欒皓翔，吳瑾，朱萬旭，潘佳玉，張瑞東，周紅梅

(1.南京航空航天大學(xué)土木工程系，江蘇南京，210016；2.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西桂林，541004；3.廣西科技大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西柳州，545006；4.江蘇華江建設(shè)集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)分公司，江蘇南京，210009)

在我國城市化快速發(fā)展過程中，城市建設(shè)在不斷加速，然而建設(shè)中產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量也在逐年劇增。建筑垃圾的產(chǎn)生速度與城市的建設(shè)速度成正比，我國的建筑垃圾占到城市垃圾總量的30%～40%，數(shù)據(jù)顯示，2011年我國建筑垃圾現(xiàn)存量已超過20億t，每年會有超過數(shù)億噸的建筑垃圾產(chǎn)生，到2020年建筑垃圾累積量預(yù)計(jì)將達(dá)到50億t左右[1]。建筑垃圾作為一種常見的固體廢棄物，在過去的幾十年里持續(xù)、快速增長，具有數(shù)量大、普遍性和污染性等特點(diǎn)，由于對建筑垃圾的管理不到位以及處理不合理等原因，造成了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境和資源浪費(fèi)等一系列問題[2]。同時(shí)，噪聲污染也是當(dāng)前面臨的另一個(gè)環(huán)境問題。噪聲不僅影響人們的正常工作、生活，而且噪聲強(qiáng)度在85 dB以上時(shí)，除了損傷聽力以外，還會誘發(fā)人體多種疾病，對人體的健康造成了嚴(yán)重的影響。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，城市地鐵、輕軌和高速鐵路建設(shè)里程逐年增加，軌道交通產(chǎn)生的噪聲污染成為影響居民生活質(zhì)量的重要污染源之一。軌道交通噪聲對人們的影響也越來越凸顯，并且投訴事件也時(shí)有發(fā)生[3]，因此備受軌道交通部門以及沿線居民的高度關(guān)注。陶粒由于自身內(nèi)部的微孔、多孔結(jié)構(gòu)，形態(tài)均一等特點(diǎn)，使陶粒具有輕質(zhì)高強(qiáng)、防火抗凍、耐化學(xué)腐蝕、保溫隔熱效果好、施工適應(yīng)性強(qiáng)等良好性能，被作為建筑材料廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，同時(shí)在園藝林園和工業(yè)過濾方面有很多應(yīng)用[4-5]。以陶粒為骨料制成的多孔水泥基材料，屬于一種特殊的吸聲型陶?；炷粒哂惺掷硐氲奈暯翟胄阅?，將其應(yīng)用于軌道交通噪聲治理方面具有一定的工程實(shí)際意義，也能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過免燒結(jié)粉煤灰陶粒的試驗(yàn)研究，掌握了制備免燒型陶粒的基本工藝和理論方法。在此基礎(chǔ)上，本文作者以建筑垃圾再生微粉料、粉煤灰和水泥等作為原材料，輔以激發(fā)劑，研制出免燒型建筑垃圾再生料吸音陶粒，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的再生資源化利用。并以自制建筑垃圾陶粒為主要骨料進(jìn)行吸聲型陶?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)，制備出陶?；炷廖暡牧?，通過混響室法進(jìn)行陶?；炷廖曅阅軠y試，以滿足軌道交通噪聲治理工程應(yīng)用要求。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 建筑垃圾

本研究所使用的建筑垃圾是以廢混凝土為主，含有少量燒結(jié)黏土磚和廢瓷磚碎片，經(jīng)過分揀、破碎、篩分等工藝得到試驗(yàn)用建筑垃圾再生微粉料。建筑垃圾再生微粉料的制備工藝流程如圖1所示。

