鐵路具防火功能的聲屏障板材選用研究

齊楠

【摘 要】鐵路聲屏障滿足降噪要求的同時(shí)，為滿足規(guī)范要求和確保鐵路運(yùn)營(yíng)的安全可靠，防止個(gè)別火災(zāi)高發(fā)區(qū)對(duì)臨近線路產(chǎn)生的威脅，以及防止鐵路對(duì)嚴(yán)禁煙火地區(qū)產(chǎn)生威脅，開展具有防火功能的聲屏障研究，本次研究針對(duì)聲屏障板材選用進(jìn)行對(duì)比。

【Abstract】The railway sound barrier meets the requirement of noise reduction， meanwhile， in order to meet the requirements of the standard and ensure the safety and reliability of railway operation， prevent the threat of the individual high fire area to the adjacent lines， and prevent the railway from threatening the strictly prohibited pyrotechnic areas， the research of sound barrier with fire prevention function is carried out， and the selection of sound barrier plate is compared in this study.

【關(guān)鍵詞】鐵路；防火功能；聲屏障；材料

【Keywords】 railway； fire prevention function； sound barrier； material

【中圖分類號(hào)】F530.32 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0194-03

1 引言

鐵路噪聲污染防治在聲傳播途徑控制方式主要為設(shè)置聲屏障降噪措施。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵路線路穿過(guò)居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院等敏感點(diǎn)時(shí)，鐵路兩側(cè)都普遍采取設(shè)置聲屏障措施，實(shí)現(xiàn)了其他降噪手段所不能代替的效果，取得了良好的降噪效果，更是成為了一道道獨(dú)特的城市風(fēng)景線。

在聲屏障滿足降噪要求的同時(shí)，為滿足規(guī)范要求和確保客運(yùn)專線的安全可靠，防止個(gè)別火災(zāi)高發(fā)區(qū)對(duì)臨近線路產(chǎn)生的威脅，以及防止客運(yùn)專線對(duì)嚴(yán)禁煙火地區(qū)產(chǎn)生威脅，在特殊地段需要設(shè)置具有防火性能的聲屏障，使傳統(tǒng)意義上的聲屏障在降噪的同時(shí)可以兼具防火功能。對(duì)鐵路特別是客運(yùn)專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個(gè)極大的保證。本次研究針對(duì)聲屏障板材選用進(jìn)行對(duì)比分析。

2 防火板材簡(jiǎn)介及防火聲屏障板材要求指標(biāo)

此次主要研究防火屏障用板材的性能，對(duì)屏障用防火板材做詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)研。通過(guò)綜合對(duì)比分析各種不同種類的防火板材，選擇適合屏障用的防火材料，結(jié)合屏障相關(guān)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安全可靠、性能優(yōu)異、綠色環(huán)保的防火屏障。

防火板材大致可分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類，如水泥發(fā)泡防火板、玻化微珠防火板、復(fù)合硅質(zhì)防火板、玻鎂防火板、聚苯板、聚氨酯防火板等。由于上述防火板材料和組成不同，其相關(guān)性能也有較大差異，故此次主要對(duì)常用有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合防火板材的具體信息做相關(guān)調(diào)研。

我們選用板材的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為：防火等級(jí)、耐火極限時(shí)間，板材的物理性能達(dá)到聲屏障聲學(xué)構(gòu)件規(guī)范的相關(guān)要求[1]。

3 防火板材比選

3.1 無(wú)機(jī)防火板

①水泥發(fā)泡防火板：利用水泥的不燃及混凝土中大量的封閉氣孔達(dá)到防火、輕質(zhì)、保溫、隔音的效果，是用泡沫劑制備的泡沫與水泥，攪拌混合澆注成形后，經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的一種水泥基輕質(zhì)多孔無(wú)機(jī)防火板。

