吸声组分对陶粒多孔混凝土性能的影响.pdf

第 1 6卷第 1期 2 0 1 3年 2月 建筑材料罕破 J OURNAL OF B UI L DI NG MATE RI ALS VOL l 6， NOL Fe b ， 2 O1 3 文章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 7 0 0 6 吸声组分对 陶粒 多孔混凝土性 能的影响 李文芳 ， 骆翔 宇 ， 金 雪莉 ( 1 华 南理 工大 学 材料 科学 与工程 学 院 ， 广 东 广州 5 1 0 6 4 0 ； 2 广 州番 禺职业 技术 学 院 建筑 工程 系 ， 广东 广 州 5 1 1 4 8 3 ) 摘 要 ：以轻质 陶粒 、 水 泥等为 主要 原料 ， 采 用混 凝 土成 型 法成 型 ， 制 备 了一种 防 火型 多孔 陶粒 混 凝 土吸声材料 掺入了发泡剂、 膨胀珍珠岩及聚丙烯纤维 3种吸声组分来改善吸声材料的孔 隙状况， 通过试验分析 了这 3 种吸声组分对材料吸声性能和力学性能的影响 结果表 明： 添加这 3种吸声组 分都能较大程度地提 高材料的吸声性 能， 其 中聚 丙烯纤维能同时提 高材料的抗压强度 ， 而膨胀珍 珠岩 和发 泡剂 却 明显 降低 了材料 的抗压 强度 ； 通 过扫 描 电镜 S E M 进 行 了微 观 分析 讨论 ， 并建 立起 了材料 孔 隙状 况和 不 同频率段 吸 声性 能的联 系 关键 词 ：陶 粒 多孔 混凝 土 ；孔 隙 ； 微 观 结构 分析 ；吸 声性 能 ； 抗 压 强度 中 图分类 号 ： TU5 2 8 2 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 0 1 3 0 1 0 1 3 Ef f e c t o f Ac o u s t i c Co mpo ne nt s o n Ch a r a c t e r i s t i c s o f Ce r a ms i t e Po r o u s Co n c r e t e LI We n f a n g ， LU O Xi a n g y u ， JI N Xu e l i ( 1 Col l e g e o f M a t e r i a l s S c i e nc e a nd Eng i n e e r i n g，So ut h Chi na Un i v e r s i t y of Te c hn ol og y，Gua ngz ho u 51 064 0， 2 De p a r t me nt o f Co ns t r uc t i o n Eng i n e e r i n g，Gua ng z h ou Pa n yu Pol yt e c hn i c ，Gua n gz ho u 5 11 48 3，Chi na ) Ab s t r a c t ：A f i r e p r o of i ng s o un d a bs o r b i n g ma t e r i a l we r e pr e pa r e d u s i ng l i gh t c e r a m s i t e，c e me n t a s ma i n r a w ma t e r i a l s The e x pa n de d pe r l i t e，p o l yp r op yl e ne f i be r s a nd f o a m i ng a g e n t we r e a d d e d t o r a i s e t he p o r os i t y o f t he c e r a ms i t e c o nc r e t e Th e i nf l u e nc e s of t he s e t hr e e s o und a bs o r bi n g ma t e r i a l s o n t he a b s or bi ng c ha r a c t e r i s t i c s we r e i nv e s t i g a t e d The r e s u l t s s ho w t ha t t he s e t hr e e ki nd s o f r a w ma t e r i a l s c a n e nha n c e t he s ou nd a b s or bi ng p r op e r t i e s of t he s a mpl e s I t i s a l s o f ou nd t ha t t he p o l yp r o py l e ne f i b e r c a n i m p r o v e t he s t r e ng t h o f m a t e r i a l s ， o n t he c o nt r a r y， e x pa nd e d pe r l i t e a n d f o a mi ng a ge nt c a n s i gn i f i c a n t l y r e d uc e t he s t r e n g t h Th e r e l a t i o n s h i p o f p o r o s i t y a n d s o u n d a b s o r p t i o n o f t h e s o u n d a b s o r b i n g ma t e r i a l s i n d i f f e r e n t f r e qu e n c y b a nd a r e e s t a bl i s he d b y t h e mi c r o a n a l ys i s o f SEM p ho t o s Ke y wo r d s： c e r a ms i t e po r ou s c on c r e t e； po r os i t y； m i c r os t r uc t u r e a na l y s i s； s ou nd a b s or p t i o n； c o mpr e s s i ve s t r e n gt h 陶粒 混凝 土 由于 其密 度 较 小 ， 因而 被 广泛 应 用 于屋顶隔热层 、 隔墙等对强度要求不高的建筑部位 当降低陶粒混凝土中水泥浆 的用量时， 作为骨料 的 陶粒间将 出现大量的孑 L 隙 多孔 的特性为其带来更 多的功能性 ， 由于这种孔隙多为连通孑 L ， 可有效降低 周围环境噪声的污染 ， 且原材料均为无机材料， 完全 不燃 ， 因此可作为建筑及交通领域迫切需要的安全、 有 效 的吸声 材料口 从 2 O 世 纪 9 O年 代 起 ， 陶粒 混凝 土砌 块 和板 材 便 已成为世界各地高速公路声屏障路段的最佳制品 和主流L 2 ， 特别是在此类声屏障上种植花草、 声屏 障 底侧种植树藤爬墙类植物和配置 间断式玻璃声屏 障， 已成为最佳的绿化生态模式 我 国第一段 以陶粒 混凝土为主要材料的公路声屏障贵黄高速公路 收稿 日期 ： 2 0 1 1 一 O 8 1 0 ；修订 日期 ： 2 0 1 1 - 1 2 - 0 5 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 0 8 1 2 6 ) ； 中国博士后科学基金资助项 目( 2 0 1 1 M5 0 1 3 2 8 ) 第一作者 ： 李文芳 ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 山东郓城人 ， 华南理工大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E ma i l ： me wf l i s c u t e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 李文芳 ， 等 ： 吸声组分对 陶粒多孔混凝土性能 的影响 贵州工学 院路段于 2 0世纪 9 O年代建成 ， 目前仍在 健康使用 3 单一以陶粒为骨料 ， 水泥为胶凝 材料的陶粒多 孔 混凝 土 的孑 L 隙率较 低 ， 吸声 效果 不显 著 ， 为 了最 大 限度地提高其吸声性能 ， 本文在保证材料防火性能 的原则下选用膨胀珍珠岩 、 聚丙烯纤维及发泡剂作 为掺和料 ， 研究这些掺和料 的掺加对材料吸声性 能 及抗压强度的影响 ， 并采 用扫描 电镜 s E M 对试样 的微观 孔 隙及水 化产 物状 况进 行分 析 1 原 材 料 轻质 陶粒 ： 广 州市 华穗 陶粒 厂生 产 ， 该材 料具 有 质轻 、 强 度高 的特 性 ， 可作 为轻 质骨 料 ， 以减 小密 度 ， 增加强度 本试验从 中筛选 出粒径 为 1 0 2 5 mm 的陶粒进行 吸声性能研究 ， 其主要技术性能指标为 ： 密度 6 0 0 k g m。 ， 筒压强度 1 7 2 MP a ， 吸水率( 体积 分数 ) 1 8 7 ， 技 术 性 能指 标 符 合 GB 1 7 4 3 1 1 - 2 0 1 0 轻集 料及 其试 验方 法 第 1部分 ： 轻集 料 要 求 膨胀珍珠岩： 市售 ， 白色多孔粒状 ， 具有轻质、 绝 热 、 吸声 、 无毒 、 无味 、 不燃烧等特性 主要物理性能： 堆 积 密度 为 1 0 0 mg m。 ， 导 热 系数 为 0 4 1 w ( 1T I K) ， 含水率( 质量分数) 为 2 ， 吸水率高达 2 5 ， 吸 湿 率 ( 质量 分数 ， 下 同) 为 0 0 1 聚丙烯 纤 维 ： 美 国希 尔 兄 弟 化 工 公 司 生 产 的 杜 拉纤 维 ( D u r a f i b e r TM ) ， 它以 1 0 0 纯聚 丙烯 原料制 成 ， 对酸碱都有极强的抵御能力 密度为 0 9 1 k g c ma ， 拉 伸极限为 1 5 9 6 ， 抗 拉强度 2 7 6 MP a ， 弹性模 量为 3 7 9 3 MP a ， 熔点 为 1 6 8 ， 燃点 为 5 8 0 ， 吸湿率 0 I 发 泡剂 ： 市 售 的常 用 发 泡 剂 K 一 1 2 ( 十 二 烷 基 硫 酸钠) ， 这是一种能使泡沫浆液产生细小 、 均匀分布 且硬化后能保留微气泡的外加剂 水泥： 华润水泥厂生产的复合硅酸盐水泥 P C 3 2 5 纤维分散剂 ： 市售 的 NP A M( 非离子聚丙烯 酰 胺 ， 相对 分 子 质 量 1 0 4 1 0 0 ， 固 含 量 ( 质 量 分 数 ) 8 1 5 ) ， 该 分散 剂 为液态 分 散助剂 ， 能 为纤 维 表 面赋予多电荷 的吸附层 ， 防止纤维相互聚结， 从而使 之能在后续工艺过程中具有 良好分散性 ， 在增强体 系 中形成 均匀 的乱 向支撑 4 2 试样制备 试 验 开始 前 ， 先 对各 吸声 材料 进行 前期 处 理 ， 包 括 ： 使用有机硅对膨胀珍珠岩进行憎水处理 ； 对陶粒 泡水进行保水处理 ； 发泡剂加水搅拌形成泡沫 ； 聚丙 烯纤维使用分散剂分散 ， 使之减少团聚现象( 试样制 备 流程 见 图 1 ) 试验开始 ， 首先按一定质量 比将水泥、 经前期处 理的轻质陶粒 、 膨胀珍珠岩、 聚丙烯纤维等混合后搅 拌均匀得到干混合料 ， 然后加入水， 若 吸声组分 中有 发泡 剂 ， 则在加 水的 同时 加人 ， 继 续搅拌 3 5 mi n ， 得 到流动性较好 的混合浆料 经成型， 2 4 h脱模后得到 气孑 L 均匀的多孔材料 ， 用保鲜膜包裹 ， 在标准养护条 件下养护 2 8 d ， 测试其驻波管吸声系数和抗压强度 图 1 制备工艺流程 Fi g 1 Pr oc e s s o f p r e p a r a t i o n 3吸 声 性 能 测 试 主 需 昙 言 羞 参照国家标准 G B J 8 8 8 5 驻波管 吸声系数 和 动测试车记录极小声压和极 大声压 ， 根据两者的差 声阻率测量规程 ， 测试试样的驻波管 吸声系数 驻 值计算材料在某一频率下的吸声系数 fl , 波管测试仪如图 2所示 将 吸声材料制成 比测试管 声波入射到材料表 面时 ， 其 中一部分声能被反 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 李文芳 ， 等 ： 吸声组分对 陶粒 多孔混凝土性能 的影响 7 5 结构疏 松 多孑 L ， 强度 较 低 ， 且 掺人 材料 中能大 量 吸 收 水 分 ， 影 响 和 易 性 ， 进 而 降低 强 度 ， 因此 在 陶粒 混 凝 土中其掺量不能过高 ( 3 ) 分散均匀且密集 的聚丙烯纤维能在材料 内 部支起空间纤维 网架结构， 引人大量密集的孑 L 隙 ， 显 著提高材料的吸声性 能， 同时聚丙烯纤维和水泥浆 有很好的相容性 ， 能桥接提高 陶粒间的黏结强度 ， 以 此提高材料 的整体强度 ， 因此可作 为提高 陶粒混凝 土 吸声 性 能 的重 要 吸声组 分 参 考文 献 ： 1 2 3 金雪莉 ， 曾令 可 ， 税安 泽 ， 等 地 铁 吸声材 料 中的 聚丙 烯纤 维 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 2 ) ； 1 4 7 5 1 4 8 0 。 