交通噪声自适应吸声屏障及方法和橡胶泡沫吸声混凝土层

本发明属于降噪，涉及交通噪声的降噪技术，具体为交通噪声自适应吸声屏障及方法和橡胶泡沫吸声混凝土层。

背景技术：

1、随着交通运输业的飞速发展，交通噪声已成为影响城市环境的主要问题之一。现有的针对交通噪声的降噪主要是采用声屏障，声屏障所采用的材料的吸声性能对声屏障的降噪效果有着极大的影响，根据jt/t 646.1-2016《公路声屏障第1部分：分类》的规定，声屏障按照声学材料特征可分为隔声型和吸声性，附加有吸声材料具备良好吸声性能的吸声性声屏障逐渐成为声屏障的主流发展趋势。

2、传统的声屏障采用的吸声材料多为玻璃棉等纤维类多孔材料，例如：公告号为cn110080399b的发明专利，其采用三层立体镀锌钢丝网架、岩棉吸声板、环状弹簧共振吸声装置和fc穿孔状结构吸声板，通过弹簧和岩棉吸声板结合fc穿孔状结构吸声板形成共振吸声装置，实现吸声降噪与混凝土结构施工一体化进行的目的。但是这种岩棉板(玻璃棉)在中高频段吸声效果比较好，对于中低频段交通噪声吸声性能差，无法根据实际需求对交通噪声频段特性进行调节，因而无法应用于交通噪声的降噪处理。

技术实现思路

1、针对上述所描述的，传统的声屏障对于中低频段交通噪声吸声性能差，无法根据实际需求对交通噪声频段特性进行调节，因而无法应用于交通噪声的降噪处理的问题，本发明提出了交通噪声自适应吸声屏障及方法和橡胶泡沫吸声混凝土层。

2、本发明是利用可调节吸声空腔、微穿孔板和橡胶泡沫吸声混凝土层形成共振吸声结构，对交通噪声进行吸声降噪，使噪声能量损耗，且本发明通过调节橡胶泡沫吸声混凝土层中橡胶颗粒的粒径和橡胶颗粒的掺量，使得本发明的交通噪声自适应吸声屏障能够对不同频段的中低频段交通噪声进行吸声降噪，其具体技术方案如下：

3、本发明交通噪声自适应吸声屏障，包括沿交通噪声的传递方向依次设置的微穿孔板、橡胶泡沫吸声混凝土层和可调节吸声空腔；所述橡胶泡沫吸声混凝土层包括废旧橡胶和发泡剂；

4、所述废旧橡胶的粒径为3㎜-4㎜、废旧橡胶的掺量为15％-25％以及发泡剂的掺量为75％-85％时对应的吸声频段为800hz-1200hz；

5、所述废旧橡胶的粒径为4㎜-5㎜、废旧橡胶的掺量为15％-25％以及发泡剂的掺量为65％-75％时对应的吸声频段为400hz-800hz；

6、所述废旧橡胶的掺量是指橡胶泡沫吸声混凝土层中废旧橡胶与砂子的体积百分比；所述发泡剂的掺量是指发泡剂的泡沫量占橡胶泡沫吸声混凝土层的总体积百分比。

7、进一步限定，所述微穿孔板与可调节吸声空腔形成共振吸声屏体，所述共振吸声屏体形成的吸声模型为：

8、

9、其中，c0为声波在空气中传播的速度，单位：m/s；d为可调节吸声空腔的厚度，单位：m；d为微穿孔板的孔径，单位：m；ω为声波的角频率，单位：rad/s；h为微穿孔板的厚度，单位：m；p为微穿孔板的穿孔率，单位：无量纲；ks为微穿孔板常数，单位：无量纲；

10、所述微穿孔板常数ks的计算公式为：

11、

12、其中，d为微穿孔板的孔径，单位：m；ω为声波的角频率，单位：rad/s；ρ0为空气的密度，单位：kg/m3；η为空气的剪切粘滞系数，单位：pa·s。

13、进一步限定，所述橡胶泡沫吸声混凝土层还包括以下成分及成分的质量份比：

14、

15、所述橡胶泡沫吸声混凝土层的孔隙率为60％-80％。

16、进一步限定，所述橡胶泡沫吸声混凝土层的厚度为50mm-100mm，所述可调节吸声空腔的厚度为40mm-100mm。

17、进一步限定，所述交通噪声自适应吸声屏障包括活动背板，所述活动背板的面板与橡胶泡沫吸声混凝土层相对设置，所述可调节吸声空腔设置在活动背板和橡胶泡沫吸声混凝土层之间，所述活动背板用于调节可调节吸声空腔的腔体大小。

18、进一步限定，所述交通噪声自适应吸声屏障还包括横向隔板、前限位板、中限位板和后限位板，所述横向隔板的一端固定在橡胶泡沫吸声混凝土层上，所述横向隔板的另一端贯穿活动背板与后限位板固定连接，所述前限位板和中限位板沿交通噪声的传递方向自前往后依次设置在可调节吸声空腔中，且所述前限位板和中限位板均与横向隔板连接；

19、所述横向隔板用于对活动背板进行导向；所述中限位板和后限位板均用于对活动背板进行限位。

20、进一步限定，所述交通噪声自适应吸声屏障还包括支撑框体和吸声空腔调节结构，所述吸声空腔调节结构通过支撑框体与活动背板活动连接，所述微穿孔板和橡胶泡沫吸声混凝土层均固定在支撑框体上。