性能參數(shù)：密度（kg/m3）：160～200；導(dǎo)熱系數(shù)W/（m.k）：0.045～0.050；抗壓強(qiáng)度（MPa）：0.2～0.4（市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2.5MPa左右）；抗折強(qiáng)度（MPa）：≥0.2；抗拉強(qiáng)度（MPa）：≥0.10；蓄熱強(qiáng)度W（m2·k）：≥0.95；軟化系數(shù)（%）：≥0.6；吸水率（V/V/%）：≤10；抗凍性（質(zhì)量損失：%）：≤5；放射性（IRa）：≤1.0；內(nèi)保溫系統(tǒng)要求Ir：≥ 1.0；無(wú)毒無(wú)害節(jié)能環(huán)保無(wú)有害氣體排放；使用壽命可達(dá)25年以上。防火等級(jí)：A級(jí)不燃（A1級(jí)）

未選用原因：自重較重。

②纖維增強(qiáng)硅酸鈣板：纖維增強(qiáng)硅酸鈣板是一種典型的裝修纖維增強(qiáng)硅酸鈣板，以石灰、硅酸鹽及無(wú)機(jī)纖維增強(qiáng)材料為主要原料的建筑板材，采用輥壓、加壓精湛技術(shù)，經(jīng)壓蒸養(yǎng)護(hù)、表面磨光等處理的特殊工藝制造，生成以莫來(lái)石晶體結(jié)構(gòu)為主的硅酸鈣板，經(jīng)高溫高壓蒸養(yǎng)，干噪處理生產(chǎn)的裝飾板材。故具有輕質(zhì)、強(qiáng)度高、防火、無(wú)煙、防水、防霉、防潮、隔音、隔熱、不變形、不破裂、耐久性好、加工性能與施工性能好的優(yōu)良特性。

性能參數(shù)：

③玻鎂防火板：玻鎂防火板亦稱玻鎂板、氧化鎂板、菱鎂板、鎂質(zhì)板。玻鎂防火板具有耐高溫、阻燃、吸聲防震、防水防潮、防蟲、輕質(zhì)防腐、無(wú)毒無(wú)味無(wú)污染、可直接上油漆，直接貼面，可用氣釘、直接上瓷磚，表面有較好的著色性。強(qiáng)度高、彎曲有韌性、裝修極其方便、可鋸、可釘、可粘。

性能參數(shù)：

④珍珠巖防火板：珍珠巖板、漂珠板、蛭石板是以低堿度水泥為基材，珍珠巖、玻璃微珠、蛭石為加氣填充材料，再添加一些助劑復(fù)合而制成的空心板材。具有自重輕、強(qiáng)度高、韌性好、防火隔熱、施工方便等特點(diǎn)，其加工工藝簡(jiǎn)單，周轉(zhuǎn)批次少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，占用場(chǎng)地少，節(jié)省人員工資，屬于環(huán)保新型防火材料。

性能參數(shù)：防火等級(jí)A1級(jí)；密度260～300kg/m3；抗折強(qiáng)度≥8Mpa；抗壓強(qiáng)度0.35～0.8Mpa；導(dǎo)熱系數(shù)≤0.035～0.076W/（m.k）；含水率≤10%；濕脹率≤0.25%；耐火極限0.6～2h；耐燃溫度1300℃；吸聲系數(shù)0.03～0.8。

未選用原因：耐火極限不能滿足3h的要求。

⑤石膏防火板：石膏板是以建筑石膏為主要原料制成的一種材料。這種板材的原材料的來(lái)源非常廣，因此制作出來(lái)的種類也是比較多的，比如說(shuō)雙面貼紙石膏防火板、硅鈣石膏纖維板等等，這些板材的內(nèi)部含有結(jié)晶水，有較好的耐火性能，加工簡(jiǎn)便，是一種強(qiáng)度較高、厚度較薄、重量較輕、隔音絕熱和防火等性能較好的建筑材料，是當(dāng)前著重發(fā)展的新型輕質(zhì)板材之一。

