 透水沥青路面的降噪机理及效果评价张红叶 河南省中原路桥建设（集团）有限公司 河南 南阳 473000 摘要：本文在分析透水沥青路面降噪的机理和影响因素的基础上，对路面噪声测试方法进行了阐述，重点研究了轮胎下落法检测透水路面噪声，并对比与普通密级配路面的轮胎噪声大小对比，对透水沥青路面的降噪效果进行评价。 关键词：透水沥青路面；降噪机理；影响因素；降噪效果检测 透水路面，通过使用大量粗集料和少量细集料来达到路面内部大空隙结构的目的，使地表径流能沿路面内部的空隙向下方渗透，进而促进自然界水循环、减少洪涝灾害。除了透水功能以外，透水路面还有减少噪声污染、降低路表温度、减小车辆事故发生几率、提高燃料利用率等优点。目前国内外研究的重点都在于透水路面透水功能的实现，集中在高粘度改性沥青及路用性能的研究上，本文从透水路面的透水机理和影响因素，路面噪声测试方法及降噪效果检测几个方面入手进行研究。 1透水路面降噪机理及其影响因素 1.1透水路面降噪机理 车辆行驶时，会产生很大噪声，对街道旁居民及司机都会造成不好的影响。人如果长时间处于噪声环境，心里和生理都会感到不适，轻者反应迟钝、烦躁易怒，重者失眠头痛。因而近年来如何降低交通噪声逐渐引起了学者的重视。驱动噪声和路面噪声是公路噪声的两个主要方面。驱动噪声是单就汽车作为一个系统而言，其在行驶过程中系统内部的发动机、油箱、气管以及各零件之间的摩擦等造成的噪声；路面噪声是把轮胎和路面看做一个整体系统，车轮和地面在接触-分离过程中相互作用产生的噪声。其中路面噪声占总噪声的比例在 70%-85%之间，是交通噪声的主要噪声来源，对司机、行人和居民有很大负面影响。 1.2透水路面影响因素 路面噪声产生的原因大致分为有两种：1.空气泵吸效应。即轮胎与地面接触后产生压缩变形，空气在挤压情况下从轮胎的花纹内部排出，此过程中产生的噪声，是路面噪声的主要来源。且当轮胎花纹的固有频率和空气柱振动的固有频率一致时，会加剧这种噪声。车速越大，空气噪声越大。2.轮胎振动。是指轮胎行驶过程中会发生振动，进而带动车体振动，产生较大噪音。 目前车辆制造业中已经把驱动噪声问题解决得很好了，进一步降低路面噪声就要从轮胎和路面相互作用这方面着手。对铺设的大量试验路段进行研究后发现透水沥青路面能够有效降低路面噪声，近年来受到广泛关注。透水路面能够极大地降低路面噪声，得益于他特殊的大孔隙结构，当声波传到路面的小孔中时，会在空隙壁中发生反射，小孔路径崎岖，声波不断反射，过程中还伴随着由于摩擦和空气运动的粘滞阻力导致的声能转化成内能，能量大量损耗，从而使噪声减少。其次沥青是一种粘弹性材料，具有一定的阻尼特性，能够减路面少震动的强度，也能从一定程度上减少噪声。研究表明透水路面对于各频率的噪声吸声系数均值能达到 0.4 左右，吸声效果明显。 已经有一些学者研究了路面噪声的影响因素，路面空隙率、路面厚度、混合料粒径和级配、轮胎形状、车速及荷载等都。空隙率越大，路面越厚，集料粒径越小，车速越小，噪声越小。其中空隙率和路面厚度占据绝对主要因素，其他因素影响较微弱。比利时学者经过研究，提出了透水路面吸收噪声的经验公式△ L=0.005TV，认为噪声大小主要与空隙率和路面厚度有关。 2路面噪声测试方法 2.1远场测试法 远场测试有统计经过法（SPB）和控制经过法（CPB）两种。SPB 法是国际上常用的远场测试噪声方法。测量路面噪声时将两个收集声音的设备分别置于道路中线的两侧 7.5m 远的位置，高度距离水平面 1.2m，对经过车辆的速度、类型和噪声大小等因素进行统计，最后对收集到的大量数据进行整合分析。用这种方法测得的是人耳实际听到的路面上机械噪声、驱动噪声、轮胎噪声等自由混合车流噪声，符合实际情况，具有普遍性，适合用来研究噪声流和车速、车型的关系。缺点是测试工作量巨大，精确度较低，测试结果容易受到路面噪声以外的其他噪声如天气、人为等噪声的影响。 