CN115615915B - 路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法，该测试方法包括以下步骤：连接测试系统；确定力锤的锤头材质；将加速度传感器依次粘贴在试件板表面距离中心位置10cm处的上方、下方、左方、右方，用力锤锤击中心位置，分别获得四个测试点的阻尼比，计算平均值作为试件板的阻尼比。该设计方法包括以下步骤：选取目标空隙率为20‑22%的沥青混合料；确定最佳沥青用量；采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料；测试试件板的阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎‑路面噪声、路用性能。本发明弥补了道路工程领域无便携手持式阻尼测试方法的缺陷，所制备的高阻尼路面材料的阻尼比不低于40%，轮胎‑路面噪声降噪效果不低于6dBA。

Description

路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法

技术领域

本发明属于噪声污染治理及低噪声路面设计技术领域，具体涉及一种路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法。

背景技术

随着我国城市建设的迅速发展，城市车流量剧增，道路建设发展迅速，但随之而来的道路交通噪声污染也日益严重，这将严重威胁着人们的正常生活和身心健康。

道路交通噪声主要由车辆噪声和轮胎-路面噪声（轮胎-路面噪声为轮胎与路面之间相互作用产生的噪声）组成。当前先进的汽车制造水平已使车身噪声降到较低水平，当车速超过临界速度50km/h时，轮胎-路面噪声将成为道路交通噪声的主要来源，因此降低轮胎-路面噪声是从源头解决交通噪声污染的主要方式。低噪声路面（lower-noise roadsurface，LNRS）具有特殊的路面材料和结构，与普通路面相比，低噪声路面能够明显减弱行车噪声。多孔沥青路面（porous asphalt，PA）作为低噪声路面的典型形式之一，其空隙率在18%以上，通过多孔吸声使其具有良好的降噪功能，一般降噪效果可达到3-6dBA，但是对于交通噪声超标量大于6dBA的路段，多孔沥青路面很难满足降噪需求。

与常规的多孔沥青路面相比，掺加橡胶颗粒使路面具有阻尼减振特性，是提高其降噪效果的关键所在，但目前还没有测试路面材料阻尼特性的便携手持式试验方法，也没有基于该测试方法进行高阻尼路面材料的设计方法，因此急需解决上述问题。

申请公布号为CN102621225A的发明专利公开了一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，包括以下步骤：根据实测数据计算确定阻尼测试时需考虑的车辆荷载激振的时间频率范围，取铺装材料长梁，并用有限元方法计算得到铺装材料长梁在车辆荷载激振时间频率范围内的所有模态振型，及其各自对应的无阻尼自振频率；对计算得到的各阶模态振型进行测试，获取各阶模态振型对应的激振信号和响应信号；根据所获得的激振信号和响应信号计算得到各阶模态振型的频响函数，并绘制各阶模态振型的频响函数幅值与频率的关系曲线，确定各阶模态振型的阻尼自振频率，从而计算出各阶模态振型对应的阻尼比。该技术方案借助有限元分析的方法测试路面及桥面铺装材料的阻尼特性，没有通过试验验证或拟合，无法确定测试结果是否符合实际情况。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种路面材料阻尼性能的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：连接路面材料阻尼性能的测试系统，该测试系统由力锤、加速度传感器、多通道信号采集器和计算机组成，力锤和加速度传感器分别通过信号电缆线与多通道信号采集器连接，多通道信号采集器与计算机连接，力锤内设置力传感器，计算机内安装数据分析软件；

步骤二：将路面材料制作成板块形状的路面材料试件板，并将其放置在恒温箱内预热；待预热结束后，将路面材料试件板放置在测试平台上，并使路面材料试件板与测试平台紧密贴合；

步骤三：确定力锤的锤头材质；

步骤四：在路面材料试件板的中心位置做出标记，将加速度传感器粘贴在路面材料试件板表面距离做出标记的中心位置10cm处，采用力锤锤击路面材料试件板中心位置的标记处，开展预试验，多通道信号采集器自动记录加速度实测衰减信号，确保力锤激励信号和传感器响应信号连接无问题；

步骤五：根据采集的数据，采用半功率带宽法计算路面材料试件板的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率；

