摘要：低噪聲水泥混凝土路面在國(guó)外的研究和應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛和成熟。在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也逐漸增多，系統(tǒng)地介紹了目前國(guó)內(nèi)外低噪聲水泥混凝土路面若干技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，針對(duì)國(guó)外推出的新技術(shù)、新理論在我國(guó)的應(yīng)用與推廣，從各個(gè)方面進(jìn)行了深入的分析和探討，指明了低噪聲水泥混凝土路面的研究和應(yīng)用還應(yīng)解決的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：低噪聲；水泥混凝土；路面；產(chǎn)生機(jī)理；露石混凝土；無(wú)細(xì)集料混凝土

當(dāng)前，我國(guó)公路交通建設(shè)依然保持著較高的發(fā)展速度，交通建設(shè)的發(fā)展與能源和環(huán)境的矛盾正迫切需要解決。其中，交通噪聲已列入交通部“公路水路交通科技發(fā)展戰(zhàn)略”需要解決的重要問(wèn)題。

1 水泥混凝土路面噪聲形成機(jī)理

根據(jù)噪聲的產(chǎn)生源，道路交通產(chǎn)生的噪聲可分為3個(gè)主要組成部分：車(chē)輛自身系統(tǒng)的噪聲、空氣動(dòng)力噪聲和輪胎與路面作用產(chǎn)生的噪聲。研究表明：當(dāng)車(chē)速較低時(shí)，車(chē)輛自身系統(tǒng)噪聲是交通噪聲的主要來(lái)源；當(dāng)車(chē)速較高時(shí)，輪胎與路面的相互作用成為交通噪聲的主要來(lái)源。而輕型車(chē)與重型車(chē)的交通噪聲的來(lái)源也各不相同。為降低水泥混凝土路面的噪聲，主要是解決輪胎與路面作用產(chǎn)生的噪聲。輪胎一路面的相互作用的噪聲同許多因素有關(guān)，如輪胎類(lèi)型、輪胎材料性能、輪載、輪壓、路面材料性能、路表的粗糙度等，這些都將影響輪胎一路面之間的接觸面和壓力。其主要表現(xiàn)形式有以下幾種：

a)當(dāng)輪胎在路面上行駛時(shí)，前部受壓區(qū)和后部釋放區(qū)由于突然的變形產(chǎn)生振動(dòng)，而形成噪聲。

b)輪胎被壓縮的表面與地面之間的摩擦而產(chǎn)生噪聲。

c)輪胎受壓區(qū)空氣突然被壓出外胎花紋溝槽，以及在釋放區(qū)空氣突然被吸入花紋溝槽，都形成單級(jí)子聲源。

d)遇到路面上有積水時(shí)，輪胎突然碾壓使外胎花紋溝槽內(nèi)的積水形成高壓水流噴出，產(chǎn)生高頻噪聲

由此可以看出，要降低水泥混凝土路面的噪聲，一方面要研究外胎花紋的構(gòu)造，從改善或者改變輪胎的外胎花紋來(lái)降低行車(chē)時(shí)的噪聲；另一方面則是要優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變行車(chē)條件方面著手解決噪聲問(wèn)題。道路的表面特征是影響路面噪聲的主要因素，所以通過(guò)改善水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的方法來(lái)降低路面噪聲是一種行之有效的方法。本文主要是從優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，對(duì)低噪聲混凝土路面的可行性進(jìn)行了研究。

2 低噪聲水泥混凝土路面現(xiàn)狀

自從奧地利在維也納一薩爾茲堡的AI高速公路上做了首次試驗(yàn)之后，其他國(guó)家也都作了進(jìn)一步的試驗(yàn)工作。有代表性的水泥混凝土低噪聲路面當(dāng)屬骨料露出施工法 這種路面是在澆筑普通的水泥混凝土后，在還沒(méi)有固化的混凝土板的表面，貼上浸漬了緩凝劑的布等或者灑布緩凝劑，用以推遲混凝土板表面的固化并在表面固化以前將砂漿刮除，讓粗骨料裸露出來(lái)，使路面呈現(xiàn)某種規(guī)則的凹凸，減少空氣抽吸聲響。另外的一種則是無(wú)細(xì)集料混凝土路面，目前在美國(guó)及其他一些國(guó)家將其用于停車(chē)場(chǎng)的修建使用中。

