低噪音路面在城市道路上的应用研究

项目编号：福建省建筑行业研究计划项目申请书项目名称：低噪音路面在城市道路上的应用研究申请单位：福建农林大学交通学院项目负责人：郑建荣申请日期：二OO七年十二月项目归口管理部门：建设厅福建省建设厅1项目名称低噪音路面在城市道路上的应用研究研究起止日期2007年12月至2010年8月项目申请单位名称福建农林大学交通学院项目负责人郑建荣项目联系人通讯地址福建农林大学交通学院邮政编码350002传真电话[phone]电子邮件[e-mail]申请单位意见：申请单位负责人（签章）：（单位公章）年月日归口申请单位名称项目负责人项目联系人通讯地址邮政编码传真电话电子邮件申请单位意见：归口管理部门负责人（签章）：（单位公章）年月日2一、立项背景和依据（包括项目的研究目的、国内外现状分析与评价，应附主要参考文献及出版社）1、研究目的与意义随着我国经济及城市建设的迅速发展，随着“汽车时代”的到来，城市车流量急剧增加，随之而来的城市道路交通噪声污染也日益严重。90年代以后城市噪声增长的幅度很大，而城市噪声的最大来源是交通噪声。道路交通噪声具有强度高、覆盖面大、影响范围广的特点，已逐渐成为我国城市环境的一大公害，成为世人关注的热点。道路交通噪声一般指机动车辆在交通干线上运行时所发出的超过国家标准(白天70dB(A)，晚间55dB(A))的声音。调查资料表明，我国城市的环境噪声主要来自交通噪声，它不仅影响人们的工作、学习和生活，而且对人体健康产生多方面的危害。(1)噪声能引起人们的精神、情绪、心理及身体等诸多方面变化，导致职业性的紧张、烦恼。(2)噪声作用于中枢神经系统，使交感神经紧张，使人心跳加快，心率不齐，血压升高等。(3)噪声能影响驾驶者的心理变化，使驾驶者疲劳，思维紊乱，注意力难以集中，容易引起交通事故。尽管噪声引起的经济损失是极其复杂而不易确定的，但是它造成的潜在耗费是很可观的。根据研究测算，中国每年因道路交通噪声污染导致的经济损失约216亿元。美国为在受交通噪声影响区域内的居民搬迁耗资27亿美元，声环境质量的改善是国民经济持续发展的必备条件。低噪音排水路面具有良好的降噪、排水功能，可显著减少道路对沿线居民的噪音干扰，减少雨天行车的水飘、水雾，提高路面抗滑性能，从而显著提高路面服务水平。低噪音排水路面在美国、日本等发达国家得到了较多的应用。据统计，美国排水路面铺筑里程上世纪90年代已达15000Km。日本排水路面至上世纪90年代已累计超过800万m2。低噪音排水路面空隙率大，其原材料要求、混合料设计方法等与常用的密级配沥青混合料差异较大，由于工程应用较少，我国在低噪音路面混合料设计、施工工艺、养护技术等方面的工程经验相对较为缺乏。近年来我国的排水路面大多采用价格较高的高粘沥青，昂贵的造价成为排水路面技术推广应用的瓶颈。课题立足于探讨、解决影响低噪音路面推广的技术问题，并寻求降低低噪音路面造价的技术方案，最终形成造价合理、技术可靠的低噪音路面设计、施工技术体系。考虑到沥青胶结料是低噪音路面性能和造价的主要因素。本课题重点针对不同的胶结料研究低噪音路面应用技术，包括高粘沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青、复合改性橡胶沥青。通过对不同胶结料开级配混合料的路用性能综合对比分析，推荐性价比高的胶结料类型，并进行相应的应用研究。福建省地处东南沿海，气候高、雨量充沛，研究应用低噪音排水路面对于提高我省城市建设质量，提高人民的生活质量，提升沥青路面服务水平具有重要意义。通过本课题的研究，提出降低低噪音排水路面造价的合理技术方案，可有效解决高粘沥青开级配混合料费用太高的应用瓶颈，开发性能优良、环保经济的沥青路面新技术。因此，本课题的研究无疑具有重大的现实意义，课题的经济效益和社会效益是显著的。2、国内外研究应用的现状低噪音路面采用的是一种高空隙率的开级配沥青混凝土层，与SMA相同属于断级配沥青混合料，与SMA不同的是粗集料间隙中没有用沥青玛蹄脂填充，而是留下很大的空隙，所以表面留下较大的构造深度。