铁路微孔吸声材料声屏障的研究与应用研究

铁路微孔吸声材料声屏障的研究与应用研究
发布时间：2023-04-14T03:26:44.442Z 来源：《中国建设信息化》2023年第1期1月作者：胡晓棋
[导读] 现阶段，利用声屏障对铁路噪声进行隔离吸收是防治噪声污染的主要措施之一。

胡晓棋
武汉红四方交通建设有限公司湖北省武汉市 430000
摘要：现阶段，利用声屏障对铁路噪声进行隔离吸收是防治噪声污染的主要措施之一。

声屏障的材料构成对吸声型声屏障的隔音效果和使用寿命有重要影响，火山岩作为一种天然材料，有吸音隔音、吸热储热、吸水防滑、耐酸碱等功能，而且抗风化、耐气候、经久耐用。

下面本文就铁路微孔吸声材料声屏障的研究与应用进行简要探讨。

关键词：铁路；微孔吸声材料；声屏障；研究；
1 吸声材料研究概述
随着时代发展，噪声、空气污染问题日益引起人们的重视。

长期接触噪声及粉尘可能对人体造成伤害。

粉尘与噪声常常同时存在，如机加厂房同时存在噪声和粉尘问题，在降噪的同时还要防尘; 井下通风机在高浓度粉尘环境工作时，不仅要防尘，还需要应用消声器减少噪声; 空调系统在净化空气的同时需要减少通风带来的噪声污染。

而铁路声屏障材料除需满足一定的吸隔声性能外，还需要有一定的结构强度，以适应复杂的现场运行条件和气候条件。

可以看出，噪声控制是污染控制的重要方向。

新冠肺炎疫情期间，有学者考虑到废弃口罩再利用问题，探讨不同层数口罩叠加的吸声效果。

结果表明，即使厚度较低，口罩也能表现出比建筑行业实际使用的纤维吸声材料更好的声学性能。

对于噪声和粉尘同时存在的场所，陈绍杰等为防止粉尘影响矿用风机消声器吸声片的吸声效果，采用在消声片表面覆层防尘孔板的方式解决问题。

如果防尘板可用合适的过滤材料替代，不仅可以改善粉尘污染，还可以提高吸声效果。

贾兴仕等针对抽油烟机的噪声控制问题，在进气通道上加装穿孔板和吸声材料进行消声处理，但未考虑油烟的控制问题。

通过上述文献可知，目前对纤维材料的吸声性能有一定了解，但对兼顾过滤性能的声屏障材料吸声性能还缺乏认识。

本次研究利用火山岩为基本原料，通过添加525水泥和掺合剂，采用机械常温压制成型以制备火山岩微孔吸声材料并应用于铁路声屏障，测定其性能并在运营线上测试其吸声效果，以期为铁路声屏障的研究和应用提供参考。

2 实验研究
选取火山岩、525水泥、掺合剂。

将火山岩按不同粒度筛分，经配比配料后再添加 525 水泥和掺合剂，采用机械压制成型，自然冷却24h后，制备出不同厚度的火山岩微孔吸声材料样块，工艺流程如图1所示。

火山岩可以均匀分布在样块表面及内部，形成特定角形系数的微粒聚合体，微粒之间形成了大量相互连通的微小孔隙。

图1样块制备工艺流程
3 实验结果与分析
3.1 火山岩粒径对吸声材料吸声性能的影响
选取 3 种同等厚度(53 mm)不同粒径火山岩配比的样块(1#样块 1~2 mm、2#样块 3~4 mm、3#样块 5mm以上)测试其在不同频率下的吸声性能，通过研究表明火山岩微孔吸声材料是一种对中高频噪声有较好吸声性能的吸声材料，这是由于火山岩微粒之间有大量相互连通的微小孔隙，形成了多孔结构，声波在多孔材料内部由于空气粘滞性、摩擦、振动等将声能转化为热能而被消耗掉。

从火山岩的不同粒径来看，粗粒径(5 mm以上)火山岩样块在各频率的吸声系数明显低于细粒径(1~2mm)和中粗粒径(3~4 mm)样块的吸声系数，而细粒径与中粗粒径样块的吸声系数相差不大，最终测得的降噪系数(细粒径0.50、中粗粒径0.45、粗粒径0.30)表明火山岩粒径越小降噪系数越大。

这是由于更小粒径火山岩制成的吸声材料孔隙更小，增加了材料的孔隙率和比表面积，使声波在透入吸声材料时与颗粒孔隙表面接触的机会增多，并且在多孔材料中的流阻增大，进而增加了消耗的声能。