圖1 再生微粉料的制備工藝流程Fig.1 Preparation process of renewable powder material

根據(jù)制備流程，先采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行初次破碎，經(jīng)篩分得到粒徑≤2mm再生細(xì)料，再利用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，篩分得到粒徑≤0.075mm作為試驗(yàn)用再生微粉料。試驗(yàn)用建筑垃圾再生微粉的燒失量為12.5%，建筑垃圾再生微粉的粒徑分布如圖2所示，物相組成XRD圖譜分析如圖3所示。從圖3可以看出：再生微粉中的主要成分是SiO2，CaCO3和Al2O3。

圖2 建筑垃圾再生微粉的粒度分布Fig.2 Particle size distribution of C&D powder

圖3 建筑垃圾再生微粉的XRD圖譜Fig.3 XRD pattern of C&D powder

1.1.2 粉煤灰

本試驗(yàn)選用的Ⅰ級粉煤灰，密度為2 240 kg/m3，比表面積為423m2/kg，45μm篩余量8.6%，需水量比為92%，強(qiáng)度活性指數(shù)為87%，其化學(xué)成分如表1所示，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足GB/T 1596—2017中有關(guān)用于水泥和混凝土中的粉煤灰的要求[6]。

表1 粉煤灰的主要化學(xué)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table1 Main chemical composition of fly ash %

1.1.3 水泥

本試驗(yàn)選用42.5級普通硅酸鹽水泥，其主要的物理性能指標(biāo)如表2所示，各項(xiàng)性能均滿足GB 175—2007中對于通用硅酸鹽水泥的要求[7]。

1.1.4 激發(fā)劑

本試驗(yàn)中選用生石灰和石膏粉作為陶粒制備過程中的主要激發(fā)劑。由于建筑垃圾再生微粉料和粉煤灰都屬于固體廢棄物，其自身的活性玻璃體SiO2和Al2O3必須在一定的堿性條件下通過水化反應(yīng)才能夠形成硅酸鹽和鋁酸鹽等凝膠體，采用激發(fā)劑有利于在陶粒制備過程中縮短成球時(shí)間和提高成球質(zhì)量[8]。

1.1.5 黏結(jié)劑

本試驗(yàn)中選用固體粉末硅酸鈉作為黏結(jié)劑。硅酸鈉是一種水溶性硅酸鹽，固體硅酸鈉具有良好的黏結(jié)力。在制備陶粒的物料中加入一定摻量的硅酸鈉，能夠增強(qiáng)物料的團(tuán)聚，使松散物料形成密實(shí)核心，從而提高陶粒物料的塑性。

1.1.6 減水劑

本試驗(yàn)中減水劑選用上海欽和化工有限公司聚羧酸高效減水劑，該減水劑為白色粉末，其主要性能參數(shù)指標(biāo)如表3所示。加入減水劑可以減少單位用水量從而降低水灰比使吸音陶粒混凝土具有良好的孔性結(jié)構(gòu)，也可以減少單位水泥用量。

表2 水泥的主要物理性能指標(biāo)Table2 Main physical performance indexes of cement

1.1.7 拌合水

本試驗(yàn)中使用的拌合水都是普通自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 吸音陶粒制作原理及方法

建筑垃圾再生料吸音陶粒制作過程是先將建筑垃圾進(jìn)行機(jī)械破碎粉磨后，同粉煤灰、水泥、外加劑等混合攪拌均勻后得到陶粒制備的混合物料，再利用圓盤造粒機(jī)將物料成球造粒，用霧化水對物料進(jìn)行噴淋，將制備的陶粒保濕自然養(yǎng)護(hù)3 d，待達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行篩分再自然養(yǎng)護(hù)至齡期。表4所示為陶粒制作原材料的基本配合比。

