利用淤污泥集料制备高速公路声屏障降噪材料的研究.doc

武汉理工大学硕士学位论文利用游污泥集料制备高速公路声屏障降噪材料的研究姓名：郭凯申请学位级别：硕士专业：材料学导教师：胡曙光20100501AbstractReducing the influence of traffic noise on daily life has been the main goal in construction and design of highway. Highway that has been built and is building has begun to use sound barricade as a method of reducing traffic noise. However,the materials are bad to environment,cost much and have low durability.This article is based on programs for science and technology development of transport department in Hubei province "research on using silt sludge aggregates to produce sound barricade in speedway". Investigate the Composition of sludge,the producing technique and performance of aggregate was studied,raise the idea of using baking sludge light aggregate to produce soimd-barricading.Throiigh research on mechanism of action of sound barricade and combined with characters of sludge aggregate,the design of sound-barricading production was raised.Theory of sound wave of transmission in tubule was under deep investigation, combined with dense-packing structural characters of aggregate,modeI between sound-absorbing frequency and aggregate particle size was established: according to analysis on transmission through in tubule,the smallest radius related to sound-absorbing peak was calculated.Cement-based materials are porous structure with aggregates' co-connection.Supposed that aggregates are the same radius, the area of hole between aggregates can be calculated according to particle size of aggregate and close-packing structure.When particle size is comparatively small,the hole can be seen as round hole.Therefore,the radius can be approximatively calculated. Since hole in materials are connected, it can be supposed that these holes are cylindrical