性能參數(shù)：輕質(zhì)隔熱，導(dǎo)熱系數(shù)為0.30，隔熱性能優(yōu)良；優(yōu)異的防火性能，耐火極限可達(dá)2h以上；裝飾功能好，建筑裝飾效果好；可施工性好。

未選用原因：耐火極限不能滿足3h的要求，且作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

⑥氯氧化鎂防火板：這種防火板是使用鎂質(zhì)膠凝為主要原材料來(lái)制作的，再在其中添加玻璃纖維布和一些輕質(zhì)的保溫材料來(lái)填充鎂質(zhì)膠凝，經(jīng)過(guò)一系列的加工處理復(fù)合而成，它屬于氯氧鎂水泥類的制成品，但是環(huán)保性能比較強(qiáng)。

未選用原因：作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

⑦礦棉板、玻璃棉板：主要以礦棉、玻璃棉為隔熱材料。其本身不燃、耐高溫性能好、質(zhì)輕，但不足之處有：a短纖維對(duì)人體呼吸系統(tǒng)會(huì)造成危害； b板材強(qiáng)度差；c板材對(duì)火災(zāi)煙氣蔓延的阻隔性能差；d裝飾性差；e安裝施工工作量大。因此，該種板材現(xiàn)已大部分演變成以無(wú)機(jī)黏結(jié)材料為基材，礦棉、玻璃棉作為增強(qiáng)材料的板材。

未選用原因：強(qiáng)度差，環(huán)保性能差。

⑧水泥板。水泥板材強(qiáng)度高，來(lái)源廣泛。過(guò)去常用它作防火吊頂和隔墻，但其耐火性能較差，在火場(chǎng)中易炸裂穿孔、失去保護(hù)作用而使其應(yīng)用受到一定限制。水泥混凝土構(gòu)件的隔熱、隔聲性能好。建材市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了纖維增強(qiáng)水泥板等改進(jìn)品種，具有強(qiáng)度高、耐火性能好的優(yōu)點(diǎn)，但韌性較差、堿度大、裝飾效果較差。

未選用原因：強(qiáng)度差，作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

3.2 有機(jī)防火板

①膨脹聚苯防火板：全稱聚苯乙烯泡沫板，又名泡沫板或EPS板，是由含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒，經(jīng)加熱預(yù)發(fā)后在模具中加熱成型的具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的白色固體。

性能參數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)：0.041W/M.K；強(qiáng)度：0.1～0.25MPa；容重：15～25kg/m3；防火等級(jí)：B2級(jí)

未選用原因：防火等級(jí)相對(duì)較低，耐火極限不能滿足3h的要求。

②聚氨酯防火板：聚氨酯防火板，其面材采用高品質(zhì)彩色涂層鋼板，芯材采用高品質(zhì)巖棉、玻璃絲棉，高密度硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯為企口填充，經(jīng)過(guò)高壓發(fā)泡固化，自動(dòng)密實(shí)布棉并由超長(zhǎng)精密雙履帶控制成型復(fù)合而成，與傳統(tǒng)掛棉圍護(hù)材料相比，防火、保溫效果更佳，性能更持久。

性能參數(shù)：密度≥30kg/m3；抗壓強(qiáng)度≤2.0kg/cm2；導(dǎo)熱系數(shù)≤0.025W/（m.k）；吸水率≤3.0%；線性表化率≤1.0%；阻燃性≥26。

未選用原因：防火等級(jí)相對(duì)較低，耐火極限不能滿足3h的要求。

③改性酚醛防火板：酚醛板的改性產(chǎn)品以復(fù)合改性酚醛板較為普遍，在酚醛板表面復(fù)合界面劑或網(wǎng)格布砂漿，不但杜絕了酚醛板掉渣的缺點(diǎn)，強(qiáng)度韌性都大幅提升，防火等級(jí)更達(dá)到A級(jí)不燃標(biāo)準(zhǔn)。

