專利名稱：基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的瀝青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于浙青路面空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，屬于公路浙青路面的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的逐步提升和 對環(huán)境問題的日益關(guān)注，交通噪聲問題愈加突顯。交通噪聲污染成為繼水污染、空氣污染之后的重要污染源，不僅影響道路沿線居民的生產(chǎn)和生活，更重要的是它將逐步侵害沿線居民的身體健康，輕者聽覺受損、重者導(dǎo)致聽覺失聰或誘發(fā)嚴(yán)重的心血管疾病。為了提升道路沿線居民的環(huán)境品質(zhì)，降低交通噪聲帶來的危害，目前主要采取了三種技術(shù)措施(1)阻隔噪聲傳播途徑如常見的道路兩側(cè)聲屏障等，這種措施降噪效果顯著，但造價(jià)較高；(2)接受者防護(hù)如防噪聲耳機(jī)等，這種措施也有較好的降噪效果，但使用不便；(3)抑制噪聲源常采用低噪聲浙青路面(如多空隙浙青路面)來實(shí)現(xiàn)，這種措施從噪聲源上抑制了噪聲的輻射聲強(qiáng)，被認(rèn)為是一種最有效、最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)措施。對于多空隙浙青路面，其降噪能力常用吸聲系數(shù)來衡量。吸聲系數(shù)越大，降噪效果越好。吸聲系數(shù)(α )是指對于入射的聲波，在單位厚度或質(zhì)量上被吸收聲能與入射總聲能的比值，即α =Εα/Ei= (Ei-Er)/Ei=1-r，式中Ei為入射總聲能，Ea為被材料或結(jié)構(gòu)吸收的聲能，Er為被材料或結(jié)構(gòu)反射的聲能，r為反射系數(shù)。顯然，如果單位厚度或質(zhì)量上吸收聲能越大(即被反射的聲能越小)，這種介質(zhì)的吸聲能力也越強(qiáng)。通常認(rèn)為，一種介質(zhì)所以能吸聲，主要是由于介質(zhì)的粘滯效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)。對于多空隙浙青路面而言，其吸聲作用主要依靠較多的空隙來實(shí)現(xiàn)。但目前對于多空隙浙青路面吸聲的認(rèn)識(shí)多停留在總的空隙率上，而對于空隙形貌(空隙形狀參數(shù)、空隙分布等)的影響考慮不足，這也是當(dāng)前多空隙降噪浙青路面發(fā)展緩慢的原因之一。目前，常采用駐波管來測定多空隙浙青路面的垂直入射吸聲系數(shù)，這種測試方法可以測定一定頻率范圍內(nèi)(一般在1600Hz以下)的吸聲系數(shù)，但由于駐波管直徑和浙青混合料中集料粒徑的限制(要測試高頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)，則要求駐波管管徑小，與浙青混合料集料粒徑較大、宜采用大直徑試件的要求相矛盾)，不能測定高頻范圍內(nèi)(1600Hz以上)的吸聲系數(shù)，而這些頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)往往是我們所關(guān)心的(人的聽覺對1000Hz —6000Hz范圍內(nèi)的聲音比較敏感，也是A計(jì)權(quán)采用比較多的原因)。同時(shí)，采用駐波管法測定多孔浙青混合料試件的吸聲系數(shù)比較繁瑣，且不便測定現(xiàn)場浙青路面的吸聲系數(shù)。雖然目前依據(jù)駐波管測試噪聲系數(shù)的原理，開發(fā)了便攜式的吸聲系數(shù)測試設(shè)備(如美國NCAT開發(fā)的設(shè)備)，可以測定現(xiàn)場浙青路面的吸聲系數(shù)，但同樣只能測定一定頻率范圍內(nèi)(1600Hz以下)的吸聲系數(shù)。因此，基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法顯得十分必要，以期預(yù)估全頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)，為多空隙浙青路面降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)合理論推導(dǎo)、基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，以期預(yù)估全頻率范圍內(nèi)的多空隙浙青路面吸聲系數(shù)。