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随着我国公路通车里程的逐年增长,旧水泥混凝土路面也越来越多。台州市104国道K1744+675―
K1747+000及K1747+607-K1742+583段由于交通量增长快,水泥混凝土路面在交通荷载和各种自然因素长时间综合作用下,出现了各种结构性损坏,道路服务水平下降,依靠日常修补已不能解决问题,急需对该路段进行大中修。根据公路工程建设需要及黄岩区公路管理段要求,将上述两路段的水泥路面采用共振碎石化处理技术,对旧水泥路面进行破碎,将该破碎层直接作为基层,在其上加铺沥青混凝土面层。共振碎石化处理技术采用的共振设备是利用振动梁带动工作锤头振动,调整振动频率使其接近水泥面板的固有频率,激发其共振,然后将水泥面板击碎,共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内,能使板块均匀破碎,并且使上部的破碎粒较小,下部的破碎粒较大,这样给结构带来了更大的好处,具有较好的透水能力,更好地消除反射裂缝,提高路基的承载力。另外该技术施工周期短、对交通影响小,可减少旧水泥路面块的清除、堆置等费用及建筑垃圾问题,节约投资,加快进度,有利环保。该“白改黑”项目经共振碎石化技术处理及加铺沥青混凝土路面建成后,大大改善了路况,确保行车的舒适和安全,社会反响较好。经过工程实际应用,我们总结了一些旧水泥混凝土路面共振碎石化的技术措施、施工工艺和质量控制方法,可为今后类似项目的公路拓宽改建工程提供参考和指导。
二、共振碎石化设备
1、设备概况
共振碎石化主要采用的设备为RB500(主要技术参数见下表),主要用于公路、机场等水泥路面的改造工程,目前,是美国水泥路面改造工程的主力机型和碎石化技术的最成功示范机型。RB500系列共振式碎石机可轻而易举地一次性破碎厚度达660mm的水泥板块,破碎厚度随水泥板块厚度而调节,破碎粒径主要分布在8-20cm左右,并满足上小下大、碎块相互嵌锁、纹理倾斜等工程要求,施工振动冲击小,效率高,是水泥路面碎石化改造工程中最理想的施工机械。
RB500系列共振式碎石机的主要技术参数
2、工作原理及特点
工作原理:RB500型共振式破碎机利用振动梁把发动机的强大功率转换为工作锤头的振动,锤头与路面接触。通过调节锤头的振动频率,使其接近水泥面板的固有频率,激发水泥面板在锤头下局部范围内产生共振,使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃,共振效果如右图所示。
特点:
(1)破碎后的碎石尺寸理想、均匀
工程经验表明,碎石尺寸与反射裂缝和结构强度之间存在右图所示的关系。由图可见,碎石尺寸在3-8英寸(8-20厘米)之间时,可取得较为理想的效果。碎石尺寸过大,容易造成应力集中,引起反射裂缝的概率急剧增大;碎石尺寸过小,则会使路面的承载力过渡减小。
(2)破碎后的粒度上部较小,下部较大
小粒度可更好地消除反射裂缝,同时下部的较大粒度提高了路基的承载能力。另外上小下大的粒度结构也有利于路面渗水的横向排除和阻止下渗。
(3)破碎后的碎石纹路规则排列,并与路面成35-40º夹角
有夹角的纹理结构可使碎石块之间相互嵌合,经压实后相互啮合的更紧,从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用。如上图所示。
(4)破碎深度可控制,不冲击路基,保证路基下的管线设施完好无损
(5)可使钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离