步骤六：针对一个测试点重复锤击N次，计算锤击N次测试结果的算术平均值

和标准差S，当某次的测试结果与算术平均值/>

相差超过kS时，应舍弃该次的测试结果，重新计算算术平均值/>

和标准差S，直至测试结果均满足误差要求，并将该算术平均值/>

作为该测试点阻尼比的实测值，同时确定该测试点响应信号谱峰对应的频率；

步骤七：重复步骤四至步骤六，通过将加速度传感器依次粘贴在路面材料试件板表面距离中心位置10cm处的上方、下方、左方、右方，分别获得四个测试点的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率，计算四个测试点阻尼比的算术平均值作为待测试路面材料试件板阻尼比的测试结果。

优选的是，步骤一中，力锤的锤体手柄长度为205mm，锤体尺寸为20mm×64mm，锤体重量为210g，锤头重量为140g。锤击后，若加速度实测衰减信号无明显响应，则锤头可增加配重，配重为50g。

在上述任一方案中优选的是，步骤二中，路面材料试件板的尺寸为：长300mm，宽300mm，厚50-100mm；路面材料试件板在恒温箱内的预热工艺为：预热温度20℃，预热时间至少5h。当集料公称最大粒径不大于19mm时，试件板的厚度为50mm，当集料公称最大粒径大于19mm时，试件板的厚度为100mm。

在上述任一方案中优选的是，步骤三中，力锤锤头材质的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（一）：采用力锤锤击路面材料试件板，采集力的时域信号；

步骤（二）：将时域图转换成频域图；

步骤（三）：频域图中能量从峰值衰减30dB处对应的频率为力锤的激励频率f1；

步骤（四）：将力信号和加速度信号进行传递函数分析，识别共振峰频率，相干值最大的共振峰频率为路面材料的响应频率f2；

步骤（五）：从最软的锤头即橡胶锤开始测试，依次为尼龙锤、铝制锤、钢制锤，分析响应频率f2是否在激励频率f1的范围内，即f2应小于f1，且f2应接近f1，满足条件的锤头即为挑选的锤头。

在上述任一方案中优选的是，步骤四中，锤头每次锤击至少三次。根据力锤内置力传感器采集的力信号响应时程，确定加速度衰减信号的有效时程，然后将有效时程内的加速度衰减时域信号转换为频谱信号，选取极值频率作为计算阻尼比的频率成分。

在上述任一方案中优选的是，步骤六中，当N为3、4、5、6时，k值分别对应为1.15、1.46、1.67、1.82；当N≥7时，k值均为3。

本发明还提供一种高阻尼路面材料的设计方法，基于上述任一项所述的路面材料阻尼性能的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（1）：综合考虑力学与功能均衡选取目标空隙率为20-22%的沥青混合料，按照排水沥青路面级配范围设计满足空隙率要求的混合料级配；

步骤（2）：变换不同的沥青用量，测试混合料的析漏和飞散，以二者拐点对应沥青用量的平均值作为最佳沥青用量；

步骤（3）：采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板；

步骤（4）：测试高阻尼路面材料试件板的阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声，阻尼比应不低于40%，响应信号谱峰对应的频率应接近交通噪声低频主要频率成分或者峰值，室内轮胎-路面噪声以AC-13沥青混合料作为基准降噪效果应不低于6dBA；

步骤（5）：测试高阻尼路面材料试件板的路用性能指标，包括析漏损失、飞散损失、动稳定度、低温弯曲破坏应变、残留稳定度、残留强度比；当各项路用性能指标满足要求时，设计结束，当路用性能不满足要求时，掺加纤维、消石灰、抗车辙剂以提高路用性能。

本发明中，设计的高阻尼路面材料中含有弹性成分（比如弹性橡胶颗粒），阻尼比不低于40%，响应信号谱峰对应的频率应接近交通噪声低频主要频率成分或者峰值，室内轮胎-路面噪声以AC-13沥青混合料作为基准降噪效果不低于6dBA。基准AC-13沥青混合料的级配为规范规定的范围中值，沥青为SBS改性沥青，最佳油石比为4.8%。

优选的是，步骤（3）中，采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤A：第一置换粒径为4.75mm，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤B：置换顺序依次为第二置换粒径2.36mm、第三置换粒径1.18mm、第四置换粒径0.6mm、第五置换粒径0.3mm、第六置换粒径0.15mm、第七置换粒径0.075mm，每一次置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上依次进行下一次置换；

步骤C：当第一置换粒径至第七置换粒径均不满足要求时，将沥青置换为聚氨酯，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤D：当把沥青置换为聚氨酯仍不满足要求时，将粒径为9.5mm的石料等体积置换为橡胶颗粒，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，同时测试路用性能。

