CN113846580B - 一种碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法。该声屏障单元是将吸声块装入碳纤维骨架并在碳纤维骨架外缠绕碳纤维单向布而成；碳纤维单向布缠绕时在背风面的区域粘接，有效形成迎风面噪声的吸收与背风面噪声的阻隔。内部吸声块由水性阻尼涂料、陶粒，环氧树脂发泡材料组成，陶粒间环氧树脂发泡材料形成的不同粒径的孔道以及水性阻尼材料的阻尼降噪实现对不同频率噪声的处置。水性阻尼涂料分布在陶粒表层，大大增加阻尼的工作面积；环氧树脂经高速搅拌形成的气泡在负压环境下向上运动，形成延续的孔道，可实现有利降噪。碳纤维筋材、单向布、陶粒等材料的使用，都可以有效降低声屏障单元的自重，减轻声屏障结构对桥梁荷载的要求。

Description

一种碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法
技术领域
本发明属于桥梁结构用声屏障技术领域，具体涉及一种碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法。
背景技术
研究表明，道路噪声主要是车辆行驶时车辆本身以及轮胎与路面间的相互作用产生的随机非稳态的流动噪声。车辆启动、制动和行驶过程中轮胎的振动及其振动过程中附近的气流产生泵浦效应。国内外研究学者对这种泵浦效应产生噪声的强度、机理等进行了研究，该种噪声的频率较高，声屏障可对这种噪声产生有效阻隔。但对于桥梁这种特殊的路面结构，在车辆行驶中，桥梁结构振动导致结构表面附近空气气流的扰动，产生噪声，此种噪声的频率大多数集中在100Hz以下。相较于其他频段的噪声，该类噪声属于低频噪声，常规的吸-隔声屏障的治理效果较差。与高频噪声随距离迅速衰减的性能不同，低频噪声递减很慢，声波较长，可以轻易穿越障碍物，对人体噪声伤害。
传统的路用声屏障材料主要为水泥混凝土，隔声效果明显，吸声性能差，后期引入建筑砌块、珍珠岩等进行吸声性能的研发，性价比高，耐久性优异，但自重较大，对承载力要求较高，不适宜用于桥梁结构中；且只对特定频段的噪声具有降噪效果。
彩钢复合板等声屏障自重轻、美观、隔声性能良好又易于安装，符合高架路、公路桥对设置空间、美观等要求。但彩钢复合板里填充的材料主要为超细玻璃棉、矿棉等无机纤维类材料，这类材料强度低，易断，易粉化，不防水，结构对水致密性要求较高。
新型吸声材料泡沫铝密度小，质轻，在低频范围内具有良好的吸声效果，尤其是低于1000Hz左右的频率范围。存在的缺陷主要为现有的泡沫铝内部孔结构多为闭孔，不存在连通，且泡孔壁较厚，主要依靠表面漫反射消耗声能，难以达到降噪效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质、降噪效果优异的可用于对承载力要求较高的桥梁结构的声屏障单元的制备方法。可应用于高速公路、高速铁路、市政快速路等领域。
本发明所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元是将吸声块装入碳纤维骨架并在碳纤维骨架外缠绕碳纤维单向布而成。
所述的碳纤维骨架的制备方法为：将碳纤维筋材制成长方体空心骨架，然后在八个端头涂刷环氧树脂类结构胶后插入三向接头内，挤出多余胶体，室温养护，形成碳纤维骨架。
所述三向接头内置螺纹。
所述吸声块的制备方法为：(1)将水性阻尼涂料与单粒径的陶粒混合均匀，形成点对点粘结的陶粒体，常温下养护7d；(2)将环氧树脂发泡材料的各原料混合并经高速剪切后灌入陶粒体内，移入真空箱中进行抽提并固化，真空度为0.08-0.09MPa，温度为70-90℃，持续时间为0.5-1.5min。
所述的陶粒为粒径为3-5mm的免烧陶粒。
所述的水性阻尼涂料为具有多层核壳结构的改性丙烯酸酯乳液。
所述的环氧树脂发泡材料按质量份计各原料组成为：90-100份双酚A，1-10份双酚F，5-10份稀释剂，1-2份偶联剂，15-20份酚醛胺固化剂，45-50份四氢苯二甲酸酐，100-200目的空心微珠60-80份。
所述的碳纤维骨架外缠绕碳纤维单向布时，缠绕到背风面的碳纤维单向布的层与层之间需涂刷胶液；缠绕完毕后，40-60℃养护固化20-30h。
本发明具有的有益效果如下：
(1)质轻，强度高，耐腐蚀。本发明所述的声屏障单元外部骨架结构为碳纤维骨架增强式。相较于传统的金属结构，碳纤维筋材自重低，强度高，耐腐蚀。吸声块的骨架结构为一定粒径的陶粒，相较于水泥混凝土类的吸-隔声材料，陶粒颗粒内部孔隙丰富，密度小，自重低。碳纤维筋材、单向布、陶粒等材料的使用，可以有效降低声屏障单元的自重，减轻对桥梁结构基础承载力的要求。
(2)复合式降噪。本发明所述的声屏障单元具有复合式降噪功能。碳纤维单向布缠绕时在背风面的区域粘接，有效形成迎风面噪声的吸收与背风面噪声的阻隔；内部吸声块的陶粒间的环氧树脂发泡材料形成的不同粒径的孔道以及水性阻尼材料的阻尼降噪实现对不同频率噪声的处置；水性阻尼涂料分布在陶粒表层，大大增加阻尼的工作面积；环氧树脂经高速搅拌形成的气泡在负压环境下向上运动，形成延续的孔道，可实现有利降噪。使用中，噪声经迎风面的碳纤维单向布进入吸声块，通过陶粒表层的水性阻尼涂层与陶粒间的环氧树脂发泡材料进行摩擦与能量转化、消耗，此后尚未被完全消耗的噪声通过浸胶的碳纤维单向布反射后，继续进行前述的消耗。
附图说明
图1为碳纤维增强式桥用声屏障单元的碳纤维骨架的示意图；
图2为碳纤维增强式桥用声屏障单元的内部吸声块的结构示意图；
图3为碳纤维单向布缠绕碳纤维骨架的示意图。
其中，1-三向接头，2-碳纤维筋材，3-陶粒，4-水性阻尼涂层，5-环氧树脂发泡体，6-碳纤维单向布(缠绕)，7-碳纤维单向布(涂胶背风面)。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
1、吸声块的制备：
(1)将粒径5mm的免烧陶粒与具有多层核壳结构的改性丙烯酸酯乳液以质量比6:1混合均匀，装入模具中，常温下养护7d，形成点对点粘结的陶粒体。
(2)将90g双酚A、10g双酚F、5g稀释剂(501)、2g偶联剂(KH-560)、B组份：15g酚醛胺固化剂、45g四氢苯二甲酸酐、150目的空心微珠60g混合并经高速剪切后灌入陶粒体内，移入真空箱中进行抽提并固化，温度80℃，真空度为0.08-0.09MPa，持续时间为1min。
2、碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备：
(1)将碳纤维筋材制成长方体空心骨架，然后在八个端头涂刷环氧树脂结构胶后插入内置螺纹的三向接头内，挤出多余胶体，室温养护7d，形成碳纤维骨架。
(2)将上述制备完成的吸声块装入碳纤维骨架中，然后将碳纤维单向布沿着碳纤维骨架进行缠绕，缠绕到背风面的碳纤维单向布的层与层之间涂刷环氧树脂结构胶；缠绕完毕后，50℃养护固化24h。

