橡胶颗粒沥青混合料降噪特性研究综述

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橡胶颗粒沥 青混合料 降噪特性研 究综述
吕书 昌 高明星 代一澜
（ 内蒙古农业大学 能 源与 交通工程学院 ， 内蒙古 呼和浩特 ０ １ ０ ０ １ ８ ）
摘 要： 为进一步研 究橡胶颗粒 沥青混合料减振 降噪机理 。从 交通噪声的产生原 因、 降噪的影响 因素 出发 ， 分析 国内外针 对沥青 混合 料降噪特 性的研 究现状 ， 探 讨橡胶颗粒沥青混合料 降噪特性研 究的发展趋势 ， 并提 出橡胶颗粒沥青混合料 降噪研究的新方向。 关键词 ： 橡胶 颗粒 ； 沥青混合料 ； 降噪 ； 细观研 究
随着 我国道路交通 系统 的 日趋完善 ， 交 通量大大 提高 ， 人们获 实践 中 ， 通常会选择结 合较好 的碱性石料 ， 小粒径集料 具有 良好 降 得便 利出行条件的 同时也受到了交通所带来 的噪声困扰。 根据世界 噪能力和路用性能 ， 但材料表面粗糙 度会影 响集料 之间的错位或滑 卫生组织研究 ， 长期处在 高噪声环境 中会使人反应 迟钝 、 头晕疲劳 动能力 ， 由于条件 限制很少进行研究 。 等症状 ， 严重影响人们 的健康及工作生活水平 。 与此 同时 ， 随着汽车 ３ 橡 胶 颗 粒 沥 青 混 合料 降噪 特 性 的研 究 保 有量的增多 ， 被淘汰 的废 旧橡胶 轮胎作为一种难 降解 、 利 用价值 ３ ． １橡胶颗 粒沥青混 合料 降噪特性 的研究现状 。（ １ ） 宏 观结构 低 的“ 黑色污染” ， 已成 为世界各 国亟待解决的难题 。将废 旧橡胶轮 角度的研究分析 。 橡胶颗粒沥青路面的降噪能力与路面宏观结构的 胎破碎替代部分矿质骨料 ， 经过一定成型工艺生产 出橡胶颗粒沥青 关系密切相关 ¨ １ ｌ 。 宏 观结构一般指路面结构 、 内部空隙构造和表面构 混合料具有强变形和减振的能力 ， 大大提高废 旧橡胶颗粒 的再利用 造 ， 理论上小粒径 、 大孔 隙率 和较大构造深度 的路 面具有 良好 降噪 率 的同时还能有效减少交通噪声 ， 所 以橡胶颗粒沥青路面是一种绿 效果 ， 路 面吸声系数骨架空隙结 构路 面优 于骨架 密实结 构和悬浮密 色环保路 面。 目前 ， 橡胶沥青路面降噪领域的研究主要集 中于宏观 实结构路 面 。宏观结构的主要影 响因素有空 隙率 、 级配类型 、 及材 层面 的试验研究 ， 由于实验条件 、 材料属性等 因素难 于把控 ， 导致橡 料粒径 、 化学屙 胜、 界面属性等。 室内降噪性能检测研究主要采用吸 胶颗粒沥青混合料降噪机理仍具有 巨大 的开发潜力。 声管测量法［ ３ １ ， 室外路面 的降 噪性 能检测主要采用 噪声 近场测量 法 １ 交通 噪 声 的产 生 （ ２ ） 宏观力学角度的研究分析１ ６ ． － － 。 橡胶颗粒沥青混合料的降噪研 在交通领域的噪声一般分为两类 ： 一类是有车辆动力装置及相 究主要采用单 轴压缩或重复加载试验 ， 常用 弹性模 量或动态模量表 关部 件所 引起 的动力 噪声 ， 包 括发动机 噪声 、 排气 噪声 、 辐射 噪声 示其性能水平 。 橡胶颗粒 （ 橡胶粉 ） 的掺入不仅影 响沥青路面本身 的 等， 由于这种 噪声受道路条件影响不大 ， 与车辆本 身设计有关 ， 这里 结构属性 ， 同时影响橡胶颗粒沥青混合料 内部 颗粒 之间力学行为及 不做具体陈述 。第二类是汽车轮胎 与路 面相互作用所产生 的噪声。 材料颗粒 的滑移及错位能力 ， 可 以反 映橡胶颗粒 沥青路 面对 荷载冲 根 据 其 产 生 形 式 分 为 以 下 三种 ： 击的缓冲能力 ， 是主动降噪的方法之一 。（ ３ ） 振动角度的研究分析 。 １ ． １泵气噪声 ， 主要 是指由胎面和胎侧振动引起轮 胎花纹与路 从振动角度来研 究橡胶颗粒沥青混合 料的宏观力学规 律对 降噪性 面接处空气被挤压形成局部不稳定 的空 气积 流 ， 在轮胎花纹和道路 能的影响 ， 其主要方法有轮胎振 动衰减试验 、 路面锤击试验 、 整车激 空隙之 中作用所形成单极子噪声 。 一般车速越快 ， 路面空隙越大 ， 产 振试验 、 轮胎激振模态试验等宏 观试验［ ３ Ｉ ８ ， ９ １ 。 通过评价混合料 的阻尼 生泵 气 噪 声 越 明显 。 