（材料科学与工程专业论文）楼地面保温隔声砂浆的配制与性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 我国城市化的迅速发展和人民生活水平的提高使得噪声污染成为城市环境的 一大公害，其中，由于建筑物楼地面隔绝固体撞击声太差而引起大量纠纷，楼层 之间的撞击声隔声问题成为一个急待解决的问题；建筑节能是当今世界的潮流， 住宅楼地面层也要使用节能材料。本文研究开发了兼具保温和隔声性能的楼地面 聚苯乙烯颗粒( e p s ) 砂浆。 本文在研究e p s 保温砂浆的撞击声和其他性能的基础上，选择了废轮胎橡胶 粉、闭孔膨胀珍珠岩、页岩陶粒砂、硅酸铝纤维、漂珠等五种隔声材料分别掺入 保温砂浆中，考察其对保温砂浆性能的影响。 确定了保温砂浆基础配方，其撞击声隔声单值评价量为6 9 0 d b ；研究分析了 不同掺量的纤维素醚、乳胶粉、纤维对保温砂浆性能的影响，纤维素醚、乳胶粉 的掺入能够改善保温砂浆的和易性，提高粘结强度，纤维的掺入能够减小收缩； 废橡胶粉和漂珠的加入可使砂浆的撞击声隔绝性能提高，保温性能有所提升，砂 浆的收缩减小；硅酸铝纤维的掺入对保温砂浆的抗压强度和工作性有不利影响； 闭孔膨胀珍珠岩和页岩陶粒砂虽然会大幅度提高保温砂浆的抗压强度，却对撞击 声性能无明显改善，而且会增加保温砂浆的干密度；在聚苯乙烯颗粒保温砂浆中 加入废轮胎橡胶粉和漂珠，配制出具有良好性能的楼地面保温隔声砂浆，其抗压 强度达1 2 1 m p a ，粘结强度达0 3 8 m p a ，干燥收缩率为0 1 9 ，吸水率为8 6 2 ， 导热系数为0 0 6 9 w m k ，撞击声隔声单值评价量为6 4 0 d b ，对其综合性能和工程 应用性进行了研究分析。 关键词：楼地面保温砂浆，废橡胶粉，漂珠，配制，隔声性能 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to f u r b a n i z a l i o na n dt h ei m p r o v e m e n to f l i v i n gs t a n d a r d si n c h i n an l a k e sn o i s ep o l l u t i o nh a sb l , o l l l oam a j o re n v i r o n m e n t a lh a z a r c ki nw h i c h h o u s i n gt o o rr e s i d e n t i a ls o l i dp e r e l a s s i v ea c o 憾t i ei s o l a t i o na n dp o o rp e r f o r m a 雠 c a u s e dal o to fd i s p u t e s i m p a c ts o u n di n s u l a t i o nb e t w e e nt h ef l o o r sb t , o l l l oam a j o r i s s u ea d d r e s s e d 勰am a t t e ro fu r g e n c y ；, m e a n w h i l e , t h eb u i l d i n ge n e r g yi st h e 慨di n t h ew o r l dt o d a y , t h eg r o u n df l o o ro fr e s i d e a t i a lb u i l d i n g sh a v et ou s eo n e r g y - s a v i n g m a t e r i a l s ，w h i c h , e n e r g yi so n eo ft h em a t e r i a l su s e dp o l y s t y r e n ei n s u l a t i o ni n o l t l l t p a r t i c l e s b a s e do nt h es t u d yo ft h ei m p a c tp o l y s t y r e n el 斌t i d e si n o l t a l a c o u s t i ci n s u l a t i o n p i d l ，c m 鼯a n do t h e rp r o p e r t i e s , e l a o o s eau s e dt i r er u b b e rp o w d e r , c l o s e d - c e l le x p a n d e d p c r l i t e ，s h a l es 翘a d - e e r a m i s i t e , c a l t l l a i cf i b e ra n df l o a t i n gb e a d se t e a n da d dt h e mi n t o t h ei n s u l a t i o nm o r t a r , t h e ys t u d i e dt h ei m p a c to f t h ei n c o r p o r a t i o no f i