3在美国，开级配混合料是从厂拌封层（SealCoats）处治发展起来的，即最初只是作为一种封层处治方法，其主要目的只是增加路表面的抗磨耗能力；在欧洲，开级配混合料是作为一种特殊用途的磨耗层而发展起来的，主要目的是排除路面表面雨水和吸收噪音，同时改善轮胎与路表面间的抗滑性能。低噪音路面的主要功能可以概括如下：（1）吸音降噪性能低噪音路面有很多孔隙，当轮胎把空气压缩时，空气会渗入面层孔隙，因空气有空间消散，压缩比低，故行车噪音小。另外，车辆机械运转所发出的噪音扩散达一般路面时，其反射量大；若为低噪音路面，有一部分噪音会为路面吸收，其反射量自然减少。（2）排水功能低噪音路面设计及现场空隙率一般控制在15%～22%左右，研究表明，当空隙率为20%左右时，其渗透系数通常在（4－10）×10-2cm/s的范围内，如此高的空隙率和路面渗透系数为路面提供了排水通道，使雨水能迅速下渗向路边缘排走；另外，其具有较高的宏观纹理，能够储存一部分不急排走的雨水，因此减少水膜产生对行车带来的危害。由于低噪音排水路面不积水，雨天不产生行车水花和水雾，减低雨天行车反光量，而且抗滑能力好，因此大大提高了交通安全性。（3）抗滑与安全性能低噪音路面的开级配混合料，由优质石料相互之间的嵌挤形成混合料的骨架作用，其路面空隙率大，表面粗糙，具有很好的宏观构造与微观构造，这种良好的宏观构造与微观构造提供了路面优良的抗滑性能和行车安全性。有研究表明开级配混合料在潮湿条件下，改善了高车速的抗滑阻力。在干燥路面条件下，在中、低车速时，它的抗滑阻力不比传统的密实沥青路面高，但在高速行驶下，却具有较高的抗滑阻力。近年来，江苏、广东、河北、山东、陕西等省为了提高抗滑能力或降低噪音的目的修筑了一些低噪音排水路面试验路。整体而言，我国低噪音路面的研究尚处于起步阶段，工程经验较为缺乏，开级配混合料的设计方法和相应的技术指标要求尚不成熟。低噪音排水路面空隙率较大，对沥青胶结料提出了较高的技术要求，主要需要具有较好的抗老化性能和较高的粘度。为了满足这些要求，常采用TPS高粘沥青，高粘沥青所采用TPS改性剂价格较高，约为30000元/吨，掺量为15％，用于生产高粘沥青仅原料成本价就达7300元/吨，高额的费用限制了排水路面的推广。试验表明，橡胶沥青60℃粘度可达20，000Pa·s，满足高粘沥青的技术要求，同时具有比高粘沥青更好的耐久性和抗疲劳性能。橡胶粉价格比基质沥青还低，约为2600元/吨，橡胶沥青的原料成本价仅3100元/吨。良好的性价比使橡胶沥青在排水路面中的应用日益得到重视，在美国已成为用于排水路面的沥青胶结料类型之一。南非和美国一项共同合作项目研究结论称，如果以橡胶沥青替代一般的沥青作为开级配混合料的胶结料，路面结构层厚度至少可以减少一半，仍可以获得相同的抗疲劳性能。南非试验证明，沥青橡胶的噪音比普通路面平均率低5db～8db，当车速为100km/h时，与最好的水泥混凝土路面相比，约下降3db～10db。因而，城市道路中采用低噪音沥青路面具有良好的安全性能和使用性能，对于提高城市居民的生活质量和城市市容具有不可估量的现实意义。参考文献：[1]艾尔肯·托呼提.拖拉机及农用运输车的噪声污染及控制[Ｊ].新疆农机4化,2003,(6):48～49.[2]曾德芳,皇甫月红,何礼林,等.我国城市道路交通噪声污染及其对策[Ｊ].武汉交通科技大学学报,1997,21(6):700～703.[3]王波.城市道路交通噪声污染防治对策[Ｊ].交通环保,2003,24(5):16.[4]王素萍,白杰.城市道路交通噪声污染防治对策研究[Ｊ].噪声与振动控制,2003,(1):26～27.[5]姚占勇,刘本昌.道路噪声污染与控制[Ｊ].山东环境,1991,(3):40～41.[6]赵利民,刘辉,廉宝英,等.长春市道路交通噪声污染现状及其控制对策[Ｊ].噪声与振动控制,1997,(3):36～38.[7]邱万勇,王海霞.衡水市噪声污染状况分析及综合防治措施[Ｊ].