OGFC路面降噪效果研究

通过对路面噪声的成因、降噪机理进行分析，并对长浏S103铺筑的OGFC路面与普通密级配路面测试结果进行对比，发现OGFC路面有比较显著的降噪效果，降噪范围在3.8～6.2dB之间，平均降噪5.3dB

引言

随着社会的进步，我国的道路交通事业保持高速发展态势，交通量明显增大，车速显著提高，噪声的污染问题已经严重影响到了人们的生活质量，成为社会发展不可忽视的一大危害。大量研究表明，开级配排水式磨耗层（OGFC）以其较高的空隙率，在降噪方面作用明显。本文通过对OGFC的基本降噪原理深入研究，结合浏阳试验路段的具体测试，探讨OGFC路面的实际降噪效果并提出改进措施，以满足人们对更高的生活质量的需求。如何有效地采取措施降低路面噪声，对于现实生活具有重要意义。

1.路面噪声的成因

道路交通噪声主要由车辆的动力装置及其相关构件引起的动力系统噪声、传动系统噪声以及路面噪声三部分组成。其中动力系统噪声主要包括排气噪声，冷却风扇噪声、发动机噪声。传动系统噪声主要是齿轮传动所引起的机械噪声。

轮胎与路面相互作用产生的噪声称之为路面噪声。随着车速的提高，噪声贡献率最大的因素不断改变。当车辆处于低速行驶状态时，车辆的的动力系统噪声作用最显著。但随着车辆发动机改进及城市道路路况的不断改观，车速显著提高，路面噪声占车辆行驶噪声的比例显著增大。当车速达到50km/h时，路面噪声就显得比较突出；当车速超过60km/h时，路面噪声会超过其他噪声源，成为汽车行驶的主要噪声源。因此，路面噪声是道路交通的主要声源之一。

路面噪声一般分为两个方面，一方面是轮胎与路面相互接触产生直接噪声；另一方面是轮胎振动引起车体激振而产生的间接噪声。

直接噪声：

（1）直接振动噪声：轮胎材料的非均匀 性导致的胎面振动噪声

（2）摩擦噪声：轮胎与路面接触产生滑动摩擦，轮胎被压缩的胎 面与路面之间摩擦产生噪声

（3）空气泵吸噪声：轮胎花纹与路面接触区域前后的空气抽吸作用产生

（4）空气动力性噪声：轮胎转动和直线运动产生的空气湍流振动

（5）磨损胎面噪声：轮胎磨损后，胎面与路面接触面减小，造成轮胎缓冲及抗摩擦能力减弱，导致摩擦增大，噪声升高

（6）间接噪声：间接振动噪声：路面的平整度及粗糙度引起了诸如轮胎振动、路面振动以及轮胎激振车体而间接振动产生的噪声

（7）降雨条件下轮胎下水膜存在导致车体滑动噪声及飞溅噪声

2.OGFC路面噪声的降噪机理

OGFC路面内部有大量孔隙，孔隙间相互连通成整体结构。由于孔隙数量多，车辆通过局部孔隙可看作瞬时通过，并将轮胎下部及边缘空气快速压缩至孔隙内部，从而大大减小了空气泵吸效应。车辆产生的噪声辐射到路面材料表面。声能量的一部分被反射，另一部分则沿着孔隙内部传播，声能引起空气振动并与孔隙内部边壁发生摩擦，声能逐渐衰减最后转化成热能被消耗掉。

3.OGFC路面的降噪效果及分析

长沙至浏阳的干线公路S103原为一条二级公路，现进行大修，加铺沥青面层，本次以K67+000～K68+000为试验路段，铺筑上面层。空隙率控制在20%，厚度4cm，采用中粒式OGFC-13，集料采用四档辉绿岩材料和石灰岩矿粉，结合料采用中石化SBS改性沥青。配合比设计完成后的沥青混合料经过强度、水稳性、高温稳定性及路用性能试验，各项指标均满足排水路面技术要求。

试验路铺筑后，研究人员参照《机动车辆噪声测量方法》（GB1496-79）， 采用TES-1352H型噪声计，先后四次去现场测试噪声值，试验车型是普通大众轿车，测试数据如下表所示：

