曾庆华，徐志胜，吴军，罗运武

(中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院，成都 610031  ) 

Assessment of the Effects on noise reduction for Cement-Based Noise-absorbing material on Ballastless Track
Zheng Qinghua, Xu Zhisheng,Wu Jun, Luo Yunwu
 (China Railway Eryuan Engineering Group Co. Ltd, Environmental Engineering Research Institute, Chengdu 610031, China)

Abstract: Engineering of Cement-based noise-absorbing material on Ballastless Track was introduced, and effects on noise reduction were measured. With the noise-absorbing material, About 2.8dB(A) and 1.2dB(A) of noise are cut down for the receiver 7.5 and 30 meters far from the center track, respectively. It can be made a reduction of 0.7~6.4dB at the range of frequency in 800~4000Hz. It indicates that noise reducing is more outstanding in the area within boundary of the railway than that beyond the boundary of the railway, and that the noise-absorbing material is effective above 800Hz in frequency domain.

Key words: Ballastless Track; Cement-Based; Noise-absorbing material; Noise.

无碴轨道广泛应用于各国高速铁路[1]。与传统的有碴轨道相比，无碴轨道具有结构稳定性好、不易变形、维修工作量少等突出优点。然而，如果不采取有效防治措施，无碴轨道对环境的噪声污染比有碴轨道严重。主要原因有二[2]：一是无碴轨道轮轨相互作用相对有碴轨道而言相对强烈，轮轨系统辐射更为强烈的轮轨噪声；二是无碴轨道道床为无气孔的密实混凝土，声吸收能力较有差轨道道床差很多。

为了降低无碴轨道列车运行噪声对沿线环境的影响，日本、德国等国铁路早在上世纪90年代就开始了轨道用吸声材料的开发和工程应用研究[3-5]。近年来，为了解决我国铁路和城市轨道交通的发展所带来的噪声污染问题，轨道用吸声材料的研制和试用也在推进。本文，针对新近开发的水泥基轨道用吸声材料，对其吸声降噪性能进行分析研究。

 

2.1 轨道用吸声材料分类

轮轨噪声是列车运行时的主要噪声源之一，典型的轮轨噪声频谱如图1所示[2]。可见列车运行噪声频率分布主要范围为500~4000Hz。因此，吸声材料必须在这个频率范围具有较高的吸声系数。

要求在无碴轨道上设置吸声块的吸声材料不仅要有良好的吸声性能，同时也要具备良好的绝缘性能能、耐候性能、脱水性能和耐冲击性能。目前用在轨道上的主要有以下三类 [3]：无机质类、陶瓷类、轻质混凝土类。

1）无机质类：将粒度均匀的石英砂等无机粒子用环氧树脂等耐侯性树脂粘结在一起形成的一种硬质吸声材料。

2）陶瓷类：把硬质陶瓷粒子在1300℃高温下烧制而成的吸声材料。

 

3）轻质混凝土类：它是以水泥为基材的超轻质发泡混凝土吸声材料。

以上三类吸声材料均属于颗粒型吸声材料，容易满足轨道吸声块对材料的性能要求。

 

2.2 轨道用吸声材料吸声机理

内部有许多微小细孔直通材料表面，或其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性能，凡在结构上具有以上特征的材料都可以作为吸声材料。颗粒型吸声材料属于多孔吸声材料，它是以一定大小粒径的颗粒材料，通过粘结剂加工成的吸声制品。由于颗粒之间存在相互连通的孔隙，所以这种制品具有较好的透气性，当声波入射到材料表面时，颗粒材料之间所形成的微孔对空气运动产生摩擦和粘滞作用，使一部分的声能转化为热能。同时，由于空气绝热压缩时温度升高，膨胀时温度降低，材料的热传导也会消耗一部分声能。从而实现材料对声波的吸声作用[6]。

 

