摘 要：通過在實(shí)際工程應(yīng)用，我們對原有木絲聲屏障進(jìn)行了板材結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整有效地提高了板材的吸音和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：梯度 層合 結(jié)構(gòu) 高鐵 木絲 聲屏障

中圖分類號：TU112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0167-01

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生活環(huán)境要求的提高以及國家提出的和諧社會(huì)理念。環(huán)境噪聲污染治理成為城市軌道交通建設(shè)關(guān)注的重要內(nèi)容。列車運(yùn)行噪聲頻譜特性隨列車速度、機(jī)車車輛類型、軌道結(jié)構(gòu)的不同而不同?？傮w而言，列車運(yùn)行速度越快，其噪聲等效頻率越高，高速鐵路等效頻率主要集中在1000～2000 Hz。

1 工程概況

我們承建的遂渝二線站前I標(biāo)段工程新橋站（不含）至三星段（DK0+000～ZDK32+100）聲屏障工程。人口居住較為集中。該工程經(jīng)過遂寧市蘋果園開發(fā)安置小區(qū)、流通壩特大橋通過的居民區(qū)。該段的聲屏障工程是屬于安民工程。工程對降噪要求很高。如果施工后還出現(xiàn)噪音降不下來，將會(huì)極大地影響沿線兩邊的居民的生活起居。

2 梯度功能材料的介紹

“人工結(jié)構(gòu)化材料”是復(fù)合材料領(lǐng)域目前的發(fā)展方向，材料用途方向也形成“功能梯度材料”（Functionally Gradient Materials簡稱FGM），按照單一結(jié)構(gòu)或者單一功能的材料發(fā)展到多功能一體化的復(fù)合材料的方向。功能梯度材料就是根據(jù)具體的使用要求、選擇來將不同性能的兩種材料通過先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行材料復(fù)合，其中間部分的結(jié)構(gòu)組成會(huì)呈連續(xù)的梯狀變化，這樣復(fù)合出來一種性質(zhì)功能也會(huì)呈梯度沿厚度方向變化的復(fù)合型新型材料。能夠克服兩種材料在結(jié)合部位性能不匹配因素是這種新型復(fù)合材料的顯著特點(diǎn)，并且兩側(cè)不同的材料也同時(shí)具有各自的功能。航天飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)中燃燒室壁材料第一次對科學(xué)家們提出了特殊要求，根據(jù)這些要求涉及制備了陶瓷金屬梯度功能材料，該材料成功將金屬陶瓷涂層復(fù)合材料之間的界面消除，實(shí)現(xiàn)了緩和熱應(yīng)力和耐熱隔熱。從梯度功能的概念出發(fā)，通過金屬、陶瓷、聚和物等不同材料的巧妙梯度復(fù)合，梯度材料在諸如核能、電子、光學(xué)、化學(xué)、電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等許多技術(shù)領(lǐng)域乃至日常生活中都有著極大的應(yīng)用前景。

3 木絲吸音板結(jié)構(gòu)研究

以往我們所采用的木絲板聲屏障多是單一的板材。為提高吸音效果，我們對板材結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

由于高速鐵路的車速比較快，最高時(shí)速都在速度200 km/h以上。這時(shí)吸聲材料的吸聲效果與材料的流阻有相當(dāng)大的關(guān)系，材料的流阻過小，表現(xiàn)在材料的結(jié)構(gòu)上就是材料孔隙率過高、孔尺寸過大，那么聲波很容易通過材料，空氣對聲波的損耗小，吸聲效果較差；相反如果材料的流阻過大，表現(xiàn)在材料的結(jié)構(gòu)上就是孔隙率過低，孔尺寸過小，材料的特性阻抗與空氣的特性阻抗相差很大，那么聲波在材料的表面發(fā)生了反射，聲波進(jìn)入到材料的內(nèi)部的量很少，這時(shí)，即便材料內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)再好，損耗能力再強(qiáng)，也無濟(jì)于事。所以，吸聲材料的流阻有一個(gè)最佳值，即其既利于聲波在材料的表面發(fā)生很小的反射，盡可能多地傳入到材料內(nèi)部，又能使材料具有較好的損耗性能。滿足這樣的條件必然要求在材料設(shè)計(jì)時(shí)既要注意材料表面的特性阻抗與空氣的特性阻抗差別較小，又要滿足材料對聲波的粘滯損耗大。顯然，單一的聲學(xué)結(jié)構(gòu)是滿足不了這樣的要求，而梯度結(jié)構(gòu)能很好地滿足這樣的要求，即材料的表面選擇密度小、特性阻抗與空氣相差小，內(nèi)部材料的密度逐漸增大，保證聲波在傳播過程中不在界面處發(fā)生反射，使聲波一直從低流阻端向高流阻端傳播，從而保證聲波既具有很好的傳播效應(yīng)又具有很強(qiáng)的損耗能力，表現(xiàn)在吸聲上就是具有很高的吸聲系數(shù)。我們此次試驗(yàn)是通過調(diào)整每層材料的密度來改變材料的流阻值。當(dāng)然，這樣的層合還不是嚴(yán)格意義上的梯度結(jié)構(gòu)，只有增加層數(shù)，使各層的厚度盡可能的小才是理想的梯度材料。

