透水性道路混凝土吸声性能研究.pdf

1 0 低温建筑技术 2 0 1 6年第 2期( 总第 2 1 2期) DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i a , j z 2 0 1 6 0 2 0 0 4 透水性道路混凝土吸声性能研究 赵晶 ， 刘茜 ， 刘军 ( 大连交通大学土木与安全工程学院。 辽宁大连1 1 6 0 2 8) 【 摘要】 采用驻波管法对透水性道路混凝土的吸声性能进行研究， 通过改变影响透水混凝土吸声性能的 因素， 如孔隙率、 浆集比、 路面厚度、 养护龄期以及掺合料的种类和掺量等， 探究所对应的吸声系数的变化。实验 结果表明： 影响吸声系数的关键因素是孔隙率和路面的厚度。 【 关键词】 透水混凝土； 吸声系数； 孔隙率 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 1 0 0 3 0 引言 随着城市建设和汽车工业的迅速发展 ， 城市的各 类机动车辆数量急剧上升 ， 致使交通噪声污染越来越 严重 城市道路交通噪声问题已成为制约城市居民生 活环境质量提高的重要因素。车辆在路面行驶时， 噪 声主要来 自于轮 胎与 路表 间 的摩擦 ， 即路 面 轮 胎 噪 声， 因此减少路面 轮胎噪声是降低交通噪声 的主要 途径之一 。 透水性道路混凝土是一种 由一系列与外部空气 相连通的多孔骨架结构构成， 既能满足路用要求， 且 具有良好吸声降噪性能的路面铺装材料。由于其多 孔结构的特殊性 ， 保持着 1 5 2 0 的孔隙率 ， 当轮 胎在路面轧过时， 被压缩 的空气可以钻入路面的小 孔， 减弱沿轮胎方向排放的空气， 进而减少磨擦噪音， 因此如果可以借助透水混凝土的吸声性能 ， 将其应用 数。原因在于粉煤灰的存在使得混凝土的结构越来 越密实 ， 随着二次水化的不断进行， 使得结构中的连 通孔大量减少 ， 使得导热系数下降 。 3结语 ( 1 ) 在再 生轻 骨料 自密实 混凝 土 中， 加 入粉 煤 灰可以有效的提高混凝土的工作性， 后期强度 ， 耐久 性。可以有效的降低混凝土的导热系数， 氯离子渗透 系数。 ( 2 ) 当粉煤灰 的掺量在胶凝材料总量 3 0 左 右， 扩展度最高， 和易性较好 ， 混凝土的 2 8 d ， 5 6 d强度 最高， 抗冻性和抗 c l 一 渗透系数较好， 导热系数较低。 ( 3 ) 粉煤灰掺人量越大， 3 d 、 7 d强度越低， 因为 早期粉煤灰很少参与水泥水化反应 ， 导致早期强度 降低。 于路面、 隧道或构建高速公路 ， 不失为一种改善城市 声环境 、 提高生活质量 的好 方法 。文 中主要 对透水 混凝土的吸声性能进行了探索， 研究孔隙率、 浆集比、 路面厚度、 养护龄期以及掺合料的种类和掺量对透水 混凝土吸声性能的影响。 1 原材 料性 能指标及配合 比设计计算 1 1 原材料及其性能指标 ( 1 ) 水泥 ： 大连小野 田4 2 5 R普 通硅酸盐水 泥 ， 物理力学性能指标见表 1 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 玄武 岩碎石 ， 单 一粒 径 51 0 m m， 表观密度 2 7 0 0 k g m ， 堆积密度 1 5 6 0 k g m ， 含水 率 0 8 ， 针片状 结构含量 1 3 。 ( 3 ) 减 水 剂 ： 萘 系 粉 状 高 效 减 水 剂 ， 减 水 率 为 2 0 。 ( 4 ) 矿物掺合料： 硅灰、 沸石粉。 