低噪聲路面研究歷程及降噪技術的應用

鄭哲韜

（揚州大學建筑科學與工程學院,江蘇 揚州 225127）

0 引言

眾所周知，由于高速公路瀝青混凝土路面與城鎮道路瀝青混凝土路面的差異，道路噪音的大小和影響也不同。高速公路主要承載重型卡車和公共汽車，而城鎮道路主要承載小型汽車，高速公路上的行駛速度比城鄉道路快得多，最大速度差甚至高出幾倍。白天的行車速度也比夜間的行車速度高得多。同時，城鄉道路上的交通量在晝夜之間也有很大差異，因此，汽車產生的噪音已成為城市聲污染的重要來源。解決汽車造成的噪聲問題成為迫切需要解決的問題。

1 發展歷程

1.1 露石水泥混凝土路面

露石水泥混凝土路面起源于歐洲，主要用于提高路面的抗滑性能，并由于降噪性能提高得更加顯著而得到了更多研究。奧地利維也納于1992年建成露石水泥混凝土試驗段。通過試驗發現，與普通水泥混凝土相比，露石水泥混凝土路面噪聲降低了3 dB。2000年，國內多所高校開展了碎石混凝土試驗研究，鋪設了多個試驗段。試驗結果表明，與開槽混凝土相比，可降低道路噪聲4 dB[1]。

與傳統水泥混凝土不同，露石混凝土需要在混凝土表面涂上一層露石劑，其作用是延緩混凝土強度的形成速率。經過一段時間的養護，下層混凝土具有很高的強度，而表面混凝土具有較低的強度。然后用鋼刷刷去表面砂漿，大顆粒的石塊暴露出來。由于露石水泥混凝土界面不均勻的分布規則，施工時表面紋理豐富，大大降低了道路上的噪聲。

1.2 多孔水泥混凝土路面

多孔水泥混凝土又被稱作透水混凝土。20世紀90年代，中國開始引進和研究透水混凝土。通過高校和科研機構的共同努力，不斷完善透水混凝土的設計方法和施工工藝，在各大城市得到廣泛應用[2]。國外研究人員在普通水泥混凝土上鋪設透水混凝土作為其耐磨層。通過測試分貝，被測表面可將噪聲降低約6 dB。多孔混凝土由于缺少細骨料，只能依靠水泥進行膠結，粘結力較弱，導致強度低，耐久性差。因此，它類似于裸露的水泥混凝土。為了滿足強度要求，透水混凝土對水泥有更高的要求。

1.3 多孔瀝青混凝土路面

多孔瀝青路面是歐洲在20世紀50年代就開始修建的，形成了一套完整的多孔瀝青路面設計方法，目前法國已有2 000多萬平方米的OGFC公路。法國研究人員分析了噪聲預測模型，40～50 mm厚的多孔瀝青路面可以降低噪聲3～6 dB[3]。雙層多孔瀝青路面是近年來廣泛采用的一種排水性能優良的路面結構形式，可以降低6 dB以上的噪聲[4]。多孔瀝青路面舒適安全，適合在高速公路上鋪裝，成為城市高架和高速行車的首選。目前OGFC瀝青混合料的材料組成設計主要采用經驗方法，對混合料的力學指標和成型參數的研究較少，限制了OGFC瀝青混合料的應用[5]。

1.4 橡膠瀝青混凝土路面

橡膠瀝青路面于1981年在比利時開發，以減少噪音。現場試驗結果表明，該路面具有良好的降噪效果[6]。所以，加利福尼亞州開始鋪設這種道路。經過六年的降噪測試，結果表明，與普通瀝青混凝土相比，降噪約為4 dB。我國從20世紀80年代開始這方面的研究，并于2001年首次用于鋼橋面鋪裝，逐步建立了更成熟的設計方法和設計規范的橡膠瀝青混合物[7]。目前，有許多研究橡膠改性瀝青混合料的降噪性能，但很少有研究降噪橡膠改性瀝青混合料的性能。在未來的研究中，有必要關注橡膠改性瀝青的降噪能力和機制。

1.5 多孔彈性低噪聲路面

多孔彈性低噪聲路面（PERS）是日本工程院于1993年開發的一種新型路面結構。日本發現，路面可以降低15 dB的汽車噪聲和8 dB的卡車噪聲。研究表明，傳統的多孔瀝青路面降噪效果可達7 dB，PERS的降噪效果可達12 dB[8]。Meiarashi[9]的研究表明，PERS的降噪效果優于多孔瀝青路面。為了充分發揮廢橡膠的高彈性，橡膠顆粒的粒徑一般選在1～3 mm之間。橡膠顆粒可以取代一部分石料，也可以把石頭完全取代[10]。當石料被完全替代時，降噪性能更優，但路面性能難以滿足要求。