性能參數(shù)：容重40～100kg/m3；厚度20～200mm；導(dǎo)熱系數(shù)0.022～0.030w/mk；阻燃等級(jí)A；煙密度等級(jí)<5；工作溫度-196～+200℃。

未選用原因：作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

3.3 防火涂料

防火涂料是一類特制的防火保護(hù)涂料，有氯化橡膠、石蠟和多種防火添加劑組成的溶劑型涂料，耐火性好，施涂于普通電線表面，遇火時(shí)膨脹產(chǎn)生200mm厚的泡沫，炭化成保護(hù)層，隔絕火源，適用于發(fā)電廠、變電所之類等級(jí)較高的建筑物室內(nèi)外電纜線的防火保護(hù)。

3.4 分析結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析上述防火板材，有機(jī)防火板的兩項(xiàng)關(guān)鍵性能——防火性能和力學(xué)性能都比無(wú)機(jī)防火板要差些，故優(yōu)先選擇綜合性能較為無(wú)機(jī)防火板作為聲屏障的組成部分，使聲屏障板材在滿足防火要求的同時(shí)，力學(xué)性能也能達(dá)標(biāo)，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補(bǔ)充。

在無(wú)機(jī)防火板中，我們預(yù)備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級(jí)防火無(wú)機(jī)材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強(qiáng)度高，相對(duì)來(lái)說(shuō)最適合用于防火屏障外裝板材。其次是纖維增強(qiáng)硅酸鈣板，它的物理性能和防水性能比玻鎂板稍弱一些，防火性能也足夠。

在防火板的表面還可以涂裝防火涂料，遇火時(shí)膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護(hù)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個(gè)屏障的防火性能。

4 聲屏障板材降噪效果

根據(jù)《關(guān)于印發(fā)<鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)噪聲振動(dòng)源強(qiáng)取值和治理原則指導(dǎo)意見>（2010年修訂稿）的通知》中關(guān)于列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi的計(jì)算公式，本次以2m高路基為例，受聲點(diǎn)與鐵路外軌中心線的距離取30m，防火聲屏障設(shè)置位置距外軌中心線距離取4m。若設(shè)置5m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計(jì)算出列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi=5.4dB，即防火聲屏障降噪效果為5.4dB。若設(shè)置4.15m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計(jì)算出列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi=4.9dB，即防火聲屏障降噪效果為4.9dB。計(jì)算本段聲屏障實(shí)施后的降噪效果。通過(guò)計(jì)算可以看出，在不考慮聲屏障板材的吸聲效果的情況下，聲屏障的隔聲降噪效果已經(jīng)達(dá)到了5.4dB及4.9dB，降噪效果良好。

5 結(jié)論

綜上所述，優(yōu)先選擇綜合性能較好的無(wú)機(jī)防火板作為聲屏障的組成部分，使聲屏障板材在滿足防火要求的同時(shí)，力學(xué)性能也能達(dá)標(biāo)，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補(bǔ)充。在無(wú)機(jī)防火板中，我們預(yù)備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級(jí)防火無(wú)機(jī)材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強(qiáng)度高，相對(duì)來(lái)說(shuō)最適合用于防火屏障外裝板材。在防火板的表面還可以涂裝防火涂料，遇火時(shí)膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護(hù)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個(gè)屏障的防火性能。

這種聲屏障研究完成后可以起到防火、降噪的雙重作用。這種防火性能聲屏障耐火極限達(dá)到3.0h，能夠起到鐵路與建筑物相互防火作用，對(duì)鐵路特別是客運(yùn)專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個(gè)極大的保證。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)鐵路具有防火功能的聲屏障相關(guān)方面的研究與內(nèi)容，故本項(xiàng)目在鐵路沿線防火及降噪領(lǐng)域具有積極的作用和重大的意義。

【參考文獻(xiàn)】

【1】聲屏障信息門戶網(wǎng)專家組. 聲屏障技術(shù)與材料選用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.