CN112976223A - 高速公路用降噪屏障的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下制备步骤：(1)制备3D打印用复合水泥浆料；(2)以3D打印用复合水泥浆料为原料，采用3D打印技术打印基础单元板和顶部单元板；(3)将打印的基础单元板和顶部单元板置于蒸汽养护房中养护，分别得到养护后的基础单元板和养护后的顶部单元板；(4)向养护后的基础单元板中填充吸音棉，在养护后的顶部单元板上安装声子晶体，得填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板；(5)以填有吸音棉基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板为材料，在高速公路的两侧搭建降噪屏障。
Description
技术领域
本发明涉及隔音降噪技术领域，具体涉及一种高速公路用降噪屏障的制备方法。
背景技术
由于机动车辆数量的迅速增加，交通噪声已经严重影响人们的正常生活与工作,并对人们的身心健康产生危害，降噪屏障作为防治道路交通噪声污染的有效途径,在道路交通噪声污染防治中得到了广泛的应用。降噪屏障是为了减轻行车噪声对附近居民的影响而设置在道路侧旁的墙式构造物，目前，用于道路的降噪屏障主要为混凝土降噪屏障，传统的混凝土降噪屏障采用水泥浇筑的方式制备，制备的单元板体积庞大，混凝土内部需要耗费大量的钢材作为骨架，运输和施工难度大，并且采用水泥浇筑的方式很难制备形状较为复杂的降噪屏障。
所以有必要提供一种高速公路用降噪屏障的制备方法来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
传统的混凝土降噪屏障采用水泥浇筑的方式制备，制备的单元板体积庞大，混凝土内部需要耗费大量的钢材作为骨架，运输和施工难度大，并且对于形状较为复杂的降噪屏障，水泥浇筑的方式很难制备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下制备步骤:
(1)制备3D打印用复合水泥浆料；
(2)以步骤(1)制备的3D打印用复合水泥浆料为原料，采用3D打印技术打印基础单元板和顶部单元板；
(3)将步骤(3)打印的基础单元板和顶部单元板置于蒸汽养护房中养护，分别得到养护后的基础单元板和养护后的顶部单元板；
(4)向步骤(3)中养护后的基础单元板中填充吸音棉，在步骤(3)中养护后的顶部单元板上安装声子晶体，得填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板；
(5)以步骤(4)中填有吸音棉基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板为材料，在高速公路的两侧搭建降噪屏障。
进一步地，所述3D打印用复合水泥浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量100-120份硅酸盐水泥、100-120份尾矿砂、10-20份快硬硫铝酸盐水泥、0.2-0.4份长度5-10mm的聚乙烯醇纤维、20-40份粉煤灰、10-20份石膏、10-20份煅烧黏土、2-2.4份粉末状聚羧酸系减水剂和200-240份水；
(2)将硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以100-140r/min转速搅拌混合10-20min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得3D打印用复合水泥料浆。
进一步地，所述硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5R，所述尾矿砂为含有二氧化硅、氧化铝和氧化铁且细度小于80um的粉料，所述煅烧黏土为高岭石黏土。
进一步地，所述3D打印基础单元板和顶部单元板的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用三维软件创建降噪屏障中基础单元板和顶部单元板的三维数字模型，经数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中；
(2)采用3D打印切片软件对步骤(1)中的基础单元板和顶部单元板的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片；
(3)根据步骤(1)和步骤(2)建立的3D打印程序，将3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板和顶部单元板。
进一步地，所述三维软件为UG、Solidworks、Pro-E中的一种，所述数据转换格式为STL。
