低噪声水泥混凝土路面若干技术研究综述

低噪声水泥混凝土路面若干技术研究综述

摘 要:低噪声水泥混凝土路面在国外的研究和应用已经比较广泛和成熟。在国内的应用也逐渐增多,系统地介绍了目前国内外低噪声水泥混凝土路面若干技术的研究现状及进展,针对国外推出的新技术、新理论在我国的应用与推广,从各个方面进行了深入的分析和探讨,指明了低噪声水泥混凝土路面的研究和应用还应解决的若干关键技术问题。 关键词:低噪声;水泥混凝土;路面;产生机理;露石混凝土;无细集料混凝土

当前,我国公路交通建设依然保持着较高的发展速度,交通建设的发展与能源和环境的矛盾正迫切需要解决。其中,交通噪声已列入交通部“公路水路交通科技发展战略”需要解决的重要问题。 1 水泥混凝土路面噪声形成机理 根据噪声的产生源,道路交通产生的噪声可分为3个主要组成部分:车辆自身系统的噪声、空气动力噪声和轮胎与路面作用产生的噪声。研究表明:当车速较低时,车辆自身系统噪声是交通噪声的主要来源;当车速较高时,轮胎与路面的相互作用成为交通噪声的主要来源。而轻型车与重型车的交通噪声的来源也各不相同。为降低水泥混凝土路面的噪声,主要是解决轮胎与路面作用产生的噪声。轮胎一路面的相互作用的噪声同许多因素有关,如轮胎类型、轮胎材料性能、轮载、轮压、路面材料性能、路表的粗糙度等,这些都将影响轮胎一路面之间的接触面和压力。其主要表现形式有以下几种: a)当轮胎在路面上行驶时,前部受压区和后部释放区由于突然的变形产生振动,而形成噪声。 b)轮胎被压缩的表面与地面之间的摩擦而产生噪声。 c)轮胎受压区空气突然被压出外胎花纹沟槽,以及在释放区空气突然被吸入花纹沟槽,都形成单级子声源。 d)遇到路面上有积水时,轮胎突然碾压使外胎花纹沟槽内的积水形成高压水流喷出,产生高频噪声 由此可以看出,要降低水泥混凝土路面的噪声,一方面要研究外胎花纹的构造,从改善或者改变轮胎的外胎花纹来降低行车时的噪声;另一方面则是要优化路面结构,通过改变行车条件方面着手解决噪声问题。道路的表面特征是影响路面噪声的主要因素,所以通过改善水泥混凝土路面结构的方法来降低路面噪声是一种行之有效的方法。本文主要是从优化路面结构方面出发,对低噪声混凝土路面的可行性进行了研究。 2 低噪声水泥混凝土路面现状 自从奥地利在维也纳一萨尔兹堡的AI高速公路上做了首次试验之后,其他国家也都作了进一步的试验工作。有代表性的水泥混凝土低噪声路面当属骨料露出施工法这种路面是在浇筑普通的水泥混凝土后,在还没有固化的混凝土板的表面,贴上浸渍了缓凝剂的布等或者洒布缓凝剂,用以推迟混凝土板表面的固化并在表面固化以前将砂浆刮除,让粗骨料裸露出来,使路面呈现某种规则的凹凸,减少空气抽吸声响。另外的一种则是无细集料混凝土路面,目前在美国及其他一些国家将其用于停车场的修建使用中。 2.1 露石混凝土路面 2.1.1 露石混凝土路面的优点 露石混凝土路面是一种将面层混凝土中的粗集料外露,形成非光滑表面的路面。目前,在澳大利亚、丹麦、比利时、法国和英国等已经开始使用。露石混凝土路面由于具有随机凸起的集料表面,使声波和压力波在轮胎花纹下的空隙中自行消散,因此降低了噪声。快速道路降噪效果更显著。 丹麦公路局试验研究表明,当车速为80 km/h时,露石混凝土路面平均噪声比旧混凝土路面低7 dB,比有纵向构造的新混凝土路面低2.5 dB.英国运输研究试验室在M18公路露石混凝土路面试验段的对比测定结果表明露石混凝土路面比56号混凝土路面降低约3 dB(A)噪声,甚至比沥青路面更安静。据调查,露石混凝土路面的降噪效果,大致相当于不改变道路表面特征的状况下,车流量降低一半的降噪效果。 另外,露石混凝土路面的抗滑性能以及夏天防止“白色路面”等方面较之普通混凝土路面有着很好的优越性,而平整度也能达到规定要求。 