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低噪音微表处技术研究与应用
来源:admin    发布日期:2018-06-12    点击次数:491次

微表处预养护技术具有施工速度快、费用低、技术成熟,且对交通干扰小等优势,应用多年,其主要的技术难点,如成型强度慢、使用寿命短、抗滑衰减快以及易出现掉粒、脱皮现象等,基本可以通过调整乳化沥青配方、更换石料或改善级配等方法解决,但其最主要的问题是相比于普通热拌热铺沥青路面,微表处的车内噪音显著增大,严重影响驾驶的舒适性。


微表处噪音形成原因分析


(1)空气泵吸效应。轮胎噪声主要由空气泵吸效应产生。当轮胎接触地面时,轮胎空腔中的气体受到挤压并突然向大气中释放;当轮胎滚离地面时,受压缩的花纹元件舒展并使空腔容积增大而形成一定的真空度,大气中的空气被吸入,这两个过程被称为轮胎的泵吸效应。在轮胎滚动过程中,空气泵吸效应周期性发生,使空气中形成疏密波,向外辐射噪声。这种噪声源所产生的噪声的频率可达8000Hz左右,属于高频噪声。


(2)轮框振动噪声。主要是指轮胎在凹凸路面上滚动时产生振动所激发的噪声。研究发现,路面的表面构造,即粗糙度、纹理深度等几何特性,对轮胎与路面的接触噪声有明显影响。同时路面的不平整度,也影响路面噪声。路面的弹性也是决定噪声大小的重要因素之一。


(3)摩擦噪声。当汽车在路面上行驶时,轮胎和路面之间产生巨大的摩擦作用,从而引起交通噪声。


微表处路面噪音调查结果与分析


微表处的噪音污染正越来越多的被重视,根据现有的研究水平和资料,车内噪音和车外噪音,噪音与路面性能之间的关系,以及噪音的先进测试方法是研究的重点。影响微表处噪音的因素也有很多,国内外众多研究结果表明,微表处车内噪音增大的主要原因与沥青用量、集料、施工工艺、乳化沥青的可拌和时间等因素有关,另外微表处表面的构造深度也是影响车内噪音的主要原因。为充分研究微表处车内噪音的影响因素及相关关系,并为后续降低微表处的车内噪音提供解决措施,笔者对几条高速公路不同类型微表处的车内噪音进行了调查。


车内噪音测试方法


由于测试路段均为高速公路,微表处均为施工连续,最短长度为2km,路面清洁、平整。测量时天气良好,风速12级。测试过程中,关闭所有车窗以及空调等设施,车内人员不发出任何声音。


测量噪音时,声级计档位选择为50100dB档,并选择加权模式,测试位置为司机右耳附近。测试车辆为9成新的福特福克斯轿车,车辆状况良好,测试车速分别为80km/h100km/h,测试时间各为1min


噪音测试结果与分析


为了更全面和深入了解微表处车内噪音的主要影响因素,笔者选取了8条高速公路,其微表处的通车年限、厚度、表面构造深度、粗集料针片状含量以及添加纤维与否均有所差异。


调查结果来看,相同厚度的微表处,相同测试速度下,随着通车年限的增加,表面构造深度在不断降低,噪音也在逐渐降低,表明微表处的车内噪音与其表面构造深度有较大的关系,应重点研究;随着行车速度的提高,微表处噪音也随之增大,表明微表处噪音与行车速度也存在较大关系;另外比较R7和R8这两个路段,都是通车半年左右,表面构造深度和粗集料针片状颗粒含量均差不多,但R8噪音比R7要低,主要原因在于R8路段添加了纤维,增加了微表处拌和时浆体的稠度,降低微表处施工时的离析,从而降低微表处的噪音。


车内噪音与构造深度及车速的关系


比较相同厚度条件下微表处路段在相同测试速度下。


测试速度在80km/h100km/h情况下,微表处的车内噪音与其表面构造深度都呈线性关系,相关系数R2都大于0.97,表明表面构造深度对于微表处的车内噪音有直接影响,表面构造深度越大,车内噪音越大。对于相同的构造深度来说,测试速度100km/h相比80km/h车内噪音大24dB,且在100km/h测试速度下的线性斜率要明显大于80km/h测试速度,说明设计车速越高,不同构造深度下车内噪音的差异越明显,高等级公路尤其要注意降低微表处的构造深度,以改善其车内噪音。