进一步地，所述3D打印切片软件为Simplify3D、Slic3r、EasyPrint 3D中的一种。
进一步地，所述基础单元板和顶部单元板的养护方法为：
将基础单元板和顶部单元板送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护24-28h，再以10℃/h的升温速率升温至50-55℃，保温养护5-7h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板和养护后的顶部单元板。
进一步地，所述填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板的制备方法为：
向养护后的基础单元板的空腔内填充吸音棉，再向养护后的顶部单元板的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶圆环套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板。
进一步地，所述高速公路用降噪屏障的搭建方法为：
根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个填有吸音棉的基础单元板依次堆叠拼装，再将装有声子晶体的顶部单元板搭建在填有吸音棉的基础单元板的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高度4-6m的高速公路用降噪屏障。
进一步地，所述高速公路用降噪屏障的高度为4-6m。
本发明的有益效果是：
本发明采用纤维增强的高性能轻质混凝土复合水泥，通过三维CAD数字化造型，分体3D打印出基础单元板和顶部单元板，经过整体组装搭建制备高速公路用降噪屏障，3D打印的基础单元板和顶部单元板体积小，便于运输和安装，并且单元板内以纤维作为增强骨架，减少了钢材的消耗，降低了单元板的重量，有效控制了降噪屏障的制备成本，并且采用分体3D打印的方式可制备出结构与形状较为复杂的降噪屏障，制备的降噪屏障具有低碳节能、绿色环保、使用寿命长的特点，同时降低了降噪屏障的施工难度，从而能有效缩短施工周期。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的高速公路用降噪屏障的立体结构示意图；
图2为图1所示本发明的高速公路用降噪屏障中填有吸音棉的基础单元板的立体结构示意图；
图3为图1所示本发明的高速公路用降噪屏障中顶部单元板的立体结构示意图；
图4为图3所示顶部单元板中套有第一橡胶套的第一声子晶体的立体结构示意图；
图5为图3所示顶部单元板中套有第二橡胶套的第二声子晶体的立体结构示意图。
图中：100、高速公路用降噪屏障,1、基础单元板，11、面板，111、吸音孔，112、散声圆弧槽，12、背板，13、连接块，14、空腔，15、吸音棉，2、顶部单元板，21、底板,22、斜面板，23、第一声子晶体，231、第一台阶孔，232、第一声子晶体吸音孔，233、第一安装孔，24、第一橡胶套，241、第一开槽，242、第一橡胶套吸音孔，243、第一吸声腔，25、第二声子晶体，251、第二台阶孔，252、第二声子晶体吸音孔，253、第二安装孔，26、第二橡胶套，261、第二开槽，262、第二橡胶套吸音孔，263、第二吸声腔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1至图5所示，一种高速公路用降噪屏障100，设置在高速公路两侧用以吸声降噪，高速公路用降噪屏障100包括多个基础单元板1和顶部单元板2，其中，基础单元板1和顶部单元板2均采用纤维增强的高性能轻质混凝土通过3D打印制备而成，多个基础单元板1堆叠搭建，顶部单元板2搭建在基础单元板1的顶部。
基础单元板1的尺寸大小为3000mm×1500mm×800mm，基础单元板1包括面向高速公路噪声方向的面板11以及与面板11平行设置的背板12，面板11与背板12之间连接有连接块13，连接块13与面板11和背板12之间形成有用于填充吸音棉15的空腔14，吸音棉15的材质为矿棉层、玻璃纤维棉层、海绵层或岩棉层中的一种或多种，面板11的表面上开设有多个周期性阵列分布的吸音孔111，吸音孔111的直径为20-40mm，面板11的表面上还开设有多个散声圆弧槽112，多个散声圆弧槽112沿面板11的长度方向平行设置，多个散声圆弧槽112分别排列设置在吸音孔111的两侧。
顶部单元板2包括底板21和两个呈Y形设置在底板21上的斜面板22，底板21规定设置在基础单元板1的顶端，两个斜面板22分别成45°角的向底板21两侧斜上方延伸设置，斜面板22上安装有阵列分布的第一声子晶体23和第二声子晶体25，第一声子晶体23和第二声子晶体25的材料均为尼龙PA66，第一声子晶体23和第二声子晶体25依次间隔排列；第一声子晶体23为三棱柱形结构，第二声子晶体25为五棱柱形结构，第二声子晶体25的内接圆半径为第一声子晶体23的内接圆半径的1.5倍，第二声子晶体25的高度为第一声子晶体23的高度的1.5倍。
