1、文库下载 免费文档下载http:/ 36 卷第 4 期 人 工 晶 体 学 报 Vol.36 No.4 2007 年 8 月 JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALS August,2007抛光砖废料制备吸音材料曾令可,金雪莉,税安泽,程小苏112 王 慧,刘平安,侯来广 1111(1.华南理工大学材料科学与工程学院,广州 510640;2.广州市红日燃具有限公司,广州510641)摘要:本文以微孔吸声结构原理为主要设计依据,以抛光砖废料制备的陶粒、膨胀水泥、粉煤灰以及造孔剂、防水剂等为主要原料,采用混凝土成型法成型,研究开发一种无有害成分的环保型吸声材料。通过试验分析了材料中胶凝
2、材料和发泡剂的用量、厚度以及表面形态、背后空腔对材料吸声性能的影响。关键词:陶瓷废料;陶粒;吸声材料中图分类号:TU55 文献标识码:A 2007)0420898206文库下载 免费文档下载http:/ 引 言在促进社会经济快速发展的同时,陶瓷工业所带来的废料废渣也日益增多,不但对城市环境造成巨大压力,而且限制了城市经济的发展以及陶瓷行业的可持续发展。目前,我国陶瓷工业废料废渣的处理与利用程度比较低,致使大量废渣挤占耕地,污染环境。陶瓷行业废料废渣的处理与利用己成为陶瓷生产厂家以及陶瓷工作者共同关注的问题。随着生活水平的提高,人们对噪声的控制越来越重视,使用吸声材料是控制噪声的重要手段之一。现
3、代社会要求吸音材料不含石棉、矿物纤维等对人体皮肤有刺激性的纤维材料;防水、文库下载 免费文档下载http:/ 收稿日期:2006211213基金项目:广州市科委重点科技攻关项目(No.2002Z32D0241);佛山市科委产学研项目(No.2005B10301026);广州市建设科技发展基金(No.200621);佛山市产学研专项基金(No.2006A046)1。实作者简介:曾令可(19442),男,广东省人,教授,博导。E2mail:第 4 期曾令可等:抛光砖废料制备吸音材料 899 验中,以微孔吸声结构原理为主要设计依据,以抛光砖废料制成的轻质陶粒、水泥等为主要原料,辅以发泡剂、防水剂等添
4、加剂,用一般的混凝土成型法制备成型,得到一种新型多孔吸音材料。通过实验对影响该多孔吸声材料吸声性能的各种因素进行了分析。2 实 验2.1 原 料轻质陶粒:采用自制的以抛光砖废料为主要原料制成的轻质陶粒:/ 1。表 1 抛光砖废料的化学成份2,具有质轻、强度高的特性,可作为 3 轻质骨料,以减少容重,增加强度。技术性能指标为:容重 600Kg/m,筒压强度为 1.72MPa,吸水率Table1 Chemicalcompositonsofthewaste(wt/%)Composition文库下载 免费文档下载http:/ 粉煤灰:广东粤和集团有限公司提供的“粤和”,:m 的筛余量不大于 10%。化
5、学成份见表 2表 2 Table2micalcompositionsofflyash(%)SiO51.08AFeO6.20CaO2.95MgO1.11LI2.40Total99.32 膨胀水泥:江门市中建科技开发有限公司提供的 52.5 膨胀水泥。水泥在水化过程中生成大量的水化硫铝酸钙,产生一定的自应力,以补偿混凝土在硬化过程中出现的体积收缩,提高自身的抗裂防渗能力。物理化学性能见表 3。表 3 膨胀水泥的物理化学性能Table3 PhysicalandmechanicalpropertiesofexpandcementCompressionstrength/MPa3d24.57d34.328
6、d52.53d4.1Bendingstrength/MPa7d5.328d7.8Settingtime/(h:min)Initialset0:45Finalset8:30膨胀珍珠岩:白色多孔粒状物料,具有轻质、绝热、吸音、无毒、无味、不燃烧等特性。主要物理性能:堆积3 密度为 100mg/m,导热系数为 0.41W/(m?K),质量含水率为 2%,体积吸水率高达 25%,吸湿率为0.01%。化学成份见表 4。文库下载 免费文档下载http:/ 4 珍珠岩的化学成份:/ ChemicalcompositonsofexpandperliteCompositionContent/%SiO69-75A
