（有色金属冶金专业论文）泡沫铝声屏障降噪效果测试与机理研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nn o n f e r r o u sm e t a l l u r g y s t u d yo n - a l u s u 哆 一 ； 独创性i 声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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 ：艺 恧。 学位论文作者签名：花细两 j 日期：卿、7 、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校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。本人同意东北大学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、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 衲硐 。 导师签名： 签字e t 期： 一 东北大学硕士学位论文摘要 泡沫铝声屏障降噪效果测试与机理研究 摘要 近年来，随着我国道路交通和城市道路建设的发展，交通噪声的污染越来越严重。 作为一种经济而有效的手段，声屏障是控制和降低高速路交通噪声的主要措施。公路声 屏障不但降噪量大，而且可以因地制宜地建造各种类型和造型，充分与环境协调一致。 本文在声屏障降噪原理的基础上，参考国内外各种声屏障的设计和建造方法，设计 了沈阳市东西快速干道声屏障。在设计过程中，创新地使用了经过打孔处理的闭孔泡沫 铝吸声板。测试结果表明，该声屏障具有良好的降噪效果。本文的主要工作如下： 利用驻波管法进行吸声系数的测试，从打孔率、背后空腔深度等方面对闭孔泡沫铝 的吸声特性进行了详细的研究，结果表明：适当的打孔处理可以使闭孔泡沫铝的吸声性 能得到显著提高，随着打孔率增大，吸声系数的峰值先增大后减小，并向高频偏移；随 着打孔后闭孔泡沫铝空腔厚度的不断增加，低频区吸声系数逐渐增加，高频区吸声系数 逐渐降低，最高吸声系数略有上升，但表现出向低频迁移的趋势。最后通过分析比较闭 孔泡沫铝和几种常见吸声材料吸声系数的频谱特性，证实闭孔泡沫铝做为声屏障吸声材 料具有低频吸声优势。 以沈阳市东西快速干道声屏障工程为例，通过对沿线噪声水平的实地测量，结合当 地环境噪声限值，确定了设计的降噪目标值，从而确定了声屏障的几何尺寸。该声屏障 采用直弧形设计，有效高度为3 2 0 m 。针对敏感点处超标噪声集中在5 0 0 h z 以下的频率 分布特点，结合闭孔泡沫铝的吸声特性，吸声结构采用密度为0 3 9 m 3 ，厚度1 0 m m ，打 孔率3 的闭孔泡沫铝吸声板，并在其背后设置7 0 m m 的空腔。经测试，该吸声结构的 吸声主频为3 0 0 - - - 4 0 0 h z ，对5 0 0 h z 以下的低频噪声吸声率达到6 0 一9 0 。 采用直接法对泡沫铝声屏障安装前后两个敏感点处的声压级进行2 4 h 监测，得到其 插入损失，并将其降噪效果与同期安装的百叶型声屏障进行了比较。结果表明：两处泡 沫铝声屏障的插入损失在1 2 1 1 3 3 d b 之间，均满足1 0 1 d b 的设计目标值；在2 0 , - - 6 3 0 h z 的频率段内，泡沫铝声屏障的降噪量为百叶型声屏障的3 倍。通过两种声屏障吸声结构 的吸声特性分析，证实了打孔闭孔泡沫铝声屏障的低频吸声优势。 关键词：闭孔泡沫铝；声屏障；吸声系数；直接法；插入损失 一 i 1 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t u d y o nt h ee f f e c tt e s ta n dm e c h a n i s mo f a l u m l n u mt io a m 州o l s ebartierl t”、 n a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s ee x p r e s s w a y , t r a f f i cn o i s eh a sb e c o m e o n eo fs o u r c e sw h i c hh a r me n v i r o n m e n t a sa ne c o n o m i c a la n de f f e c t i v em e t h o d ，e x p r e s s w a y n o i s eb a r r i e ri sap r i m a r ym e a s u r eu s e dt or e d u c et r a f f i cn o i s e e x p r e s s w a yn o i s eb a r r i e rn o t o n l yc a ng r e a t l yr e d u c en o i s e , b u ta l s oc a nc h a n g ei t ss h a p ea n dt y p ea c c o r d i n gt ov a r i o u s s u r r o u n d i n g s a c c o r d i n gt ot h ed e s i g na n db u i l d i n gm e t h o d so fv a r i o u sn o i s eb a r r i e r sh o m ea n da b r o a d ， s h e n y a n ge a s t - w e s tf a s tt r u n kr o a dn o i s eb a r r i e rw a sd e s i g n e db a s e do nt h en o i s er e d u c t i o n p r i n c i p l eo fn o i s eb a r r i e r a c o u s t i cb o a r do fp e r f o r m e dc l o s e d c e l la l u m i n u mf o a mw a s c r e a t i v e l ya d o p t e di nt h ed e s i g n m e a s u r e m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h en o i s eb a r r i e rc a n e f f e c t i v e l yr e d u c en o i s e m a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri sc o n c l u d e da sf o l l o w s ： t h es o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to ft h em a t e r i a lw a st e s t e d b ys t a n d i n gw a v et u b e m e t h o d s ，t h ea c o u s t i cp e r f o r m a n c e sw e r ea n a l y z e dt h o r o u g h l yf r o mt h ea s p e c t so fp e r f o r a t i o n p e r c e n t a g ea n dc a v i t yb e h i n d ，r e s u l t ss h o wt h a t ，t h es o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n to f c l o s e d 。