一种组合式非金属声屏障单元板

技术领域

本发明属于非金属声屏障技术领域，具体的讲涉及一种组合式非金属声屏障单元板。

背景技术

声屏障设置在铁路、公路侧旁的墙式构造物，减轻行车噪声对附近居民的影响。其通过在噪声源和接收者之间插入一个屏障设施，使声波传播有显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响。

近年来，随着我国交通事业的深入推进，尤其是高铁建设日新月异，沿线噪音问题已经成为影响人民生活质量的严重污染之一。因此，建造声屏障是解决高铁噪声扰民的最有效途径。

现有的声屏障主要分为金属声屏障和非金属声屏障两大类，声屏障产品的材料和结构设计直接影响其技术性能、工程造价及使用寿命。金属声屏障尽管具有安装简便、便于养护和易规模制造等优点，但其与景观协调差、吸声材料易老化、耐腐蚀性较差及抗疲劳强度低的缺点也极为明显。非金属声屏障具有耐腐蚀、无污染、成本低等优点，但也大多存在质量偏重、强度不足、吸声性能低及结构形式及材料较为单一，在制作、运输、安装过程及后续应用中出现吸声材料易失效、有效寿命短、维护更换麻烦的缺点，提高了声屏障的使用成本，从而经济社会效益不佳。

专利号为CN206538699U的实用新型公开了一种高速铁路非金属声屏障，该声屏障包括混凝土一次性浇筑成型的外壳，外壳内部有至少一个一大一小两部分组成的且横截面为“凸”型的贯通空腔，大的空腔部分靠近外壳面板并在其内填充吸声体，空腔内的阶梯形成吸声体的定位凸台，从而调节声屏障更高的吸声系数，但是，该改进结构简单，形式单一，其与吸声材料协同共振消声效果差，不能根据噪声源做相适应的调整。

发明内容

本发明的目的就是提供一种质量轻便、耐久度高、多种吸声结构协同消声且使用成本低、安装拆卸方便的组合式非金属声屏障单元板。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种组合式非金属声屏障单元板，包括面板、背板和置于二者之间的吸声材料；其中，所述面板内凹形成具有匣腔的外壳，所述吸声材料置于匣腔内，其特征在于：所述面板和背板通过螺栓连接，所述面板由气泡混凝土浇筑而成，所述面板上设置均匀分布的吸声孔。

构成上述一种组合式非金属声屏障单元板的附加技术特征还包括：

——所述吸声孔之间的面板表面设置吸声尖劈，所述吸声尖劈包括基部以及设置在所述基部上的至少一个劈部；

——所述吸声尖劈与所述面板由气泡混凝土一体浇筑成型，或者所述吸声尖劈的基部安装在所述面板的表面的卡槽内；

——所述吸声孔的截面为梯形，所述吸声孔呈扁长状且其宽度与所述吸声尖劈基部宽度的比例在1:2至1:1之间；

——所述吸声尖劈整体呈长条状且其劈部为三角形凸起或者梯形凸起，所述吸声尖劈基部宽度与劈部高度的比例在1:2.5至1:5.5之间；

——位于所述吸声孔横向间隙和位于所述吸声孔纵向间隙的吸声尖劈相互垂直布置；

——所述匣腔包括用于固定吸声材料的填充腔和位于所述填充腔单侧或两侧的吸声空腔构成；

——构成所述面板的气泡混凝土中设置加强网片和/或预应力钢筋；所述加强网片为金属丝网或者所述加强网片为耐碱玻璃纤维网格布、玄武岩纤维网格布或碳纤维网格布中的一种或多种，所述预应力钢筋为麻花状或者表面设置刻痕；

——所述背板为混凝土浇筑成型或者由玻璃钢制成，所述面板的匣腔边缘内侧设置下沉台阶，所述背板置于所述下沉台阶上，所述台阶内预埋螺母或螺纹筒，所述背板上设有通孔，所述螺栓贯穿所述通孔后与所述螺母或螺纹筒连接；

——所述吸声材料为岩棉、玻璃棉和/或聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫塑料制成或者所述吸声材料为微孔颗粒吸声板。

