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多孔透水性铺装改善声环境的机理与吸声性能

多孔透水性铺装改善声环境的机理与吸声性能 彩色路面
2016-03-30
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导读: 道路交通噪声,特别是人口密集区、临近城市的高速铁路、隧道内的交通噪声已成为环境噪声污染

道路交通噪声,特别是人口密集区、临近城市的高速铁路、隧道内的交通噪声已成为环境噪声污染的重要来源,严重影响人们生活的舒适性。通过改善混凝土路面结构的方法来降低路面噪声是一种行之有效的方法。

1多孔透水性铺装改善声环境的机理

        多孔混凝土具有大量从表到里的三维互通网状通孔结构,当声波入射到多孔混凝土表面上时,大部分声波将通过空隙传播到材料内部,激发材料空隙内部空气分子及组成材料的筋络的振动。由于空气之间的黏滞阻力、空气与筋络之间的摩擦作用,以及空隙内空气的胀缩作用,在空气与筋络之间,不断发生热交换,使相当部分的声能转化为热能而消耗掉,这就是该类多孔混凝土吸声的基本原理

多孔透水性铺装降低噪声的机理主要包括:

(1)面层空隙的吸声作用,每个小孔均可看作是一个亥姆霍兹共振器,实际的路面结构则是多个单孔共振器的并联,可吸收不同频率的噪声;

(2)降低气泵噪声,由于透水面层具有相互连通的空隙,汽车轮胎与路面接触时表面花纹槽中的空气可通过孔隙向四周逸出,减小了空气压缩爆破产生的噪声,且使气泵噪声频率由高频变成低频;

(3)降低附着噪声,与密实不透水路面相比,轮胎与路面的接触面减小,有利于附着噪声的降低,减弱了噪声在路面的传播。

当声波投射到透水性铺装表面上时,会引起透水性铺装内部小孔或间隙的空气运动,紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢,由于摩擦和客气运动的黏滞阻力,一部分声能转变为热能,从而使声波衰减;同时,小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失,也能使声能衰减。由于城市高层建筑以及高架桥路的不断增多,再加上穿过市区上空的飞机噪声,这些声源较高的噪声,从城市上空传到地面,如果投射到透水性的地面上,根据上述原理,透水性地面依靠其特有的吸声降噪功能对城市声环境起到明显的改善作用。普通的非透水性硬化广场地面只能将绝大部分声波重新反射,起不到吸声降噪的作用。

2多孔透水混凝土的吸声性能

        研究表明,车辆在中低速行驶时交通噪声主要由车辆发动机、齿轮箱、进出口排放系统及车身振动等产生。而对于高速公路、城市快速干道等,行驶车速超过60km/h,轮胎滚动噪声是最显著因素,而滚动噪声又与道路表面几何特征密切相关。丹麦公路局实验研究表明,当车速为80km/h时,露骨料混凝土路面平均噪声比旧混凝土低7dB,比有纵向构造大混凝土路面低2.5dB

 英国运输研究实验室在M18公路露骨料混凝土路面试验段的对比测定结果表明,降低水泥混凝土路面的噪声,可以从噪声源和传播途径两个方面着手。从声学的角度讲,为了减小噪声等级,可以通过路面的构造深度和孔隙来吸收噪声;通过表面纹理反射噪声,消耗噪声的能量;通过改进施工工艺、提高平整度、改善接缝施工水平、采用小粒径的粗集料降低宏构造引起的振动噪声。

 西安公路交通大学20世纪90年代主持开展了“低噪声路面研究”[14]~[19]。此项基于沥青路面的研究表明:透水混凝土路面的吸声系数与材料的级配、孔隙率、厚度及频率有关;孔隙率是影响材料吸声性能的首要因素;随着厚度的增加,透水混凝土路面吸声系数的峰值增大,峰值对应的频率向低工频扩展;厚度增大到一定数值后,吸声系数不再增大,甚至出现下降;吸声系数的峰值往往出现在500Hz附近,2000Hz以后的吸声系数又有上升趋势。

多孔的吸声效果可以用它的吸声系数来表示。吸声系数是材料表面吸收的声能与入射的声能的比值,常用的驻波管法测量垂直入射吸声系数。王波按照《驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范》GBJ88—85,采用驻波管+频率分析仪+音频信号发生器多对孔混凝土吸声系数进行了测试。

试验中,采用高60mm、直径90 mm的圆柱体多孔混凝土试件,采用测试频率为:125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、560Hz、630Hz、700Hz、800Hz、900Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz。表4.3-1为不同孔隙不同频率多孔混凝土试样的吸声系数试验结果。

 中建材料工程研究中心采用混响室法对透水混凝土的吸声系数频率进行了研究与测试
        基于多孔混凝土试样的吸声系数与孔隙率及测试频率的相互关系分析,可以有以下结论:

         1.多孔混凝土试样的吸声系数与材料的孔隙率及频率相关;

         2.孔隙率是影响材料吸声性能的首要因素;

         3.随着孔隙率的增大,多孔透水混凝土试样的吸声系数的峰值增大,峰值对应的吸声频率向高频扩展;

         4.吸声系数的峰值通常出现在500~800Hz范围内,1250Hz附近吸声系数曲线出现低谷,随后吸声系数又有上升的趋势。

         5.不同孔隙率多孔混凝土试样的吸声系数低频差别不大在,差异主要体现在高频率系数普通比多孔沥青混凝土的吸声系数高很多,这反映多孔混凝土吸声效率总体较高。









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