CN113356100A - 一种轻质双层复合结构声屏障及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质双层复合结构声屏障及其制备方法，属于声屏障技术领域，该声屏障包括吸音层和背板，吸音层包括多孔结构的轻骨料，背板由高强纤维增韧水泥基复合材料制成，吸音层和背板紧密连接。本发明中声屏障抗弯承载力≥4kPa，且±4kpa风压时，最大弹性扰度≤L/250，残余变形≤LA/500，抗冲击性能≥35J，隔声量≥50dB，吸音系数≥0.85；与传统非金属声屏障相比，自重降低80％以上，该声屏障成型工艺简单，并因轻骨料多孔吸音层材料的应用而大大减轻了自重及安装吊装难度。
Description
技术领域
本发明涉及声屏障技术领域，具体涉及到一种轻质双层复合结构声屏障及其制备方法。
背景技术
目前有路面降噪、声屏障降噪和隔声窗降噪三种方式。声屏障降噪在公路与铁路交通中应用十分广泛，目前主要有两种形式--金属声屏障与非金属声屏障。其中非金属声屏障的优势体现在维护成本低、无锈蚀风险与疲劳破坏风险低等。
但是声屏障除具有良好的声学性能外，更重要的是适应于随车辆运行速度形成的气动力噪声和其正负脉动压力对声屏障的影响，特别是高速铁路桥梁段声屏障如何与桥梁系结构实现同质化、同寿命化是必要的。但目前声屏障市场可供产品质量达不到标准规定要求，频繁更换增加了维护成本，且同时存在空隙率低和耐久性差的问题。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种轻质双层复合结构声屏障及其制备方法，可有效解决现有声屏障中存在的空隙率低、耐久性差和更换周期短的问题。
为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明提供一种轻质双层复合结构声屏障，包括吸音层和背板，吸音层包括多孔结构的轻骨料，背板由高强纤维增韧水泥基复合材料制成，吸音层和背板紧密连接。
进一步地，吸音层位于背板的上层，形成声屏障的上下双层复合结构。
进一步地，吸音层和背板通过配置矩形钢筋笼、界面处理复合胶粘剂、键槽咬合、粗糙面或钢筋网片复合拉结筋进行连接，优选方式为界面处理复合胶粘剂或键槽咬合连接。
进一步地，通过配制矩形钢筋笼连接时，钢筋笼在声屏障上下双层中预埋深度≥2/3的吸音层厚度或者2/3背板厚度，距离声屏障板边缘≥60mm；通过界面处理复合胶粘剂的形式连接时，界面粗糙度凹凸深度宜控制在10±2mm；通过键槽咬合的形式连接时，采用倒梯形的构造，形成榫卯结构；通过钢筋网片复合拉结筋连接时，钢筋网片密度宜≤@100mm×100mm，拉结筋端部分别处于上下层材料中间，且与钢丝网片焊接在一起。
进一步地，吸音层中轻骨料为珍珠岩、聚苯颗粒、轻砂、玻化微珠和聚酰亚胺基体微球中的至少一种，优选为珍珠岩:聚酰亚胺基体微球:双组份聚氨酯按照质量比为1-1.5:0.3-0.5:0.1-0.2组成的混合轻骨料；其中，最大粒径≤3mm，粒径同级配，孔隙率≥30％，吸水率≤10％。
进一步地，轻骨料粘结剂为磷酸镁水泥或双组份聚氨酯。
进一步地，吸音层的空隙率8％～50％，吸水率≤5％，密度为200～500kg/m3。
进一步地，背板为高强纤维增韧水泥基复合材料制成的受力背板，抗压强度≥120MPa，抗拉强度≥6MPa，抗折强度≥20MPa，并在背板中间预埋钢筋网片。
进一步地，高强纤维增韧水泥基复合材料水泥包括以下重量份的组分：水泥460-650份、矿物掺合料450-650份、调凝剂30-60份、超细微粉50-90份、纤维20-30份、保水增稠材料0-0.3份、减水剂4-12份、消泡剂1-3份、水280-350份和细集料400-700份；其中，纤维为短切型玄武岩纤维与钢纤维按照质量比为1-2:3-5组成的复合纤维。
进一步地，水泥为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。
