基于路用材料的路面降噪技术研究

基于路用材料的路面降噪技术研究
摘要：随着社会经济的不断发展，道路行车数量的剧增和城市道路网络的不
断完善，交通噪声给人们生产生活带来的负面影响愈演愈烈，交通噪声污染也越
来越受到大家的重视。

各国开展了旨在最大限度地降低对人类健康有害的噪声研究，同时也已经采取了一些降低交通噪声的解决方案，如建造隔音涂料、安装隔
音屏障、控制车流速度和改变道路几何设计等。

诚然，此类控制交通噪声的方式
取得了一定的效果，然而在经济实用性和应用广泛性上仍然存在诸多问题，有时
甚至花费巨大仍收效甚微。

因此，推广基于路用材料的低噪声路面降噪技术对于
减少交通噪声的产生和解决噪声污染问题，具有非常重要的现实意义。

关键词：产噪机理，路面降噪，路用性能，低噪声路面
0引言
噪声的长期干扰危害人们身心健康，噪声作为一种环境公害已日益受到重视，降低汽车行驶中路面噪声是减轻交通噪声污染的重要措施之一。

低噪声路面凭借
较大的空隙率，能够显著降低胎路噪声，提升驾乘人员行车体验等优点，在市场
普及越来越广泛。

本文对胎路产噪理论分析、胎路降噪机理以及几种新型低噪声路面进行综述。

揭示了胎路噪声的主要来源，对影响胎路噪声的各种因素进行了系统的归纳，着
重讨论低噪声路面的种类、降噪机理、降噪效果以及优缺点，确定了铺筑低噪声
路面是降低路面噪声的另一种有效措施，同时阐述了各种低噪声路面对应的适用
范围。

本文的目的是为研究人员降低胎路噪声、设计低噪声路面材料、根据当地
情况选择合适的低噪声路面提供参考和指导。

1胎路产噪理论分析
交通噪声是指各种机动车辆在道路行驶过程中产生的综合噪声，胎路噪声是车辆特性、环境条件、路表状态等各种因素通过耦合作用而形成的，道路上行驶的机动车辆是产生交通噪声的根本原因。

胎路噪声主要分两个方面，一方面是由于轮胎与路面相互作用而产生的泵气噪声；另一方面是轮胎激振车体而产生的振动噪声。

1.1泵气噪声
轮胎和路面的空腔形成“空气泵效应”，轮胎表面与路面受荷载作用互相挤压使轮胎变形，轮胎花纹中与路面空隙中的空气被压缩；当轮胎恢复变形后，被压缩的空气释放，空气的压缩与膨胀形成高速无规则的气流波动形成空气泵吸效应空气发生置换，空气体积流的往返运动产生噪声。

1.2振动噪声
由于轮胎是一种非线性的弹性体，其由胎面、胎侧、钢丝束、胎圈等复杂结构相互组成，轮胎滚动与路面形成摩擦、滑移、冲击等不规则的接触，包括垂直方向上的加速度引起的振动、自身不规则运动造成的自激振动、轮胎离开地面时引起的切向振动等，在车辆启动与刹停之际，振动噪声将超过泵气噪声成为交通噪声的主要来源之一。

2路用混合料降噪机理研究
2.1路表纹理降噪
路表面纹理构造深度越大，往往胎-路噪声就越小。

随着科学技术的发展，已经可以通过程控精铣刨等微表处方式将路面表面纹理进行处置。

王端宜等人系统地开展了表面纹理几何表征参数与振动噪声的相关性研究，验证了通过振动噪声预估模型和表面纹理设计方法，可以在一定程度上降低路面噪声。

2.2路面结构多孔降噪
路面混合料采用多孔结构设计，较大的空隙率有利于空气的自由流动，当轮胎与路面撞击接触时受压缩的空气可自由排除，当滚动轮胎花纹块离开路面时，
空气又可自由的流入，从而降低泵气噪声的产生。

