無機多孔材料在變電站降噪中的應用

李晨+李卓智

摘 要：通過對國內外文獻的研究，文章對噪聲的產生原因及控制噪聲方法進行了闡述，結合現有變電站噪聲控制方法，論述了當前主流降噪吸聲材料對噪聲的治理效果，變電站噪聲具有低頻特性，文章提出采用無機多孔材料-多孔混凝土來解決變電站噪聲超標問題，無機多孔材料所具有的優良的導熱性、耐久性、節能環保以及低頻吸聲性能使其成為變電站土建工程中理想的防治噪聲材料。

關鍵詞：變電站；噪聲；無機多孔材料；多孔混凝土

中圖分類號：TB383 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0148-02

引言

無機多孔材料是一類富含孔結構的材料，它具有較大的比表面積、低密度、低熱導率、高孔隙率等特點。無機多孔材料廣泛應用于我們的日常生活中，對我們產生了極大的直接和間接的影響。無機多孔材料孔道的形狀、體積大小以及尺寸的分布直接影響著該材料在特定應用中所具備的能力。近年來有序無機多孔材料被發現具有著卓越應用性能，具有均勻大小孔道，均勻形狀及均勻體積的無機多孔材料正在大量制備。同時，隨著材料科技技術的發展，人們對無機多孔材料的工程應用提出了更高要求，研發無機多孔材料的更多應用己成為科研工作者的重要任務，無機多孔材料的混合應用和功能化為此提供了更多發展機會。

變電站是輸變電工程中的重要組成部分之一，在電網正常運行中起著重大作用，在城市建設日新月異的今天，城市高層建筑越來越多，變電站與居民區也日益靠近，而變電站產生的噪聲也將影響著市民的日常生活。噪聲對居民的是全身性的，尤其對人體的神經及聽力系統。這些影響的早期影響是輕微性的改變，但是如果長期接觸劇烈的噪聲，將會引發病理性疾病。此外，辦公作業場所中的噪聲還會干擾人們的溝通，降低工作效率，或者引起不必要的事故。

1 主要的噪聲防治方法

目前防治噪聲有三種方式，分別從聲源處、傳播途徑及受眾處[1]。

（1）控制聲源。降低聲源噪聲，工業、運輸可以使用低噪聲生產設備，改善生產過程，或改變噪聲源運動（如阻尼，振動等措施，減少固體的振動）。

（2）以噪聲傳輸的方式進行控制。（在傳輸過程中）來控制噪聲的擴散，改變聲源已經發出的噪聲傳播，如使用吸音、噪聲隔音屏障、隔振、種樹等措施，以及城市的理性規劃和建筑布局。

（3）削弱人耳中的噪音。聲音或器官的聲音、聲源和傳播手段不能采取措施，或者聲音措施仍然無法達到預期的效果，有必要讓人或器官采取保護措施，如長期職業噪音暴露工人可以戴耳塞、耳罩或頭盔等耳罩。

2 變電站降噪用吸聲材料及其性能概述

吸聲材料就是可以把聲能轉化為其他形式的材料。按照其吸聲原理大致可以分為多孔吸聲材料和共振結構兩大類。

構造特征為材料內部應有大量的微孔和間隙，而且這些微孔應盡可能細小并在材料內部是均勻分布的。材料內部的微孔應該是互相貫通的，而不是密閉的，單獨的氣泡和密閉間隙不起吸聲作用。微孔向外敞開，使聲波易于進入微孔內。吸聲特性主要是高頻，影響吸聲性能的因素主要是材料的流阻，孔隙，結構因素、厚度、容重、背后條件的影響。

根據建筑材料的設計要求和吸聲材料的特點，進行材質、造型等方面的選擇和設計。建筑上常用的吸聲材料有泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、工業毛氈、泡沫玻璃、玻璃棉、礦渣棉、瀝青礦渣棉、水泥膨脹珍珠巖板、石膏砂漿（摻水泥和玻璃纖維）、水泥砂漿、磚（清水墻面）、軟木板等，每一種吸聲材料對其厚度、容重、各頻率下的吸聲系數及安裝情況都有要求，應執行相應的規范。建筑上應用的吸聲材料一定要考慮安裝效果。在建筑物內安裝吸聲材料，應盡量裝在最容易接觸聲波和反射次數多的表面上，也要考慮分布的均勻性，不必都集中在天棚和墻壁上。大多數吸聲材料強度較低，除安裝操作時要注意之外，還應考慮防水、防腐、防蛀等問題。盡可能使用吸聲系數高的材料，以便使用較少的材料達到較好的效果。

用作吸聲材料的材質應盡量選用不易燃、不易蟲蛀發霉、耐污染、吸濕性低的材料。由于材料的多孔性容易吸濕、尺寸易發生變形，所以安裝時要注意膨脹問題。吸聲材料都是裝于建筑物的表面。因此，在設計造型與安裝時均應考慮到它與建筑物的協調性和裝飾性。使用裝飾涂料時注意不要將細孔堵塞，以免降低吸聲效果。多孔性材料有的是用作吸聲材料，頁面的名稱相同-多孔材料，但是在氣孔特征上則完全不同。保溫材料要求具有封閉的不相互連通的氣孔，而吸聲材料則要求具有相互開放連通的氣孔，這種氣孔越多吸聲效果越好，與此相反，其保溫隔熱效果越差。