第一声子晶体23的中间开设有圆柱形的第一台阶孔231，第一台阶孔231的侧壁上沿第一台阶孔231的圆周方向开设有多个均匀分布的第一声子晶体吸音孔232，第一声子晶体吸音孔232的直径为5-10mm，第一台阶孔231的底壁上开设有第一安装孔233，第一声子晶体23通过螺栓穿过第一安装孔233安装在斜面板22的表面；第一声子晶体23的外围四周套设有圆柱形的第一橡胶套24，第一橡胶套24的壁厚为10-15mm，第一橡胶套24上开设有宽度为10-20mm的第一开槽241，第一开槽241沿噪声传播方向轴向设置，第一橡胶套24的侧壁上沿第一橡胶套24的圆周方向开设有多个均匀分布的第一橡胶套吸音孔242，第一橡胶套吸音孔242的直径为5-10mm，第一橡胶套24与第一声子晶体23之间形成有第一吸声腔243，第一吸声腔243具有三个。
第二声子晶体25的中间开设有圆柱形的第二台阶孔251，第二台阶孔251的侧壁上沿第二台阶孔251的圆周方向开设有多个均匀分布的第二声子晶体吸音孔252，第二声子晶体吸音孔252的直径为5-10mm，第二台阶孔251的底壁上开设有第二安装孔253，第二声子晶体25通过螺栓穿过第二安装孔253安装在斜面板22的表面；第二声子晶体25的外围四周套设有圆柱形的第二橡胶套26，第二橡胶套26的壁厚为10-15mm，第二橡胶套26上开设有宽度为10-20mm的第二开槽261，第二开槽261沿噪声传播方向轴向设置，第二橡胶套26的侧壁上沿第二橡胶套26的圆周方向开设有多个均匀分布的第二橡胶套吸音孔262，第二橡胶套吸音孔262的直径为5-10mm，第二橡胶套26与第二声子晶体25之间形成有第二吸声腔263，第二吸声腔263具有五个。
所述高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量100-120份硅酸盐水泥、100-120份尾矿砂、10-20份快硬硫铝酸盐水泥、0.2-0.4份长度5-10mm的聚乙烯醇纤维、20-40份粉煤灰、10-20份石膏、10-20份煅烧黏土、2-2.4份粉末状聚羧酸系减水剂和200-240份水，其中，所述硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5R，所述尾矿砂为含有二氧化硅、氧化铝和氧化铁且细度小于80um的粉料，所述煅烧黏土为高岭石黏土；
(2)将硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以100-140r/min转速搅拌混合10-20min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得3D打印用复合水泥料浆；
(5)采用三维软件创建降噪屏障中基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型，经数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中，其中，所述三维软件为UG、Solidworks、Pro-E中的一种，所述数据转换格式为STL；
(6)采用3D打印切片软件对步骤(5)中的基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片，其中，所述3D打印切片软件为Simplify3D、Slic3r、EasyPrint 3D中的一种；
(7)根据步骤(5)和步骤(6)建立的3D打印程序，将步骤(4)中的3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板1和顶部单元板2；
(8)将步骤(7)中通过3D打印完成的基础单元板1和顶部单元板2送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护24-28h，再以10℃/h的升温速率升温至50-55℃，保温养护5-7h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板1和养护后的顶部单元板2；
(9)向步骤(8)中养护后的基础单元板1的空腔内填充吸音棉，再向步骤(8)养护后的顶部单元板2的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板1和装有声子晶体的顶部单元板2；
