随着轨道交通的高速发展,交通噪音污染问题越来越凸显,人们对吸音降噪材料的研究也不断深入。陶粒这种绿色环保材料,因为具备良好的吸音功能而备受人们的关注。利用陶粒制成的多孔吸音材料具有质量轻,吸声性能、耐久性、防火性好等优点,符合交通运输线特别是城市地铁线使用要求,因此越来越受到研发人员的青睐。本文以陶粒、水泥为主要原材料,添加聚丙烯纤维和外加剂等,通过混合、搅拌、压制、养护等工艺制作绿色环保的吸音材料。整个研究过程包括选择原材料,拟定配合比,研究分析成品材料的吸声性能、力学性能、耐久性能和防火性能,进一步调整、优化配合比,保证吸音材料多孔轻质,体积密度在1200~1400kg/m3之间;保证材料达到高性能吸音材料要求,且降噪系数(NRC)达到国家Ⅱ级标准,即0.6≤NRC≤0.8;保证材料满足地铁轨道板承载要求:28d抗压强度≥8.0MPa,28d抗折强度≥2.0MPa;保证材料耐久性、防火性达到国家相关标准。为实现上述目标,主要开展了以下内容的研究工作:(1)优选原材料:通过试验比较陶粒物理力学性能,选择堆积密度低,吸水率低、筒压强度高的陶粒作为吸音材料的原材料。(2)吸音材料初始配合比设计:通过控制吸声材料的密度指标并考虑强度因素,调整陶粒、水泥、水、纤维、减水剂用量,形成初始配合比,即陶粒用量为65%~60%,水泥用量为35%~40%,水灰比为0.19,减水剂掺量为1.2%,纤维掺量为0.3%,按初始配合比制成了密度在1220~1430 kg/m3范围内,7d抗压强度在7.4~11.3MPa内的陶粒吸音材料。(3)研究吸音材料力学性能,以初始配合比为基础,通过试验分析陶粒与水泥比例、粗细陶粒比例、水泥标号、纤维掺量对力学性能的影响,进一步控制强度和密度指标,调整陶粒粒径和级配,优化配合比,得到陶粒用量为60%(其中粗细陶粒的比例为30:70~50:50之间),其他材料用量和参数不变,可以制成的材料密度在1300kg/m3左右,7d抗压强度值在9MPa左右的陶粒吸音材料,达到吸音材料的技术要求。(4)研究吸音材料吸声性能,采用驻波管法对材料吸声系数进行测试,分析陶粒粒径、材料密度、材料厚度、纤维含量对吸声系数的影响。通过试验发现,粒径增大,材料吸声系数峰值点向低频段方向移动;密度增大,吸声系数有所降低,但是低频段吸声系数略有提高;厚度增大,材料吸声系数有所提高,特别是低频段吸声系数提高较为明显;当粗陶粒粒径为6~8mm、细陶粒粒径为2~4mm、材料密度在1200~1300 kg/m3之间、厚度为100mm、纤维添加量在0.3%附近时能最大程度的提高材料吸声系数。所研制的吸音材料经测试属于高性能吸音材料,降噪系数(NRC)达到了国家吸声性能等级Ⅱ级标准:(NRC)≥0.6。采用圆管理论分析各因素对材料吸声性能的影响,与试验分析对比结果是吻合的。(5)测试吸音材料使用性能,包括抗冻融性能和防火性能,保证技术指标达到国家标准。本吸音材料设计抗冻等级F200,在经历200次冻融循环后,材料的质量损失率为3.7%,相对动弹性模量为82.4%,满足国际对材料抗冻融性能的要求,在自然环境下能够正常使用;同时,通过燃烧测试,吸音材料质量损失率△m=9.4%,小于规范规定值50%;炉内平均温升△T=6℃,小于规范规定值30℃;试样持续燃烧时间为t=0,满足规定值要求;总燃烧值PCS=0.47,低于规定值2.0;因此吸音材料的燃烧性能达到国家A1级,满足地铁吸音材料对防火性能的要求。