公路聚合物基陶粒材料降噪性能分析

2017-10-29杨艳荣

山西交通科技 2017年4期

杨艳荣

（山西省交通科学研究院，山西太原 030006）

0 引言

我国交通基础设施建设在近年来取得了突飞猛进的发展，在有效带动地区社会经济发展的同时，也带给公路沿线地区不同程度的环境问题，其中以交通噪声污染问题最为突出。世界卫生组织和欧盟合作研究中心于2011年4月公开了一份关于噪声对健康影响的全面报告《噪音污染导致的疾病负担》显示：噪声危害已成为继空气污染之后的人类公共健康的第二个杀手。

针对噪声预防主要有3种途径，分别为噪声源控制，传声途径控制，在敏感建筑物或保护目标本身处设置隔声窗等。目前最为有效的措施为：设置声屏障，降低公路噪声对敏感建筑物影响。

声屏障材料经过几十年的发展，已由隔声逐渐向吸-隔复合式转变。目前主要的吸声材料有无机纤维、有机纤维、泡沫材料、废旧料等[1-2]，在其应用中，以上各吸声材料逐渐显现出其一定的不足：无机纤维强度低、较脆，易断、易造成二次污染、受潮后吸声性能下降；有机纤维防火、防腐、防潮等性能差；泡沫材料工艺难度高、成本高；废旧料自重大、低频段吸声性能差。陶粒以工业废渣为主要原料制成，具有造价低廉、质轻、耐腐蚀、耐火等特点，内部为细蜂窝状微孔结构，可以作为吸声材料进行尝试。目前已有学者对水泥基多孔陶粒材料的降噪性能进行了分析[3-4]。针对以上问题，本文开展以聚合物基多孔陶粒降噪性能的研究。

1 试验方案

1.1 原材料

本试验选用两种不同粒径的陶粒，以聚合物为胶黏剂，按照一定比例制成一种多孔材料，并对其进行切割，将其内部空隙有效暴露。主要选材为：陶粒与聚合物，具体要求见表1。

表1 原材料

1.2 试件图片及试样制备过程

图1 6号声屏障试件（切割后）

图2 7号声屏障试件（切割后）

图1、图2为6号、7号切割后试样的断面示意图。

试件的制备过程为：

a）分别将6号、7号试样所对应的陶粒进行表面清灰。

b）将环氧树脂与固化剂按表1所示比例称取，于室温下静置1 h，高速剪切搅拌均匀，熟化静置0.5 h。

c）将搅拌均匀后的聚合物与陶粒混合均匀，使聚合物均匀包裹于陶粒颗粒表面，装入试模中。

d）室温（20℃～23℃）养护7 d，即可进行测试。

1.3 试验设备

a）降噪性能测试设备阻抗管材料测试系统（北京声望声电技术有限公司）。

b）测试方法《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分传递函数法》（GB/T 18696.2—2002）。

c）测试频率 63～1600 Hz。需要指出的是，由于6号、7号试件粒级较大，不适宜用于测试高频范围的声波频率，高频波段测试要求试样的直径为29.5 mm，测试误差较大。

1.4 实施方案

具体方案为：a）根据表1进行6号、7号试样的制备，测试其降噪性能；b）对6号、7号试验进行切割，对切割后的试验上部、下部分析进行降噪性能测试；c）在上述试验的基础上，进行结构设计，在试验背后设置一定厚度的空腔，厚度分别为20 mm、40 mm，测试空腔的设置及空腔厚度的变化对降噪性能的影响。具体试验方案见表2。

表2 试验方案

2 结果与分析

2.1 陶粒粒径对降噪性能的影响

对6号、7号进行测试，降噪性能的测试结果见图3。

图3 陶粒粒径对吸声性能的影响

由图3可以看出陶粒粒径变化对降噪性能的影响。在小于500 Hz频段，6号、7号在吸声性能的差异较小；在 500～800 Hz频段，6号优于 7号；在800～1300 Hz频段，7号优于6号；在大于1300 Hz频段，6号优于7号。综合评价，二者的差异较小。吸声曲线的峰值均出现在500 Hz附近，这是由于二者所用陶粒均为粒径较大的颗粒。粒径大的多孔材料其消耗的声能少，吸声系数较低。

2.2 切割工艺对吸声性能的影响

对6号、7号沿径向进行切割，形成6#upon、6#below、7#upon、7#below四个试件，测试其降噪性能，评价指标为吸声系数，具体试验结果见图4、图5。

图4 6号切割前后降噪性能的变化

图5 7号切割前后降噪性能的变化

由图4、图5试验结果可以看出，实施切割工艺后，对试件的降噪性能有较为明显的影响，吸声系数的曲线形状发生了明显变化，且6号、7号的变化类似。切割后，吸声系数的峰值均向高频方向移动，由切割前的 500 Hz，逐渐移动至高频的 800 Hz、1250 Hz。其次，低频方向的吸声性能有所降低。切割后，试块的厚度发生了较大的变化，材料的厚度增加时，低频吸声系数有所增加。这与文献[5]研究的现象是一致的。