n s u l a t i o nm o r t a r , a n a l y s i so ft h e s el n o r t l l l - a c o u s t i ci n s u l a t i o no nt h eg r o u n df l o o ro ft h ef a v o r a b l e p l - o p e r t i l 器lo f m a t e r i a l s t h ei n s u l a t i o l am o r t a rf o r m u l aw l a i e l xi sab a s i sf o rf u r t h e rs t u d yi sd e t e r m i n 伽l , i t s l , e r f o r m a n e ci st c ：s t e d s i n g l ea c o u s t i cn o i s ei m p a c ta s s e s s m e n to fi t sc a p a c i t yi s t o 6 9 o d b t h e nt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tc o n t e n to fc e l l u l o s ee t h e r , l a t e xp o w d e r , f i b e ro l l t h et , e r f o r m a n e eo fi n s u l a t i o ni n o r t l l l - 1 1 1 es t u d i e d c e l l u l o s ec t h o r , l a t e xp o w d e r , f i b e r w i l li m p r o v et h ep , x t o r m a n e co ft h em o r t a l c r u m br u b b e ra n de e n o s p h e r 鹤w i l ln o t o n l ya l l o wt h ep e l a l s s i v ea c o u s t i ci s o l a t i o np 瞄f 0 衄粕g r e a t l yi m p r o v e d ，b u ta l s o m a l as m a l la 帕a o t t n to fi n s u l a t i o np 吲白呱搬u p g r a c t e ，t h em o r t a rw i l li e d i l o e s h r i n k a g e ；t h ei n c o r p o r a t i o no fc e r a m i cf i b e ri sv e r yd i s a d v a n t a g e dt ot h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho fl l l o l t a r 卸耐i t 啪n o tb eu s e df o rf l o o rl l l o l t t 珉a l t h o u 曲e x p a n d e dp e r l i t e a n ds h a l es a n d - e e r a m i s i t ew i l ls u b s t a n t i a l l yi n c r e a t h ec o m p r e s s i v e 咖e n g t l ao f m o r t a l , p e i c u s s i v i 。a c o u s t i cl , 廿f o r m a n e ew a s n o ti m p r o v e d , i tw i l le v e ni n e r e t s et h ed e n s i t yo f i n s u l a t i n gl l l o l t l i l a n di sn o tc o n d u c i v et ou s e f i n a l l y , c r u m br u b b e ra n dc e n o s p h e l e f l 躺t n e o r p o r a t e di l f , ot h ei n s u l a t i o nm o l r t a r 勰ae 删t a i nw a y , a n dp r e p a r e dt h eg r o u n d f l o o ro fn o i s ei n 蛐l 撕m o r t a r t h ec o m p r e s s i v e 曲旧1 9 i hr e a c h e s1 2 1 m p a , t h e b o n d i n gs t r e n g t hi s0 3 8 m p a , d r y i n gs h r i n k a g e r a t ei so 1 9 。