钢筋串起大大小小的混凝土块,必然会造成局部应力集中,引起反射裂缝。
(6)振动影响小,施工适应范围大,破碎深度大
RB500型的破碎深度可达660毫米。完全满足一般机场跑道、停机坪和一些港口码头水泥面板的破碎改造任务。
(7)施工效率高
共振破碎机的生产率可达每天8360平方米。由于其工作点很窄,在公路上施工时,可单车道施工,不用封闭全部交通,每天可完成2公里左右的碎石化工作。
三、共振碎石化技术适用条件及适用范围
1、旧路路况评定等级
旧路需达到一定的损坏状况(如下表),采用碎石化技术才有必要且经济效益明显。
(1)损害等级被评定为次或差;
(2)接缝传荷能力被评定为次或差。
路面损坏状况与接缝传荷能力分级标准
另有两个标准可作为参考:>20%的接缝损坏需要修复;>20%的混凝土板需要进行更换或补块。
2、旧路土基及埋设的交通附属设施的要求:
碎石化技术不适应于承载能力差的路段,如湿软路基;若埋设有重要管线或管道,可能会对管线造成危害,破碎前应仔细评估。
3、对周围环境的适应情况:
碎石化所产生的应力波能量较大且波及范围广,因此,可能对沿线的建筑造成损害;在城市水泥道路扩建中,其产生的噪音、振动、扬尘现象,也应考虑。
4、旧路出现以下损害时,特别适合于共振碎石化法:
有裂缝、碱集料反应、冻融破坏,出现这些损害,其他恢复、修补方法已经不大适应,因为这些病害会持续发生、发展,只有将水泥板碎石化处理,才可能根除这些病害。
裂缝,是因为粗集料的冻融膨胀应力而引起,一般在三年后出现。路面基层和底基层的水逐渐累积,集料含水量会趋于饱和,湿度很大的寒冷天气,混凝土板接缝处的粗集料会发生冻胀现象,之后冻融循环,接缝处慢慢产生剥落和碎裂等病害,逐渐在接缝处及附近形成裂缝。
碱集料反应,是一种因水泥混凝土中的某些集料所含的细小成分活性物质,与混凝土中的碱氢氧化物发生化学反应而产生的一种工程病害,通常发生两种化学反应:碱-硅反应ASR(Alkali-Silica Reaction)和碱-碳酸反应ACR(Alkali-Carbonate Reaction)。发生碱集料反应,水泥板通常会产生网裂,并且在接缝处伴随剥落现象,粗集料发生结构破坏,与周围的水泥之间也出现裂纹、破碎,这样,路面板整体结构性破坏,承载能力下降。
5、碎石化技术适用于所有水泥混凝土面层类型的破碎,包括公路和机场水泥道面。
6、碎石化道路不适用于:
①桥涵路段;
②地基软弱地段;
③碎石化施工可能危害埋设的地下管线路段;
④对噪音分贝控制要求高的路段,如政府机关、学校、医院、军事重地等路段。
四、碎石化施工中的注意事项
1.若外侧车道边缘有路缘石或其他设施、内侧车道靠中央分隔带边缘阻碍共振机械的施工,即沿着车道纵向破碎时,内外侧车道边缘会有50~80cm的路面破碎不到(锤头不能作水平移动),此时,可使用单头破碎机进行破碎。
2.破碎施工顺序一般是由外侧车道开始,如果中间车道作了纵向切割,也可由中向边的顺序破碎,破碎施工速度控制在1.6~2.7km•车道/天,每一道破碎宽度约0.2m,一条车道(约3.5~3.75m)破碎完需要18~20道(一个来回定义为2遍)。破碎一道,会对相邻约5cm区域造成一定的碎裂,因此,为了提高破碎效率以节省时间,为了防止过度破碎连续破碎两遍的区域,可以在破碎一道后,紧接着破碎第二道时,第二道破碎区域可间隔开第一道破碎区域2~4cm。
3.破碎一个车道的过程中,实际破碎宽度应超出一个车道,与相邻车道搭接部分,宽度至少15cm。
4.施工中,驾驶操作员应随时注意观察机械工作情况、锤头破碎效果,应根据实际情况调整破碎参数,以尽可能达到较好的破碎效果。因此,对操作人员的要求很高,必须是经验丰富的驾驶员,据本试验路段的现场施工破碎状况,驾驶员往往根据破碎时的声音来判断锤头工作效果,从而做出可能的调整。