tubule. Finally,the calculated radius is the radius during transmitting and theoretic relationship among aggregate radius,tubule radius and sound-absorbing peak rate has been estabUshed. According to this theory, the area of aggregate grain size of porous materials was fixed.As noise rate frequency in highway is concentrated in 8001200Hz,relative aggregate gradation is 1.182.36mm and the average sound-absorbing coefficient is as high as 0.94.Through comparision of sound-absorbing performance,strength and durability between noise-reducing material made by sludge aggregate and present expansion ofpea-1 rock,possibility of production of noise-reducing materials from sludge aggregate has been fixed.The factors impacting the noise-reducing performance of sludge aggregate have been investigated.The investigation mainly focused on principle of influence of mix proportion(water to cement ratio and gradation),material thickness,gradient structure design and back cavity on noise-reducing performance,which is combined with the relative usability of materials.The comparative reasonable design of sound barricade of sludge light aggregate has been raised,and this sound barricade support the construction of HangRui highway meeting the requirements of Two-oriented Society in Wuhan City Circle.Key Words ： Sludge light aggregate; Sound barricade; Noise reduction; Usability独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。签名： 日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被査阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。«0. S ."M(保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）么期第1章绪论1.1研究背景及意义高速公路作为公路交通的重要组成部分，对促进经济和社会发展、提高人 民生活水平和综合国力具有重要的作用。根据国家高速公路规划，到2010年末， 将实现“东网、中联、西通”的目标，建成55.5万公里，完成西部开发8条省际 通道中的高速公路。截至2006年底，全国公路总里程达345.70万公里，其中高 速公路4.53万公里1。