w l l t e l a b s o r p t i o ni s8 6 2 ， t h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yi s0 0 6 9 w m l ( a c o u s t i cn o i s ei m p a c ta 剐粥8 蛐e n tv a l u ea l o n e a m o u n to f6 4 o d b i t so v e r a l lp , 盯t o m m e ca n de n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s 搿t h e 重庆大学硕士学位论文英文摘要 k e y w o r d s ：g r o u n df l o o ri n s u l a t i o nm o r t a r , c r u m br u b b e r , c e n o s p h e r e s ，p r e p a r a t i o n , a c o u s t i ci n s u l a t i o np e r f o r c e h 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：张颜科 签字日期： 二卯7 年5 月3 0 e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名： 签字e t 期：, , z o o t 年岁月岁阳 导师签名：9 孚研伽司 泣如 签字日期：溯年月黾e 1 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 控制噪声污染以及建筑节能的必要性 1 1 1 噪声的危害 噪声是一种环境污染源，通常是指人们不需要而且感到讨厌的声音，有害于 人类健康。噪声不仅危害人的听觉系统，使人疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、 机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命【1 】。 强烈的噪声，轻则影响人们的休息、学习和工作，降低劳动生产率；重则引 起人们听力的损害，引起多种疾病和事故的发生，特别强烈的噪声还能损坏建筑 物。一个人如果长期处在9 0 d b ( a ) 以上的噪声环境中工作，持续不断的高噪声刺激， 听觉疲劳得不到恢复，听觉器官就会受到损伤，造成噪声性耳聋。此外，还会使 健康水平下降，抵抗力减弱，从而诱发其它疾病。据有关资料介绍，2 0 世纪5 0 年 代，曾有一架飞机以l1 0 0 k m h 的速度低空飞行所产生的噪声，使地面一幢楼房遭 到破坏州。 城市噪声污染早已成为城市环境的一大公害，国外早就出现了噪声一词，世 界卫生组织进行噪声污染调查认为，噪声污染已经成为影响人们身体健康、生活 质量一大问题。在一座城市中，噪声可谓无孔不入，其强度和持续性更加令人难 以忍受，也是城市环境投诉的一个熟点【3 1 。随着现代工业和城市交通运输业的飞速 发展以及人们生活水平的提高，城市交通、建筑、家庭现代化设施增多，环境噪 声和振动问题日益严重，已经与空气污染、水污染并列成为污染人类社会环境的 三大污染之一。 据有关资料报道：在城市中噪声强度逐年增加，其中大城市增加量均在l d b ( 分 贝) 以上；到2 0 0 1 年末，世界上2 1 f l j g , 区和3 0 居民受到6 0 d b 以上超常噪声的侵 害；专家预测，如不采取有效措施，那么到2 0 1 0 年将有2 8 地区和4 0 0 居民受到 超过6 0 r i b 以上噪声影响。尤其是大中型城市的道路交通和工业设备噪声，已成为 城市最为突出的问题之一【4 】。 随着现代科学技术的飞速发展和社会物质生活水平的不断提高，噪声污染已 经成为世界性难题。同时，随着环保意识的增强，人们对声音环境的要求也越来 越高。为了改善城市居民居住环境，对城市建筑物防噪声的研究，越来越为众多 学者所关注。噪声污染的防治与控制已成为目前全球关注的亟待解决的一个重大 课题【5 1 。 1 1 2 噪声的类型 噪声按产生机理可分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。与我们生 重庆大学硕士学位论文1 绪论 活密切相关的是城市噪声，它的来源大致可分为工业噪声( 在工业生产活动中使 用固定机械设备产生) 、施工噪声( 在建筑施工过程中产生) 、交通噪声( 各种交通 工具运行产生) 和社会生活噪声( 各种人为活动产生) 。目前，关于噪声的本质与产 生机理的研究是世界各国科技工作者的一个重要方1 句t 6 1 。 噪声一般以空气传播声和撞击传声两种方式进行传递。噪声自声源发生之后， 借空气而传播的称之为空气传声，例如人们的讲话、汽车喇叭所传播的声音。凡 由于直接打击式冲撞建筑构件而产生的声音称撞击声或固体声。即由于固体载体 而传播的声音，如关门时产生的撞击声，在楼板上行走的脚步声或装置在楼板上 的机器的振动声均属此类撞击传声【7 】。 1 1 3 国内的噪声污染问题 在中华人民共和国环境噪声污染防治条例中，环境噪声是指工业生产、 建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的影响周围环境的声音【8 】。