CPB法是在SPB的基础上人为地控制经过车辆的速度、车型，测试过程简单易控制，受车速、车型的影响较小，测试结果精度较高，且比 SPB 法测试更经济，缺点是需要铺设或寻找专门的标准测试路段，需要远离正在使用中的交通路段，也容易受到外界环境如狂风暴雨的干扰。 2.2近场测试 与远场测试相对比，近场测试中将传声器放置于地面轮胎附近，可以较好的减少路面上其他驱动噪声的影响，准确的测量轮胎和路面之间的噪声。近场测试一般需要用一辆牵引车来带动一辆带有专门隔音罩的模拟拖车以一定速度匀速行驶，隔声罩可以将轮胎和传感器与外界隔离，最大限度地减少外界环境噪声、驱动噪声等的影响。然后通过专门的传感器测量行车的轮胎噪声。这种方法主要用途是在声学方面研究影响轮胎噪声的因素以及噪声频谱特点等问题。 2.3室内模拟法 与远场测试和近场测试在室外进行试验的方式不同，室内模拟法测量噪声是在室内环境下，运用转鼓、扫刷等具有一定循环旋转设施的试验设备带动轮胎转动来模拟实际行车，声音传感器与轮胎距离很近。这种测量轮胎噪声的方法具有可重复性，操作较为简单，受其他噪声影响小，但与实际路面存在一定误差，且转鼓设备价格昂贵，需要有专门的的试验室及试验设备。 图1 转鼓示意图 测试噪声的方法多种多样，因具体测量工具及测试环境不同测试结果往往没有可比性。目前国内缺少标准化的测试方法与设备，缺少相关透水路面噪声的系统性数据，缺少一系列对比性研究。本文结合实验室现有条件，使用 AR844 型噪声计，采用轮胎下落法检测透水路面与普通密级配路面的轮胎噪声大小对比，对透水沥青路面的降噪效果进行评价。 3 透水沥青路面的减噪效果验证 3.1轮胎下落法试验 路面噪声的主要成因是车轮驶过路面时轮胎变形与恢复过程中产生的震动，以及车轮驶过路面空隙时空隙内的空气被压缩，而后被挤出又释放的过程产生的噪音，就是路面噪声的主要来源。基于此拟采用轮胎下落法来模拟轮胎作用于路面的瞬时过程，分别对透水沥青路面和不透水沥青路面进行测试，根据试验结果对比分析评价透水路面的降噪效果。 本次试验中选用两种常见的不透水沥青混合料级配类型 AC-13 和 SMA 以及一种透水沥青混合料级配类型 PAC-13，制成标准车辙板，使用了轮胎下落法对其进行轮胎噪声大小的测试。 轮胎下落法就是在室内模拟车轮行驶在路面对路面造成撞击的一瞬时的作用过程，试验中使用标准普通小汽车使用的轮胎，手持轮胎，使其笔直地从距地面650mm高度处自由下落，与放置于地面上的各类型混合料车辙板发生撞击，测试噪声级。噪声计放置在距撞击点水平距离800mm、高度560mm处。其中车辙板是使用实验室内的轮碾成型机碾压成型的标准车辙板，长300mm，宽300mm，厚度50mm。轮胎胎压为0.2N/mm2。试验中注意各仪器摆放位置、下落高度等，必要时可以采取粘贴、设立支架等办法进行固定。 3.2 试验结果分析 各类型混合料的轮胎噪声，试验结果见表1所示。 表1 各类型混合料的轮胎噪声
由表中数据可以看出，通过轮胎下落法测试出的普通密级配 AC-13和SMA车辙板的 轮胎噪声近乎相同，而透水型PAC-13 车辙板的轮胎噪声明显小于前两者，这是由于透水沥青路面内部空隙较大，轮胎撞击路面时，接触处空气的压缩程度低于密级配路面，产成的噪声就小于密实路面。由此可见，对比于普通路面，透水沥青路面确实有很好的降噪效果。 4 小结 使用轮胎下落法对大空隙沥青混合料的降噪性能进行验证发现：透水路面产生的轮胎噪声明显小于密级配路面的轮胎噪声，说明透水路面具有良好的降噪效果。 参考文献： [1]刘德林.浅析海绵城市透水性路面的结构类型和路用性能[J].规划设计与勘察,2019,7:108-109. [2]钱振东,陈春红.透水性道路研究进展[J].上海公路,2008,4(1):23.  |
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