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CN116396032A - 一种分层多孔水泥基吸声材料及其制备方法 - Google Patents

一种分层多孔水泥基吸声材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分层多孔水泥基吸声材料及其制备方法，所述分层多孔水泥基吸声材料包括海藻酸钙水凝胶球和硅酸盐水泥。其中海藻酸钙水凝胶球由海藻酸钠粉末和氯化钙或乳酸钙水溶液制备而成；首先将海藻酸钠水凝胶溶液滴入不同孔径的塑料模具中，之后浸泡在含钙离子化合物的水溶液中，制备不同直径的海藻酸钙水凝胶球；再将两种不同直径的海藻酸钙水凝胶球与硅酸盐水泥混合均匀后烘干即得。本发明人通过利用模板法制备具有不同孔径大小，以及具有分层结构的多孔水泥基吸声材料，其平均吸声系数(NRC)达到了0.5，抗压强度达到了1.42MPa，达成该水泥基材料吸声与力学性能一体化设计。

Description

一种分层多孔水泥基吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种分层多孔水泥基吸声材料及其制备方法，属于水泥基吸声材料技术技术领域。
背景技术
现代社会随着城市化进程的加快，特别是城市人口的急剧增长，噪声污染已经变得日益严重。目前，吸声材料被认为是缓解噪音污染的最重要手段之一。在众多吸声材料中，水泥基多孔材料以其优异耐久性能,以及成本低廉、易于生产加工、绿色环保等特点而成为吸声材料重要的研究方向，被研究用于改善噪声等自然环境下的噪声污染问题。
另外一方面，多孔水泥基吸声材料具有密度小、质量轻、多孔、孔连通性高以及良好耐磨性的特征。但目前传统的多孔水泥基吸声材料也存在一些缺点，如制备时易塌模、自收缩较大、低频吸声性能差、孔结构调控困难、力学性能差。因此如何采用一些新式方法，制备具有优异吸声性能和较高强度一体化的多孔水泥基吸声材料，成为一个值得探索的问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种分层多孔水泥基吸声材料；本发明的第二目的是提供一种该分层多孔水泥基吸声材料的制备方法。
技术方案：本发明的一种分层多孔水泥基吸声材料，所述分层多孔水泥基吸声材料包括海藻酸钙水凝胶球和硅酸盐水泥。
其中，所述海藻酸钙水凝胶球为包括海藻酸钠粉末和含钙离子的化合物为原料制得。
其中，所述含钙离子化合物为氯化钙或乳酸钙。
其中，所述海藻酸钙水凝胶球的粒径为0.1-1cm。
其中，所述分层多孔水泥基吸声材料分为两层，两层中吸声孔的孔径不同，所述孔径为0.3-2cm。
其中，所述分层多孔水泥基吸声材料每层的厚度为2.5cm，所述每层的密度为600-1000kg/m3。。
其中，所述分层多孔水泥基吸声材料的体积孔隙率为50％-70％，
本发明所述分层多孔水泥基吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠粉末与水混合形成海藻酸钠水凝胶溶液，将海藻酸钠水凝胶溶液滴入孔径不同的塑料模具，并置于含钙离子化合物的水溶液中，形成不同粒径的海藻酸钙水凝胶球；
(2)将不同粒径的海藻酸钙水凝胶球，分别与水泥浆体混合，进行逐层浇筑，形成分层多孔水泥基材料；
(3)将分层多孔水泥基材料材料烘干，即得分层多孔水泥基吸声材料。
其中，步骤(1)中，所述海藻酸钠水凝胶溶液的粘度为600-1000，海藻酸钠水凝胶溶液的浓度为1-5％。
其中，步骤(1)中，所述孔径为0.1-2cm。
其中，步骤(1)中，所述含钙离子化合物的水溶液的浓度为3-5％。
其中，步骤(2)中，所述海藻酸钙水凝胶球的总体积与硅酸盐水泥浆体的体积比为1-2.3：1。
其中，步骤(2)中，所述硅酸盐水泥浆体的水灰比为0.2-0.4。
其中，步骤(3)中，所述烘干的温度为60-70℃，烘干的时间为48-96h。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明分层多孔水泥基吸声材料具有可控直径的海藻酸钙水凝胶球在制备具有梯度孔径的分层多孔水泥基材料中发挥作用，在烘干中，留下了较多的孔。这种具有可控孔径的分层结构，增大了声波与多孔材料的接触面积，而且分层结构增大了声波的入射，以及对声波的粘滞作用，有利于吸声，平均吸声系数(NRC)达到了0.5，并且球形的孔隙具有较小的应力集中，也提高了多孔材料的抗压强度，达到了1.42MPa，达到了同等密度下泡沫混凝土的上限。
(2)本发明制备方法利用海藻酸钙水凝胶球作为造孔剂，可以精确控制制备出来的分层多孔水泥基材料的孔径大小，此外，仅需要在60℃的烘箱中便可烘干海藻酸钙水凝胶球以留下吸声孔，无需高温，节约了能源。
附图说明
图1为实施例1制备的海藻酸钙水凝胶球的形貌图；
图2为实施例2-6制备的五种多孔水泥基材料示意图；
图3为实施例6制备的分层多孔水泥基材料吸声机理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1制备直径为1.5cm和0.3cm的海藻酸钙水凝胶球
将海藻酸钠粉末与水混合形成海藻酸钠水凝胶溶液，配置浓度为2％的海藻酸钠水凝胶溶液，完全溶解后将其分别加入孔径大小为1.5cm和0.3cm的塑料模具(淘宝-圆学旗舰店，直径5mm圆球228连珍珠模；淘宝-爱塔烘培，半圆形PC透明2.0cm 36连)中，之后浸泡在浓度为3％-5％氯化钙或乳酸钙水溶液中，静置使其完全交联以形成海藻酸钙水凝胶球。
本实施例制得的海藻酸钙水凝胶及其干燥后的形貌图如图1所示。由图1可以看出，所制备的海藻酸钙水凝胶球为直径1.5cm和0.3cm的球形，烘干后直径1.5cm的海藻酸钙水凝胶球的直径为1cm左右。
实施例2制备孔径为1.5cm的多孔水泥基吸声材料(1LBP)