大规模的高速公路建设，增加了城市之间的联系，带动了 沿线的经济发展，同时它也给当地的生态和生活环境带来了一系列影响，其中 道路交通噪音日益得到人们的重视。表1-1是不同类型汽车在道路行驶时噪音状 况。加速噪声表1-1不同类型汽车的噪声状况均速噪声Lso 86.5 81.8S 2.18 2.19 3.31 1.89 3.34 1.79 2.62Lio 87.11 84.6 84.3 84.1 80.8 73.8 79.381.7 76.5 71.5注：Lso为平均声压级；Lio为峰值声压级平均值; S为同种车辆中噪声差别程度的大小由表1-1可以看出：同一类型汽车的加速噪声比均速噪声大；随车型载重的 增加，噪声量增加，因此可以推断道路的噪声的大小和汽车的载重成正比。实际上，道路交通噪声主要是由于车辆在公路上行驶过程中，车辆自身驱 动系统(包括发动机、风扇、变速箱、进排气系统、轮轴等)以及轮胎与路面摩擦 所产生的噪声。道路交通噪声的主要声源是各类型机动车，各类机动车以不同 的行驶状态和工况在道路上行驶而产生交通噪声。机动车噪声的主要发生源如 表1-22】.车辆类型 重型载重车 中型载重车 轻型载重车 公共汽车 中型客车 小客车 摩托车卒内噪声噪声源表1-2机动车噪声的发生源车外噪声 发动机噪声 排气噪声 发动机进气噪声 冷却风扇噪声 道路激起振动噪声 轮胎噪声低频噪声的主要声源 不重要 不重要 可能听到 低频噪声声源 不重要可能是主要的，特别是在载重车中低频噪声的主要声源 除排气噪声外，低频噪声的主要声游 在低、中频可能重要 不重要 高速车时重要 在高速公路行驶，噪音主要是车辆高速行驶时，轮胎与地面摩擦产生的噪 音和汽车自身驱动系统产生的噪音，其峰值频率集中于8001200Hzt3。据有关 交通部门调查丨41,全国80%左右的高速公路交通干线两侧离路中心线200m范 围内，环境噪声超过了 GB3096-93城市区域环境噪声标准4类标准：即白天 噪音指数70 dB，夜晚噪音指数55 dB，且超标现象严重。据临床医学统计，若 在80ciB以上噪音环境中生活，造成耳瓷者可达50%15】。 歉洲7岁至IS岁釣青少年中因巨大的脔乐束JE探的人周刊发表报告指出參 iioii/ 2% 、，- .欧洲因为明音污染而持梦的人2%/ - C ；.；' m-、/表示镍赛令他们烦供不堪的人. . 一 irt."t-r. .也是健康杀手 图1-1噪音对人类的危害图因此，对经过居民生活区的高速公路必须进行降噪处理，而公路交通噪声 控制是一个涉及多学科的复杂系统工程，在各种降噪措施中，公路声屏障技术 具有降噪效果明显、防护范围可以灵活控制、便于维护等优点，它已被许多国 家广泛使用。但是用于公路声屏障的降噪材料主要是超细玻璃棉、矿棉等无机 纤维类材料。超细玻璃棉类吸声材料通常强度较低，性脆易断，吸尘易污损，粉尘化后易飞扬造成二次污染，特别是吸水受潮后吸声性能大大减弱。而研发 的新型降噪材料泡沫陶瓷、泡沫金属、微孔板等成本较高，难以大规模使用。 为解决目前声屏障存在的主要问题，声屏障发展将更加注重采用环保材料建造 公路声屏障，降低公路声屏障成本和提高公路声屏障的耐久性。与此同时，国家“十一五”节能减排政策的制定和实施，加速了城市污水 处理，据2009城市水业战略论坛”统计【6】，截止2009年2月底我国日处理污 水量近7千万吨，按照1吨污水产生湿污泥1.54kg计算，日产湿游污泥量近10 万吨；原来由于污水未处理直接排放产生的河底和湖底游污泥总量也十分惊人， 2005年武汉市对东湖水底游污泥勘察，发现东湖最大游污泥厚度达4m，游污泥 总量高达3522万m3。当前，我国对游污泥的处置方法主要是土地填埋，国家规 定填埋1吨夯实垃圾占地0.6 m2，随着游污泥量的增加，大面积选址将更加困难， 特别是我国现在人口调密且城市化进程迅速，大量土地用于填埋垃圾将制约我 国可持续发展。而游污泥以含水锅桂酸盐为主，具有颗粒微细、含砂量少、可 塑性高、结合力强等特点，其Si02和AI2O3的含量较多，活性较高，可以作为 煅烧集料的原料。