輕質(zhì)水泥基材料墻板吸聲性能影響因素分析

米力等

1 劇武赫1 張 寧1 王曉虎2

（1.鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院建筑工程系，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；

2.鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

摘 要：本文介紹了多孔材料的吸聲機(jī)理，在此機(jī)理的指導(dǎo)下，分析了陶粒、水灰比、粉煤灰、粒徑大小、試件厚度、纖維等因素變化對輕質(zhì)水泥基材料墻板吸聲性能的影響。研究結(jié)果表明，各因素在一定范圍內(nèi)能夠具有較好的吸聲性能。

關(guān)鍵詞：吸聲性能；吸聲系數(shù)；陶粒；水灰比；粉煤灰

中圖分類號：TQ174 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

由于經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，噪聲對人類的生活環(huán)境造成了極大的影響，嚴(yán)重干擾人們的正常學(xué)習(xí)、工作和生活，甚至給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來極大的損害。噪聲污染已成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一，引起了各國的科技工作者廣泛關(guān)注。

1 多孔吸聲材料吸聲機(jī)理

當(dāng)聲波入射到吸聲材料上時(shí)，其中的一部分聲波碰撞到材料表面被反射回去，另一部分聲波入射到材料的內(nèi)部因轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收，還有一部分聲波穿過材料繼續(xù)傳播。吸聲示意圖如圖1所示。

多孔吸聲材料內(nèi)部具有大量的微小貫通孔隙，當(dāng)聲波傳播過程中撞擊到試樣表面，造成聲能損失，起到較好的吸聲效果。這主要由兩個(gè)原因引起：首先材料有大量孔隙，孔隙之間互相連通，相互交錯(cuò)，并且深入材料內(nèi)部，聲波沿著這些孔隙向試樣內(nèi)部傳播，由于空氣與孔壁的摩擦以及空氣的粘滯阻力作用，在傳播過程中使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能；其次，小孔中的空氣和孔壁之間的熱交換也會造成熱量損失，使聲能減弱。由于上述兩方面的原因從而使多孔材料達(dá)到吸音的效果。

2 輕質(zhì)水泥基材料墻板吸聲性能影響因素分析

（1）內(nèi)摻陶粒對吸聲性能的影響

陶粒是在高溫下燒制而成的膨脹型硅酸鹽多孔輕骨料，具備良好的吸音隔聲性能。陶粒的外表皮是玻陶體，有5%～20%的微孔；內(nèi)部結(jié)構(gòu)是分布相對均勻的封閉式氣孔和開口式氣孔，其中開口式氣孔占40%～50%，約1/3氣孔連通，這樣的表皮和內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常有利于吸聲。內(nèi)摻陶粒的水泥基復(fù)合材料雖然是一個(gè)整體，但陶粒本身存在許多微孔，顆粒間又存在縫隙，這種復(fù)合材料就是“多孔材料”。研究表明：陶粒的密度越大，內(nèi)摻陶粒的水泥基材料的結(jié)構(gòu)越致密，流阻越大，聲波穿過量越小，吸聲效果降低，試件的吸聲系數(shù)下降。陶粒密度小，內(nèi)摻陶粒的水泥基材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，使消耗聲能的孔道增多，聲波在材料內(nèi)部傳播時(shí)，受空氣粘滯阻力和摩擦力的作用，使得聲能在振動過程中被消耗為熱能，則吸聲性能越好。但密度過小，會造成孔道太大，聲波與孔壁的摩擦減小，反而使吸聲性能減弱，另外也會導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，在應(yīng)用上存在困難。因此，在實(shí)踐過程中，存在一個(gè)最佳的密度值，在此密度值下試件既能具有良好的吸聲性能，又能保證必要的強(qiáng)度；研究表明：內(nèi)摻陶粒的水泥基材料最適宜密度范圍應(yīng)控制為950～1050 kg/m3，制品的降噪系數(shù)高，吸聲效果好，又能保證必要的強(qiáng)度。另有研究表明，吸聲性能與陶粒的粒徑有關(guān)，粒徑2.5～8mm的陶粒制成的孔徑較大，聲波與孔壁的有效摩擦減小，聲波在試樣中能順暢通過，因而能量損失較少，雖然某幾個(gè)頻率吸聲系數(shù)高，但整體吸聲效果較差。粒徑0.5～2.5mm范圍的陶粒形成細(xì)小均勻的孔徑，大大增加了聲波發(fā)生非彈性碰撞的可能性，這樣聲波被摩擦消耗掉的能量越多，則吸聲效果較好，吸聲系數(shù)較高。但是用過細(xì)的顆粒，會造成試樣內(nèi)部的孔徑太小，且大大增加的水泥等膠凝材料堵塞孔隙的可能性，聲波很難進(jìn)入造成吸聲性能降低。

