泡沫鋁材料在橋梁聲屏障結構中的應用

劉荻舟

（吉林大學，吉林 長春 130026）

近些年，伴隨環境污染問題日益嚴重，人們對于環境保護的問題也越來越關注。在所有已知的各種環境污染中，噪音污染又重新進入人們的視野，成為迫切需要解決的問題。現實生活中的噪音污染來源繁多，但是最主要的一部分就是道路噪音污染。面對道路上由于各種交通工具的移動或者停止、不同人群交流溝通所產生的噪音污染，通過在道路兩邊設置聲屏障的解決措施可以有效地阻礙噪音的傳播，從而保護聲屏障后面的人員不用受到噪音污染的侵襲。

國內現有的橋梁聲屏障結構簡單、降噪效果明顯，已被廣泛應用。但是其材料體系在國內發展比較緩慢。從開始使用聲屏障進行隔音降噪至今，在其所使用的材料方面并沒有顯著的改變。主要是通過其所具有的獨特百葉結構對噪音進行吸收和阻隔。在材料方面，伴隨科學技術的進步，已經有更多種類的、降噪性能更加優秀的材料出現，例如文章將要敘述的泡沫鋁材料，可以嘗試將其應用到聲屏障當中，從而更好的達到隔音降噪的最終目的。

1 泡沫鋁材料

1.1 制作工藝

目前生產泡沫鋁材料的工藝方法主要有三種，分別是粉末冶金發泡法、熔體發泡法以及二次發泡法。最常用的生產方法是二次發泡法，其主要步驟如下：

第一步，在鋁熔體中加入增粘劑攪拌均勻。第二步，在適宜的溫度及粘度條件下加入發泡劑，如：預處理好的TiH2。分散均勻。第三步，在TiH2未分解前將熔體鑄入模具中快速冷卻凝固，得到發泡先驅體。第四步，將發泡先驅體加熱至一定溫度，使TiH2分解發泡，得到泡沫鋁材料。

目前，由于泡沫鋁材料在國內實際應用范圍較小，所以盡管泡沫鋁材料的生產技術已經較為成熟，但是生產廠家較少。盡管如此，泡沫鋁材料亦可以進行大規模生產，為將泡沫鋁材料應用到橋梁聲屏障的結構中提供生產基礎。

1.2 泡沫鋁材料隔音降噪性能

由于泡沫鋁材料本質上是通過發泡工藝而生產的金屬鋁材料，因此其同時具有金屬以及氣泡特征，樣式如圖1所示。泡沫鋁材料內部有許多通過發泡工藝形成的孔洞，當噪音以聲波的形式傳入到泡沫鋁材料中時，聲波進入泡沫鋁材料的孔洞，一部分聲波在孔洞中發生反射，改變其傳播方向。另一部分聲波穿透孔洞，進入泡沫鋁材料中的下一個孔洞。如此情形在每一個孔洞中重復進行。在反射的過程中，聲波與泡沫鋁材料接觸，聲波能量產生損失。經過多次反射，最終使得絕大部分聲波不能穿透泡沫鋁材料。穿過泡沫鋁材料的噪音得到有效的減小，達到隔音降噪的目的。

圖1 泡沫鋁材料

目前大部分橋梁聲屏障所采用的隔音材料主要為混凝土吸聲板和金屬復合吸聲板。依據相關實驗研究與統計，通過采用吸引混凝土材料制作的混凝土吸聲板的隔音系數為0.3～0.5。金屬復合吸聲板的吸音性能主要通過具有百葉結構，使聲波在其結構中不斷進行反射，從而削減能量，達到隔音降噪的目的，其降噪系數為 0.4～0.6。

對于泡沫鋁材料，通過對其進行隔音測試，其隔音降噪效果遠強于混凝土吸聲板和金屬復合吸聲板。在聲波頻率達到800～4000Hz時，閉孔泡沫鋁的隔聲系數達0.9以上；聲波頻率在125～4000Hz時，通孔泡沫鋁的吸聲系數最大可達0.8，其倍頻程平均吸聲系數超過0.4。這一實驗數據表明，如果可以將泡沫鋁材料應用到橋梁聲屏障結構當中，理論上可以有效地增加橋梁聲屏障的隔音降噪性能。