表4 陶?；九浜媳萒able4 Mixture proportion of ceramsite kg/cm3

本試驗(yàn)所用的圓盤造粒機(jī)圓盤直徑為0.5m，盤高為0.16m，刮料板距離盤底面3mm，圓盤轉(zhuǎn)速為34 r/min，通過多次試驗(yàn)后將圓盤的傾斜角調(diào)整到35°左右為宜，物料成球率在90%以上。在制備陶粒過程中，第一步是物料團(tuán)聚成粒，即粉料的成核階段。在均勻的向物料表面噴淋霧化水時(shí)，固體粉粒表面產(chǎn)生一層吸附水，隨著物料被潤濕，水分含量不斷增加，激發(fā)劑水化后產(chǎn)生的凝膠體以及黏結(jié)劑的水溶液在粉粒表面形成一層具有黏性的薄膜水，在薄膜水表面張力的作用下吸附粉粒，繼續(xù)加水使得粉料進(jìn)一步被潤濕，粉粒之間產(chǎn)生毛細(xì)管水，在毛細(xì)管壓力的作用下吸附更多粉粒，從而產(chǎn)生團(tuán)聚效應(yīng)。此時(shí)，粉體與粉體顆粒之間的黏性液體起到一個(gè)液體架橋作用，會使得粉體團(tuán)聚更加緊密，部分粉體起到填充作用，同時(shí)控制用水量，使粉體間的黏結(jié)液固結(jié)形成固體橋架，從而使粉體黏結(jié)成核[9]。物料成核過程如圖4所示。

圓盤造粒機(jī)在制備陶粒過程中起到為物料成球提供一個(gè)機(jī)械外力的作用，主要包括摩擦力、離心力、重力和刮料板的阻力。物料成球制粒過程主要分為粉料成核、球粒長大和增長密實(shí)3個(gè)階段。在粉料成核階段，粉料在盤內(nèi)主要受到摩擦力和刮料板的阻力，使物料均勻分布，受水均勻，提高粉料成核質(zhì)量。在粉料成核后，出現(xiàn)的小球粒處于長大階段。小球粒受到的機(jī)械力明顯增大，隨著球粒的不斷長大出現(xiàn)分級現(xiàn)象，不同粒徑的球粒按照不規(guī)則的螺旋線運(yùn)動。造粒密實(shí)階段即強(qiáng)度形成階段，此過程須控制好水含量，在離心力的作用下球粒運(yùn)動速度很快，球粒內(nèi)部多余的水分逐漸析出，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，強(qiáng)度增大。球粒外層不斷包裹粉料，粒徑增大達(dá)到目標(biāo)粒徑時(shí)即可完成[10]。利用造粒機(jī)制備陶粒的原理以及陶粒的運(yùn)動軌跡如圖5所示。

1.2.2 吸音陶粒物理性能試驗(yàn)

參照GB/T 17341.2—2010“輕集料及其試驗(yàn)方法第2部分：輕集料試驗(yàn)方法”對制備而成的粒徑1～8mm的陶粒進(jìn)行筒壓強(qiáng)度、堆積密度、表觀密度和吸水率進(jìn)行測試[11]。采用環(huán)氧樹脂灌孔法進(jìn)行吸音陶粒的有效孔隙率測試[12]。具體原理方法為：依靠環(huán)氧樹脂的高流動性和滲透性，將圓柱體吸聲試件裝入鋼模中，密封底部，將環(huán)氧樹脂和固化劑按比例配制，攪拌均勻后灌入鋼模中，使環(huán)氧樹脂充分填充試件孔隙，待完全固化后拆除鋼模即可得到材料的有效孔隙率。

1.2.3 吸音陶粒微觀試驗(yàn)

1)吸音陶粒的X線衍射分析。單色X線照射到物質(zhì)晶體上形成的X線衍射圖，采用粉末法將待測材料試樣破碎、磨細(xì)放入到樣品框內(nèi)置于X線衍射儀中，根據(jù)衍射峰的峰位、峰強(qiáng)度來進(jìn)行材料物相的定性分析和定量分析。

2)吸音陶粒的掃描電鏡分析。將不同配比物料的陶粒制品破碎后的塊狀試樣進(jìn)行噴金處理，再通過SEM掃描電鏡對建筑垃圾摻量分別為10%，15%，20%和25%的陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物形貌進(jìn)行觀察分析。