5.对于旧路是连续配筋混凝土路面或局部地段是钢筋混凝土路面,首先考虑对道路进行纵向切割,其次要考虑调整碎石化机械的参数,如增加振动能等。要求破碎后钢筋和混凝土基本分离开。
6.因为碎石化施工不可避免的会产生一定的噪音,因此,要注意破碎时间的选择,8.要在道路沿线居民休息时间内施工,尽量安排在节假日或周六周日内进行。
7、破碎路面遇到井盖时,大约距离井盖外侧边缘30―60厘米提升破碎头,然后越过井盖,大约距离井盖外侧边缘30―60厘米的位置落下破碎头再进行破碎,以保证不影响井盖的质量。
8.对于碎石化施工场地周围的构造物及建筑物,在碎石化施工期间应派人进行实时观察,发现开裂现象应立即停止施工,并向监理单位、业主报告,调查分析其原因后采取措施保护构造物或建筑物。
破碎基本参数:激振力8.89KN左右,破碎应力52MPa左右,振幅1~2mm,振动频率42~46HZ,破碎速度适宜1.6km•车道/天,不要超过2.7km•车道/天。
特殊路段的处理:
(1)碎石化水平安全距离
不同类型的构造物,碎石化水平安全距离见表
碎石化破碎水平安全距离
对于不符合上述安全距离但又必须施工的路段,可采取:开挖宽0.5m深1.5m左右的隔振沟进行隔振;降低碎石化机械的行驶速度,减小振冲力;或采用常规处治方法,如灌浆加固处治后加铺沥青面层。
(2)不良地段
对于软土、含水量过大等不良路段,应减小振冲力,降低行驶速度,或采用浮力轮胎,或采取其他常规处治措施;
对于碎石化过量路段,地基土可能出现“弹簧土”现象,应将相关“弹簧土”挖出,并换填碎石、砂砾或水泥混凝土等,并用传统压路机压实至路面高度后再用碎石化机械破碎。
对于存在脱空的路段(包括水泥板底基层脱空和基层底土基脱空),若脱空区域较小,则碎石化机械应放慢行进速度,降低振动能量(激振力)再进行破碎;若脱空区域过大,则应先进行灌浆处理(灌浆一般采用水泥基材),然后再一并与其他路段进行碎石化处理。如果碎石化后,原脱空出对应路段存在明显的局部凹陷部位,则应先进行水泥稳定碎石补强后再度碎石化,直至满足要求。
五、旧水泥混凝土路面碎石化后的整备工艺
1.路面破碎完,清除旧水泥混凝土接缝时间的松散填料以及较大粒径的碎石块,采用密级配碎石粒料回填;对于破碎后有大约5cm的凹地,同样应采用级配碎石粒料回填。
2.对破碎层的保护
①交通的控制
对破碎层,控制其上的交通,尽量不通行车辆,更不让车辆随意在破碎层上刹车与启动,对施工车辆在其上的通行,也要进行必要的监管。
②雨水的防治
因雨水会严重影响破碎层及其下基层的承载能力,加铺好沥青面层后,滞留的雨水会加速路基路面的损坏,因此,对破碎层,应充分做好防止雨水的工作。如果破碎后不能马上进行碾压摊铺,遇上雨水天气,要注意破碎层的遮盖。
3.对钢筋的处理
如果破碎板层发现有钢筋外露,外露部分需剪除至与碎石化层顶面齐平,碎石化层中的钢筋可以保留在原处。
4.碾压
采用不小于9吨的双钢轮振动碾压机压实2~5遍,碾压速度不得大于1.83m/s,可先洒水然后压实,以增强压实效果。碾压可足以将表面细碎粒压入表面裂缝,进一步提高破碎混凝土的模量,使破碎混凝土嵌入路基中可能存在的空隙中,并压出一致平滑的表面用于摊铺沥青。压实后,任何有垂直移动超过2cm的局部地方,都要考虑开挖移除,并用级配碎石粒料回填。另外,也要注意,不要过量压实,以防“粉碎效应”。
六、施工质量控制及验收标准
采用旧水泥混凝土碎石化加铺技术的质量目标是:消除旧水泥路面及路基结构性病害,破碎并稳固水泥混凝土板,使破碎层粒径较小且级配良好,形成高强度的嵌锁结构,为沥青加铺层提供稳固的施工平台,有效减少或消除反射裂缝,同时不至于产生过量车辙,提高改建路面的使用寿命。