在上述任一方案中优选的是，步骤（4）中，室内轮胎-路面噪声的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤a：将成形、预热后的高阻尼路面材料试件板放置在平整的地面上；

步骤b：将高度为65cm的测试平台置于车辙板一侧，同时按照水平方向距离车辙板中心50cm、垂直方向距离车辙板中心50cm布置声级计；

步骤c：将标准测试轮胎置于测试平台上，轻推轮胎使其自由落体至车辙板，记录声级计测试得到的最大声压级，作为轮胎-路面噪声的测试结果；

步骤d：重复步骤c五次，将五次测试结果的平均值作为测定值，每次噪声测试结果与平均值之差应不大于3dBA方为有效数据，否则重复步骤c，直至有效数据达到五次。

本发明中，首先采用公称最大粒径为13.2mm的沥青混合料，若采取以上措施阻尼、噪声仍有一项测试结果未达到要求，则依次采用公称最大粒径为9.5mm、7.5mm、4.75mm、2.36mm的细粒式或砂粒式沥青混合料。或者采用较大空隙率的沥青混合料。

本发明的路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法，具有如下有益效果：

（1）填补了没有路面材料阻尼性能便携手持式测试方法的空白：现行的各级标准规范均无路面材料阻尼性能的测试方法，过去常采用模量来间接表征路面材料的阻尼性能，但是模量与阻尼性能之间只有定性的关系，无法基于模量获得路面材料阻尼性能的准确数值。现有技术中，轮胎自由振动衰减试验方法是测试路面材料阻尼性能的试验方法之一，该方法通过试验装置调整轮胎下胎面距路面板试件垂直高度为3cm，使轮胎垂直自由下落至振动静止，通过加速度传感器采集轮胎振动衰减信号，轮胎自由振动衰减试验需将实际轮胎从一定高度自由下落，撞击试件板，试验装置复杂且整个试验过程受人为因素影响大、变异性高。与现有技术相比，本发明的路面锤击试验更加便携，可手持式操作，无论在室内或者现场均可以实施，采用的力锤可自动采集锤击力，超出设定范围时自动判定试验无效，因此试验过程受人为因素影响小。

（2）提出了路面材料阻尼性能的精准调控方法：集料相互之间嵌挤、填充形成的骨架结构使路面结构能够承受车辆荷载的关键所在。本发明中，首先设计了具有强骨架的大空隙沥青混合料，考虑到橡胶颗粒的密度仅有石料的一半左右，如果直接使用相同粒径的橡胶颗粒直接替代石料，势必会干扰混合料的骨架结构，因此本发明采用等体积替代的方式；其次，4.75mm是构成骨架强度的关键粒径，采用橡胶颗粒置换该粒径的石料，对路面材料阻尼性能的影响最为显著，若替换全部4.75mm粒径的石料仍无法满足阻尼比要求，则继续置换小一级粒径的石料；再次，采用聚氨酯弹性体逐步替代沥青，聚氨酯具有明显的沥青材料的粘弹性，除了粘结强度更大之外，弹性更高也有利于提高路面材料的阻尼性能；最后，采用橡胶颗粒继续替代大一级粒径的石料，虽然这种情况下会影响混合料的骨架强度，但是本发明最终将检验混合料的各项路用性能，只有全部性能均满足要求时，才完成一次闭环的高阻尼路面材料设计流程。

（3）路面材料的耐久性得到提升：本发明在路面材料中掺加了橡胶颗粒、聚氨酯等弹性成分，掺加橡胶颗粒后由于弹性作用使车辙加载产生的塑性变形有一定恢复，同时橡胶颗粒也有应力吸收作用，所以混合料的高温稳定性和低温抗裂性都有一定提升。由于聚氨酯的高粘结和弹性作用，高温稳定性和低温抗裂性明显优于常规混合料。

（4）多种措施提升混合料的阻尼性能：除了掺加橡胶颗粒、聚氨酯等弹性材料提升混合料的阻尼性能之外，本发明还提出可以通过采用小粒径的沥青混合料提升阻尼性能，因为小粒径沥青混合料的表面细致紧密，在车辆行驶时能够有效减少轮胎的振动作用。或者采用较大空隙率的沥青混合料，空隙较大时也有利于减少轮胎振动、吸收振动能量等作用。

