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為輕骨料,水泥為膠凝材料,輔以纖維和減水劑等技術(shù)混合而成,它可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、耐久、防腐、防火等多項(xiàng)功能,特別適合用于地鐵、隧道等特殊環(huán)境。研究表明:取40%~30%粗陶粒(粒徑6~8mm)與60%~70%的細(xì)陶粒(粒徑1~4mm)技術(shù)拌合,再與水泥按6∶4的配合比,取水灰比為0.19,添加1.2%減水劑,0.3%纖維,可配置密度在1200~1400kg/m3,28d抗壓強(qiáng)度≥8MPa,28d抗折強(qiáng)度≥2MPa,抗凍級達(dá)F200,燃燒性能達(dá)A1級,降噪系數(shù)超過0.6的高性能吸聲材料。
    1。引言
    隨著軌道交通快速發(fā)展，交通噪音污染日趨凸顯，關(guān)于吸音降噪材料的研究不斷深入。傳統(tǒng)吸音材料有局限性:有機(jī)材料(如甘蔗、木屑)雖吸聲頻帶寬、效果好，但防腐、防火性能差，不宜在潮濕環(huán)境使用;無機(jī)材料(如石棉、礦物棉板)雖具良好的阻燃、吸聲、不易老化等優(yōu)點(diǎn)，但質(zhì)軟，不宜儲存和運(yùn)輸，易折斷，產(chǎn)生落塵污染環(huán)境，也不適合隧道地鐵環(huán)境。近期國外研制了一種新型金屬鋁纖維吸音材料，它質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐候、耐高溫，特別適合隧道、地鐵環(huán)境，但價格昂貴，核心技術(shù)和原材料被國外壟斷［1-2］。
    為此尋找一種吸音降噪效果好，耐久性優(yōu)越的吸音材料迫在眉睫。

    陶粒是以工業(yè)廢渣、劣質(zhì)頁巖等為原料，摻入少量粘結(jié)劑、添加劑，經(jīng)混合成球、高溫?zé)Y(jié)等工藝制成的一種人造輕骨料［3-4］。它具吸音、輕質(zhì)、抗凍融、抗震耐磨等特點(diǎn)。陶粒混凝土又隸屬水泥基材料，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度、耐久、防腐、防火等多項(xiàng)功能，故用陶粒配制吸音材料特別適合地鐵、隧道等特殊環(huán)境。

    2。陶粒吸音材料的力學(xué)性能研究
    陶粒吸音材料的強(qiáng)度主要由陶粒強(qiáng)度、水泥強(qiáng)度及陶粒與水泥間的粘結(jié)力決定，陶粒比例大，吸音效果相對較好，但強(qiáng)度會降低;相反水泥用量增多可增加強(qiáng)度，但過量的水泥會堵塞吸音材料內(nèi)部孔隙，影響吸聲性能和降噪效果。以初始配合比為基礎(chǔ)，通過試驗(yàn)研究分析陶粒與水泥用量比例、粗細(xì)陶粒用量比例、水泥標(biāo)號、纖維摻量對吸音材料力學(xué)性能的影響，進(jìn)一步控制強(qiáng)度和密度指標(biāo)。
    2.1。陶粒、水泥用量對吸音材料力學(xué)性能的影響
    采用粗細(xì)陶粒搭配方式和初步優(yōu)化的配合比，設(shè)計兩組吸音材料［11］，陶粒摻量分別為65%和，粗細(xì)陶粒比例為60∶40、50∶50、40∶60，制作標(biāo)準(zhǔn)試件分析材料強(qiáng)度和密度，結(jié)果見表6。
    ①陶粒摻量為65%的一組，抗壓強(qiáng)度均小于8MPa，不滿足設(shè)計目標(biāo)要求;陶粒摻量為60%的二組，吸音材料抗壓強(qiáng)度＞8MPa，密度平均值在1253～1485kg/m3，基本滿足目標(biāo)要求。