因此，研究一种利用游污泥生产的集料制备高速公路声屏障降噪材料的技 术具有十分重要的意义：一、利用游污泥生产的集料制备声屏障降噪材料，能够有效缓解游污泥所 带来的巨大环境压力，节约用于填埋的土地；游污泥中有机物含量较高，煅烧 过程可以助燃，能够降低集料生产过程的能耗；二、采用游污泥集料制备声屏障降噪材料能够降低声屏障的造价，其原材 料采用废弃物，成本较低，利于声屏障的大规模应用，同时规模化应用能够带 动游污泥产业发展，符合循环经济的要求；三、充分利用水泥基材料施工方便、造价低，且具有强度较高、耐火、防 腐以及相对其他声屏障降噪材料材料耐久性好、不易产生二次污染等特点，符 合声屏障发展的技术趋势。1.2国内外研究综述1.2.1国外研究概况美国1972年立法规定，道路周围的噪音不得超过67dB。此后，美国有关部 门在全国多条高速公路上兴建了总长1000多公里、髙约3.6ni的噪音屏障以降 低噪音，到2000年底，美国全境巳建成公路声屏障约5000公里。美国公路声 屏障大多由木材、金属、水泥、土堤或者它们的组合物建成。英国、法国，在 1973年声屏障就形成工业产品，每年的建造量达几万平方米，法国曾在1988年 举行了由政府部门组织举办的适合于各种场合使用的声屏障的比赛。德国环境 部1974年就规定了公路交通噪音公害的极限值，并釆用各种手段降低噪音对人 们生活的影响，现已设置了超过600公里的声屏障。日本1990年仅高速公路上 的声屏障就长达137公里，至2000年底全部道路的声屏障总长度约1600公里。 在1976年，Rawlins, 首次提出来通过附着在刚性障板边缘上的“声 学软表面”（声学软表面的特性阻抗远远小于空气的特性阻抗，理想的软表面声 压几乎为0)能阻碍声屏障顶部绕射声的传播。May 0.>1等8】在Toronto高速公 路测试安装了 4m高的吸声型屏障和反射型屏障，结果显示吸声型屏障降噪量比 反射型屏障多不到IdB，说明附着的吸声材料并不能明显改善声屏障的降噪性 能，但可以避免因反射引起道路对面声压级的升高。Watts,GR9】通过缩尺模型的 模拟试验，研究表明附着吸声材料能改善道路两侧声屏障的降噪效果。1980年May和Osman等丨8】首先得出T形屏障比普通屏障(方形反射型屏障） 具有更好的声学性能的观点至今，一直有许多学者从事T形屏障的研究。 Hothersall等采用数值计算和缩尺模拟试验方法研究声屏障，结果显示出一点 重要的结论：相对于高度相同的普通屏障，T形屏障插入损失增大23dB。Semiha"Vllmazer,Mesut B,Ozdeniz SeniihaYilmazer,MesutB.Ozdeniz 等采用 膨胀珍珠岩、水泥、岩棉等材料制得膨胀珍珠岩板。结果表明，加入岩棉的膨 胀珍珠岩板的吸声性能要好于不加岩棉的膨胀珍珠岩板吸声性能。干态样品的 吸声系数与98%湿度下的相差10%30%，如果全被水饱和，则相差达40%60%。 当板材在一般潮湿状态下使用，其吸声系数和干态或自然状态下的数值接近。 而一直在98%湿度下，它们相当于声反射体，基本没有吸声性能。M.J.swift等I2的研究表明：对于颗粒状复合吸声材料，减小废橡胶颗粒尺 寸，可以细化孔结构，增大流阻和弯曲度，从而提高吸声材料的吸声效果。目前，国外声屏障新发展的光伏与建筑一体化技术，作为种可再生能源 在声屏障设计中得到应用，其兼具两者功能于一身，既可以起到降低噪音的作 用，又可以发电减少能耗，同时方便拆卸，光伏声屏障作为蓬勃发展的光伏发 电与潜力巨大的声屏障两者的结合点，在国外正在不断推广应用。世界上第一 套太阳能声屏障，是瑞士于1989年在A13高速公路旁建造的，总功率lOOkW; 而目前世界上最大的太阳能声屏障是德国Freising-Lerchenfeld项目，装机容量620kWi 1.2.2国内研究概况20世纪末，我国交通部在国内各大城市纷纷修建公路声屏障来控制城市道 路噪声污染，仅上海市的内环线、成都路高架及杨浦大桥接线部分就有13个区 段约5.5km均已修建隔声屏障，其他城市如北京、郑州、广州和重庆等也己修 建了大量声屏障。但是据不完全统计，至2002年底，全国已建成的公路声屏障 不足50km，与发达国家相比差距太大14】。目前国内声屏障材料主要是：纤维水 泥加压板（FC)，主要优点成本低、声学效果一般，最大问题由于其吸水率大于 17%,用在室外易风化，寿命短，且不美观。