高性能水泥基陶粒吸音材料的研制

    高性能水泥基陶粒吸音材料的研制
    摘要：高性能水泥基陶粒吸音材料是以陶粒为轻骨料,水泥为胶凝材料,辅以纤维和减水剂等技术混合而成,它可实现强度、耐久、防腐、防火等多项功能,特别适合用于地铁、隧道等特殊环境。研究表明:取40%~30%粗陶粒(粒径6~8mm)与60%~70%的细陶粒(粒径1~4mm)技术拌合,再与水泥按6∶4的配合比,取水灰比为0.19,添加1.2%减水剂,0.3%纤维,可配置密度在1200~1400kg/m3,28d抗压强度≥8MPa,28d抗折强度≥2MPa,抗冻级达F200,燃烧性能达A1级,降噪系数超过0.6的高性能吸声材料。
    1。引言
    随着轨道交通快速发展，交通噪音污染日趋凸显，关于吸音降噪材料的研究不断深入。传统吸音材料有局限性:有机材料(如甘蔗、木屑)虽吸声频带宽、效果好，但防腐、防火性能差，不宜在潮湿环境使用;无机材料(如石棉、矿物棉板)虽具良好的阻燃、吸声、不易老化等优点，但质软，不宜储存和运输，易折断，产生落尘污染环境，也不适合隧道地铁环境。近期国外研制了一种新型金属铝纤维吸音材料，它质轻、强度高、耐候、耐高温，特别适合隧道、地铁环境，但价格昂贵，核心技术和原材料被国外垄断［1-2］。
    为此寻找一种吸音降噪效果好，耐久性优越的吸音材料迫在眉睫。

    陶粒是以工业废渣、劣质页岩等为原料，掺入少量粘结剂、添加剂，经混合成球、高温烧结等工艺制成的一种人造轻骨料［3-4］。它具吸音、轻质、抗冻融、抗震耐磨等特点。陶粒混凝土又隶属水泥基材料，可实现强度、耐久、防腐、防火等多项功能，故用陶粒配制吸音材料特别适合地铁、隧道等特殊环境。

    2。陶粒吸音材料的力学性能研究
    陶粒吸音材料的强度主要由陶粒强度、水泥强度及陶粒与水泥间的粘结力决定，陶粒比例大，吸音效果相对较好，但强度会降低;相反水泥用量增多可增加强度，但过量的水泥会堵塞吸音材料内部孔隙，影响吸声性能和降噪效果。以初始配合比为基础，通过试验研究分析陶粒与水泥用量比例、粗细陶粒用量比例、水泥标号、纤维掺量对吸音材料力学性能的影响，进一步控制强度和密度指标。
    2.1。陶粒、水泥用量对吸音材料力学性能的影响
    采用粗细陶粒搭配方式和初步优化的配合比，设计两组吸音材料［11］，陶粒掺量分别为65%和，粗细陶粒比例为60∶40、50∶50、40∶60，制作标准试件分析材料强度和密度，结果见表6。
    ①陶粒掺量为65%的一组，抗压强度均小于8MPa，不满足设计目标要求;陶粒掺量为60%的二组，吸音材料抗压强度＞8MPa，密度平均值在1253～1485kg/m3，基本满足目标要求。

    ②水泥用量增加，材料密度、抗压强度加大，但强度增长幅度远高于密度。故适当增加水泥用量，可大幅提高材料抗压强度而密度变化不大。但水泥用量太多会填充陶粒间的孔隙，影响材料吸声性能。

    2.2。陶粒的大小级配对力学性能的影响控制陶粒与水泥的配合比为60∶40，调整粗、细陶粒比例级配，进一步研究吸音材料的强度和密度。
    试验结果见表7。
    ①控制陶粒与水泥比例6∶4，细陶粒用量增加，试块密度先降后趋于稳定。当细陶粒用量超过后，试块密度基本稳定在1250kg/m3左右。
    ②试块的抗压强度与密度密切相关，密度大强度高。
    ③用40%～30%粗陶粒与60%～70%细陶粒技术拌合，可配出密度和抗压强度都能达标的吸声材料。
    2.3。水泥种类对力学性能的影响水泥在陶粒吸音材料中起到粘结陶粒的作用，一般水泥强度越高，吸音材料的强度也会相应提高。
    文中采用标号为42.5和52.5的普通硅酸盐水泥按照上述配合比进行试验，发现材料的体积密度基本不变，而强度却有一定的提高。
    2.4。纤维掺量对抗折强度的影响纤维掺量对抗压强度影响不大，但可提高材料的抗折强度，并对吸声性能有帮助［12］。设计四组实验，保持配合比不变，仅改变纤维用量，测试抗折强度见图2。由此看出纤维掺量为0.3%效果最好。
    3。陶粒吸音材料使用性能研究
    吸声材料主要用于地铁和露天环境，需满足抗冻融性能和防火性能。
    3.1。冻融试验及分析依托第三方检测机构，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082－［17］，采用快冻法测试吸音材料的冻融性［18］，结果冻融循环次数达到200次，质量损失率为3.7%＜，同时相对动弹性模量为82.4%＞60%，因此本材料抗冻融性能满足F200的要求，适合地铁环境使用。
    3.2。燃烧性能试验研究根据《建筑材料不燃性试验方法》(GBT5464－2010)制作45mm×50mm的圆柱体标准试件，开展材料燃烧性能试验研究［19］。将试验及分析计算结果对照规范《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB8624－2012)可知，吸音材料达到燃烧性能A1级要求。
    4。结语