2 綜合降噪技術在新泰至寧陽高速公路中的應用研究

2.1 項目實施方案

該項目根據新泰至寧陽公路，以項目中心樁號的K1+900平嶺村部分作為主要建設的施工部分，村莊整體布設為東西方向，平行于道路，在村子中間有一些拆遷。房屋以平房為主，均為磚瓦結構。該路段采用雙向四車道高速公路設計標準，設計車速120 km/h。

2.2 結果與分析

2.2.1 測試方法

（1）垂直入射吸聲系數在瀝青路面上的測定方法。使用駐波管[11]來檢測瀝青路面材料的垂直入射吸聲系數，檢測設備安裝如圖1所示，測定方法參考《駐波管法吸聲系數與聲阻抗率測量規范》（GBJ88—85）執行。

圖1 駐波管法測試原理

（2）降噪效果測定。道路上的降噪效應是通過噪聲聲級計按照《聲學 汽車車內噪聲測量方法》（GBT18697—2002）所規定的方式來測量車輛的內部噪聲，以及選擇中尺寸的越野車，按恒定速度巡航模式以90 km/h和110 km/h的兩個測試速度測量。

2.2.2 路面吸聲測試分析

對吸音瀝青路面的垂直入射吸聲系數通過駐波管檢測，在OGFC-13測試部分選取24個測點進行測量，在該工程其他常用的SMA-13部分選取參考點進行測量。采用平均值來計算不同頻帶的聲音吸收系數，結果如圖2所示。從圖2中可以看出，OGFC-13低噪聲道路對低頻噪聲具有良好的吸音效果，噪聲頻率在200～1 250 Hz部分之間，路面的平均聲音吸收系數為0.25～0.59，在800 Hz時，吸收系數達到0.59。相對而言，SMA-13路面吸聲效果較差，在200～1 250 Hz頻段的平均吸聲系數僅為0.13～0.18。

圖2 駐波管法測定路面吸聲系數值

2.2.3 降噪效果測試分析

（1）路面降噪效果（車內噪聲）。通過采用F時間計權聲級計方法記錄汽車內的瞬時噪音，同時在一定車速的情況下分別于90 km/h和110 km/h的情況下采集信息。選取40組樣本進行數據分析，結論如圖3和4所示。從圖3和4中可以看出，當速度為90 km/h時，在OGFC降噪路面上運行時，試驗車的內部噪聲值為56.1～57.2 dB，當它在普通SMA路段上運行時噪聲值為59.2～60.1 dB，車內噪聲值減小2.9～3.1 dB；當試驗車速為110 km/h，且當試驗汽車在OGFC路面行駛時，試驗車的內部噪音為58.4～59.5 dB，而行駛在普通SMA道路上后，試驗汽車噪音為61.8～62.7 dB，可見降低了內部噪音3.2～3.4 dB。由此可以得出結論，在不同車速的測試條件下，OGFC可以減少車輛中的交通噪聲約3.0 dB。

（2）綜合降噪效果及分析。通過發生器的聲音源，測量不同的汽車聲障截面的復合降噪效應，結論見表1所示。

從表1可以看出，在項目測試部分中，路面采用OGFC低噪音結構，此外，采用刨花板吸聲隔聲屏障的隔音屏障整體效果較好，通過全面降噪技術處理的道路段的降噪效果相比較普通路段高約為4.3 dB，降噪效果大大提高。另外，表1中的數據分析表明，較近噪聲屏障體，綜合降噪技術部分和普通部分之間的降噪效果差異越小，而且隨著增加的距離，集成降噪技術處理的路段的降噪效果更有效，因此在實際應用中更為顯著。

圖4 在速度110 km/h條件下測量汽車的瞬時噪聲值

表1 不同材質的汽車聲障復合降噪效應比較

3 結語

道路性能和降噪性能的協調，道路性能的發展和低噪音路面的優異降噪性能是當前研究的瓶頸。研究具有優良道路性能和良好環境效益的低噪聲路面仍有許多困難需要克服。我堅信，在不久的將來，低噪音的道路將變得更加實用和有吸引力。