    ②水泥用量增加，材料密度、抗壓強(qiáng)度加大，但強(qiáng)度增長幅度遠(yuǎn)高于密度。故適當(dāng)增加水泥用量，可大幅提高材料抗壓強(qiáng)度而密度變化不大。但水泥用量太多會填充陶粒間的孔隙，影響材料吸聲性能。

    2.2。陶粒的大小級配對力學(xué)性能的影響控制陶粒與水泥的配合比為60∶40，調(diào)整粗、細(xì)陶粒比例級配，進(jìn)一步研究吸音材料的強(qiáng)度和密度。
    試驗(yàn)結(jié)果見表7。
    ①控制陶粒與水泥比例6∶4，細(xì)陶粒用量增加，試塊密度先降后趨于穩(wěn)定。當(dāng)細(xì)陶粒用量超過后，試塊密度基本穩(wěn)定在1250kg/m3左右。
    ②試塊的抗壓強(qiáng)度與密度密切相關(guān)，密度大強(qiáng)度高。
    ③用40%～30%粗陶粒與60%～70%細(xì)陶粒技術(shù)拌合，可配出密度和抗壓強(qiáng)度都能達(dá)標(biāo)的吸聲材料。
    2.3。水泥種類對力學(xué)性能的影響水泥在陶粒吸音材料中起到粘結(jié)陶粒的作用，一般水泥強(qiáng)度越高，吸音材料的強(qiáng)度也會相應(yīng)提高。
    文中采用標(biāo)號為42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥按照上述配合比進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)材料的體積密度基本不變，而強(qiáng)度卻有一定的提高。
    2.4。纖維摻量對抗折強(qiáng)度的影響纖維摻量對抗壓強(qiáng)度影響不大，但可提高材料的抗折強(qiáng)度，并對吸聲性能有幫助［12］。設(shè)計四組實(shí)驗(yàn)，保持配合比不變，僅改變纖維用量，測試抗折強(qiáng)度見圖2。由此看出纖維摻量為0.3%效果最好。
    3。陶粒吸音材料使用性能研究
    吸聲材料主要用于地鐵和露天環(huán)境，需滿足抗凍融性能和防火性能。
    3.1。凍融試驗(yàn)及分析依托第三方檢測機(jī)構(gòu)，按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBT50082－［17］，采用快凍法測試吸音材料的凍融性［18］，結(jié)果凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到200次，質(zhì)量損失率為3.7%＜，同時相對動彈性模量為82.4%＞60%，因此本材料抗凍融性能滿足F200的要求，適合地鐵環(huán)境使用。
    3.2。燃燒性能試驗(yàn)研究根據(jù)《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》(GBT5464－2010)制作45mm×50mm的圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，開展材料燃燒性能試驗(yàn)研究［19］。將試驗(yàn)及分析計算結(jié)果對照規(guī)范《建筑材料及制品燃燒性能分級》(GB8624－2012)可知，吸音材料達(dá)到燃燒性能A1級要求。
    4。結(jié)語

    ①陶粒吸音材料自重輕、成本低，力學(xué)性能及吸聲性能良好，同時又具備防水性能、耐火性能和耐久性能，特別適合鐵路或隧道環(huán)境②按本文選擇的材料和確定的配合比，即取40%～30%粗陶粒(粒徑6～8mm)與60%～70%的細(xì)陶粒(粒徑1～4mm)技術(shù)拌合，再與水泥按6∶4的配合比，取水灰比為0.19，添加1.2%減水劑，纖維，可制成密度在1200～1400kg/m3，抗壓強(qiáng)度＞8MPa，抗折強(qiáng)度＞2MPa，降噪系數(shù)NＲC＞的高性能吸音材料，該材料抗凍等級達(dá)到F200，燃燒性能達(dá)到A1級，滿足鐵路或隧道環(huán)境的使用要求③本文研究的吸音材料經(jīng)企業(yè)中試和有關(guān)技術(shù)部門檢測，已經(jīng)用于制作軌道吸音板，在南寧、上海等軌道交通工程中應(yīng)用。

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