摘要：交通噪声污染严重影响了人们的生活和环境。现分别对水泥低噪声路面、沥青低噪声路面和多孔弹性低噪声路面的研究进行了综述。既有研究表明，水泥低噪声路面和沥青低噪声路面可以降低噪声3~5dB，但是多孔结构会导致混合料强度的降低，以及施工工艺的复杂化和能耗的加剧。多孔弹
【摘要】交通噪声污染严重影响了人们的生活和环境。现分别对水泥低噪声路面、沥青低噪声路面和多孔弹性低噪声路面的研究进行了综述。既有研究表明，水泥低噪声路面和沥青低噪声路面可以降低噪声3~5dB，但是多孔结构会导致混合料强度的降低，以及施工工艺的复杂化和能耗的加剧。多孔弹性低噪声路面降噪性能可以达到10dB以上，但是较差的抗剥落性能导致其使用寿命较短。因此，为了满足人们对城市环境日益增长的要求，有必要对如今的低噪声路面进行深入研究，为建设耐久性好且降噪能力优异的降噪路面提供参考。
【关键词】噪声污染 | 沥青低噪声路面 | 水泥低噪声路面 | 多孔弹性低噪声路面
0.引 言
随着我国城市化进程的日益加快和汽车拥有量的迅速增多，城市道路交通噪声的污染日趋严重。作为现代城市的四大污染之一，噪声污染，尤其是道路交通噪声已成为大城市发展中面临的“痛点、难点”。交通噪声严重污染了人们的生活环境，降低了生活质量，危害人体健康，甚至诱导精神类疾病的发生[1]。因此，“安静道路”是建设国际一流城市、提升人民群众满意度的迫切与必然要求[2]。
车辆噪声可分为三个主要来源：汽车推进噪声，空气动力学噪声和轮胎-路面噪声。汽车推进噪声的产生主要是由发动机中的燃烧和传动部件的机械运动引起的；空气动力学噪声是由车辆在空气中流动时产生的湍流引起的；轮胎-路面噪声是指轮胎与路面接触时，胎面花纹块与路面之间复杂的相互作用所产生的噪声[3]。
当前，交通噪声控制技术主要分为被动降噪和主动降噪技术两类。被动降噪技术主要采用声屏障和绿化带等设施限制噪声传播，但造价昂贵且占用大量空间，难以从根本上解决交通噪声问题[4]；主动降噪技术则主要利用低噪声路面在声源处减弱噪声。低噪声路面形式多样且降噪效果明显，已成为道路工作者的研究热点。
传统的低噪声路面可以分为水泥低噪声路面和沥青低噪声路面。水泥低噪声路面主要包括露石水泥混凝土路面和多孔水泥混凝土路面。露石水泥低噪声路面通过减少汽车轮胎花纹与路面产生的封闭空隙，从而削弱泵吸效应；多孔水泥混凝土路面内部具有发达且相互连通的孔结构，当噪声声波从不同角度随机入射到多孔路面的表面时，声波在内部孔隙中反复传播，从而逐渐将声能转化为热量并消散[5]。沥青低噪声路面主要分为大空隙吸声路面和高阻尼路面两类。大空隙沥青路面的降噪原理与多孔水泥混凝土路面类似；高阻尼沥青路面目前一般指橡胶沥青路面，主要通过材料内部的分散黏度机制减轻轮胎的振动和冲击[6]。近年来，日本推出了多孔高弹橡胶路面(PERS)，同时具备阻尼降噪和多孔降噪两种降噪方式，降噪性能方面具有较大优势，但由于其耐久性较差，使用寿命很难达到要求。
1.水泥低噪声路面
1.1露石水泥混凝土路面
1.1.1国内外研究现状
露石混凝土路面起源于欧洲，主要目的提升路面抗滑性能，因其降噪性能改善的更为明显而被大量研究[7]。奥地利维也纳在1992年修建了露石水泥混凝土试验路段。通过测试发现，露石水泥混凝土比普通水泥混凝土降低3dB的路面噪声。德国和日本也先后对露石混凝土的试验路段进行了研究，并证明了其具有较好的降噪性能[8]。国内很多高校于2000年起，开展了露石混凝土的试验研究，并铺筑了多条试验路段。测试发现，与刻槽混凝土相比，其可以降低4dB的路面噪声[9]。
1.1.2设计方法与不足
与传统的水泥混凝土不同的是，露石混凝土在铺筑完成时，需要在面层上撒一层露石剂，它的功能是延缓混凝土强度的形成速度。在养护一段时间后，下层混凝土强度较高，而表层混凝土强度较低。随后通过钢刷将表面砂浆刷去，大粒径的石块露出表面。露石混凝土试样制备过程和表面形态如图1所示。由于具有规则分布的凹凸界面，露石水泥混凝土的表面纹理构造丰富，从而显著地降低路面噪声。
