低噪聲水泥混凝土路面若干技術研究綜述
摘要：低噪聲水泥混凝土路面在國外的研究和應用已經比較廣泛和成熟。在國內的應用也逐漸增多，系統地介紹了目前國內外低噪聲水泥混凝土路面若干技術的研究現狀及進展，針對國外推出的新技術、新理論在我國的應用與推廣，從各個方面進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用還應解決的若干關鍵技術問題。
關鍵詞：低噪聲；水泥混凝土；路面；產生機理；露石混凝土；無細集料混凝土
當前，我國公路交通建設依然保持著較高的發展速度，交通建設的發展與能源和環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展戰略”需要解決的重要問題。
1 水泥混凝土路面噪聲形成機理
根據噪聲的產生源，道路交通產生的噪聲可分為3個主要組成部分：車輛自身系統的噪聲、空氣動力噪聲和輪胎與路面作用產生的噪聲。研究表明：當車速較低時，車輛自身系統噪聲是交通噪聲的主要來源；當車速較高時，輪胎與路面的相互作用成為交通噪聲的主要來源。而輕型車與重型車的交通噪聲的來源也各不相同。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生的噪聲。輪胎一路面的相互作用的噪聲同許多因素有關，如輪胎類型、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。其主要表現形式有以下幾種：
a)當輪胎在路面上行駛時，前部受壓區和后部釋放區由于突然的變形產生振動，而形成噪聲。
b)輪胎被壓縮的表面與地面之間的摩擦而產生噪聲。
c)輪胎受壓區空氣突然被壓出外胎花紋溝槽，以及在釋放區空氣突然被吸入花紋溝槽，都形成單級子聲源。
d)遇到路面上有積水時，輪胎突然碾壓使外胎花紋溝槽內的積水形成高壓水流噴出，產生高頻噪聲
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造，從改善或者改變輪胎的外胎花紋來降低行車時的噪聲；另一方面則是要優化路面結構，通過改變行車條件方面著手解決噪聲問題。道路的表面特征是影響路面噪聲的主要因素，所以通過改善水泥混凝土路面結構的方法來降低路面噪聲是一種行之有效的方法。本文主要是從優化路面結構方面出發，對低噪聲混凝土路面的可行性進行了研究。
2 低噪聲水泥混凝土路面現狀
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之后，其他國家也都作了進一步的試驗工作。有代表性的水泥混凝土低噪聲路面當屬骨料露出施工法 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，使路面呈現某種規則的凹凸，減少空氣抽吸聲響。另外的一種則是無細集料混凝土路面，目前在美國及其他一些國家將其用于停車場的修建使用中。
2．1 露石混凝土路面
2．1．1 露石混凝土路面的優點
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、法國和英國等已經開始使用。露石混凝土路面由于具有隨機凸起的集料表面，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。快速道路降噪效果更顯著。
丹麥公路局試驗研究表明，當車速為80 km／h時，露石混凝土路面平均噪聲比舊混凝土路面低7 dB，比有縱向構造的新混凝土路面低2．5 dB．英國運輸研究試驗室在M18公路露石混凝土路面試驗段的對比測定結果表明露石混凝土路面比56號混凝土路面降低約3 dB(A)噪聲，甚至比瀝青路面更安靜。據調查，露石混凝土路面的降噪效果，大致相當于不改變道路表面特征的狀況下，車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越性，而平整度也能達到規定要求。
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 集料外露養護。
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，以便檢查識別。噴灑過緩凝劑的路面板，蓋聚乙烯薄膜，防止混凝土因水化熱使緩凝劑蒸發，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間根據當地氣溫而定，一般在12 h一48 h．如夏季氣溫大約25℃時，必須在12 h左右刷除表面；而在氣溫3℃ 一4℃的冬天，則大約要延長到36 h左右。如若清刷過晚，可采用噴射處理法進行補救。
試驗結果表明，最佳紋理深度，即集料的外露高度，大約為1．5 mm．同時發現，集料的粒徑越小，噪聲就越低。從噪聲的角度看，表面層的骨料應避免采用大于10 mm的粒徑，因粒徑愈大噪聲愈嚴重。8mm的粒徑是良好的，但4 mm～6 mm更好；然而從另一方面看，集料粒徑過小會使集料容易脫落，因而，粒徑又不能太小。例如英國M18公路表面層(表面層厚40 mm，下層為210 mm厚的連續配筋混凝土)采用的集料粒徑為6 mm一8 mm．對集料的要求，須有棱角，質地堅硬、潔凈、耐磨等，磨光值為65，以能維持長時間的良好抗滑性能。露石混凝土路面的拌和、澆筑工藝同一般混凝土路面。
2．2 無細集料混凝土路面