7、lO12-16FeO2-5CaO防水剂:为有机硅防水剂,将其和水按一定比例混合均匀,制成溶液。使用目的是降低陶粒的吸水率及提高早期强度。稳定剂:十二烷基苯磺酸钠,增加发泡剂溶液粘度,提高泡沫稳定性。其他添加剂:减水剂、早强剂。900 人工晶体学报 第 36 卷2.2 制备工艺过程按一定质量比将膨胀水泥、粉煤灰、陶粒及其它添加剂在水泥砂浆搅拌机中搅拌 0.5min,得到均匀的干混合料,再加水搅拌约 5min,然后将发泡剂加入混合浆料中搅拌,得到流动性较好的混合浆料。经成型、脱模,即可得到气孔均匀的多孔材料。样品 24h 脱模后用保鲜膜包裹,在标准养护条件下养护 28d,测试其吸声系数及力学性能。
8、2.3 吸声性能的测试参照国家标准 GBJ88285驻波管吸声系数和声阻率测量规程,测试样品的驻波管吸声系数。驻波管测试装置的安装如图 1 所示。将吸声材料制成比测试管直径稍小的圆饼形,置于测试管中,通过声源箱连续地向圆筒内发送不同频率的声波,同时缓慢移动测试车,记录极小声压和极大声压,根据两者的差值计算材料在某一频率下的吸声系数。文库下载 免费文档下载http:/ 表示EE E=1-(1)E0 其中:E 为材料本身吸收的声能;E;E0。吸声材料和吸声结构吸声性能的好坏,该值越大,吸声性能就越好。图 1 驻波管结构示意图Fig.1 Configurationdrawingofthestandi
9、ngwaveacousticabsorbingcoefficienttestingmeter1http:/ 力学性能的测试按照 GB/T1767121999水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)测试样品的抗压强度、抗折强度。所用拌和水为自来水并控制水温为(201)。样品 24h 拆模后用保鲜膜包裹在标准养护条件下进行养护,测试 28d 的抗压强度和抗折强度。3 结果与讨论3.1 胶凝材料的掺量对材料性能的影响3.1.1 胶凝材料的掺量对吸声性能的影响要想提高强度,增加胶凝材料用量是一条简便途径。但是为了尽量减少对颗粒间相互连通孔隙以及颗粒表面文库下载 免费文档下载http:/ 25%、30%、35
10、%胶凝材料,分析其对吸声性能的影响,结果如图 2 所示。从图 2 可以看出,随着胶凝材料用量的增加,材料图 2 胶凝材料的含量对材料吸声性能的影响 Fig.2 Effectofcementonsoundabsorbingmaterial第 4 期曾令可等:抛光砖废料制备吸音材料 901 的吸声性能在逐渐的降低。这是因为水泥用量的增加,材料内部空隙被胶凝材料所占据,从而造成空隙率的降低,影响到材料的吸声性能。但是胶凝材料用量减少又会降低材料的强度。3.1.2 胶凝材料的掺量对力学性能的影响4轻骨料混凝土的强度取决于水泥浆体、陶粒强度、水泥与陶粒的粘接力。水泥作为胶凝材料,其含量的高低直接影响到试
11、样的强度,容重的大小及粘结程度。当水泥用量少,此时水泥仅能部分包裹或不能包裹陶粒,不足以填充颗粒之间的空隙,这时的混合料因粘聚性差而呈松散状态,水泥浆体结构不完整,呈开放式,试样的强度比较低。随着水泥用量的增加,混合物内水泥浆体结构逐渐完善,孔径及孔隙率均降低,密度不断增大,试样的强http:/ 度也在逐渐增加。由于空隙率的降低从而导致材料吸声性能的降低。实验中我们分别采用了 25%30%35%的胶凝材料,28d 抗压抗折强度测试结果如图 3 所示。文库下载 免费文档下载http:/ 强度影响Fig.3ofcementcontentonsoundabsorbingmaterialstrengt
12、hof28d从图 3,材料的抗折、抗压强度都在逐渐增加,但是材料强度在增加的同时,由前面吸声性能影响因素分析中可以看出吸声性能在逐渐的降低,因此水泥的用量是有一定限制的,结合前面吸声材料的吸声性能测试结果,当水泥用量控制在 30%的时候为最佳。3.2 发泡剂用量对材料性能的影响3.2.1 发泡剂用量对吸声性能的影响由图 4 可以看出,在同一配方下,当掺入不同的泡沫量时,所制备的多孔材料的内部孔结构是不一样的。当加入少量的泡沫时材料内部较为致密,气孔呈现封闭状态,孔隙率低;当泡沫添加量逐渐增加时,吸声材料的吸声效果有了非常明显的提高。吸声材料内部具有较好的气孔形貌,孔隙率高,并且气孔多为连通状。
