双层多孔混凝土路面吸声性能的综合评估

通过更聪明的路面让街道更安静

住在繁忙道路附近的人都知道交通噪声有多持续，尤其是轮胎在混凝土上摩擦产生的嘶嘶声和轰鸣声。该研究探讨了一种通过重新设计路面本身来减弱噪声的可行途径。研究者并非依赖隔音屏障或封闭窗户来阻隔声音，而是关注一种特殊的“多孔”混凝土路面，并展示了将其构建为两层经过精心调配的结构，如何在噪声产生地直接吸收更多声音能量。

道路本身如何吞噬声音

交通噪声来自发动机、空气湍流，最重要的在城市车速下是轮胎与路面接触。大量噪声集中在700到1300赫兹之间，接近人声的音高。多孔混凝土路面内部布满连通的气孔。当声波进入这些微小通道时，摩擦和热耗散逐渐消耗其能量。与传统致密混凝土相比，这类路面可降低数分贝的噪声，变化足以被人们明显感知。到目前为止，大多数研究将路面视作单一均匀层，尽管许多实际道路出于成本和施工原因是由两层混凝土构成的。

构建与测试双层混凝土

研究团队设计了数十种路面样本，每种由上层和下层两层多孔混凝土叠合而成。他们改变了三个关键因素：各层中骨料的粒径（小、中或大）、水泥浆与骨料的比例（决定空隙形成多少）以及各层的厚度。一些样本总厚度为10厘米，两层厚度相等；另一些为15厘米，表层较薄、底层较厚。为测量每种设计的吸声性能，研究者使用标准的驻波管：一端为扬声器、另一端放置混凝土样本的长金属管。通过播放200到2000赫兹的声音并记录反射量，他们为每种设计计算出平均吸声值。

安静路面的关键因素

在所有实验中，骨料粒径和水泥与骨料比例对混凝土的吸声性能影响显著。较小的石子形成更多、更细的声波通道，通常比仅含较大石子的混合料提高吸声。减少水泥浆量（较低的水泥-骨料比）会增加混凝土中的空气体积，这也倾向于增强吸声，尤其是在直接面向轮胎的表层。厚度也有影响，但更为微妙。增加厚度会将材料最佳吸收的频率向较低音调移动，并有时引入额外的吸收峰。然而，简单地加厚路面并不必然带来更好降噪效果：一些设计良好的10厘米双层样本，其表现优于某些厚度更大但骨料与水泥配比不佳的样本。

为不同道路设计寻找最佳组合

当两层使用相同石子尺寸时，层间细节仍然重要。改变上下层的水泥比会改变显著吸收峰的数量及其出现的频率。当两层使用不同粒径的石子时，模式更为有趣。对10厘米厚的路面，最佳结果是表层采用小粒径且低水泥比的材料，而下层采用大粒径且仍为低水泥比的材料。这种布置形成了高度吸声的细致表皮，下面支撑着更粗糙但仍然连通的基层，继续耗散声能。对于较厚的15厘米路面，这种细上粗下的策略优势大为减弱；在这种情况下，两层都采用小石子和低水泥比能获得最强的整体吸声效果。

为何单纯孔隙率并不足够

一个令人惊讶的发现是，总孔隙率——混凝土体积中被空气占据的比例——并不能可靠地预测双层路面的吸声效果。具有相似孔隙率但石子粒径分布或层间排列不同的样本，声学表现可能差别很大。这与传统的单层多孔混凝土不同，在单层体系中更高的孔隙率通常会伴随更好的吸声。在双层系统中，层间孔隙的连通方式以及各层的具体配比，显得比单一的孔隙率数值更为关键。

对更安静城市的意义

对道路设计者来说，这项研究给出清晰且通俗的结论。如果城市希望铺设相对薄的10厘米多孔混凝土路面，应在表层采用较小石子和低水泥含量，并在下层使用较大石子但同样偏低水泥含量作为支撑。对于较厚的15厘米路面，两层都应采用小石子和低水泥含量以获得最佳性能。最重要的是，工程师不应仅依赖孔隙率这一单一数值来评估声学质量，而应综合考虑层结构、石子尺寸与水泥含量，以设计出能有效吸收通行交通噪声的路面，从而改善沿路居民与工作者的日常声环境。

引用: Zhang, Y., Han, Y., Khair, A. et al. Comprehensive evaluation of sound absorption property in dual-layer porous concrete pavement. Sci Rep 16, 7073 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38509-4

关键词: 交通噪声, 多孔混凝土, 道路路面, 吸声, 城市声学