不同級配的超薄磨耗層降噪性能試驗與分析

陳林城

(廣東華路交通科技有限公司， 廣州 510420)

0 引言

隨著社會和經濟的快速發展，城市噪音已經嚴重影響了人們的正常生活，交通噪音是城市噪音污染的來源之一。超薄磨耗層是一種具有改善行駛質量、降低噪音、提升安全特性等路面功能的養護措施，能夠節約建設成本，降低環境噪音，抗滑提升效果好等優勢，因此在我國公路養護中得到了越來越多的應用。

對超薄磨耗層的已有諸多研究[1-4]，郭特紅[5]等對SMA-13、OGFC-13、NovaChip Type C和AC-13四種常用的超薄磨耗層瀝青混合料的路用性能進行對比，結果表明：NovaChip Type C和SBS改性瀝青混合料具有較好的路用性能；陳華鑫[6]等對超薄磨耗層瀝青路面的層間抗剪性能進行了研究；結果表明：層間抗剪強度順序為NovaChip>SMA>AC>OGFC。王玉江[7]研究了橡膠高粘改性瀝青開級配抗滑(磨耗)層的降噪性能，結果表明：這種抗滑層具有良好的降噪效果。但是這些研究并沒有對比分析不同類型的超薄磨耗層降噪效果，因此本文對不同礦料級配的超薄磨耗層的路用性能和降噪效果進行試驗研究，綜合考慮路用性能和降噪效果，提出了一種降噪耐久的超薄磨耗層類型，為道路建設和養護決策提供參考。

1 試驗材料檢測

1.1 瀝青

采用殼牌公司提供的SBS改性瀝青，并進行性能檢測，結果如表1所示。

1.2 石料

粗集料采用5～10mm和3～5mm共兩檔輝綠巖，細集料采用0～3mm石灰巖磨細的人工砂。對集料的壓碎值、粘附性、洛杉磯磨耗值、針片狀含量等性能指標按照規范要求測試，測試結果均符合規范要求，可以用于試驗和實際施工使用。

1.3 礦粉和纖維

采用石灰巖磨細得到的礦粉作為填料，SMA中使用的纖維為深圳市海川公司提供的木質素纖維，對礦粉和纖維進行性能檢測，均符合規范要求。

2 超薄磨耗層配合比設計

2.1 級配的確定

超薄磨耗層是一種經濟有效的路面養護措施，設計厚度為1.5～2.5cm[8]。它不僅能夠有效改善路面的行駛質量，提升路面的抗滑性能，而且能夠節約建設成本，降低環境噪音，因此得到了越來越多的應用。在我國路面養護維修中已經使用了多碎石瀝青路面SAC、法國BBM、開級配OGFC、半開級配NovaChip、間斷級配 SMA、粗骨架高結合料瀝青混合料CMHB等十幾種超薄磨耗層級配。但是在抗滑、降噪和耐久性方面，并不是所有的級配都能夠加以應用，本文主要選取在我國超薄磨耗層中應用較廣的OGFC-10、NovaChip Type B-10和SMA-10三種級配類型進行分析。三種級配瀝青混合料級配匯總和級配曲線如表2和圖1所示。

表1 殼牌SBS改性瀝青技術指標

表2 超薄磨耗層礦料級配

圖1 三種超薄磨耗層礦料級配曲線

2.2 最佳油石比的確定

使用馬歇爾設計方法進行配合比設計，對三種級配的瀝青混合料進行馬歇爾試驗，根據試驗結果得到三種不同級配類型瀝青混合料的最佳油石比。在最佳油石比的情況下，三種瀝青混合料的試驗指標如表3所示。

2.3 路用性能檢測

按照規范要求，成型不同級配類型的瀝青混合料馬歇爾和車轍試件，對試件進行凍融循環劈裂強度比、動穩定度、馬歇爾殘留穩定度、小梁彎曲和鋪砂法試驗，檢測結果如表4所示。

表3 三種不同級配類型最佳油石比對應的試驗指標

表4 三種不同級配類型瀝青混合料路用性能檢測結果

采用改性瀝青時，瀝青混合料的動穩定度規范規定的最大值是3 000次/mm，從表4可知，三種不同級配類型的瀝青混合料動穩定度均大于規范規定的最大值，其中SMA-10動穩定度最大，達到了6 647次/mm，具有極佳的高溫穩定性；NovaChipTypeB-10具有較好的高溫穩定性，動穩定度和SMA-10相差不大，是SMA-10的87.8%；而OGFC-10的高溫穩定性較差，動穩定度僅為3 504次/mm，是SMA-10的 52.7%。

水損害是瀝青路面常見的病害之一，因此瀝青混合料應具有良好的水穩定性，從而保證瀝青路面的壽命和服務功能。浸水馬歇爾殘留穩定度規范規定的最大值為85%，由表4可知，三種不同級配類型瀝青混合料殘留穩定度大小關系順序為SMA-10>NovaChip Type B-10>OGFC-10，且其殘留穩定度均大于85%的規范要求。凍融循環劈裂強度比規范要求的最大值是80%， NovaChip Type B的凍融循環劈裂強度比最大，OGFC-10的凍融循環劈裂強度比最小，但三種瀝青混合料的凍融循環劈裂強度比均能滿足規范要求。因此，對于三種瀝青混合料的水穩定性，試驗結果表明均能滿足規范規定的要求，但三種瀝青混合料的水穩定性方面NovaChip Type B-10和SMA-10較好，OGFC-10的水穩定性則不太理想。

