孔令云，王 健，羅雅丹

(1. 重慶交通大學(xué) 交通土建工程材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074； 2. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074； 3. 重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院 ，重慶 400074)

0 引 言

微表處技術(shù)起源于稀漿封層技術(shù)，同時(shí)又優(yōu)于稀漿封層技術(shù)；目前我國(guó)已進(jìn)入道路的養(yǎng)護(hù)時(shí)代，大量已有的道路面臨巨大的養(yǎng)護(hù)壓力，微表處技術(shù)憑借著經(jīng)濟(jì)快捷同時(shí)利于鋪筑的優(yōu)點(diǎn)，在路面預(yù)防和養(yǎng)護(hù)中被廣泛應(yīng)用；它能夠延長(zhǎng)道路的使用壽命，降低壽命周期使用成本，為我國(guó)高速公路的養(yǎng)護(hù)提供了極大的便利，得到了道路行業(yè)的廣泛認(rèn)可[1-3]。但是由于噪聲的存在，極大地限制了微表處技術(shù)的推廣。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)城市環(huán)境平均噪聲為55.33 dB(A),而交通的平均噪聲為65.95 dB(A)[4]。針對(duì)微表處高噪聲產(chǎn)生的原因，科研工作者分別從瀝青的種類、含量、集料種類、微表處混合料空隙率的大小、級(jí)配的粗細(xì)以及外加劑種類(如摻橡膠粉，纖維等)等方面進(jìn)行了探討[5-8]。微表處室內(nèi)研究尚在起始階段。曹麗萍等[9]提出基于濕輪磨耗儀的微表處混合料室內(nèi)噪聲測(cè)試方法；孫曉立等[10]開發(fā)了微表處噪聲測(cè)試系統(tǒng)。筆者提出了由課題組自主研發(fā)的噪聲測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合室內(nèi)加速加載試驗(yàn)平臺(tái)，分別從外加劑種類和級(jí)配的粗細(xì)出發(fā)，研究微表處噪聲產(chǎn)生的原因，從而為微表處減噪提供新思路。

1 原材料及其技術(shù)性能

1.1 改性乳化瀝青

試驗(yàn)中所選用的SBR改性乳化瀝青檢測(cè)指標(biāo)見表1。根據(jù)表1可得出改性乳化瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)滿足《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》的技術(shù)指標(biāo)。

表1 微表處乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)要求Table 1 Experimental parameters and technical indexes of emulsified asphalt at micro-surface

1.2 礦 料

本試驗(yàn)采用礦料包括0～3 mm石灰?guī)r、0～3 mm玄武巖、3～5 mm玄武巖和5～10 mm玄武巖等4檔，礦料篩分結(jié)果見表2。

表2 篩孔通過質(zhì)量百分比Table 2 Mass percentage of screen holes passing through %

1.3 纖 維

纖維具有強(qiáng)度高，耐久性好，耐腐蝕性高等優(yōu)點(diǎn)；加入進(jìn)混合料之中可以起到加筋補(bǔ)強(qiáng)的作用；筆者取5 mm長(zhǎng)度的玻璃纖維，摻入量為纖維微表處混合料的0.2%。

1.4 橡膠粉

橡膠瀝青具有高溫穩(wěn)定性，低溫柔韌性，抗老化，抗疲勞等特性；文中的橡膠粉為回收廢舊輪胎打碎而成，粒徑為80目，摻量為混合料的1.5%。

1.5 微表處混合料級(jí)配

依照《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》推薦MS-3型兩種級(jí)配， 級(jí)配曲線見圖1～圖2。

圖1 級(jí)配Ⅰ曲線Fig. 1 Gradation Ⅰ design curve

圖2 級(jí)配Ⅱ曲線Fig. 2 Gradation Ⅱ design curve

2 微表處室內(nèi)噪聲測(cè)試平臺(tái)