碎石化层破碎质量验收标准
1.粒径。碎石化层破碎粒径大部分在15.2cm以内,破碎粒径大于20.3cm的含量不超过2%,粒径集中在1.5~7.6cm;破碎层粉尘含量(小于0.075mm)不大于7%。
2.级配。碎石化层0~10cm以内,级配控制在级配碎(砾)范围以内;0~18cm以内,级配接近级配碎(砾)石。
3.回弹模量。碎石化层模量(静态)应大于500MPa,但宜小于1500MPa。模量的检测,可以采用承载板法,通过在破碎前对旧路基层顶面第一次测试,然后在破碎后相邻位置(同一测点周围1m2的范围)做第二次测试,两次测算结果计算出碎石化层模量值(静态),为了减小因旧水泥混凝土板厚度所带来的计算误差,可同时进行钻芯取样做厚度检测;碎石板层模量,还可以通过FWD测试,反算出动态模量,再根据比例关系计算静态模量。
4.碾压遍数。碎石化层碾压不宜超过5遍,宜根据破碎程度控制在2~4遍内。
5.碎石化层碾压后,不允许有钢筋外露,不允许有沥青接缝料、补块等存在;摊铺前不允许碎石化表面出现凹陷深度超过2cm。
碎石化对周围环境造成的影响控制
1.碎石化施工的时间应与周围居民的睡眠时间错开。
2.碎石化施工过程中,若扬尘现场明显,应洒水控制。
3.碎石化以后,不得对埋设管线造成碎裂,不得引起周围建筑的开裂。
7、结束语
1工程概况
某高速公路吉林段全长45.544公里,全线共有大桥9座、中桥10座、小桥4座、涵洞108道、高架桥3座、隧道2处、分离立交桥5座,工程总预算16.72亿元。项目采用双向四车道的高速公路标准建设,快大茂至赤柏段设计时速100公里,双向6车道,路基宽32米;赤柏至下排段设计时速80公里,双向4车道,路基宽24.5米。
2高速公路施工材料
2.1沥青
依据所属气候分区及沥青面层各层的功能性要求,本项目中的采用的沥青分别为:全线上面层沥青马蹄脂碎石(SMA-16、SMA-13)采用SBS-1-C改性沥青,K15+622.032~K20+336段下面层沥青混凝土(AC-20)采用90号A级沥青、柔性基层沥青稳定碎石(ATB-25)采用70号A级沥青,K20+336~K61+302段中面层沥青混凝土(AC-20)、下面层沥青混凝土(AC-25)采用70号A级沥青。
沥青的储存方面应该满足以下条件:按照沥青的来源、及标号将其分别存放,不得存放在一起。在使用沥青的时候,储罐的存储的温度应该高于 110℃,并低于 170℃。生产中的基质沥青应与改性剂的配伍性,其质量要满足《公路沥青混凝土路面施工技术规范》中表3.2.1-2中A级道路石油沥青的相关技术指标要求。
2.2粗集料、细集料
1)粗集料:通沈高速公路SBS改性沥青混凝土路面的粗集料所选用的石料应该具有粗糙的表面、接近于立方体的形状等特点,并要求有足够高的强度,及较好的耐磨耗性。粗集料必须选用反击式破碎机加工的碎石,碎石符合抗滑表层对粗集料的技术要求。2)细集料:选择石灰岩磨制的机制砂为细集料,这有利于提高改性剂沥青混合料的高温稳定性。机制砂应洁净、干燥、无风化、无杂物,机制砂采用专用制砂机在石料厂加工,且有适当的颗粒级配。
2.3配合比设计
该高速公路项目中对VMA的要求为大于17%,因此,依据表中的结果可以排除4.0%和4.5%两种油石比。项目中对VCAMIX的要求是小于VCADRC,级配B的VCADRC在确定级配的过程中通过计算得到的值为43.8%。因此,实验数据显示,各种油石比均能满足此要求。
2.4填料
矿粉在改性沥青混合料中起着举足轻重的作用,改性沥青吸附在矿粉的表面才能与粗、细集料相互粘附结合为一体。技术指标:沥青混合料的填料必须采用专业球磨机加工优质石灰石磨细的矿粉,并且原集料中不得混杂其他杂质。矿粉必须保持干燥、洁净、并且能够自由地从矿粉仓中流出,尤其需要注意的是不能使用回收粉尘。
