摘 要

路面材料與結構對緩解交通噪音污染問題具有關鍵作用。介紹了瀝青路面噪聲的主要成因，并對現有的主要幾種低噪音路面的降噪機理、性能和優缺點等進行了評述；重點論述了橡膠瀝青路面的降噪機理及降噪特性；最后，從膠粉和瀝青混合料等方面總結了影響橡膠瀝青路面降噪性能的多種因素，進一步分析了橡膠瀝青難以推廣的原因以及解決辦法，以期對設計開發結構材料一體化的低噪音瀝青路面有指導意義。

關鍵詞 低噪音路面 | 橡膠瀝青路面 | 降噪 | 吸聲

隨著交通事業的迅速發展，城市及其周邊道路的交通噪音污染問題也日益嚴重瀝青網sinoasphalt.com。噪音嚴重影響了人們的生活和健康，據統計，歐洲約有18%-20%的人口深受交通噪音的困擾[1]，10%的人口因交通噪音產生了嚴重的睡眠問題。各種交通噪聲中，輪胎與路面作用產生的噪聲是主要來源，約占78%，此外，還有10%的空氣動力噪聲和12%的車輛動力噪聲。因此，降低輪胎與路面作用噪聲是道路設計的重要目標。

輪胎與路面作用噪聲有多種成因，包括振動噪聲、空氣泵效應和粘附機制等[2]。其中振動噪聲是輪胎與路面作用噪聲的主要來源，指由輪胎花紋塊和路面的不平整度等因素造成輪胎、路面振動產生的噪聲[3]。大部分情況下，不同來源的噪聲是同時存在的，只是對于不同性質的路面，各種噪聲的能量大小對于輪胎及路面總噪聲的貢獻不同。目前，降低輪胎與路面作用噪聲的有效途徑之一是鋪筑降噪路面。

選擇合適的路面材料和結構對鋪筑降噪路面具有關鍵作用。因瀝青材料本身阻尼減振的粘彈性質和瀝青路面的連續性，相對水泥路面有較好的降噪效果。為提升瀝青路面的降噪和各類性能，一些高分子材料被應用于路面建設中，包括環氧瀝青、聚氨酯和橡膠等。環氧瀝青混凝土強度高、剛度大，具有優良的耐疲勞性能和耐久性，可用于大型橋梁的橋面鋪裝和高等級公路及城市干道路面，但是養護期較長，成本較高[4]；聚氨酯具有高彈性、耐磨耗、吸震性強等優異功能[5]，采用聚氨酯作為結合料的路面材料有更強的抗永久變形能力、抗低溫開裂能力、抗破壞能力和抗水損害能力[6]，但是成本高，耐久性差；橡膠具有優良的彈性和柔性，可以與瀝青混合料形成大量相互貫穿的多孔隙網絡結構，在聲波入射時發生空腔共振吸收聲能，并且橡膠瀝青混合料的阻尼系數和彈性系數較大，可以衰減輪胎的振動，將振動產生的聲能轉化為熱量等耗散。將廢舊輪胎橡膠應用于路面材料中不僅能夠有效降低輪胎及路面產生的噪聲，而且可以減少環境污染，促進循環經濟，對促進國民經濟發展、資源的合理利用和環境保護都具有重大意義。

本文對現有的幾種低噪音路面的降噪機理及特性進行綜述，重點論述橡膠瀝青降噪路面的降噪機理和降噪特性，分析影響橡膠瀝青路面降噪性能的多種因素及靜音化設計，并總結其應用現狀和展望未來研究。

1現有的低噪音路面

由于交通噪音污染問題亟待解決，國際上早已開始了對于低噪聲路面的研究?，F有的低噪音路面主要有三種降噪模式，即多孔吸聲模式、聲波的漫反射及相互干涉模式和彈性模式，相應的代表性路面為通過多孔隙吸聲降噪的多孔瀝青路面、有豐富表面紋理的小粒徑瀝青路面和利用彈性減振降噪的橡膠瀝青路面。此外，還有一些新型的降噪路面技術，其中較有代表性的是法昂交通科技有限公司研發的PR瀝青路面降噪音技術。