2．1 露石混凝土路面

2．1．1 露石混凝土路面的優(yōu)點(diǎn)

露石混凝土路面是一種將面層混凝土中的粗集料外露，形成非光滑表面的路面。目前，在澳大利亞、丹麥、比利時(shí)、法國(guó)和英國(guó)等已經(jīng)開(kāi)始使用。露石混凝土路面由于具有隨機(jī)凸起的集料表面，使聲波和壓力波在輪胎花紋下的空隙中自行消散，因此降低了噪聲�？焖俚缆方翟胄Ч@著。

丹麥公路局試驗(yàn)研究表明，當(dāng)車(chē)速為80 km／h時(shí)，露石混凝土路面平均噪聲比舊混凝土路面低7 dB，比有縱向構(gòu)造的新混凝土路面低2．5 dB．英國(guó)運(yùn)輸研究試驗(yàn)室在M18公路露石混凝土路面試驗(yàn)段的對(duì)比測(cè)定結(jié)果表明露石混凝土路面比56號(hào)混凝土路面降低約3 dB(A)噪聲，甚至比瀝青路面更安靜。據(jù)調(diào)查，露石混凝土路面的降噪效果，大致相當(dāng)于不改變道路表面特征的狀況下，車(chē)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”等方面較之普通混凝土路面有著很好的優(yōu)越性，而平整度也能達(dá)到規(guī)定要求。

2．1． 2 露石混凝土路面的施工

露石混凝土路面相對(duì)于一般混凝土路面施工工藝有所不同。其施工步驟為：澆筑面層混凝土 噴灑緩凝溶液 覆蓋聚乙烯薄膜 清刷水泥漿 集料外露養(yǎng)護(hù)。

鋪完表層混凝土后，立即噴灑緩凝劑(常用L5X糖溶液)，緩凝劑中一般摻以綠染料，以便檢查識(shí)別。噴灑過(guò)緩凝劑的路面板，蓋聚乙烯薄膜，防止混凝土因水化熱使緩凝劑蒸發(fā)，緩凝劑的最佳用量一般為0．21％．使石子外露的處理方法一般是用刷子刷面。從澆筑完畢到刷面的時(shí)間根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁囟�，一般�?2 h一48 h．如夏季氣溫大約25℃時(shí)，必須在12 h左右刷除表面；而在氣溫3℃ 一4℃的冬天，則大約要延長(zhǎng)到36 h左右。如若清刷過(guò)晚，可采用噴射處理法進(jìn)行補(bǔ)救。

試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳紋理深度，即集料的外露高度，大約為1．5 mm．同時(shí)發(fā)現(xiàn)，集料的粒徑越小，噪聲就越低。從噪聲的角度看，表面層的骨料應(yīng)避免采用大于10 mm的粒徑，因粒徑愈大噪聲愈嚴(yán)重。8mm的粒徑是良好的，但4 mm～6 mm更好；然而從另一方面看，集料粒徑過(guò)小會(huì)使集料容易脫落，因而，粒徑又不能太小。例如英國(guó)M18公路表面層(表面層厚40 mm，下層為210 mm厚的連續(xù)配筋混凝土)采用的集料粒徑為6 mm一8 mm．對(duì)集料的要求，須有棱角，質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、耐磨等，磨光值為65，以能維持長(zhǎng)時(shí)間的良好抗滑性能。露石混凝土路面的拌和、澆筑工藝同一般混凝土路面。

2．2 無(wú)細(xì)集料混凝土路面

無(wú)細(xì)集料混凝土是用水泥和水作結(jié)合料，將單一粒徑的粗集料黏結(jié)而形成混凝土。如同多孔性瀝青路面一樣，無(wú)細(xì)集料混凝土由開(kāi)級(jí)配的粗集料組成，它的結(jié)構(gòu)不同于通常的密級(jí)配或半密級(jí)配水泥混凝土，而屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)的開(kāi)級(jí)配，具有噪聲低、排水快等特點(diǎn)。

