CN1308551C - 水泥基复合吸声材料、其制造方法及一种声屏障吸声板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水泥基复合吸声材料、其制造方法及一种声屏障吸声板。该水泥基复合吸声材料由纤维质多孔吸波材料、表面改性剂、水泥和水混合分层布料压制而成，其中纤维质多孔吸波材料为木梗、植物秸秆或棒状材料，其截面尺寸为0.5～6mm×0.5～6mm，长度为30mm～150mm。本发明经原料搅拌、分层布料、合模加压、养护、切割等步骤加工水泥基复合吸声材料，其工艺简单、易操作、成本低、降噪系数高和外观质量好、防火防腐，可直接用作吸声型声屏障，适于交通路网吸声降噪工程使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥基复合吸声材料、其制造方法及声屏障吸声板，属于交通路网吸声降噪用的功能型建筑材料领域。
背景技术
为防止噪声污染，通常从噪声源、噪声传播途径和接受者三方面寻求控制对策。对大型交通路网而言，设置声屏障则是有效控制环境噪声污染的最佳措施。声波传播过程中遇到屏障时，一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分被透射和绕射。隔声型声屏障的声波反射系数大，透射系数很小，对道路外侧的降噪效果较好，而道路内侧噪声仍然很大。吸声型声屏障通过其表面的高效吸声结构吸收声波和能量耗损，“吃掉”部分噪声，可同时改善道路内外两侧的声环境。因此，从技术发展和使用要求来看，声屏障发展主流是吸声型声屏障。本发明的水泥基复合吸声材料则主要用作吸声型声屏障。
目前水泥基木质吸声材料均采用木材碎屑与水泥混合搅拌、凝固、脱模的方法。例如，申请号为98100460的中国专利公开了一种制造木材水泥板的方法，它是将浸润后的片状木材置于容器中，在搅拌下加水泥和硬化剂，然后入模成型。用这种方法制成的木材水泥板表面不平整，板材表观较差，吸声系数仅为0.5左右，通过增加水泥用量可以改善表面状况，但是这使木材水泥板比重增加，吸声性能下降。申请号为00120631.1的中国专利公开了一种木材泡沫水泥吸声板的制造方法，是将水泥发泡剂和水泥混匀后，放入模具中加压、发泡、固化，在室温下固化12～48小时后脱模，然后在室温下继续固化一至二周得木材泡沫水泥吸声板。用这种方法制成的木材泡沫水泥吸声板吸声系数在0.62～0.72左右，由于木屑需要预浸泡，导致生产工艺复杂，周期较长。上述两种吸声材料用作吸声屏障使用时，因其抗折强度低，易于断裂，必须要与高强背板复合使用，成本较高，其工程进度慢，费工耗时。
发明内容
为了解决上述技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种简化生产工艺、操作方便、降噪系数高和表面平整的水泥基复合吸声材料及其制造方法，同时还提供了一种可直接利用的声屏障吸声板。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种水泥基复合吸声材料，其特点为：它由纤维质多孔吸波材料、表面改性剂、水泥和水混合后分层布料压制而成，所述表面改性剂为硅酸钠和硫酸铝；其中，水泥含量为150～350kg/m3，纤维质多孔吸波材料含量为160～300kg/m3，硅酸钠含量为7～20kg/m3，硫酸铝含量为10～20kg/m3；所述纤维质多孔吸波材料的材质为木梗、植物秸秆或人工合成的棒状材料，其形状为方柱状或圆柱状或其它不规则形状，其中，柱状材料的截面尺寸为0.5～6mm×0.5～6mm；圆柱状材料的直径Φ为0.5mm～6mm，其长度均为30mm～150mm。
上述复合吸声材料中，混合材料中还包括含量为10～29kg/m3聚合物乳液，如环氧乳液、丙烯酸乳液、或醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液，并且聚合物乳液的固含量为50％。
上述复合吸声材料中，在分层布料时还可以加入至少一层加强材料，如网状材料或板状材料，所述网状材料为镀锌钢丝网或纤维网，所述板状材料为竹筋或木条。
本发明的第二个目的是提供一种上述水泥基复合吸声材料的制造方法，其特点为：它包括有如下步骤，
1)原料搅拌：将纤维质多孔吸波材料与硅酸钠水溶液混合搅拌，然后，加入硫酸铝水溶液继续搅拌，再加入水泥搅拌均匀成混合料；
2)分层布料：将步骤1)的混合料置于模具中且分层布料，每层厚度为50mm～100mm；