按水灰比0.35将硅酸盐水泥与水混合制得硅酸盐水泥浆体，将实施例1制备的直径1.5cm海藻酸钙水凝胶球按照体积是水泥浆体积的230％，将直径1.5cm海藻酸钙水凝胶与硅酸盐水泥浆体搅拌30s均匀混合后，标准养护28天，制备了一种多孔水泥基吸声材料(1LBP)，材料厚度为5cm，密度为600kg/m3。
实施例3制备孔径为0.3cm的多孔水泥基吸声材料(1LSP)
按水灰比0.35，将硅酸盐水泥与水混合制得硅酸盐水泥浆体，将实施例1制备的直径0.3cm海藻酸钙水凝胶球按照体积是水泥浆体积的230％，将直径0.3cm海藻酸钙水凝胶与硅酸盐水泥浆体搅拌30s均匀混合后，标准养护28天，制备了一种多孔水泥基吸声材料(1LSP)，材料厚度为5cm，密度为600kg/m3。
实施例4：孔径为0.3cm和1.5cm混合的多孔水泥基吸声材料(1LCP)
按水灰比0.35，将硅酸盐水泥与水混合制得硅酸盐水泥浆体，直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球总体积是水泥浆体积的230％，其中直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球体积比为1：1，将将实施例1制备的直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球与硅酸盐水泥浆体搅拌30s均匀混合后，标准养护28天，制备了一种多孔水泥基吸声材料(1LCP)，材料厚度为5cm，密度为600kg/m3。
实施例5：孔径为0.3cm和1.5cm径向分层的多孔水泥基吸声材料(2LSB)
按水灰比0.35，将硅酸盐水泥与水混合制得硅酸盐水泥浆体，直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球总体积是水泥浆体积的230％，其中直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球体积比为1：1，首先将两种直径的海藻酸钙水凝胶球分别与硅酸盐水泥浆均匀混合，分别得到含有直径1.5cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆和含有直径0.3cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆，之后先浇筑含有直径1.5cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆，再在其上层浇筑含有直径0.3cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆，标准养护28天，制备了一种分层多孔水泥基吸声材料(2LSB)，材料总厚度为5cm，每一层厚度为2.5cm，密度为600kg/m3。
实施例6：孔径为0.3cm和1.5cm径向分层的多孔水泥基吸声材料(2LBS)
按水灰比0.35，将硅酸盐水泥与水混合制得硅酸盐水泥浆体，直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球总体积是水泥浆体积的230％，其中直径0.3cm和1.5cm海藻酸钙水凝胶球体积比为1：1，首先将两种直径的水凝胶球分别与硅酸盐水泥浆均匀混合，分别得到含有直径1.5cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆和含有直径0.3cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆，之后先浇筑含有直径0.3cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆再在其上层浇筑含有直径1.5cm海藻酸钙水凝胶球的水泥浆，标准养护28天，制备了一种分层多孔水泥基吸声材料(2LBS)，材料总厚度为5cm，每一层厚度为2.5cm，密度为600kg/m3。
实施例2-6制备得到的五种水泥基吸声材料形貌图如图2所示，由图2可以看出，五种水泥基吸声材料都为直径10cm高度5cm的圆柱状，并且所有孔基本保持圆形，此外实施例5和实施例6可以看出明显的分层效果，说明了所有材料的制备都达到了预期的效果
实施例7性能测试
(1)声学性能测试
利用声阻抗管对实施例2-6得到的水泥基吸声材料的吸声性能进行测试。采用5cm厚的样品，对水泥基吸声材料的吸声系数进行测试，通过平均吸声系数(NRC)来表示材料的吸声性能，NRC值越大，材料的吸声能力越好。结果如表1所示。
(2)抗压强度测试
对实施例2-6得到的密度为600kg/m3水泥基吸声材料进行抗压测试，28d指的是水泥基吸声材料养护28天后进行抗压测试。结果如表1所示。
表1实施例2-6中五种水泥基吸声材料的平均吸声系数(NRC)和28天抗压强度的结果
编号 平均吸声系数(NRC) 28d抗压强度(MPa)
1LBP 0.34 0.9
1LSP 0.40 1.85
1LCP 0.41 0.6
2LSB 0.42 1.4
2LBS 0.50 1.42
从表1中可以看出，具有分层结构的2LBS具有最高的NRC系数为0.50，高于所有的单层结构以及分层的2LSB结构，其吸声机理如图3所示，主要是因为2LBS结构中声波从直径为1.5cm的孔入射，能够允许更多的声波进入到多孔材料内部，当声波穿过第一层进入到孔径为0.3cm的多孔材料层时，这种更小的孔径具有更大的比表面积，从而可以使声波与孔壁产生更多的摩擦，因此能够提供高的吸声系数。此外，可以看到2LBS的抗压强度为1.42MPa，这种利用水凝胶模板法形成的孔都是圆形的，而圆形具有最小的应力集中，因此可以获得较高的抗压强度，达到了同等密度下泡沫混凝土的上限(1-1.5MPa)。