（5）路面低频振动噪声高效适配降噪：每一种交通流特性都有其独特的噪声特性，具体体现在总声压级水平和噪声频谱分布。当频谱曲线的峰值降低，整体曲线就会随之下移，就能有效降低总声压级，因此适配性降噪很关键。在中高频噪声区域，可以通过吸声降低，而低频噪声区域，可以通过阻尼针对性降噪。本发明提出的阻尼测试方法和高阻尼路面材料可以高匹配性降低低频噪声，达到高效适配降到路面噪声的效果。

附图说明

图1为按照本发明路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法的一优选实施例中路面材料阻尼性能的测试系统的结构图；

图2为图1所示实施例中锤击力的时域图；

图3为图1所示实施例中锤击力的频域图；

图4为图1所示实施例中共振峰频率识别图。

图中标注说明：1-力锤，2-加速度传感器，3-多通道信号采集器，4-计算机，5-路面材料试件板。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

如图1所示，按照本发明路面材料阻尼性能的测试方法的一优选实施例，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：连接路面材料阻尼性能的测试系统，该测试系统由力锤1、加速度传感器2、多通道信号采集器3和计算机4组成，力锤1和加速度传感器2分别通过信号电缆线与多通道信号采集器3连接，多通道信号采集器3与计算机4连接，力锤1内设置力传感器，计算机4内安装数据分析软件；

步骤二：将路面材料制作成板块形状的路面材料试件板5，并将其放置在恒温箱内预热；待预热结束后，将路面材料试件板5放置在测试平台上，并使路面材料试件板5与测试平台紧密贴合；

步骤三：确定力锤1的锤头材质；

步骤四：在路面材料试件板5的中心位置做出标记，将加速度传感器2粘贴在路面材料试件板5表面距离做出标记的中心位置10cm处，采用力锤1锤击路面材料试件板5中心位置的标记处，开展预试验，多通道信号采集器3自动记录加速度实测衰减信号，确保力锤激励信号和传感器响应信号连接无问题；

步骤五：根据采集的数据，采用半功率带宽法计算路面材料试件板5的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率；

步骤六：针对一个测试点重复锤击N次，计算锤击N次测试结果的算术平均值

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相差超过kS时，应舍弃该次的测试结果，重新计算算术平均值/>

和标准差S，直至测试结果均满足误差要求，并将该算术平均值/>

作为该测试点阻尼比的实测值，同时确定该测试点响应信号谱峰对应的频率；

步骤七：重复步骤四至步骤六，通过将加速度传感器2依次粘贴在路面材料试件板5表面距离中心位置10cm处的上方、下方、左方、右方，分别获得四个测试点的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率，计算四个测试点阻尼比的算术平均值作为待测试路面材料试件板5阻尼比的测试结果。

步骤一中，力锤的锤体手柄长度为205mm，锤体尺寸为20mm×64mm，锤体重量为210g，锤头重量为140g。锤击后，若加速度实测衰减信号无明显响应，则锤头可增加配重，配重为50g。

步骤二中，路面材料试件板的尺寸为：长300mm，宽300mm，厚50-100mm；路面材料试件板在恒温箱内的预热工艺为：预热温度20℃，预热时间至少5h。当集料公称最大粒径不大于19mm时，试件板的厚度为50mm，当集料公称最大粒径大于19mm时，试件板的厚度为100mm。

步骤三中，力锤锤头材质的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（一）：采用力锤锤击路面材料试件板，采集力的时域信号，如图2所示，横坐标为时间（s），纵坐标为力值（N）；

步骤（二）：将时域图转换成频域图，如图3所示，横坐标为频率（Hz），纵坐标为能量（dB）；

步骤（三）：频域图中能量从峰值衰减30dB处对应的频率为力锤的激励频率f1，即能量从“1”处的峰值衰减至“2”处，衰减了30dB，则“2”处对应的频率为力锤的激励频率f1，这表示，力锤对0-f1频率范围内的路面材料的激励效果较好，对f1之后的路面材料的激励效果较差；

步骤（四）：将力信号和加速度信号进行传递函数分析，共识别出六个共振峰频率，如图4所示，图4中右侧有一列相干数据，相干值最大的共振峰频率为路面材料的响应频率f2；

步骤（五）：从最软的锤头即橡胶锤开始测试，依次为尼龙锤、铝制锤、钢制锤，分析响应频率f2是否在激励频率f1的范围内，即f2应小于f1，且f2应尽可能接近f1，满足条件的锤头即为挑选的锤头。