3 無機多孔材料

天然無機多孔材料在硅藻土和分子篩（沸石）中最具代表性。人造多孔材料是單組分和多組分，以不同的方式使用。根據其孔結構規則可分為：（1）無機多孔材料的不規則孔結構，如活性炭材料，多孔陶瓷材料，大孔二氧化硅和多孔氧化鋁；（2）無機多孔材料如微孔分子篩材料（硅鋁酸鹽，磷酸鹽，鍺酸鹽），介孔分子篩材料，雜化金屬有機骨架材料等常規孔結構[2]。具有規則孔結構的無機多孔材料在工業選擇催化，主機和客戶組裝，光電子等高科技領域具有良好的應用前景，引起了人們對該材料研究的極大興趣。針對考慮孔結構的規律，確定孔徑，將規則形狀和規則形狀的無機多孔材料根據其孔徑分類，包括微孔材料（2nm50nm），這是新的研究熱點，是新一代高性能催化材料代表。

多孔材料的制備工藝更復雜，技術條件更好。根據前面分析的特點，可控孔的多孔材料具有無序孔多孔材料的許多性質。隨著新技術的發展，多孔材料的制備可以更加成熟，將成為多孔材料科學未來的發展趨勢。

4 多孔混凝土

4.1 機理概述

多孔混凝土吸聲機理有：粘性吸聲，介質傳導吸聲，分子松弛吸收。在多孔混凝土中存在許多細小的互連孔，因為聲波是一種機械波，當它傳播到材料的表面時，原理是聲波振動相鄰的振動顆粒，相鄰的顆粒轉動振動通過相鄰的顆粒，使空氣不容易被孔壁的影響而移動。從流體力學原理可以看出，空氣流速在孔中有一個梯度，這將不可避免地產生粘性效應。對于吸音材料，積累微孔，能量消耗達到吸聲目的。

4.2 吸聲機理的影響因素

在相同粒度的條件下，相同的分級，隨著材料的降低，多孔混凝土產品的吸聲性能大大提高。這是因為剛性壁無機多孔吸聲材料，孔徑、孔隙率、氣流阻力和結構因素是影響材料吸音性能的關鍵因素。當阻力小時材料中的空氣流動，所以聲波損失低，吸聲效果差，吸音效果不理想，材料流動阻力應具有最佳值，基于多孔吸聲材料本身，流動阻力大，材料密度降低，孔隙率增加，流動阻力降低，減少材料表面的反射，材料的聲波傳播增加并且自然地提高了吸音效果。

在潮濕狀態下，不添加疏水劑，材料幾乎沒有吸聲特性；若加入硅氧烷疏水劑，在相同的濕潤條件下，減少吸音性能的材料性能下降，并與疏水劑的吸音性能降低，當疏水劑用量為5%時，吸音與干燥狀態相比，性能不是很大。這是因為聲波在水中的傳播遠遠小于空氣中的損失。

在多孔混凝土的60mm后腔中，材料的低頻吸聲性能得到改善。吸音的材料損失由不受頻率影響的聲阻決定，聲阻和頻率是材料的頻率特性之間的關系函數。如果聲阻和聲阻比大，則材料的頻率是高選擇性的。

4.3 對多孔混凝土應用的結論

對于多孔混凝土塊體的容重越小，則其吸聲性能越好，只是因為容重越小，塊體內部的孔道越多，消耗聲波越多；多孔混凝土骨料粒徑較小時產品獲得最佳吸聲效果；空腔后面相當于增加材料的厚度，在多孔混凝土中加入憎水劑可提高其吸聲性能，當摻入量為6%時，提升最大。這對于室外環境的多孔混凝土吸聲材料來說，這是非常有意義的。

5 展望

我國將多孔混凝土應用于隔音降噪領域還屬于新興研究，更多的工程應用和性能探究還有很大空間。目前有將泡沫混凝土用于高速公路的聲屏障，取得了良好的治理效果。但與其他無機多孔吸聲材料缺乏直觀的指標對比，例如多孔混凝土的無規吸音系數需要進行相關測試，但是多孔無機材料的優越性能是毋庸置疑的。多孔混凝土在變電站的更多的工程應用還有待發掘。相信隨著科研工作的深入和生產制備技術的成熟，多孔混凝土隔音塊會有廣闊的前景和廣泛的應用。

參考文獻：

[1]馬曉光，等.變電站降噪吸聲材料研究進展[J].廣州化工，2016（6）.

[2]王曉芳.無機多孔材料的制備及功能化研究[D].吉林大學，2012（12）.

[3]李應權，徐洛屹，扈士凱，等.聚合物水泥泡沫保溫材料的研究[J].新型建筑材料，2010，37（2）：29-33.endprint