当前，我国正 处于城市化的高峰时期，城市人口、用地规模和交通流量均处于一个高速增长的阶 段。公路交通系统己逐渐成为城市间交往的一种不可缺少的纽带。但是，交通建设 也带来了明显的负面作用。行驶在高速公路上的汽车产生的噪声高达8 0 1 2 0 d b ， 己远远超过了人类可以接受的最佳声音环境( 1 5 4 0 d b ) ，隧道内部的噪声问题更 为突出。而人口的增长和城市的迅速膨胀使得许多交通系统不得不穿过高密度的 城市居民生活区。高分贝、近距离、长时间的噪声会对人体健康产生很大的危害。 近年来的污染源调查结果表明，我国的城市噪声污染，1 5 来源于工业生产，1 0 来 源于建筑旌工，2 7 来源于交通运输，4 8 来源于社会生活【9 j 。 而来自房屋住宅方面的噪声也不容忽视，由于过去住房紧缺和城市化的迅速 发展，1 9 9 1 2 0 0 0 年问建造了约3 5 亿的住宅【l o 】，近年来还在不断增加，住在下层 的住户经常会受到上一层住户的声音干扰。原因是由于楼上住户走动的脚步声， 孩子的跑跳声，椅子、桌子等家具的移动声，物体坠落声等，会通过楼板、壁体 传入楼下，并在楼下的四面墙体与楼板问反射，而干扰了楼下住户的正常生活【l ”。 城市噪声直接影响人民群众的生活、学习和工作，因此治理城市噪声是环境工作的 一项重要任务。 我国已提出全面建设小康社会的奋斗目标，专家指出，在住宅配套功能更加 完善的前提下，节能、降噪、低污染是小康住宅环境的三大重要特征。当空气污 染和水污染逐渐得到控制后，噪声污染被列为2 1 世纪环境污染控制的主要问题。 目前，我国城市噪声污染日趋严重，多数城市处于噪声污染的中等水平，许多城 市生活区噪声已高于6 0 d b ，噪声已是影响社会安定的一个因素，成为我国现代城 市的一大公害【1 2 】。要改变这种状况，就必然要研制和使用各种各样的吸声、隔声 和阻尼减振材料来控制噪声污染。可以预见建筑吸声、隔声和阻尼减振材料将具 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 有良好的市场前景。控制噪声污染已经刻不容缓。 1 1 4 建筑节能已经是世界性的大潮流 发达国家在发展过程中曾无节制地使用能源，尤其是建筑能耗非常惊人，一 般要占总能耗的3 0 4 0 z 3 j 。而如此巨大的建筑能耗对发达国家经济的发展造 成了很大的负担，尤其是1 9 7 3 年的全球能源危机使其经济遭受了致命的打击。同 时也给环境造成了巨大的污染。为了人类的生存环境不被毁灭，这种发展必须被 制止。 因此，发达国家首先开始了建筑节能，并制定了相应的政策法规。其建筑节 能在近几十年来得到了蓬勃的发展，并带动了多方面建筑技术及相关产业的发展。 现在建筑节能更是成为一个世界性的大潮流，成为全世界范围内建筑业发展的一 个基本趋向，成为当代建筑科学技术一个新的关注点【1 4 1 。 在我国，近几年g d p 维持了8 以上的高速增长，但是平均每万元的g d p 能源消耗指标是0 7 1 吨，比发达国家多3 1 1 倍，也就是说，我国的g d p 的增长 是建立在大量消耗能源的基础上。为此，我国政府制订了单位g d p 增长需降低2 0 的能源消耗指标，但是，2 0 0 6 年首次发布的g d p 与能耗的关系统计数据显示，2 0 0 6 年我国的单位g d p 增长所消耗的能源仍比去年增长了0 8 【1 5 1 。因此，我国必须 顺应世界潮流，采取更多的节能措施节约能源，而建筑节能就是有效节约能源的 措施之一。 1 1 5 建筑节能的意义 自1 9 8 6 年建设部颁布民用建筑节能设计标准( 采暖居住建筑部分) 至今， 国家和建设部以及各地都相继颁布了更多的节能设计标准，节能指标从最初的 3 0 提高到5 0 ，一直到现在的6 5 ，今后还将实行7 5 的节能标准。 假设我国的一个城市一个采暖期每平方米建筑面积用2 5 公斤标准煤，这是建 筑节能的基本数据，节能5 0 就是要降低到1 2 5 公斤标准煤。如果按照国家既定 的建筑节能步骤进行节能，2 0 1 0 年后逐步在各地实施节能6 5 、7 5 的标准，则 到2 0 2 0 年我国建筑能耗可减少3 0 5 亿吨标准煤( 约相当于整个英国能源的总耗) ； 空调高峰负荷可减少约8 0 0 0 万千瓦时( 大约接近4 5 个三峡电站的满负荷电力， 相应可减少电力投资约6 0 0 0 亿元) 【1 5 】。不仅如此，由于减少了能源消耗，向空气 中排放的c 0 2 也会减少，对缓解全球气候变暖具有重要的意义。 1 2 建筑物中楼面撞击声的隔绝以及楼面节能措施 由于混凝土本身具有良好的隔绝空气声的性能，因此，控制噪声污染反映到 楼面上，就是提高楼面隔绝撞击声的性能；建筑节能反映到楼面上，就是对楼面 进行保温处理。 3 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 2 1 材料隔声的机理与方法 隔声材料隔绝空气声的机理为：声波传到材料表面时会有一部分的声能被反 射出去，反射能量的大小反映了隔绝空气声性能的好坏。空气声的隔绝符合质量 定律，即材料的面密度越大，其反射空气声的性能越好t 1 6 1 。墙体空气声隔绝的重 点是从构造上进行处理。 而隔绝撞击声主要是要通过材料本身的性质( 如阻尼) 和构造来消耗振动的能 量以减小振动的传播和噪声的产生。