步骤四中，锤头每次锤击至少三次。根据力锤内置力传感器采集的力信号响应时程，确定加速度衰减信号的有效时程，然后将有效时程内的加速度衰减时域信号转换为频谱信号，选取极值频率作为计算阻尼比的频率成分。

步骤六中，当N为3、4、5、6时，k值分别对应为1.15、1.46、1.67、1.82；当N≥7时，k值均为3。

本实施例还提供一种高阻尼路面材料的设计方法，基于上述路面材料阻尼性能的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（1）：综合考虑力学与功能均衡选取目标空隙率为20-22%的沥青混合料，按照排水沥青路面级配范围设计满足空隙率要求的混合料级配；

步骤（2）：变换不同的沥青用量，测试混合料的析漏和飞散，以二者拐点对应沥青用量的平均值作为最佳沥青用量；

步骤（3）：采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板；

步骤（4）：测试高阻尼路面材料试件板的阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声，阻尼比应不低于40%，响应信号谱峰对应的频率应接近交通噪声低频主要频率成分或者峰值，室内轮胎-路面噪声以AC-13沥青混合料作为基准降噪效果应不低于6dBA；

步骤（5）：测试高阻尼路面材料试件板的路用性能指标，包括析漏损失、飞散损失、动稳定度、低温弯曲破坏应变、残留稳定度、残留强度比；当各项路用性能指标满足要求时，设计结束，当路用性能不满足要求时，掺加纤维、消石灰、抗车辙剂以提高路用性能。

本实施例中，设计的高阻尼路面材料中含有弹性成分（比如弹性橡胶颗粒），阻尼比不低于40%，响应信号谱峰对应的频率应接近交通噪声低频主要频率成分或者峰值，室内轮胎-路面噪声以AC-13沥青混合料作为基准降噪效果不低于6dBA。基准AC-13沥青混合料的级配为规范规定的范围中值，沥青为SBS改性沥青，最佳油石比为4.8%。

步骤（3）中，采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤A：第一置换粒径为4.75mm，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤B：置换顺序依次为第二置换粒径2.36mm、第三置换粒径1.18mm、第四置换粒径0.6mm、第五置换粒径0.3mm、第六置换粒径0.15mm、第七置换粒径0.075mm，每一次置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上依次进行下一次置换；

步骤C：当第一置换粒径至第七置换粒径均不满足要求时，将沥青置换为聚氨酯，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤D：当把沥青置换为聚氨酯仍不满足要求时，将粒径为9.5mm的石料等体积置换为橡胶颗粒，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，同时测试路用性能。

步骤（4）中，室内轮胎-路面噪声的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤a：将成形、预热后的高阻尼路面材料试件板放置在平整的地面上；

步骤b：将高度为65cm的测试平台置于车辙板一侧，同时按照水平方向距离车辙板中心50cm、垂直方向距离车辙板中心50cm布置声级计；

步骤c：将标准测试轮胎（轮胎规格为195/65R15）置于测试平台上，轻推轮胎使其自由落体至车辙板，记录声级计测试得到的最大声压级，作为轮胎-路面噪声的测试结果；

步骤d：重复步骤c五次，将五次测试结果的平均值作为测定值，每次噪声测试结果与平均值之差应不大于3dBA方为有效数据，否则重复步骤c，直至有效数据达到五次。

本实施例中，首先采用公称最大粒径为13.2mm的沥青混合料，若采取以上措施阻尼、噪声仍有一项测试结果未达到要求，则依次采用公称最大粒径为9.5mm、7.5mm、4.75mm、2.36mm的细粒式或砂粒式沥青混合料。或者采用较大空隙率的沥青混合料。

