CN108218342A - 吸音屏障 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸音屏障，所述吸音屏障由水泥基陶粒吸音材料堆砌形成；其中所述水泥基陶粒吸音材料由以下组分的材料组成，且各个组分材料的百分比为陶粒60‑65％、水泥35‑40％、水灰比0.19、减水剂1.2％、聚丙烯纤维0.3％，且上述材料的密度为1220‑1430kg/立方米，7d抗压强度为7.4‑11.3MPa。水泥基陶粒吸音材料可以根据模具和使用环境的不同而调整模具的大小从而达到快速堆砌的目的，且由于水泥基陶粒吸音材料为混凝土结构，在高速公路施工过程中，就可以同步的进行吸音屏障的制作，且本吸音屏障结构坚固，制造成本低，施工成本也较低。

Description

吸音屏障
技术领域
本发明涉及公路、公共场地维护网领域，具体而言涉及一种高速公路用吸音屏障。
背景技术
城市噪声严重影响着城市居民的正常生活和人身健康，城市噪声主要是指交通噪声、工厂噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声，其噪声的影响范围和影响程度日益严重，对市民的生活环境影响极大，成为引人注目的城市环境污染问题之一。
吸音屏障指的是为减轻行车噪声对附近居民的影响而设置在铁路和公路侧旁的墙式构造物。隔音墙也称为声屏障。在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，这样的设施就称为声屏障。分为交通隔音屏障、设备噪音衰减隔音屏障、工业厂界隔音屏障、公路和高速公路上是使用各类型声屏障最多的地方。
目前公路、公共场地的维护网通常采用铁丝网或铝制防护板。其中，铁丝网作为维护网时其隔音效果差；安装需焊接防锈等，增加了安装维护成本。而铝制防护板风阻较大；造价较高。
发明内容
本发明目的在于提供一种吸音屏障，所述吸音屏障由水泥基陶粒吸音材料堆砌形成；
其中所述水泥基陶粒吸音材料由以下组分的材料组成，且各个组分材料的百分比为陶粒60-65％、水泥35-40％、水灰比0.19、减水剂1.2％、聚丙烯纤维0.3％，且上述材料的密度为1220-1430kg/立方米，7d抗压强度为7.4-11.3MPa。
进一步地，前述陶粒为混合陶粒，其中细陶粒的粒径范围为1-4mm，粗陶粒的粒径范围为3-5mm或6-8mm。
进一步地，前述粗陶粒和细陶粒的质量百分比分别为细陶粒40-70％，粗陶粒30-60％。
进一步地，其中细陶粒的堆积密度为550kg/立方米，一小时的吸水率为14.5％，筒压强度为2.4MPa。
进一步地，前其中粗陶粒的堆积密度为1210kg/立方米，一小时的吸水率为12.9％，筒压强度为12.3MPa。
进一步地，前述水泥基陶粒吸音材料的加工方法如下：
将陶粒放入容器内，进行预湿处理；
将预湿处理后的陶粒和水泥放入搅拌机内进行预拌1min；
按照质量比加入减水剂、聚丙烯纤维物和水再次搅拌3min；
将搅拌完成的材料放入模具中压制成型；
材料压制成型后24小时内将产品覆盖于塑料薄膜内，并每间隔2小时给压制成型的产品洒水，薄膜内有凝结水珠，7天后揭去薄膜，完成水泥基陶粒吸音材料的制作。
进一步地，前述加入搅拌机内的水总用水量为
mwt＝mwn+mwa；
mwa＝ma*wa；
其中，mwt为每立方米水泥基陶粒吸音材料的总用水量；
mwn为每立方米水泥基陶粒吸音材料的不含陶粒预湿处理的拌合水；
mwa为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒预湿处理的所用水；
ma为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒用量；
wa为陶粒1小时的吸水率。
进一步地，前述筒压强度是指将陶粒放入标准承压筒内，在压力机作用下，压入20mm时对应的强度值，fa＝P/F，其中fa为陶粒的筒压强度，P为压入深度为20mm时的压力值；F为承压面积。