参考文献 1 付士峰， 张广田 不同掺量粉煤灰对泡沫混凝土性能的影响 J 石家庄铁道大学学报 ( 自然版)， 2 0 1 6， ( 1 ) 2 孙跃东 ， 肖祥 ， 庞俭 ， 王涛 再 生骨料混凝土 的配合 比试验研 究 J 山东科 技大学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 9， ( 1 ) ： 2 5 2 9 3 肖建庄， 刘琼， 李文贵， V iv i a n T a m 再生混凝土细微观结构和 破坏机理研究 J 青岛理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， ( 4) ： 2 43 0 4 张剑波 ， 吴勇生 ， 孙 可伟 ， 郭远臣 再生 骨料 混凝土孔隙结 构 的试验研究 J 硅酸盐 通报 ， 2 0 1 1 ， ( 1 ) ： 2 3 9 2 4 4 5 杜婷 ， 李惠强 ， 郭太平 ， 周志强 再生骨 料混 凝土的抗氯离 子 渗透性试验研究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 6， ( 5 ) ： 3 3 3 6 6 肖 建庄， 宋志文， 张枫 混凝土导热系数试验与分析 J 建筑 材料学报 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 1 7 2 1 收稿 日期 2 0 1 5一l 21 1 作者简介 付士峰( 1 9 8 1 一) 男， 河北衡水人， 博士研究生， 高 级工程师 ， 从事土木工程相关研究 。 赵晶等 ： 透水性道路混凝土 吸声性能研究 l 1 1 2 试验配合比设计 表 2 透水混凝土试验配合 比 ( w c )( S A l 【g m一 m一 一 量 掺量 注： A 、 B 、 C 分别代表孔隙率为1 5 、 1 8 、 2 0 ， I 、 2 , 3 代表浆集比为0 4 , 0 4 5 、 0 5 ； S F 代 表 掺 加 硅 灰， I 、 2 代 表 掺 量 为8 、 1 0 ； P S 代 表掺 加 沸 石 粉， I 、 2 , 3 、 4 、 5 分 别 代 表 掺 量分别为8 、 1 0 、 1 5 、 1 8 、 2 0 。 文中采用体积法进行配合 比设计。文中试验所 配制 的混 凝 土 水 灰 比是 0 3 ； 孑 L 隙率 有 包 括 1 5 ， 1 8 ， 2 0 ； 浆集 比有三种， 分别为0 4 ， 0 4 5 ， 0 5 ； 掺加 硅灰、 沸石粉时选取的水灰 比为0 3 ， 浆集比为 0 5 ， 孑 L 隙率为 1 8 。具体配合比见表 2 。 搅拌方法采用水泥裹石法， 成型方法选择静压成 型， 施加压力 为 1 5 M P a ， 静压 2 m i n 。测量吸声系数 时， 每组成型3个圆柱形试件， 直径为 d 9 9 8 m m， 高度分 别为 5 6 、 6 6和 7 6 ra m。我 国城市地 面铺 装 面层 厚度 通 常为 6 0 m m， 为研究厚度对吸声系数的影响， 因此选取 三种 6 0 m m左右三种不 同厚度 。 2试 验方法 多孔材料 的吸声 性能可 用它 的吸 声系数 来表 示 。 材料的吸声系数是指被吸收的声能与入射 的声能之 比。多孔材料的垂直吸声系数( 以下简称吸声系数) ， 常用驻波管法进 行测量。文 中试验 依照 国家标准 G B J 8 8 8 5 驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范 中 关于“ 驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范” 的规定 ， 采用驻 波管 测试 系统来 测 定试 件 的 吸声 系数 J 。在 实验过程中， 试件与驻波管内壁之间的缝隙需密封 良 好。驻波管法测量吸声系数 的设备应由驻波管声源 系统探测器及输出指示装置等部分所组成。 3试验结果分析 为研究不同情况下的透水混凝土的吸声系数， 根 据驻波管的量程确定测试频率， 按照 1 3倍频程取值 ， 并考虑到道路交通噪声的频率主要集中在中高频， 最 终选取 8 01 6 0 0 H Z间 1 4种不 同的频率。不同频率 下所测得 的吸声系数如表 3 所示 。 3 1 目标孔隙率与吸声系数关系 根据所测得的吸声系数可以绘制 出频率 一吸声 系数折线图。选取水灰 比为 0 3 ， 浆集 比为 0 5 ， 目标 孔隙率分别为 1 5 、 1 8 、 2 o 的试件进行吸声系数 测量， 绘制出图 1 。