地铁吸音材料及其制备方法 (一)技术领域
本发明涉及一种吸音材料，特别涉及一种应于地铁隧道中的地铁吸音材料及其制备方法。
(二)背景技术
地铁吸音材料主要是应用于地铁隧道的修建以对地铁产生的噪声进行吸收消除的材料，根据使用环境要求，地铁吸音材料必须具备以下条件：①防水、阻燃，至少有不低于20年的使用寿命；②不含石棉、矿物纤维、聚苯乙烯以及具有腐蚀性的物质；③为达到安全防火要求，吸音材料的散火值、冒烟值及易燃值应为零；④具有较高的中高频吸音系数及一定的强度。目前在国内应用的地铁吸音材料主要采用国外进口的材料，如一种由Barra牌粘合剂、CSI-20发泡剂、CSI-40轻质骨料等原料制造成的吸音材料，虽然在使用中吸音效果较好，但由于其占主要成份的骨料原料成本较高，所以该吸音材料存在造价较高的缺点，而且施工操作亦比较麻烦。
(三)发明内容
本发明的目的在于克服现有吸音材料的缺点，提供一种吸音系数高、成本较低地地铁吸音材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制得的地铁吸音材料。
本发明的目的通过如下技术方案实现：本地铁吸音材料的制备方法包括以下步骤：(1)将基料中的陶粒、水泥及粉煤灰混合；(2)用水稀释发泡剂，加入陶粒、水泥及粉煤灰的混合物中并混合；(3)成型；其中基料各组成成份的含量如下：陶粒40～70％；水泥20～48％；粉煤灰0～10％；发泡剂1～2％，所有百分数为重量百分数。
所述地铁吸音材料基料还可加入膨胀珍珠岩0～5％；防水剂1～2％。
所述水泥为明矾石膨胀水泥或聚合物水泥或轻质水泥中的一种或多种。
本地铁吸音材料的制备方法还可包括以下步骤：将膨胀珍珠岩加入防水剂，然后混合得到珍珠岩浆料，再将珍珠岩浆料与陶粒、水泥及粉煤灰混合。
本发明地铁吸音材料即由上述方法制得。
本发明地铁吸音材料的基料主要由陶粒、水泥及膨胀珍珠岩构成。陶粒起骨架作用；水泥主要采用明矾石膨胀水泥，起粘结剂的作用；膨胀珍珠岩起降低容重的作用，而且亦有一定的吸音效果。因膨胀珍珠岩吸水率大(体积吸水率高达25％)，加入膨胀珍珠岩的配方还需加入防水剂，其目的主要是为了降低材料的吸水率，如吸水量过大，会对材料强度有不良影响，在加入防水剂之前用水稀释防水剂；在本发明中，明矾石膨胀水泥可由粉煤灰、聚合物水泥或轻质水泥部分取代，主要目的是为了减轻材料的容重。
本发明地铁吸音材料在结构上属于多孔吸音材料，主要是利用发泡剂的发泡效应，在浆料中引入大量细小、均匀分布的气泡，并使其在水泥硬化后仍保留下来，以及通过原料粒度间的合理搭配，使吸音材料具有许多微小的间隙和连续的气泡，这样不但具有相当好的通气性，而且获得良好的吸音性能；本材料的吸音原理是：声波引起小孔或间隙处的空气运动，因紧靠孔壁的空气受孔壁影响不易动起来，故与远离孔壁的空气存在粘滞力；此外，空气与孔壁间还存在摩擦力。在这两个作用力的作用下，相当一部分声能转化为热能，声波衰减，反射声减弱，从而达到吸音的目的；由于高频声波可使空气质点的振动速度加快，空气与孔壁的热交换也加快，这就使得本材料表现出优异的高频吸音性能。
本发明与现有的吸音材料相比较具有如下的优点：(1)本地铁吸音材料吸音频带宽，吸音系数高，容重低，强度大，并具有防火、防水、阻燃、无毒等优点，非常适用于地铁的噪音治理；(2)本地铁吸音材料主要采用来源广泛、价格低廉的陶粒作为主要原料，大大降低了生产的成本，提高了经济效益；(3)由于材料所采用的陶粒原为工业废料，所以本发明可以较好地“变废为宝”，节约自然资源，环保效果较好；(4)本发明地铁吸音材料制备方法工艺流程简单，施工方便、难度小；(5)本地铁吸音材料除可用于地铁的噪音治理外，也适用于工业厂房的噪音治理、公路的隔声处理等，应用前景非常广泛。
(四)附图说明
图1是本发明地铁吸音材料制备方法的工艺流程图。
图2是本发明地铁吸音材料制备方法的另一工艺流程图。
(五)具体实施方式
实施例1
