CN102419971B

CN102419971B - 珍珠岩尖劈共振吸声砖

Info

Publication number: CN102419971B
Application number: CN 201110210894
Authority: CN
Inventors: 雷彬; 阮景文; 黄盾; 周以毅; 张爱明
Original assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: CN102419971A

Abstract

本发明涉及一种珍珠岩尖劈共振吸声砖，采用膨胀珍珠岩和水泥作为主要材料制备，其特征在于，该吸声砖面向声波入射方向的表面为尖劈形状；在吸声砖内部构筑形状封闭的空气共振腔。本发明所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖的吸声系数在125～5000Hz的所有频率均大于0.75、降噪系数达到0.93，可用于制造铁路及公路高效声屏障。

Description

珍珠岩尖劈共振吸声砖

技术领域

本发明涉及消声降噪领域的声屏障，尤其涉及珍珠岩尖劈共振吸声砖。

背景技术

吸声砖砌体式声屏障是降低交通噪声的重要声屏障形式之一，在交通治理领域被广泛运用，目前的吸声砖有珍珠岩吸声砖、陶粒吸声砖、矿渣吸声砖、木屑吸声砖等多种，一般都是平面式或波纹面式。由于这些材料与空气间存在声阻抗的突变，造成声波入射到吸声砖表面时出现较大的声反射，从而降低了吸声砖的吸声性能。同时由于常规吸声砖在吸声砖内部没有形状封闭的空气共振腔，低频的吸声性能较差。

目前铁路(含客运专线)大量采用珍珠岩复合吸声板制作声屏障，但由于体积过大而运输不便，且背后很难形成空腔，其吸声性能有限，限制了其运用范围。

发明内容

本发明的目的是针对常规吸声砖与空气间存在声阻抗的突变，而造成声波入射到吸声砖表面时出现较大的声反射，降低吸声砖的吸声性能，以及吸声砖内部没有形状封闭的空气共振腔，低频的吸声性能较差的弊病，提出一种珍珠岩尖劈共振吸声砖，以提高了吸声砖的吸声性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种珍珠岩尖劈共振吸声砖，采用膨胀珍珠岩和水泥作为主要材料制备，其特征在于，该吸声砖面向声波入射方向的表面为尖劈形状；在吸声砖内部构筑形状封闭的空气共振腔。

优选地，在吸声砖内部构筑至少两个不同容积的空气共振腔，其中，空气共振腔的排列方式为按容积大小方式排列，即越靠近声波入射部位的容积越小。

进一步说，所述空气共振腔优选为球形空腔。

更进一步说，所述空气共振腔的具体排列方式为，靠近尖劈形状尖角中心部位设置一个直径为25～45mm的第一球形空腔，其后沿尖劈形状中心线O-O两侧分别设置直径为50～70mm的第二球形空腔，再其后沿尖劈形状中心线O-O两侧分别设置直径为80～100mm的第三球形空腔。

优选地，所述吸声砖的砖体结构采取膨胀珍珠岩粗、细料分层组合的方式，其中面向声波入射方向的外层采取粒径为0.1～1mm膨胀珍珠岩细料，其余部分采取粒径为2～5mm膨胀珍珠岩粗料。

进一步说，所述外层厚度优选25～35mm。

进一步说，在所述吸声砖配料中可以混有合成纤维。

更进一步说，在所述吸声砖配料中还可以添加发泡剂。

优选地，所述吸声砖由上下两层砖体拼接构成，上下两层砖体粘合在一起；所述空气共振腔由上下两层砖体拼接而成。

本发明所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖是利用膨胀珍珠岩粗细料、合成纤维、发泡剂及水泥等，按一定比例混合成沙浆，通过压制形成尖劈砖体，并在砖体内制作不同体积的空气共振腔，自然干燥后，粘接形成的。该吸声砖主要从声阻抗过渡及增加共振腔两方面改进吸声砖的吸声性能，具体如下：

1、利用声学中尖劈的吸声原理，吸声砖面向声波入射方向的表面采取尖劈式形状。当声波入射到吸声砖表面时，由于吸声砖呈尖劈状，从吸声砖外侧至内侧的各个平面上，吸声砖所占的比例逐步增加，声阻抗呈现出逐步增大的过渡形式，避免了声阻抗突变而产生的声反射，降低声波反射，提高了吸声砖的吸声性能；

2、利用空腔共振吸声原理，在吸声砖内部构筑不同体积、形状封闭的空气共振腔，增加吸声砖在特定频率段的吸声性能，特别是低频的吸声性能；

3、为了避免较大的膨胀珍珠岩颗粒造成声波的反射，导致降低吸声砖的吸声性能，吸声砖的砖体结构采取膨胀珍珠岩粗、细料分层式构造，最外层采取膨胀珍珠岩细料，内层采取膨胀粗料，有利于声学的阻抗过渡，提高吸声砖的吸声性能；