聚碳酸酷耐击板（PC)主要优点 制作方便，有一定隔声效果，最大缺点成本不低，有弦光，吸声效果不佳。彩 色夹芯板因其隔声量较大，成本也较低，外型也较芙观，用在高速公路上较多。 金属吸隔声板，综合了薄板共振吸声结构及穿孔板吸声结构，特点是吸声系数 较大，隔声效果好，但是成本较高115。随着声屏障的广泛使用，国内许多学者对声屏障材料进行深入的研究，取 得了一系列的成果，并进行了工程实践-王武祥等16对应用比较广泛的建筑砲块应用于隔声屏障进行了研究，介绍了 吸声隔声砲块、超轻陶粒砲块、单元式吸声砌块、炉渣砲块、吸声装饰砌块等 不同类型的砌块。实际应用效果表明，这种隔声屏障的降噪效果达到lOdB以上。 这些砌块还可以结合道路绿化，在建好的声屏障上种绿色植物，不仅可以降低 道路两旁的噪声水平，还可以形成绿化景观，对髙速公路来说是一种可取的选 择。袁卫宁等f7i也通过实际工程对采用双侧共振腔吸声砖建造的隔声屏障的实际 降噪效果进行了研究。共振腔吸声砖是具有吸声和隔声双重功能的混凝土砌块， 吸声面开有竖槽，与内部空腔连通形成共振腔。这种构造的声屏障构造简单， 施工方便，造价底。经实际工程检测表明，其降噪量可以达到13dB以上。毛东兴18等人对一种无纤维的聚氰胺酷泡沫的吸声性能进行了研究，提出用 Delany模型对其声学性能进行分析，其理论计算结果与实验结果随着材料厚度 的增加而越加符合，说明该泡沫材料的声学性能更接近于纤维类材料，该文还 提出了一种提高低频段吸声性能的方法，即在材料表面涂敷层薄膜，使材料 的第一共振频率由原来的2000Hz向低频偏移到lOOOHz，吸声性能向低频拓展 了一个倍频程。随后他tw应用微穿孔理论，提出了以微穿孔板共振吸声结构为基 础的带顶部吸声柱体的新型声屏障，对声学性能进行了研究，并将这种新型声 屏障应用于城市高架道路工程中，现场测量结果表明降噪效果较好。余海燕等究了水泥基膨胀珍珠岩板的密度、背后空腔以及颗粒组成、憎 水剂等对吸声材料的影响，水泥基膨胀珍珠岩吸声材料，降低材料的密度可提 高材料的吸声性能；采用颗粒尺寸为1.250.63imi的膨胀珍珠岩制得的制品的 吸声效果最好；背后留空腔相当于增加材料的厚度，使材料的频率特性改变， 低频吸声性能改善；在该材料中加入憎水剂可以提髙材料在潮湿状态下的吸声 性能，当加入量达到5%时，与干燥状态相比，吸声性能降低很少。姚燕等21】硏究了研究木梗尺寸、材料密度、材料厚度以及结构背后空腔等对 水泥基木梗复合吸声材料吸声性能的影响。（1)增加木梗长径比，材料低频吸 声性能降低，而高频吸声性能显著升高。增大截面，材料低频吸声性能较好， 但高频吸声性能较差。（2)增加材料的厚度，使吸声材料对低频的吸声性能得 到很大的提高，并且最大吸声系数有向低频方向移动的趋势。但厚度增加到一 定的程度，改变厚度对吸声性能影响不大。（3)增加材料的密度，使材料的低 频吸声性能改善，共振吸收峰向低频移动。（4)吸声材料背后留空腔，材料的 低频吸声性能改善较显著。增加空腔相当于增大了材料的厚度，可以调整材料 对频率的选择性。马保国等研究了以膨胀珍珠岩为主要原材料，按照材料的吸声机理，采用 多种吸声结构辅助提高吸声性能，并根据材料制备原理和耐久性设计进行实验， 研制出成本较低、耐久性高，吸声性能达到国际先进水平的道路隔声屏专用吸 声材料。其研究发现：（1)采用发气剂和通过特殊的外型设计可形成空腔共振 吸声结构；（2)按照强吸声结构设计出波浪型尖勞吸声结构，利用压制成型工 艺可获得类似尖勞结构；（3)通过控制原料粒径和成型时的压缩比等手段，可 形成最有利于增强吸声的孔隙率。1.3研究的主要内容1)游污泥声屏障设计原理研究游污泥的成分特征，对比常用烧制集料的原料（如粘土等)，提出其烧 制集料的可行性，进而通过综合热分析，确定利用游污泥烧制集料的温度范围， 制定游污泥集料制备的工艺流程，并对最终生成的集料性能进行测试：2) 游污泥集料制备声屏障降噪材料的优化设计研究声屏障降低公路交通噪音的作用机理，分析常用声屏障结构的特点， 研究目前常用声屏障降噪材料设计的理论。