试验用吸声材料以普通硅酸盐水泥为胶凝材料，集料选用膨胀珍珠岩，发泡剂A和矿物纤维市面上有售。成型工艺：将称量好的干料拌和均匀，加水搅拌成半干料倒入模具中成型，然后放入养护箱养护。
本次试验用水泥基轨道吸声板规格按支承块式无碴轨道设计。吸声板在500~4000Hz范围的平均吸声系数为0.69（混响室法），体积密度为800kg/m3，材料流阻为800N.S/m3~1600 N.S/m3，抗压强度大于8MPa，渗透系数大于1.5×10-6cm/s。图2为吸声板铺设前后的轨道。

4.1测量方法

采用LD2900型噪声实时分析仪、LD820型声级计分别测量噪声频谱及A声级。测量方法铁路沿线环境噪声测量技术规定(TB/T 3050—2002)执行。

4.2测点布置

选取试验段中点垂直断面布置两个测点，如图3所示。其中1#测点距试验轨道中心7.5m，2#测点距试验轨道中心30m ，测点高于轨面0.5m。图4为测试现场。

4.3测试工况

工况一：铺吸声板前，列车运行速度为133.4km/h。

工况二：铺吸声板后，列车运行速度为134.5km/h。

4.2测量结果

1#测点和2#测点在铺设吸声板前后的A声级如表1所示。可见，在轨道中心线7.5m处，铺设吸声板后可以降噪2.8dB(A)，在轨道中心线30m处，铺设吸声板后可以降噪1.2dB(A)。

表1 铺设吸声板前后的A声级
Table1 A-weighted pressure levels after and before
assembling the noise-absorbing materials
工况 1#测点 2#测点
铺设吸声板前 90.1 82.7
铺设吸声板后 87.3 81.5

图5为1#测点在铺设吸声板前后的噪声频谱图。由图可见，吸声板主要在800Hz以上各频带有一定降噪效果，可降低0.7~6.4dB。

通过本次水泥基轨道用吸声板工程试验，得出以下结论：（1）在铁路边界以内区域降噪效果显著，但在铁路边界以外作用有限。（2）吸声板主要对800Hz以上中高频的噪声有一定的降噪效果。

根据文献[2]的仿真研究结论，无碴轨道吸声板与声屏障组合有较好的综合降噪效果，建议对声屏障区段的无碴轨道实施吸声板试铺试验研究。

[ 1 ]  王其昌, 韩启孟. 板式轨道设计与施工[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2002.
[ 2 ] 徐志胜. 轨道交通轮轨噪声预测与控制研究[ D ]. 西南交通大学博士学位论文, 成都. 2004.
Xu zhisheng. Prediction and Control of Wheel/Rail Noise for Rail Transit [D]. Doctor Degree Dissertation. Southwest Jiaotong University, Chengdu, 2004.
[ 3 ] 圆明桂一, 半坂征則, 安藤勝敏,直人御船,森藤良夫. 軌道用吸音材の開発[J]. 鉄道総研報告. 1994, 8(6): 49-54
Keiichi Myoen, Masanori Hansaka, Katsutoshi Ando, Naoto Mifune, Yoshio Moritoh. Development of New Acoustic Absorbing Materials for Railway Tracks[J], RTRI Report, 1996, 8(6): 49-54
[ 4 ] 半坂征則, 久保村公一, 安藤勝敏, 圆明桂一,俊之小西. 低廉型軌道吸音材の開発試験[J], 鉄道総研報告. 1996, 10(2): 17-22
Masanori Hansaka, Kouichi Kubomura, Katsutoshi Ando, Keiichi Myoen, Toshiyuki Konishi. The Development of low Cost Type of Acoustic Absorptive Materials on Slab Tracks[J], RTRI Report, 1996, 10(2): 17-22
[ 5 ] 中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院. 欧洲高速铁路考察报告[R]. 2006年11月.
[ 6 ] 钟祥璋编著. 建筑吸声材料与隔声材料. 化学工业出版社. 北京. 2005.