关于LNAP降噪沥青路面技术研究与探讨

摘要：随着国民经济和交通事业的发展，人们对高速公路沥青路面服务水平的要求越来越高。由于高等级公路车流量大、车速高，产生的交通噪声对沿线居民的生活、休息环境和沿线学校教学的干扰日益严重，污染区域迅速扩大。因此，研究应用低噪音沥青路面（LownoiseAsphalt Pavement，简称LNAP）技术在国内外引起了十分广泛的兴趣和重视，并且在应用中取得了良好的效果。本文针对降噪沥青路面的原理，开展低噪音沥青混合料原材料比选、设计方法及性能研究，从而为高速公路降噪路面研究提供必要依据。

关键词：橡胶沥青；降噪路面；轮胎/路面噪声

中图分类号：TV442+.1 文献标识码：A 文章编号：

引言：目前国内外应用最多的降噪沥青路面是多孔隙沥青路面，各国的研究和应用均表明，多孔隙沥青路面具有良好的降噪效果，可降低交通噪声３ｄＢ以上，采用较小粒径或者双层式多孔隙路面，将具有更高的降噪效果。我国目前对于多孔隙沥青路面进行了一些试验路研究，但对于其降噪效果及基于降噪效果考虑的混合料设计方法的研究较少。本文研究的LNAP 胶结料采用高掺量粗胶粉橡胶沥青，设计空隙率（20%~25%），级配范围也基于降噪要求进行优化，与传统排水路面相比，有更优良的降噪性能和排水效果。

一、沥青路面降噪的原理

目前国内外普遍采用的低噪音沥青路面为多孔隙沥青混凝土路面，多孔隙沥青混凝土是指孔隙率比较大的沥青混凝土，根据国外资料，其设计孔隙率通常为２０％～２５％。其降噪的原理在于：

1、破坏轮胎噪声声源。多孔隙降噪路面存在较大的孔隙，且这些空隙是具有一定全通率的孔，因此，在泵吸效应的第一个过程中，受到挤压的高速气流不会被释放到大气中，而是被压入了路面全通的孔隙中，迅速扩散。从能量的角度看，这些被压缩的高速气流会失掉一部分动能，在这些损失的动能中其中一部分用于在气流穿过孔隙时，和空隙壁发生摩擦而转化成热；另一部分用于当空气被绝热压缩，穿过路面材料中的毛细孔并在孔末端被释放时对其做功，因此，降低了声源强度。

2、控制传播途径一吸声机理。当声波入射到多孔隙降噪路面时，由于大孔隙率的存在，改变了路面结构的声阻抗，使得反射声通过地面反射后产生较大的相位差，由于多孔隙降噪路面流阻和普通路面相比很小，增加了入射声的透射能力，当透射声到达下层刚性表面时发生二次反射，二次反射声到达路面表层时又发生反射和透射，使得直达声、反射声在受声点由于相位相反而发生剧烈的干涉作用，降低了声源强度。

二、降噪沥青路面混合料设计及性能研究

1、混合料原材料选择

沥青胶结料是影响降噪沥青 混合料降噪效果、造价和性能的关键因素， 除了应具有良好的高温、低温、抗飞散等性能之外，还应具有良好的吸声性能，以辅助提高路面的降噪效果。高掺量粗胶粉湿拌法改性橡胶沥青具有良好的高温、低温、疲劳性能，同时由于胶粉颗粒具有一定阻尼减震效果，有利于提升降噪沥青 混合料的降噪效果， 其配备工艺为20目粗废旧胶粉、掺加比例为18%~20%。降噪沥青 混合料设计空隙率大， 水分及空气的存在会导致沥青与集料的剥落及加速氧化和老化的过程，需掺加合适的抗剥落材料，结合相关的研究成果，推荐采用2%水泥作为抗剥落剂。

2、降噪沥青混合料设计及性能试验

综合考虑设计空隙率要求以及降噪性能要求，借鉴国内外经验，提出的降噪沥青 混合料混合料级配范围如下表1 所示，配合比为1# 料∶2# 料∶水泥=50∶50∶2，油石比为80%。与传统排水路面（PA）和开级配磨耗层（OGFC）相比，降噪沥青 混合料减少了2.36 mm 筛孔以下、9.5 mm 筛孔以上的集料， 一方面提供了更加平整的表面，减少轮胎与路面材料摩擦噪音，另一方面加大了混合料的空隙率，确保混合料有优良吸声效果。

降噪沥青混合料属于开级配结构类型， 马歇尔试件空隙率应达到20%以上，以达到降噪、排水的效果，同时高温、低温、析漏、飞散试验均应满足相关要求，设计技术标准和试验结果见表2，降噪沥青混合料的各项室内性能试验均满足相关技术要求。

3、降噪沥青混合料耐久性能研究

（1）抗水损坏性能。采用浸水车辙试验方法检验试件在高温（60℃）、车辆荷载和水共同作用下抗水损坏性能。复合车辙试件经过空气浴60℃养生5 h，然后水浴1 h；浸水车辙仪双向移动，垂直于车轮碾压方向，在车辙板中央250 mm 范围内，也应横向移动，移动速度为100 mm/min；开动车辙试验机，使试验轮往返行走6 h。试验结果表明，降噪沥青 混合料表面状况良好，保持了较好的表面构造，无表面松散现象，具有优良的抗水损害性能。

