[发明专利]道路声屏障用水泥基吸声材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种新型的水泥基多孔吸声材料，具体的讲，涉及用于机场、高速铁路、高速公路、城市高架桥、地铁及轻轨的吸声型声屏障材料。主要用于交通和航空领域。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展、城市化进程的快速推进，近几年来，机场、高速铁路、高速公路、地铁、城市高架道路和城市轻轨建设发展很快，城市机动车数量急剧增加，交通噪声污染日益恶化，已成为继大气污染、水污染和固体废弃物污染之后影响人民生活最严重、最广泛的第四大污染，治理噪声污染已成为急待解决的问题。目前，在各种防治交通污染的措施中，设置具有吸音性能的声屏障是一种行之有效的方法。但是目前使用的声屏障材料使用效果不理想，主要表现为吸声材料的吸声效率不高(特别是中低频段)、吸声性能不稳定、强度低以及材料在野外的耐久性不高、制作工艺复杂、成本很高等。目前，我国正在建设中的高速铁路工程在通过城市时大多设计了隔声屏障结构；另外，我国许多大城市在建或拟建的城市高架和轻轨项目中也设计使用隔声屏障，可以预见在未来几十年内将有几千公里的隔声屏障工程需要建设。因此，研制出一种具有高效吸声、高耐久性和低成本的新型道路隔声屏专用吸声材料具有重要的意义和显著的工程应用价值，应用开发前景十分广阔。

过去，用作隔声屏的传统吸声材料多为含麻、棉、木、玻璃棉、矿棉等有机或无机纤维材料。这类材料虽具有良好的吸声特性，但纤维材料本身比较疏松、性脆、强度低，在施工和使用过程中易折断散落，形成粉尘，污染环境；且材料防水性能差，遭受雨淋后吸声性能急剧降低，环境适应性差、耐久性低。水泥基多孔吸声材料由于其吸声性能较好、制备加工方便、耐久性高、对环境无污染、成本低廉等优点，已成为吸声降噪用的主要材料，将其用于道路交通的各种声屏障工程，成为减少交通噪声污染的重要途径之一。随着我国高速铁路、高速公路、城市高架桥、地铁及轻轨的迅速发展，急需高效、经济、耐用的吸声材料，水泥基无纤维吸声材料将以优秀的环境适应能力占据我国广大的市场，应用前景十分广阔。

经对现有的文献检索发现，武汉理工大学的黄学辉，尚福亮在《武汉理工大学学报》第25卷，2003，P 27-30撰文《公路隧道降噪用吸声材料的研制》，该文在实验室内研制了一种水泥基膨胀珍珠岩多孔吸声材料，但是其研制的水泥基膨胀珍珠岩多孔吸声材料，吸声系数小、强度低、耐久性差，在高速列车产生的高速脉冲风压反复疲劳作用下快速失效，通常情况下，不到1年就需全别更换一次，造成严重的经济损失；另外，受多孔材料本身的限制，水泥基膨胀珍珠岩多孔吸声材料的中低频段吸声效率较低(吸声系数为0.1-0.2)，且吸声性能不稳定；还有，未经憎水处理的水泥基膨胀珍珠岩多孔吸声材料防水性能差、耐候性低，在野外使用过程中受风吹、雨淋、碳化、紫外线照射等作用吸声效果和强度很快退化。上述诸多缺点严重限制了水泥基多孔吸声材料在交通领域大规模广泛应用。因此，运用材料学原理，优选水泥基多孔材料的组成、优化成型与养护工艺，精心设计微孔结构，并采用纤维与纤维网片混杂增强增韧技术，同时结合声学理论中的吸声尖劈、空腔共振、薄膜共振等原理设计多孔材料的吸声结构构造，将材料与结构有机结合起来，研发出新型高效、高强、高耐久的水泥基多孔吸声材料，具有重要的理论意义和显著的工程应用价值，前景十分广阔。

发明内容：

技术问题：本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，运用材料学原理和无机发泡技术，

技术方案：首先对多孔材料中的水泥基体的组成和孔结构精心设计，通过矿物掺合料(粉煤灰、矿渣、硅灰、煤矸石等)、减水剂、发泡剂、憎水剂、纤维等关键组分，充分发挥不同矿物掺合料之间的化学活性互补、减水剂的减水增强、发泡剂的引气、憎水剂的防水、纤维的增强增韧阻裂功效，制备出轻质、高强、高耐久、较高吸声系数的水泥基体；然后，利用多孔介质吸声原理和材料复合理论，将经过憎水处理的多孔集料(膨胀珍珠岩、陶砂、陶粒等单一体或混合体)加入到上述经过优化的水泥基体中，通过微调胶结材与多孔集料间的比例、水胶比、发泡剂用量、压缩比等关键参数，采用半干料模压成型工艺制备出具有良好吸声效果的多孔材料；同时，在水泥基吸声材料拌合过程中加入适量纤维，并在模压成型时在上、下表面分别放置两层纤维网片，以提高吸声材料的抗折强度和抗冲击性能。在此基础上，综合运用声学理论中的吸声尖劈、空腔共振、薄膜共振等原理，利用表面模压刻槽技术、无机发泡技术和表面喷涂技术，设计与加工水泥基多孔吸声材料的外观形貌、内部空腔结构、表面薄膜。将多孔材料与吸声结构有机结合起来，最终研发出新型高效、高强、高耐久的水泥基多孔吸声材料。