圖4 物料成核過程Fig.4 Material nucleation process

圖5 圓盤造粒機(jī)的制備陶粒原理Fig.5 Schematic diagram of ceramsite preparation by disc pelleter

1.3 陶?；炷廖舭?/h3>

陶?；炷廖舭逯饕怯商樟Ｗ鳛楣橇稀⑺嘧鳛槟z材料、水和外加劑等拌和而成的新型水泥基復(fù)合材料。陶粒顆粒表面僅僅包裹一薄層的水泥凈漿作為膠結(jié)層，將骨料顆粒彼此黏結(jié)起來使內(nèi)部形成大量相互貫通的孔隙，這些多孔結(jié)構(gòu)細(xì)密均勻，彼此互通并且延伸到外部表面，屬于一種特殊的多孔結(jié)構(gòu)混凝土。由于內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)使陶?；炷廖舭寰哂形艚翟氲奶匦?，因?yàn)樵诼暷軅鞑ミ^程中引起孔隙內(nèi)部空氣振動，空氣與孔隙間固體筋絡(luò)發(fā)生摩擦，由于黏滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng)，聲能被不斷轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉，從而使聲波衰減，聲壓級降低，從而達(dá)到吸音降噪的效果[13]。多孔性吸音陶粒混凝土結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。

圖6 多孔性吸音陶?；炷两Y(jié)構(gòu)模型Fig.6 Structure model of porous noise-absorbing ceramsite concrete

1.3.1 陶?；炷廖舭迮浜媳日辉囼?yàn)

利用正交試驗(yàn)法確定吸音陶?；炷僚浜媳?。正交試驗(yàn)選擇目標(biāo)孔隙率、水灰比和陶粒級配類型為影響因素，進(jìn)行配合比的三水平三因素正交試驗(yàn)[14-15]。選用的陶粒骨料粒徑范圍為1～8mm，分別由陶粒ⅰ(1～3mm)、陶粒ii[3～5mm)和陶粒iii[5～8mm)不同范圍粒徑的陶粒通過不同比例進(jìn)行混合得到3種級配陶粒Ι、陶粒Ⅱ和陶粒Ⅲ，陶粒類型如表5所示，試驗(yàn)因素水平表見表6所示，正交試驗(yàn)配合比方案見表7所示。

表5 陶粒級配組成Table5 Grading composition of ceramsite

表6 配合比正交試驗(yàn)因素水平表Table6 Factor levels of proportion of mixture for orthogomal experiment

1.3.2 陶?；炷廖舭逶嚰仓?/p>

本試驗(yàn)中的陶?；炷廖舭逶O(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合實(shí)際工程軌道下部尺寸，確定吸音板的長×寬×高為0.55m×0.55m×0.2m，試驗(yàn)所用特制鋼模具，由側(cè)面板、蓋板和連接螺栓3部分組成[16]。側(cè)面板通過連接螺栓進(jìn)行固定，蓋板主要用來壓制成型，控制試件的高度和密實(shí)程度，模具如圖7所示。由于試件的凝結(jié)強(qiáng)度較低，在拆除側(cè)模時(shí)，應(yīng)該防止用力過大使模具碰撞到試件邊角。完全拆除側(cè)模后，應(yīng)該立即用養(yǎng)護(hù)薄膜覆蓋試件，進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，保證試件的早期強(qiáng)度。試件養(yǎng)護(hù)示意圖如圖8所示。

1.3.3 陶粒混凝土吸音板吸音性能試驗(yàn)