（2）抗冻融性能。由于降噪沥青 混合料的大空隙结构，冬季结冰对结构是否有损伤，一直备受关注。制备3 cm 降噪沥青混合料面层+6 cm AC-20 复合件试件，经过5 次最低温度-18 ℃反复冻融后， 在一个试件表面上切割4 个深度为1.5 cm 直径为10 cm 圆， 用粘结剂将拉拔头粘到切割位置，测其拉拔强度，对比冻融前后拉拔强度评定其抗冻融性能，通过试验结果可知，降噪沥青混合料经过5 次冻融循环后，拉拔强度造成了一定损伤，但损伤程度在可以接受范围之内。

（3）抗除冰盐腐蚀性能。目前国内外普遍采用喷洒除冰盐的措施，其主要成分为氯化钠，氯化钙等。为此，制备成型LNAP混合料复合件试件浸泡于4%氯化钠溶液4 个月，对比试验前后拉拔强度变化评定除冰盐是否对混合料存在影响，通过试验结果表明腐蚀后其抗拉强度没有下降，可以看出除冰盐对于LNAP 混合料的腐蚀作用没有影响。

三、降噪沥青路面混合料室内降噪性能研究

为了验证LNAP 混合料的降噪性能，通过阻尼测试、驻波管吸声系数等声学性能试验，对其降噪性能进行了室内试验分析。

1、阻尼试验研究。从减振降噪的角度考虑，阻尼是指耗散振动能量的能力，也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其他可以耗损的能量，从而起到了减振降噪的目的。LNAP 混合料阻尼比测试结果见下表3。

表3 LNAP 混合料阻尼比测试结果

表3 试验结果表明，橡胶沥青LNAP 混合料阻尼比大于改性沥青，橡胶沥青在阻尼减震方面仍然具有一定优势。因此LNAP 混合料选择橡胶沥青作为胶结料是合适的。

2、驻波管试验研究。驻波管又称阻抗管，是一种用来测量吸声材料的垂直入射吸声系数的装置。对比LNAP 混合料与常规开级配磨耗层（OGFC）混合料的吸声系数，试验结果见下图1。试验结果表明，LNAP 混合料具有明显的吸声系数波峰，比常规OGFC 具有更高的吸声系数，能够获得更好的降噪效果。

四、降噪沥青路面室外降噪验证研究

1、降噪沥青试验路工程案例

2010-08，依托广东某绕城高速公路修筑了LNAP沥青路面试验路，绕城高速沿线居民、工厂密集，这对高速公路行车噪声提出了更为严格的要求。试验路安排在绕城公路高桥门附近， 段落桩号为：NK18+687~NK19+875（右幅）。方案为在原路面上铺筑2.5 cm LNAP 沥青路面， 试验路完成后进行了检测，现场芯样空隙率为26.8%，平均渗水系数3810 ml/min，摆值为59 BPN，各项路用性能良好。试验路通车1 年后，对其进行持续观测，试验路表观无任何变化，未出现任何病害，空隙率和排水能力保持良好。

2、降噪效果室外检测

（1）环境噪声测试。利用声级计对LNAP 路面和常规路段进行了交通噪声测试。为减少交通状况波动对测试影响，每次连续测试25 min，测试点位于防撞护栏处，高度为护栏高度，取平均噪声值反映其交通噪声的整体情况，测试结果见下表4，LNAP 路面环境噪音降低2~3 dBA，相当于噪音源的距离增加1 倍，能起到了明显的降噪效果。

表4 试验路环境噪声测试结果

（2）轮胎/路面噪声测试。如何准确测定轮胎/路面噪声，我国一直以来缺少一种标准且准确的测试方法。美国ASTM 轮胎/路面噪声标准测试方法为随车声强测试法（OBSI，On-Board Sound Intensity），该测试方法可测试轮胎/路面界面附近空间点的单位面积上的声强，其优点在于可以直接测量轮胎/路面之间产生的噪声，而避免受到其他噪声源的干扰，适用于各种道路。通过采用标准轮胎进行测试，可以对不同道路的噪声状况做直接比较。

测试结果见下表5， 试验结果表明LNAP 路面与常规排水路面（PA）和开级配磨耗层（OGFC）相比，能有效降低胎噪，这与LNAP 路面独特级配组成和设计空隙率有很大关系，LNAP 路面通过专门材料设计，达到了降低噪音的目的。

表5 轮胎/路面噪声测试结果（车速60 km/h）

（3）车内噪声。在降低轮胎/路面噪声的同时，LNAP 路面可以大幅度降低了车内噪声， 驾乘人员可以直接感受到，对提升路面服务品质具有实际的意义。

五、结束语

综上所述，通过本文的研究和工程实践，证明橡胶沥青LNAP 路面具有良好路用性能、良好降噪效果、良好排水效果，提升路面的安全性能、环境友好性，具有重要的实用价值和推广前景。

参考文献：

【1】吕伟民.多孔性沥青混合料用结合料的性状与配制［J］.石油沥青，2007.

【2】江苏省交通科学研究院.降噪环保沥青路面应用技术研究［R］.2008.

【3】吉青克.大空隙渗透系数的室内测定［J］.公路交通科技，2006.

【4】JTG F40—2004 公路沥青路面施工技术规范［S］.