衡水师专学报,2002,4(2):48～49.[8]郭志云,等.高等级公路噪声衰减规律及防治措施研究[Z].2004.[9]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].同济大学出版社,2001.[10]PSKandhal,RBMallick.Designofnew-generationopen-gradedfrictioncourses[R].NcatreportNo.99-3,1999.[11]AASHTODraft.StandardSpecificationforDesigningStoneMatrixAsphalt(SMA)[Z].1998.（可另附页）5二、研究方案1.研究内容、拟解决的关键问题、技术路线及本项目的创新之处（一）主要研究内容本课题拟开展以下几个方面的研究：（1）沥青路面噪音机理分析；（2）低噪音路面胶结料研究；（3）低噪音路面混合料设计研究；（4）低噪音路面结构设计研究；（5）低噪音路面施工技术研究；（6）低噪音路面养护技术研究；（7）经济效益分析。⑴沥青路面噪音机理分析根据声学原理，结合现场噪音测试和国内外研究调研，研究沥青路面噪音与表面层空隙率、结构层厚度、车辆状况等因素的关系，为低噪音路面的结构设计和混合料设计等提供理论基础。⑵低噪音路面胶结料研究沥青胶结料是影响低噪音路面造价的主要因素。国外低噪音排水路面常用的胶结料有TPS高粘沥青、SBS改性沥青和橡胶沥青。课题拟对采用这几种沥青的开级配混合料进行对比研究，最终推荐性价比较高的低噪音路面胶结料类型。TPS高粘沥青和SBS改性沥青的技术相对较为成熟，胶结料方面重点对橡胶沥青进行研究。目前橡胶沥青常用于排水路面、应力吸收层和断级配沥青混合料。根据应用环境不同，对橡胶沥青的技术要求有所偏重。排水路面空隙率较大，为达到较好的耐久性和抗车辙性能，主要要求沥青胶结料具有较好的抗老化性能和较高的粘度。由于废轮胎橡胶粉中含有一定比例的抗老化成分，使得橡胶沥青的抗老化性能能满足开级配混合料的技术要求。常用橡胶沥青的60℃粘度可达20000Pa·s，可满足高粘沥青的技术要求。为进一步提高橡胶沥青技术性能，拟对以下两个方面进行研究：①提高橡胶沥青性能的技术措施研究目前我国橡胶沥青技术主要是采用需要现场改性的粗胶粉橡胶沥青（如20目胶粉），对超细胶粉橡胶沥青及复合改性橡胶沥青研究较少。超细胶粉橡胶沥青可克服我国常用橡胶沥青必须现场改性的不足，复合改性橡胶沥青则可综合橡胶沥青与其他改性的优点，具有更好的路用性能，这些橡胶沥青技术可能对开级配混合料具有更好的适应性。课题拟结合排水路面胶结料的性能特点，扩宽橡胶沥青的研究思路，主要研究对象包括：（1）常用橡胶改性沥青技术；（2）超细粉橡胶沥青技术；（3）复合改性橡胶沥青技术。如“SBS＋橡胶粉复合改性”，“EVA＋橡胶粉复合改性”等。②改性橡胶沥青施工性能技术措施的研究为了完善排水路面的路用性能，往往需要提高橡胶沥青的60℃粘度。然而，随着橡胶沥青60℃粘度的提高，其施工环节的粘度也会进一步提高，从而增加泵送、拌和、压实等6的难度。课题拟研究适用于排水路面的高粘度橡胶沥青的生产技术，并探讨解决较高粘度橡胶沥青的施工办法。主要包括以下两个方面：（1）降粘剂对橡胶沥青技术性能的影响。通过室内试验评价降粘剂对橡胶沥青、混合料的性能影响，研究降粘剂用于开级配混合料的可行性；（2）提高橡胶沥青施工性能的技术措施研究。包括增加橡胶沥青泵送管道、增加油泵功率等措施。（3）开级配混合料配合比设计研究排水路面目前在我国的应用尚处于起步阶段，配合比设计方法和技术要求等还存在一些不同做法。课题拟结合我省的气候、交通特点，研究开级配沥青混合料配合比设计方法和标准，包括以下几个方面：①合理级配范围的研究由于设计方法和技术要求不同，各国排水路面混合料规定的级配范围也有所差异。下表列出了我国现行规范、美国联邦公路管理局（FHWA）、美国乔治亚洲和日本规定的排水路面的级配范围。课题拟根据国内外