在建筑构件中，楼上人的脚步声、拖动家具、 撞击物体所产生的噪声、对楼下房间的干扰特别严重。与隔绝空气声的机理相反， 构件密度大，重量越重，对撞击声的传递越快。 所以要降低撞击声的声级，首先应对振源进行控制，然后是改善楼板层隔绝 撞击声的性能，通常可以从三方面考虑：第一，对楼面进行处理。即在楼面上铺 设富有弹性的材料，以降低楼板本身振动，使撞击声声能减弱。第二，利用弹性 垫层进行处理。即在楼板结构层与面层之间增设一道弹性垫层，使楼面与楼板完全 隔开，使楼面形成浮筑层，以降低结构的振动。第三，作楼板吊顶处理，即在楼 板下作吊项。它主要是解决楼板层所产生的空气传声问题。当楼板被撞击后会产 生撞击声，再利用隔绝空气声的措施来降低其撞击声【。 1 2 2 建筑节能的措施 据资料显示【l ”，采暖居住建筑的耗热量由通过围护结构的传热耗热量和通过 门窗缝隙的空气渗透耗热量两部分构成。其中，围护结构的传热耗热量所占比重 相当大，达到7 0 多。因此，围护结构是最薄弱环节，应该作为节能的关键部位。 实施建筑节能必须大幅度提高外围护结构的热工性能，这就要求对现有围护结构 进行改造、对现有墙材进行革新。 由于节能的要求，欧洲最早开发和使用了外墙外保温系统，6 0 年代北美引入 该系统，经过不断的发展与完善，到2 0 0 2 年，世界范围内总使用面积达8 5 0 0 万 平方米。而在我国，夏热冬冷地区也是普遍采用外墙外保温系统节能。 在对楼面的处理上，保温砂浆也是常用材料之一，只是对其抗压强度的要求 比外墙保温砂浆高。 1 2 3 楼面保温砂浆和楼面隔声砂浆复合的可能性 一方面，根据隔绝撞击声的机理和方法，楼面上的弹性材料可以降低撞击声 的传递，因此，理论上可以在楼面所使用的砂浆中加入某些柔性材料或多孔材料 以使得楼面砂浆层具有减少振动传播的能力，以实现隔绝固体声。目前与砂浆具 有较好复合性的材料有以下这些： 废轮胎橡胶粉：轮胎橡胶胶粉是由废旧橡胶破碎而成的不溶、不熔的交联 聚合物，具有一定的弹性、强度、耐磨性和抗滑性。通常，胶粉中都含有大量无 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 机填料和各种橡胶组分，是一种以无机填料填充的、具有一定交联密度的弹性体。 由于胶粉具有上述特点，与聚苯乙烯颗粒一样，具有良好的阻尼性能，并且已广 泛应用于减振 1 5 1 。中国是世界第二大橡胶消耗国，同时也是一个橡胶资源短缺的国 家，我国每年废旧轮胎的产量很高，由此引起的环境污染问题己日显严重。目前 橡胶粉应用于硫化胶粉改性沥青路面材料、筑路工程、铁路枕木、隔音板、减振 地板和其他阻尼减振器及结构等橡胶制品【1 9 2 0 , 2 1 1 。 陶粒砂：陶粒是人造建筑轻骨料的简称，其原料来源广泛，根据原料的不 同可分为粘土陶粒、页岩陶粒、煤矸石陶粒和粉煤灰陶粒。按密度可分为一般密 度陶粒( 4 0 0 k g m 3 ) ，超轻密度陶粒( 4 0 0 - - 2 0 0 k g m 3 ) ，特轻密度陶粒( 5 r a m ) 和陶砂( 5 珊) 2 2 , 2 3 1 。陶粒具有一系列优良的性能， 由于质轻、保温、隔热、隔音、强度高而广泛用于高层、超高层建筑及大跨度建 筑工程。它具有良好的抗振性能。同时陶粒混凝土旋工适应性强，易与粉刷材料 粘结。由于陶粒具有耐热、抗冻、抗振、耐酸碱、防腐及热膨胀系数低等性能， 也广泛用于高速公路、飞机场跑道的路面材料，还可用作保温、隔音、隔热墙体 材料及重油脱水和工业用水的过滤材料。为减低列车在运行中轮轨接触及撞击而 产生的剧烈振动及噪音污染，轻质陶粒吸音材料也应用于地铁工程中刚。 粒状矿棉：矿棉作为一种新型建筑材料，其保温性能已经家喻户晓，但其 更是一种性能优良的吸声材料。用它制成的吸声体、隔声结构已在许多建筑中应 用【2 5 】。矿棉本身具有一定的弹性，并具有较大的阻尼，具有良好的对高频振动的 吸收能力，可作为隔震地板的垫层材料刚。 漂珠：漂珠一般为外表光滑的珠形颗粒，粒径约l 一3 0 0 t t m ( 主要粒度分布在 4 0 - - 1 0 0 目) ，壁厚为颗粒直径的5 v 8 。具有质轻、隔热、隔音、耐高温及耐磨 等特性【2 7 】。漂珠已广泛用于保温隔热材料的制备，其吸音隔声功能开发还不够， 但根据它的结构可知它具有很好的吸音隔声功能，已用于人造泡沫复合消声材料 田1 。 膨胀珍珠岩：膨胀珍珠岩颗粒表面有许多半开口小孔，它们构成空腔共振 吸声结构，因而其自身的吸声功能较强【2 9 】。利用分散性良好的聚丙烯纤维做增强 剂，水泥( 7 0 8 0 哟与膨胀珍珠岩( 2 0 3 5 呦混合制备的多孔吸声材料能通过 多孔性吸声机理和共振吸声机理实现对噪声的吸收，表现出优异的吸声性能【划。 硅酸铝纤维：已经应用在吸音吸振方面，它做成的吸音板作为一种新型吸 音材料与其它吸音材料相比，具有如下特点：超薄轻质，吸音性能优异；强度高， 加工及安装方便；耐候、耐高温性能良好，难以吸水，浸水后取出水分立即流失， 且易于干燥，干燥后吸音性能可以完全恢复；含水结冰时材料不受损坏，故对冷 热环境都适用，不含有机粘结剂，可回收利用；既不会形成大量的废弃垃圾，也 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 节省了资源，称得上是绿色环保型材料；变化丰富，用途广泛。