13、但是泡沫添加量并不是越多越好,实验中我们发现随着泡沫量的增加,材料的强度逐渐降低,并且容易发生塌陷现象。可见泡沫的添加量是有一定限度的,当泡沫量为 60ml 时为最佳。吸声系数随泡沫量增加逐渐提高的主要是由于孔隙率越高,孔隙的曲折度就越大,内部通道越复杂。当声音进入后,发生漫反射和折射,并且孔隙中的空气随之而振动,由于孔隙壁的摩擦及空气粘滞阻力等而使得相当一部分声能转化为热能而被耗散5。902 人工晶体学报 第 36 卷3.2.2 发泡剂用量对力学性能的影响泡沫掺量对陶粒混凝土的气孔结构和强度是有影响作用的。在陶粒混凝土中掺入泡沫,可以大大改善文库下载 免费文档下载http:/ 小的圆孔取代了
14、较粗大、形状不规则的孔隙,孔的平均半径降低。在吸音材料的制备过程中,为了提高材料的吸声性能需要添加大量的泡沫,但是添加量过大时强度就会降低到很小的程度,因此泡沫添加量是有一个极限的。实验中我们分别测试了 40ml、60ml、80ml 泡沫对强度的影响,结果见图 5。如图 5 所示,随着泡沫添加量的增加,材料的强度在逐渐降低,结合前面材料的吸声性能的测试分析,当泡沫添加量为 60ml 时,材料的性能最好。3.3 材料厚度对吸声性能的影响根据多孔材料吸声机理的瑞利模型可知,增加材料的厚度可以增加材料的声阻抗,因此,厚度对吸声性7能的影响是比较大的。图 6 为同样配方不同厚度试样的材料吸声特性曲线。
15、由图 6 可以看出,当厚度增加时,虽然在 6301000Hz,材料的整体吸声性能是逐步提高的。,进入孔隙的声波经过的孔隙通道也越长,。3.4 表面形态对吸声性能的影响吸声材料的表面结构形态,也会对其吸声性能产生一定的影响作用。本研究中对吸声材料的表面进行处文库下载 免费文档下载http:/ 7),然后与平面结构的吸声材料进行比较,测试结果如图 8 所示。由图 8 可以看出,经过表面处理后的试样,其整体吸声性能与未处理前比较有了一定的提高。对试样进行表面处理可以减少流阻,增加有效吸声表面面积,使材料暴露于声场中的面积增大,有更多的入射声波直接8进入材料内部,从而吸声更多更有效。3.5 背后空腔对
16、吸声性能的影响在多孔吸声材料背后留出空腔,能够有效地提高中低频的吸声效果,关于这种机理,许多学者都是用空9腔共振吸声结构的吸声原理来解释。该种空腔与用同样材料填满的效果近似,一般材料的吸声能力越图 8 不同表面形态对材料吸声性能的影响 Fig.8 Effectofsurfachttp:/ soundabsorbingcoefficient第 4 期曾令可等:抛光砖废料制备吸音材料 903 强,该空腔产生的吸声增强作用也就越大,吸声系数随着空文库下载 免费文档下载http:/ 0、20、50mm 时,对材料吸声特性的影响,如图 9 所示。由图 9 可以看出,随着材料背后空腔厚度的增加,吸声材料整
17、体吸声性能向低频阶段移动,但是在 5001000Hz 之间,其吸声效果有一定的降低,高频阶段基本没有什么影响。在材料背后设置一定的空腔,当声波第一次经过多孔材料,强度减弱、声压级降低,到达刚性隔声墙、板后被反射,再一次经过多孔材料并被二次吸收,再加上空腔共振吸声结构的作用机理,从而提高了吸声性能。图 9 背后空气层对材料吸声性能的影响 Fig.9 Effectofairlayeronsound4 结 论(1)随着胶凝材料用量的增加, absorbing 加,但是吸声性能逐渐降低,(2)随着发泡剂用量的增加,材料的整体吸声性能逐渐增加,特别是在 400Hz 之后,因此发泡剂用量应控制在一定范围内;(3)6301000Hz 范围内的吸声系数有所波动,材料的整体吸声性能是逐步提高的;(4)对试样进行表面处理可以减少流阻,增加有效吸声表面面积,使材料暴露于声场中的面积增大,有更多的入射声波直接进入材料内部,有利于提高材料的吸声效果;文库下载 免费文档下载http:/ 免费文档下载http:/ 文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找参考资料的必备网站。文库下载 http:/
