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原文传递多孔性低噪声沥青混凝土路面的应用研究

论文题名：	多孔性低噪声沥青混凝土路面的应用研究
关键词：	多孔性沥青路面;低噪声;空隙率;改性沥青;声学特性
摘要：	我国高等级公路发展迅速，自1988年我国第一条高速公路建成以来，高速公路通车里程已突破3万公里，山东省高速公路也已达3千公里，占全国总量的十分之一，且在今后一段较长时间内，将保持强劲增加势头。高等级公路的建设有力地促进了国民经济的发展，但同时也对公路沿线居民造成了较为严重的噪声污染，给人们的身心健康和正常的工作、生活带来了不良影响。本文为降低当前道路交通的主要噪声源：轮胎与路面相互作用产生的噪声，在查阅大量国内外文献资料的基础上，对多孔性低噪声沥青混凝土路面进行研究。通过对低噪声沥青路面声学特性的研究；多孔性沥青混凝土的降噪效果影响因素研究；多孔性低噪声沥青混凝土路面原材料筛选试验；传统的低噪声沥青混合料矿料的级配范围和美国NCAT研究报告NO99-3提出的新改进的级配范围进行了对比设计；采用新改进的低噪声沥青混合料设计方法，在济南至聊城高速公路K24～K25+500处铺筑了1500m长的试验段。并对试验路段的铺筑、运行效果测试和交通噪声的现场监测。其目的是为低噪声路面设计、施工提供可靠的理论依据和可行的实用技术，并达到理想的降噪效果，对于促进我国公路建设和环境保护工作的可持续发展具有较高的现实意义。多孔性沥青混凝土的降噪效果影响因素研究结果表明：给出的空隙率分别为5％(密级配)和20％(开级配)两种60mm厚的多孔性沥青混合料具有较好的吸声功能；对于厚度为60mm的沥青混合料试样，两者之间存在以下拟合关系：αp=0.042Vc-0.053。最大粒径Dmax=15mm(圆孔)和Dmax=10mm(圆孔)两种沥青混合料试样，在厚度与空隙率相近的条件下，它们的吸声频率特性和吸声系数也基本相同；虽然增大沥青混合料的连通空隙率有助于提高吸声性能，降噪效果越好，但是，考虑到空隙率增大对路面本身的强度、耐久性造成不利影响，本文确定初始空隙率为20％。考虑到玄武岩十分的坚硬，且呈碱性，与沥青有较好的粘附性，所以本试验粗集料、细集料(石屑、机制砂)均采用玄武岩。铺筑开级配的抗滑磨耗层，最好采用改性沥青，以解决山东省半刚性基层，薄层沥青层易产生的水损害、裂缝、抗滑功能衰减过快等问题，延长沥青路面的使用寿命。但是，改性沥青生产成本较高，化临路试验得知，掺加SBS改性剂，生产成本比基质沥青增加20％左右，MAC改性沥青生产成本增加18％左右。如何解决SBS、MAC的性能与其制造成本之间的矛盾，是目前国内生产厂家和公路建设者亟待解决的问题之一。为提高多孔性沥青混和料的抗松散能力，考虑到矿物纤维—石棉粉尘对人体有害，污染环境，聚合物化学纤维价格较高等因素，本文从我国目前的经验和应用情况出发，采用松散的木质素纤维。保证混合料的高孔隙性、抗松散能力和一定的力学强度是设计多孔性低噪声沥青混凝土路面的关键技术。本实验所选玄武岩作为粗集料，其对沥青的黏附性、石料磨光值、视密度等均高于标准指标，而针叶状含量、洛杉矶磨耗值、压碎值、吸水率均低于低于指标。玄武岩作为细集料，不管是石屑还是机制砂，其棱角性、砂当量和视密度均高于标准指标。混合料的空隙率随细集料含量的增加而减小，而多孔隙沥青路面其主要的功能降噪，空隙率要求大于20％。因此，本文确定玄1：玄2：石屑：机制砂：矿粉=53：24：10：8：5(玄1代表玄武岩10～15mm，玄2代表玄武岩5～10mm)作为设计级配。SBS改性沥青密度为1.033，其针入度、延度、软化点、弹性恢复度、三氯乙烯溶解度等均高于标准指标，而运动黏度、离析度等均低于标准指标。说明所选用的SBS改性沥青具有良好的高低温性能，且其粘结力较强，耐久性较好。4.5％的沥青含量能够满足要求，可以作为混和料设计时的最佳沥青含量，因此传统的级配范围情况下，沥青含量大致在4.5％左右，飞散损失13％左右。新改进的矿物配比为：玄武岩(10-15mm)43％；玄武岩(5-10mm)47％；石屑4％；石灰岩机制砂3％；矿粉3％，沥青含量6.1％；纤维用量0.4％，主要控制指标飞散损失在6％左右，各项指标优于传统的设计方法。采用新改进的低噪声沥青混合料设计方法，热料仓配比：1＃仓24％；2＃仓58％；3＃仓12％；4＃仓3％；矿粉3％，在济南至聊城高速公路K24～K25+500处铺筑了1500m长的试验段。对比试验和实测结果表明：路面的主要控制指标飞散损失，由传统方法的13％左右，降至6％，提高了低噪声沥青混凝土路面的抗松散性，进而提高了路面的耐久性。采用多孔性低噪声沥青混凝土路面的技术路线，在统筹考虑了路面的耐久性、降噪效果、造价等技术经济指标后，确定路面面层合理空隙率为20％，厚度为40mm，沥青结合料最好采用改性沥青(如SBS或MAC改性沥青，山东普遍采用)，沥青含量为6％左右。对所铺筑低噪声路面交通噪声监测，在车流量为243辆/小时情况下有4.2dB(A)降噪效果，达到了设计目标。综上所述，多孔性低噪声沥青混凝土路面能从声源上控制好交通噪声，不仅降噪效果好，而且排水性能、防滑性能、防路面眩光、防溅水等方面都优于普通沥青路面，保证了公路建设与环境保护工作的可持续发展，有良好的推广应用前景；但应对路面结构的耐久性和空隙堵塞、水损坏等问题需作进一步的探讨和研究。
作者：	张波
专业：	环境科学
导师：	成杰民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东师范大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文