进一步地，超细微粉为硅灰、钛白粉和玻璃粉中的至少一种；其中，超细微粉的粒径为0.01-4.0μm。
进一步地，多孔材料为稻壳灰、玻璃空心微珠、铝泡沫多孔材料、漂珠和煤气化渣中的至少一种；其中，多孔材料的密度为0.7-2.3g/cm3，比表面积为500-1400m2/kg。
进一步地，减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂。
进一步地，消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、脂肪酸类消泡剂和磷酸酯类消泡剂中的至少一种。
进一步地，细集料为石英粉、铁尾矿砂和煤矸石粉中的至少一种。
进一步地，细集料为由质量比为200～300：220～400的石英粉和铁尾矿组成；其中，石英粉的粒径不超过200目。
进一步地，保水增稠材料为砂浆塑化剂、胶粉、纤维素醚或砂浆稠化粉。
进一步地，调凝剂为激发剂、特种水泥和缓凝剂按照1～3:1～3:1～3复配而成；其中，激发剂为氢氧化钙、氧化钙、硅酸钠、偏硅酸钠、偏硅酸钾、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾或硫酸盐；特种水泥为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥或高铝水泥；缓凝剂为磷酸盐类缓凝剂、硼砂、蛋白质类缓凝剂、羟基羧酸盐类缓凝剂或糖类缓凝剂。
本发明还提供上述轻质双层复合结构声屏障的制备方法，该声屏障采用分层浇筑的方式制得，具体为：先浇筑背板，然后进行界面处理或配置拉结筋；待背板初凝后，浇筑吸音层的轻骨料多孔结构混凝土，浇筑后终凝完毕，即可。
进一步地，上述轻质双层复合结构声屏障的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：按照超高性能水泥基纤维增韧材料的配比将各组分搅拌混合均匀并浇筑于模具中，然后进行界面处理或配置拉结筋；
步骤(2)：配制轻骨料多孔结构混凝土；
步骤(3)：待步骤(1)模具中背板初凝后，将步骤(2)所得的轻骨料多孔结构混凝土浇筑于模具中，养护，拆模，即可。
进一步地，步骤(3)中浇筑轻骨料多孔结构混凝土后在温度20±5℃，湿度90±5％养护20天，即可。
本发明中所使用的原料和涉及的工艺方法若无特殊限定，如聚羧酸系减水剂等均可采用本领域的常规试剂和技术方法。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明提供一种轻质双层复合结构声屏障，包括吸音层和背板，由高强纤维增韧水泥基复合材料制成的受力背板，提高了声屏障的力学性能与耐久性，使其满足标准规定的要求，延长使用周期；吸音层包括多孔结构的轻骨料，相比传统吸音层材料，空隙率可提高1倍以上，重量降低80％以上，且成型模具和成型工艺简单；吸音层和背板采用界面处理复合胶粘剂、键槽咬合、钢筋网片复合拉结筋连接等方式紧密连接，耐久性和安全性高，相比现有的声屏障体系更换周期至少延长1倍。
2、本发明中轻质双层复合结构声屏障的制备采用分层浇筑的方式，且成型模具和成型工艺简单，具有操作简单和成型度高的特点。
3、本发明中轻质双层复合结构声屏障的抗弯承载力≥4kPa，且±4kpa风压时，最大弹性扰度≤L/250，残余变形≤LA/500，抗冲击性能≥35J，隔声量≥50dB，吸音系数≥0.85，100mm厚的声屏障面密度≤100kg/m3。
附图说明
图1为本发明粗糙面咬合形式的结构示意图；
图2为本发明结合面倒梯形键槽咬合形式的结构示意图；
