水泥基多孔吸声材料的制作方法

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基多孔吸声材料及其制备方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，噪音污染已严重危害公众的健康。目前，吸声材料被认为是缓解噪音污染的重要手段之一。在众多吸声材料中，水泥基多孔材料以其优异力学性能和耐候性能，以及成本低廉、易于生产加工、绿色环保等特点而成为吸声材料重要的研究方向，被研究用于改善铁路、公路等自然环境下的噪声污染问题。

目前，现有的水泥基多孔材料主要是通过胶凝材料、多孔集料、纤维等材料组成，使得其内部产生多孔吸声结构，并通过添加发泡剂和改善制备工艺来调节其内部孔径大小和数量。由于现有的水泥基多孔材料仅仅利用材料内部的多孔吸声结构进行吸声降噪，因此其缓解噪音污染的效果一般。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种吸声性能更好的水泥基多孔吸声材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水泥基多孔吸声材料，包括材料坯体，所述材料坯体上设置有吸声结构，所述吸声结构包括至少两个吸声孔，所述吸声孔均匀分布于材料坯体的其中一个侧面上。

进一步的是，所述吸声孔为圆柱孔。

进一步的是，所述吸声孔的孔径d为5mm～20mm。

进一步的是，所述吸声孔的深度h不超过材料坯体厚度H的80％。

进一步的是，所述吸声孔的深度h为材料坯体厚度H的30％～70％。

进一步的是，所述吸声孔在材料坯体的侧面上呈矩形阵列分布。

进一步的是，任意相邻的两个吸声孔之间的距离l为吸声孔孔径d的1.5～2倍。

进一步的是，所述材料坯体由轻质多孔集料、水泥、水和添加剂为原料制备而成；

所述轻质多孔集料为膨胀珍珠岩颗粒、轻质陶砂、矿渣颗粒中的至少一种；

所述添加剂为减水剂、发泡剂、纤维中的至少一种。

本发明还提供了一种水泥基多孔吸声材料的制备方法，该方法用于制备上述任意一种水泥基多孔吸声材料，包括下列步骤：

步骤一、按设计的水泥基多孔吸声材料的原料配比和制备方法制备出材料坯体；

步骤二、在材料坯体的一个侧面上铺设一块预先制备好的穿孔模板；

步骤三、选择合适的钻头并组装在穿孔机器上；

步骤四、在材料坯体上喷淋水，然后采用穿孔机器按穿孔模板上的孔眼位置对材料坯体进行钻孔处理，形成两个以上的吸声孔；

步骤五、完成钻孔处理，，将材料坯体放置在堆场。

进一步的是，步骤四中，所钻的吸声孔的孔径d为5mm～20mm，吸声孔的深度h为材料坯体厚度H的30％～70％；所钻的吸声孔在材料坯体的侧面上呈矩形阵列分布，且任意相邻的两个吸声孔之间的距离l为吸声孔孔径d的1.5～2倍。

本发明的有益效果是：通过在材料坯体上设置主要由在材料坯体的其中一个侧面上均匀分布的多个吸声孔组成的吸声结构，不仅可以优化水泥基多孔吸声材料的孔隙结构，利于其吸收声能，而且增大了材料内部的多孔吸收结构与声波的直接接触面积，增强对空气的粘滞作用，可提升水泥基多孔吸声材料的平均吸声系数达6％～30％，大大提高了水泥基多孔吸声材料的吸声性能。本发明方法简单易操作，处理成本低廉，对水泥基多孔吸声材料吸声性能的提升效果显著。

附图说明

图1是本发明中水泥基多孔吸声材料的实施结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图中标记为：材料坯体100、吸声孔101、吸声孔的孔径d、吸声孔的深度h、材料坯体的厚度H、相邻的两个吸声孔之间的距离l。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

结合图1和图2所示，水泥基多孔吸声材料，包括材料坯体100，所述材料坯体100上设置有吸声结构，所述吸声结构包括至少两个吸声孔101，所述吸声孔101均匀分布于材料坯体100的其中一个侧面上。

其中，材料坯体100主要由轻质多孔集料、水泥、水和添加剂为原料制备而成；所述轻质多孔集料为膨胀珍珠岩颗粒、轻质陶砂、矿渣颗粒中的至少一种；所述添加剂为减水剂、发泡剂、纤维中的至少一种。例如：材料坯体100，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒180～250份，膨胀珍珠岩颗粒0～40份，水45～55份，减水剂2～4份，发泡剂0～2份，纤维0～0.4份。

材料坯体100的制备过程如下：

①、按重量配比称取所需的水泥、矿渣颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、水、减水剂、发泡剂和纤维作；当矿渣颗粒和/或膨胀珍珠岩颗粒含水时，换算成干燥状态的质量再称重，并将所含水分计入作为原料的水中；该步骤中，矿渣颗粒和/或膨胀珍珠岩颗粒是指矿渣颗粒，或者膨胀珍珠岩颗粒，或者矿渣颗粒和膨胀珍珠岩颗粒；

②、将纤维加入水中并用机械快速搅拌30～60s，当不添加纤维时跳过此步骤；

③、将水泥和减水剂继续加入水中，并搅拌制备成水泥净浆；

④、向水泥净浆中添加发泡剂并持续搅拌，当不添加发泡剂时跳过此步骤；

⑤、向水泥净浆中继续添加矿渣颗粒和膨胀珍珠岩颗粒并搅拌60～120s，制成半干状态的混合料；

⑥、将混合料装填入模具中，然后采用50±2kPa的静压力压制成型为材料坯；

⑦、养护并脱模；该步骤中，通常采用在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模；有时，为了缩短脱模时间，增加模具的利用率，采用温度为40～60℃的湿热蒸汽进行快速养护后脱模；