(10)根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个步骤(9)中填有吸音棉的基础单元板1依次堆叠拼装，再将步骤(9)中装有声子晶体的顶部单元板2搭建在填有吸音棉的基础单元板1的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高度4-6m的高速公路用降噪屏障。
实施例1
本实施例的高速公路用降噪屏障，包括多个基础单元板1和顶部单元板2，其中，基础单元板1和顶部单元板2均采用纤维增强的高性能轻质混凝土通过3D打印制备而成，多个基础单元板1堆叠搭建，顶部单元板2搭建在基础单元板1的顶部。
基础单元板1的尺寸大小为3000mm×1500mm×800mm，基础单元板1包括面向高速公路噪声方向的面板11以及与面板11平行设置的背板12，面板11与背板12之间连接有连接块13，连接块13与面板11和背板12之间形成有用于填充吸音棉15的空腔14，吸音棉15的材质为矿棉层，面板11的表面上开设有多个周期性阵列分布的吸音孔111，吸音孔111的直径为20mm，面板11的表面上还开设有多个散声圆弧槽112，多个散声圆弧槽112沿面板11的长度方向平行设置，多个散声圆弧槽112分别排列设置在吸音孔111的两侧。
顶部单元板2包括底板21和两个呈Y形设置在底板21上的斜面板22，底板21规定设置在基础单元板1的顶端，两个斜面板22分别成45°角的向底板21两侧斜上方延伸设置，斜面板22上安装有阵列分布的第一声子晶体23和第二声子晶体25，第一声子晶体23和第二声子晶体25的材料均为尼龙PA66，第一声子晶体23和第二声子晶体25依次间隔排列；第一声子晶体23为三棱柱形结构，第二声子晶体25为五棱柱形结构，第二声子晶体25的内接圆半径为第一声子晶体23的内接圆半径的1.5倍，第二声子晶体25的高度为第一声子晶体23的高度的1.5倍。
第一声子晶体23的中间开设有圆柱形的第一台阶孔231，第一台阶孔231的侧壁上沿第一台阶孔231的圆周方向开设有多个均匀分布的第一声子晶体吸音孔232，第一声子晶体吸音孔232的直径为5mm，第一台阶孔231的底壁上开设有第一安装孔233，第一声子晶体23通过螺栓穿过第一安装孔233安装在斜面板22的表面；第一声子晶体23的外围四周套设有圆柱形的第一橡胶套24，第一橡胶套24的壁厚为10mm，第一橡胶套24上开设有宽度为10mm的第一开槽241，第一开槽241沿噪声传播方向轴向设置，第一橡胶套24的侧壁上沿第一橡胶套24的圆周方向开设有多个均匀分布的第一橡胶套吸音孔242，第一橡胶套吸音孔242的直径为5mm，第一橡胶套24与第一声子晶体23之间形成有第一吸声腔243，第一吸声腔243具有三个。
第二声子晶体25的中间开设有圆柱形的第二台阶孔251，第二台阶孔251的侧壁上沿第二台阶孔251的圆周方向开设有多个均匀分布的第二声子晶体吸音孔252，第二声子晶体吸音孔252的直径为5mm，第二台阶孔251的底壁上开设有第二安装孔253，第二声子晶体25通过螺栓穿过第二安装孔253安装在斜面板22的表面；第二声子晶体25的外围四周套设有圆柱形的第二橡胶套26，第二橡胶套26的壁厚为10mm，第二橡胶套26上开设有宽度为10mm的第二开槽261，第二开槽261沿噪声传播方向轴向设置，第二橡胶套26的侧壁上沿第二橡胶套26的圆周方向开设有多个均匀分布的第二橡胶套吸音孔262，第二橡胶套吸音孔262的直径为5mm，第二橡胶套26与第二声子晶体25之间形成有第二吸声腔263，第二吸声腔263具有五个。
本实施例的高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量100份42.5R的普通硅酸盐水泥、100份尾矿砂、10份快硬硫铝酸盐水泥、0.2份长度5mm的聚乙烯醇聚乙烯醇纤维、20份粉煤灰、10份石膏、10份煅烧黏土、2份粉末状聚羧酸系减水剂和200份水；
(2)将普通硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以100r/min转速搅拌混合10min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以100r/min的转速搅拌混合5min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以100r/min的转速搅拌混合5min，得3D打印用复合水泥料浆；
(5)采用UG三维软件创建降噪屏障中基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型，经STL数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中；