3)合模加压并紧锁：压力为0.30MPa～2.0MPa；
4)养护成型：将步骤3)压制的材料带模蒸汽养护，其蒸汽温度为40℃～90℃，蒸汽养护时间为4h～10h，卸压后脱模为坯体；坯体密封置自然条件下养护7～28天后，再经切割成为所述的水泥基复合吸声材料。
步骤1)还可以加入10～29kg/m3的聚合物乳液，聚合物乳液的固含量为50％。
上述方法中，步骤1)可以通过调整原料含量得到不同密度的混合料，步骤2)所述分层布料是指将不同密度的混合料分别依次铺设，高密度混合料置于底层，低密度混合料置于面层，并于底层或面层内加入网状材料或板状材料。
步骤2)中所述分层布料为4～8层。
用步骤1)的方法得到单一密度的混合料，步骤2)所述分层布料是指将单一密度的混合料分层铺设，并于底层或面层内加入网状材料或板状材料。
本发明的第三个目的是提供二种声屏障吸声板，其特点为：它由上述的吸声材料用上述方法制成。
采用本发明的技术方案，其有益效果如下：由于利用硫酸盐和硅酸盐对纤维质多孔吸波材料进行表面处理，促进了水泥的凝结硬化，提高了复合吸声材料的防火性和防腐性；通过掺入聚合物乳液，提高了水泥基复合吸声材料的界面粘结强度和抗弯强度。采用本发明的特殊规格尺寸的棒状纤维质多孔吸波材料与水泥混合，可使复合吸声材料具有优异的吸声孔结构和孔隙率。通过在面层和底层中加入加强材料，显著提高了水泥基复合吸声材料的抗弯强度和抗冲击强度。本发明的技术方案具有工艺简单、操作方便、成本低廉、降噪系数高和外观质量好、可直接作吸声型声屏障等特点。吸声型声屏障适用于交通路网的吸声降噪工程。
具体实施方式
本发明的水泥基复合吸声材料，由纤维质多孔吸波材料、表面改性剂、水泥和水混合分层布料压制而成，表面改性剂采用硫酸盐和硅酸盐；具体的，以制备1m3的水泥基复合吸声材料为例，可将160～300kg纤维质多孔吸波材料先与浓度为10％的硅酸盐水溶液70～200kg混合后，加入浓度为12.5％的硫酸盐水溶液80～160kg继续搅拌；然后再加入150～350kg的水泥混合搅拌均匀；为提高复合吸声材料的界面粘结强度，可在水泥中先加入10～29kg聚合物乳液(如环氧乳液、丙烯酸乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液)，两者用水混合均匀后再与经改性的纤维质多孔吸波材料混合均匀。
本发明中，纤维质多孔吸波材料的材质可以为木梗、植物秸秆或人工合成的棒状材料，其形状可以为规则的或不规则的，最适当的棒状材料截面尺寸为0.5～6mm×0.5～6mm，长度为30mm～150mm。棒状材料为方柱状时，方柱状材料的截面尺寸为0.5～6mm×0.5～6mm，为圆柱状时，圆柱状材料的直径Φ为0.5mm～6mm。
本发明的水泥基复合吸声材料的制造方法，有两种方式：
其一，采用调整各组分比例的方式得到不同密度的混合料，纤维质多孔吸波材料用量不变，水泥用量少的则形成的混合料密度低，反之，形成的混合料密度高；再将不同密度的混合料置于模具中，分4至8层布料，高密度混合料置于底层，低密度混合料置于面层，同时，在底层或面层内设至少一层网状材料或板状材料，也可在底层和面层内分别加入一层网状材料或板状材料，该网状材料为镀锌钢丝网或纤维网，板状材料为竹筋或木条，以提高上述吸声材料的抗折强度。然后合模加压，压力为0.30MPa～2.0MPa；在40℃～90℃的温度内带模蒸汽养护，蒸汽养护时间为4h～10h，卸压后脱模为坯体；坯体密封置自然条件下养护7～28天后，再经切割成为所述的水泥基复合吸声材料。
其二，采用单一密度的混合料置于模具中，分层布料，每层厚度为50mm～100mm；同时，在底层或面层内设至少一层网状材料或板状材料，也可在底层和面层内分别加入一层网状材料或板状材料，该网状材料为镀锌钢丝网或纤维网，板状材料为竹筋或木条，以提高上述吸声材料的抗折强度。
本发明参照JC411测试水泥基复合吸声材料的密度和抗折强度，参照GBJ88测试水泥基复合吸声材料吸声系数，并换算成降噪系数。
下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明不仅限于所述的实施例。
实施例1
