上周末天气还不错,脖子哥开车去郊外溜了一圈。
可能是因为玩累了 ,在返程的时候特别敏感,发现这路,它怎么一段安静一段吵?
安静起来,那几条用了 5-6 年的破国产轮胎和米胖子静音胎不相上下。
但吵起来,就像把洗衣机摆在了客厅,在耳边嗡嗡嗡的,放音乐都压不住。
而且你越是不想管它,就越是在意,就跟 “粉红色的大象” 实验一样,没完了。。。
上网一看,发现大伙也对这个东西有明显的感受,平时走德胜快速路、秋实高架有些路段真的特别安静,配合电车那叫一个享受。
我寻思这不都是柏油路么,为啥会这样?
带着疑问,咱们这两天查了查相关论文,也找了路桥从业者,被材料学拷打了一番后,今天就跟大伙讲讲,这柏油路的静音是怎么做的。
咱们先来简单了解下柏油路的结构,生活中常说的柏油马路、沥青路,其实是一层又一层的沥青炒石子。
和肉眼看到的一样,它是由一颗颗的石子(专业叫法是骨料),黑色的沥青以及一些矿粉填料混合而成。
在这个组合里,石子依旧承担了一切,是承重的大头,而沥青只是石子之间的胶水。
但是和水泥路的区别就在这堆 “胶水” 里。
沥青本身是一种热塑性粘弹体,在常温的情况下一般是半固态的膏状或者是纯固态的硬块,当加热到 150℃ 以上的时候,它就会熔化成黏糊糊的液体。
路面施工的时候其实就是将沥青混合物加热到像一块花生软糖一样,方便塑形。
好好好,那么,这跟噪音有啥关系呢?
这就不得不说到路噪是怎么来的了。
路噪主要有两种来源,第一种是轮胎花纹与路面撞击产生的振动噪音。
这个不难理解,轮胎的花纹不是完全直的,有弯曲的地方,高速行驶的时候,就会像一个个小的橡皮锤敲击在地面上。
第二种则是轮胎花纹中的空气被压缩产生的泵气噪音(泵浦效应)。
咱们设想一下,轮胎在高速转动,前方的空气就会被挤压进花纹里,再从车轮后方快速排出,这种巨大的压力就会产生嘈杂的路噪。
在这两种噪音的产生过程中,轮胎和地面的夹角是不是很像一个喇叭?
也正因如此,噪声产生之后,声波还会这个 “喇叭” 里不断反射,导致噪音进一步放大。
美国爱荷华州立大学就曾做过相关的研究,这种 “喇叭” 的号筒效应能增大 10-20dB 的噪音。(20dB 的变化相当于从安静的办公室走到嘈杂的马路)
除了号筒效应,还有空气的共振。
空气在被轮胎与地面各种压缩的时候,期间发出的共振也会将噪音放大 10dB 左右。
所以,想消解这样的噪音,要么就是减振,直接减少振动噪音的产生,要么就是疏导空气,在气泵形成之前给它漏漏气。
那么,根据这两个方法,出现了两种沥青路面。
率先出现的是 SMA (玛蹄脂沥青混合料),它利用更高粘性的改性沥青,再加一点纤维提升了路面的韧性。
结构上,SMA 的骨料有 70%-80% 都是 4.75mm 以上的大石子(粗集料),和普通沥青路面直接石子混沥青相比,SMA 的结构更加紧密,粘得更牢。
如图所示
这样路面的减振效果也会好上不少,从各项研究来看,能够降低 2-5dB 的噪音。
不过,这只减少了振动噪音,还有气泵噪音呢?
这就是近几年国内开始逐渐使用的 OGFC (开级配磨耗层)沥青路面。
左侧 OGFC 排水沥青路面,右侧普通 SMA 路面
成都科华南路采用 OGFC 路面前后
是不是光看图片的颜色对比就已经非常直观?
OGFC 用了更高比例(90%以上)的 “大石子”,以及更少的填料提供更多缝隙(孔隙率从 3%-5% 提升至 18%-25%),所以看起来路面的颗粒感更重一点。
在这种多孔洞的路面上,噪音会顺着缝隙进行传播,声波打在石子上不断反弹,一步步的减弱掉能量,最终化掉泵吸效应。
因此,OGFC 在 SMA 的基础上,噪音会再降低 3dB 左右。
大伙别看这几分贝几分贝的改良好像很少,但分贝其实是一个对数单位,几分贝的变动,到了声压(声音的压力变化)那儿可能就是百分之几十的变化。
所以,我们能看到广州东濠涌高架、茂湛高速、用上这些技术之后,静音性都是有口皆碑。
但不知道大伙有没有发现,这些应用的地方基本都在南方和经济发达的地方,北方基本见不到多少 OGFC 的应用案例。
原因嘛,其实就是老生常谈的成本问题了。
目前最普通也就是最常用的 AC-13 沥青(不含税、人工)大概是 300 多块一吨,而 SMA 这个价格则是 400-500 元。
某土木老哥告诉我们,沥青价格有很强的地域性,沥青作为化工产品源头也几近垄断,所以该表仅供示意
OGFC 由于用的材料相对较少,虽然单价更贵,但实际上可能会比 SMA 便宜个 20% 左右。
但是,扛不住 OGFC 爱坏呀。
前面提到过,OGFC 路面的孔隙率很大,这样能带来排水降噪的优势。
但这也就牺牲了密实性,热胀冷缩加上直接暴露在灰尘、紫外线和氧气中,久而久之,原本高粘性高弹性的改性沥青就会被侵蚀。
水直接就渗下去了,不会积在表面
粘不住了石料就掉呗,进一步形成 “脱落——侵蚀——更易脱落” 的恶性循环。而在严寒的情况下沥青会变得更硬,这个问题就会变得更加严重。
根据公开的数据,OGFC 路面在 3-5 年之后,骨料的脱落率就会达到 10%( SMA 几乎不脱落,设计寿命长达 15 年以上)。
所以,这种沥青路面就得经常性的进行养护,像咱们差评附近的文一西路就无论春夏秋冬,刮风还是下雨,洒水车每天雷打不动的洒水。。。
文一西路就是用的 OGFC 路面
总而言之,OGFC 静音固然好,但考虑到一些极端天气和维护成本,这玩意一时半会儿也没法完全铺开来。
不过,现在有一种高韧高弹的超薄沥青路面正在投入使用,大概就 0.5-1cm 厚,能直接在现有路面上加一层,不用把路重新打碎铺那么麻烦。
这样既省了施工的用料,使用成本和维护成本更低,又可以在夜深人静的时候快速施工,不用封路影响交通,一举多得。
广州的 “首都高” 东濠涌高架、港珠澳大桥、新疆的河滩快速路,用的都是这样的技术。
只要经济账算得过来,说不定,以后咱们就跟路噪说拜拜呢?
撰文:浩森
编辑:脖子右拧 & 面线糊君
美编:焕妍
图片、资料来源:
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文一路提升改造工程建设进入最后冲刺阶段 —— 杭州日报
我为群众办实事|科华南路开启“降噪模式” —— 成都市政开发
这个“四改八”高速项目用上了“速干路面”—— 广东省交通运输厅
高韧性静音型超薄沥青路面磨耗层技术体系 —— 华南理工大学科学技术研究院
沥青发展 30 年 —— reway
耐久性沥青路面材料与结构 —— 长安大学郝培文教授
Permeable Pavement Test Strip (OGFC) - International Marine Terminal,Will Savage
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