解決了以下問題現(xiàn)有多空隙浙青路面吸聲系數(shù)測試方法多采用駐波管，由于駐波管直徑和浙青混合料集料粒徑的限制，無法測得全頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)；移動(dòng)式吸聲系數(shù)測試設(shè)備雖然可測試現(xiàn)場浙青路面的吸聲系數(shù)，但也只能測得一定頻率范圍內(nèi)(1600Hz以下)的吸聲系數(shù)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，包括以下步驟( I)浙青混合料試件空隙率的測定用旋轉(zhuǎn)成型機(jī)，成型多空隙浙青混合料試件，測定試件的毛體積相對密度Y f和計(jì)算理論最大相對密度Y t;根據(jù)公式口 =(ι- Y f/ Y t) *100計(jì)算浙青混合料試件的空隙率口 ；(2)浙青混合料試件空隙長度和半徑的測定a、用砂紙打磨試件的一個(gè)端面，至集料與浙青膠漿的顏色具有較大的對比度止；b、在試件高度方向上每隔一段距離切割試件，獲得多個(gè)圓柱體；C、用數(shù)碼相機(jī)拍照，獲得每個(gè)圓柱體的橫截面的圖；d、根據(jù)相鄰橫截面圖中空隙的空間特征，確定空隙長度d ；e、采用數(shù)字圖像處理軟件，獲得空隙長度范圍內(nèi)每個(gè)橫截面上空隙等效半徑R’，取平均獲得空隙長度范圍內(nèi)空隙平均等效半徑R ；(3)浙青混合料試件的吸聲系數(shù)的預(yù)估將測得的空隙形態(tài)參數(shù)空隙率□、空隙半徑R和空隙長度d代入下面公式(1)，可預(yù)估全頻率范圍內(nèi)(尤其是1000Hz 6000Hz范圍內(nèi)的)多空隙浙青混合料試件的吸聲系數(shù)α。本發(fā)明依據(jù)空隙中聲傳播粘滯效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)，推導(dǎo)了多空隙浙青路面全頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)α
, -/ZcCOtM-^Z0 2
CZ = I--
-JZc cotkd + ψΖ Ζε=^Κ(ω)ρ(ω)^=ω^Ρ^/Κ-^-,Z0= p0c0< ,， I - 8 I1 (aRf(I)
ρ(ω) = ρ0 1+ , =^ — J. , m2 \1+
L (aRf (aR) V 32
I V_
咖)=-——
.廠(廣mi_ J(RofPr + Nj式中'τ。、Zc分別為空氣和材料的特性阻抗；k為材料內(nèi)部中波數(shù)；d為材料厚度(空隙長度)；□為材料空隙率；K、P分別為復(fù)數(shù)有效體積模量和復(fù)數(shù)有效密度；P ^為空氣
密度(1^/1113);￡1 = ^|￥，(0=2 3^4為頻率(1/8)，η為空氣粘滯系數(shù)(kg/ms) ;R為空隙半
徑(mm) ； Y為氣體比熱容比Λ為空氣靜態(tài)壓強(qiáng)(Pa) ;NU為努賽爾數(shù)；P,為空氣普朗特?cái)?shù)。
從公式(I)可知，要獲得多空隙浙青路面全頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)α，需要測定獲取多個(gè)參數(shù)值，但這些參數(shù)中大多數(shù)為常數(shù)，僅有三個(gè)與空隙有關(guān)的參數(shù)(材料空隙率□、空隙半徑R、材料厚度或空隙長度d)需要進(jìn)行測試。即只要獲得了這三個(gè)參數(shù)，就可方便地獲得全頻率范圍內(nèi)多空隙浙青路面的吸聲系數(shù)，克服了現(xiàn)有吸聲系數(shù)測試中存在的不足，為多空隙浙青路面的降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。作為優(yōu)選,所述步驟(I)中，用旋轉(zhuǎn)成型機(jī)，成型直徑150mm、高150mm的多空隙浙青混合料試件，所述步驟(2)的b步驟中在試件高度方向上每隔20mm切割試件，獲得6個(gè)直徑為150mm、高度為20mm的圓柱體。有益效果本發(fā)明基于空隙形態(tài)參數(shù)(空隙率、空隙半徑和空隙長度)測試結(jié)果，依據(jù)聲波在空隙中傳播的粘滯效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)(理論推導(dǎo))， 預(yù)估多空隙浙青路面全頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)α，對于弄清空隙參數(shù)與吸聲系數(shù)之間的關(guān)系、優(yōu)化多空隙浙青路面空隙參數(shù)，具有非常重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。發(fā)明人已經(jīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)證明，采用本發(fā)明預(yù)估方法得到的吸聲系數(shù)(低頻范圍內(nèi))接近于采用駐波管法得到的垂直入射吸聲系數(shù)，這表明本發(fā)明方法合理有效，可用于預(yù)估多空隙浙青路面的吸聲系數(shù)。