J I N Xu e - l i ， ZENG Li n g k e， S HUI An z e ， e t a 1 P o l y pr o p y l e ne f i b e r f o r s o u n d a b s o r b i n g ma t e r i a l i n u n d e r g r o u n d r a i l wa y s J 1 J o u r n a l o f t he Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y， 2 0 0 6， 3 4(1 2) ：1 47 5 1 4 8 0 ( i n Ch i n e s e ) 范锦忠 陶粒 及其 混凝 士制品 的吸声 功能 和应用 J 新 型墙 材 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 3 5 3 8 FAN J i n z h o n g S o u n d a bs o r b i n g f un c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f c e r a ms i t e a n d c o n c r e t e p r o d u c t s J Ne w Wa l l Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1 ( 1 0)： 3 5 3 8 ( i n Chi n e s e ) J I N Xu e - l i ，Z ENG L i n g - ke So u n d a b s o r p t i o n c ha r a c t e r i s t i c s a nd a i r - f l o w r e s i s t i v i t y d e t e r m i n a t i o n o f me t r o s o u n d a bs o r b e d ma t e r i a l J J o u r n a l o f S y n t h e t i c C r y s t a l s ， 2 0 0 8 ， 3 7( 8) ： 4 5 6 7 8 9 9 1 8 9 2 6 周存 。 郑 帼， 孙玉 水泥混凝土增强用短切聚丙烯纤维分散 助剂 J 东南 大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( s ) ： 9 6 1 0 0 ZHOU Cu n， ZH ENG Gu o， SUN Yu Di s p e r s i n g a ge n t o f p o l y p r o p y l e n e u l t r a s h o r t f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f S o u t he a s t U n i v e r s i t y： Na t u r a l S c i e n c e， 2 0 1 0， 4 0 ( S)： 9 6 一 i 0 0 ( i n Ch i ne s e ) 朱伯铨 ， 方斌祥 ， 李享成 ， 等 刚玉质浇注料 孔结构 的分形特征 J 硅酸盐学报 ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) ： 7 3 0 7 3 4 ZHU Bo q ua n， F ANG Bi n - xi a n g， LI Xi a n g - c h e n g， e t a 1 Fr a c t a l c h a r a c t e r i s t i c s o f po r e s t r u c t u r e o f c o r u n d u m b a s e d c a s t a b l e s J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) ： 7 3 0 7 3 4 ( i n Ch i n e s e ) I W ASE T Ac o u s t i c p r o p e r t i e s o f po r o u s p a v e me n t wi t h d o u b l e l a y e r s a n d i t s r e d u c t i o n e f f e c t s f o r r o a d t r a f f i c n o i s e C P r o c e e d i n g s o f I n t e r No i s e 2 0 0 0 Ni c e ， F r a n c e ：s n ， 2 0 0 0 ： 6 - 1 2 M AR0LF A ， NEI THALATH N ， S EI I E。 