轻质水泥基材料墙板吸声性能影响因素分析

米力等

1 剧武赫1 张 宁1 王晓虎2

（1.鄂尔多斯职业学院建筑工程系，内蒙古 鄂尔多斯 017000；

2.鄂尔多斯职业学院实验实训中心，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

摘 要：本文介绍了多孔材料的吸声机理，在此机理的指导下，分析了陶粒、水灰比、粉煤灰、粒径大小、试件厚度、纤维等因素变化对轻质水泥基材料墙板吸声性能的影响。研究结果表明，各因素在一定范围内能够具有较好的吸声性能。

关键词：吸声性能；吸声系数；陶粒；水灰比；粉煤灰

中图分类号：TQ174 文献标识码： A

由于经济社会的快速发展，噪声对人类的生活环境造成了极大的影响，严重干扰人们的正常学习、工作和生活，甚至给工农业生产带来极大的损害。噪声污染已成为当今社会关注的热点问题之一，引起了各国的科技工作者广泛关注。

1 多孔吸声材料吸声机理

当声波入射到吸声材料上时，其中的一部分声波碰撞到材料表面被反射回去，另一部分声波入射到材料的内部因转化为热能而被吸收，还有一部分声波穿过材料继续传播。吸声示意图如图1所示。

多孔吸声材料内部具有大量的微小贯通孔隙，当声波传播过程中撞击到试样表面，造成声能损失，起到较好的吸声效果。这主要由两个原因引起：首先材料有大量孔隙，孔隙之间互相连通，相互交错，并且深入材料内部，声波沿着这些孔隙向试样内部传播，由于空气与孔壁的摩擦以及空气的粘滞阻力作用，在传播过程中使相当一部分声能转化为热能；其次，小孔中的空气和孔壁之间的热交换也会造成热量损失，使声能减弱。由于上述两方面的原因从而使多孔材料达到吸音的效果。

2 轻质水泥基材料墙板吸声性能影响因素分析

（1）内掺陶粒对吸声性能的影响

陶粒是在高温下烧制而成的膨胀型硅酸盐多孔轻骨料，具备良好的吸音隔声性能。陶粒的外表皮是玻陶体，有5%～20%的微孔；内部结构是分布相对均匀的封闭式气孔和开口式气孔，其中开口式气孔占40%～50%，约1/3气孔连通，这样的表皮和内部结构非常有利于吸声。内掺陶粒的水泥基复合材料虽然是一个整体，但陶粒本身存在许多微孔，颗粒间又存在缝隙，这种复合材料就是“多孔材料”。研究表明：陶粒的密度越大，内掺陶粒的水泥基材料的结构越致密，流阻越大，声波穿过量越小，吸声效果降低，试件的吸声系数下降。陶粒密度小，内掺陶粒的水泥基材料内部结构疏松，孔隙率大，使消耗声能的孔道增多，声波在材料内部传播时，受空气粘滞阻力和摩擦力的作用，使得声能在振动过程中被消耗为热能，则吸声性能越好。但密度过小，会造成孔道太大，声波与孔壁的摩擦减小，反而使吸声性能减弱，另外也会导致强度不够，在应用上存在困难。因此，在实践过程中，存在一个最佳的密度值，在此密度值下试件既能具有良好的吸声性能，又能保证必要的强度；研究表明：内掺陶粒的水泥基材料最适宜密度范围应控制为950～1050 kg/m3，制品的降噪系数高，吸声效果好，又能保证必要的强度。另有研究表明，吸声性能与陶粒的粒径有关，粒径2.5～8mm的陶粒制成的孔径较大，声波与孔壁的有效摩擦减小，声波在试样中能顺畅通过，因而能量损失较少，虽然某几个频率吸声系数高，但整体吸声效果较差。粒径0.5～2.5mm范围的陶粒形成细小均匀的孔径，大大增加了声波发生非弹性碰撞的可能性，这样声波被摩擦消耗掉的能量越多，则吸声效果较好，吸声系数较高。但是用过细的颗粒，会造成试样内部的孔径太小，且大大增加的水泥等胶凝材料堵塞孔隙的可能性，声波很难进入造成吸声性能降低。