提出游污泥集料制备声屏障降噪材料的多孔结构设计，通过声波在细管中 传播的理论和集料紧密堆积的结构特点，建立“声波吸收峰值频率一细管半 径一集料粒径”之间的关系模型；研究不同粒径对游污泥集料形成的降噪材料性能的影响，结合计算的最佳 游污泥集料的粒径，提出在公路交通噪音集中的频率范围内具有最佳降噪性能 的的级配设计；分析配合比因素对游污泥集料吸声材料性能的作用规律，确定最佳的游污 泥集料吸声材料配合比设计；研究材料构造、厚度对降噪性能的影响规律，提出降噪材料结构控制，使 其呈梯度状，逐渐从高空隙、大孔径向低空隙、小孔径过渡的梯度骨料分布模 型。3) 游污泥集料制备声屏障降噪材料的使用性能研究研究配合比设计对游污泥集料声屏障降噪材料抗压强度、抗冻性能和防水 性能等使用性能的影响规律，掌握材料设计过程中能够控制这类因素的措施。集料紧密堆积结构集料堆积形成的孔洞相互 连通，可近似为细管k积结构集料粒径求出堆积孔洞半径 即为近似细管半径声波吸收峰值频率集料粒径高速公路交通噪音集中频率 范围对应集料粒径派污泥集料制备的声屏障 降噪材料降噪性能使用性能JZ 配 合 比试 件厚 度梯度 设 计背 后 空 腔力 学 性 能抗 冻 性 能防 水 性 能第2章游污泥声屏障的设计原理与性能评价方法2.1游污泥集料组成与性能游污泥是一种以含水培娃酸盐为主的粘土质资源，理论上具备烧制集料的 条件，若将其制备成集料并应用于实际工程，意义重大。但游污泥的成分波动 大，含水量高，并含有杂质，不能直接入窗烧制轻集料，使用前需要对其进行 处理，以保证成分的均勻性，提高集料的质量，降低利用成本。经过除杂与预均化工艺之后，对游污泥架进行陈化、干燥处理游污泥在 沉积池中沉积，通过自然沥水或抽水方式使其干燥。当游污泥的含水率达到20% 以内时，将游污泥从沉积池中取出，运送至集料生产厂，游污泥原料的堆放与 取料按照“平铺直取法”进行，进行二次均化，进一步保证游污泥成分的均匀性。2.1.1游污泥成分游污泥经过预处理之后，对其主要化学成分进行测试，并与几种典型粘土 物质进行了对比23，结果如表2-1，其矿物组成进行分析如图2-1所示。表2-1游污泥及几种典型粘土物质的主要化学成分分析材料一主要化学成分/%SiO, AhO. Fe,0, CaO MgO NajO KO LOSS 游13.8 5.54 2.462.12 2.05 0.801.36 1.13 1.472.056.36 5.10 5.29.121.28污 2' 泥 3# 57.77 15.09 68.52 13.30 fi'i SI 16.907.46 11.360.29水云母 膨润土3.02 1.36:.030.255.92 7.152.4322.27 18.1813.8357.24 55.55粘 +.112.072.563800 3300 2800苍 1800 渔 1300A英Bs：母AjX.AkAJ.“ .L .A"I mnmiWW40 45 50 55 60图2-1游污泥的矿物组成通过对游污泥进行了综合热分析，确定利用游污泥烧制轻集料的温度范围 结果如图2-2所示。TG/%图2-2游污泥的综合热分析曲线由图2-2可以看出：DSC曲线上，游污泥在67.5°C的吸热峰对应的是物理吸附水排出；在32rC 有一放热峰，与其中有机质燃烧有关；在445.6°C的吸热峰应为其中的粘土矿物 结晶水的蒸发所致。600.8X：以及696.3-C左右附近的放热峰与吸热峰应为其中有 机物的氧化，以及硫化物和碳酸盐分解所致；lOOO'C以后的峰变化表明有液相 出现，且反应生成莫来石等晶体。TG曲线上，游污泥于5070(rC之间因吸附水、 结晶水的挥发和蒸发，以及部分有机物的氧化，总热重量损失达到7%左右。20 25 30根据以上分析，为了避免因吸附水、结晶水挥发导致轻集料还体在焙烧时产 生炸裂，以及高烧失量而产生的过膨胀现象，应在50(rc65(rc之间对齡污泥轻 集料还体进行预烧，以除去其中水分，并控制烧失量降低至3%5%。同时，通过研究可确定游污泥轻集料的焙烧温度应在lOOO-C以上。2.1.2游污泥集料的制备游污泥集料制备的主要工艺分为原料预处理、配料、生料成型、生料的烘 干、预烧、培烧、冷却等工序。其工艺流程如图2-3所示。 >预处理游污泥烘干（干燥） V<冷却<倍烧<预烧性能检测图2-3游污泥集料制备的工艺流程2.1.3游污泥集料性能游污泥烧制出的集料性能如表1-1.表2-2游污泥细集料性能指标序号项0名称国标500级游污泥集枓1堆积密度/kg/m34105004882筒压强度/MPa12.03吸水率/%<2015.42.2声屏障的设计原理声屏障是在噪音声源和接收者之间插入的一个设施，它使噪音传播有一个 显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响。声屏障可以 分为防噪堤和声屏墙。防噪堤常用于路堃或有挖方的地段，公路开挖出的一些 弃方不必运走，可直接用来修筑防噪堤，并在土堤上种植各种植被进行相应的 绿化形成景观。但我国平原地区高速公路多采用高路堤，此种形式使用不多。 屏障墙可分为反射式和吸声式，目前主要采用吸声降噪材料减少噪声的影响。2.2.1声屏障的作用机理道路交通噪声声源为非稳态不连续声源，当道路中的交通噪音声源与受声 点之间没有障碍物时，噪声声波由道路上行驶的车辆作为声源直接传到道路两 旁的受声点。当道路与受声点之间修建声屏障后，声波只能以3种路径传播： 越过声屏障的顶部绕射路径；穿过声屏障的透射路径；背离声屏障的反射路径， 如图24所示。声源 s 丨,； mm /h/图2"4噪音声波遇到声屏障的传播途径图2-5噪音声波绕射声屏障噪音声波越过声屏障的顶部时发生绕射现象如图2-5所示。 噪音声波遇到声屏障后，在声屏障后面将出现声影区（声波绕射区)和声照 区（声波直达区)。声影区的受声点R接受到的声级，比位于声照区与声源有相 同距离的受声点所接受的声级低，此降低量被称为声屏障的绕射降噪量AL绕。 ALse随噪音声波的绕射角(P的增大而增大，它主要决定声屏障降噪效果。噪音 声波除绕射到受声点之外，还可能穿过屏障传到受声点。一般以透射损失TL来 评价屏障阻止噪声透射的能力。对道路而言，TL值主要取决于屏障材料。如果 屏障的TL值减小，将使屏障的降噪效果受到损害，称此降噪效果的降低量为透 射降低量ALa。通常1八1«1(8时，屏障透射声波可忽略，即ALs=0。 设计时要能尽量使AL a趋于0。部分噪音声波被声屏障反射，如图2-6所示。但在图中噪音声源与声屏障及 受声点所处的相对位置中，反射波不会影响道路右侧的受声点R。当道路两侧建 有一对平行屏障时，将有在屏障间多次反射而越过屏障顶部绕射到受声点R的 声波，它将降低声屏障的降噪效果，此降低量被称为反射降低量么：1«»图2-6噪音声波被声屏障反射声屏障的净降噪量AL »决定于声屏障的绕射降噪量、透射降低量及反射降 低量，其计算公式为AL净=AL « - AL as - AL反。提髙声屏障的降噪效果必须 增大AL绕，减小ALa及ALs。2.2.2声屏障的材料组成目前，声屏障的主要采用的是降噪材料和隔声材料的复合设计。 隔声材料是一种能够隔绝空气中传播噪声的材料，隔声材料特性决定了声 屏障透射性能优劣。隔声材料的隔声量即材料一侧入射声能与另一侧的透射声 能相差的分贝数，通常以符号R(dB)表示。RxowHf(2-1)C/.M-PoC公式（2-1)中：八空气密度，取U8Kg/m -空气声速，取340m/s -入射声波的频率（Hz)-板的面密度Kg/m:声屏障的隔声材料要求密实，采用游污泥集料制备的普通轻集料混凝土即 能够满足声屏障的隔声材料要求，故本文不进行游污泥集料制备声屏障隔声材 料的专门研究。声屏障起降噪作用主要是依靠降噪材料的性能，降噪材料对噪音吸收能力 的高低决定了声屏障的好坏。降噪材料是当声波在其内部传播时，各个质点振 动速度各不相同，存在速度梯度，它们相互作用产生粘滞力和内摩擦力，使声 能不断转化为热能。而产生的热量由于热传导效应，声波传播时，各处媒质存 在温度梯度，产生热量传递，从而不断的消耗声能。 吸声系数« = 1丄=五'一民(2-2)E, E丨£,=瓦时，a=0,表示材料全反射：Er=0，Qr=l时，表示材料全吸收。2.3性能评价方法声屏障性能评价主要是衡量其降噪性能，声屏障降噪性能用降噪系数表示， 降噪系数高表示降噪性能好，它的大小和声波的入射角有关。如果声波的入射 是无规的，常用混响室法测量材料的降噪系数；如果声波是垂直入射的，则用 驻波管法测量。