在美國(guó)佛羅里達(dá)、新墨西哥和猶他州已將這種無(wú)細(xì)集料混凝土用于停車(chē)場(chǎng)的路面面層材料中。

1979年在佛羅里達(dá)州的Sarasota基督教堂就修建了無(wú)細(xì)集料混凝土的停車(chē)場(chǎng)。它由礫石基層和無(wú)細(xì)集料混凝土面層組成。無(wú)細(xì)集料混凝土由普通水泥、中粒碎石和加氣劑按比例拌和而成。為增大集料間的黏結(jié)，在混合料中加入一種黏結(jié)添加劑(單組分水基環(huán)氧乙烯基丙稀酸乳液)，集料與水泥比保持3：l，停車(chē)場(chǎng)路面鋪在已有的碎石基層上，厚102 mm，為素混凝土層。經(jīng)過(guò)測(cè)試后得出：混凝土28 d的抗壓強(qiáng)度達(dá)26．2 MPa；透水性為1．57 L／m ·s，加黏結(jié)添加劑的目的是為了提高無(wú)細(xì)集料混凝土的抗壓和抗彎拉強(qiáng)度航磨耗性和凍融耐久性。加添加劑后試驗(yàn)結(jié)果表明，28 d平均抗壓和抗彎拉強(qiáng)度分別達(dá)27．6 MPa和4．49 MPa，其值已相當(dāng)于普通混凝土強(qiáng)度，使得它的廣泛應(yīng)用得到了保證。在比利時(shí)采用的無(wú)細(xì)集料水泥混凝土路面，厚度為44 mm，空隙率為19％ ，最大粒徑為4 mm7 mm，取得了5 dB的降噪效果。

3 可行性分析

3．1 環(huán)境方面

降低車(chē)輛行駛噪聲。采用低噪聲水泥混凝土路面，由于它與輪胎受壓面間有空隙，這就有利于花紋(或路面空穴)中受壓空氣的噴排，限制了輪胎與路面相互作用時(shí)單級(jí)子聲源的產(chǎn)生。

在雨天由于它具有高透水性，路面上不易形成積水，從而降低了積水高壓噴射噪聲。

該路面的主要承載體為強(qiáng)度較大的粗集料，與其他的表面處理比較，其磨耗量小，產(chǎn)生的粉塵少，特別適于在隧道等空氣流通欠暢的地方。此外，由于使用了水泥混凝土路面，避免了由于使用瀝青而帶來(lái)的空氣污染。

3．2 行車(chē)方面

無(wú)眩光、不耀眼。采用低噪聲水泥混凝土路面，在白天陽(yáng)光較強(qiáng)時(shí)，反射的光線由于路面的不光滑性而形成漫反射，消除和減緩了鏡面反射，防止陽(yáng)光耀眼；在夜間，當(dāng)車(chē)燈照在路面上時(shí)，同樣不會(huì)產(chǎn)生鏡面那樣的反射光，使車(chē)輛在夜間行駛更加安全。

較好的抗滑性能。低噪聲水泥混凝土路面表面粗糙，摩擦系數(shù)大，提高了抗滑性能。在雨天，因水膜使得輪胎與路面的摩擦系數(shù)減小到幾乎為零，這就使得高速行車(chē)時(shí)產(chǎn)生最危險(xiǎn)的“水面飛行”(水漂)現(xiàn)象。而低噪聲路面由于路面減少了路表水的沉積，使得由于水漂現(xiàn)象引起的方向盤(pán)失控現(xiàn)象得以消除，使交通安全得到保障。

3．3 經(jīng)濟(jì)方面

低噪聲水泥混凝土路面具有良好的透水性，使路面不易積水，雨水可以就地滲入，降低排水設(shè)施的使用壓力，可以少設(shè)雨水溝渠和蓄水設(shè)施，相應(yīng)地減少了該部分的投資。

