建筑外墙吸声保温材料试验研究

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　　摘要：城市的噪声问题越来越严重，在建筑外墙普遍采用吸声材料是解决该问题的有效措施。研究借助国家推行的建筑节能政策，对目前广泛采用的外墙外保温材料开发其吸声性，能够便利地、低成本地实现保温和降噪的双重作用。选用聚苯胶粉颗粒保温体系为基础，采用半干料压缩成型工艺，形成多孔性吸声结构，利用特殊成型技术形成吸声尖劈和空腔共振吸声结构，获得较好的吸声降噪性能。另外采用纤维增强等技术提高材料的抗压、抗折强度。通过一系列的试验研究，最终获得同时具有保温和吸声作用的新型节能环保材料。

　　关键词：保温;吸声;聚苯胶粉颗粒;多孔性吸声结构

　　随着经济和社会的飞速发展，各国工业化进程不断加快，能源消耗量越来越高。世界能源需求量以每年2%的比率增长，而这些能源大约有30%消耗在建筑物上。在我国，建筑能耗连同围护结构材料生产能耗已占到全国能源消耗总量的27.6%，伴随着我国城市化建设的推进，建筑能耗在社会商品能源总消费量中所占的比例也将持续增加，建筑业最终可能将超越工业、交通运输业等行业位居能耗的首位，建筑节能将成为提高社会能源使用效率的首要方面。

　　(2)若三相电动机一相断电后仍带额定负载运行，电动机的转子、定子电流将增大，电动机的转子、定子损耗都会显著增加，电动机的发热加剧而造成过热，严重时将烧毁电动机。

　　四、缺相运行的分析

　　根据电动机接线方式的不同，在不同负载下，发生缺相运行的电流也不同，因此，采取的保护方式也不同。

　　1.当Y

　　型接线的电动机发生缺相运行时，其电机相电流等于线电流，其大小与电动机所带的负载有关。

　　2.

　　当△型接线的电动机内部断线时，电动机变成Y型接线，相电流和线电流均与电动机负载成比例增长，在额定电流负载下，两相相电流应增大1.5 倍，一相线电流增加到1.5 倍，其它两相线电流增加√ 3/2 倍。

　　五、防止三相电动机缺相运行烧毁电动机的预防措施

　　1.值班人员须加强对运行中设备的巡视以及电动机运行参数的监视，发现三相电动机发生缺相运行时，应尽快启动备用设备运行，及时对发生故障的电动机进行检查处理。

　　2.采用热继电器兼作电动机的过载或断相保护。对绕组

　　噪声污染是现代社会四大公害之一，越是在人口密集、经济发达的大中城市，噪声污染的程度越加严重，成为环境治理过程中倍受关注的热点问题之一。建筑体的刚性表面吸声性差而声反射性强，噪声不断被反射和折射，增加了影响范围和时间。根治城市噪声需要大规模的吸声构造，但其投入巨大，目前尚不具有可行性。所以，这种社会现状为我们的试验研究提供了社会需求和实用价值的可能性。

　　本文对目前广泛采用的外墙外保温材料通过材料种类与配合比选择和制备工艺改进开发其吸声性，使其能够便利地、低成本地实现保温和降噪的双重作用，将会具有十分显著的社会和经济效益。

　　一、实验方法与材料选择

　　试验选用聚苯胶粉颗粒为基础，采用半干料压缩成型工艺，形成多孔性吸声结构，利用特殊成型技术形成吸声尖劈和空腔共振吸声结构等复合空腔共振吸声结构。胶粉聚苯颗粒保温材料是一种具有优良墙体保温性能的新型有机复合材料，相对于我国传统的无机类保温材料(硬质微孔结构的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石及泡沫玻璃等)而言，有机类保温材料具有吸湿性小、容重轻、导热系数低、价格便宜等优点。

　　为星形连接的三相异步电动机系列，三相电源线路上只需在两相上装设热继电器或普通型三相热继电器，则可对电动机任意相断相起保护作用。

　　3.正确地选配热继电器作为电动机运行中过载或缺相保护装置，是有效而切实达到解决电动机断相保护的措施之一。

　　　综合性能比较并考虑到原材料的价格以及市场供应量等因素，本研究选择回收的废旧自熄型聚苯乙烯经直接破碎得到聚苯乙烯颗粒作为保温骨料，其导热系数≤ 0.041W/(m·K)，憎水率>95%，粒径0.5~5mm，堆积密度15.84kg/m3。由于聚苯颗粒是由废料生产，因此应用聚苯颗粒还可以起到环保的作用。

　　吸声尖劈是最常用的强吸声结构，它能在相当低的频率以上都产生极高的吸声系数，可高达0.99 以上。而空腔共振吸声结构对一定范围的低频率声吸收能力较强，也可用来提高对低频声的吸收。本研究在水泥浆中采用蒸汽养护使聚苯颗粒气泡开孔，这样水泥在发挥胶结材作用的同时又复合产生空腔共振吸声结构。

　　纤维增强是近几年普遍采用的、比较有效的混凝土增强技术，它可以明显提高制品的抗折强度，同时对抗压强度也有改善。另外，因为硫铝酸盐的早强和低碱度，其可以快速地脱模和减少玻璃纤维对其的腐蚀，故采用快硬硫铝酸盐水泥加快脱模速度、提高生产效率和避免普通硅酸盐水泥对玻璃纤维的腐蚀作用。

