影響

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

對圖4試驗結(jié)果進行分析，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，說明抗車轍劑對瀝青混合料的吸聲性能具有改善作用。分析認為，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瀝青混合料的吸聲效果。

圖4 抗車轍劑對3種瀝青混合料吸聲系數(shù)的影響

汽車試驗場噪聲試驗路對吸聲系數(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)，且同時還可顯著提高路面的抗車轍性能和耐久性的話，則施工時可添加抗車轍劑。

3.3 基于吸聲系數(shù)的混合料類型優(yōu)選

噪聲試驗路表面層要求壓實瀝青混合料吸聲效果不能過高，即要求壓實后的瀝青表面層對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)本次試驗結(jié)果，本文設(shè)計的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。

對于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

本文基于重慶市機動車強檢試驗場建設(shè)工程，通過室內(nèi)試驗對噪聲試驗路表面層不同類型瀝青混合料的性能進行了對比研究，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混合料空隙率的影響，但混合料級配特性(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)，同時可顯著提高路面的抗車轍性能和耐久性的話，則施工時可適當(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

重慶市社會事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項(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