但硅酸铝纤维吸 音材料成本高【3 1 】。 其他高分子泡沫材料：聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚烯烃等泡沫材料， 它们与聚苯乙烯泡沫颗粒一样具有良好的阻尼性能，可以减振降噪，已经应用于 许多地方1 3 2 , 3 3 1 。 另一方面，现在实施建筑节能所用的材料主要还是保温砂浆等，保温砂浆中 占体积的主要成分之一就是聚苯乙烯泡沫颗粒( e p s ) 。 聚苯乙烯泡沫颗粒是由可发性聚苯乙烯小珠粒，加入阻燃剂、发泡剂经加热 发泡而成的，属于有机高分子材料。近年来，我国聚苯乙烯泡沫塑料发展迅速阱】， 2 0 0 0 年需求量约1 5 万吨，2 0 0 5 年达1 2 5 万吨。有资料显利3 5 】，新聚苯乙烯泡沫 制品使用不到十年就有9 7 的转化为废聚苯泡沫，其中5 0 0 6 以上两年内就成为废 聚苯泡沫。废弃e p s 化学性能稳定，在自然状态下不腐烂，难以降解，从而严重 污染环境，即“白色污染”，为优化生活环境、保证社会的可持续发展，必须对它 进行治理。 发达国家对废弃e p s 的资源化主要集中在建材资源化与化工领域【3 6 】，在建材 方面又以生产保温材料和轻集料混凝土为主。这种e p s 轻混凝土1 3 7 , 3 8 填有容重低、 保温隔热性能好、耐冲击等特性，用途广泛；用于框架结构中作绝热填充墙或 与承重墙复合使用【”，柏】；用于路面系统作为回填混凝土和找平混凝土【4 1 1 ；用 作某些重要结构的保护层 4 2 1 ；用于海上石油钻井平台的混凝土结构中【4 3 】。国内 对废弃e p s 资源化利用是最近才开始的，但是发展迅速，也主要在建材和化工两 个领域。特别是在建筑节能方面，e p s 已经广泛应用于保温砂浆的配制。由于e p s 颗粒良好的弹性使得保温砂浆本身就具有隔绝固体声的性能洲。 聚苯乙烯泡沫颗粒保温砂浆由水泥、聚苯乙烯泡沫颗粒、纤维和几种外加剂 加水复合而成，它对固体声降噪性能是多方面的。 e p s 保温砂浆中含有大量e p s 颗粒，e p s 颗粒粒径为1 3 m m ，属于有机高 分子材料，阻尼性能良好，可以降低以振动方式传播的固体声。 实践证明，3 5 m m 该砂浆的撞击声压级为7 4 0 d b ，小于g b j l l 8 8 8 民用建 筑隔声设计规范的二级标准( 7 5 0 d b ) ，但未达一级标准( 6 5 0 d b ) ，其实测撞击 声压级见表1 1 和图1 1 。 撞击声压级是指测试楼板被标准撞击器激发时，在楼下接受室内某一规定频 率的平均声压级。平均声压级是某一声音的声压平方的空间或时问等的平均值与 基准声压( 2 0 1 t p a ) 平方比的常用对数乘以l o ，以分贝计。 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 表1 1e p s 颗粒保温砂浆实测撞击声压级 t a b l e1 1a c t u a ls o u n d p r e s s u r el e v e lo f e p si n s u l a t i o nm o r t a r 频率t v , z ) 1 2 52 5 05 1 0 0 02 0 0 0 撞击声压级( d b ) 6 9 07 0 07 2 57 3 56 7 0 实测值与参考曲线对照后得知，e p s 保温砂浆在高频( 1 0 0 0 2 0 0 0 h z ) 处撞击 - - a - - 测试曲线+ 参考曲线 薹8 ，0 。 霉： 期 1 2 5 2 5 0 5 0 01 0 0 02 0 0 0 频率0 i z ) 图1 1e p s 颗粒保温砂浆撞击声隔声测试曲线 f i g1 1n o i s ei n b u l a t i o l ia l l v co f c l a s ho f e p si n s u l a t i o nm o r t a r 声压级较高，从而影响了e p s 保温砂浆的撞击隔声单值评价量。 考虑到e p s 保温砂浆要从构造上( 如常用的浮筑楼板) 提高隔绝撞击声性能是 不现实的，因此可通过向e p s 保温砂浆中添加高频吸声、隔声、阻尼减振性好的 材料做成复合材料，以及改变颗粒粒径、砂浆密度、厚度，从整体上增加e p s 保 温砂浆的隔绝固体声性能。 因此，从以上两方面可以看出，楼面保温砂浆和楼面隔声砂浆是相互补充的， 具有很好的复合性，通过一定的技术途径，可以把这两种材料研制成一种多功能 复合材料。 1 3 本课题的提出 根据楼面保温砂浆和楼面隔声砂浆具有很强的复合性，从环境保护和资源综 合利用出发，本课题拟以e p s 保温砂浆中的e p s 颗粒为主要轻集料，在其中添加 不同掺量的其他具有隔绝固体声的轻集料( 废轮胎橡胶粉、陶粒砂、漂珠、膨胀珍 珠岩、硅酸铝纤维) ，并在研究胶结材对各种轻集料的润湿性和粘结性的基础上， 研究各种轻集料与e p s 颗粒复合后的砂浆保温隔声性能，以找出能与e p s 保温砂 浆具有良好复合性以及优良隔绝固体声的轻集料，最终研制出高性能的楼面保温 隔声砂浆。 