图3为本发明配置拉结筋形式的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本例提供一种轻质双层复合结构声屏障，包括吸音层和背板，吸音层包括多孔结构的轻骨料，背板由高强纤维增韧水泥基复合材料制成，吸音层和背板紧密连接，如图3所示，为配置钢筋网片的纤维增韧水泥基材料成型的受力背板，并复合珍珠岩多孔轻骨料混凝土的吸音层，跨度2m，背板与吸音层均配筋100mm×100mm的公称直径为5mm的中强度预应力钢丝网片，并依梅花状配置200×200mm的拉结筋，吸音板厚度为60mm，背板厚度为40mm；两侧插入到合适的H型钢柱中，5张板子拼接在一起形成声隔障单元，将其安装在公路两旁吸收噪音；
其中，高强纤维增韧水泥基复合材料水泥包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥500份、粉煤灰500份、调凝剂(具体为氢氧化钙、铝酸盐水泥和硼砂按照1:2:1复配而成)50份、钛白粉70份、纤维25份、保水增稠材料0.2份、聚羧酸系减水剂8份、有机硅类消泡剂(产品型号为AFE-76-10)2份、水300份和细集料(具体由质量比为200：300的石英粉和铁尾矿组成；其中，石英粉的粒径不超过200目)600份；其中，纤维为短切型玄武岩纤维与钢纤维按照质量比为1:3组成的复合纤维；
吸音层中轻骨料为珍珠岩:聚酰亚胺基体微球:双组份聚氨酯按照质量比为1:0.5:0.2组成，最大粒径≤3mm，粒径同级配，孔隙率≥30％，吸水率≤10％。
上述轻质双层复合结构声屏障的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：按照超高性能水泥基纤维增韧材料的配比将各组分搅拌混合均匀并浇筑于模具中，然后进行配置拉结筋；
步骤(2)：配制轻骨料多孔结构混凝土；
步骤(3)：待步骤(1)模具中背板初凝后，将步骤(2)所得的轻骨料多孔结构混凝土浇筑于模具中，在温度20±5℃，湿度90±5％养护20天，即可。
实施例2
本例提供一种轻质双层复合结构声屏障，包括吸音层和背板，吸音层包括多孔结构的轻骨料，背板由高强纤维增韧水泥基复合材料制成，吸音层和背板紧密连接，如图1所示，为配置钢筋网片的纤维增韧水泥基材料成型的受力背板，并以粗糙面咬合的形式复合珍珠岩多孔轻骨料混凝土，跨度2m，背板配筋100mm×100mm的公称直径为5mm的中强度预应力钢丝网片，吸音板厚度为60mm，背板厚度为40mm，两侧插入到H型钢柱中，5张板子拼接在一起形成声隔障单元，将其安装在公路两旁吸收噪音；其制备方法与其他具体参数与实施例1相同。
实施例3
本例提供一种轻质双层复合结构声屏障，如图2所示，与实施例1的区别仅在于：吸音层和背板通过键槽咬合的形式连接时，采用倒梯形的构造，形成榫卯结构；其余步骤及参数与实施例1相同。
对比例1
本例提供配置钢筋网片的纤维增韧水泥基材料成型的受力背板，受力背板没有复合包括珍珠岩多孔轻骨料的吸音层，跨度2m，背板配筋为100mm×100mm的公称直径为5mm的中强度预应力钢丝网片，背板厚度为40mm；两侧插入到合适的H型钢柱中，5张板子拼接在一起形成声隔障单元，将其安装在公路两旁吸收噪音。
对比例2
本例提供一种由配置钢筋网片的轻骨料珍珠岩混凝土成型的吸音层板，没有设置由高强纤维增韧水泥基复合材料制成的受力背板，跨度2m，背板配筋为100mm×100mm的公称直径为5mm的中强度预应力钢丝网片，吸音板厚度为60mm。两侧插入到H型钢柱中，5张板子拼接在一起形成声隔障单元，将其安装在公路两旁吸收噪音。
实验例1
本例进行性能检测：根据TBT3122-2010《铁路声屏障构件及测试方法》对实施例1-2以及对比例1～2中声屏障性能进行检测，其中基材抗压强度、吸水率采用100mm×100mm×100mm试件；耐火极限依据标准(GBT 9978.8-2008)《建筑构件耐火试验方法第8部分：非承重垂直分隔构件的特殊要求》进行。
表1实施例1-2以及对比例1～2声屏障物理、力学性能
表2实施例1-2以及对比例1～2声屏障热力学、隔声性能
| 项目 | 燃烧性能 | 耐火极限(h) | 隔声性能(dB) | 吸音系数NRC |
| 实施例1 | A1 | 3 | 50 | 0.85 |