4、吸声砖配料中添加了合成纤维，提高吸声砖的强度；

5、吸声砖配料中添加了发泡剂，使砖体内形成连通的细孔，提高吸声砖的吸声性能；

6、吸声砖表面喷涂有机硅树脂防水剂，增加吸声砖的防水、防污性能。

根据声学理论，本发明所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖是一种高效吸声结构，它能够提高吸声材料的吸声性能主要在于下述三方面的原因。

(1)由于吸声砖呈尖劈状，从吸声砖外侧至内侧的各个平面上，吸声砖所占的比例逐步增加，声阻抗呈现出逐步增大的过渡形式，其声阻抗从接近空气的特征阻抗逐步增大到接近吸声材料的声阻抗，声阻抗由小逐步增大，相对变化不显著。同时吸声砖的砖体最外层采取膨胀珍珠岩细料，内层采取膨胀粗料，有利于声学的阻抗过渡。当声波从端部入射时，由于吸声层的逐渐过渡，材料的声阻抗与空气的声阻抗能较好地匹配，使入射声波的能量能够顺利进入吸声材料内部而被高效地吸收。

(2)由于尖劈的造型，有效地增加了面向声波入射方向的吸声材料的吸声面积，从而提高了吸声砖的吸声性能。

(3)由于在吸声砖内部构筑了不同体积、形状封闭的空气共振腔，增加了吸声砖在特定频率段的吸声性能，特别是低频的吸声性能。

利用本发明所述的吸声砖制作铁路、公路声屏障，具有较好的耐侯性，以及较好的防水和防污能力，能够显著地提高声屏障的在户外的总体降噪效果。

本发明所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖主要运用于铁路及公路的噪声治理工程，用于制作高效、廉价的声屏障。同时该技术也可以推广运用于工业、商业、房地产等行业的噪声治理、厅堂音质改善以及地铁消声器等声学工程，具体如下：

1、铁路及公路等交通噪声治理的声屏障工程；

2、工业、商业、房地产等行业的发电机房、冷却塔等高噪声场所的声屏障工程、隔声间内的吸声降噪工程；

3、地铁通风道内的消声器工程；

4、音乐厅、KTV房等场所音质改善工程；

5、民用建筑吸声式隔墙，改善室内的声环境等。

以下结合附图及实施例详细描述本发明，以便本领域技术人员理解。

附图说明

图1是本发明主视图

图2是本发明俯视图

图3是图1的I-I剖视图

图4是图2的II-II剖视图

具体实施方式

本实施例涉及一种珍珠岩尖劈共振吸声砖，参见图1-4，其特征在于，该吸声砖面向声波入射方向R的表面为尖劈形状(即三角形状)；在吸声砖内部构筑了形状封闭空气共振腔。空气共振腔为球形空腔，其排列方式为按容积大小方式排列，即越靠近声波入射部位的容积越小。

所述空气共振腔的具体排列、尺寸优选为，靠近尖角中心部位设置一个直径为25～45mm的第一球形空腔1，其后沿中心线O-O对称位置分别设置两个直径为50～70mm的第二球形空腔2，再其后沿中心线O-O对称位置分别设置两个直径为80～100mm的第三球形空腔3。

所述吸声砖的砖体结构采取膨胀珍珠岩粗、细料分层组合的方式，其中面向声波入射方向的外层P采取粒径为0.1～1mm膨胀珍珠岩细料，其余部分Q采取粒径为2～5mm膨胀珍珠岩粗料。所述外层P厚度为25～35mm。吸声砖长宽为300×280mm，尖劈角度(即三角形顶角)可以在30～150°范围内选择。

上述吸声砖制作工艺如下：

将膨胀珍珠岩粗细料、合成纤维、发泡剂及水泥等，按一定比例混合成粗料沙浆，备用；将膨胀珍珠岩细料、合成纤维、水泥及发泡剂等，按一定比例混合成细料沙浆，备用；材料配方同常规珍珠岩吸声砖。

为了方便制作，本实施例所述吸声砖由上下两层砖体拼接构成，上下两层砖体粘合在一起；所述空气共振腔由上层M和下层N两层砖体拼接而成。

材料选择：

(1)珍珠岩采用膨胀珍珠岩，膨胀珍珠岩细料采用颗粒直径为约0.1～1mm，膨胀珍珠岩粗料采用颗粒直径为约2～5mm，堆积密度为70～110kg/m³；

(2)合成纤维采取改性聚脂纤维，长度约5～15mm；

(3)水泥采用快硬水泥；

(4)发泡剂；

(5)憎水剂采用10～20°液体石蜡；

(6)防水剂采用有机硅树脂。

制作流程

(1)膨胀珍珠岩预处理：采取10～20°液体石蜡做憎水剂，每立方米用5kg，充分混合；

(2)将预处理后的膨胀珍珠岩与水泥、合成纤维(体积比占总量0.05～0.2％)、发泡剂(重量比占总量0.1～0.9％)充分搅拌、混合均匀(粗料、细料分别混合)；

(3)将混合材料加水，并充分搅拌，形成半干料；

(4)将混合成的粗料沙浆放入吸声砖成型模具内活动隔板左侧，将混合成的细料沙浆放入吸声砖成型模具内活动隔板右侧；

(5)取出内层活动模具后，按体积1.2～1.5倍加压压缩半干料，形成规定规格的吸声砖半块砖部分；

(6)放置在荫凉处，晾干成型；

(7)将两个干透的半块砖用建筑胶粘接成整块吸声砖；

(8)吸声砖充分干燥后，在表面喷涂有机硅树脂防水剂两遍，即可形成尖劈共振吸声砖。

脱模后的半块吸声砖见图3，粘接成型后的整块吸声砖见图4。

针对常规吸声砖的低频吸声性能较差弊病，本实施例利用空腔共振吸声原理，在吸声砖内部构筑不同体积、形状封闭的空气共振腔，有效提高吸声砖在特定频率段的吸声性能，其共振频率计算公式为：