21、本发明交通噪声自适应吸声方法，包括以下步骤：

22、1)安装形成上述的交通噪声自适应吸声屏障；

23、2)中频段交通噪声通过空气与橡胶泡沫吸声混凝土层中孔壁间的粘滞摩擦使声能转化为热能，并通过孔壁间的热交换引起的热损失，将热量散失，使中频段交通噪声衰减；

24、利用微穿孔板与可调节吸声空腔形成的共振吸声屏体对应的共振吸收峰吸收不同频段的低频段交通噪声，实现不同场景中不同频段的交通噪声的降噪。

25、进一步限定，所述橡胶泡沫吸声混凝土层中废旧橡胶颗粒的粒径、废旧橡胶颗粒的掺量以及发泡剂的掺量与吸声频段的关系为：

26、所述废旧橡胶的粒径为3㎜-4㎜、废旧橡胶的掺量为15％-25％以及发泡剂的掺量为75％-85％时对应的吸声频段为800hz-1200hz；

27、所述废旧橡胶的粒径为4㎜-5㎜、废旧橡胶的掺量为15％-25％以及发泡剂的掺量为65％-75％时对应的吸声频段为400hz-800hz；

28、所述废旧橡胶的掺量是指橡胶泡沫吸声混凝土层中废旧橡胶与砂子的体积百分比；所述发泡剂的掺量是指发泡剂占橡胶泡沫吸声混凝土层中各材料之和的体积百分比；

29、所述微穿孔板与可调节吸声空腔形成共振吸声屏体，所述共振吸声屏体形成的吸声模型为：

30、

31、其中，c0为声波在空气中传播的速度，单位：m/s；d为可调节吸声空腔的厚度，单位：m；d为微穿孔板的孔径，单位：m；ω为声波的角频率，单位：rad/s；h为微穿孔板的厚度，单位：m；p为微穿孔板的穿孔率，单位：无量纲；ks为微穿孔板常数，单位：无量纲；

32、所述ks的计算公式为：

33、

34、其中，d为微穿孔板的孔径，单位：m；ω为声波的角频率，单位：rad/s；ρ0为空气的密度，单位：kg/m3；η为空气的剪切粘滞系数，单位：pa·s。

35、本发明橡胶泡沫吸声混凝土层，所述橡胶泡沫吸声混凝土层包括以下成分及成分的质量份比：

36、

37、所述橡胶泡沫吸声混凝土层还包括废旧橡胶和发泡剂；

38、所述废旧橡胶的掺量为15％-25％；所述发泡剂的掺量为65％-85％；

39、所述废旧橡胶的掺量是指橡胶泡沫吸声混凝土层中废旧橡胶与砂子的体积百分比；所述发泡剂的掺量是指发泡剂的泡沫量占橡胶泡沫吸声混凝土层的总体积百分比；

40、所述橡胶泡沫吸声混凝土层的孔隙率为60％-80％。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

42、1、本发明交通噪声自适应吸声屏障，其包括沿交通噪声的传递方向依次设置的微穿孔板、橡胶泡沫吸声混凝土层和可调节吸声空腔，其中，橡胶泡沫吸声混凝土层中废旧橡胶颗粒的粒径、废旧橡胶颗粒的掺量以及发泡剂的掺量与吸声频段相关，本发明主要利用橡胶泡沫吸声混凝土层吸收中频段交通噪声，其吸声原理为：在橡胶泡沫吸声混凝土层中含有大量的微孔结构，通过空气与微孔结构的孔壁间的粘滞摩擦使声能转化为热能，并通过孔壁进行热交换引起热损失，使热量散失，从而使声能衰减。利用微穿孔板与可调节吸声空腔形成共振吸声屏体吸收低频段交通噪声，其吸声原理为：通过设计可调节吸声空腔的厚度、微穿孔板的孔径、微穿孔板的厚度以及微穿孔板的穿孔率，形成吸声模型，使得共振吸声屏体对应的共振吸收峰可以在一定范围(低频段交通噪声范围)内调整，获得更好的共振降噪效果，实现不同场景中不同特征的交通噪声的降噪处理，最终实现中频段交通噪声和低频段交通噪声的降噪处理，满足交通噪声的处理需求。

43、2、本发明设置活动背板，通过活动背板对可调节吸声空腔的腔体大小进行调节，使得可调节吸声空腔的腔体与微穿孔板配合形成的共振吸声屏体对应的共振吸收峰与交通噪声的频段匹配，并吸收对应频段的交通噪声，实现吸声屏障的自适应降噪。

44、3、本发明还设置横向隔板、前限位板、中限位板和后限位板，横向隔板与活动背板是活动连接的，具体的，活动背板可沿着交通噪声的传递方向在横向隔板上来回滑动，通过横向隔板对活动背板进行导向，避免活动背板在滑动的过程中出现偏移；通过前限位板、中限位板和后限位板对活动背板的滑动位置进行限定，具体的，前限位板与中限位板之间的间距为可调节吸声空腔的最小厚度，前限位板与后限位板之间的间距为可调节吸声空腔的最大厚度，活动背板可以在中限位板与后限位板之间的位置滑动实现可调节吸声空腔厚度的调节。

45、4、本发明还设置支撑框体和吸声空腔调节结构，支撑框体用于对微穿孔板、橡胶泡沫吸声混凝土层以及可调节吸声空腔的调节装置进行支撑，吸声空腔调节结构用于为活动背板的调节滑动提供推动力，使得活动背板的滑动更加自如。

46、5、本发明的橡胶泡沫吸声混凝土层既能够实现吸声，又能够实现优良的耐候性能和防火性能，在混凝土(混凝土包括水泥、砂、水和减水剂等成分)中加入废旧橡胶和发泡剂，提高了混凝土的孔隙率，从而提升了吸声性能并显著降低了混凝土的密度。