率、 动态放大 因子和传递率等物理指标来评估 沥青路 面振动衰减能 １ ． ２振动噪声 ， 其主要是指轮胎与路面 的冲击作用 引起 轮胎振 力 ，橡胶 颗粒含量 为 ３ ％～ ４ ％的密实 型橡胶颗粒沥青混 合料 具有较 动所 产 生 的噪 声 。 振 动 噪声 是 交 通 噪 声 的 主 要 来 源 之一 ， 胎压 、 路 面 好的减振效果 ［ １ Ｏ ｌ 。橡胶颗粒沥青路 面不仅具有 较强的减振 降噪能 属性 （ 粗糙度 、 刚度等 ） 及车速等 因素都影响振 动噪声 的大小 。 力， 而且具有 良好的路用性能 ， 是一种绿色环保 的复合路面 。 １ ． ３空气动力 噪声 ， 主要是指旋转的轮胎及行驶 的车身带动周 ３ ． ２橡胶颗粒沥青混合料降噪研究 的发展趋势 。针对橡胶颗粒 边空气产生紊流 ， 使空气振动而引起 的噪声。 分析其产生原理 ， 选择 沥青混合料降噪研究主要集 中于宏观试验阶段 。在宏观尺度里 ， 橡 流线 车型 和较低车速等手段可以显 著减 小空气 阻力 ， 可有效控制空 胶颗粒沥青混凝料被看成是均质的线性粘弹性介质 ， 难 以反映橡胶 气 动力噪声 ， 在交 通噪声研究 中， 除非 高速行驶 ， 通常空气动力噪声 颗粒沥青 混合料 内部颗粒之间真实的力学相应及能量耗散 ， 而且基 不予 考 虑 。 础试验研究往 往受到试验条件及 材料本身属性 的复杂 性等不确 定 ２橡胶颗粒沥青混合料 降噪特性的影响因素分析 性 因素的影响 ， 导致试验结果相对离散 、 规律难寻等问题 。 针对多种 ２ ． １空 隙率 。在相 同级配类 型的橡 胶颗粒沥青路面 中 ， 增加空 细观研究方法相比较 中 ， 离散元 法突破了有限元法和边界元法对 的 隙率 能使轮胎与路面之间形成 良好 的气 动结 构 ， 从而避免空气被压 介质位移的限制 ， 更适合于计算 大变形和非线性的问题［ １ ２ ， １ 。 离散元 缩产生泵气噪声 。从另一个角度分 析 ， 增加空隙率可 以提高路面 内 方法 已被应用 到橡胶颗粒沥青混 合料的路用性能研 究［ １ ４ ， １ ， 不仅 可 部结构 的复杂程度 ， 随着 内部空隙越复杂 ， 相对不均匀程度越 高 ， 对 以描述 了集料 内部 的相互作用及 力学响应［ １ ７ ， １ ， 也 可较 好地模 拟沥 声波能量 的衰减能力也越强 ， 增强 了对路面对噪声 的吸收能力 。但 青混合料内部 内部 的滑移等情况Ｉ １ ２ ｏ １ ， 将模型与基础实验对 比校核 ， 空隙率过大后 ， 一方 面会 影响橡胶颗粒沥青路 面的平整度 ， 另一方 能够得 出具有精度高 、 模拟可靠的预估方法旧， 因此 ， 利用 细观角度 面会 破坏橡胶颗粒与集料颗粒的接触机构 ， 导致橡胶颗粒沥青路 面 研究 与宏 观试验相结合 的方 法对橡胶颗粒沥青混 合料降噪性 能进 的降噪能力 的下降和使用寿命的缩 短。 行研究是可行 的。在 细观尺度里 ， 从橡胶 沥青 混合 料的 内部结构人 ２ ． ２橡胶颗粒掺量 。从受力角度分 析 ， 橡胶颗粒作 为一种大 弹 手 ， 建立 细观数值模型 ， 并结合宏观基础试验方法 ， 对沥青混凝土 内 性、 高阻尼的有机材料 ， 橡胶颗粒会 影响路面结构 中力 的传 递路径。 部材料颗粒之间的力学 响应 、 界 面滑移变形 和能量耗散 等细观指标 随着橡胶颗粒参量 的增大 ，会增强路面内部 颗粒 滑移或错 位能力 ， 进行研究 。 建立细观结构及影响因素与橡胶沥青路面降噪特 性的 内 对轮胎的冲击有一定 的缓解作用 ， 不 同程度 的影响泵气 噪声 和振动 在关系 ， 从细观角度 阐明橡胶颗粒沥青混合料降噪机理 。 噪声 的产 生。在振动角度分析 ， 高 阻尼 的橡胶颗粒会 吸收一部分振 ４ 结论 动能量 ， 且随着橡胶颗粒掺量 的增加 ， 振 动能量 吸收越 明显 。 根据现有 的研 究手段及结果分析 ， 在细 观角度人手 ， 结合宏 观 ２ ． ３材料属性。材料属性一般指石料 的材质 、 形状 、 大小及表 面 基础试验 方法 ， 对 沥青混凝土 内部材料 颗粒之间 的力学 响应 、 界面 粗糙度 （ 摩擦系数 ） 等属性 ， 不 同材料 的橡胶颗粒沥青路面在不 同温 滑移变形 和能量耗散等细观 指标 对橡胶颗粒沥青 混合 料减振 降噪 度和车辆 荷载作用下呈现 出弹性或粘弹性等多种力学性能 ， 橡胶 颗 性能进行研究 。 这弥补 了传统宏观研究方法所 忽略了的沥青混凝土 粒沥青混合料 的降噪能力及路用性能与材料属性密切相关 。 在工程 内部细观结构 ， 以及难 以揭示单个材料属性对混合料整 （ 转下页 ）