多孔水泥混凝土性能研究

摘要：通过对多孔水泥混凝土的声学性能分析，对比分析了不同结构、不同厚度时多孔路面的实际降噪效果；并对其透水性能、有效孔隙率及孔径大小对渗透系数的影响进行了研究。研究发现：在相同的孔隙率与表面抗滑构造的条件下，8cm 厚的多孔水泥混凝土面层具有最佳的降噪效果；随着有效孔隙率的增大，渗透系数明显增大；在同一有效孔隙率的情况下，随着孔径大小的增加，渗透系数增加。

关键词：多孔水泥混凝土 降噪性能 透水性能

多孔水泥混凝土路面材料属于环保型、生态型混凝土材料，具有广泛的用途，可用于轻交通道路、道路路肩及中央分隔带、城市道路两侧的人行道等。因其具有大的连通孔隙，故其不仅具有很好的吸声降噪性能，而且还具有很好的排水性能。这既有利于环境保护，对汽车及行人的安全也提供了保证。因此较深入的研究多孔水泥混凝土的性能具有很重要的意义。

1.多孔水泥混凝土降噪性能研究

1.1 多孔水泥混凝土材料声学性能分析

多孔水泥混凝土材料结构内部存在较大的孔隙是降噪的主要原因。当声波进入材料内部时，孔隙中的空气发生运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于黏滞性和热传导效应，将一部分声能转变成热能而耗散掉；声波在刚性壁面反射后，回到其表面时，一部分声波返回空气中，另一部分又反射回到材料内部，声波反复传播，则能量不断转换耗散，于是材料就“吸收”了部分声能。

1.1.1 单一结构的多孔混凝土材料的声学性能研究

通过研究相同有效孔隙率，不同级配的试件的吸声系数的变化规律，可得有效孔隙率只是一个宏观表现，多孔材料内部孔隙分布以及孔径大小才是影响其吸声性能的主要因素。

1.1.2 双层结构的多孔混凝土材料的声学性能研究

通过研究两类不同路面结构的吸声性能，即上层孔隙率大下层孔隙率小组合及上层孔隙率小下层孔隙率大组合，表明前一种结构形式具有良好的吸声性能，后者则无。

1.2 多孔水泥混凝土路面降噪性能评价

1.2.1 不同厚度多孔面层条件下的对比

为了进一步研究多孔路面的声学性能随厚度的变化规律，进行了不同厚度条件下的多孔路面降噪性能测试。分析表1可以初步得出，在路面表层纹理结构相同的条件下，多孔路面的降噪性能主要依赖于上面层孔隙率的大小，面层厚度的增加只是增加了声波在多孔结构内的反射吸收时间，从而使路面的降噪效果逐渐增强。

表1不同厚度多孔混凝土面层的路面/轮胎噪声试验结果(70km/h)

1.2.2 单层多孔路面结构与双层组合结构的对比

不同多孔路面结构的测试结果分析表明，单一结构( 8cm )与双层结构( 5cm+ 3 cm)的噪声值基本相当。双层结构在室内试验表现出的良好吸声性能在实际应用过程中并没有得到优异的降噪效果。其原因主要为：在表面纹理相同以及面层厚度大小一致的条件下，车辆高速行驶时，多孔混凝土路面的降噪性能主要依靠上面层结构孔隙率的大小。

2.多孔水泥混凝土透水性能研究

2.1 渗透系数的研究

渗透系数k是一个重要的水文地质参数。渗透系数是反映孔隙介质透水能力的一个综合系数。水流速度较慢时，在水头差的作用下，断面的渗透平均速度与水力坡度成正比，即为达西定律：

v = k i

式中：v为水的渗透平均速度，cm/ s；k为渗透系数，cm/ s；i为水力坡度。

2.2 渗透系数与有效孔隙率的相关关系

对于同一种级配的多孔水泥混凝土，随着有效孔隙率的不同，渗透系数会有区别，本研究采用粒径 2. 36～4. 75 mm 的粗集料，室内成型多孔水泥混凝土有效孔隙率分别为10%、15%、20%、25%、30%，室内捣实成型，并采用标准方法进行养护。

通过测定各有效孔隙率试件的渗透系数，并进行分析，可得线性回归式：

k=-0.0046φ2+0.342φ-1.0587

(R2= 0. 9959)

式中：k为渗透系数，0.01cm/ s ；φ为有效孔隙率，%。

2.3 渗透系数与孔径大小的相关关系

考虑到不同级配的多孔水泥混凝土在同一有效孔隙率情况下，孔径大小不同，其渗透系数会有所区别，对10种不同级配多孔水泥混凝土在同一有效孔隙率情况下，分别测试它们的孔径大小及渗透系数。

测试结果表明：在同一有效孔隙率的情况下，随着孔径大小的增加，渗透系数增加。

2.4 渗透系数与有效孔隙率及孔径大小的综合关系

对10种不同级配的多孔水泥混凝土分别成型任意10个不同有效孔隙率的试块，分别测试它们的渗透系数。分析测试结果，并进行回归分析，可得渗透系数与有效孔隙、孔径大小的综合关系式：

k = 0.13φ+ 0.207D + 0.463

(R2= 0.92)

式中：D为孔直径大小，mm。

3.结语

（1）多孔水泥混凝土有效孔隙率只是影响材料声学性能的一个宏观表现，材料内部孔隙分布以及孔径大小等也是主要的影响因素。

（2）在相同的孔隙率与表面抗滑构造的条件下，8cm厚的多孔水泥混凝土面层具有最佳的降噪效果。

（3）随着有效孔隙率的增大，渗透系数明显增大。

（4）在同一有效孔隙率的情况下，粒径大的粗集料其渗透系数比粒径小的粗集料要大。

（5）对应于任意级配的多孔水泥混凝土,其渗透系数与有效孔隙率、孔径大小的综合关系式为：k = 0.13φ+ 0.207D + 0.463

( R2= 0.92)

参考文献：

[1]荆禄波，田波，刘英等. 多孔水泥混凝土路面降噪性能研究[J]公路，2010，（7）：75—79

[2]侯彦明，顾兴宇. 多孔水泥混凝土透水性能试验研究[J]交通科技2008，（4）：85—87