微表處路面噪聲室內(nèi)測(cè)試平臺(tái)糅合了小型加速加載試驗(yàn)機(jī)及課題組自主研發(fā)的噪聲測(cè)試系統(tǒng)兩部分。噪音計(jì)采用型號(hào)為AR844的希瑪噪音計(jì)，加速度傳感器采用型號(hào)為L(zhǎng)pms-USBAL2的小型輕量9軸姿態(tài)傳感器，數(shù)據(jù)采集卡采用型號(hào)為USB-1208FS-PULS的數(shù)據(jù)采集卡，信號(hào)采集利用USB-1208FS-PULS的配套軟件Instacal，信號(hào)處理采用Visual basic語言編寫而成DACS數(shù)據(jù)處理軟件將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)在DACS中集中展現(xiàn)出來。

2.1 路面功能加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)

采用小型加速加載試驗(yàn)機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)來模擬路面與輪胎間的相互作用，見圖3[11]。

圖3 小型加速加載試驗(yàn)機(jī)Fig. 3 Small accelerated loading machine

2.2 噪聲測(cè)試系統(tǒng)

微表處路面噪聲測(cè)試裝置及測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由重慶交通大學(xué)道路實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，工作原理見圖4。

圖4 噪聲測(cè)試系統(tǒng)原理Fig. 4 Schematic diagram of noise test system

噪聲計(jì)和加速度傳感器是將原始聲波或加速度值轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)的信號(hào)，然后再由數(shù)據(jù)顯卡將存儲(chǔ)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)的形式顯現(xiàn)出來；最后再根據(jù)顯現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，從中提取出路面需要的數(shù)據(jù)。

3 微表處路面噪聲測(cè)試試驗(yàn)

3.1 微表處混合料室內(nèi)噪聲的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》[12]中的規(guī)定來確定微表處的級(jí)配(詳見1.5節(jié))；采用普通硅酸鹽水泥作為養(yǎng)護(hù)載體以消除車轍產(chǎn)生的影響，每次的試件為8個(gè)，5組試驗(yàn)分別為級(jí)配Ⅰ(MS-3)、級(jí)配Ⅱ(MS-3)、纖維微表處、橡膠微表處、AC-13； 參照J(rèn)TG40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》采用輪載碾壓法，制備成型AC-13車轍試件。

試驗(yàn)條件設(shè)置為：?jiǎn)为?dú)密閉實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，真空輪胎(胎壓0.25 MPa)，轉(zhuǎn)速0.83 r/s,溫度控制為25 ℃，荷載為42.6 kg,試件高度10 mm,長(zhǎng)寬為30 cm×30 cm，成型后試件見圖5，試件鋪設(shè)位置見圖6。

圖5 成型后試件 Fig. 5 Specimen after molding

圖6 試件鋪設(shè)位置Fig. 6 Laying position of specimen

3.2 室內(nèi)噪聲測(cè)試方法

1)由于機(jī)器本身在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生噪音，為降低機(jī)器噪音對(duì)本試驗(yàn)造成的影響，在進(jìn)行試驗(yàn)前需要先測(cè)試機(jī)器本身產(chǎn)生的噪聲，測(cè)定空載條件下機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的噪聲值。

2)分別測(cè)定自重和自重加鋼板配重2種條件下噪聲值與振動(dòng)加速度值。

3)按照?qǐng)D6將試件擺放完畢后測(cè)定加載鋼板及自身牽引轉(zhuǎn)頭路面噪音，同時(shí)加上鋼板配重及自重，測(cè)定此時(shí)的路面噪聲值及輪胎振動(dòng)加速度值。

4 微表處路面噪聲測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 噪聲測(cè)試結(jié)果與分析