    ①陶粒吸音材料自重轻、成本低，力学性能及吸声性能良好，同时又具备防水性能、耐火性能和耐久性能，特别适合铁路或隧道环境②按本文选择的材料和确定的配合比，即取40%～30%粗陶粒(粒径6～8mm)与60%～70%的细陶粒(粒径1～4mm)技术拌合，再与水泥按6∶4的配合比，取水灰比为0.19，添加1.2%减水剂，纤维，可制成密度在1200～1400kg/m3，抗压强度＞8MPa，抗折强度＞2MPa，降噪系数NＲC＞的高性能吸音材料，该材料抗冻等级达到F200，燃烧性能达到A1级，满足铁路或隧道环境的使用要求③本文研究的吸音材料经企业中试和有关技术部门检测，已经用于制作轨道吸音板，在南宁、上海等轨道交通工程中应用。

参考文献:
［1］ 何冬林，郭占成，廖洪强，等 . 多孔吸声材料的研究进展及发展趋势［J］ ． 材料导报，2012，26( 19) : 303-306．
［2］ 梁悦，卢耀成，陈珂 . 吸音材料应用研究进展［J］ ． 广东化工，2013，40( 10) : 80-81．
［3］ 吴中伟 . 绿色高性能混凝土与科技创新［J］ ． 粉煤灰，1997( 1) : 3-8．
［4］ 周栋梁，张志强， 李付刚， 等 . 水泥基复合多孔吸声材料的制备方法和性能［J］ ． 噪声与振动控制， 2008 ( 4) :139-140+143．
［5］ 张冰 . 陶粒混凝土基本性能及耐久性能研究［D］ ． 包头: 内蒙古科技大学，2012．
［6］ 中华人民共和国国家质量检验检疫总局 . 轻集料及其试验方法: GB /T 17431. 2—2010［S］ ． 北京: 中国标准出版社，2011．
［7］ MESUT B. The effect of moisture content on sound absorption of expand perlite plate［J］ ． Building and Environment，200593广西大学学报( 自然科学版) 第 43 卷( 4) : 307-316．
［8］ 张守梅，曾令可，张明，等 . 地铁多孔吸音材料的研制［J］ ． 新型建筑材料，2003( 5) : 60-62．
［9］ 李建立，刘平伟，马聪，等 . 地铁轨道吸音板的制作及性能浅析［J］ ． 混凝土与水泥制品，2014( 2) : 33-36．
［10］ 郭宏云 . 陶粒混凝土配合比设计［J］ ． 武汉大学学报( 工学版) ，2007，40( 增刊) : 533-536．
［11］ 王康，陈国新 . 化学发泡陶粒泡沫混凝土力学及热工性能研究［J］ ． 广西大学学报( 自然科学版) ，2016，41( 2) :339-345．
［12］ GAO X E. Investigation of micro-cracks and microstructure of high performance lightweight aggregate concrete［J］ ． Building and Environment， 2002( 37) : 485．
［13］ 周红梅，汪洋，朱万旭 . 水泥基多孔陶粒材料降噪性能分析［J］ ． 混凝土，2015( 4) : 111-114．
［14］ JIN X L，ZENG L K. Sound absorption characteristics and air-flow resistivity determination of metro sound absorbed material［J］ ． Journal ofsynthetic crystals， 2008( 4) : 149-157．
［15］ 金雪莉，曾令可，税安泽，等 . 地铁吸声材料中的聚丙烯纤维［J］ ． 硅酸盐学报，2006，34( 12) : 1475-1480．
［16］ YANG S， YU W D， PAN N． Investigation of the sound-absorbing behavior of fiber assemblies［J］ ． Textile Ｒesearch Journal， 2011，81( 7) 673-682．
［17］ 中华人民共和国住房和城乡建设部 . 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准: GB /T50082－2009［S］ ． 北京: 中国标准出版社，2010．
［18］ 白闰平 . 聚丙烯纤维引气混凝土力学性能及抗冻融性能的试验研究［D］ ． 包头: 内蒙古农业大学，2012．
［19］ 张秋吉，刘波 . 隧道防火吸音材料研究［J］ ． 广东化工，2012，39( 16) : 74-75 

本文由 武汉陶粒价格 整理编辑。