本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基铁路声屏障吸声材料及其制备方法。
背景技术：
目前，我国铁路噪声总水平早已高于80dB，带来了严重的噪声污染问题。对于铁路噪声的控制，国内外通常的做法是设置声屏障和/或安装吸声材料以改善列车运行时的声音环境。高速列车运行时，主要噪声频段为80Hz～1000Hz，其主要峰值频率集中在800Hz～1000Hz。有研究表明，在声屏障设计时，针对不同噪声频率采用对应的吸声系数高的吸声材料能缓解敏感区噪声污染的问题。因此，发明具有吸声性能的铁路声屏障材料对于提高铁路降噪效果具有重要意义和作用。现有的水泥基铁路声屏障材料的降噪系数较低，吸声性能一般，不能够满足《铁路声屏障声学构件技术要求及测试方法》(TB/T 3122-2010)的要求。
技术实现要素：
本发明提供了一种水泥基铁路声屏障吸声材料，旨在解决现有的铁路声屏障材料不能够满足《铁路声屏障声学构件技术要求及测试方法》(TB/T 3122-2010)的要求的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：水泥基铁路声屏障吸声材料，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。
进一步的是，所述水泥是强度等级为42.5R的硅酸盐水泥。
进一步的是，所述矿渣颗粒含水率小于1.0％时，其堆积密度为700～800kg/m3；所述矿渣颗粒的粒径不大于5mm，且粒径为0.6～4.75mm的颗粒含量不低于85％。
进一步的是，所述膨胀珍珠岩颗粒在干燥状态下的容重为70～90kg/m3；所述膨胀珍珠岩颗粒的粒径不大于5mm，且粒径为1.18～4.75mm的颗粒含量不低于90％。
进一步的是，所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸减水剂。
进一步的是，所述发泡剂为化学发泡剂。
进一步的是，所述纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、玻璃纤维和钢纤维中的至少一种，纤维的长度为10～30mm。
本发明还提供了一种水泥基铁路声屏障吸声材料的制备方法，用于制备上述任意一种水泥基铁路声屏障吸声材料；该制备方法包括下列步骤：
a、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；
b、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；
c、将水泥和减水剂继续加入水中，并搅拌制备成水泥净浆；
d、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；
e、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；
f、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；
g、养护并脱模；
h、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。
进一步的是：步骤f中，将混合料压制成60～100mm的厚度；步骤g中，在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模，或是采用温度为40～60℃的湿热蒸汽进行快速养护后脱模。
进一步的是，该制备方法还包括步骤i；
步骤g中，在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模，或是采用温度为40～60℃的湿热蒸汽进行快速养护后脱模；
i、将强度达到28天龄期要求的材料坯切割成厚度为60～100mm的水泥基铁路声屏障吸声材料。
本发明的有益效果是：该水泥基铁路声屏障吸声材料由特定配比的水泥、矿渣颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、水、减水剂、发泡剂和纤维作为原料制备而成；以矿渣颗粒为主集料、膨胀珍珠岩颗粒为辅集料，利用了矿渣颗粒含有大孔、中孔和小孔且大孔内部存在中、小孔的多孔结构优势，通过表面具有许多半开口小孔的膨胀珍珠岩颗粒进行集料混合改性，并结合纤维和发泡剂增加声阻抗，提高连通孔隙率，制得的水泥基复合吸声材料轻质高强、成本低廉、吸声性能好等特点，声学性能满足《铁路声屏障声学构件技术要求及测试方法》(TB/T 3122-2010)中列车运行速度200km/h及以上时降噪系数不低于0.70的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
水泥基铁路声屏障吸声材料，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。
其中，上述的水泥可采用常用的水泥材料，优选采用强度等级为42.5R的硅酸盐水泥。上述的矿渣颗粒可利用廉价、易得的工业废弃物矿渣材料制得。上述的减水剂可采用常用的水泥减水剂，优选为萘系减水剂，次选为聚羧酸减水剂。上述的发泡剂通常选用化学发泡剂，优选为双氧水制剂。上述的纤维可采用常用的纤维材料，优选为聚丙烯纤维、聚酯纤维、玻璃纤维和钢纤维中的至少一种，纤维的长度优选为10～30mm。
为了使该水泥基铁路声屏障吸声材料具有更好的吸声性能，所述矿渣颗粒含水率小于1.0％时，其堆积密度为700～800kg/m3；优选采用粒径不大于5mm，且粒径为0.6～4.75mm的颗粒含量不低于85％的矿渣颗粒。
在上述基础上，为了进一步提高该水泥基铁路声屏障吸声材料的吸声性能，所述膨胀珍珠岩颗粒在干燥状态下的容重为70～90kg/m3；优选采用颗粒的粒径不大于5mm，且粒径为1.18～4.75mm的颗粒含量不低于90％的膨胀珍珠岩。
水泥基铁路声屏障吸声材料的制备方法，用于制备上述的水泥基铁路声屏障吸声材料；该制备方法包括下列步骤：
a、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；
b、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；
c、将水泥和减水剂继续加入水中，并搅拌制备成水泥净浆；
d、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；
e、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；
f、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；
g、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；
h、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。
为了制备出特定厚度的水泥基铁路声屏障吸声材料，可以选择在步骤f中，将混合料压制成60～100mm的厚度；优选压制为80mm的厚度。还可以是通过下述步骤i实现：
i、将强度达到28天龄期要求的材料坯切割成厚度为60～100mm的水泥基铁路声屏障吸声材料。优选的切割厚度为80mm。
实施例1
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒250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。
制备上述水泥基铁路声屏障吸声材料的方法：
a、按重量配比称取所需的水泥、矿渣颗粒、水和减水剂；当矿渣颗粒含水时，将其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；
c、将水泥和减水剂加入水中，搅拌制备成水泥净浆；
e、向水泥净浆中添加矿渣颗粒并搅拌120s，制成半干状态的混合料；
f、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；
g、在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模；