3沥青路面公路施工质量控制
3.1改性沥青SMA混合料的拌制
1)拌和设备在每天的拌料开始前应进行检查,应特别注意仪表实际数据和显示数据是否匹配。2)冷、热料仓的进料速度必须匹配,根据配合比确定的集料规格,确保振动筛的筛孔尺寸及安整角度,以及筛层数量。3)混合料贮存仓要保证一定的混合料存储量,混合料装车时装车应以一次装满一车为标准,而不能随拌随装。混合料应根据实际情况确定拌和的多少,因为混合料不能隔日使用。4)矿料加热温度在190 ℃~200 ℃;矿粉和纤维不加热;混合料出厂温度控制在170 ℃~180 ℃,如果混合料的出厂温度高于195 ℃,则该混合料会变成废料。可根据出料冒烟的情况来初步判断温度,当冒出白烟时,温度合适,当冒出大量青烟时,应引起警觉,这就有可能是温度过高引起的。
3.2改性沥青SMA混合料的运输
1)必须保证便道畅通无阻,以加快运输车辆的行驶速度,从而使运输时间缩短。2)装料时所采用的装料车应使用自卸式的,且载重量在20 t以上的。为了尽量避免装料时的混合料离析现象,确保装料车分三次、并按照“品”字阵型装料。装料完成后,需使用帆布和棉被覆盖。3)必须保证运输车辆的可运行时间大约其故障时间。如果运输车辆的保温设备在混合料的运输过程中出现故障,必须能够尽快修复,以维持恒温。
3.3改性沥青SMA混合料的摊铺
1)一律采用不小于15米的浮动基准梁自动找平装置或无接触自动找平装置来自动控制厚度及平整度。自动找平装置要严格按照规程安装,安装误差不超过允许误差。2)摊铺机在摊铺时,必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,摊铺速度从摊铺开始至摊铺结束是一个不变数,摊铺过程中不允许随意变换速度或中途停顿。摊铺速度不可超过2.5 m/min 摊铺速度。3)要求在摊铺前至少有3台以上的运料车等候。但不得超过五台,以避免待摊时间长,降低温度。必须做到宁可料车等摊铺机,不能摊铺机等料车。
3.4改性沥青SMA混合料的碾压和接缝
1)为了取得良好的性能,应采用刚性碾对SMA路面进行碾压。碾压终了温度应不低于 90 ℃;碾压速度不能超出3 km/h。2)施工时应沿路面纵向进行碾压,碾压顺序应低速从摊铺路幅的低边向高边行进,相邻碾压区域的重叠部分应大于等于50 cm。3)在对某些摊铺机和压路机难以正常操作的部位进行施工时,除了要求的摊铺机以外,还要使用小型机械或人工操作辅助施工,并要快速进行。这些无法依靠摊铺机和压路机操作的部位包括:涵洞、桥梁和通道的接头处,以及紧急停车带、匝道等。
3.5沥青路面各结构层混合料的施工温度
在影响改性沥青性能的各种外在因素中,最重要的就是温度因素。为了加速混合料的溶化,需要提高温度。另外,在改性沥青混合料研磨的过程中,各种材料之间的摩擦也会是温度上升。但是改性沥青会在高温条件下氧化,导致抗老化性能降低。同时,温度越高SBS改性剂就越容易溶化,并能是沥青加快溶化速度。路面施工中要严格按照表3.16的混合料施工温度要求范围来控制,以保证路面的施工质量。
4结束语
工程竣工之后,评定路段应当选取全线中的1 km~3 km路段;每一侧车道应当按照规定的频度进行检查,测点的选取应当遵循随机的原则;沥青面层必须进行全线自检,严格比较单个测定值与规定的质量指标或允许偏差,计算出合格率;最后结果表明SBS改性沥青在该高速公路沥青路面建设取得了满意的效果,该工程竣工验收合格。希望能为以后的项目施工提供参考。
参考文献
[1]文晓霞.SBS改性沥青混合料的施工要点[J].山西建筑,2009,01.