进一步地，前述减水剂的减水率为20％。
由以上技术内容可知，陶粒是以工业废渣或废弃的矿物废料、劣质页岩等为原料，掺入少量粘结剂、添加剂等，经过混合、成球、高温烧结等工艺制作而成的一种人造轻骨料，属于绿色环保型建筑材料，同时由于陶粒具有堆积密度低，筒压强度高、导热系数低、耐高温的特性，且在试验过程中通过多次的比较和优化，选用了粗陶粒和细陶粒的混合物，进一步的提高了产品的强度。
水泥作为水硬性无机胶凝材料，硬化后的强度发展对吸音材料的力学性能起着至关重要的作用。
聚丙烯纤维性质比较稳定，与水泥及外加剂不会发生任何冲突，在混凝土中具有良好的抗裂性能。在吸音材料中加入适量的纤维可明显提高材料的综合性能。力学性能方面，纤维加入混凝土中可起到三维乱向分布的网状承托作用，阻碍混凝土内部形成微裂纹，从而提高材料的抗裂性能。同时这些乱向分散的纤维可起到连接、加筋的作用，提高材料的抗折强度，同时改善吸音材料的韧性、耐久性。
减水剂，在保证和易性的情况下，减少拌合物的用水量，从而提高吸音材料的早期强度和最终强度。
本发明的吸音屏障的体积密度控制在1200-1400kg/立方米范围内，材料满足轻质要求。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的水泥基陶粒吸音材料的加工工艺。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
一种吸音屏障，所述吸音屏障由水泥基陶粒吸音材料堆砌形成，其中所述水泥基陶粒吸音材料由以下组分的材料组成，且各个组分材料的百分比为陶粒60-65％、水泥35-40％、水灰比0.19、减水剂1.2％、聚丙烯纤维0.3％，且上述材料的密度为1220-1430kg/立方米，7d抗压强度为7.4-11.3MPa。
一，陶粒的选择
1)陶粒的外观尺寸
陶粒的外观尺寸主要指陶粒粒径，是否均匀等物理指标；它对吸音材料的力学强度、吸声性能都有重要的影响。本文选择四种粒径的陶粒，在实验过程中首先选择单一粒径或者混合粒径的陶粒，制作试样；
2)吸水率
陶粒吸水率是指在干燥状态下，陶粒1小时的吸水率，
wa＝(m1-m0)/m0*100；
式中wa为陶粒1小时吸水率(％)；m1为吸水之后的质量(g)；m0为干燥状态的质量(g)。
3)陶粒的筒压强度
陶粒的筒压强度主要通过承压筒法测定，按照规范规定，筒压强度是指材料放入标准承压筒内，在压力机作用下，压入20mm时对应的强度值即fa＝P/F，其中fa为陶粒的筒压强度，P为压入深度为20mm时的压力值；F为承压面积。
4)陶粒的选择
陶粒质量的好坏直接关系到材料成品的性能指标，所以必须对陶粒上述技术指标进行测试。本章一共选取四种黏土陶粒，按照规范对每一种陶粒进行基本性能的试验，得到基本参数如下表所示：
由于每种陶粒的质量都不一样，如上表所示，密度越小的陶粒，筒压强度则相对较低。陶粒①、②密度都较低，因为内部孔隙较多，且陶粒表面有部分破损，在受到较小的压力时就会发生结构破坏，所以筒压强度远远低于表面完好的陶粒②；陶粒③和陶粒④粒径较大，密度大，在受到压力作用时形变较小，筒压强度高。由于陶粒①筒压强度过低，不适合作为吸音屏障的材料，选用陶粒②作为细陶粒，陶粒③和陶粒④作为粗陶粒。
用三种粒径的陶粒制作三组标准试件，尺寸为100mm×100mm×100mm，每组五个。按照标准养护条件，达到龄期之后测得每块材料的密度和7d抗压强度，然后以三个试块的平均值作为材料性能的代表值，得到相关参数如下表所示：
如上表所示，陶粒②试块强度指标不满足要求；陶粒③试块的密度较大，不满足使用要求；陶粒④强度和密度接近目标要求，试块的密度越高，内部填充越密实，7d抗压强度越高，陶粒的筒压强度对试块的抗压强度也有一定影响，一般筒压强度越高，做出的试块强度越大。
