鐵路具防火功能的聲屏障板材選用研究

齊楠

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055）

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置聲屏障降噪措施。目前國內(nèi)外對鐵路線路穿過居民住宅、學校、醫(yī)院等敏感點時，鐵路兩側(cè)都普遍采取設置聲屏障措施，實現(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特的城市風景線。

在聲屏障滿足降噪要求的同時，為滿足規(guī)范要求和確?？瓦\專線的安全可靠，防止個別火災高發(fā)區(qū)對臨近線路產(chǎn)生的威脅，以及防止客運專線對嚴禁煙火地區(qū)產(chǎn)生威脅，在特殊地段需要設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可以兼具防火功能。對鐵路特別是客運專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個極大的保證。本次研究針對聲屏障板材選用進行對比分析。

2 防火板材簡介及防火聲屏障板材要求指標

此次主要研究防火屏障用板材的性能，對屏障用防火板材做詳細的市場調(diào)研。通過綜合對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)合屏障相關結(jié)構(gòu)，設計安全可靠、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和無機兩大類，如水泥發(fā)泡防火板、玻化微珠防火板、復合硅質(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，其相關性能也有較大差異，故此次主要對常用有機、無機和復合防火板材的具體信息做相關調(diào)研。

我們選用板材的主要評價指標為：防火等級、耐火極限時間，板材的物理性能達到聲屏障聲學構(gòu)件規(guī)范的相關要求[1]。

3 防火板材比選

3.1 無機防火板

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)護而成的一種水泥基輕質(zhì)多孔無機防火板。

性能參數(shù)：密度（kg/m3）：160～200；導熱系數(shù) W/(m.k)：0.045～0.050；抗壓強度（MPa）：0.2～0.4（市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的抗壓強度能達到2.5MPa左右）；抗折強度(MPa)：≥0.2；抗拉強度(MPa)：≥0.10；蓄熱強度 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；無毒無害節(jié)能環(huán)保無有害氣體排放；使用壽命可達25年以上。防火等級：A級不燃（A1級）

未選用原因：自重較重。

②纖維增強硅酸鈣板：纖維增強硅酸鈣板是一種典型的裝修纖維增強硅酸鈣板，以石灰、硅酸鹽及無機纖維增強材料為主要原料的建筑板材，采用輥壓、加壓精湛技術，經(jīng)壓蒸養(yǎng)護、表面磨光等處理的特殊工藝制造，生成以莫來石晶體結(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)、強度高、防火、無煙、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)：

纖維增強硅酸鈣板物理力學性能D 0.8 D 1.0 D 1.3表觀密度 D/(g/c m 3) 0.7 5＜D≤0.9 0 0.9 0＜D≤1.2 0 1.2 0＜D≤1.4 0抗折強度/M p a(e為厚度)項目 類別e=5,6,8 e=1 0,1 2,1 5 e≥2 0 8 6 5 9 7 6 1 2 9 8螺釘拔出力（N/m m）≥熱導率[W/(m·k)]≤6 0 0.2 5 7 0 0.2 9 8 0 0.3 0含水率%≤濕脹率%≤防火特性耐火極限1 0 0.2 5不燃A 1級材料3.5 3 h

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、無毒無味無污染、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。強度高、彎曲有韌性、裝修極其方便、可鋸、可釘、可粘。

性能參數(shù)：

防火性 參數(shù) 不燃材料，燃點2 7 0 0℃評價 極優(yōu)異防水性 參數(shù) 可經(jīng)1 0 0天浸泡，物理性能Δ＜3%評價 極優(yōu)異物理性能強度0.8 5-1.0 3 k g/c m 2≥3.5 K J≥1 4 M P a 0.6 5 W/m 2(W/m 2 K)2.6^1 0 M M/C(M M/K)優(yōu)異物理尺寸規(guī)整度 參數(shù) 物理尺寸偏差度評價 一般可塑性 參數(shù) 可貼紙、布、鋁板等飾面材料評價 優(yōu)異施工性 參數(shù) 可釘汽釘，可用螺釘，切割可用壁紙刀或云石鋸評價 優(yōu)異環(huán)保型 參數(shù) 無任何有毒物質(zhì)評價 優(yōu)異密度抗沖擊強度抗折強度導熱系數(shù)熱膨脹系數(shù)評價