多孔性的吸声材料具有大量的微小空隙且微小空隙相互连接，并通过材料表面与空气介质连通。

在声波通过多孔吸声材料表面时，部分声波在材料表面上产生反射与漫反射，同时多孔的存在降低号筒效应中声波的反射叠加，进而降低号筒效应产生的噪声。

2.3弹性材料阻尼降噪
阻尼是指振动系统在振动中由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。

橡胶颗粒就是典型的阻尼材料，使路面具有阻尼作用，有着非常明显的降噪效果。

当路面弹性以及阻尼较大时，轮胎与路面撞击产生的振动衰减幅度较大，从而降低轮胎与路面间的机械振动噪声。

3新型低噪声路面
不同类型的低噪声路面都有不同的降噪机制，有的只使用单一的降噪机构，有的则使用几种降噪机构协同工作，本章将介绍几种新型的低噪声路面。

3.1石塑沥青路面（SMAP）
与沥青混凝土路面相比，SMAP具有粗骨料含量更高、沥青含量更高、细骨料含量少等特点，具有使路面更平整的特点。

首先，SMAP具有较低的动态模量和较大的内部阻尼，因此SMAP具有一定的阻尼和降噪性能。

在阻尼轮胎振动方面，它比交流路面具有明显的优势，导致振动噪声更低；其次，SMAP路面表面有着丰富的表面纹理，宏观和微观纹理对轮胎路面噪声有着显著影响。

最后，丰富的表面纹理有利于共振吸音结构的形成，从而产生亥姆霍兹共振效应。

总之，SMAP有三种类型的降噪机制：阻尼降噪，共振吸声和连接孔隙排声，使降噪性能明显优于普通沥青混凝土路面。

3.2橡胶沥青路面（RAP）
RAP是用橡胶沥青混合料铺装的路面，由于橡胶是一种典型的阻尼材料，RAP 具有阻尼和降噪机制，这使得RAP可以降低轮胎和车辆振动辐射引起的噪声。

此外，由于轮胎上动态载荷的减少，轮胎负载变化引起的噪声得到有效降低。

研究表明，与普通沥青路面的噪声相比橡胶沥青路面有效降噪3-4分贝的降噪效果。

值得注意的是，碎屑橡胶在沥青路面中的应用可以克服废旧轮胎的处理问题，减
少环境污染，推广橡胶沥青路面变得具有十分重要的现实意义。

3.3多孔弹性路面（PERS）
PERS是一种低噪声的沥青路面，由多孔沥青路面（PAP）发展而来。

PERS是
通过将橡胶颗粒混合在沥青混合物中并由聚氨酯树脂固结而成的。

一般来说，PERS典型的孔隙率为20%，橡胶颗粒按等体积法替换部分集料，约占沥青混合物
总量的20%。

有研究表明，PERS的降噪效果优于PAP，PERS可以分别将汽车和卡
车的噪声降低13和6dB。

其丰富的多孔结构使其具有良好的多孔和谐振吸音性能，橡胶颗粒是典型的阻尼材料，这使得它具有阻尼作用。

因此，PERS的降噪机理是
基于PAP和RAP两种降噪机理的结合，具有非常明显的降噪效果。

4总结
低噪声的低噪声路面具有显著的经济、环境和社会效益。

本文综合综述了胎
路噪声产生理论、降噪机理研究和新颖的低噪声路面。

从本综述中可以得出以下
结论：
（1）轮胎路面噪声主要由轮胎气泵机构、轮胎振动机构引起，轮胎气泵噪
声是轮胎路面噪声的主要来源。

（2）SMA，PRAP，PERS等新型低噪声路面都具有良好的降噪性能。

每种低噪
声路面都有不同的降噪机制，路面性能和降噪性能。

在路面的使用中也会遇到不
同的问题，应根据不同的交通状况、降噪要求和当地气候条件，选择合适的低噪
声路面。

（3）低噪声的沥青路面不仅可以保证良好的路面性能和降噪性能，但具低
噪声路面的前期成本可能高于普通沥青路面，但其应用价值在很长一段时间内具
有显著的经济、社会和环境效益。

参考文献
[1]朱水坤，林亚萍，陈飞.低噪声路面类型及其适用性分析[J].公路交通科技：应用技术版，2007(2):5.
[2]王端宜，梁遐意.一种用于测试路用胶结料粘结力的摆式冲击仪及测试方法，CN108204927A[P].
[3]王晨，李秀君，朱思杨，等.基于橡胶粉降噪微表处路用性能研究的配合比优化[J].上海理工大学学报，2020，42:7.
[4]肖飞鹏;王涛;王嘉宇等.橡胶沥青路面降噪技术原理与研究进展[J].中国公路学报.2019(04)
[5]孙铭鑫.聚氨酯空隙弹性路面混合料的性能研究[D].东南大学，2016.。