(其中：a为空腔半径、K＝γ·ρ₀、K为气体的体弹性模量、p₀为空腔内压力、ρ为材料密度)。根据铁路、公路交通噪声的频谱特性，以及声屏障降低交通噪声的特性，分别设计空气共振腔的共振频率段为250Hz～2000Hz，对应的空气共振腔的直径分别为80～100mm、50～70mm及25～45mm的球形空腔。实际测量表明：本实施例在160、250、500、800、1600等频率处存在明显的共振峰，共振峰处的吸声系数分别高达0.88、0.9、0.9、0.99、1.0，本实施例的尖劈共振吸声砖的整体吸声性能得到了较好改善，特别是在500Hz以下的低频段，吸声性能改善明显。

本发明主要针对铁路、公路声屏障工程，目前关于铁路和公路声屏障的技术规范和通用参考图主要有TB/T 3122-2005《铁路声屏障声学构件技术要求和测量方法》、HJ/T 90-2004《声屏障声学设计和测量规范》，以及铁道部客运专线声屏障通用参考图，这些规范分别规定，用于建造声屏障的吸声材料的降噪系数分别不得低于0.6、0.5及0.7。本申请人委托同济大学声学研究所对本实施例的材料样品的吸声性能进行了实际测量，结果见表1，同时对未设置空气共振腔的对比样品的吸声性能也进行了实际测量，结果见表2，对比样品与实施例1基本相同，不同之处在于它为实心材料。从表1中可以看出，本实施例所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖的吸声系数在125～5000Hz的所有频率均大于0.75、降噪系数达到0.93，优于TB/T 3122-2005《铁路声屏障声学构件技术要求和测量方法》、HJ/T90-2004《声屏障声学设计和测量规范》，以及铁道部客运专线声屏障通用参考图要求的吸声指标，可用于制造铁路及公路高效声屏障。

参见表2，与未设置空气共振腔的对比样品的吸声性能比较发现，本实施例的吸声性能得到了较好提高，其中降噪系数由0.84提高到0.93，增加了0.09；本发明设计频段(250Hz～2000Hz)的吸声系数也分别提高了0.03～0.13，吸声性能得到了明显改善。

表1：珍珠岩尖劈共振吸声砖混响室吸声系数测试结果

表2：未设置空气共振腔的对比样品混响室吸声系数测试结果

表3：为本发明所述吸声砖与国内同类产品的吸声性能汇总表

表3：

参见表3，与国内其它同类产品相比较，本实施例所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖的吸声性能在125～5000Hz的所有频率均大于0.75、降噪系数达到0.93，降噪系数提高了0.08～0.28，其中在125～250Hz的低频段吸声系数提高了0.30～0.69。

Claims

1.一种珍珠岩尖劈共振吸声砖，采用膨胀珍珠岩和水泥作为主要材料制备，其特征在于，该吸声砖面向声波入射方向的表面为尖劈形状；在吸声砖内部构筑至少两个不同容积的形状封闭的空气共振腔，其中，空气共振腔的排列方式为按容积大小方式排列，即越靠近声波入射部位的容积越小，所述空气共振腔为球形空腔。

2.根据权利要求1所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，空气共振腔的具体排列方式为，靠近尖劈形状尖角中心部位设置一个直径为25～45mm的第一球形空腔，其后沿尖劈形状中心线O-O两侧分别设置直径为50～70mm的第二球形空腔，再其后沿尖劈形状中心线O-O两侧分别设置直径为80～100mm的第三球形空腔。

3.根据权利要求1或2所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，该吸声砖的砖体结构采取膨胀珍珠岩粗、细料分层组合的方式，其中面向声波入射方向的外层采取粒径为0.1～1mm膨胀珍珠岩细料，其余部分采取粒径为2～5mm膨胀珍珠岩粗料。

4.根据权利要求3所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，外层厚度为25～35mm。

5.根据权利要求3所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，在所述吸声砖配料中混有合成纤维。

6.根据权利要求3所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，在所述吸声砖配料中添加有发泡剂。

7.根据权利要求3所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，在所述吸声砖表面喷涂有机硅树脂防水剂。

8.根据权利要求3所述的珍珠岩尖劈共振吸声砖，其特征在于，所述吸声砖由上下两层砖体拼接构成，上下两层砖体粘合在一起；所述空气共振腔由上下两层砖体拼接而成。