先用2.05千克浓度为10.1％的硅酸钠水溶液与尺寸为1.8mm×2.0mm×48mm的4.41千克木梗混合搅拌后，加入2.06千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液继续搅拌，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥3.44千克混合均匀，然后在模具中分层布料，底层厚度为60mm，以上每层厚度为70mm，并在铺底层时在其中加设钢丝直径为1.1mm、网眼尺寸为25mm×25mm的镀锌钢丝网。合模加压后，在60℃下带模蒸汽养护12小时，脱模后成为420mm×420mm×100mm的坯体，再密封养护28天后得表面平整、具有多孔连通结构的水泥基复合吸声材料。
经测试，该例水泥基复合吸声材料的绝干密度为484kg/m3，抗折强度达4.4MPa，降噪系数为0.77。
实施例2
用1.81千克浓度为11.5％的硅酸钠水溶液和1.61千克浓度为16.0％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的4.41千克木梗。将强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥3.44千克与固含量为50％的醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液0.35千克和0.82千克水混合均匀，然后加入处理后的木梗混合均匀，在模具中分层布料，每层厚度约为70mm，合模加压后，在60℃下带模蒸汽养护12小时，脱模后成为420mm×420mm×100mm的坯体，再密封养护28天后得表面平整、具有多孔连通结构的水泥基复合吸声材料。
经测试，该例水泥基复合吸声材料的绝干密度为508kg/m3，抗折强度达4.2MPa，降噪系数为0.81。
实施例3
用15.22千克浓度为11.0％的硅酸钠水溶液和15.57千克浓度为13.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为2.2mm×2.0mm×76mm的36.08千克木梗。将强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥28.08千克与固含量为50％的醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液2.78千克和6.42千克水混合均匀，然后加入处理后的木梗混合均匀，在模具中分层布料，每层厚度约为60mm，合模加压后，在60℃下带模蒸汽养护6小时，脱模后成为2400mm×1200mm×60mm的坯体，再密封养护28天后得表面平整、具有多孔连通结构的水泥基复合吸声材料。
经测试，该例水泥基复合吸声材料的绝干密度为408kg/m3，抗折强度达1.8MPa，降噪系数为0.75。
实施例4
用2.51千克浓度为8.2％的硅酸钠水溶液和2.06千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为2.2mm×2.0mm×76mm的4.41千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥3.44千克混合均匀，然后在模具中分层布料，底层和面层厚度为60mm，中间每层厚度约为70mm，并于底层和面层内设置尺寸为24mm×9.5mm×420mm的竹筋。合模加压后，在60℃下带模蒸汽养护6小时，脱模后成为420mm×420mm×110mm的坯体，再密封养护28天后得表面平整、具有多孔连通结构的水泥基复合吸声材料。
经测试，该例水泥基复合吸声材料的绝干密度为433kg/m3，抗折强度达3.1MPa，降噪系数为0.83。
实施例5
水泥基复合吸声材料分五层布料：第一层用0.43千克浓度为9.6％的硅酸钠水溶液和0.42千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的0.88千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥1.15千克混合均匀；第二层用0.45千克浓度为9.2％的硅酸钠水溶液和0.42千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的0.88千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥0.99千克混合均匀；第三层用0.35千克浓度为11.8％的硅酸钠水溶液和0.42千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