表一 （2015年1月）

路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密级配 77.9 80.3 82.4 85.5

OGFC-13 72.1 73.2 74.2 76.4

降噪值（dB） 5.7 7.1 8.2 9.1

表二 （2015年4月）

路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密级配 76.5 81.6 83.1 84.6

OGFC-13 73.3 76.4 76.8 77.6

降噪值（dB） 3.2 5.2 6.2 7.0

表三 （2015年7月）

路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密级配 78.6 80.2 82.4 85.6

OGFC-13 75.6 76.4 78.0 80.2

降噪值（dB） 3.0 3.8 4.4 5.4

表四 （2015年10月）

路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h

密级配 79.6 80.7 84.3 88.2

OGFC-13 76.3 77.1 80.1 83.5

降噪值（dB） 3.3 3.6 4.2 4.7

由图表得出以下结论：

（1）汽车以不同速度行驶，无论行驶在密集配路面还是OGFC路面，车速高时比车速低时产生更大的噪声值

（2）对比两种路面的噪声值发现，汽车在OGFC路面产生的噪声值低于密集配路面，说明OGFC路面具有一定的降噪效果

（3）研究发现，汽车在不同时间以同种速度行驶在密集配路面上所产生的噪声值范围比在OGFC路面上所产生的噪声值范围更窄，分析认为：随着时间的延续，OGFC路面降噪效果存在一定的波动性，这个波动性的发生与路面材料孔隙的填塞程度及连通孔隙空间结构的变化密切相关

为了更加直观看出降噪效果变化状况，分别绘制降噪值变化及降噪百分比变化趋势图，图表如下所示：

（4）无论汽车以何种速度行驶，OGFC路面都能够适当降低噪声值， 降噪范围在3.0～9.1dB之间，均值达5.3dB

（5）随着车速的提高，降噪值相应增大，说明车速越高OGFC路面降噪值越大；去除个别数据误差可以发现：汽车在70Km/h后，降噪值与车速基本呈线性关系，且随着时间的延续，线性斜率逐渐降低并趋于稳定。

（6）汽车在不同时间以同种速度行驶，随着时间的延续，降噪值呈递减状态，且初期递减较快，后期变化不大。现场观察发现，轮迹带及路边孔隙均有部分小颗粒碎石堵塞，且轮迹带比路边堵塞更加严重，这与试验路铺筑后并未采取任何疏通措施有关。分析认为，由于轮迹带区域堵塞基本趋于饱和而路边基本无明显堵塞，所以降噪值基本趋于稳定。

（7）在以上四条曲线中，除去10月份车速为50km/h时的数据有波动外，四条曲线均呈下降状态，相关性较好，降噪百分比在任意车速下随着时间延长均有所降低。车速为110km/h时，降噪效果从最初1月份的10.64%下降到最后仅为5.33%，变化幅度最大。对比表六和表五发现，降噪值与降噪百分比呈正相关。降噪值越高，降噪百分比越大，说明行车速度越大，路面降噪效果越明显。

（8）在同一月份，车速高时比车速低时的降噪百分比大。虽然车速以等差数列试验，但所产生的降噪百分比并不呈等差数列。从图表可以看出，在1、4、7月份中车速为70km/h比车速为50km/h时的降噪百分比提升明显，而在90km/h和110km/h时提升相对较小。

（9）试验后期的10月份，四种车速的降噪百分比基本接近，这说明路面降噪效果已经不如初期那么明显。这与路面吸声效果降低且孔隙堵塞基本趋于稳定有关。

4.OGFC路面降噪的改进措施

（1）OGFC路面已在国内外大量应用，但在国内还没有形成呈体系的设计方法。研究发现，一般具有孔隙率较大、公称粒径较小、构造深度较大同时兼顾好耐久性相关指标的路面，降噪效果最好

（2）路面材料的通透性影响降噪效果。关于路面厚度对吸声系数的影响，呼安东等、尹义林等均采用了驻波法对不同厚度的沥青混合料配制的试件进行了测试，结果表明：大空隙低噪声沥青路面厚度选取4cm时降噪效果最佳。本次试验路面厚度同样借鉴了这个研究成果，降噪效果良好。

（3）国内外相关研究表明，在沥青混合料中掺入改性剂能够明显改善沥青路面的吸声性能。常见的沥青改性剂有橡胶类、树脂类及共聚物类。李铁山通过比较橡胶沥青、SBS改性沥青及橡胶高粘高弹改性沥青配制的OGFC路面，得出了橡胶高粘高弹改性沥青路面降噪效果显著好于橡胶沥青路面及SBS改性沥青路面，而且具有较好的路用性能。

结语

通过对沥青路面的实际降噪效果进行测试和分析，发现OGFC路面可以降低一定程度的噪声值，降噪效果比较明显。但是OGFC路面降噪值存在一定的波动性，降噪效果随时间并不呈明显的相关性，所限于实验数据的数量，可以在后期的持续观测中得到更加明显的结果。同时对降噪的影响因素进行了分析，提出了在沥青混合料的空隙率、集料粒径、路面厚度及外掺改性剂四个方面的改进措施，有利于OGFC路面在南方潮湿多雨条件下的持续应用。

致谢

论文是依托湖南省交通科技计划项目 “南方多雨条件下防滑降噪沥青路面耐久性能研究”完成的，项目编号为201303。非常感谢湖南省交通厅的大力支持。

土木工程应用技术湖南省研究生创新基地资助项目

（作者单位：中南林业科技大学 土木工程与力学学院）

作者简介：刘威（1991-），男，在读研究生，学士，目前主要从事道路工程方面的研究。