（2）水灰比对吸声性能的影响

周栋梁，张志强等在实验中测试了水灰比分别是0. 50、0. 55、0. 60、0. 65时膨胀珍珠岩复合吸声试块的吸声性能。结论表明随着水灰比的增加，其吸声系数也随即增加。分析其原因，这主要是是水灰比引发的孔隙率差别导致的，水灰比越大，初始自由水所占的体积大，结构疏松，材料内部孔隙率越大，而孔隙率是影响吸声性能的重要因素，故吸声系数随水胶比增加而增大。但水灰比不能太大，一是水灰比太高，内部孔径太大，声波与孔壁的摩擦减小，反而不利吸声，另外水灰比太大试件的强度也不容易得到保证。

（3）粉煤灰掺量对吸声性能的影响

对于轻质水泥基材料而言，未掺加粉煤灰时，由于试样内部的孔隙相对较大，导致声波很容易穿透，因而吸声系数相对较低； 有研究表明：当粉煤灰掺量为10%～20%时，随着粉煤灰掺量的增加，试样的吸声性能逐渐提高。这是由于粉煤灰掺量在此范围内时，随着粉煤灰掺量的增加，“微填充”效应显著，导致试样内部的孔径逐渐变小，增加了孔道的曲折程度，使内部通道复杂，当声波通过试样时很容易发生多次折射和漫反射，每次反射、折射都要消耗一定能量，如此反复的结果，由于孔壁中空气的振动摩擦和空气粘滞阻力等作用使得相当一部分声能转化为热能而被耗散掉，从而提高吸声性能。而粉煤灰掺量过高时，会使试样内部的孔隙堵塞，阻碍了声波进入到试样内部，声波与孔道的摩擦力降低，不利于吸声，表现为吸声系数降低。

（4）试件厚度对吸声性能的影响

声波穿行厚度较小的试样，其通道较短使声波消耗率低，则材料的吸声系数低。当增加材料的厚度时，声波传播的距离增加，在通过试样的内部时阻挡次数增多，发生的能量损失随之增多，所以吸声系数随材料厚度的增加一般总是增大。但根据相关学者的研究，发现材料增至一定厚度时，随着厚度的增加，材料的吸声性能反而会减弱，而且盲目地增加厚度也不符合经济效益及场地限制。

（5）纤维对吸声性能的影响

PP纤维和玻纤对材料吸声性能影响显著；当PP纤维长度短于19mm时，随着纤维的增加吸声性能增强；这主要是因为在此范围内，纤维的长度的增加，容易对联通孔形成支撑，且随着长度的增加，支撑作用增强，从而表现出较好的吸声效果；而纤维长度超过19mm时，纤维的分散困难，反而使吸声性能降低。PP纤维掺量的增加，材料的中低频吸声性能提高，中高频吸声性能降低；随着玻纤掺量的增加，对吸声性能的影响也呈现出相同的规律。

（6）材料受潮对吸声性能的影响

通过对试样受潮前后的吸声系数进行测量，研究了材料受潮后对吸声效果的影响。结果表明，材料受潮后，吸声性能将会有所减弱，在实际应用中应尽量避免材料受潮的情况。

结语

在多孔材料吸声机理的指导下，探讨了陶粒、水灰比、粉煤灰、粒径大小、试件厚度、纤维等单一因素变化对水泥基轻质墙板吸声性能的影响，结果表明，各因素在一定范围内可以取得比较理想的吸声效果。当前在水泥基轻质墙板多因素协同影响其吸声性能的研究较少，因此，系统研究相关因素的协同变化对水泥基轻质墙板吸声性能的影响应是下一阶段研究的重点。

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作者简介：米力，男，1979.12，内蒙古鄂尔多斯职业学院，硕士，讲师。

研究方向：纤维增强水泥基材料相关性能研究。