圖I是本發(fā)明具體實(shí)施方法中多空隙浙青混合料試件切割示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖I所示，一種基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，包括以下步驟( I)浙青混合料試件空隙率的測定用旋轉(zhuǎn)成型機(jī),成型直徑150_、高150_的含多空隙I的浙青混合料試件2,測定試件2的毛體積相對密度Yf和計(jì)算理論最大相對密度Yt ;根據(jù)公式□= (I-Yf/Yt) *100計(jì)算浙青混合料試件2的空隙率口 ；(2)浙青混合料試件空隙長度和半徑的測定a、用砂紙打磨試件2的一個(gè)端面，至集料與浙青膠漿的顏色具有較大的對比度止;b、在試件2高度方向上每隔20mm按照切割線3切割試件2，獲得6個(gè)直徑為150mm、高度為20mm的圓柱體；C、用數(shù)碼相機(jī)拍照，獲得每個(gè)圓柱體的橫截面4的圖；d、根據(jù)相鄰橫截面圖中空隙的空間特征，確定空隙長度d ；e、采用數(shù)字圖像處理軟件，獲得空隙長度范圍內(nèi)每個(gè)橫截面上空隙等效半徑R’，取平均獲得空隙長度范圍內(nèi)空隙平均等效半徑R ；(3)浙青混合料試件的吸聲系數(shù)的預(yù)估將測得的空隙形態(tài)參數(shù)空隙率□、空隙半徑R和空隙長度d代入以下公式(I)，可預(yù)估全頻率范圍內(nèi)(尤其是1000Hz 6000Hz范圍內(nèi)的)多空隙浙青混合料試件的吸聲系
式中=Zp Zc分別為空氣和材料的特性阻抗；k為材料內(nèi)部中波數(shù)；d為材料厚度(空隙長度)；□為材料空隙率；K、P分別為復(fù)數(shù)有效體積模量和復(fù)數(shù)有效密度；P ^為空氣
密度(kg/m3);a = ^^，co=2Jif，f為頻率(1/s)，η為空氣粘滯系數(shù)(kg/ms) ;R為空隙半
徑(mm) ； Y為氣體比熱容比Λ為空氣靜態(tài)壓強(qiáng)(Pa) ;NU為努賽爾數(shù)；P,為空氣普朗特?cái)?shù)。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，其特征在于包括以下步驟 (1)浙青混合料試件空隙率的測定 用旋轉(zhuǎn)成型機(jī)，成型多空隙浙青混合料試件，測定試件的毛體積相對密度Y f和計(jì)算理論最大相對密度Yt ;根據(jù)公式口 =(1-Yf/Yt) *100計(jì)算浙青混合料試件的空隙率口 ； (2)浙青混合料試件空隙長度和半徑的測定 a、用砂紙打磨試件的一個(gè)端面，至集料與浙青膠漿的顏色具有較大的對比度止； b、在試件高度方向上每隔一段距離切割試件，獲得多個(gè)圓柱體； C、用數(shù)碼相機(jī)拍照，獲得每個(gè)圓柱體的橫截面的圖； d、根據(jù)相鄰橫截面圖中空隙的空間特征，確定空隙長度d； e、采用數(shù)字圖像處理軟件，獲得空隙長度范圍內(nèi)每個(gè)橫截面上空隙等效半徑R’，取平均獲得空隙長度范圍內(nèi)空隙平均等效半徑R ; (3)浙青混合料試件的吸聲系數(shù)的預(yù)估 將測得的空隙形態(tài)參數(shù)空隙率□、空隙半徑R和空隙長度d代入下面公式(1)，可預(yù)估全頻率范圍內(nèi)多空隙浙青混合料試件的吸聲系數(shù)α ；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的浙青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，其特征在于所述步驟(I)中，用旋轉(zhuǎn)成型機(jī)，成型直徑150_、高150_的多空隙浙青混合料試件，所述步驟(2)的b步驟中在試件高度方向上每隔20mm切割試件，獲得6個(gè)直徑為150mm、高度為20mm的圓柱體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空隙形態(tài)參數(shù)測試的瀝青路面吸聲系數(shù)預(yù)估方法，可獲得全頻率范圍內(nèi)多空隙瀝青路面的吸聲系數(shù)，克服了現(xiàn)有吸聲系數(shù)測試方法的不足，在無吸聲系數(shù)測試設(shè)備時(shí)使用，可用于多空隙瀝青路面空隙結(jié)構(gòu)降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)，該方法為第一步旋轉(zhuǎn)成型瀝青混合料試件，測試試件的空隙率□；第二步將瀝青混合料試件切割成多個(gè)圓柱體；拍照獲取每個(gè)圓柱體一個(gè)橫截面圖，確定空隙長度d；用圖像處理方法，獲得試件中空隙平均等效半徑R；第三步將上述測得的三個(gè)空隙形態(tài)參數(shù)代入公式，可獲得全頻率范圍內(nèi)的瀝青混合料試件吸聲系數(shù)α。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102967655SQ201210525588
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者廖公云, 丁楊敏, 王聲樂, 黃曉明 申請人:東南大學(xué)