本实施例的路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法，具有如下有益效果：（1）填补了没有路面材料阻尼性能便携手持式测试方法的空白：现行的各级标准规范均无路面材料阻尼性能的测试方法，过去常采用模量来间接表征路面材料的阻尼性能，但是模量与阻尼性能之间只有定性的关系，无法基于模量获得路面材料阻尼性能的准确数值。本实施例的路面锤击试验更加便携，可手持式操作，无论在室内或者现场均可以实施，采用的力锤可自动采集锤击力，超出设定范围时自动判定试验无效，因此试验过程受人为因素影响小。（2）提出了路面材料阻尼性能的精准调控方法：集料相互之间嵌挤、填充形成的骨架结构使路面结构能够承受车辆荷载的关键所在。本实施例中，首先设计了具有强骨架的大空隙沥青混合料，考虑到橡胶颗粒的密度仅有石料的一半左右，如果直接使用相同粒径的橡胶颗粒直接替代石料，势必会干扰混合料的骨架结构，因此本实施例采用等体积替代的方式；其次，4.75mm是构成骨架强度的关键粒径，采用橡胶颗粒置换该粒径的石料，对路面材料阻尼性能的影响最为显著，若替换全部4.75mm粒径的石料仍无法满足阻尼比要求，则继续置换小一级粒径的石料；再次，采用聚氨酯弹性体逐步替代沥青，聚氨酯具有明显的沥青材料的粘弹性，除了粘结强度更大之外，弹性更高也有利于提高路面材料的阻尼性能；最后，采用橡胶颗粒继续替代大一级粒径的石料，虽然这种情况下会影响混合料的骨架强度，但是本实施例最终将检验混合料的各项路用性能，只有全部性能均满足要求时，才完成一次闭环的高阻尼路面材料设计流程。（3）路面材料的耐久性得到提升：本实施例在路面材料中掺加了橡胶颗粒、聚氨酯等弹性成分，掺加橡胶颗粒后由于弹性作用使车辙加载产生的塑性变形有一定恢复，同时橡胶颗粒也有应力吸收作用，所以混合料的高温稳定性和低温抗裂性都有一定提升。由于聚氨酯的高粘结和弹性作用，高温稳定性和低温抗裂性明显优于常规混合料。（4）多种措施提升混合料的阻尼性能：除了掺加橡胶颗粒、聚氨酯等弹性材料提升混合料的阻尼性能之外，还可以通过采用小粒径的沥青混合料提升阻尼性能，或者采用较大空隙率的沥青混合料。（5）路面低频振动噪声高效适配降噪：每一种交通流特性都有其独特的噪声特性，具体体现在总声压级水平和噪声频谱分布，当频谱曲线的峰值降低，整体曲线就会随之下移，就能有效降低总声压级，因此适配性降噪很关键；在中高频噪声区域，可以通过吸声降低，而低频噪声区域，可以通过阻尼针对性降噪。

特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。

本领域技术人员不难理解，本发明的路面材料阻尼性能的测试方法及高阻尼路面材料的设计方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高阻尼路面材料的设计方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（1）：综合考虑力学与功能均衡选取目标空隙率为20-22%的沥青混合料，按照排水沥青路面级配范围设计满足空隙率要求的混合料级配；

步骤（2）：变换不同的沥青用量，测试混合料的析漏和飞散，以二者拐点对应沥青用量的平均值作为最佳沥青用量；

步骤（3）：采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板；

步骤（4）：测试高阻尼路面材料试件板的阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声，阻尼比应不低于40%，响应信号谱峰对应的频率应接近交通噪声低频主要频率成分或者峰值，室内轮胎-路面噪声以AC-13沥青混合料作为基准降噪效果应不低于6dBA；

步骤（5）：测试高阻尼路面材料试件板的路用性能指标，包括析漏损失、飞散损失、动稳定度、低温弯曲破坏应变、残留稳定度、残留强度比；当各项路用性能指标满足要求时，设计结束，当路用性能不满足要求时，掺加纤维、消石灰、抗车辙剂以提高路用性能；

步骤（3）中，采用弹性橡胶颗粒等体积置换相同粒径的石料，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤A：第一置换粒径为4.75mm，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤B：置换顺序依次为第二置换粒径2.36mm、第三置换粒径1.18mm、第四置换粒径0.6mm、第五置换粒径0.3mm、第六置换粒径0.15mm、第七置换粒径0.075mm，每一次置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上依次进行下一次置换；

步骤C：当第一置换粒径至第七置换粒径均不满足要求时，将沥青置换为聚氨酯，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，若测试结果均达到要求，则置换结束，若有一项测试结果未达到要求，则在此基础上进行下一次置换；

步骤D：当把沥青置换为聚氨酯仍不满足要求时，将粒径为9.5mm的石料等体积置换为橡胶颗粒，置换后制作成板块形状的高阻尼路面材料试件板，并对其进行阻尼比、响应信号谱峰对应的频率、室内轮胎-路面噪声的测试，同时测试路用性能；