1.1多孔吸聲模式

多孔吸聲模式是通過提高瀝青混凝土的空隙率來吸收噪聲，降低行車噪音的一種模式。一般采用空隙率為18%-23%的多孔瀝青混合料鋪筑路面[7]，與普通瀝青路面相比，多孔瀝青路面對于小型汽車可降低噪音5~8dB,對于載重汽車可降噪約3dB[8]；同時，多孔材料的連通孔隙可以加速雨水入滲，提高路面雨天的行車安全。但由于孔隙易受環境污染而堵塞，這種路面的降噪效果衰減較快，使用一年后行車噪音會增加約2dB[9]，且維持降噪效果需要的養護成本較高，所以適用范圍有限，一般適用于自然環境好且雨水多的地區。

1.2聲波的漫反射及相互干涉模式

聲波的漫反射及相互干涉模式，是采用空隙率為6%~8%的小粒徑的密實性混合料改善瀝青路面紋理、降低路面摩擦系數，從而降低行車噪音的一種模式“們。相比于多孔瀝青路面，小粒徑瀝青路面雖然在使用初期降噪效果略差(一般與前者相差1~3dB),但耐久性好，養護過程也非常容易。但這種材料對于路面的抗滑性能要求較高，其中關于構造深度的指標高于目前我國高速公路的相關標準，阻礙了其在我國公路建設中的應用。

1.3彈性模式

彈性模式是將廢舊輪胎制成的橡膠顆粒作為集料摻入混合料中，增加路面的彈性以降低行車噪音的一種模式。關于橡膠瀝青路面材料的工程應用主要包括多孔橡膠瀝青混合料和骨架密實型橡膠瀝青混合料。多孔橡膠瀝青路面的空隙率一般在20%以上，可以通過孔隙吸聲并利用橡膠的彈性增強路面的阻尼減振降噪性能，相比于普通瀝青路面可使行車噪聲降低5~10dB[11]，但因為其孔隙易堵塞，降噪性能衰減較快，所以目前應用較多的是骨架密實型橡膠瀝青混合料[12]，這種路面的空隙率一般在3%-5%之間[13]，可以吸收、耗散輪胎與路面的振動和沖擊能量，實現減小空氣泵效應和阻尼減振的雙重降噪效果，雖然降噪性能比前者略差(較普通瀝青路面降噪2~5dB),但是不存在孔隙堵塞問題，具有良好的耐久性和力學性能，易于維修和養護，適用范圍更廣。

國外對于橡膠瀝青路面的降噪性能研究開始較早，并取得了豐富的成果。1981年，比利時科學家首先證明橡膠瀝青混凝土具有減噪性能[14]，此后，法國、英國、美國、日本等也進行了相應研究，證明橡膠瀝青路面相對于普通瀝青路面可達到50%-90%的降噪效果；國內的相關研究仍處于試驗階段，2002年，交通部公路院在北京、廣東及河北等地鋪筑了橡膠瀝青材料的試驗路，取得了良好的降噪效果[10]，但是至今仍未獲得推廣應用。

1.4新型降噪模式-PR瀝青降噪路面技術

法昂交通科技有限公司研發的PR瀝青路面降噪音技術是較有代表性的新型路面降噪技術，在普通瀝青混合料中摻加PRPHONE?添加劑，并將其應用于瀝青混凝土的路面表層，吸收車輛承載擠壓瀝青混合料產生的摩擦噪音，降低輪胎與路面摩擦產生的噪音和擠壓排氣造成的反射音。根據實際路段噪音檢測結果，在法國里昂城市大道PR瀝青路面相對普通路面可使噪聲降低6.2dB，在中國上海逸仙路高架上，對于車速50-80km/h的面包車，噪聲可降低2.5~2.9dB，對于車速50-80km/h的轎車，噪聲可降低5.2~6.0dB，降噪效果良好。