　　在经验和初试的基础上，首先采用水泥砂浆搅拌机将配好的砂浆进行搅拌，将拌好的砂浆用三联试模等模具将试块压制成各种合适的样式，然后采用电荷自动水泥抗折抗压强度测试器测定这些试块的强度，再用驻波管仪器设备、CD-DR3030A导热系数测定仪等仪器来测定其吸声系数和导热系数，最后再根据这些数据进行调整选出最好的配合方案、分析结果和影响因素、确定改进措施。

　　我们所设计的吸声保温材料的性能指标为：保温系数≤ 0.08 W/(m·K)，吸声系数≧ 0.2、抗压强度≧ 1Mpa、抗折强度≧ 0.4MPa。同时，为了保证其具有防水性，使用Tego swin He328 型憎水剂，根据一定的比例与水混合，然后涂抹到已做好的试块表面，通过在上面滴水来观察憎水剂的效果。

　　二、实验结果和分析(一)强度测定

　　强度试验中，将做好的三联模具进行拆模，每个模具含三个分开的试块，将它们分别进行抗压强度和抗折强度的测试，结果表明：在水灰比不变，骨料等其他原料的含量相等时，水泥用量越多，其承载力越大。水泥试块的强度与其制作过程和配合比也有着很大的关系。即当水泥中水太多或太少，或者水泥中的骨料没有搅匀都会影响水泥的强度，所以拌合过程也是十分重要的。同时，针对相同水泥量的试块，来比较纤维和乳胶粉对于抗折和抗压强度的影响，发现当水泥量适当时，加入纤维/ 乳胶粉对于强度有着较好的影响，试验试样的强度性能都能满足指标要求。当水泥量过多时，其对于水泥试块的强度效果不够明显，或者显现负面的影响。

　　另外，随着水泥试块容重的增加，单位体积含料量增大到一定程度后，纤维和乳胶粉在水泥颗粒层之间便不易均匀地分布，即在这个区域内粘结力和强度不大相同，这样当受到载荷时，这种粘接力和强度的不均匀分布可能就会造成过早开裂。

　　(二)导热系数的测定

　　借助导热系数仪，分别对试块的左右两面的导热系数进行测试。试验结果表明，当试块的容重大致在4000~6000 N/m3 这个范围内时基本能满足保温系数≤ 0.08 W/(m·K) 的行业要求。并且分析数据可知，随着水泥量的增加，水泥试块的导热系数增

　　加，其保温性下降。分析其中原因，由于水泥量在单位体积内增加，水泥试块中的孔隙率减小，而空气导热系数λ 为0.024 W/(m·K)，其是热的不良导体。因此孔隙率高有利于试块的保温作用。因此当水泥的含量过多影响到孔隙率时，其导热系数就

　　会受到负面的影响。

　　(三)吸声系数的测定结果

　　工程上常取125、250、500、1000、2000 赫兹等五个频率的吸声系数表示材料的吸声性能。本试验采用驻波法测定试块在一定频率时的吸声系数。可做出如下分析：

　　1.

　　水泥试块经养护之后，试块的吸声能力可得到明显提高。

　　2.250Hz

　　和500Hz 和2000Hz 中，首先随着水泥用量和容重的增加，试块的吸声系数逐渐提高，而当达到一定值时，其吸声系数又有下降的趋势。

　　3.125Hz

　　和1000Hz 中，水泥试块的吸声系数却随着水泥用量和容重的增加而上下波动。

　　4. 本试验中，水泥砂浆的容重一般控制在4000

　　～ 7000N/m3 之间时，其吸声性能较好。

　　5.

　　影响材料的吸声系数的因素还有很多，例如测试环境、材料的孔隙率以及内部的结构等等，因此还需要做大量系统的试验分析。

　　(四)防水试验

　　在防水性的实验中，我们按1：6 的比例将憎水剂与水进行混合，比较憎水剂的效果。试验发现，不涂抹憎水剂的试块上的水很快地下渗，而涂抹憎水剂的试块上的水长时间保持在试块表面不下渗。因此，可以得出防水剂对于水泥试块中保温和吸声空隙具有保护作用。

　　三、结论

　　1.

　　在不影响水泥砂浆保温性和吸声性的情况下，可适当增大水泥的用量，控制合适的水灰比及加强拌合。同时使用纤维增强等手段来增加其抗折和抗压强度是有效的。

　　2. 本试验中，水泥砂浆的容重一般控制在4000

　　～ 6000N/m3 之间时，其吸声性能和保温性能较好，并且在不影响吸声性能的基础上，应在这个范围内尽量降低其容重，这样子可以适当地增加其保温性能。而且通过蒸汽养护，可以提高其吸声性能。

　　3.

　　憎水剂对于水泥试块的防水作用有着明显的效果，因此可将憎水剂涂抹到保温材料的表面来增加其防水效果。

　　参考文献

　　[1] 马保国，朱洪波，董荣珍，梁志坚.高效吸声材料的研制[J].新型建筑材料，2008，.

　　(5)

　　[2] 刘伯伦，钟祥璋.提高多孔材料低频性能的探讨[J].声学技术，2002.

　　[3] 寇秀蓉.胶粉聚苯颗粒保温材料的研究[J].新型建筑材料，2008-05-01.

　　[4] 王燕谋，苏慕珍，张量.硫铝酸盐水泥[M].北京工业大学出版社，1999.

　　作者简介：孟波(1989-)，男，供职于同济大学材料科学与工程学院，研究方向：建筑外墙吸声降噪材料。