我們制作了單層為1 cm，合計(jì)厚度為4 cm梯度結(jié)構(gòu)，其綜合了單一結(jié)構(gòu)中密度大的低頻吸聲效果好高頻吸聲效果差，密度小的低頻吸聲效果差，而高頻吸聲效果好的優(yōu)點(diǎn)，得到了高、低頻吸聲效果都良好的吸聲材料。通過實(shí)驗(yàn)表明梯度結(jié)構(gòu)的平均吸聲系數(shù)要比單一密度吸聲材料的好。

我們對此次的木絲吸音板在應(yīng)用梯度結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也采用在木絲吸聲材料背面設(shè)計(jì)一層0.5 cm混凝土基板?；炷粱逶谄鸬礁袈暤耐瑫r(shí)，也起到反射的作用。反射波再次通過梯度結(jié)構(gòu)時(shí)，再次對聲波進(jìn)行能量消減，形成吸隔兩層式結(jié)構(gòu)。其復(fù)合作用超過兩者單獨(dú)作用的算術(shù)相加，可以將聲波大幅度地吸收。

4 板材制作中注意事項(xiàng)

4.1 木絲的礦化藥劑浸漬處理

為了克服木材中的有害成分對水泥的阻凝作用，應(yīng)采用水玻璃和硫酸鋁溶液對木梗表面進(jìn)行浸漬處理，浸漬時(shí)間約l～2 mm，封閉有礙水泥水化的有害物質(zhì)析出。

4.2 水泥、木絲與水的混合攪拌

攪拌中水泥、木絲與水的混合均勻性至關(guān)重要。加入水泥并攪拌均勻，調(diào)整用水量使混合料干濕狀態(tài)適宜。水加量不足會(huì)影響水泥水化強(qiáng)度，但水分過多時(shí)，水泥懸浮漿會(huì)流向板的表面，導(dǎo)致水泥表面結(jié)構(gòu)疏松，同時(shí)還會(huì)影響板材的強(qiáng)度，同時(shí)造成木絲間搭接不牢形成分層和空洞。所以，進(jìn)入混合機(jī)的水泥、木絲、水按要求進(jìn)行定量計(jì)量。

5 結(jié)語

此次研究，我們成功地把梯度式層合結(jié)構(gòu)和吸隔兩層式結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了木絲聲屏障中，有效的提高了聲屏障的吸聲能力，同時(shí)，也提高了聲屏障的力學(xué)性能。成功申請了一項(xiàng)專利，并通過了四川省科技鑒定。此課題為《高速鐵路附屬構(gòu)件設(shè)備及材料研究》的子課題?！陡咚勹F路附屬構(gòu)件設(shè)備及材料研究》獲得了2011年四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊文斌.城市高架橋聲屏障工程施工技術(shù)[J].工程質(zhì)量，2010（9）：66-69.

[2]晏雄.板狀力學(xué)梯度功能材料彎曲特性[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1996（2）：6.

[3]楊桂，劉方龍.具有廣闊發(fā)展前途的紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料[R].九十年代我國復(fù)合材料發(fā)展展望研討會(huì).中國宇航學(xué)會(huì)，1990.