輕質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.鄂爾多斯職業學院建筑工程系，內蒙古 鄂爾多斯 017000；

2.鄂爾多斯職業學院實驗實訓中心，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

摘 要：本文介紹了多孔材料的吸聲機理，在此機理的指導下，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水泥基材料墻板吸聲性能的影響。研究結果表明，各因素在一定范圍內能夠具有較好的吸聲性能。

關鍵詞：吸聲性能；吸聲系數；陶粒；水灰比；粉煤灰

中圖分類號：TQ174 文獻標識碼： A

由于經濟社會的快速發展，噪聲對人類的生活環境造成了極大的影響，嚴重干擾人們的正常學習、工作和生活，甚至給工農業生產帶來極大的損害。噪聲污染已成為當今社會關注的熱點問題之一，引起了各國的科技工作者廣泛關注。

1 多孔吸聲材料吸聲機理

當聲波入射到吸聲材料上時，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部因轉化為熱能而被吸收，還有一部分聲波穿過材料繼續傳播。吸聲示意圖如圖1所示。

多孔吸聲材料內部具有大量的微小貫通孔隙，當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，并且深入材料內部，聲波沿著這些孔隙向試樣內部傳播，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一部分聲能轉化為熱能；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到吸音的效果。

2 輕質水泥基材料墻板吸聲性能影響因素分析

（1）內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；內部結構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，這樣的表皮和內部結構非常有利于吸聲。內摻陶粒的水泥基復合材料雖然是一個整體，但陶粒本身存在許多微孔，顆粒間又存在縫隙，這種復合材料就是“多孔材料”。研究表明：陶粒的密度越大，內摻陶粒的水泥基材料的結構越致密，流阻越大，聲波穿過量越小，吸聲效果降低，試件的吸聲系數下降。陶粒密度小，內摻陶粒的水泥基材料內部結構疏松，孔隙率大，使消耗聲能的孔道增多，聲波在材料內部傳播時，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，另外也會導致強度不夠，在應用上存在困難。因此，在實踐過程中，存在一個最佳的密度值，在此密度值下試件既能具有良好的吸聲性能，又能保證必要的強度；研究表明：內摻陶粒的水泥基材料最適宜密度范圍應控制為950～1050 kg/m3，制品的降噪系數高，吸聲效果好，又能保證必要的強度。另有研究表明，吸聲性能與陶粒的粒徑有關，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，雖然某幾個頻率吸聲系數高，但整體吸聲效果較差。粒徑0.5～2.5mm范圍的陶粒形成細小均勻的孔徑，大大增加了聲波發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，吸聲系數較高。但是用過細的顆粒，會造成試樣內部的孔徑太小，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，張志強等在實驗中測試了水灰比分別是0. 50、0. 55、0. 60、0. 65時膨脹珍珠巖復合吸聲試塊的吸聲性能。結論表明隨著水灰比的增加，其吸聲系數也隨即增加。分析其原因，這主要是是水灰比引發的孔隙率差別導致的，水灰比越大，初始自由水所占的體積大，結構疏松，材料內部孔隙率越大，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

對于輕質水泥基材料而言，未摻加粉煤灰時，由于試樣內部的孔隙相對較大，導致聲波很容易穿透，因而吸聲系數相對較低； 有研究表明：當粉煤灰摻量為10%～20%時，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時，隨著粉煤灰摻量的增加，“微填充”效應顯著，導致試樣內部的孔徑逐漸變小，增加了孔道的曲折程度，使內部通道復雜，當聲波通過試樣時很容易發生多次折射和漫反射，每次反射、折射都要消耗一定能量，如此反復的結果，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一部分聲能轉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，會使試樣內部的孔隙堵塞，阻礙了聲波進入到試樣內部，聲波與孔道的摩擦力降低，不利于吸聲，表現為吸聲系數降低。

（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，則材料的吸聲系數低。當增加材料的厚度時，聲波傳播的距離增加，在通過試樣的內部時阻擋次數增多，發生的能量損失隨之增多，所以吸聲系數隨材料厚度的增加一般總是增大。但根據相關學者的研究，發現材料增至一定厚度時，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濟效益及場地限制。

（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PP纖維長度短于19mm時，隨著纖維的增加吸聲性能增強；這主要是因為在此范圍內，纖維的長度的增加，容易對聯通孔形成支撐，且隨著長度的增加，支撐作用增強，從而表現出較好的吸聲效果；而纖維長度超過19mm時，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出相同的規律。

（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進行測量，研究了材料受潮后對吸聲效果的影響。結果表明，材料受潮后，吸聲性能將會有所減弱，在實際應用中應盡量避免材料受潮的情況。

結語

在多孔材料吸聲機理的指導下，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墻板吸聲性能的影響，結果表明，各因素在一定范圍內可以取得比較理想的吸聲效果。當前在水泥基輕質墻板多因素協同影響其吸聲性能的研究較少，因此，系統研究相關因素的協同變化對水泥基輕質墻板吸聲性能的影響應是下一階段研究的重點。

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作者簡介：米力，男，1979.12，內蒙古鄂爾多斯職業學院，碩士，講師。

研究方向：纖維增強水泥基材料相關性能研究。