| 实施例2 | A1 | 3 | 50 | 0.85 |
| 对比例1 | A1 | 3 | 35 | 0.3 |
| 对比例2 | A1 | 3 | 50 | 0.85 |
由表2可知，本发明中轻质双层复合结构声屏障的抗弯承载力≥4kPa，且±4kpa风压时，最大弹性扰度≤L/250，残余变形≤LA/500，抗冲击性能≥35J，隔声量≥50dB，吸音系数≥0.85，100mm厚的声屏障面密度≤100kg/m3。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，包括吸音层和背板，吸音层包括多孔结构的轻骨料，背板由高强纤维增韧水泥基复合材料制成，吸音层和背板紧密连接。
2.如权利要求1所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述吸音层位于背板的上层，形成声屏障的上下双层复合结构。
3.如权利要求1所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述吸音层和背板通过配置矩形钢筋笼、界面处理复合胶粘剂、键槽咬合、粗糙面或钢筋网片复合拉结筋进行连接。
4.如权利要求3所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述吸音层和背板通过配制矩形钢筋笼连接时，钢筋笼在声屏障上下双层中预埋深度≥2/3的吸音层厚度或2/3背板厚度，距离声屏障板边缘≥60mm；通过界面处理复合胶粘剂的形式连接时，界面粗糙度凹凸深度为10±2mm；通过键槽咬合的形式连接时，采用倒梯形的构造，形成榫卯结构；通过钢筋网片复合拉结筋连接时，钢筋网片密度≤@100mm×100mm，拉结筋端部分别处于上下层材料中间，且与钢丝网片焊接。
5.如权利要求1所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述吸音层中轻骨料为珍珠岩、聚苯颗粒、轻砂、玻化微珠和聚酰亚胺基体微球中的至少一种。
6.如权利要求5所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述轻骨料为珍珠岩:聚酰亚胺基体微球:双组份聚氨酯按照质量比为1-1.5:0.3-0.5:0.1-0.2组成的混合轻骨料。
7.如权利要求1所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述吸音层的空隙率8％～50％，吸水率≤5％，密度为200～500kg/m3。
8.如权利要求1所述的轻质双层复合结构声屏障，其特征在于，所述高强纤维增韧水泥基复合材料水泥包括以下重量份的组分：水泥460-650份、矿物掺合料450-650份、调凝剂30-60份、超细微粉50-90份、纤维20-30份、保水增稠材料0-0.3份、减水剂4-12份、消泡剂1-3份、水280-350份和细集料400-700份；其中，纤维为短切型玄武岩纤维与钢纤维按照质量比为1-2:3-5组成的复合纤维。
9.权利要求1-8任一项所述的轻质双层复合结构声屏障的制备方法，其特征在于，采用分层浇筑的方式制得，分层浇筑的具体过程为：先浇筑背板，然后进行界面处理或配置拉结筋；待背板初凝后，浇筑吸音层的轻骨料多孔结构混凝土，浇筑后终凝完毕，即可。
10.如权利要求9所述的轻质双层复合结构声屏障的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤(1)：按照超高性能水泥基纤维增韧材料的配比将各组分搅拌混合均匀并浇筑于模具中，然后进行界面处理或配置拉结筋；
步骤(2)：配制轻骨料多孔结构混凝土；
步骤(3)：待步骤(1)模具中背板初凝后，将步骤(2)所得的轻骨料多孔结构混凝土浇筑于模具中，养护，拆模，即可。
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