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，再添加一些助劑復合而制成的空心板材。具有自重輕、強度高、韌性好、防火隔熱、施工方便等特點，其加工工藝簡單，周轉(zhuǎn)批次少，勞動生產(chǎn)率高，占用場地少，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A1級；密度260～300kg/m3；抗折強度≥8Mpa；抗壓強度 0.35～0.8Mpa；導熱系數(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源非常廣，因此制作出來的種類也是比較多的，比如說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，加工簡便,是一種強度較高、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)的保溫材料來填充鎂質(zhì)膠凝，經(jīng)過一系列的加工處理復合而成，它屬于氯氧鎂水泥類的制成品，但是環(huán)保性能比較強。

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短纖維對人體呼吸系統(tǒng)會造成危害；b板材強度差；c板材對火災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機黏結(jié)材料為基材，礦棉、玻璃棉作為增強材料的板材。

未選用原因：強度差，環(huán)保性能差。

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

未選用原因：強度差，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)加熱預發(fā)后在模具中加熱成型的具有微細閉孔結(jié)構(gòu)的白色固體。

性能參數(shù)：導熱系數(shù)：0.041W/M.K；強度：0.1～0.25MPa；容重：15～25kg/m3；防火等級：B2 級

未選用原因：防火等級相對較低，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)過高壓發(fā)泡固化，自動密實布棉并由超長精密雙履帶控制成型復合而成，與傳統(tǒng)掛棉圍護材料相比，防火、保溫效果更佳，性能更持久。

性能參數(shù)：密度≥30kg/m3；抗壓強度≤2.0kg/cm2；導熱系數(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：防火等級相對較低，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)品以復合改性酚醛板較為普遍，在酚醛板表面復合界面劑或網(wǎng)格布砂漿，不但杜絕了酚醛板掉渣的缺點，強度韌性都大幅提升，防火等級更達到A級不燃標準。

性能參數(shù)：容重 40～100kg/m3；厚度 20～200mm；導熱系數(shù)0.022～0.030w/mk；阻燃等級A；煙密度等級＜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，遇火時膨脹產(chǎn)生200mm厚的泡沫，炭化成保護層，隔絕火源，適用于發(fā)電廠、變電所之類等級較高的建筑物室內(nèi)外電纜線的防火保護。

3.4 分析結(jié)論

通過對比分析上述防火板材，有機防火板的兩項關鍵性能——防火性能和力學性能都比無機防火板要差些，故優(yōu)先選擇綜合性能較為無機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，力學性能也能達標，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補充。

在無機防火板中，我們預備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級防火無機材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強度高，相對來說最適合用于防火屏障外裝板材。其次是纖維增強硅酸鈣板，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，遇火時膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個屏障的防火性能。

4 聲屏障板材降噪效果

根據(jù)《關于印發(fā)＜鐵路建設項目環(huán)境影響評價噪聲振動源強取值和治理原則指導意見>（2010年修訂稿）的通知》中關于列車運行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi的計算公式，本次以2m高路基為例，受聲點與鐵路外軌中心線的距離取30m，防火聲屏障設置位置距外軌中心線距離取4m。若設置5m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計算出列車運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。若設置4.15m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計算出列車運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。計算本段聲屏障實施后的降噪效果。通過計算可以看出，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機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，力學性能也能達標，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補充。在無機防火板中，我們預備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級防火無機材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強度高，相對來說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，遇火時膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個屏障的防火性能。

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到3.0h，能夠起到鐵路與建筑物相互防火作用，對鐵路特別是客運專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個極大的保證。目前國內(nèi)外尚無鐵路具有防火功能的聲屏障相關方面的研究與內(nèi)容，故本項目在鐵路沿線防火及降噪領域具有積極的作用和重大的意義。