1 3 1 研制楼面保温隔声砂浆的可行性分析 由于是在保温砂浆的基础上进行试验研究，因此，砂浆本身就具有良好的保 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 温隔热性能，只需将重点放在隔声性能的研究上。研制楼面保温隔声砂浆的可行 性有： 聚苯乙烯( e p s ) 颗粒本身是一种轻质多孔材料，导热系数小于 0 0 4 1 w ( m 目，自身阻尼性能好，保温隔热、减振降噪性能优良；废轮胎橡胶 粉是颗粒状材料，也是高分子材料，具有良好的阻尼性能，并且已广泛应用于减 振；漂珠一般为外表光滑的珠形颗粒，具有质轻、隔热、隔音、耐高温及耐磨等 特性，已广泛用于保温隔热材料和消声材料的制备；陶粒砂、膨胀珍珠岩的孔结 构也有利于隔声隔热。 废橡胶粉、聚苯乙烯颗粒是憎水性的材料，具有耐酸碱、化学稳定性好、 自然条件下不降解的特点，而漂珠、陶粒砂本身强度高、力学性能优良，用它们 配制的砂浆具有良好的性能。 废弃e p s 是“白色污染”，废轮胎橡胶是“黑色污染”，陶粒砂是工业废料 生产的材料，漂珠是电厂等生产过程中产生的粉煤灰中的部分粉料，原材料都很 容易取得。 由于其它高效保温材料如聚氨酯等和隔声材料价格昂贵，若能研制出合保 温、隔固体声两种功能为一体的砂浆，就能简化施工，减少工程造价。 总之，若能配制出集保温、隔声两种功能于一体的多功能复合砂浆，其材性 上比传统砂浆有更明显的优势，总的经济效益更高。 1 3 2 本课题的关键技术 楼地面砂浆长期承受压力，其抗压性能必须满足要求，实验中对砂浆的抗 压性能要做详细研究。 为防止楼面砂浆收缩开裂，要对其干缩性进行研究。 本文所有试验以e p s 保温砂浆为基础，砂浆的保温性能优良，要重点研究 砂浆的撞击声隔绝性能，在大的掺量变化范围内进行多次实验，找出各种轻集料 对砂浆隔声性能的影响规律。 1 3 3 本课题的研究意义 楼地面保温隔声砂浆具有优良的保温隔热性能和隔绝固体声性能，将会带 来巨大的节能环保效益 楼地面保温隔声砂浆具有良好的施工性能，该砂浆将保温和隔声性能合二 为一，可以简化施工，提高效率，技术经济性明显优于传统的保温与隔声分离的 材料。 废物利用，为我国“白色污染”、“黑色污染”、工业废渣等的治理与资源化 开辟一条切实可行的新途径。 s 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 4 课题研究的主要内容 本课题的主要研究内容概括如下： 基本配比的确定。确定一个基础配方，以后实验的变化都以此为基础。 分别研究不同掺量的纤维素醚、可再分散乳胶粉、纤维对该砂浆性能的影 响。 将已经应用于实际工程中，并且已经进行性能检测特别是已经进行了楼面 固体隔声检测的砂浆进行实验室性能测定，以方便课题研究中砂浆性能的对比以 及实际性能预测。 不同粒径e p s 颗粒对砂浆性能的影响。 废橡胶粉、膨胀珍珠岩、硅酸铝纤维、陶粒砂、漂珠对砂浆性能的影响。 通过对比分析，最终确定出楼面保温隔声砂浆一个合适的配比范围。 9 重庆大学硕士学位论文 3 楼地面保温隔声砂浆的性能研究 2 试验原材料与试验方法 2 1 试验原材料 2 1 1 水泥 采用重庆腾辉地维水泥有限公司所生产、抗压强度为4 2 5 m p a 的普通硅酸盐 水泥。 2 1 2 聚苯乙烯泡沫颗粒( e p s ) 采用以下预发泡e p s 颗粒，其堆积密度与级配见表2 i 。 表2 ie p s 颗粒的堆积密度与级配 t a b l e 2 ib u l k d e n s i t y a n d g r a d i n g o f t h e 球m d e d p o l y s t y r e m e 级配 编号 堆积密t t ( k g m 3 ) 1 5 m m2 5 m m5 m m e p s l1 6 85 0 5 0 o e p s 21 7 01 慨oo e p s 31 6 5o1 0 0 o e p s 41 6 8ool 毗 2 1 3 废轮胎橡胶粉 采用重庆茂林工贸有限公司橡胶粉末厂生产的废轮胎橡胶粉，其物理性能见 表2 2 。 表2 2 废橡胶粉的物理性质 t a b l e2 2p h y s i c a lp e r f o m a n c eo f s c r a pr u b b e rp o w d e r 堆积密度 过筛( 4 r a m 孔 拉伸强度扯断伸长率粒径 名称颜色 0 , g m b 径筛) 率( 呦 0 伸a ) ( 呦( 目) 废轮胎橡胶粉黑色 4 9 59 51 04 2 0 l o 2 0 2 1 4 漂珠 采用上海格润亚纳米材料有限公司生产的粉煤灰漂珠，其主要物理性质见表 2 3 。 1 0 重庆大学硕士学位论文3 楼地面保温隔声砂浆的性能研究 表2 3 漂珠的物理性质 t a b l e2 3p h y s i c a l p r o p e r t yo f c e n o s p h e r e s 堆积密度 抗压强度 导热系数 名称颜色形状 粒径( 目) ( k g m 3 )( m p 曲( w m k 1 漂珠灰白色球形 4 4 03 v 5 0 0 1 l o 0 6 34 0 撂o 2 1 5 闭孔膨胀珍珠岩 采用重庆上桥保温材料厂生产的颗粒状闭孔膨胀珍珠岩，其主要物理性质见 表2 4 。 