Claims (4)

1.一种碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法，其特征在于，所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元是将吸声块装入碳纤维骨架并在碳纤维骨架外缠绕碳纤维单向布而成；
所述的碳纤维骨架的制备方法为：将碳纤维筋材制成长方体空心骨架，然后在八个端头涂刷环氧树脂类结构胶后插入三向接头内，挤出多余胶体，室温养护，形成碳纤维骨架；
所述吸声块的制备方法为：（1）将水性阻尼涂料与单粒径的陶粒混合均匀，形成点对点粘结的陶粒体，常温下养护7d；（2）将环氧树脂发泡材料的各原料混合并经高速剪切后灌入陶粒体内，移入真空箱中进行抽提并固化，真空度为0.08-0.09MPa，温度为70-90℃，持续时间为0.5-1.5min；
所述的碳纤维骨架外缠绕碳纤维单向布时，缠绕到背风面的碳纤维单向布的层与层之间需涂刷胶液；缠绕完毕后，40-60℃养护固化20-30h；
所述的陶粒为粒径为3-5mm的免烧陶粒。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法，其特征在于，所述三向接头内置螺纹。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法，其特征在于，所述的水性阻尼涂料为具有多层核壳结构的改性丙烯酸酯乳液。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强式桥用声屏障单元的制备方法，其特征在于，所述的环氧树脂发泡材料按质量份计各原料组成为：90-100份双酚A，1-10份双酚F，5-10份稀释剂，1-2份偶联剂，15-20份酚醛胺固化剂，45-50份四氢苯二甲酸酐，100-200目的空心微珠60-80份。
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