本发明所提供的一种组合式非金属声屏障单元板同现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该新型声屏障单元板的面板由气泡混凝土浇筑而成，面板上设置均匀分布的吸声孔，面板内凹形成具有匣腔的外壳，面板、背板之间的吸声材料置于匣腔内，相较于传统的混凝土浇筑的非金属声屏障，其外形笨重，安装拆卸极不方便，该单元板主要由气泡混凝土制成，面板内含大量封闭气孔，既具有良好的隔音性能，又能保温、抗冻裂，与所有其它建材都有较好的相容性，通过调整气孔结构还可以调整强度等力学性能，兼具质量轻便、吸隔声性能优异的特点；其二，由于面板和背板通过螺栓连接，便于安装施工和日常维护，同时，相较于传统混凝土一次浇筑成型的声屏障，本专利面板和背板可以分步浇筑，防止面板吸声孔堵塞，防止水泥沙浆浸渍损害吸声材料，具有捣注成型效果好，声屏障外观尺寸规整的优点；其三，由于单元板的匣腔包括用于固定吸声材料的填充腔和位于填充腔单侧或两侧的吸声空腔构成，采用“吸声尖劈+气泡混凝土微孔+吸声空腔”消声结构形式，极大的提高了噪声的流阻，流阻是空气在材料孔隙中通过的阻力，是衡量气泡混凝土微孔吸声性能的重要性能指标，通过调整气泡混凝土中微孔大小可以获得适当的流阻，实现了显著的吸声、隔声效果，吸声材料前后空腔可调控低频吸声性能，通过不同的流阻与空腔的组合，可实现高、中、低的不同吸声设计要求，甚至不需要纤维类吸声材料即可达到较高降噪效果的目的。

附图说明

图1为本发明组合式非金属声屏障单元板的截面结构示意图；

图2为该组合式非金属声屏障单元板的正视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的一种组合式非金属声屏障单元板的结构和工作原理作进一步的详细说明。

参见图1，为本发明所提供的一种组合式非金属声屏障单元板的截面示意图。构成该组合式非金属声屏障单元板的结构包括面板1、背板2和置于二者之间的吸声材料3；其中，面板1内凹形成具有匣腔4的外壳，吸声材料3置于匣腔4内，面板1和背板2通过螺栓连接5，面板1由气泡混凝土浇筑而成，面板1上设置均匀分布的吸声孔11。

其工作原理为：该组合式非金属声屏障单元板的面板1由气泡混凝土浇筑成型，具体而言，通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，根据声屏障具体使用场景、噪声源条件，通过调节混凝土中气泡微孔的大小及密度，使面板1具有不同的噪声流阻，微孔颗粒稀疏、孔隙通畅则流阻较小；微孔颗粒密实、孔隙迂回曲折则流阻比较大，适当的流阻可使混凝土面板1获得低、中、高各个频率的吸声性能；

浇筑面板1的模具使面板1内凹形成匣腔4，用于填充吸声材料3，比如岩棉、玻璃棉等，面板1表面形成吸声孔11，背板2与面板1通过螺栓连接5的可拆卸结构，利于组装施工，也便于日常维护，及时更换吸声材料3。

在构成上述组合式非金属声屏障单元板的结构中，

——作为较佳的实施方式，上述吸声孔11之间的面板1表面设置吸声尖劈6，吸声尖劈6包括基部61以及设置在基部61上的至少一个劈部62，即单劈或多劈，整体呈波浪状或锯齿状，劈部62内设有空腔；面板1上的吸声孔11均匀分布，最好呈矩阵式排列，吸声尖劈6与吸声孔11在面板1表面交错均匀布置，通过吸声尖劈6内的空腔以及劈面上微孔，噪声波使吸声尖劈6劈面上的微孔中空气柱塞振动，空气和孔壁摩擦将声能转化为热能散失掉，被衰减的声波再次使吸声材料3振动，被进一步衰减，从而形成“气泡混凝土微孔+吸声尖劈6+吸声材料3”多重复合消声机构，提高吸声降噪的性能；