陶粒吸音材料要求轻便，密度应在1200～1400kg/m3范围内。因为单一陶粒做的试块很难同时满足密度和强度的要求。所以采用两种不同种类、不同粒径的陶粒混合添加的方式，以实现强度指标的同时降低试块的密度，而采用不同粒径的陶粒混合添加可以形成较好的颗粒级配，提高材料的吸声性能。经过筛选后，选取混合陶粒，其中细陶粒的粒径范围为1-4mm，粗陶粒的粒径范围为3-5mm或6-8mm。且粗陶粒和细陶粒的质量百分比分别为细陶粒40-70％，粗陶粒30-60％。
其中细陶粒的堆积密度为550kg/立方米，一小时的吸水率为14.5％，筒压强度为2.4MPa。
其中粗陶粒的堆积密度为1210kg/立方米，一小时的吸水率为12.9％，筒压强度为12.3MPa。
吸音材料的强度主要由陶粒强度、水泥强度、陶粒和水泥之间的粘结力共同决定，水泥作为水硬性无机胶凝材料，硬化后的强度发展对吸音材料的力学性能起着至关重要的作用。
本发明主要采用P.O42.5和P.O52.5的普通硅酸盐水泥，此产品的表观密度达到3100kg/m3,凝结时间小于等于600min，28天后的抗压强度大于等于42.5MPa，28天的抗折强度大于等于6.5MPa。
陶粒和水泥在搅拌过程中，水泥会包裹在陶粒表面，然后和其他的陶粒粘结在一起，形成一些孔隙，这些孔隙是保证材料吸声性能的关键。而当水泥的量增大时，多余的水泥浆会堵塞吸音材料内部的孔隙，严重影响材料的吸声性能。如果水泥用量过少，搅拌过程中水泥未完全包裹陶粒，则陶粒与陶粒之间粘结力不强，导致难以形成稳定的结构形态，且最终产品强度不足，影响产品的施工和安装。
聚丙烯纤维是一种由聚丙烯及多种无机材料，经特殊复合技术制作而成的材料，对酸和碱都有很好的抵抗能力，在正常环境中使用，不会发生老化或者损坏，保证纤维在材料中长期发挥功效。同时，聚丙烯纤维性质比较稳定，与水泥及外加剂不会发生任何冲突，在混凝土中具有良好的抗裂性能。
在吸音材料中加入适量的聚丙烯纤维可明显提高材料的综合性能。力学性能方面，聚丙烯纤维加入混凝土中可起到三维乱向分布的网状承托作用，阻碍混凝土内部形成微裂纹，从而提高材料的抗裂性能。同时这些乱向分散的聚丙烯纤维可起到连接、加筋的作用，提高材料的抗折强度，同时改善吸音材料的韧性、耐久性。另外，在吸音材料中加入聚丙烯纤维，可增强材料的吸声性能。当声波进入材料内部传播时，会带动聚丙烯纤维发生震动，这些聚丙烯纤维的弹性震动会消耗较大的声能，从而达到增强材料的吸声性能的目的。
本发明选用的减水剂的减水率为20％左右。吸音材料的多孔性结构要求其制作时采用较小的水灰比，当用水量较少的时候，其拌合料干硬而松散，和易性不佳，不易成型。加入减水剂之后，在保证和易性的情况下，减少拌合物的用水量，从而提高吸音材料的早期强度和最终强度。
如图1所示，水泥基陶粒吸音材料的加工方法如下：
陶粒放入容器内，进行预湿处理；
将预湿处理后的陶粒和水泥放入搅拌机内进行预拌1min；
按照质量比加入减水剂、聚丙烯纤维物和水再次搅拌3min；
将搅拌完成的材料放入模具中压制成型；
材料压制成型后24小时内将产品覆盖于塑料薄膜内，并每间隔2小时给压制成型的产品洒水，薄膜内有凝结水珠，7天后揭去薄膜，完成水泥基陶粒吸音材料的制作。
加入搅拌机内的水总用水量为mwt＝mwn+mwa；
mwa＝ma*wa；
其中，mwt为每立方米水泥基陶粒吸音材料的总用水量；
mwn为每立方米水泥基陶粒吸音材料的不含陶粒预湿处理的拌合水；
mwa为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒预湿处理的所用水；
ma为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒用量；
wa为陶粒1小时的吸水率。
采用单一规格陶粒制作吸音材料，轻质指标和强度指标难以同时实现，只有把不同粒径、不同堆积密度的陶粒混合添加，调整好陶粒的级配，才能达到材料对密度和强度的要求。吸音材料的配合比中取陶粒用量为65％～60％，水泥用量35％～40％，水灰比为0.19，减水剂掺量为1.2％，纤维掺量为0.3％，可配制出密度在1220～1430kg/m3范围内，7d抗压强度在7.4～11.3MPa范围内的吸音材料，基本满足密度和强度的技术指标要求。