（2）水灰比對吸聲性能的影響

周棟梁，張志強(qiáng)等在實(shí)驗(yàn)中測試了水灰比分別是0. 50、0. 55、0. 60、0. 65時(shí)膨脹珍珠巖復(fù)合吸聲試塊的吸聲性能。結(jié)論表明隨著水灰比的增加，其吸聲系數(shù)也隨即增加。分析其原因，這主要是是水灰比引發(fā)的孔隙率差別導(dǎo)致的，水灰比越大，初始自由水所占的體積大，結(jié)構(gòu)疏松，材料內(nèi)部孔隙率越大，而孔隙率是影響吸聲性能的重要因素，故吸聲系數(shù)隨水膠比增加而增大。但水灰比不能太大，一是水灰比太高，內(nèi)部孔徑太大，聲波與孔壁的摩擦減小，反而不利吸聲，另外水灰比太大試件的強(qiáng)度也不容易得到保證。

（3）粉煤灰摻量對吸聲性能的影響

對于輕質(zhì)水泥基材料而言，未摻加粉煤灰時(shí)，由于試樣內(nèi)部的孔隙相對較大，導(dǎo)致聲波很容易穿透，因而吸聲系數(shù)相對較低； 有研究表明：當(dāng)粉煤灰摻量為10%～20%時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，試樣的吸聲性能逐漸提高。這是由于粉煤灰摻量在此范圍內(nèi)時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，“微填充”效應(yīng)顯著，導(dǎo)致試樣內(nèi)部的孔徑逐漸變小，增加了孔道的曲折程度，使內(nèi)部通道復(fù)雜，當(dāng)聲波通過試樣時(shí)很容易發(fā)生多次折射和漫反射，每次反射、折射都要消耗一定能量，如此反復(fù)的結(jié)果，由于孔壁中空氣的振動摩擦和空氣粘滯阻力等作用使得相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被耗散掉，從而提高吸聲性能。而粉煤灰摻量過高時(shí)，會使試樣內(nèi)部的孔隙堵塞，阻礙了聲波進(jìn)入到試樣內(nèi)部，聲波與孔道的摩擦力降低，不利于吸聲，表現(xiàn)為吸聲系數(shù)降低。

（4）試件厚度對吸聲性能的影響

聲波穿行厚度較小的試樣，其通道較短使聲波消耗率低，則材料的吸聲系數(shù)低。當(dāng)增加材料的厚度時(shí)，聲波傳播的距離增加，在通過試樣的內(nèi)部時(shí)阻擋次數(shù)增多，發(fā)生的能量損失隨之增多，所以吸聲系數(shù)隨材料厚度的增加一般總是增大。但根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究，發(fā)現(xiàn)材料增至一定厚度時(shí)，隨著厚度的增加，材料的吸聲性能反而會減弱，而且盲目地增加厚度也不符合經(jīng)濟(jì)效益及場地限制。

（5）纖維對吸聲性能的影響

PP纖維和玻纖對材料吸聲性能影響顯著；當(dāng)PP纖維長度短于19mm時(shí)，隨著纖維的增加吸聲性能增強(qiáng)；這主要是因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)，纖維的長度的增加，容易對聯(lián)通孔形成支撐，且隨著長度的增加，支撐作用增強(qiáng)，從而表現(xiàn)出較好的吸聲效果；而纖維長度超過19mm時(shí)，纖維的分散困難，反而使吸聲性能降低。PP纖維摻量的增加，材料的中低頻吸聲性能提高，中高頻吸聲性能降低；隨著玻纖摻量的增加，對吸聲性能的影響也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。

（6）材料受潮對吸聲性能的影響

通過對試樣受潮前后的吸聲系數(shù)進(jìn)行測量，研究了材料受潮后對吸聲效果的影響。結(jié)果表明，材料受潮后，吸聲性能將會有所減弱，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免材料受潮的情況。

結(jié)語

在多孔材料吸聲機(jī)理的指導(dǎo)下，探討了陶粒、水灰比、粉煤灰、粒徑大小、試件厚度、纖維等單一因素變化對水泥基輕質(zhì)墻板吸聲性能的影響，結(jié)果表明，各因素在一定范圍內(nèi)可以取得比較理想的吸聲效果。當(dāng)前在水泥基輕質(zhì)墻板多因素協(xié)同影響其吸聲性能的研究較少，因此，系統(tǒng)研究相關(guān)因素的協(xié)同變化對水泥基輕質(zhì)墻板吸聲性能的影響應(yīng)是下一階段研究的重點(diǎn)。

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作者簡介：米力，男，1979.12，內(nèi)蒙古鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院，碩士，講師。

研究方向：纖維增強(qiáng)水泥基材料相關(guān)性能研究。