2橡膠瀝青路面的降噪原理

2.1橡膠材料的吸聲功能原理

橡膠具有高粘彈性和阻尼特性，聲波在其中傳播時會引起大分子鏈的熱運動，使入射聲能衰減，方式主要包括[15]：(1)分子馳豫吸收，聲波在介質中傳播時，介質的分子振動和聲波的傳播周期不同步會導致聲能的損耗。(2)熱傳導吸收，由于介質疏密程度不同，各處存在溫度梯度，使相鄰質點間發生熱交換，聲能逐漸轉化為熱量。(3)粘滯吸收，當聲波在介質中傳播時,介質中質點的不同運動速度導致相鄰質點間的相互作用，使聲能轉化為熱量而達到吸聲效果。

一般來說，單純橡膠材料的吸聲效果不是十分理想，但是可以通過添加填料改進組成或改進結構等方式來改善。結構改進的主要方式有：(1)漸變過渡結構，即將橡膠材料制成尖劈或尖錐狀，使其聲學狀態逐步過渡，實現阻抗匹配[16]。(2)共振吸聲結構，即在橡膠中開設一些孔腔，聲波在其中發生共振吸收，達到增強材料吸聲性能的目的，這也是橡膠瀝青路面中橡膠材料吸聲的重要原理。

2.2橡膠瀝青路面的阻尼減振降噪原理

振動噪聲是輪胎與路面作用噪聲的主要成因，因此減振是降噪的重要途徑。汽車行駛過程中，輪胎與路面在豎直方向發生一維振動，并因它們的阻尼共同作用而不斷衰減，阻尼越大，振動衰減速度越快。在路面材料中加入大阻尼和高彈性的橡膠顆粒，路面在與輪胎作用過程中形變程度增大，振動產生的能量部分因阻尼材料的內部摩擦轉化為熱量耗散，部分被儲存于橡膠分子鏈中，輪胎離開路面時路面會發生回彈，并將儲存的能量釋放[17]。據研究，橡膠瀝青路面可使輪胎的振動降低為一般情況下的1/10,并能使輪胎輻射的聲壓級降低約20dB[18]。并且輪胎與路面間的振動幅值越大，路面的減振降噪效果越好[19]。

2.3橡膠瀝青多孔路面的吸聲降噪原理

根據聲學知識，吸聲的基本結構主要有瑞利模型和共振吸聲模型[20]。這兩種結構都依靠材料中的空隙內氣體分子間粘滯阻力消耗聲波的振動吸聲，其中瑞利吸聲結構的吸聲帶較寬；而共振吸聲結構的吸聲帶較窄，且集中于腔體共振頻率附近。

橡膠瀝青路面的吸聲降噪功能，一方面因為橡膠與瀝青混合料發生復雜的物化反應，形成大量相互貫穿的網絡結構，由于橡膠的彈性，加之橡膠瀝青混合料呈現較為松散的多孔隙結構，傳到材料表面的聲波大部分會通過表面的微小空隙傳遞到內部，受到空氣分子間的粘滯力、空氣與空隙壁的摩擦作用進而轉化為熱能耗散，聲波反復傳播、耗散達到平衡，實現材料對聲能的吸收[21]；另一方面，橡膠瀝青路面表面具有發達的紋理結構，氣流在其內部可向四周擴散，耗散聲能的同時減少輪胎與路面之間的空氣泵效應,使氣泵噪聲由高頻降為低頻，從而達到吸聲降噪的效果[22]。

綜上，未來橡膠瀝青路面的低噪音化的設計原理如圖1所示，通過進一步降低路面模量來減少振動；增加橡膠瀝青的阻尼層設計來吸收振動；多孔路面的結構設計來減少泵吸作用和提高吸聲效果。

3影響橡膠瀝青路面降噪性能的因素

橡膠瀝青路面的耐久和降噪性能是多種因素共同影響的結果，就材料和結構而言，主要包括與橡膠粉有關的因素和與瀝青混合料有關的因素，不同因素對于路面的降噪效果影響程度不同，且各因素間存在一定的相互作用[22]。