參照GB/T 20247—2006“聲學(xué)混響室吸聲測量”進(jìn)行陶粒吸音板試件吸聲系數(shù)測試[17]?；祉憰r(shí)間的測量應(yīng)按中心頻率的1/3倍頻程序列進(jìn)行測量，測量頻率為：100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1 000，1 250，1 600，2 000，2 500，3 150，4 000和5 000 Hz，共18個(gè)中心頻率。先連接設(shè)備，然后進(jìn)行測點(diǎn)布置，每個(gè)傳聲器測點(diǎn)的位置離聲源、被測試件和邊界面的距離的最小值分別為2m，1m和1m，再測量混響時(shí)間T60-1，將30塊陶?；炷廖舭寰o密整齊拼接，避免板間產(chǎn)生過大空隙，保證測試數(shù)據(jù)的精確度。同時(shí)，為了避免測量誤差并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用環(huán)境，對試件的邊界采用表面光滑的非吸聲材料進(jìn)行圍合處理，然后進(jìn)行混響時(shí)間T60-2的測試，測試試件布置如圖9所示。

表7 吸音陶?；炷僚浜媳确桨窽able7 Sound-absorbing ceramsite concretemixture proportion

圖7 組裝式鋼模具Fig.7 Composited steel mold

圖8 吸音板試件養(yǎng)護(hù)Fig.8 Specimens under curing

圖9 陶粒混凝土吸音板混響室法聲學(xué)性能試驗(yàn)Fig.9 Acoustic performance test of ceramsite concrete noise-absorbing plate by reverberation chamber method

2 結(jié)果與討論

2.1 吸音陶粒的物理性能測試結(jié)果

將粒徑范圍為1～8mm的陶粒進(jìn)行基本物理性能測試，其中粒徑范圍為(1～3)mm的筒壓強(qiáng)度約為6.4 MPa，粒徑逐漸增大，筒壓強(qiáng)度也逐漸提高。粒徑為[3～5)mm和[5～8)mm的陶粒的筒壓強(qiáng)度分別為6.8 MPa和7.5 MPa，堆積密度為900 kg/m3左右，表觀密度為1 639 kg/m3，平均孔隙率為45.6%，吸水率為17.5%，結(jié)果表明陶粒的基本物理性能指標(biāo)達(dá)到了人造高強(qiáng)輕集料的標(biāo)準(zhǔn)要求[18]。

2.2 吸音陶粒的微觀試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 X線衍射（XRD）分析

為了進(jìn)一步了解利用建筑垃圾再生微粉料制備陶粒的水化產(chǎn)物組成情況，對陶粒樣品經(jīng)烘干、研磨等處理后進(jìn)行XRD分析，分析圖譜如圖10所示。

由XRD峰匹配結(jié)果可以看出：CaCO3的峰值最強(qiáng)且分布比較廣，其主要化學(xué)成分是方解石，為陶粒提供了主要強(qiáng)度。其中還有一定的SiO2和CaMg(CO3)2，表明樣品中有較多的二氧化硅和白云石，也能夠?yàn)樘樟Ｌ峁┮欢ǖ膹?qiáng)度。以上結(jié)果說明建筑垃圾微粉中的方解石和白云石為陶粒提供了較好的強(qiáng)度基礎(chǔ)，以建筑垃圾再生料進(jìn)行陶粒的制備對其強(qiáng)度指標(biāo)是有利的。

圖10 建筑垃圾再生料免燒陶粒的XRD圖譜Fig.10 XRD pattern of non-sintering ceramsite of C&D waste renewable materials

2.2.2 掃描電鏡（SEM）結(jié)果分析

為了進(jìn)一步了解建筑垃圾再生微粉料對陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，通過掃描電子顯微鏡對建筑垃圾摻量分別為10%，15%，20%和25%的情況下所制備的陶粒樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，如圖11所示。

