劉荻舟

（吉林大學(xué)，吉林 長春 130026）

近些年，伴隨環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，人們對于環(huán)境保護(hù)的問題也越來越關(guān)注。在所有已知的各種環(huán)境污染中，噪音污染又重新進(jìn)入人們的視野，成為迫切需要解決的問題?，F(xiàn)實生活中的噪音污染來源繁多，但是最主要的一部分就是道路噪音污染。面對道路上由于各種交通工具的移動或者停止、不同人群交流溝通所產(chǎn)生的噪音污染，通過在道路兩邊設(shè)置聲屏障的解決措施可以有效地阻礙噪音的傳播，從而保護(hù)聲屏障后面的人員不用受到噪音污染的侵襲。

國內(nèi)現(xiàn)有的橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)簡單、降噪效果明顯，已被廣泛應(yīng)用。但是其材料體系在國內(nèi)發(fā)展比較緩慢。從開始使用聲屏障進(jìn)行隔音降噪至今，在其所使用的材料方面并沒有顯著的改變。主要是通過其所具有的獨特百葉結(jié)構(gòu)對噪音進(jìn)行吸收和阻隔。在材料方面，伴隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)有更多種類的、降噪性能更加優(yōu)秀的材料出現(xiàn)，例如文章將要敘述的泡沫鋁材料，可以嘗試將其應(yīng)用到聲屏障當(dāng)中，從而更好的達(dá)到隔音降噪的最終目的。

1 泡沫鋁材料

1.1 制作工藝

目前生產(chǎn)泡沫鋁材料的工藝方法主要有三種，分別是粉末冶金發(fā)泡法、熔體發(fā)泡法以及二次發(fā)泡法。最常用的生產(chǎn)方法是二次發(fā)泡法，其主要步驟如下：

第一步，在鋁熔體中加入增粘劑攪拌均勻。第二步，在適宜的溫度及粘度條件下加入發(fā)泡劑，如：預(yù)處理好的TiH2。分散均勻。第三步，在TiH2未分解前將熔體鑄入模具中快速冷卻凝固，得到發(fā)泡先驅(qū)體。第四步，將發(fā)泡先驅(qū)體加熱至一定溫度，使TiH2分解發(fā)泡，得到泡沫鋁材料。

目前，由于泡沫鋁材料在國內(nèi)實際應(yīng)用范圍較小，所以盡管泡沫鋁材料的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是生產(chǎn)廠家較少。盡管如此，泡沫鋁材料亦可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，為將泡沫鋁材料應(yīng)用到橋梁聲屏障的結(jié)構(gòu)中提供生產(chǎn)基礎(chǔ)。

1.2 泡沫鋁材料隔音降噪性能

由于泡沫鋁材料本質(zhì)上是通過發(fā)泡工藝而生產(chǎn)的金屬鋁材料，因此其同時具有金屬以及氣泡特征，樣式如圖1所示。泡沫鋁材料內(nèi)部有許多通過發(fā)泡工藝形成的孔洞，當(dāng)噪音以聲波的形式傳入到泡沫鋁材料中時，聲波進(jìn)入泡沫鋁材料的孔洞，一部分聲波在孔洞中發(fā)生反射，改變其傳播方向。另一部分聲波穿透孔洞，進(jìn)入泡沫鋁材料中的下一個孔洞。如此情形在每一個孔洞中重復(fù)進(jìn)行。在反射的過程中，聲波與泡沫鋁材料接觸，聲波能量產(chǎn)生損失。經(jīng)過多次反射，最終使得絕大部分聲波不能穿透泡沫鋁材料。穿過泡沫鋁材料的噪音得到有效的減小，達(dá)到隔音降噪的目的。

圖1 泡沫鋁材料

目前大部分橋梁聲屏障所采用的隔音材料主要為混凝土吸聲板和金屬復(fù)合吸聲板。依據(jù)相關(guān)實驗研究與統(tǒng)計，通過采用吸引混凝土材料制作的混凝土吸聲板的隔音系數(shù)為0.3～0.5。金屬復(fù)合吸聲板的吸音性能主要通過具有百葉結(jié)構(gòu)，使聲波在其結(jié)構(gòu)中不斷進(jìn)行反射，從而削減能量，達(dá)到隔音降噪的目的，其降噪系數(shù)為 0.4～0.6。

對于泡沫鋁材料，通過對其進(jìn)行隔音測試，其隔音降噪效果遠(yuǎn)強于混凝土吸聲板和金屬復(fù)合吸聲板。在聲波頻率達(dá)到800～4000Hz時，閉孔泡沫鋁的隔聲系數(shù)達(dá)0.9以上；聲波頻率在125～4000Hz時，通孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)最大可達(dá)0.8，其倍頻程平均吸聲系數(shù)超過0.4。這一實驗數(shù)據(jù)表明，如果可以將泡沫鋁材料應(yīng)用到橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)當(dāng)中，理論上可以有效地增加橋梁聲屏障的隔音降噪性能。