从图 1中可以明显地看 出， 孔隙率 为 1 5 时， 由于开 口孔的数量较少， 使得吸声系数峰 值较低 ， 峰值对应频率在 3 1 5 H z ， 属于低频； 随着孔隙 率增加 ， 开 口孑 L 的数量逐渐增多， 吸声系数开始增加， 孔隙率从 1 8 增加到2 0 时， 吸声系数的峰值变化不 大 ， 但峰值所对应的频率逐渐 向高频移动 ， 在 1 8 时 吸声系数峰值可达到 0 7 2 8 ， 其所对应频率为 4 0 0 6 3 0 H z ， 主要集中在中高频且峰值对应频率范围较广。 由此可以看出， 透水性道路材料的孔隙率可以设置在 1 8 2 0 ， 1 8 时吸声效果更好。 赫 缸 蝥 一 一一 一 厶 - 1 0 0 1 60 2 5 0 4 0 O 63 0 1 0 0 0 1 6 0 o 频f Hz 4 - A3 _ _B3 - ,m - C3 图 I 且标孔隙率与吸声系数关系 3 2 浆集比与吸声系数关系 浆集比是水泥浆体与集料的体积比， 多数实验证 明， 浆集比是影响多孔混凝土的抗压强度和孔隙率的 重要 因素 ， 为研 究浆 集 比对 吸声 系数是 否有 影 响， 文 中选取水灰 比、 孑 L 隙率相同但浆集 比为 0 4 、 0 4 5 、 0 5 的三组试件进行测量。由图2可知： 在水灰比、 孔隙率 8 7 6 5 4 3 2 1 O 0 O O 0 0 0 O O 1 2 低温建筑技术 2 0 1 6年第 2期( 总第 2 1 2期) 一 定， 浆集比变化时， 吸声系数的曲线没有明显的改 变， 吸声系数的峰值和其所对应的频率基本一致， 可 以推断浆集比的改变对吸声系数没有很大影响， 但仍 可以看出浆集比为0 5时吸声系数峰值所对应的频率 范围较前两种更广， 可达到 4 0 06 3 0 H z ， 更适合于用 作降噪路面 。 表 3 不 同频率下透水混凝土 吸声 系数 薯 舂 隅 韫 登 H H l 二 - - r r l 0 0 1 6 O 2 5 0 4 00 6 3 0 1 0 0 0 1 6 0 0 频f Hz +B1+B 2- * -B 3 图 2 浆集 比与吸声系数关系 3 3 试件厚度与 吸声系数关系 为探究试件厚度与吸声系数 的关系， 文中选取水 灰比、 浆集 比、 孔 隙率均 相 同， 厚 度分 别 为 5 6 、 6 6 、 7 6 ra m的三组试件进行吸声 系数测量 。从 图 3中可 以 看出， 1 c m的厚度变化对吸声系数的影响是 比较明显 的。随着厚度的增加 ， 吸声系数峰值呈递减趋势， 从 0 7 2 8 减少到 0 4， 吸声系数峰值所对应的频率向低频 移动。由此可 以推断， 若所建道路 上的低频噪声较 多， 则路面厚度可以相对增加一些 ； 若所建道路上中 高频的噪声较多 ， 则选 取厚 度为 5 6 m m左 右可 以起 到 较好 的吸声 降噪功效 。 衽 1j s 韫 督 O 8 0 7 O 6 O 5 04 O 3 02 0 1 0 1 0 0 1 6 0 2 5 0 4 0 0 6 3 0 1 0 0 0 1 6 0 o 频 Kf H z + 厚度5 6 ram + 厚度6 6 mm + 厚度7 6 mm 图 3 厚度与吸声系数关系 3 4 养护龄期与吸声系数关系 从 图4可以明显 的看 出 ， 在标准养护 3 d和 7 d后 ， 吸声系数的曲线几乎重合没有太大变化 ， 而在标准养 护2 8 d时， 吸声系数峰值基本没变 ， 只是峰值所对应的 频率范围更广 ， 在 4 0 0 6 3 0 H z ， 属于中高频 ， 接近路面 产生的噪声频率。由此可以看出， 随着养护龄期的增 加 ， 对吸 声系数 的影 响不 大 ， 龄 期对 强度 的增加 影 响 更大 。 