(6)采用Simplify3D打印切片软件对步骤(5)中的基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片；
(7)根据步骤(5)和步骤(6)建立的3D打印程序，将步骤(4)中的3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板1和顶部单元板2；
(8)将步骤(7)中通过3D打印完成的基础单元板1和顶部单元板2送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护24h，再以10℃/h的升温速率升温至50℃，保温养护5h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板1和养护后的顶部单元板2；
(9)向步骤(8)中养护后的基础单元板1的空腔内填充吸音棉，再向步骤(8)养护后的顶部单元板2的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板1和装有声子晶体的顶部单元板2；
(10)根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个步骤(9)中填有吸音棉的基础单元板1依次堆叠拼装，再将步骤(9)中装有声子晶体的顶部单元板2搭建在填有吸音棉的基础单元板1的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高度4m的高速公路用降噪屏障。
实施例2
本实施例的高速公路用降噪屏障100，包括多个基础单元板1和顶部单元板2，其中，基础单元板1和顶部单元板2均采用纤维增强的高性能轻质混凝土通过3D打印制备而成，多个基础单元板1堆叠搭建，顶部单元板2搭建在基础单元板1的顶部。
基础单元板1的尺寸大小为3000mm×1500mm×800mm，基础单元板1包括面向高速公路噪声方向的面板11以及与面板11平行设置的背板12，面板11与背板12之间连接有连接块13，连接块13与面板11和背板12之间形成有用于填充吸音棉15的空腔14，吸音棉15的材质为玻璃纤维棉层，面板11的表面上开设有多个周期性阵列分布的吸音孔111，吸音孔111的直径为30mm，面板11的表面上还开设有多个散声圆弧槽112，多个散声圆弧槽112沿面板11的长度方向平行设置，多个散声圆弧槽112分别排列设置在吸音孔111的两侧。
顶部单元板2包括底板21和两个呈Y形设置在底板21上的斜面板22，底板21规定设置在基础单元板1的顶端，两个斜面板22分别成45°角的向底板21两侧斜上方延伸设置，斜面板22上安装有阵列分布的第一声子晶体23和第二声子晶体25，第一声子晶体23和第二声子晶体25的材料均为尼龙PA66，第一声子晶体23和第二声子晶体25依次间隔排列；第一声子晶体23为三棱柱形结构，第二声子晶体25为五棱柱形结构，第二声子晶体25的内接圆半径为第一声子晶体23的内接圆半径的1.5倍，第二声子晶体25的高度为第一声子晶体23的高度的1.5倍。
第一声子晶体23的中间开设有圆柱形的第一台阶孔231，第一台阶孔231的侧壁上沿第一台阶孔231的圆周方向开设有多个均匀分布的第一声子晶体吸音孔232，第一声子晶体吸音孔232的直径为7mm，第一台阶孔231的底壁上开设有第一安装孔233，第一声子晶体23通过螺栓穿过第一安装孔233安装在斜面板22的表面；第一声子晶体23的外围四周套设有圆柱形的第一橡胶套24，第一橡胶套24的壁厚为13mm，第一橡胶套24上开设有宽度为15mm的第一开槽241，第一开槽241沿噪声传播方向轴向设置，第一橡胶套24的侧壁上沿第一橡胶套24的圆周方向开设有多个均匀分布的第一橡胶套吸音孔242，第一橡胶套吸音孔242的直径为7mm，第一橡胶套24与第一声子晶体23之间形成有第一吸声腔243，第一吸声腔243具有三个。
第二声子晶体25的中间开设有圆柱形的第二台阶孔251，第二台阶孔251的侧壁上沿第二台阶孔251的圆周方向开设有多个均匀分布的第二声子晶体吸音孔252，第二声子晶体吸音孔252的直径为7mm，第二台阶孔251的底壁上开设有第二安装孔253，第二声子晶体25通过螺栓穿过第二安装孔253安装在斜面板22的表面；第二声子晶体25的外围四周套设有圆柱形的第二橡胶套26，第二橡胶套26的壁厚为13mm，第二橡胶套26上开设有宽度为15mm的第二开槽261，第二开槽261沿噪声传播方向轴向设置，第二橡胶套26的侧壁上沿第二橡胶套26的圆周方向开设有多个均匀分布的第二橡胶套吸音孔262，第二橡胶套吸音孔262的直径为7mm，第二橡胶套26与第二声子晶体25之间形成有第二吸声腔263，第二吸声腔263具有五个。