表2 4 闭孔膨胀珍珠岩的物理性质 t a b l e2 4p h y s i c a lp r o p e r t yo f c l o s e d - c e l l “p a n d e dp e r l i t e 堆积密度闭孔率导热系数粒径 名称 形状成球率( ) ( k g m 3 )( 呦( w m k 1( 衄) 膨胀珍珠岩微球形 9 08 9 9 50 0 4 1 - - 0 0 5 30 孓v 2 5 2 1 6 页岩陶粒砂 采用市售页岩陶粒砂，其主要物理性质见表2 5 。 表2 5 页岩陶粒砂的物理性质 堆积密度筒压强度 名称形状颜色 粒径( m m ) ( k g m 3 )( m p a ) 页岩陶粒砂球形表面为红褐色 7 8 06 0 0 5 - 5 5 2 1 7 硅酸铝纤维 采用华亚保温材料公司的硅酸铝纤维，其主要物理性质见表2 6 。 表2 6 硅酸铝纤维的物理性质 t a b l e2 6p h y s i c a lp r o p e r t yo f t h ea h n n i n o s i l i c a t ef i b e r 名称形状 表观密度o 【g ，m 3 )导热系数( w m k )纤维细度( 脚 硅酸铝纤维纤维状8 0 - - 1 4 00 0 2 7 m 0 8 63 - 5 重庆大学硕士学位论文3 楼地面保温隔声砂浆的性能研究 2 1 8 外加剂 采用市售的羟丙基甲基纤维素醚、可再分散乳胶粉、长度6 n a n 的聚丙烯纤维。 2 2 试验方法 试件的养护条件按照相关标准的规定执行。 2 2 1 砂浆的物理性能试验 砂浆的稠度、分层度、凝结时间等指标的测定。参照j g j 7 0 - 1 9 9 0 建筑砂浆 基本性能试验方法进行。 。 砂浆的湿表观密度和干表观密度的测定。参照j g l 5 8 - 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外 墙外保温系统进行。 2 2 2 砂浆的力学性能试验 抗压强度。参照j g l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统进行，试件 规格为7 0 7 m i n x7 0 7 r a m 7 0 7 m m 。 抗折强度。参照g b t 1 7 6 7 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法( i s o 法) 进行。 粘结强度。参照j g l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外堵外保温系统进行。 2 2 3 砂浆的干缩性试验 砂浆的线性收缩率测定。参照j g l 5 8 2 0 0 4 胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统 进行，试件规格为4 0 m m x 4 0 m m x1 6 0 m m 。 2 2 4 砂浆吸水率和软化系数的测定 砂浆吸水率和软化系数测定。参照j g j 5 1 2 0 0 2 轻集料混凝土技术规程进 行，试件规格为7 0 7 m m 7 0 7 m i n x7 0 7 m m 。 2 2 5 砂浆热工性能的测定 砂浆热工性能用导热系数来表示，测定方法参照g b t 1 0 2 9 4 - 1 9 8 8 绝热材料 稳态热阻及有关特性的测定进行。 2 2 6 砂浆隔声性能的测定 砂浆隔绝固体声的性能用1 3 倍频程撞击声压级和撞击声隔声单值评价量来 表示，测试分析方法参照g b j 7 5 8 4 建筑隔声测量规范和g b j l 2 1 8 8 建筑隔 声评价标准进行。 本实验采用自制的小型隔声箱体代替标准声学实验室进行撞击隔声试验。小 型隔声箱体用混凝土捣制而成，外围尺寸为：长1 3 0 0 m m 、宽1 2 0 0 r a m 、高1 2 0 0 m m ， 内部空心，壁、底厚均为1 5 0 m m ，箱体上再盖上尺寸为1 3 0 0 m i n x1 2 0 0 m i n x1 5 0 r a m 的混凝土顶板，见图2 1 ，测试时试件放于混凝土顶板之上，若非特别说明，试件 规格均为1 0 0 0 m m 9 0 0 m i n x3 0 m m 。 重庆大学硕士学位论文3 楼地面保温隔声砂浆的性能研究 长1 3 m 图2 1 小型隔声箱示意图 f i g2 1c h a r to f s m a l ln o i s ei n s u l a t i o nb o x 高 1 2 m 撞击声隔声单值评价量采用比较法确定，建筑隔声评价标准规定了撞击声 隔声的参考曲线特性表，将参考曲线绘在坐标透明纸上，见图2 2 。 窜 巅 幽 粗 懵 靼 1 0 5 o - 5 - 1 0 1 5 2 0 图2 2 撞击声隔声参考曲线特性图 f i g2 2r e f e r e n c e dn o i s ei n s u l 撕o na 婶eo f c l a s h 比较方法是： 一、将所测得的各1 3 倍频带撞击声压级值整理成精确至0 5 d b 的值，在坐标 重庆大学硕士学位论文 3 楼地面保温隔声砂浆的性能研究 图上绘成一条曲线。 二、将