加速加載測(cè)試驗(yàn)依次測(cè)得路面噪聲結(jié)果見圖7，其中微表處噪聲分為機(jī)械噪音和其他噪音。

由圖7可知，試驗(yàn)采用的加速加載儀器在使用過程中產(chǎn)生的機(jī)械噪音占微表處噪音的比例達(dá)到89.5%-93.5%，而測(cè)得的噪音本身變化幅度極小，且不隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而出現(xiàn)較大波動(dòng)，過高的機(jī)械噪音占比大大影響了最終數(shù)據(jù)的精確性?；诒驹囼?yàn)結(jié)構(gòu)而言，采用加速加載試驗(yàn)的室內(nèi)噪聲系統(tǒng)不能用來分析路表構(gòu)造因素對(duì)微表處高噪音的影響。為此，筆者后續(xù)采用檢測(cè)振動(dòng)加速度的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

圖7 路面噪聲測(cè)試結(jié)果Fig. 7 Road noise test results

4.2 振動(dòng)加速度測(cè)試結(jié)果與分析

采用振動(dòng)加速度指標(biāo)分析路表構(gòu)造因素對(duì)微表處噪聲的影響，路面微表處振動(dòng)加速度見圖8。

圖8 路面微表處輪胎振動(dòng)加速度Fig. 8 Acceleration of tire vibration at the micro-surface of the road surface

根據(jù)圖8中的輪胎振動(dòng)加速度可得出：

1)AC-13微表處的振動(dòng)加速度是最小的，無論是規(guī)范推薦的MS-3，還是外加的橡膠和纖維微表處都比AC-13要高；因此試驗(yàn)材料的路表紋理構(gòu)造不同，對(duì)振動(dòng)加速度有著較大影響。

2)比較級(jí)配I與級(jí)配II可知，級(jí)配越細(xì)，粗集料的骨架越密集，路面的構(gòu)造深度會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而影響到輪胎振動(dòng)加速度。

3)試驗(yàn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，測(cè)得的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，波動(dòng)范圍較小。

4)當(dāng)加入不同的外加劑，對(duì)于輪胎振動(dòng)加速度影響值的影響也是不同的：橡膠微表處振動(dòng)加速度高達(dá)300.34 m/s2，比纖維微表處振動(dòng)加速度的282.69 m/s2高出17.65 m/s2；表明橡膠微表處比纖維微表處的減振動(dòng)效果要差。李薇等[13]的研究發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒對(duì)混合料具有較好的降噪效果，但是在數(shù)據(jù)中橡膠微表處振動(dòng)加速度值反而是最高的,這是由于采用混合料中橡膠粉的摻量過小(1.5%)，用作對(duì)照試驗(yàn)的時(shí)候無法對(duì)混合料的降噪性能產(chǎn)生明顯的影響。

5 結(jié) 論

筆者通過自主研發(fā)的噪聲測(cè)試系統(tǒng)，研究了微表處級(jí)配、外加劑類型對(duì)行車噪音的影響，主要結(jié)論如下：

1)室內(nèi)噪聲測(cè)試試驗(yàn)中的機(jī)械噪聲所占比例太大，對(duì)于試驗(yàn)的準(zhǔn)確性造成影響，所以在試驗(yàn)中，采取分析振動(dòng)加速度值來研究級(jí)配及外加劑對(duì)微表處路面噪聲的影響。

2)以級(jí)配Ⅰ為基準(zhǔn)，對(duì)照級(jí)配Ⅱ，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)級(jí)配越細(xì)，微表處路面的振動(dòng)加速度值顯著減??；可見混合料級(jí)配對(duì)于微表處路面的噪聲有著影響，級(jí)配越細(xì)，噪聲越低。

3)比照噪聲值和振動(dòng)加速度變化值，發(fā)現(xiàn)數(shù)值的變化始終在一定的波動(dòng)范圍內(nèi)，不隨時(shí)間的增加而增長(zhǎng)。

綜上可知，橡膠微表處及纖維微表處均能減少噪音。在傳統(tǒng)微表處中橡膠顆?？梢援a(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，從而起到吸收噪聲的作用，同時(shí)橡膠顆粒本身的阻尼較大，可以將輪胎和路面接觸產(chǎn)生的能量迅速消耗。因此，在實(shí)際工程中采用較細(xì)的級(jí)配或添加外加劑均能有效減少路面行車噪音。