引言
随着社会的进步,我国的道路交通事业保持高速发展态势,交通量明显增大,车速显著提高,噪声的污染问题已经严重影响到了人们的生活质量,成为社会发展不可忽视的一大危害。大量研究表明,开级配排水式磨耗层(OGFC)以其较高的空隙率,在降噪方面作用明显。本文通过对OGFC的基本降噪原理深入研究,结合浏阳试验路段的具体测试,探讨OGFC路面的实际降噪效果并提出改进措施,以满足人们对更高的生活质量的需求。如何有效地采取措施降低路面噪声,对于现实生活具有重要意义。
1.路面噪声的成因
道路交通噪声主要由车辆的动力装置及其相关构件引起的动力系统噪声、传动系统噪声以及路面噪声三部分组成。其中动力系统噪声主要包括排气噪声,冷却风扇噪声、发动机噪声。传动系统噪声主要是齿轮传动所引起的机械噪声。
轮胎与路面相互作用产生的噪声称之为路面噪声。随着车速的提高,噪声贡献率最大的因素不断改变。当车辆处于低速行驶状态时,车辆的的动力系统噪声作用最显著。但随着车辆发动机改进及城市道路路况的不断改观,车速显著提高,路面噪声占车辆行驶噪声的比例显著增大。当车速达到50km/h时,路面噪声就显得比较突出;当车速超过60km/h时,路面噪声会超过其他噪声源,成为汽车行驶的主要噪声源。因此,路面噪声是道路交通的主要声源之一。
路面噪声一般分为两个方面,一方面是轮胎与路面相互接触产生直接噪声;另一方面是轮胎振动引起车体激振而产生的间接噪声。
直接噪声:
(1)直接振动噪声:轮胎材料的非均匀 性导致的胎面振动噪声
(2)摩擦噪声:轮胎与路面接触产生滑动摩擦,轮胎被压缩的胎 面与路面之间摩擦产生噪声
(3)空气泵吸噪声:轮胎花纹与路面接触区域前后的空气抽吸作用产生
(4)空气动力性噪声:轮胎转动和直线运动产生的空气湍流振动
(5)磨损胎面噪声:轮胎磨损后,胎面与路面接触面减小,造成轮胎缓冲及抗摩擦能力减弱,导致摩擦增大,噪声升高
(6)间接噪声:间接振动噪声:路面的平整度及粗糙度引起了诸如轮胎振动、路面振动以及轮胎激振车体而间接振动产生的噪声
(7)降雨条件下轮胎下水膜存在导致车体滑动噪声及飞溅噪声
2.OGFC路面噪声的降噪机理
OGFC路面内部有大量孔隙,孔隙间相互连通成整体结构。由于孔隙数量多,车辆通过局部孔隙可看作瞬时通过,并将轮胎下部及边缘空气快速压缩至孔隙内部,从而大大减小了空气泵吸效应。车辆产生的噪声辐射到路面材料表面。声能量的一部分被反射,另一部分则沿着孔隙内部传播,声能引起空气振动并与孔隙内部边壁发生摩擦,声能逐渐衰减最后转化成热能被消耗掉。
3.OGFC路面的降噪效果及分析
长沙至浏阳的干线公路S103原为一条二级公路,现进行大修,加铺沥青面层,本次以K67+000~K68+000为试验路段,铺筑上面层。空隙率控制在20%,厚度4cm,采用中粒式OGFC-13,集料采用四档辉绿岩材料和石灰岩矿粉,结合料采用中石化SBS改性沥青。配合比设计完成后的沥青混合料经过强度、水稳性、高温稳定性及路用性能试验,各项指标均满足排水路面技术要求。
试验路铺筑后,研究人员参照《机动车辆噪声测量方法》(GB1496-79), 采用TES-1352H型噪声计,先后四次去现场测试噪声值,试验车型是普通大众轿车,测试数据如下表所示:
表一 (2015年1月)
路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h
密级配 77.9 80.3 82.4 85.5
OGFC-13 72.1 73.2 74.2 76.4
降噪值(dB) 5.7 7.1 8.2 9.1
表二 (2015年4月)
路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h
密级配 76.5 81.6 83.1 84.6
OGFC-13 73.3 76.4 76.8 77.6
降噪值(dB) 3.2 5.2 6.2 7.0
表三 (2015年7月)
路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h
密级配 78.6 80.2 82.4 85.6
OGFC-13 75.6 76.4 78.0 80.2
降噪值(dB) 3.0 3.8 4.4 5.4