從SEM形貌分析結(jié)果可以看出：當(dāng)建筑垃圾摻量為10%時(shí)，陶粒內(nèi)部形貌結(jié)構(gòu)相對比較平整密實(shí)，沒有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，如圖11(a)所示。這說明了在建筑垃圾摻量較少的情況下，陶粒中的水泥和粉煤灰的水化凝結(jié)成度比較高，在機(jī)械力成球作用下制成的陶粒密實(shí)度較高，所以陶粒的單顆粒強(qiáng)度很高，同時(shí)也會使陶粒的密度增大。當(dāng)建筑垃圾摻量為15%時(shí)，陶粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部呈現(xiàn)出一定的孔隙結(jié)構(gòu)，表面略微粗糙，如圖11(b)所示。在此摻量下，陶粒的單顆粒強(qiáng)度變化不大，密度有所下降。當(dāng)建筑垃圾摻量分別為20%和25%時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌如圖11(c)和(d)所示?？梢钥闯鎏樟?nèi)部都有明顯的圓球形顆粒結(jié)構(gòu)，球形顆粒排列比較緊密，但是粗糙度比較大，形成比較明顯的孔隙結(jié)構(gòu)。其中圖11(d)中孔隙相對更加明顯，而單顆粒的強(qiáng)度有略微下降，但密度降低了很多。

圖11 不同建筑垃圾摻量的免燒陶粒的微觀形貌結(jié)構(gòu)Fig.11 Morphology and structure of non-sintering ceramsite with different dosage of C&D waste

這種現(xiàn)象是由于建筑垃圾的再利用，含有的水泥的水化程度已經(jīng)較高，會提高陶粒的強(qiáng)度，而在制備陶粒的過程中再生微粉的水化程度略低，主要依靠水泥和粉煤灰的水化凝膠作用形成團(tuán)聚機(jī)制。以上結(jié)果表明：建筑垃圾摻量在20%～25%時(shí)能夠保證陶粒具有足夠的強(qiáng)度和較好的孔隙結(jié)構(gòu)。

2.3 吸音陶?；炷僚浜媳日辉囼?yàn)結(jié)果

按照正交設(shè)計(jì)換算得到的9組配合比試驗(yàn)方案，以材料的平均吸聲系數(shù)和28 d抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)確定吸音陶粒混凝土配合比。正交試驗(yàn)方案及結(jié)果如表8所示，極差分析如表9所示。

由表9的極差計(jì)算結(jié)果可以得出：影響吸音陶?；炷廖曅阅芎涂箟簭?qiáng)度的因素主次順序依次為：目標(biāo)孔隙率，陶粒類型，水灰比。這說明孔隙率是影響水泥基多孔陶粒混凝土吸聲性能的主要因素，陶粒類型較水灰比對陶?；炷廖曅阅艿挠绊懜@著，說明陶粒骨料的顆粒級配對吸音陶粒混凝土吸聲性能影響更大。同時(shí)從T-1到T-9的9組強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以看到：吸音陶?；炷量箟簭?qiáng)度的最大值為試驗(yàn)編號T-3，抗壓強(qiáng)度為12.76MPa；最小值是試驗(yàn)編號T-8，為8.74MPa。吸音陶?；炷量箟簭?qiáng)度與普通混凝土的強(qiáng)度相比要小很多，這也充分說明了吸音降噪型陶?；炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)的多孔性是影響其強(qiáng)度的主要因素。同時(shí)水灰比的變化對吸音陶?；炷恋膹?qiáng)度影響并不明顯，但是陶粒骨料類型對于強(qiáng)度影響比較大，這說明了陶粒的顆粒級配更能影響吸音陶?；炷恋膹?qiáng)度。由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，相同條件下，小粒徑陶粒比例較大時(shí)，吸音陶?；炷恋膹?qiáng)度相對較高。

當(dāng)以抗壓強(qiáng)度作為考察指標(biāo)進(jìn)行配合比最優(yōu)組合確定時(shí)，由表9的正交試驗(yàn)極差計(jì)算結(jié)果可以看出，抗壓強(qiáng)度均值k越大說明材料的強(qiáng)度越高，更能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，即能得出最優(yōu)組合方案為A1B3C3，此方案為正交試驗(yàn)組的T-3，抗壓強(qiáng)度為12.76MPa，由此可得吸音陶?；炷僚浜媳热绫?0所示。