且在实施的过程中，所述水泥基陶粒吸音材料可以根据模具和使用环境的不同而调整模具的大小从而达到快速堆砌的目的，且由于水泥基陶粒吸音材料为混凝土结构，在高速公路施工过程中，就可以同步的进行吸音屏障的制作，且本吸音屏障结构坚固，制造成本低，施工成本也较低。
陶粒是以工业废渣或废弃的矿物废料、劣质页岩等为原料，掺入少量粘结剂、添加剂等，经过混合、成球、高温烧结等工艺制作而成的一种人造轻骨料，属于绿色环保型建筑材料，同时由于陶粒具有堆积密度低，筒压强度高、导热系数低、耐高温的特性，且在试验过程中通过多次的比较和优化，选用了粗陶粒和细陶粒的混合物，进一步的提高了产品的强度。
水泥作为水硬性无机胶凝材料，硬化后的强度发展对吸音材料的力学性能起着至关重要的作用。
聚丙烯纤维性质比较稳定，与水泥及外加剂不会发生任何冲突，在混凝土中具有良好的抗裂性能。在吸音材料中加入适量的纤维可明显提高材料的综合性能。力学性能方面，纤维加入混凝土中可起到三维乱向分布的网状承托作用，阻碍混凝土内部形成微裂纹，从而提高材料的抗裂性能。同时这些乱向分散的纤维可起到连接、加筋的作用，提高材料的抗折强度，同时改善吸音材料的韧性、耐久性。
减水剂，在保证和易性的情况下，减少拌合物的用水量，从而提高吸音材料的早期强度和最终强度。
本发明的吸音屏障的体积密度控制在1200-1400kg/立方米范围内，材料满足轻质要求。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种吸音屏障，其特征在于，所述吸音屏障由水泥基陶粒吸音材料堆砌形成；
其中所述水泥基陶粒吸音材料由以下组分的材料组成，且各个组分材料的百分比为陶粒60-65％、水泥35-40％、水灰比0.19、减水剂1.2％、聚丙烯纤维0.3％，且上述材料的密度为1220-1430kg/立方米，7d抗压强度为7.4-11.3MPa。
2.根据权利要求1所述的吸音屏障，其特征在于，所述陶粒为混合陶粒，其中细陶粒的粒径范围为1-4mm，粗陶粒的粒径范围为3-5mm或6-8mm。
3.根据权利要求2所述的吸音屏障，其特征在于，所述粗陶粒和细陶粒的质量百分比分别为细陶粒40-70％，粗陶粒30-60％。
4.根据权利要求3所述的吸音屏障，其特征在于，其中细陶粒的堆积密度为550kg/立方米，一小时的吸水率为14.5％，筒压强度为2.4MPa。
5.根据权利要求3所述的吸音屏障，其特征在于，其中粗陶粒的堆积密度为1210kg/立方米，一小时的吸水率为12.9％，筒压强度为12.3MPa。
6.根据权利要求1所述的吸音屏障，其特征在于，所述水泥基陶粒吸音材料的加工方法如下：
将陶粒放入容器内，进行预湿处理；
将预湿处理后的陶粒和水泥放入搅拌机内进行预拌1min；
按照质量比加入减水剂、聚丙烯纤维物和水再次搅拌3min；
将搅拌完成的材料放入模具中压制成型；
材料压制成型后24小时内将产品覆盖于塑料薄膜内，并每间隔2小时给压制成型的产品洒水，薄膜内有凝结水珠，7天后揭去薄膜，完成水泥基陶粒吸音材料的制作。
7.根据权利要求6所述的吸音屏障，其特征在于，所述加入搅拌机内的水总用水量为mwt＝mwn+mwa；
mwa＝ma*wa；
其中，mwt为每立方米水泥基陶粒吸音材料的总用水量；
mwn为每立方米水泥基陶粒吸音材料的不含陶粒预湿处理的拌合水；
mwa为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒预湿处理的所用水；
ma为每立方米水泥基陶粒吸音材料的陶粒用量；
wa为陶粒1小时的吸水率。
8.根据权利要求7所述的吸音屏障，其特征在于，所述筒压强度是指将陶粒放入标准承压筒内，在压力机作用下，压入20mm时对应的强度值，fa＝P/F，其中fa为陶粒的筒压强度，P为压入深度为20mm时的压力值；F为承压面积。
9.根据权利要求1所述的吸音屏障，其特征在于，所述减水剂的减水率为20％。
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