表四 (2015年10月)
路面类型 50Km/h 70Km/h 90Km/h 110Km/h
密级配 79.6 80.7 84.3 88.2
OGFC-13 76.3 77.1 80.1 83.5
降噪值(dB) 3.3 3.6 4.2 4.7
由图表得出以下结论:
(1)汽车以不同速度行驶,无论行驶在密集配路面还是OGFC路面,车速高时比车速低时产生更大的噪声值
(2)对比两种路面的噪声值发现,汽车在OGFC路面产生的噪声值低于密集配路面,说明OGFC路面具有一定的降噪效果
(3)研究发现,汽车在不同时间以同种速度行驶在密集配路面上所产生的噪声值范围比在OGFC路面上所产生的噪声值范围更窄,分析认为:随着时间的延续,OGFC路面降噪效果存在一定的波动性,这个波动性的发生与路面材料孔隙的填塞程度及连通孔隙空间结构的变化密切相关
为了更加直观看出降噪效果变化状况,分别绘制降噪值变化及降噪百分比变化趋势图,图表如下所示:
(4)无论汽车以何种速度行驶,OGFC路面都能够适当降低噪声值, 降噪范围在3.0~9.1dB之间,均值达5.3dB
(5)随着车速的提高,降噪值相应增大,说明车速越高OGFC路面降噪值越大;去除个别数据误差可以发现:汽车在70Km/h后,降噪值与车速基本呈线性关系,且随着时间的延续,线性斜率逐渐降低并趋于稳定。
(6)汽车在不同时间以同种速度行驶,随着时间的延续,降噪值呈递减状态,且初期递减较快,后期变化不大。现场观察发现,轮迹带及路边孔隙均有部分小颗粒碎石堵塞,且轮迹带比路边堵塞更加严重,这与试验路铺筑后并未采取任何疏通措施有关。分析认为,由于轮迹带区域堵塞基本趋于饱和而路边基本无明显堵塞,所以降噪值基本趋于稳定。
(7)在以上四条曲线中,除去10月份车速为50km/h时的数据有波动外,四条曲线均呈下降状态,相关性较好,降噪百分比在任意车速下随着时间延长均有所降低。车速为110km/h时,降噪效果从最初1月份的10.64%下降到最后仅为5.33%,变化幅度最大。对比表六和表五发现,降噪值与降噪百分比呈正相关。降噪值越高,降噪百分比越大,说明行车速度越大,路面降噪效果越明显。
(8)在同一月份,车速高时比车速低时的降噪百分比大。虽然车速以等差数列试验,但所产生的降噪百分比并不呈等差数列。从图表可以看出,在1、4、7月份中车速为70km/h比车速为50km/h时的降噪百分比提升明显,而在90km/h和110km/h时提升相对较小。
(9)试验后期的10月份,四种车速的降噪百分比基本接近,这说明路面降噪效果已经不如初期那么明显。这与路面吸声效果降低且孔隙堵塞基本趋于稳定有关。
4.OGFC路面降噪的改进措施
(1)OGFC路面已在国内外大量应用,但在国内还没有形成呈体系的设计方法。研究发现,一般具有孔隙率较大、公称粒径较小、构造深度较大同时兼顾好耐久性相关指标的路面,降噪效果最好
(2)路面材料的通透性影响降噪效果。关于路面厚度对吸声系数的影响,呼安东等、尹义林等均采用了驻波法对不同厚度的沥青混合料配制的试件进行了测试,结果表明:大空隙低噪声沥青路面厚度选取4cm时降噪效果最佳。本次试验路面厚度同样借鉴了这个研究成果,降噪效果良好。
(3)国内外相关研究表明,在沥青混合料中掺入改性剂能够明显改善沥青路面的吸声性能。常见的沥青改性剂有橡胶类、树脂类及共聚物类。李铁山通过比较橡胶沥青、SBS改性沥青及橡胶高粘高弹改性沥青配制的OGFC路面,得出了橡胶高粘高弹改性沥青路面降噪效果显著好于橡胶沥青路面及SBS改性沥青路面,而且具有较好的路用性能。
结语
通过对沥青路面的实际降噪效果进行测试和分析,发现OGFC路面可以降低一定程度的噪声值,降噪效果比较明显。但是OGFC路面降噪值存在一定的波动性,降噪效果随时间并不呈明显的相关性,所限于实验数据的数量,可以在后期的持续观测中得到更加明显的结果。同时对降噪的影响因素进行了分析,提出了在沥青混合料的空隙率、集料粒径、路面厚度及外掺改性剂四个方面的改进措施,有利于OGFC路面在南方潮湿多雨条件下的持续应用。
致谢
论文是依托湖南省交通科技计划项目 “南方多雨条件下防滑降噪沥青路面耐久性能研究”完成的,项目编号为201303。非常感谢湖南省交通厅的大力支持。
土木工程应用技术湖南省研究生创新基地资助项目