無細集料混凝土是用水泥和水作結合料，將單一粒徑的粗集料黏結而形成混凝土。如同多孔性瀝青路面一樣，無細集料混凝土由開級配的粗集料組成，它的結構不同于通常的密級配或半密級配水泥混凝土，而屬于骨架空隙結構的開級配，具有噪聲低、排水快等特點。
在美國佛羅里達、新墨西哥和猶他州已將這種無細集料混凝土用于停車場的路面面層材料中。
1979年在佛羅里達州的Sarasota基督教堂就修建了無細集料混凝土的停車場。它由礫石基層和無細集料混凝土面層組成。無細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，在混合料中加入一種黏結添加劑(單組分水基環氧乙烯基丙稀酸乳液)，集料與水泥比保持3：l，停車場路面鋪在已有的碎石基層上，厚102 mm，為素混凝土層。經過測試后得出：混凝土28 d的抗壓強度達26．2 MPa；透水性為1．57 L／m ·s，加黏結添加劑的目的是為了提高無細集料混凝土的抗壓和抗彎拉強度航磨耗性和凍融耐久性。加添加劑后試驗結果表明，28 d平均抗壓和抗彎拉強度分別達27．6 MPa和4．49 MPa，其值已相當于普通混凝土強度，使得它的廣泛應用得到了保證。在比利時采用的無細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 環境方面
降低車輛行駛噪聲。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單級子聲源的產生。
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度較大的粗集料，與其他的表面處理比較，其磨耗量小，產生的粉塵少，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的空氣污染。
3．2 行車方面
無眩光、不耀眼。采用低噪聲水泥混凝土路面，在白天陽光較強時，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，防止陽光耀眼；在夜間，當車燈照在路面上時，同樣不會產生鏡面那樣的反射光，使車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減小到幾乎為零，這就使得高速行車時產生最危險的“水面飛行”(水漂)現象。而低噪聲路面由于路面減少了路表水的沉積，使得由于水漂現象引起的方向盤失控現象得以消除，使交通安全得到保障。
3．3 經濟方面
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，降低排水設施的使用壓力，可以少設雨水溝渠和蓄水設施，相應地減少了該部分的投資。
在我國西部的很多城市，礦物和石料供應充分，水泥產量高，而瀝青不能自給，必須從外地采購而帶來不便。低噪聲水泥混凝土路面的發展擴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也可以修筑水泥混凝土路面，這對我國很多盛產水泥的地方來說無疑是～個重大的突破，它的應用有利于推動當地地方工業的發展，提高經濟效益，又能
起到降低噪聲的效果。特別是對于南方多山多雨的地方，水泥的生產量大價廉，雨水較多，排水問題很嚴重，就更具有使用價值。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比一般混凝土路面的造價要高，但比較修建聲屏障、優化發動機性能、研究輪胎花紋構造等降噪措施而言卻要經濟得多。
3．4 技術方面
從路面的施工方法上來看，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雜，但在我國是完全可以實現的。露石混凝土路面是先對鋪筑的表層混凝土，用振動梁振動到密實，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和表面灰漿的快速硬化。考慮到環保的要求，緩凝劑和染色藥品最好是容易被生物分解的物質。在澆注后12 h～24 h內用刷子對混凝土表面進行刷毛，一般要求反復進行6遍，最后得到表面紋理為(1．5±0．25)mm的露石混凝土路面。
無細集料混凝土路面的施工是先在高速旋轉的攪拌機中制備水泥漿，然后在普通攪拌機中將水泥漿與粗集料拌和(成品混凝土坍落度為零)，再用攤鋪機攤鋪后碾壓，最后用聚乙烯薄膜覆蓋進行濕治養生。
4 結論和建議
通過對低噪聲水泥混凝土路面技術的可行性分析表明，它在我國使用是可行的，研究出適合我國低噪聲水泥混凝土路面設計和施工的一個系統的、成本合理的、效益顯著的方法，這不僅有助于我國水泥混凝土路面的建設，還有助于降低噪聲對公路兩旁的環境影響，改善人們的生活質量，提高人們的健康水平，具有較大的經濟、社會、環境效益。
然而，目前國內很多學者研究低噪聲路面大都集中在瀝青路面，對于低噪聲水泥混凝土路面的研究和試驗還比較少。因此建議參照國外的經驗，修筑低噪聲水泥混凝土路面的試驗段，并做相關研究：
a)骨料的粒徑、級配、強度標準。
b)結合聲學測試的指標研究符合強度、耐久性好的混凝土材料配合比。
c))添加緩凝劑的類型，以及摻人比例、摻加工藝。
d)研究聲學測試指標與材料配合比、力學性能、耐久性、表面紋理、結構組合等之間的關系，建立相關的數據庫。
e)低噪聲水泥混凝土的施工工藝和質量控制。
f)關于低噪聲混凝土的結構設計方法。
參考文獻：
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