低噪音沥青与橡胶/纤维复合材料：噪音因子的量化及基于灰度相关性的优化

《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Low-noise asphalt with rubber/fiber composites: Noise factor quantification and grey-correlation-guided optimization

橡胶/纤维改性沥青混合料研发及其降噪机理研究，通过动态模量测试、阻抗管吸声系数和轮胎-路面冲击噪声测试，发现2.5%橡胶含量（2.36mm）显著降低动态模量13.7%并提升吸声系数至0.45，降噪5.4dB(A)。灰色关联分析确定橡胶含量、粒径和动态模量为关键参数，RFA-10混合料动态稳定性和疲劳寿命分别达8566 cycles/mm和30759 cycles，验证了材料协同优化对降低交通噪声的有效性。

　　在现代城市化进程中，交通噪声污染已成为不可忽视的环境问题，尤其是在人口密集区域，其影响尤为显著。随着城市道路网络的扩展，噪声污染不仅降低了居民的生活质量，还对公共健康构成了潜在威胁。根据世界卫生组织的数据，长期暴露在超过65分贝（dB(A)）的噪声环境中，会增加心血管疾病的风险，达到9%至15%。因此，开发具有低噪声特性的道路材料，成为实现绿色城市目标和提升城市宜居性的重要手段。

传统的沥青混凝土路面虽然在结构强度和耐久性方面表现良好，但其在噪声控制方面的效果有限。近年来，研究人员开始探索通过材料改良来实现噪声降低。其中，多孔沥青路面因其高空气含量，能够通过声能的消耗来实现噪声吸收，成为一种有效的降噪方式。然而，在高交通负荷下，多孔沥青路面可能会出现结构刚度不足、孔隙堵塞等问题，导致其降噪效果下降。为了解决这一问题，橡胶改性沥青技术被提出，通过橡胶的阻尼特性，抑制噪声的产生，同时提高路面的性能。

橡胶沥青技术的原理在于，橡胶颗粒能够吸收和耗散轮胎与路面之间的振动能量，从而降低结构噪声。研究表明，橡胶颗粒的掺入量和粒径对沥青混合料的动态模量有显著影响。当橡胶颗粒的掺入量在1.5%至3.0%之间时，能够有效提升沥青混合料的降噪能力。例如，研究中发现，当橡胶颗粒粒径为2.36毫米、掺入量为2.5%时，其在50°C下的动态模量降低了13.7%，同时在800Hz频率下的声吸收系数提升至0.45，噪声水平下降了5.4dB(A)。这表明，适当的橡胶颗粒掺入不仅有助于降低噪声，还能保持路面的力学性能。

为了进一步提升沥青混合料的综合性能，研究中还引入了纤维增强技术。纤维的加入能够改善沥青混合料的低温性能和疲劳寿命，从而增强路面的耐久性。实验中采用的纤维为玄武岩和木质素的1:1混合，其加入量与橡胶颗粒的掺入量相协调，以达到最佳的综合效果。例如，在2.5%橡胶颗粒掺入量的情况下，纤维增强沥青混合料的动态稳定性达到了8566次/毫米，比未掺入橡胶的对照组提高了41.7%。而在3.0%的橡胶颗粒掺入量下，动态稳定性进一步提升至8926次/毫米，表明橡胶的弹性特性能够有效增强沥青混合料的骨架变形阻力。

除了材料的阻尼特性，路面的纹理和孔洞含量对噪声的产生也有重要影响。研究发现，当路面的孔洞含量较高时，其噪声水平会随着路面纹理的增加而上升，这表明纹理和孔洞之间存在对抗关系。因此，优化路面的纹理和孔洞含量，成为实现降噪效果的关键。例如，实验中发现，当橡胶颗粒的掺入量和粒径被合理控制时，可以有效降低噪声水平，同时保持路面的力学性能。

为了系统评估这些因素对噪声和振动的影响，研究中采用了一种灰色关联分析模型。该模型能够识别出影响噪声和振动的关键参数，如橡胶颗粒的掺入量、粒径、动态模量以及路面的结构厚度等。通过灰色关联分析，研究发现，车辆速度对噪声水平的影响最为显著，其噪声降低率为4.0%。而单轮胎负荷对噪声水平的影响相对稳定，其噪声降低率为3.0%。这表明，在设计低噪声路面时，需要综合考虑这些因素，以实现最佳的降噪效果。

此外，研究还开发了一种基于Abaqus的轮胎-道路-空气耦合模型，用于模拟车辆运行过程中产生的噪声。该模型能够揭示噪声在不同滚动阶段的空间和时间分布特征，为噪声控制策略提供科学依据。例如，模型显示，在初始滚动阶段，噪声源主要集中于轮胎肩部区域，声波以球面波的形式传播，其声压强度随着距离的增加而逐渐减弱。这表明，优化轮胎与路面之间的接触特性，对于降低噪声具有重要意义。

综上所述，研究通过系统实验和模型分析，明确了橡胶颗粒与纤维增强沥青混合料的降噪机制和工程应用价值，为低噪声路面的设计和噪声控制策略提供了科学依据。实验结果表明，合理控制橡胶颗粒的掺入量和粒径，以及纤维的加入比例，能够有效提升沥青混合料的降噪能力，同时保持其力学性能。此外，通过优化路面的纹理和孔洞含量，可以进一步降低噪声水平，提升道路的综合性能。这些发现为未来在高交通负荷下实现低噪声路面的设计和施工提供了重要的参考。