本实施例的高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量110份42.5R的普通硅酸盐水泥、110份尾矿砂、15份快硬硫铝酸盐水泥、0.3份长度7mm的聚乙烯醇纤维、30份粉煤灰、15份石膏、15份煅烧黏土、2.2份粉末状聚羧酸系减水剂和220份水；
(2)将普通硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以120r/min转速搅拌混合15min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以120r/min的转速搅拌混合7min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以120r/min的转速搅拌混合7min，得3D打印用复合水泥料浆；
(5)采用Solidworks三维软件创建降噪屏障中基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型，经STL数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中；
(6)采用Slic3r 3D打印切片软件对步骤(5)中的基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片；
(7)根据步骤(5)和步骤(6)建立的3D打印程序，将步骤(4)中的3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板1和顶部单元板2；
(8)将步骤(7)中通过3D打印完成的基础单元板1和顶部单元板2送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护26h，再以10℃/h的升温速率升温至53℃，保温养护6h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板1和养护后的顶部单元板2；
(9)向步骤(8)中养护后的基础单元板1的空腔内填充吸音棉，再向步骤(8)养护后的顶部单元板2的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板1和装有声子晶体的顶部单元板2；
(10)根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个步骤(9)中填有吸音棉的基础单元板1依次堆叠拼装，再将步骤(9)中装有声子晶体的顶部单元板2搭建在填有吸音棉的基础单元板1的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高度5m的高速公路用降噪屏障。
实施例3
本实施例的高速公路用降噪屏障100，包括多个基础单元板1和顶部单元板2，其中，基础单元板1和顶部单元板2均采用纤维增强的高性能轻质混凝土通过3D打印制备而成，多个基础单元板1堆叠搭建，顶部单元板2搭建在基础单元板1的顶部。
基础单元板1的尺寸大小为3000mm×1500mm×800mm，基础单元板1包括面向高速公路噪声方向的面板11以及与面板11平行设置的背板12，面板11与背板12之间连接有连接块13，连接块13与面板11和背板12之间形成有用于填充吸音棉15的空腔14，吸音棉15的材质为海绵层，面板11的表面上开设有多个周期性阵列分布的吸音孔111，吸音孔111的直径为40mm，面板11的表面上还开设有多个散声圆弧槽112，多个散声圆弧槽112沿面板11的长度方向平行设置，多个散声圆弧槽112分别排列设置在吸音孔111的两侧。
顶部单元板2包括底板21和两个呈Y形设置在底板21上的斜面板22，底板21规定设置在基础单元板1的顶端，两个斜面板22分别成45°角的向底板21两侧斜上方延伸设置，斜面板22上安装有阵列分布的第一声子晶体23和第二声子晶体25，第一声子晶体23和第二声子晶体25的材料均为尼龙PA66，第一声子晶体23和第二声子晶体25依次间隔排列；第一声子晶体23为三棱柱形结构，第二声子晶体25为五棱柱形结构，第二声子晶体25的内接圆半径为第一声子晶体23的内接圆半径的1.5倍，第二声子晶体25的高度为第一声子晶体23的高度的1.5倍。
第一声子晶体23的中间开设有圆柱形的第一台阶孔231，第一台阶孔231的侧壁上沿第一台阶孔231的圆周方向开设有多个均匀分布的第一声子晶体吸音孔232，第一声子晶体吸音孔232的直径为10mm，第一台阶孔231的底壁上开设有第一安装孔233，第一声子晶体23通过螺栓穿过第一安装孔233安装在斜面板22的表面；第一声子晶体23的外围四周套设有圆柱形的第一橡胶套24，第一橡胶套24的壁厚为15mm，第一橡胶套24上开设有宽度为20mm的第一开槽241，第一开槽241沿噪声传播方向轴向设置，第一橡胶套24的侧壁上沿第一橡胶套24的圆周方向开设有多个均匀分布的第一橡胶套吸音孔242，第一橡胶套吸音孔242的直径为10mm，第一橡胶套24与第一声子晶体23之间形成有第一吸声腔243，第一吸声腔243具有三个。