⑧、将脱模后的材料坯继续养护至龄期，使强度达到28天龄期要求。

通常将材料坯体100压制或切割为60～100mm的厚度。

在材料坯体100上设置的吸声结构可以为多种，例如：多个球面凹槽、多个球面凸起、声音传导介质、多块吸声材质的板、多块吸收板组成的迷宫结构等等，所述吸声结构优选为如图1和图2所示的结构，即有规则的分布于材料坯体100的其中一个侧面上的多个吸声孔101。多个吸声孔101在材料坯体100的其中一个侧面上的分布方式可以为多种，优选为吸声孔101在材料坯体100的侧面上呈矩形阵列分布的方式。

设置吸声孔101的目的在于优化水泥基多孔吸声材料的孔隙结构，并增大材料内部的多孔吸收结构与声波的直接接触面积；吸声孔101可以是方孔、棱柱孔、圆柱孔等等，优选为圆柱孔；经过对水泥基多孔吸声材料吸声机理的研究分析和试验检测，当吸声孔101为圆柱孔，且吸声孔101的孔径d为5mm～20mm、任意相邻的两个吸声孔101之间的距离l为吸声孔101孔径d的1.5～2倍、吸声孔101的深度h不超过材料坯体100厚度H的80％时，对水泥基多孔吸声材料吸声性能的提升最多；优选的，所述吸声孔101的深度h为材料坯体100厚度H的30％～70％。

水泥基多孔吸声材料的制备方法，该方法用于制备任意一种上述的水泥基多孔吸声材料，包括下列步骤：

步骤一、按设计的水泥基多孔吸声材料的原料配比和制备方法制备出材料坯体100；

步骤二、在材料坯体100的一个侧面上铺设一块预先制备好的穿孔模板，以保证钻孔的均匀性；

步骤三、选择合适的钻头并组装在穿孔机器上；

步骤四、在材料坯体100上喷淋水，然后采用穿孔机器按穿孔模板上的孔眼位置对材料坯体100进行钻孔处理，形成两个以上的吸声孔101；该步骤中，所钻的吸声孔101的孔径d为5mm～20mm，吸声孔101的深度h为材料坯体100厚度H的30％～70％；所钻的吸声孔101在材料坯体100的侧面上呈矩形阵列分布，且任意相邻的两个吸声孔101之间的距离l为吸声孔101孔径d的1.5～2倍；

步骤五、完成钻孔处理，，将材料坯体100放置在堆场。

实施例1

按水泥100份，矿渣颗粒200份，膨胀珍珠岩颗粒0份，水50份，减水剂3份，发泡剂0份，纤维0份的原料重量配比及上述的材料坯体100的制备过程，制备了一种厚度为80mm的水泥基多孔吸声材料，并参照GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范》进行试验检测，测得其在250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.621。

以上述的水泥基多孔吸声材料作为本发明的水泥基多孔吸声材料的材料坯体100，并在该材料坯体100的其中一个侧面上按矩形阵列分布设置多个吸声孔101，钻孔完成后，清理所钻吸声孔101内的碎屑。其中，吸声孔101的孔径d，吸声孔101的深度h与材料坯体100的厚度H之比，相邻的两个吸声孔101之间的距离l与吸声孔101的孔径d之比如表1所示；经驻波管法检测，本发明的水泥基多孔吸声材料在250Hz～2000Hz的平均吸声系数、吸声性能提升率如表1所示。

表1：实施例1的实施参数及其实际效果

实施例2

按水泥100份，矿渣颗粒180份，膨胀珍珠岩颗粒20份，水50份，减水剂2份，发泡剂2份，纤维0.2份的原料重量配比及上述的材料坯体100的制备过程，制备了一种厚度为80mm的水泥基多孔材料，并参照GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范》进行试验检测，测得其在250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.728。

以上述的水泥基多孔吸声材料作为本发明的水泥基多孔吸声材料的材料坯体100，并在该材料坯体100的其中一个侧面上按矩形阵列分布设置多个吸声孔101，钻孔完成后，清理所钻吸声孔101内的碎屑。其中，吸声孔101的孔径d，吸声孔101的深度h与材料坯体100的厚度H之比，相邻的两个吸声孔101之间的距离l与吸声孔101的孔径d之比如表2所示；经驻波管法检测，本发明的水泥基多孔吸声材料在250Hz～2000Hz的平均吸声系数、吸声性能提升率如表2所示。

表2：实施例2的实施参数及其实际效果

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实施例3

按水泥100份，膨胀珍珠岩25份，水45份，减水剂3份，发泡剂0份，纤维0.4份的的原料重量配比及上述的材料坯体100的制备过程，制备了一种厚度为80mm的水泥基多孔材料，并参照GBJ88-85《驻波管法吸声系数与声阻抗测量规范》进行试验检测，测得其在250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.595。

以上述的水泥基多孔吸声材料作为本发明的水泥基多孔吸声材料的材料坯体100，并在该材料坯体100的其中一个侧面上按矩形阵列分布设置多个吸声孔101，钻孔完成后，清理所钻吸声孔101内的碎屑。其中，吸声孔101的孔径d，吸声孔101的深度h与材料坯体100的厚度H之比，相邻的两个吸声孔101之间的距离l与吸声孔101的孔径d之比如表3所示；经驻波管法检测，本发明的水泥基多孔吸声材料在250Hz～2000Hz的平均吸声系数、吸声性能提升率如表3所示。

表3：实施例3的实施参数及其实际效果

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