图1示出了本发明地铁吸音材料制备方法的工艺流程，由图1可见，本方法的工艺流程包括以下操作步骤：(1)将基料中的陶粒、水泥及粉煤灰混合；(2)用水稀释发泡剂，加入陶粒、水泥及粉煤灰的混合物中并搅拌混合；(3)成型；(4)养护。本地铁吸音材料基料的组成成份为：陶粒：70％；明矾石膨胀水泥：20％；粉煤灰：10％；发泡剂：2％。按上述工艺流程配制可制得本地铁吸音材料，其性能测试结果如表1所示。
表1湿容重(kg/m3) 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 3d 28d 3d 28d 638 0.59 1.78 0.55 1.90 吸音系数频带(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000吸声系数 0.06 0.34 0.74 0.97 0.93 0.74
实施例2
图2示出了本发明地铁吸音材料制备方法的另一工艺流程，由图2可见，本方法的工艺流程包括以下操作步骤：(1)将膨胀珍珠岩加入防水剂，然后搅拌混合得到珍珠岩浆料；(2)将珍珠岩浆料与陶粒、水泥及粉煤灰混合；(3)用水稀释发泡剂，加入上述步骤的混合物中并搅拌混合；(4)成型；(5)养护。本地铁吸音材料基料的组成成份为：陶粒：47％；明矾石膨胀水泥：28％；聚合物水泥：10％；轻质水泥：10％；膨胀珍珠岩：5％；发泡剂：1％；防水剂：2％。按图2所示工艺流程配制得到本地铁吸音材料，其性能测试结果如表2所示。
表2湿容重(kg/m3) 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 3d 28d 3d 28d 993 1.52 2.80 1.1 3.12 吸音系数 频带(Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 吸声系数 0.17 0.47 0.80 0.88 0.90 0.68
由上述实施例可见，利用本方法制得的地铁吸音材料的吸声系数及抗压强度结果均较理想，尤其在中高频段的吸音效果较好，按美国的工业标准(ASTMC423-84A)，频率为500Hz时吸音系数为0.75；频率为1000Hz时吸音系数为0.85；频率为2000Hz时吸音系数为0.90，比较表1及表2的测试结果可见本发明的两种配方都达到或超过了美国的工业标准。
本发明选用陶粒做骨料，是因为其具有容重小、防冻、抗冲击、抗震、无毒、不燃、不冒烟、耐久性好的优点，其化学成分及物理性能见表3及表4；选用明矾石膨胀水泥是为了补偿水泥水化过程中出现的体积收缩，以提高材料的抗裂防渗能力，其技术性能见表5；选用膨胀珍珠岩是基于要降低吸音材料的容重的目的，珍珠岩本身具有吸音特性，且无毒、不燃烧，其化学成分见表6。
表3 陶粒的化学成分(％) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 烧失量 合计 65.0 18.2 11.5 3.0 2.0 0.2 99.9
表4 陶粒的技术性能规格(mm) 堆积密度 kg/m3一小时吸水率 (％) 筒压强度 (Mpa) 导热系数 (w/m.k) ≤1.5 ≤500 ≤12.0 ≤1.5 0.21 1.5～2.5 ≤450 ≤10.0 ≤1.2 0.21性能指标符合国家GB/177431.1-1998指标要求
表5 明矾石膨胀水泥技术性能 水泥 标号 抗压强度≥Mpa 抗折强度≥Mpa 3d 7d 28 3d 7d 28d 525 24.5 34.3 52.5 4.1 5.3 7.8初凝不早于45分钟，终凝不迟于8小时30分钟。
表6 膨胀珍珠岩的化学成分(％)SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O R2O H2O烧失量总和7.0 14.7 3.4 1.5 0.2 2.0 2.2 3.1 97.1