h、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；
i、将强度达到28天龄期要求的材料坯切割成厚度为80mm的水泥基铁路声屏障吸声材料。
上述组份按以上制备方法制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为11.8MPa，表观密度为1200kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数(驻波管法测试，下同)为0.721，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.802，降噪系数为0.70。
实施例2
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：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0份，纤维0份。
制备上述水泥基铁路声屏障吸声材料的方法：
a、按上述重量配比称取所需的水泥、矿渣颗粒、膨胀珍珠岩颗粒、水和减水剂；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；
c、将水泥和减水剂加入水中，并搅拌制备成水泥净浆；
e、向水泥净浆中添加矿渣颗粒和膨胀珍珠岩颗粒并搅拌120s，制成半干状态的混合料；
f、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；
g、在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模；
h、将脱模后的材料坯继续养护至龄期，使其强度达到28天龄期要求；
i、将强度达到28天龄期要求的材料坯切割成厚度为80mm的水泥基铁路声屏障吸声材料。
上述组份按以上制备方法制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为9.2MPa，表观密度为1020kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.706，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.775，降噪系数为0.70。
实施例3
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒180份，膨胀珍珠岩颗粒40份，水45份，减水剂4份，发泡剂0份，纤维0份。
制备方法同实施例2，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为7.4MPa，表观密度为950kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.718，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.798，降噪系数为0.71。
实施例4
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒200份，膨胀珍珠岩颗粒30份，水50份，减水剂3份，发泡剂0份，纤维0份。
制备方法同实施例2，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为7.8MPa，表观密度为940kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.734，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.824，降噪系数为0.73。
实施例5
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒210份，膨胀珍珠岩颗粒20份，水55份，减水剂2份，发泡剂0份，纤维0份。
制备方法同实施例2，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为7.4MPa，表观密度为980kg/m3；250Hz～2000Hz平均吸声系数为0.727，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.807，降噪系数为0.72。
实施例6
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：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。
制备上述水泥基铁路声屏障吸声材料的方法：
a、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；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；
b、将纤维加入水中并用机械快速搅拌60s；
c、将水泥和减水剂继续加入水中，并搅拌制备成水泥净浆；
d、向水泥净浆中添加发泡剂并持续搅拌；
e、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120s，制成半干状态的混合料；
f、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；
g、在温度为20℃、相对湿度90％的条件下养护1天后脱模；
h、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；
i、将强度达到28天龄期要求的材料坯切割成厚度为80mm的水泥基铁路声屏障吸声材料。
上述组份按以上制备方法制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为8.3MPa，表观密度为1010kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.728，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.794，降噪系数为0.72。
实施例7
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒180份，膨胀珍珠岩颗粒40份，水45份，减水剂4份，发泡剂1份，纤维0.4份。
制备方法同实施例6，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为6.8MPa，表观密度为920kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.742，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.812，降噪系数为0.73。
实施例8
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒195份，膨胀珍珠岩颗粒25份，水45份，减水剂4份，发泡剂2份，纤维0.4份。
制备方法同实施例6，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为7.9MPa，表观密度为940kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.747，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.826，降噪系数为0.74。
实施例9
水泥基铁路声屏障吸声材料，由下述重量配比的原料制备而成：水泥100份，矿渣颗粒220份，膨胀珍珠岩颗粒30份，水45份，减水剂4份，发泡剂1.5份，纤维0.3份。
制备方法同实施例6，按上述组份制得的水泥基铁路声屏障吸声材料，测得其性能如下：28天抗压强度为7.0MPa，表观密度为930kg/m3；250Hz～2000Hz的平均吸声系数为0.740，500Hz～1000Hz的平均吸声系数为0.831，降噪系数为0.73。