露石混凝土克服了一般的水泥混凝土路面噪声大的缺点，但是其施工工艺较为复杂，且露石混凝土要求粗集料必须具有优异的抗滑性能和抗磨光能力。为防止露石从路表面脱落形成坑洞，一般选用玄武岩等抗磨光能力较好的集料。此外，露石混凝土要求水泥强度足够高，最好能达到C70[11]。
1.2多孔水泥混凝土路面
1.2.1国内外研究现状
多孔水泥混凝土又称透水混凝土，这种类型的路面于20世纪60年代在美国开始兴起，并在美国各个州大范围投入使用。现今美国已经拥有成熟的设计规范和施工规范[12]。日本为了充分利用水资源，在20世纪70年代提出“雨水渗透计划”，并开始大范围推广透水混凝土技术[13]。我国于20世纪90年代开始引进并研究透水混凝土，经过高校和研究院的共同努力，已不断改进透水混凝土的设计方法和施工工艺，并广泛应用于各大城市[14]。
1.2.2设计方法与不足
与普通混凝土不同的是，透水混凝土基本不含细集料，它是一种由粗集料及水泥基胶结料经拌合形成的具有连续空隙结构的混凝土。透水混凝土的空隙率一般超过20%，具有蓄排水和吸声降噪功能，能广泛适用于广场、停车场、城镇和园林中的轻型荷载道路等。
透水混凝土的多孔结构不仅有效地减弱了轮胎与路面之间的泵气噪声，还能吸收摩擦噪声，因此有着不错的降噪效果。国外研究人员将透水混凝土铺筑在普通水泥混凝土上层，作为其磨耗层。通过测试分贝计，测得该路面可以降低约6dB的噪声[15]。陶等人分析了有效空隙率在20%的多孔水泥混凝土的吸声系数为0.6~0.8，可以降低的噪声约为3dB。公路科学研究所通过测试广西某条多孔水泥混凝土路面，发现其比刻槽混凝土路面降低约5dB的噪声[16]。
由于不含有细集料，多孔混凝土只能靠水泥的硬化作用将集料胶结，较弱的黏结咬合力导致透水混凝土的强度较低，耐久性能较差。因此，与露石水泥混凝土相似的是，为了满足强度的要求，透水混凝土对水泥的要求较高。
2.沥青低噪声路面
2.1多孔沥青混凝土路面
2.1.1国内外研究现状
多孔沥青路面早在20世纪50年代就在欧洲大规模兴建，并已经形成完整的多孔沥青路面设计方法，如今法国有超过2000万m2的OGFC路面。法国研究者通过噪声预测模型分析得到，40~50mm厚的多孔沥青路面可以降低3~6dB的噪声[17]。我国于20世纪80年代开始研究多孔沥青路面。同济大学通过测试多孔沥青路面的试验路段，发现其可以降低4.7dB的噪声[18]。2002年，北京市投入100万元研究多孔低噪声路面，现场测试发现，其比普通沥青路面降低4dB的噪声。近年来，双层多孔沥青路面因具有优异的排水性能而被广泛应用，该类型的路面形式可以降低6dB以上的噪声[19]，如图2所示。
2.1.2设计方法与不足
多孔沥青混合料无法通过马歇尔稳定度等试验确定最佳沥青用量，其配合比设计方法有别于普通沥青混合料。国内一般通过沥青膜厚经验公式理论计算获得初始沥青用量，并通过析漏试验和飞散试验确定最佳沥青用量[21]，从而保证混合料具有较高的空隙率、抗松散能力及一定的力学强度。
多孔沥青路面行车舒适安全，适合铺筑在车速较高的道路中，成为了城市高架和高速的首选路面。由于空隙率较大，多孔沥青路面强度较低，容易出现松散剥落，因此不适用于重载交通路段。此外，多孔沥青路面表面空隙极易被堵塞，降噪性能衰减较快。目前，OGFC沥青混合料的材料组成设计多以经验方法为主，且对混合料的力学指标和成型参数研究较少，限制了OGFC路面的应用[22]。
2.2橡胶沥青混凝土路面
2.2.1国内外研究现状
掺橡胶颗粒的沥青路面于1981年在比利时被研发后用于降低噪声。通过现场试验测试表明，该路面具有较好的降噪效果[23]。美国加利福利亚州故而开始铺设该类型的路面。通过6年的降噪性能测试，结果表明，其比相比于普通的沥青混凝土路面降低约4dB的噪声[24]。我国于上世纪80年代开始在该方面投入研究，于2001年首次用于钢桥面铺装，并陆续建立了较为成熟的橡胶沥青混合料设计方法和设计规范[25]。
2.2.2设计方法与不足
添加橡胶颗粒可以显著增加沥青混合料的阻尼性能，从而减弱轮胎和路面的振动能量，达到降低噪声的目的。一般来说，由于掺入橡胶会影响混合料之间的嵌挤结构，为了保证性能满足规范要求，橡胶的掺量一般少于沥青混合料的3%。橡胶可以通过干法或者湿法工艺掺入沥青混合料中。干法是将橡胶粉与混合料拌合，再加入沥青；湿法是将橡胶粉与沥青拌合，制备成橡胶改性沥青。湿法工艺较为复杂，且消耗大量能源，但是其性能较干法更优。