1.3 附加功能

除具有良好的隔音降噪功能，泡沫鋁材料還具有良好的隔熱以及屏蔽輻射的能力。在橋梁聲屏障吸收噪音污染的同時，可以有效的阻擋來源于交通工具的熱量傳遞、發(fā)動機輻射等。另外，在施工過程中，由于泡沫鋁材料的質(zhì)量較輕、剛度較小，因此在安裝橋梁聲屏障

2 橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計

噪音在傳播的過程中，遇到障礙物發(fā)生反射，并且在金屬板上的反射點不斷提高，因此聲屏障結(jié)構(gòu)的高度也是決定聲屏障隔音降噪性能的重要因素。在現(xiàn)在較為廣泛使用的橋梁聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，主要采用的全金屬版表層的設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)由于受材料經(jīng)濟(jì)性的限制，所具有的高度較矮。因此，應(yīng)當(dāng)在已有的結(jié)構(gòu)中加入一層透明塑料板，起到增加結(jié)構(gòu)高度，阻礙噪音傳播的目的，如圖2所示。此外，由于塑料板為透明材質(zhì)，有利于駕駛員以及聲屏障外側(cè)的相關(guān)人員進(jìn)行觀察，確保和提高行車安全。

作為聲屏障發(fā)揮主要性能的吸音板區(qū)域，需要進(jìn)行重新設(shè)計，如圖3所示。第一層為表面百葉層，此結(jié)構(gòu)是金屬聲屏障結(jié)構(gòu)中最顯著的特點，同樣可以應(yīng)用到新型聲屏障的設(shè)計中。百葉形式可以更好的收納噪音，將更大范圍的噪音導(dǎo)入其后的吸音材料層，從而更好的發(fā)揮隔音性能。第二層是防水層。由于橋梁聲屏障工作環(huán)境在室外，因此需要進(jìn)行防水防腐蝕處理。通過涂抹防水涂料或者灌注防水混凝土的方式可以防治雨水、空氣中水分進(jìn)入時候的隔聲材料層，起到保護(hù)作用。第三層是隔聲材料層，將泡沫鋁材料制成板狀，加入聲屏障的結(jié)構(gòu)體系，代替原來聲屏障吸音部分所采用的吸音金屬以及吸音混凝土等材料。通過其強于吸音金屬以及吸音混凝土的吸引性能，可以更好的隔絕噪音，發(fā)揮聲屏障的功能。最后一層是金屬板材。由于聲屏障結(jié)構(gòu)為懸臂結(jié)構(gòu)，在復(fù)雜的室外環(huán)境中工作時，需要其使用的支撐物具有良好的強度。

通過將泡沫鋁材料應(yīng)用到橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)的隔聲材料層，在增強隔音性能的同時可以有效的減小聲屏障自重，便于安裝和承受荷載。此外，由于應(yīng)用的泡沫鋁材料其表面會天然帶有氧化鋁保護(hù)層，可以提高泡沫鋁材料的抗氧化、抗腐蝕能力。因此，在結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中不需要考慮隔聲材料氧化或受到腐蝕等問題，不僅可以縮減聲屏障生產(chǎn)流程，也可以有效的提高該橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)的使用年限，更加經(jīng)濟(jì)。

圖2 橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)正視示意圖

圖3 橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)剖面示意圖

4 結(jié)論與期望

4.1 結(jié)論

泡沫鋁材料作為一種新型的具有氣泡特性的金屬材料，比傳統(tǒng)的金屬材料具有更加優(yōu)異的性能。將泡沫鋁材料應(yīng)用到橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)的隔聲材料層，較傳統(tǒng)橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)而言，可以更好的起到降噪隔音的作用。并且在安裝的過程中可以有效的縮短工期，提高施工質(zhì)量和效率。將現(xiàn)有的橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢同泡沫鋁材料的優(yōu)異性能相結(jié)合，從而設(shè)計新的橋梁聲屏障結(jié)構(gòu)，更好的對橋梁車道產(chǎn)生的噪音污染進(jìn)行降噪隔音。

4.2 期望

目前國內(nèi)對于降低道路橋梁方面的噪音污染問題越來越重視，也有通過越來越多地措施減小道路橋梁方面的噪音污染。所以，泡沫鋁材料作為更加優(yōu)異的隔音材料，有著巨大的發(fā)展空間。希望可以通過對于泡沫鋁材料生產(chǎn)方面的繼續(xù)深入研究，提高泡沫鋁材料的生產(chǎn)工藝，使其更加具有經(jīng)濟(jì)效益，從而可以更好的應(yīng)用于橋梁聲屏障使用以及其他可以應(yīng)用泡沫鋁材料的產(chǎn)業(yè)。相信在不久的將來，橋梁聲屏障的生產(chǎn)及安裝工藝可以發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變，通過使用降噪隔音性能更加優(yōu)異的材料，產(chǎn)生更加優(yōu)異的降噪效果，給予人們更高的生活質(zhì)量。