Claims (10)

1.一种分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述分层多孔水泥基吸声材料包括海藻酸钙水凝胶球和硅酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述海藻酸钙水凝胶球为包括海藻酸钠粉末和含钙离子的化合物为原料制得。
3.根据权利要求1所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述含钙离子化合物为氯化钙或乳酸钙。
4.根据权利要求1所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述海藻酸钙水凝胶球的粒径为0.1-1cm。
5.根据权利要求1所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述分层多孔水泥基吸声材料分为两层，两层中吸声孔的孔径不同，所述孔径为0.3-2cm。
6.根据权利要求5所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述分层多孔水泥基吸声材料每层的厚度为2.5cm，每层的密度为600-1000kg/m3。
7.根据权利要求1所述的分层多孔水泥基吸声材料，其特征在于，所述分层多孔水泥基吸声材料体积孔隙率为50％-70％。
8.权利要求1-7任一项所述分层多孔水泥基吸声材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将海藻酸钠粉末与水混合形成海藻酸钠水凝胶溶液，将海藻酸钠水凝胶溶液滴入孔径不同的塑料模具，并置于含钙离子化合物的水溶液中，形成不同粒径的海藻酸钙水凝胶球；
(2)将不同粒径的海藻酸钙水凝胶球，分别与硅酸盐水泥浆体混合，进行逐层浇筑，形成分层多孔水泥基材料；
(3)将分层多孔水泥基材料材料烘干，即得分层多孔水泥基吸声材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述海藻酸钠水凝胶溶液的粘度为600-1000，海藻酸钠水凝胶溶液的浓度为1-5％，所述塑料模具的孔径为0.1-2cm，所述氯化钙或乳酸钙水溶液的浓度为3-5％。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述海藻酸钙水凝胶球的总体积与硅酸盐水泥浆的体积比为1-2.3：1，步骤(3)中，所述烘干的温度为60-70℃，烘干的时间为48-96h。
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