微表处路面噪音解决措施


低噪声微表处技术是通过对传统微表处技术进行改进,针对微表处噪声产生机理,采用了更加有利于降低噪声的矿料级配和施工工艺,在同样拥有传统微表处各种优良特点及路用性能的前提下,改善了微表处路面纹理结构,降低车辆经过时产生的振动噪声及泵吸噪声,最终达到微表处降噪的目的。影响微表处车内噪音最主要的因素是微表处表面构造深度,若要有效降低微表处路段车内噪音,在满足路面抗滑要求的情况下,首先就要降低其表面构造深度。


级配调整


按照砂粒式密级配设计理论:最大粒径9.5mm,公称最大粒径4.75mm,最小压实厚度为15mm。集料重叠系数15mm/9.5mm=1.58。从而推理出:10mm/1.58=6.3mm;摊铺压实10mm的微表处厚度,最大粒径应为6.3mm;结合微表抗滑性能特点,设计10mm微表处所用集料的最大粒径调整为8mm,采用(非标)筛子控制。结果来看,相同通车年限情况下,8mm厚度的微表处相比于10mm微表处表面构造深度小10%以上,车内噪音低12dB。表明适当降低微表处的最大粒径有利于改善其车内噪音。


降低针片状含量


微表处路面各个凸起集料的上表面之间存在一定差距,表面密实饱满程度较差,这就造成车辆经过时轮胎碾压在大小不一的集料时产生高频低幅的振动,这是造成微表处路面噪声较大的主要原因。对于目前主流的微表处来说,最大粒径为9.5mm,若针片状含量高,则该最大粒径下针片状颗粒长度大于9.5mm,由于微表处摊铺即成型,没有经过碾压,这些针片状颗粒石料的排列会毫无规则,可能会以横躺、斜躺或竖立的状态存在,导致微表处表面构造深度偏大,车内噪音增大。


改善施工工艺


对于微表处路面,施工过程不碾压,石料的排列分部是一种自然的状态,导致表面呈现毫无规则的凸起,宏观纹理不平顺,导致噪音大且杂乱无章。可以通过增加碾压工艺,如在乳化沥青破乳后,混合料达到初期强度,采用轻型胶轮压路机缓慢碾压2遍左右,将微表处表面凸起碾压平顺。增加胶轮碾压能更好的实现混合料粗、细集料均匀分布,改善表观纹理,防控轮迹带上混合料碾压推移,实现均匀、密实的表面层。


但胶轮碾压的时机选择非常关键,若乳化沥青未破乳,则破坏混合料形成早期强度;若微表处完全形成强度,则胶轮碾压起不到相应作用。另外微表处一般采用慢裂快凝型乳化剂,乳化沥青的破乳速度与石料、天气等关系较大,实际施工中很难把握,因而胶轮碾压工艺一般很难实现,一般可采用在微表处摊铺箱后增加二次刮板的工艺。二次刮板的使用对提高微表处的表观,降低行车噪音都有显著作用。


其他措施


在微表处系统中还可以通过增加矿物纤维或胶粉,使混合料形成交联网状结构有利控制稀浆稠度,防控粗细集料离析。


结论


(1)影响微表处车内噪音有多种因素,但微表处表面的构造深度与其车内噪音最为密切,基本上呈线性关系;


(2)车辆行驶速度越高不同构造深度下车内噪音的差异越明显,因而高速公路尤其要注意降低微表处表面构造深度;


(3)可以通过减小微表处最大粒径,降低微表处粗集料针片状含量,适当增加胶轮碾压工艺或二次刮板,以及添加纤维或橡胶粉等措施,以降低微表处表面构造深度,改善表面平顺度,防控混合料离析,从而达到降低微表处噪音的目的。


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