3.1與橡膠粉有關的因素

3.1.1橡膠粉的類型

王淞[23]采用六種不同類型的橡膠探究橡膠粉類型對橡膠瀝青路面降噪性能的影響，通過測試路面的聲壓級和聲強級發現，在摻量等其他因素相同的情況下，不同類型的橡膠粉制成的混合料的聲壓級均在80dB左右，即橡膠粉類型對于路面的降噪效果無顯著影響。

3.1.2橡膠粉的摻量

相關試驗表明，橡膠粉的摻入對于不同級配類型的瀝青路面均有一定降噪效果[22]。摻入橡膠粉后的瀝青路面具有較好的彈性和阻尼特性，動態模量低于傳統的AC路面和SMA路面，并且具有良好的構造深度和表面性能。而橡膠粉摻量是影響路面性能的重要因素。

根據陳磊[24]的研究，膠粉摻量為1%-3%時，隨著膠粉摻量的增加，路面的動態模量減小，噪聲衰減系數增大，膠粉摻量為3%時路面的減振降噪效果最佳。高明星等[25]實驗發現橡膠顆粒摻量在5%范圍內時最大平均吸聲系數與之呈現良好的線性正相關關系，符合關系式y=2.3864x+5.1305，并且隨著摻量增加，吸聲系數的峰值也會向高頻移動，這說明適當增加橡膠粉摻量可以有效降低行車噪聲。但是，當橡膠粉摻量較高時增加摻量會呈現降速放緩的現象，根據王淞[23]的研究，降速放緩的臨界橡膠粉摻量約為20.5%。

雖然高摻量的橡膠瀝青混合料可增強路面的減振性能，但是楊斌[26]研究發現在瀝青用量等其他因素相同的情況下，膠粉摻量增多時路表構造深度幾乎不變，相應1000-1250Hz范圍內聲壓級基本一致，說明橡膠粉摻量的增減對氣泵噪聲不會產生顯著影響。

由于不同研究采用的混合料類型不同，關于橡膠粉摻量對路面降噪性能影響的研究成果之間難以對比，且相關研究結果表明，瀝青用量對輪胎與路面作用噪聲的影響大于橡膠粉的摻量[26]，因此在實際設計橡膠瀝青混合料配合比的過程中，應綜合考慮各種因素。

3.1.3橡膠粉/顆粒粒徑

李海軍[27]研究發現，橡膠顆粒粒徑增大時，骨架密實型橡膠瀝青路面的表面構造深度會隨之增大，路面的減振降噪性能提高。高明星等[25]對各種路面的降噪能力進行研究，發現大粒徑橡膠顆粒的摻入不僅可以有效降低輪胎滾動的振動強度，也能使車輛轉向時的振動強度大幅減弱，使振動產生的能量由低頻流向中高頻。橡膠粉的粒徑可通過目數來劃分，目數越大則代表橡膠粉粒度越細。高明星等[25]研究發現控制其他因素相同，摻加4目的大粒徑橡膠顆粒振動衰減系數和阻尼均為最大。摻加30目、50目和100目的橡膠顆粒所得路面材料衰減系數相近，與摻4目的橡膠顆粒差距較大。

但是，由于增大橡膠粉粒徑會增加成本，導致路面的壓實難度和施工難度提高，所以在實際工程中確定橡膠粉粒徑時還要考慮路面的綜合性能及施工情況等，目前橡膠瀝青路面的應用主要集中在小于20目的橡膠粉上。

3.2與瀝青混合料相關的因素

3.2.1級配類型

瀝青混合料根據其所用礦料的級配類型可分為三大類，即開級配、間斷級配和連續密級配混合料。瀝青混合料的空隙率或構造深度越大，材料的吸聲性能越好，因此就降噪效果而言，開級配的多孔橡膠瀝青路面最好，間斷級配的骨架密實型橡膠瀝青路面次之，連續密級配的普通瀝青路面最差[22]。不過從路面的整體路用性能來看，骨架密實型橡膠瀝青路面最佳[28]。