第二声子晶体25的中间开设有圆柱形的第二台阶孔251，第二台阶孔251的侧壁上沿第二台阶孔251的圆周方向开设有多个均匀分布的第二声子晶体吸音孔252，第二声子晶体吸音孔252的直径为10mm，第二台阶孔251的底壁上开设有第二安装孔253，第二声子晶体25通过螺栓穿过第二安装孔253安装在斜面板22的表面；第二声子晶体25的外围四周套设有圆柱形的第二橡胶套26，第二橡胶套26的壁厚为15mm，第二橡胶套26上开设有宽度为20mm的第二开槽261，第二开槽261沿噪声传播方向轴向设置，第二橡胶套26的侧壁上沿第二橡胶套26的圆周方向开设有多个均匀分布的第二橡胶套吸音孔262，第二橡胶套吸音孔262的直径为10mm，第二橡胶套26与第二声子晶体25之间形成有第二吸声腔263，第二吸声腔263具有五个。
本实施例的高速公路用降噪屏障的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量120份42.5R的普通硅酸盐水泥、120份尾矿砂、20份快硬硫铝酸盐水泥、0.4份长度10mm的聚乙烯醇纤维、40份粉煤灰、20份石膏、20份煅烧黏土、2.4份粉末状聚羧酸系减水剂和240份水；
(2)将普通硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以140r/min转速搅拌混合20min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以140r/min的转速搅拌混合10min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以140r/min的转速搅拌混合10min，得3D打印用复合水泥料浆；
(5)采用Pro-E三维软件创建降噪屏障中基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型，经STL数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中；
(6)采用EasyPrint 3D打印切片软件对步骤(5)中的基础单元板1和顶部单元板2的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片；
(7)根据步骤(5)和步骤(6)建立的3D打印程序，将步骤(4)中的3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板1和顶部单元板2；
(8)将步骤(7)中通过3D打印完成的基础单元板1和顶部单元板2送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护24-28h，再以10℃/h的升温速率升温至55℃，保温养护7h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板1和养护后的顶部单元板2；
(9)向步骤(8)中养护后的基础单元板1的空腔内填充吸音棉，再向步骤(8)养护后的顶部单元板2的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板1和装有声子晶体的顶部单元板2；
(10)根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个步骤(9)中填有吸音棉的基础单元板1依次堆叠拼装，再将步骤(9)中装有声子晶体的顶部单元板2搭建在填有吸音棉的基础单元板1的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高度6m的高速公路用降噪屏障。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤:
(1)制备3D打印用复合水泥浆料；
(2)以步骤(1)制备的3D打印用复合水泥浆料为原料，采用3D打印技术打印基础单元板和顶部单元板；
(3)将步骤(3)打印的基础单元板和顶部单元板置于蒸汽养护房中养护，分别得到养护后的基础单元板和养护后的顶部单元板；
(4)向步骤(3)中养护后的基础单元板中填充吸音棉，在步骤(3)中养护后的顶部单元板上安装声子晶体，得填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板；
(5)以步骤(4)中填有吸音棉基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板为材料，在高速公路的两侧搭建降噪屏障。