2.1. 2 露石混凝土路面的施工 露石混凝土路面相对于一般混凝土路面施工工艺有所不同。其施工步骤为:浇筑面层混凝土 喷洒缓凝溶液 覆盖聚乙烯薄膜 清刷水泥浆 集料外露养护。 铺完表层混凝土后,立即喷洒缓凝剂(常用L5X糖溶液),缓凝剂中一般掺以绿染料,以便检查识别。喷洒过缓凝剂的路面板,盖聚乙烯薄膜,防止混凝土因水化热使缓凝剂蒸发,缓凝剂的最佳用量一般为0.21%.使石子外露的处理方法一般是用刷子刷面。从浇筑完毕到刷面的时间根据当地气温而定,一般在12 h一48 h.如夏季气温大约25℃时,必须在12 h左右刷除表面;而在气温3℃ 一4℃的冬天,则大约要延长到36 h左右。如若清刷过晚,可采用喷射处理法进行补救。 试验结果表明,最佳纹理深度,即集料的外露高度,大约为1.5 mm.同时发现,集料的粒径越小,噪声就越低。从噪声的角度看,表面层的骨料应避免采用大于10 mm的粒径,因粒径愈大噪声愈严重。8mm的粒径是良好的,但4 mm~6 mm更好;然而从另一方面看,集料粒径过小会使集料容易脱落,因而,粒径又不能太小。例如英国M18公路表面层(表面层厚40 mm,下层为210 mm厚的连续配筋混凝土)采用的集料粒径为6 mm一8 mm.对集料的要求,须有棱角,质地坚硬、洁净、耐磨等,磨光值为65,以能维持长时间的良好抗滑性能。露石混凝土路面的拌和、浇筑工艺同一般混凝土路面。 2.2 无细集料混凝土路面 无细集料混凝土是用水泥和水作结合料,将单一粒径的粗集料黏结而形成混凝土。如同多孔性沥青路面一样,无细集料混凝土由开级配的粗集料组成,它的结构不同于通常的密级配或半密级配水泥混凝土,而属于骨架空隙结构的开级配,具有噪声低、排水快等特点。 在美国佛罗里达、新墨西哥和犹他州已将这种无细集料混凝土用于停车场的路面面层材料中。 1979年在佛罗里达州的Sarasota基督教堂就修建了无细集料混凝土的停车场。它由砾石基层和无细集料混凝土面层组成。无细集料混凝土由普通水泥、中粒碎石和加气剂按比例拌和而成。为增大集料间的黏结,在混合料中加入一种黏结添加剂(单组分水基环氧乙烯基丙稀酸乳液),集料与水泥比保持3:l,停车场路面铺在已有的碎石基层上,厚102 mm,为素混凝土层。经过测试后得出:混凝土28 d的抗压强度达26.2 MPa;透水性为1.57 L/m ·s,加黏结添加剂的目的是为了提高无细集料混凝土的抗压和抗弯拉强度航磨耗性和冻融耐久性。加添加剂后试验结果表明,28 d平均抗压和抗弯拉强度分别达27.6 MPa和4.49 MPa,其值已相当于普通混凝土强度,使得它的广泛应用得到了保证。在比利时采用的无细集料水泥混凝土路面,厚度为44 mm,空隙率为19% ,最大粒径为4 mm7 mm,取得了5 dB的降噪效果。 3 可行性分析 3.1 环境方面 降低车辆行驶噪声。采用低噪声水泥混凝土路面,由于它与轮胎受压面间有空隙,这就有利于花纹(或路面空穴)中受压空气的喷排,限制了轮胎与路面相互作用时单级子声源的产生。 在雨天由于它具有高透水性,路面上不易形成积水,从而降低了积水高压喷射噪声。 该路面的主要承载体为强度较大的粗集料,与其他的表面处理比较,其磨耗量小,产生的粉尘少,特别适于在隧道等空气流通欠畅的地方。此外,由于使用了水泥混凝土路面,避免了由于使用沥青而带来的空气污染。 3.2 行车方面 无眩光、不耀眼。采用低噪声水泥混凝土路面,在白天阳光较强时,反射的光线由于路面的不光滑性而形成漫反射,消除和减缓了镜面反射,防止阳光耀眼;在夜间,当车灯照在路面上时,同样不会产生镜面那样的反射光,使车辆在夜间行驶更加安全。 较好的抗滑性能。低噪声水泥混凝土路面表面粗糙,摩擦系数大,提高了抗滑性能。