3.2.2公稱最大粒徑

隨著集料的公稱最大粒徑減小，輪胎與路面作用噪聲也逐漸減小。根據亥姆霍茲空腔共振理論網，較小孔徑的孔隙可以吸收耗散更多聲能。Meiarashi等[30]的研究表明，公稱最大粒徑由13.00mm減小至10.0mm,小型汽車的行車噪聲會降低1~3dB,輕貨車的行車噪音會降低0~1dB，重載貨車的行車噪音會降低1~2dB。并且，公稱最大粒徑還會通過控制路面集料的尺寸、路表紋理和攤鋪厚度影響行車噪聲水平。

3.2.3關鍵篩孔通過率

隨著瀝青混合料篩孔通過率的增加，集料的粗細比會減小，細集料含量整體增加使得路表面的連通空隙減少，輪胎與路面的氣泵噪聲增大。王淞[23]發現增加關鍵篩孔為4.75mm的通過率,輪胎與路面作用噪聲的聲壓級和聲強級均會隨之增加。楊斌[26]在26%-34%范圍內改變4.75mm篩孔的通過率，發現瀝青混合料的振動衰減系數僅發生不超過0.1的小幅波動，說明改變關鍵篩孔通過率不會引起路面阻尼性能的顯著變化。

3.2.4空隙率和空隙尺寸

研究表明，瀝青混合料的空隙率越大，路面的降噪性能就越好。王淞[23]提出，聲壓級和聲強級會隨著空隙率的增大而顯著降低，滿足關系式：y=-0.439x+84.90。并且在空隙率相同時，空隙尺寸越小，其有效表面積越大，聲音通過空隙傳播時的能量吸收和損失也越大，越有利于提升路面的吸聲降噪性能[31]。

4總結與展望

綜述了瀝青路面的降噪性能研究進展，在分析現有低噪音路面降噪原理和特性的基礎上，從結構和功能的角度探討了瀝青路面的降噪機理和影響因素。橡膠瀝青路面橡膠瀝青材料和表面結構降噪，通過減振、阻尼和吸聲降噪來降低行車噪聲，影響其降噪性能的因素有很多，首先是路面的結構和混合料因素，其次是材料因素。從路面結構和混合料角度講，瀝青混合料的級配類型、公稱最大粒徑、關鍵篩孔通過率、空隙率和空隙尺寸等也會影響路面的降噪性能，一般采用多孔路面設計能明顯降低噪音。從橡膠瀝青材料角度講，在一定范圍內增加橡膠粉摻量可以提升材料的吸聲降噪性能，但摻量高于20.5%會出現降速放緩現象；其次是橡膠粉粒徑，粒徑越大路面的降噪性能越好，目前工程上應用的多為粒徑小于20目的橡膠粉。

將廢舊輪胎橡膠應用于路面材料，一方面可以提升路面的降噪性能；另一方面，可以實現橡膠資源的循環利用，減少環境污染，符合我國當下對推動循環經濟和綠色發展的要求。但是，橡膠瀝青路面的實際工程應用仍存在一些問題，特別是路面松散問題，以及難加工、成本高和有氣味等問題。開級配的多孔橡膠瀝青路面雖然降噪效果顯著，但是孔隙易堵塞造成其耐久性較差，如何延緩其降噪性能的衰減還有待更深入的研究。建議將膠粉深度降解，提高其在瀝青中的用量以進一步降低橡膠瀝青路面的模量，減小沖擊振動，輔以多孔路面結構將有更好的降噪效果，同時也解決路面松散問題。另外，可優化阻尼或減震性能不同的橡膠進行靜音化設計。此外，現有的幾種低噪音路面主要采用單一結構實現降噪性能，限制了它們的應用范圍，兩種或多種材料復合的降噪路面結構應是下一步的研究方向。