1.3 附加功能

除具有良好的隔音降噪功能，泡沫鋁材料還具有良好的隔熱以及屏蔽輻射的能力。在橋梁聲屏障吸收噪音污染的同時，可以有效的阻擋來源于交通工具的熱量傳遞、發動機輻射等。另外，在施工過程中，由于泡沫鋁材料的質量較輕、剛度較小，因此在安裝橋梁聲屏障

2 橋梁聲屏障結構設計

噪音在傳播的過程中，遇到障礙物發生反射，并且在金屬板上的反射點不斷提高，因此聲屏障結構的高度也是決定聲屏障隔音降噪性能的重要因素。在現在較為廣泛使用的橋梁聲屏障的結構設計中，主要采用的全金屬版表層的設計，整體結構由于受材料經濟性的限制，所具有的高度較矮。因此，應當在已有的結構中加入一層透明塑料板，起到增加結構高度，阻礙噪音傳播的目的，如圖2所示。此外，由于塑料板為透明材質，有利于駕駛員以及聲屏障外側的相關人員進行觀察，確保和提高行車安全。

作為聲屏障發揮主要性能的吸音板區域，需要進行重新設計，如圖3所示。第一層為表面百葉層，此結構是金屬聲屏障結構中最顯著的特點，同樣可以應用到新型聲屏障的設計中。百葉形式可以更好的收納噪音，將更大范圍的噪音導入其后的吸音材料層，從而更好的發揮隔音性能。第二層是防水層。由于橋梁聲屏障工作環境在室外，因此需要進行防水防腐蝕處理。通過涂抹防水涂料或者灌注防水混凝土的方式可以防治雨水、空氣中水分進入時候的隔聲材料層，起到保護作用。第三層是隔聲材料層，將泡沫鋁材料制成板狀，加入聲屏障的結構體系，代替原來聲屏障吸音部分所采用的吸音金屬以及吸音混凝土等材料。通過其強于吸音金屬以及吸音混凝土的吸引性能，可以更好的隔絕噪音，發揮聲屏障的功能。最后一層是金屬板材。由于聲屏障結構為懸臂結構，在復雜的室外環境中工作時，需要其使用的支撐物具有良好的強度。

通過將泡沫鋁材料應用到橋梁聲屏障結構的隔聲材料層，在增強隔音性能的同時可以有效的減小聲屏障自重，便于安裝和承受荷載。此外，由于應用的泡沫鋁材料其表面會天然帶有氧化鋁保護層，可以提高泡沫鋁材料的抗氧化、抗腐蝕能力。因此，在結構生產過程中不需要考慮隔聲材料氧化或受到腐蝕等問題，不僅可以縮減聲屏障生產流程，也可以有效的提高該橋梁聲屏障結構的使用年限，更加經濟。

圖2 橋梁聲屏障結構正視示意圖

圖3 橋梁聲屏障結構剖面示意圖

4 結論與期望

4.1 結論

泡沫鋁材料作為一種新型的具有氣泡特性的金屬材料，比傳統的金屬材料具有更加優異的性能。將泡沫鋁材料應用到橋梁聲屏障結構的隔聲材料層，較傳統橋梁聲屏障結構而言，可以更好的起到降噪隔音的作用。并且在安裝的過程中可以有效的縮短工期，提高施工質量和效率。將現有的橋梁聲屏障結構的結構優勢同泡沫鋁材料的優異性能相結合，從而設計新的橋梁聲屏障結構，更好的對橋梁車道產生的噪音污染進行降噪隔音。

4.2 期望

目前國內對于降低道路橋梁方面的噪音污染問題越來越重視，也有通過越來越多地措施減小道路橋梁方面的噪音污染。所以，泡沫鋁材料作為更加優異的隔音材料，有著巨大的發展空間。希望可以通過對于泡沫鋁材料生產方面的繼續深入研究，提高泡沫鋁材料的生產工藝，使其更加具有經濟效益，從而可以更好的應用于橋梁聲屏障使用以及其他可以應用泡沫鋁材料的產業。相信在不久的將來，橋梁聲屏障的生產及安裝工藝可以發生巨大的轉變，通過使用降噪隔音性能更加優異的材料，產生更加優異的降噪效果，給予人們更高的生活質量。