3.2 厚度对吸声材料吸声性能的影响
选取4种同等粒径(细粒径1~2 mm)不同厚度样块(4#样块 34 mm、1#样块 53 mm、5#样块 140 mm、6#样块210 mm)测试其在不同频率下的吸声性能，结果如图2所示。

由图2可知，火山岩微孔吸声材料的吸声性能在低频(800 Hz以下)随厚度的增加而增大，但在中高频(2 000~4 000 Hz)材料吸声系数随厚度的增加有所不同，53 mm 以下厚度样块的吸声系数趋近一致(约0.62)，140 mm以上样块吸声系数趋近一致(0.79)。

测得降噪系数 34 mm 样块 0.45、53 mm 样块 0.50、140mm样块0.75、210 mm样块0.80，表明火山岩材料厚度越大降噪系数越大。

同时测试结果表明，材料越厚，厚度增加对提高隔声系数的效果并不明显。

由于厚度直接关系到吸声材料的制作成本，吸声材料并非越厚越好。

高速铁路噪声声源主要频谱范围为500~5 000 Hz，为宽频噪声。

采用140 mm厚度的火山岩微孔吸声材料的吸声性能不仅可以较好覆盖这一频率范围(吸声系数均在0.67以上，，还能够减少吸声材料的制作成本。

图2厚度对吸声材料吸声性能的影响
3.3 声屏障结构及测试
3.3.1 声屏障应用参数选取
根据以上实验结果并结合铁路声屏障设计和实际情况，铁路声屏障用火山岩微孔吸声材料的相关应用参数选取如下。

（1）粒径配比。

采用5 mm以下粒径火山岩可以在保证吸声性能的基础上，增加对火山岩的利用率，减少研磨筛分量，具有更好的环境效益和技术经济性。

（2）厚度。

采用 140 mm 厚度的火山岩微孔吸声材料为铁路声屏障，可以在保证较好吸声效果的同时减少制作成本。

（3）尺寸。

采用 3 960 mm×500 mm×140 mm(长×宽×厚)为样块尺寸，便于生产、运输及安装。

3.3.2 吸隔声性能
采用混响室法测定样块的吸声性能，采用隔声室测定样块的隔声性能。

经计算，此火山岩微孔吸声材料的降噪系数为0.8，计权隔声量为35dB，符合《铁路声屏障声学构件》(TB/T 3122—2019)对隔声量不应小于 30dB、降噪系数不应小于0.70的要求。

此外，在高速铁路噪声源分布的主要频谱范围500~5 000 Hz内，火山岩微孔吸声材料的吸声系数在0.64以上，隔声量在32dB以上，利用火山岩制作的吸声型声屏障
对高速铁路噪声声源有良好的吸隔声效果，对铁路噪声具有较好的针对性。

3.3.2 火山岩微孔吸声材料的结构性能
测试结果均符合规范要求，具有优良的抗冲击、抗风压、抗弯曲断裂荷载、防火、抗疲劳、抗压及抗冻性能，能够适应铁路运营线路复杂的运行条件。

此外，火山岩微孔吸声材料属于无机材料，具有优良的抗酸碱性及耐候性，在复杂气候条件下长期使用不会发生粉化等不良影响，能够在保证吸声性能的前提下长期使用，并且由于火山岩微孔吸声材料的主要成分火山岩为自然形成，在生产过程中添加的水泥和掺合剂也均为无机物，在材料报废时可直接填埋或重复利用而无二次污染，应用范围广泛。

结论
（1）以火山岩为轻骨料、525水泥作为粘结剂在常温下制备的火山岩微孔吸声材料样块，粒径越小则降噪系数越大。

（2）火山岩微孔吸声材料样块厚度越大降噪系数越大。

同时，材料越厚，材料厚度增加对提高隔声系数的效果不明显。

（3）在高速铁路噪声源分布的主要频谱 500~5 000Hz范围内，火山岩微孔吸声材料的吸声系数在0.64以上，隔声量在32dB以上。

利用火山岩制成的吸声型声屏障对高速铁路噪声有良好的吸隔声效果，对铁路噪声具有较好的针对性。

（4）火山岩微孔吸声材料的结构性能测试结果均符合规范要求，具有优良的抗冲击、抗风压、抗弯曲断裂荷载、防火、抗疲劳、抗压及抗冻性能，能够适应铁路运营线路复杂的运行条件。

参考文献：
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