所述高阻尼路面材料的设计方法基于路面材料阻尼性能的测试方法进行设计，所述路面材料中掺加了橡胶颗粒，该测试方法按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：连接路面材料阻尼性能的测试系统，该测试系统由力锤、加速度传感器、多通道信号采集器和计算机组成，力锤和加速度传感器分别通过信号电缆线与多通道信号采集器连接，多通道信号采集器与计算机连接，力锤内设置力传感器，计算机内安装数据分析软件；

步骤二：将路面材料制作成板块形状的路面材料试件板，并将其放置在恒温箱内预热；待预热结束后，将路面材料试件板放置在测试平台上，并使路面材料试件板与测试平台紧密贴合；

步骤三：确定力锤的锤头材质；

步骤四：在路面材料试件板的中心位置做出标记，将加速度传感器粘贴在路面材料试件板表面距离做出标记的中心位置10cm处，采用力锤锤击路面材料试件板中心位置的标记处，开展预试验，多通道信号采集器自动记录加速度实测衰减信号，确保力锤激励信号和加速度传感器响应信号连接无问题；

步骤五：根据采集的数据，采用半功率带宽法计算路面材料试件板的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率；

步骤六：针对一个测试点重复锤击N次，计算锤击N次测试结果的算术平均值

和标准差S，当某次的测试结果与算术平均值/>

相差超过kS时，应舍弃该次的测试结果，重新计算算术平均值/>

和标准差S，直至测试结果均满足误差要求，并将该算术平均值/>

作为该测试点阻尼比的实测值，同时确定该测试点响应信号谱峰对应的频率；

步骤七：重复步骤四至步骤六，通过将加速度传感器依次粘贴在路面材料试件板表面距离中心位置10cm处的上方、下方、左方、右方，分别获得四个测试点的阻尼比和响应信号谱峰对应的频率，计算四个测试点阻尼比的算术平均值作为待测试路面材料试件板阻尼比的测试结果；

步骤二中，路面材料试件板在恒温箱内的预热工艺为，预热温度20℃，预热时间至少5h；

步骤三中，力锤锤头材质的确定方法，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤（一）：采用力锤锤击路面材料试件板，采集力的时域信号；

步骤（二）：将时域图转换成频域图；

步骤（三）：频域图中能量从峰值衰减30dB处对应的频率为力锤的激励频率f1；

步骤（四）：将力信号和加速度信号进行传递函数分析，识别共振峰频率，相干值最大的共振峰频率为路面材料的响应频率f2；

步骤（五）：从最软的锤头即橡胶锤开始测试，依次为尼龙锤、铝制锤、钢制锤，分析响应频率f2是否在激励频率f1的范围内，即f2应小于f1，且f2应接近f1，满足条件的锤头即为挑选的锤头；

步骤六中，当N为3、4、5、6时，k值分别对应为1.15、1.46、1.67、1.82；当N≥7时，k值均为3。

2.根据权利要求1所述的高阻尼路面材料的设计方法，其特征在于：步骤（4）中，室内轮胎-路面噪声的测试方法，按照先后顺序包括以下步骤，

步骤a：将成形、预热后的高阻尼路面材料试件板放置在平整的地面上；

步骤b：将高度为65cm的测试平台置于车辙板一侧，同时按照水平方向距离车辙板中心50cm、垂直方向距离车辙板中心50cm布置声级计；

步骤c：将标准测试轮胎置于测试平台上，轻推轮胎使其自由落体至车辙板，记录声级计测试得到的最大声压级，作为轮胎-路面噪声的测试结果；

步骤d：重复步骤c五次，将五次测试结果的平均值作为测定值，每次噪声测试结果与平均值之差应不大于3dBA方为有效数据，否则重复步骤c，直至有效数据达到五次。

3.根据权利要求1所述的高阻尼路面材料的设计方法，其特征在于：步骤一中，力锤的锤体手柄长度为205mm，锤体尺寸为20mm×64mm，锤体重量为210g，锤头重量为140g。

4.根据权利要求1所述的高阻尼路面材料的设计方法，其特征在于：步骤二中，路面材料试件板的尺寸为，长300mm，宽300mm，厚50-100mm。

5.根据权利要求1所述的高阻尼路面材料的设计方法，其特征在于：步骤四中，锤头每次锤击至少三次。

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