的0.88千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥0.84千克混合均匀；第四层用0.33千克浓度为12.5％的硅酸钠水溶液和0.42千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的0.88千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥0.69千克混合均匀；第五层用0.33千克浓度为12.5％的硅酸钠水溶液和0.42千克浓度为12.5％的硫酸铝水溶液分先后处理规格尺寸为1.8mm×2.0mm×76mm的0.88千克木梗，再与强度等级为42.5的R型硅酸盐水泥0.57千克混合均匀；然后在模具中从第一层至第五层分层布料，第一层为底层，在第一层内设置钢丝直径为1.1mm、网眼尺寸为25mm×25mm的镀锌钢丝网。合模加压后，在60℃下带模蒸汽养护12小时，脱模后成为420mm×420mm×110mm的坯体，再密封养护28天后得表面平整、具有多孔连通结构的水泥基复合吸声材料。
经测试，该例水泥基复合吸声材料，绝干密度为486kg/m3，抗折强度达4.8MPa，降噪系数为0.88。
上述实施例的水泥基复合吸声材料在本发明中直接用作声屏障吸声板，在交通路网中使用时，不必再与高强背板复合。
Claims (10)
1.一种水泥基复合吸声材料，其特征在于：它由纤维质多孔吸波材料、表面改性剂、水泥和水混合后分层布料压制而成，所述表面改性剂为硅酸钠和硫酸铝，所述纤维质多孔吸波材料为木梗、植物秸秆或人工合成的棒状材料，其截面尺寸在0.5mm～6mm×0.5mm～6mm，并且长度在30mm～150mm；其中，每一体积复合吸声材料中，水泥含量为150～350重量份，纤维质多孔吸波材料含量为160～300重量份，硅酸钠含量为7～20重量份，硫酸铝含量为10～20重量份。
2.根据权利要求1所述的复合吸声材料，其特征在于：用于分层布料的材料中还包括10～29重量份的聚合物乳液，所述聚合物乳液为环氧乳液、丙烯酸乳液、或醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液。
3.根据权利要求1或2所述的吸声材料，其特征在于：所述分层布料时加入至少一层加强材料，所述加强材料为镀锌钢丝网或纤维网的网状材料，或为竹筋或木条的板状材料。
4.一种权利要求1所述水泥基复合吸声材料的制造方法，其特征在于：它包括有如下步骤，
1)原料搅拌：将纤维质多孔吸波材料与硅酸钠水溶液混合搅拌，然后，加入硫酸铝水溶液继续搅拌，再加入水泥搅拌均匀成混合料；
2)分层布料：将步骤1)的混合料置于模具中且分层布料，每层厚度为50mm～100mm；
3)合模加压并紧锁：压力为0.30MPa～2.0MPa；
4)养护成型：将步骤3)压制的材料带模蒸汽养护，其蒸汽温度为40℃～90℃，蒸汽养护时间为4h～10h，卸压后脱模为坯体；坯体密封置自然条件下养护7～28天后，再经切割成为所述的水泥基复合吸声材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤1)中还加入10～29重量份的聚合物乳液，所述聚合物乳液为环氧乳液、丙烯酸乳液、或醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：用步骤1)的方法通过调整各组分含量得到不同密度的混合料，步骤2)所述分层布料是指将不同密度的混合料分别依次铺设，高密度混合料置于底层，低密度混合料置于面层，并于底层或面层内加入网状材料或板状材料。
7、根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：用步骤1)的方法得到单一密度的混合料，步骤2)所述分层布料是指将单一密度的混合料分层铺设，并于底层或面层内加入网状材料或板状材料。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述分层布料为4～8层。
9.一种声屏障吸声板，其特征在于：它由权利要求3所述吸声材料用权利要求6的方法制成。
10.一种声屏障吸声板，其特征在于：它由权利要求3所述吸声材料用权利要求7的方法制成。
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