在我國(guó)西部的很多城市，礦物和石料供應(yīng)充分，水泥產(chǎn)量高，而瀝青不能自給，必須從外地采購(gòu)而帶來(lái)不便。低噪聲水泥混凝土路面的發(fā)展擴(kuò)展了水泥混凝土路面的使用范圍，使得即使在噪聲敏感地區(qū)也可以修筑水泥混凝土路面，這對(duì)我國(guó)很多盛產(chǎn)水泥的地方來(lái)說(shuō)無(wú)疑是～個(gè)重大的突破，它的應(yīng)用有利于推動(dòng)當(dāng)?shù)氐胤焦I(yè)的發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益，又能
起到降低噪聲的效果。特別是對(duì)于南方多山多雨的地方，水泥的生產(chǎn)量大價(jià)廉，雨水較多，排水問(wèn)題很?chē)?yán)重，就更具有使用價(jià)值。雖然由于施工工藝上的特殊，使得低噪聲水泥混凝土路面的造價(jià)比一般混凝土路面的造價(jià)要高，但比較修建聲屏障、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能、研究輪胎花紋構(gòu)造等降噪措施而言卻要經(jīng)濟(jì)得多。

3．4 技術(shù)方面

從路面的施工方法上來(lái)看，低噪聲水泥混凝土路面的施工工藝比普通水泥混凝土路面略為復(fù)雜，但在我國(guó)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。露石混凝土路面是先對(duì)鋪筑的表層混凝土，用振動(dòng)梁振動(dòng)到密實(shí)，立即噴灑染成彩色的緩凝劑(可采用1．5％的糖溶液)，然后覆蓋聚乙烯薄膜以防止緩凝劑揮發(fā)和表面灰漿的快速硬化�？紤]到環(huán)保的要求，緩凝劑和染色藥品最好是容易被生物分解的物質(zhì)。在澆注后12 h～24 h內(nèi)用刷子對(duì)混凝土表面進(jìn)行刷毛，一般要求反復(fù)進(jìn)行6遍，最后得到表面紋理為(1．5±0．25)mm的露石混凝土路面。

無(wú)細(xì)集料混凝土路面的施工是先在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌機(jī)中制備水泥漿，然后在普通攪拌機(jī)中將水泥漿與粗集料拌和(成品混凝土坍落度為零)，再用攤鋪機(jī)攤鋪后碾壓，最后用聚乙烯薄膜覆蓋進(jìn)行濕治養(yǎng)生。

4 結(jié)論和建議

通過(guò)對(duì)低噪聲水泥混凝土路面技術(shù)的可行性分析表明，它在我國(guó)使用是可行的，研究出適合我國(guó)低噪聲水泥混凝土路面設(shè)計(jì)和施工的一個(gè)系統(tǒng)的、成本合理的、效益顯著的方法，這不僅有助于我國(guó)水泥混凝土路面的建設(shè)，還有助于降低噪聲對(duì)公路兩旁的環(huán)境影響，改善人們的生活質(zhì)量，提高人們的健康水平，具有較大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。

然而，目前國(guó)內(nèi)很多學(xué)者研究低噪聲路面大都集中在瀝青路面，對(duì)于低噪聲水泥混凝土路面的研究和試驗(yàn)還比較少。因此建議參照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，修筑低噪聲水泥混凝土路面的試驗(yàn)段，并做相關(guān)研究：

a)骨料的粒徑、級(jí)配、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

b)結(jié)合聲學(xué)測(cè)試的指標(biāo)研究符合強(qiáng)度、耐久性好的混凝土材料配合比。

c))添加緩凝劑的類(lèi)型，以及摻人比例、摻加工藝。

d)研究聲學(xué)測(cè)試指標(biāo)與材料配合比、力學(xué)性能、耐久性、表面紋理、結(jié)構(gòu)組合等之間的關(guān)系，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

e)低噪聲水泥混凝土的施工工藝和質(zhì)量控制。

f)關(guān)于低噪聲混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

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