2.4 陶?；炷廖舭逦曉囼?yàn)結(jié)果

通過混響室法測試出陶?；炷廖舭逶?/3倍頻程下各中心頻率的吸聲系數(shù)，吸聲系數(shù)曲線如圖12所示。從陶?；炷廖舭宓奈曄禂?shù)曲線可以看出：在60～200Hz的低頻段，材料的吸聲系數(shù)相對較低，吸聲系數(shù)在0.5以下。在200～1 000 Hz的中頻段，材料的吸聲系數(shù)波動比較大，而且在頻率250 Hz處出現(xiàn)峰值吸聲系數(shù)為0.99。在1 000～5 000Hz的中高頻段，材料的吸聲系數(shù)有略微上升的趨勢但相對比較平穩(wěn)。在混響室法測量下的150，250，500，1000，2 000和4000Hz這6個(gè)頻率吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值為0.74，達(dá)到了理想的吸聲材料性能要求[14]。

對于材料的吸聲性能評價(jià)主要是根據(jù)材料的降噪系數(shù)(noise reduction coefficient,NRC)分級進(jìn)行評估，參照GB/T 16731—1997“建筑吸聲產(chǎn)品的吸聲性能分級”[19]，根據(jù)陶粒吸音板各頻率的吸聲系數(shù)計(jì)算出250，500，1 000和2 000 Hz頻率下4個(gè)倍頻帶的實(shí)用吸聲系數(shù)αp1，αp2，αp3和αp4，按照下式計(jì)算，可得出4個(gè)倍頻帶實(shí)用吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值即可的到降噪系數(shù)，計(jì)算值保留兩位小數(shù)點(diǎn)且以0.05為最小倍數(shù)。

表8 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table8 Orthogonal test programs and results

表9 正交試驗(yàn)極差分析表Table9 Range analysis of orthogonal test

表10 吸音陶?；炷僚浜媳萒able10 Mix proportion of noise-absorbing ceramsiteconcrete

圖12 吸音板吸聲系數(shù)曲線Fig.12 Sound absorption coefficient curve of noiseabsorbing plate

式中：i=1，2，3，4。由式(1)可以得到4個(gè)倍頻帶的實(shí)用吸聲系數(shù)αpi分別為0.93，0.76，0.78和0.75，再根據(jù)實(shí)用吸聲系數(shù)可以得到吸音陶?；炷敛牧系慕翟胂禂?shù)：

通過計(jì)算得到的吸音陶?；炷敛牧系慕翟胂禂?shù)為0.80，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)中吸聲性能分級的Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的工程應(yīng)用中將會達(dá)到很好的降噪效果。

3 結(jié)論

1)以建筑垃圾為主要原材料，輔以激發(fā)劑和黏結(jié)劑等外加劑制備出免燒結(jié)再生吸音陶粒的強(qiáng)度等物理性能指標(biāo)完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對人造高強(qiáng)輕集料的要求，當(dāng)建筑垃圾摻量為20%～25%時(shí)制備出的吸音陶粒有足夠的強(qiáng)度和較好的孔隙結(jié)構(gòu)。

2)影響吸音陶粒混凝土吸聲性能和抗壓強(qiáng)度的因素主次順序依次為目標(biāo)孔隙率、陶粒類型、水灰比。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用要求，以抗壓強(qiáng)度作為指標(biāo)確定吸音陶?；炷恋呐浜媳?，混凝土的有效孔隙率為20.5%，抗壓強(qiáng)度為12.76MPa。

3)水泥基吸音陶粒混凝土材料的平均吸聲系數(shù)為0.74，降噪系數(shù)為0.80，是一種理想的吸音降噪材料，用于軌道交通噪聲治理工程中將會起到顯著的吸音降噪的效果。