在雨天,因水膜使得轮胎与路面的摩擦系数减小到几乎为零,这就使得高速行车时产生最危险的“水面飞行”(水漂)现象。而低噪声路面由于路面减少了路表水的沉积,使得由于水漂现象引起的方向盘失控现象得以消除,使交通安全得到保障。 3.3 经济方面 低噪声水泥混凝土路面具有良好的透水性,使路面不易积水,雨水可以就地渗入,降低排水设施的使用压力,可以少设雨水沟渠和蓄水设施,相应地减少了该部分的投资。 在我国西部的很多城市,矿物和石料供应充分,水泥产量高,而沥青不能自给,必须从外地采购而带来不便。低噪声水泥混凝土路面的发展扩展了水泥混凝土路面的使用范围,使得即使在噪声敏感地区也可以修筑水泥混凝土路面,这对我国很多盛产水泥的地方来说无疑是~个重大的突破,它的应用有利于推动当地地方工业的发展,提高经济效益,又能 起到降低噪声的效果。特别是对于南方多山多雨的地方,水泥的生产量大价廉,雨水较多,排水问题很严重,就更具有使用价值。虽然由于施工工艺上的特殊,使得低噪声水泥混凝土路面的造价比一般混凝土路面的造价要高,但比较修建声屏障、优化发动机性能、研究轮胎花纹构造等降噪措施而言却要经济得多。 3.4 技术方面 从路面的施工方法上来看,低噪声水泥混凝土路面的施工工艺比普通水泥混凝土路面略为复杂,但在我国是完全可以实现的。露石混凝土路面是先对铺筑的表层混凝土,用振动梁振动到密实,立即喷洒染成彩色的缓凝剂(可采用1.5%的糖溶液),然后覆盖聚乙烯薄膜以防止缓凝剂挥发和表面灰浆的快速硬化。考虑到环保的要求,缓凝剂和染色药品最好是容易被生物分解的物质。在浇注后12 h~24 h内用刷子对混凝土表面进行刷毛,一般要求反复进行6遍,最后得到表面纹理为(1.5±0.25)mm的露石混凝土路面。 无细集料混凝土路面的施工是先在高速旋转的搅拌机中制备水泥浆,然后在普通搅拌机中将水泥浆与粗集料拌和(成品混凝土坍落度为零),再用摊铺机摊铺后碾压,最后用聚乙烯薄膜覆盖进行湿治养生。 4 结论和建议 通过对低噪声水泥混凝土路面技术的可行性分析表明,它在我国使用是可行的,研究出适合我国低噪声水泥混凝土路面设计和施工的一个系统的、成本合理的、效益显著的方法,这不仅有助于我国水泥混凝土路面的建设,还有助于降低噪声对公路两旁的环境影响,改善人们的生活质量,提高人们的健康水平,具有较大的经济、社会、环境效益。 然而,目前国内很多学者研究低噪声路面大都集中在沥青路面,对于低噪声水泥混凝土路面的研究和试验还比较少。因此建议参照国外的经验,修筑低噪声水泥混凝土路面的试验段,并做相关研究: a)骨料的粒径、级配、强度标准。 b)结合声学测试的指标研究符合强度、耐久性好的混凝土材料配合比。 c))添加缓凝剂的类型,以及掺人比例、掺加工艺。 d)研究声学测试指标与材料配合比、力学性能、耐久性、表面纹理、结构组合等之间的关系,建立相关的数据库。 e)低噪声水泥混凝土的施工工艺和质量控制。 f)关于低噪声混凝土的结构设计方法。 参考文献: 【1】 R Bruce.Sound EngineeringInnoyation in Pavements[J].Journal ofCaliforniaTransportation,2003,3(4):34—37. 【2】 李硕,王秉纲.公路交通噪音预测及防治的研究【J】.西安公路学院学报,1992(5):43—47. 【3】 杨和平.无细集料混凝土路面应用的进展【J】.国外公路,1997(3):52—57. 【4】 周干峙,马林,徐巨洲,等.发展我国大城市交通的研究【M】.北京:中国建筑出版社,1997. 来源:论文网

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