对同一种吸声材料或结构，用这两种方法所测得的吸声系数不 同，通常混响室法所测得的吸声系数比驻波管法高。此外，降噪系数的大小还 受声波频率的影响。以频率为横坐标、吸声系数为纵坐标绘出的曲线称为材料 或结构的吸声频率特性曲线。在噪声降低量的计算中，常用250、500、1000和 2000赫四个频率吸声系数的平均值称为降噪系数。试验中材料的降噪性能测试采用驻波管法测量，按照GBF-88-85驻波管法 吸声系数与声阻孔率测量规范所规定的方法进行，测试仪器为：AWA6122A 型智能电声测试仪器(驻波管测试仪)，试验使用L驻波管(96mmX 1000mm)。第3章游污泥集料制备声屏障降噪材料的设计根据声波传播的原理，降噪材料多选用多孔结构设计和共振结构设计达到 吸声降噪的目的。多孔吸声材料的结构特征是材料内部具有大量的微小气孔或 间隙，这些气孔和间隙相互连通，而且在材料内部均勾分布。多孔吸声材料的 吸声机理是当声波入射到材料表面时，声波的一部分在材料表面反射，另一部 分则透入到材料内部向前传播，在传播过程中，引起气孔和间隙中的空气运动， 与形成孔壁的固体结构发生摩擦，由于空气的粘滞性和热传导效应，将声能转 变为热能消耗掉。声波被刚性壁面反射后，从材料内部回到材料表面，同样声 波的一部分透射回空气当中，一部分则又反射回材料内部，被重新吸收。声波 通过这种反复传播，使能量不断转换消耗，如此反复，直到能力耗尽，从而表 现出材料“吸收”部分声能的特性【24"5】。影响多孔材料吸声性能的参数主要有如下三个：材料的流阻，即在稳定 的气流状态下，材料两面的压力差与气流通过该材料的线速度的比值；材料 的孔隙率，即穿透材料内部自由空间的气孔和间隙的体积与材料总体积的比值， 多孔吸声材料的孔隙率一般在70°/以上，甚至可以到达90%;材料的结构因 素，即理论上处理材料间隙的杂乱排列而对毛细管沿厚度方向排列的模型所作 的一项修正，一般在210之间，也有高达2025的。材料结构的改变将导致 这些参数的变化，从而改变材料的吸声特性26。共振吸声材料或称共振吸声结构，可分为薄板吸声、共振吸声、穿孔板吸 声、微穿孔板吸声等多种。共振结构吸声材料的吸声机理，与多孔材料有相同 的地方，也有不同的地方。其不同点在于：共振结构是利用共振器的特点，更 有效地把声能变成热能消耗。这种吸声结构是结构中封闭有一定的空腔，并通 过一定深度的小孔和声场空间相连通，多孔板与背后的空腔相当于许多单个共 振器并联而成的，当孔深度和孔径比声波波长小得多的时候，孔径中的空气柱 的弹性变形很小，封闭空腔的体积远大于孔颈时，起着空气弹簧的作用。外界 入射声波频率和体统固有频率相等时，孔颈中的空气柱就由于共振而产生剧烈 的振动，在振动中，空气柱和孔颈侧壁摩擦而消耗声能26】。共振结构在共振频 率附近的吸声系数较大，但共振频率以外的频率，吸声系数下降很快。吸收声 波频带较窄和共振声波频率较低是这样吸声结构的特点，在共振频率附近，吸 声系数很高，可接近于1, 一旦偏离共振峰，吸声系数迅速下降，因此只适用于 吸收中、低频的单频声。本文设计游污泥集料制备声屏障降噪材料选择多孔吸声结构，参照水泥基 材料己有的多孔混凝土的结构，依据声波传播的规律，进行声屏障降噪材料的 开发。目前，国内外采用的多孔降噪材料是膨胀珍珠岩制备的多孔吸声板、微 孔吸声板、有机纤维材料和无机纤维材料成型的多孔吸声材料，以及目前研究 较为前沿的泡沫金属等。有机纤维类声屏障在中、高频范围内具有良好的吸声 性能，但防火、防腐、防潮等性能较差。无机纤维类声屏障具有良好的吸声性 能，而且具有质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉等特性，从而替代了天 然纤维存在的性脆易断、受潮后吸声性能急剧下降、质地松软需外加复杂的保 护材料等缺点【27。泡沫金属形成的多孔吸声材料具有轻质超薄，强度高，加工 及安装方便，其吸声性能优异，耐候、耐高温性能良好，制备过程也不会形成 大量的废弃垃圾，产品可回收利用，节省了资源，属于绿色环保型材料，但这 种吸声材料最大的不足之处就是生产成本高。因此，釆用游污泥集料制备声屏障的多孔降噪材料，充分利用水泥基材料 价格低廉，性能稳定，经久耐用的特点，通过合