e t a 1 I n f l u e n c e o f a g gr e g a t e s i z e a n d g r a d a t i o n o n a c o us t i c a b s o r p t i o n o f e n h a n c e d p o r o s i t y c o n c r e t e J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 4 ， 1 0 1 ( 1 ) ： 8 2 9 1 NEI THALATH NDe v e l o p m e n t a n d c h a r a c t e r iz a t i o n o f a c o u s t i c a l l y e f f i c i e n t c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s D We s t L a f a y e t t e ： Pu r du e Un i v e r s i t y， 2 0 0 4 YANG W e n c u i ， GE Yo n g， YUAN J i e ， e t a 1 Ef f e c t o f i n o r g a n i c s a l t s o n d e g r e e o f h y d r a t i o n a n d p o r e s t r uc t u r e o f c e me n t p a s t e s J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 4) ： 6 2 2 6 2 6 ( 上接第 3 6页 ) 4 F E NG X， GARB OC Z I E J ， B E NT Z D P， e t a 1 E s t i ma t i o n o f t h e d e g r e e o f h y dr a t i o n o f b l e n d e d c e me n t p a s t e s b y a s c a n ni n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e p o i n t c o u n t i n g p r o c e d u r e J C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 4， 3 4( 1 0) ： 1 7 8 7 1 7 9 3 5 何智海 ， 刘宝举 蒸养条件对水泥一 粉煤灰复合胶凝材料水化性 能的影响 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 2 1 4 HE Z h i h a i ， L I U B a o j u Th e i n f l u e n c e o f s t e a m c u r i n g r e g i me o n t h e h y d r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c e me n t p a s t e s c o n t a i ning f l y a s h J F l y As h C o mp r e h e n s iv e Ut i l i z a t i o n， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 2 1 4 ( i n Ch i n e s e ) 6 L E E F M 水 泥和混凝 土化 学 M 第 3版 唐明述 ， 杨 南如 ， 胡 道和 ， 等译 北京 ： 中国建筑工业出版社， 1 9 8 4 ； 2 2 6 2 2 7 L E E F M Th e c h e mi s t r y o f c e me n t a n d c o n c r e t e M 3 r d e d Tr a n s l a t e d b y TANG M i n g s h u， YAN Na n r u， HU Da o he ， e t a 1 B e ij i n g ： C h i n a Ar c h i t e c t u r e & B u i l d i n g P r e s s ， l 9 8 4 ： 2 2 6 2 2 7 ( i n Ch i n e s e ) 7 8 9 3 范五一 ， 简兴 昌 三峡二期 工程大坝混 凝土温度控 制 J 人 民 长 江 ， 2 0 0 1 ， 3 2 ( 1 0 ) ： 1 8 1 9 FAN Wu y i ， J I AN Xi n g c ha n g Da m c o nc r e t e t e mp e r a t u r e c o n t r o l f o r TG P s s t a g e I t wo r k s J Y a n g t z e R i v e r ， 2 0 0 1 ， 3 2 ( 1 0 )： 1 8 - 1 9 ( i n Ch i n e s e ) 唐道初 ， 陈文夫 三峡右岸 厂坝三期工 程混凝土温 控实践 J 中国三峡建设 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 3 2 3 5 TANG Da o c h u，CHEN W e n - f u Ap p l i c a t i o n o f t e mp e r a t ur e c o n t r o l f o r r i gh t b a n k o f Th r e e Go r g e s Da m s s t a g e U 1 wo r k s J Ch i n a T h r e e G o r g e s C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 4( 5 ) ： 3 2 3 5 ( i n Ch i n e s e ) 吴中伟 ， 廉惠珍 高性 能混凝 土 M 北 京 ： 中国铁 道 出版社 ， 1 9 9 9： 2 4 - 2 5 W U Zh o n g we i ， L1 AN Hu i z h e n Hi g h p e r f or m a nc e c o nc r e t e M B e ij i n g ： Ch i n a Ra i l wa y P u b l i s h i n g Ho u s e ， 1 9 9 9 ： 2 4 2 5 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m