2.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述3D打印用复合水泥浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，分别称量100-120份硅酸盐水泥、100-120份尾矿砂、10-20份快硬硫铝酸盐水泥、0.2-0.4份长度5-10mm的聚乙烯醇纤维、20-40份粉煤灰、10-20份石膏、10-20份煅烧黏土、2-2.4份粉末状聚羧酸系减水剂和200-240份水；
(2)将硅酸盐水泥、尾矿砂、快硬硫铝酸盐水泥和聚乙烯醇纤维置于混凝土电动式搅拌机内，以100-140r/min转速搅拌混合10-20min，得预混料；
(3)将粉煤灰、石膏、煅烧黏土依次加入步骤(2)的预混料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得混合料；
(4)将粉末状聚羧酸系减水剂加入水中搅拌均匀，得减水剂溶液，将减水剂溶液加入步骤(3)的混合料中，以100-140r/min的转速搅拌混合5-10min，得3D打印用复合水泥料浆。
3.根据权利要求2所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述硅酸盐水泥的型号为P.O 42.5R，所述尾矿砂为含有二氧化硅、氧化铝和氧化铁且细度小于80um的粉料，所述煅烧黏土为高岭石黏土。
4.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述3D打印基础单元板和顶部单元板的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用三维软件创建降噪屏障中基础单元板和顶部单元板的三维数字模型，经数据转换后输入到水泥3D打印成型系统中；
(2)采用3D打印切片软件对步骤(1)中的基础单元板和顶部单元板的三维数字模型按照一定的厚度进行分层切片；
(3)根据步骤(1)和步骤(2)建立的3D打印程序，将3D打印用复合水泥料浆送入3D打印机的进料体系中，将进料体系与3D打印机的打印喷头连通，通过打印喷头对3D打印用复合水泥料浆进行逐层打印，分别得到基础单元板和顶部单元板。
5.根据权利要求4所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述三维软件为UG、Solidworks、Pro-E中的一种，所述数据转换格式为STL。
6.根据权利要求4所述的一种高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述3D打印切片软件为Simplify3D、Slic3r、EasyPrint 3D中的一种。
7.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述基础单元板和顶部单元板的养护方法为：
将基础单元板和顶部单元板送至蒸汽养护房中，首先在环境温度下自然养护24-28h，再以10℃/h的升温速率升温至50-55℃，保温养护5-7h，然后以10℃/h的降温速率降温至环境温度，取出，分别得到养护后的基础单元板和养护后的顶部单元板。
8.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板的制备方法为：
向养护后的基础单元板的空腔内填充吸音棉，再向养护后的顶部单元板的两个斜面上采用螺栓固定的方式阵列安装三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体，三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体依次间隔排列，并在三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的外围套装橡胶圆环套，然后向三棱柱声子晶体和五棱柱声子晶体的内圆柱孔中间填充吸音棉，得填有吸音棉的基础单元板和装有声子晶体的顶部单元板。
9.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述高速公路用降噪屏障的搭建方法为：
根据高速公路的具体路段及噪声情况确定降噪屏障的高度和长度，将多个填有吸音棉的基础单元板依次堆叠拼装，再将装有声子晶体的顶部单元板搭建在填有吸音棉的基础单元板的顶部，接缝处用水泥浆料涂补固定，得高速公路用降噪屏障。
10.根据权利要求1所述的高速公路用降噪屏障的制备方法，其特征在于：所述高速公路用降噪屏障的高度为4-6m。
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