无论是干法还是湿法，掺入橡胶的沥青混合料都会排放出大量的有毒烟雾，严重污染周边的环境，危害周围施工人员的健康，目前还没有有效的方法可以减轻橡胶沥青浓烟的排放。当前的研究多侧重于橡胶改性沥青的制备和性能研究，关于橡胶改性沥青混合料的降噪性能研究较少。在今后的研究中，有必要重点研究橡胶改性沥青的降噪能力以及降噪机理。
3.多孔弹性低噪声路面(PERS)
3.1国内外研究现状
多孔弹性低噪声路面(PERS)是日本工程研究所于1993年首次研发的降噪路面，其结构形式如图3所示。
日本通过测试试验路段发现，该路面可以降低15dB的小汽车噪声和8dB的卡车噪声。一些研究表明，传统的多孔沥青路面可降低7dB的噪声，而PERS的降噪效果高达12dB[27]。Gao等人[28]用摆锤摩擦噪声测试仪评价了PU橡胶颗粒混合物和AC-16的降噪性能。结果表明，AC-16和轮胎的最大噪声为80.90dB，而PU橡胶颗粒混合物的最大噪声仅为69.50db。Wang等人[26]使用驻波管测试了PERS样品和沥青混合料样品的吸声能力。结果表明，声表面波的最大峰值较宽，说明其吸声能力较强。Rust[29]的研究表明，与传统的沥青路面相比，PERS有效地将轮胎路面噪声降低了5~15dB。Meiarashi[30]的研究表明，PERS的降噪效果优于多孔沥青路面。当车速为60km/h时，降噪效果为13dB，卡车可达到6dB。
3.2设计方法与不足
多孔弹性低噪声路面以聚氨酯作为胶结料，以废旧橡胶作为集料，利用大空隙的吸声效应和橡胶的阻尼效果，具有优异的降噪性能。为了发挥废旧橡胶的高弹性，橡胶颗粒的粒径一般选用1~3mm。橡胶颗粒可以部分代替石料，也可以完全代替石料[31]，完全代替石料时，降噪性能更加优异，但是其路用性能难以满足要求。
由于聚氨酯具有一定的硬化时间，一般多孔弹性低噪声路面需要采用室内预制的方法，将聚氨酯混合料压制成1m×1m×0.05m的板块，然后使用黏结剂将其黏在面层。由于多孔弹性面层和下面层黏结能力较差，多孔弹性低噪声路面容易发生剥落，导致其使用寿命较短。因此，有必要针对多孔弹性低噪声路面选择合适的界面黏结材料，提升多孔弹性低噪声路面的使用寿命。
4.结语与展望
4.1结语
如今的低噪声路面类型众多，但是其降噪原理一般分为大空隙吸声原理、阻尼减振原理、轮胎花纹与路面接触产生的泵吸效应、以及材料与轮胎发生共振吸声。表1总结了上述降噪路面的降噪原理，并比较了它们的降噪性能。
协调路用性能和降噪性能的关系，开发出路用性能优异且降噪性能卓越的低噪声路面是当前的研究瓶颈。水泥低噪声路面可以降噪约2~5dB，但是其施工工艺复杂且建造成本较大。橡胶沥青路面可以降噪约3~5dB，但会产生大量的橡胶烟污染环境；多孔沥青路面可以降噪约3~6dB，但是孔隙较容易堵塞且混合料强度较低。日本的多孔弹性低噪声路面可以降低噪声达10dB以上，但是易松散剥落，限制了其在实际工程中的应用。
4.2展望
综上所述，关于路用性能优异且环境效益良好的低噪声路面研究，还有很多难点需要去突破。在未来的研究中，如下几个方面值得去探索：
(1)低噪声路面的设计方法没有统一的标准，对室内噪声测试方法和室外噪声测试方法也没有统一的规范。因此，有必要制定统一的低噪声路面设计标准和评价标准。
(2)目前关于低噪声路面材料降噪性能的优化，多集中于集料的优化，对胶结料的优化研究较少。沥青胶结料的黏结能力很难满足低噪声路面的需求，聚氨酯的价格又较为昂贵。若能开发一种可以显著降低路面噪声的高阻尼黏结剂，对降噪路面必然是一次大的突破。
(3) 对提高低噪声路面的抗高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能以及水稳定性能的研究较少。为了提高低噪声路面的使用寿命，有必要进一步研究其路用性能。
(4)虽然多孔弹性低噪声路面的降噪性能优越，但抗剥落性能较差，有针对地提高多孔弹性路面的抗剥落性能，将有利于其推广应用。
来源：东南沿海消息通