瀝青混合料低溫彎拉應變和低溫抗裂性能具有正相關關系，低溫彎拉應變越大，低溫抗裂性能越好。采用改性瀝青時，冬溫區和冬冷區的彎曲應變規范規定不小于2 500με，由表4可知，OGFC-10低溫彎曲應變是最小的，為2 552με，用于超薄磨耗層罩面時，當溫度變化幅度較大時，易出現開裂現象。這是因為由于OGFC-10空隙率較大，降低了應力松弛極限溫度，從而引起了彎拉應變變小；而NovaChip Type B-10和SMA-10則具有較大的低溫彎曲應變。

用鋪砂法測定成型的車轍板構造深度，由表4可知，試驗結果均滿足規范規定構造深度大于0.55mm的要求，構造深度大小關系為OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。由于OGFC-10采用開級配，從而具有較高的表面構造深度，SMA-10的構造深度較差，僅為OGFC-10的58.8%；NovaChip Type B-10的構造深度雖然沒有OGFC的好，但是它比SMA-10瀝青路面提高了50%，達到了1.5mm，這表明NovaChip Type B-10也具有較好的抗滑性能。

3 超薄磨耗層降噪試驗

由于實驗室無法模擬實際行車過程中的噪音，對三種級配瀝青路面超薄磨耗層試驗段采用DT28852型噪音計進行現場交通噪音測試，對比三種級配的超薄磨耗層降噪效果。試驗時，在土路肩位置放置聲壓計，距離路面高度為1.0m，測試哈弗H6以不同速度通過三種超薄磨耗層時的最大噪音值，其結果如表5所示；對三種路面不同行駛速度下的噪音值對比，得到OGFC-10、NovaChip Type B-10相對于SMA-10的噪音降低值和OGFC-10相對于NovaChip Type B-10噪音降低值，其結果如圖2所示。

表5 不同級配超薄磨耗層噪音測試結果

圖2 三種超薄磨耗層降噪效果對比

(1)表5試驗數據表明，隨著行車速度的增大，路面噪音也逐漸增大。三種級配瀝青路面的降噪效果大小關系是OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。OGFC-10瀝青路面較SMA-10路面降噪達4～7 dB，NovaChip Type B-10較SMA-10路面降噪達2～5 dB。輪胎自身的振動和輪胎與路面之間的空氣壓縮產生了車輛行駛過程中的噪音，因此，當輪胎把空氣壓縮時，空隙率較大的路面結構，空氣可以進入到面層的開口空隙中，降低了輪胎對空氣的壓縮比，減小了行駛過程中造成的噪音；空隙率較小的路面結構，路面表面幾乎沒有開口空隙，空氣的壓縮比較大，行駛噪音大。

(2)由圖2可看出， OGFC-10和NovaChip Type B-10瀝青路面相對于SMA-10瀝青路面的降噪效果，和車輛的行駛速度成正相關關系；OGFC-10相對于NovaChip Type B-10瀝青路面，隨著車速的增大，降噪效果越不明顯。這是由于OGFC-10和NovaChip Type B-10相對于SMA-10瀝青路面開口空隙多，當車輛行駛速度越快時，空隙可以更好地降低輪胎對空氣的壓縮，從而減小了空氣壓縮造成的噪音；OGFC-10相對于NovaChip Type B-10的降噪效果和車速成負相關關系，因此，雖然OGFC-10的空隙比NovaChip Type B-10大，但是路面表層空隙卻相差不大，當車速越快，空氣只能進入到面層表層的開口空隙中，使得開口空隙對空氣的壓縮降低效果有限。

4 結論

(1)試驗結果表明，SMA、OGFC、NovaChip Type B瀝青混合料的路用性能均能滿足規范要求，但SMA瀝青混合料高溫穩定性最好，其動穩定度是OGFC瀝青混合料的189.7%，是NovaChip Type B的113.9%；SMA和NovaChip Type B瀝青混合料具有較好的低溫抗裂性能，而OGFC瀝青混合料低溫彎曲應變較差；NovaChip Type B-10和SMA-10水穩定性較好，OGFC-10的水穩定性則不太理想。

(2)現場交通噪音試驗數據表明，SMA路面降噪效果不太理想，OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面降噪達2～7dB，具有較好的降噪效果。

(3)OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面相對于SMA路面的降噪效果隨著車速的增加而增大，因此在交通條件好、行車速度快的路段使用OGFC-10和NovaChip Type B瀝青路面的降噪效果較好。

(4)綜上所述，本文推薦使用NovaChip Type B瀝青混合料為降噪耐久的超薄磨耗層。

本文分析了SMA、OGFC、NovaChip Type B三種瀝青混合料的路用性能和降噪效果，建議進一步試驗研究空隙率和降噪效果之間的關系，以在保證路用性能的前提下，探索最佳的降噪空隙率。