3 5 加入矿物掺合料与吸声系数关系 8 7 6 5 4 3 2 1 O 0 O O O 0 O 0 O 赵晶等： 透水性道路混凝土吸声性能研究 1 3 籁 E 签 0 8 O 7 0 6 O 5 O4 0-3 O2 0 1 O ， 、 、 、 I I 刀 一一 一 - 1 0 0 l 6 0 2 5 0 4 0 0 6 3 0 1 o 0 0l 60 0 频率r ， H z - 标准养护2 8 d _ 标准养护3 d 一标准养护7 d 图4 养护龄期与吸声系数关系 文中选取水灰比0 3 、 浆集 比0 5 、 孔隙率为 1 8 组用硅灰和沸石粉代替一部分水泥用量来研究矿物 掺合 料对吸声系数 的影 响。图 5中选取硅灰 的掺量 为 8 和 1 0 ， 可以看出： 在频率低于 3 1 5 H z 也就是低频 范围内加入 硅灰 后 吸声 系数要 比未 掺加 时大； 在 3 1 5 H z 一1 0 0 0 H z 之间， 也就是中高频范围内， 未掺加硅 灰组吸声系数要高于掺加硅灰组。单就掺人硅灰而 言， 两种掺量的吸声系数曲线的变化趋势基本一致， 均在 1 0 0 0 H z 处出现低谷之后吸声系数有所增加， 且掺 量为 1 0 时吸声系数 的峰值更高。图 6为掺加沸石 粉后吸声系数的变化趋势。选取五种不同的掺量 ， 在 掺加沸石粉后， 也出现了吸声系数峰值减小的趋势 ， 且峰值对应的频率向低频移动， 但掺量为 8 时吸声 系数最高可达到 0 8 ， 高于未掺加组 ， 且对应频率 为 6 3 0 H z ， 更适合 中高频噪声路面。掺量为 1 0 一 2 0 时 ， 频率为 3 1 5 H z 前的吸声系数均高于未掺加组。由 此可以看出若要达到吸收低频路面噪声时可以选择 适 当多掺加一些沸石粉 。 豢 垛 板 签 0 8 O 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 O 1 0 - - 一 ， r 1 0 0 1 6 O 2 5 0 4 0 0 6 3 0 1 0 0 0 1 6 o O 频率棚 z s F1 S F2 一S F0 图 5 硅灰掺量与吸声系数关系 4结 语 ( 1 ) 透水混凝土具有吸声效果， 孔隙率对吸声 系数有影响， 通过实验证明， 孔 隙率 1 8 一 2 0 时吸 声效果较明显， 文中认为在 1 8 左右效果更好。 ( 2 ) 厚度的变化对吸声系数有显著影响， 厚度 较 大时适 合于低频 噪声 多 的路面 ， 厚 度较小 时更 适合 于中高频噪声居多的路面， 对于一般路面中高频噪声 较多， 文中推荐可选取的厚度为 5 6 m m左右。 籁 1 j s 缸 签 0 9 0 8 0 7 0 6 O 5 0 4 0 - 3 0 2 O 1 0 1 0 o 1 6 O 2 5 0 4 0 0 6 3 0 1 0 0 0 l 6 o o 频率 l I z FS l FS 2 一 F S 3 一 FS 4 - FS 5 - 一F s 0 图 6 沸石粉掺量与吸声系数关系 ( 3 ) 浆集 比、 加入掺 合 料 的种 类 和多少 及养 护 龄期的增加对吸声系数没有太大影响， 对强度的影响 更明显。但如果路面上低频噪声较多， 可 以选择加入 一 些无机掺合料， 有利于较低路面噪声。 ( 4 ) 影响透水混凝土吸声系数的关键因素是孔 隙率和厚度， 文 中推荐 的孔隙率为 1 8 一2 0 ， 厚度 为 5 6 ramo 参考文献 1 荆禄波 多孔水泥混凝土路面降噪性能评价 D 北京： 北京 交通大学 ， 2 0 0 9 2 朱春银 ， 高建 明， 张金 花 多孔混 凝土 的吸声 性能研 究 j 实 验研究 ， 2 0 0 9 ， ( 4) ： 2 32 6 3 雷丽恒 ， 刘 荣桂 透水性 道路 用生 态混凝 土性 能 的试 验研 究 J 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 9 ) ： 9 9 1 0 1 收稿 日期 【 作者简介 通 讯作者 】 2 0 1 5 1 l一1 9 赵晶( 1 9 6 4一 ) ， 女 ， 黑龙江齐齐哈尔人 ， 博 士 教授 ， 从事道路工程材料教学及科研工作 。 刘茜 ( 1 9 9 1一) ， 女 ， 山西 大同人 ， 硕 士研究生 研究方 向： 路面材料。