——优选地，上述吸声尖劈6与面板1由气泡混凝土一体浇筑成型，通过面板1浇筑模具的改进，实现面板1与吸声尖劈6一次浇筑成型，提高生产效率，降低制造成本，或者该吸声尖劈6与面板1可以是分体式组装结构，吸声尖劈6选择其他材质或异形结构（比如高分子粘弹性材料，优选为吸声橡胶或者聚氨酯），在面板1浇筑成型时，面板1表面设置卡槽，最后将吸声尖劈6的基部61安装在卡槽内；

——可选的，为了增强协同共振效果，增加声屏障单元板的整体阻尼损耗因子，上述吸声孔11的截面为梯形，吸声孔11呈扁长状且其宽度与吸声尖劈6基部61宽度的比例在1:2至1:1之间，通过该比例设计，增加了噪音声波在尖劈内的损耗，从而提高了尖劈的减振吸声性能，实现气泡混凝土微孔、面板1吸声孔11以及吸声尖劈6叠加消声目的；

——上述吸声尖劈6整体呈长条状且其劈部62为三角形凸起或者梯形凸起，吸声尖劈6基部61宽度与劈部62高度的比例在1:2.5至1:5.5之间，优选地，吸声尖劈6的长度是波长的1/4时，声波和混凝土微孔、劈面通孔的共振，衰减最大，吸声效果最好；由于吸声尖劈6内的容积空气流量的面积也是无级变化的，所以各波长的声波均能被吸收衰减，实现了适应不同频率宽度噪声的目的；

——如图2所示，可选的，位于上述吸声孔11横向间隙和位于吸声孔11纵向间隙的吸声尖劈6相互垂直布置，呈纵横交错式排列，入射声波可穿透吸声尖劈6或通过四周绕射到吸声尖劈6背后，通过与面板1或吸声材料3的折射和反射使吸声尖劈6多次吸声，即形成了吸声尖劈6与吸声面板1（气泡混凝土微孔）的共振消音效果；

——进一步的，上述匣腔4包括用于固定吸声材料3的填充腔41和位于填充腔41单侧或两侧的吸声空腔42，吸声空腔42的截面不大于填充腔41的截面，即吸声尖劈6的背后与吸声材料3产生一定空间，形成一段空气层，能够显著提高吸声性能，实际应用中，当空气层厚度为1/4波长时，吸声系数最大；同时，从劈部62的尖端到基部61，声阻抗是从空气特性阻抗逐步过渡到单元板内吸声材料3阻抗的，因而实现了很好的阻抗匹配，使入射声能得到高效的吸收；

——为了提高声屏障单元板的结构强度，增强气泡混凝土面板1的抗冲击能力，构成上述面板1的气泡混凝土中设置加强网片12和/或预应力钢筋13，加强网片12有多种材料可供选择，比如，金属丝网，或者，为了降低成本，减轻单元板的重量，加强网片12选择使用耐碱玻璃纤维网格布、玄武岩纤维网格布或碳纤维网格布中的一种或多种，优选地，上述预应力钢筋13为麻花状或者表面设置刻痕，利于增强其与气泡混凝土的结合紧密度；

——进一步的，上述背板2为混凝土浇筑成型，优选地高强、活性混凝土材料，背板2隔声效果好，并且生产和使用过程中不会产生有毒有害物质，绿色环保，力学及耐久性能优异，使用寿命长，免维护；当然，上述背板2也可由玻璃钢等轻型非金属材料制成，耐腐蚀、耐磨损，厚度薄，质量轻，占地面积小，成本低特别是运输成本低，可实现工厂化预制成型，生产质量可控，产品质量有保障；

为了便于面板1和背板2螺栓连接5，上述面板1的匣腔4边缘内侧设置下沉台阶，背板2置于下沉台阶上，台阶内预埋螺母或螺纹筒，背板2上设有通孔，螺栓贯穿通孔后与螺母或螺纹筒连接，可拆卸结构，便于分开安装，大大减少了安装劳动强度，不需要使用大型机械即可实现快速安装，同时，也方便单元板内部吸声材料3的更换；

——优选地，上述吸声材料3为岩棉、玻璃棉和/或聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫塑料制成，或者通过气泡混凝土微孔+吸声尖劈6+吸声空腔的多重消声结构，完全不需要上述纤维类吸声材料3即可达到较高降噪效果的目的，在单元板简单填充一层微孔颗粒吸声板即可。