橡胶粉改性沥青降噪机理方法研究

橡胶粉改性沥青降噪机理方法研究

于晓霞

山东建筑大学山东省济南市250100

摘要：由于汽车使用量的逐年增加，废旧轮胎堆积造成“黑色污染”已经成为世界各国普遍面临的环境问题，将废旧轮胎生产成精细胶粉或颗粒用于沥青改性是大量消耗废旧轮胎并使废物增值的有效方法，得到越来越广泛的关注和研究。废旧轮胎改性沥青不仅在提高沥青高温性能、低温性能以及抗老化性能等方面表现优异，而且具有降低路面噪声，提高行驶安全性和保护环境等独特的优势。因此橡胶改性沥青的降噪方法研究是满足应用需求的，同时为降低道路交通噪声提供了一条新思路。

0引言

随着我国道路交通系统的日趋完善，交通量大大提高，人们获得便利出行条件的同时也受到了交通所带来的噪声困扰。根据世界卫生组织研究，长期处在高噪声环境中会使人反应迟钝、头晕疲劳等症状，严重影响人们的健康及工作生活水平。同时，随着汽车保有量的增多，被淘汰的废旧橡胶轮胎作为一种难降解、利用价值低的“黑色污染”，已经对我们的环境造成了严重的污染。

但是若将废旧的橡胶轮胎制成胶粉或颗粒加入到沥青混合料中，这样可以达到多赢的效果。比如说，可以解决或缓解废旧橡胶轮胎带来的环境污染，原料来源广，造价低；其次，可以改善路面的力学性能，使之具有减振降噪、除冰除雪的功效；虽然这种路面的降噪效果不如OGFC的降噪效果好，但是总体的性能却比OGFC的要好很多。

因此，本文将从机理与影响因素方面深度探讨橡胶粉改性沥青降噪机理方法，为降噪研究提供理论基础。

1降噪机理

对于传统的低噪声路面来说，降噪机理主要有共振吸声降噪和孔隙吸声降噪两种。

（1）共振吸声降噪。当声波频率与路面结构固有频率相等时，孔中空气就由于共振而产生剧烈的振动，在振动中空气和孔侧壁摩擦而消耗声能，从而起到吸声效果。

（2）孔隙吸声降噪。多孔材料表面具有许多相互贯通的小孔，当声波到达材料表面的孔穴时，会产生粘滞损耗，引起孔穴中的空气和孔壁的细小纤维波动与固体筋络发生摩擦。由于摩擦和粘滞阻尼作用，将声能转变为热能而耗散掉。声能就这样反复传播耗散直到平衡，于是材料吸收了部分声能，。由于橡胶改性沥青结构的多孔性，当声波入射到路面上时会产生空腔共振作用吸收声能，起到降低路面噪声的作用。

橡胶粉沥青混合料的降噪机理，除了共振吸声降噪和孔隙吸声降噪以外，最要的是由于阻尼减振降噪。这主要是由于橡胶粉或橡胶颗粒的高弹性，使得路面具有吸收轮胎振动和冲击的效果；同时橡胶沥青混合料是一种内阻尼较大的高分子复合材料，它对轮胎的振动具有较大的衰减功能，因此大大降低了轮胎或路面的振动噪声。

2降噪特性的影响因素

（1）空隙率。相同级配类型的橡胶颗粒沥青路面中，增加空隙率能使轮胎与路面之间形成良好的气动结构，从而避免空气被压缩产生气压噪声。从另一个角度分析，增加空隙率可以提高路面内部结构的复杂程度，随着内部空隙越复杂，相对不均匀程度越高，对声波能量的衰减能力也越强，增强了对路面对噪声的吸收能力。但空隙率过大后，一方面会影响橡胶颗粒沥青路面的平整度，另一方面会破坏橡胶颗粒与集料颗粒的接触机构，导致橡胶颗粒沥青路面的降噪能力的下降和使用寿命的缩短。

（2）橡胶颗粒的掺入量。从受力角度分析，橡胶颗粒作为一种大弹性、高阻尼的有机材料，橡胶颗粒会影响路面结构中力的传递路径。随着橡胶颗粒参量的增大，会增强路面内部颗粒滑移或错位能力，对轮胎的冲击有一定的缓解作用，不同程度的影响泵气噪声和振动噪声的产生。在振动角度分析，高阻尼的橡胶颗粒会吸收一部分振动能量，且随着橡胶颗粒掺量的增加，振动能量吸收越明显。

（3）材料属性。材料属性一般指石料的材质、形状、大小及表面粗糙度（摩擦系数）等属性，不同材料的橡胶颗粒沥青路面在不同温度和车辆荷载作用下呈现出弹性或粘弹性等多种力学性能，橡胶颗粒沥青混合料的降噪能力及路用性能与材料属性密切相关。在工程实践中，通常会选择结合较好的碱性石料，小粒径集料具有良好降噪能力和路用性能，但材料表面粗糙度会影响集料之间的错位或滑动能力，由于条件限制很少进行研究。

3胶粉颗粒的降噪特性方法

（1）宏观结构角度的研究分析。宏观结构一般指路面结构、内部空隙构造和表面构造，理论上小粒径、大孔隙率和较大构造深度的路面具有良好降噪效果，路面吸声系数骨架空隙结构路面优于骨架密实结构和悬浮密实结构路面。

（2）宏观力学角度的研究分析。橡胶颗粒沥青混合料的降噪研究主要采用单轴压缩或重复加载试验，常用弹性模量或动态模量表示其性能水平。橡胶颗粒（橡胶粉）的掺入不仅影响沥青路面本身的结构属性，同时影响橡胶颗粒沥青混合料内部颗粒之间力学行为及材料颗粒的滑移及错位能力，可以反映橡胶颗粒沥青路面对荷载冲击的缓冲能力，是主动降噪的方法之一。

（3）振动角度的研究分析。从振动角度来研究橡胶颗粒沥青混合料的宏观力学规律对降噪性能的影响，其主要方法有轮胎振动衰减试验、路面锤击试验、整车激振试验、轮胎激振模态试验等宏观试验。通过评价混合料的阻尼率、动态放大因子和传递率等物理指标来评估沥青路面振动衰减能力，橡胶颗粒含量为3%~4%的密实型橡胶颗粒沥青混合料具有较好的减振效果。橡胶颗粒沥青路面不仅具有较强的减振降噪能力，而且具有良好的路用性能，是一种绿色环保的复合路面。

橡胶应用于路面的技术可以分为湿法和干法两种，湿法是在热沥青中参加一定量的橡胶粉；干法是使用相对颗粒较粗的废轮胎胶粉，将其直接加入集料中作为集料使用，将热沥青喷入后均匀搅拌制备成橡胶沥青混凝土。阻尼减振降噪是由于因为有橡胶的存在，为了更加的突出橡胶的高弹性，所以最好选用的是干法，因为干法工艺中实现了对废旧轮胎胶粉的大量消耗，在混合料中加入高弹性废旧橡胶颗粒，能够将路面的弹性和阻尼性能增加，将行车噪声显著降低。

4结论

通过对降噪特性影响因素的了解，最主要的是针对橡胶颗粒的掺入量的不同来进行分析，同时选择了AC，其中材料属性的影响忽略，未进行考虑。在AC中掺入不同量的橡胶颗粒，即不掺加橡胶颗粒和掺加不同含量的橡胶颗粒，因为只有与未掺加过橡胶颗粒的沥青混合料来进行比较，才会发现橡胶颗粒在阻尼减振降噪方面的突出优点。

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