c e l la l u m i n u mf o a mi n c r e a s e so b v i o u s l ya f t e rb e i n gp e r f o r a t e d ，w i t ht h ei n c r e a s i n go f p e r f o r a t i o np e r c e n t a g e ，t h eh i g h e s ts o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s e sa tf i r s ta n dt h e n d e c r e a s e s ，t h eh i g h e s ts o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n tt r a v e l st ot h eh i g h f r e q u e n c yr e g i o n w i t h t h ei n c r e a s i n go fc a v i t yt h i c k n e s s ，s o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s e si nt h el o w f r e q u e n c y r e g i o n ，d e c r e a s e si nt h eh i g h f r e q u e n c yr e g i o n ，a n dt h eh i g h e s ts o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t i n c r e a s e ss l i g h t l y , w h i c hs h o w st h et r e n do ft r a v e l i n gt o l o w f r e q u e n c yr e g i o n f i n a l l y , t h r o u g ht h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no nt h es p e c t r u mc h a r a c t e r i s t i c so fs o u n da b s o r p t i o n c o e f f i c i e n tb e t w e e nc l o s e d c e l la l u m i n u mf o a ma n ds e v e r a lc o m m o n s o u n d a b s o r b i n g m a t e r i a l s ，t h a tc l o s e d c e l la l u m i n u mf o a mu s e da ss o u n d a b s o r p t i n gm a t e r i a lh a ss h o w e dt h e s i g n i f i c a n ta d v a n t a g er o l ei nl o wf r e q u e n c yw a sc o n f i r m e d t a k i n gs h e n y a n ge a s t w e s tf a s tt r u n kr o a dn o i s eb a r r i e rp r o j e c tf o re x a m p l e ，t h r o u g ht h e m e a s u r e m e n to fn o i s el e v e la l o n gt h ef a s tr o a d ，t h ed e s i g no fn o i s er e d u c t i o nt a r g e tw a s d e t e r m i n e da c c o r d i n gt ol o c a le n v i r o n m e n t a ln o i s el i m i t s s oa st od e t e r m i n et h eg e o m e t r yo f - i i - t h es o u n db a r r i e r v e r t i c a l a r cd e s i g nw a sa d o p t e df o rn o i s eb a r r i e rh e r e ，o fw h i c ht h e e f f e c t i v eh e i g h ti s3 2 0 m a c c o r d i n gt ot h ef r e q u e n c yd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c st h a tt h e o v e r p r o o fn o i s ea tn o i s e s e n s i t i v ep o i n t sc o n c e n t r a t e sb e l o w5 0 0 h z ，b a s e do nt h es o u n d a b s o r p t i o nc h a r a c t e r i s t i c s o fd o s e d c e l la l u m i n u mf o a m ，as o u n d a b s o r b i n gs t r u c t u r eo f p e r f o r a t e da l u m i n u mf o a mb o a r dw i t h7 0 m mc a v i t yb e h i n dw a sa d o p t e d ，o fw h i c hd e n s i t yi s 。 0 3 9 m 3 ，t h i c k n e s si s 10 m m ，p e r f o r a t i o np e r c e n t a g ei s3 p r a c t i c a lr u n n i n ga n dt e s t i n g p r o v e dt h a tt h ea c o u s t i cf r e q u e n c yo f t h es t r u c t u r ei s3 0 0 4 0 0 h z ，a n dt h ea b s o r p t i o nr a t eo f l o wf r e q u e n c yn o i s eb e l o w5 0 0 h zc a nr e a c h6 0 9 0 u s i n gt h ed i r e c tm e t h o d ，t h es o u n dp r e s s u r el e v e li ns e n s i t i v ep o i n t sb e f o r ea n da f t e rt h e i n s t a l l a t i o no fa l u m i n u mf o a ms o u n db a r r i e rw a sm o n i t o r e df o r2 4h ，s ot h ei n s e r t i o nl o s sh a s b e e ng a i n e d ，c o m p a r e dw i t ht h el o u v e r - t y p en o i s eb a r r i e r r e s u l t ss h o wt h a t ：t h ei n s e r t i o n l o s so ft w oa l u m i n u mf o a mn o i s eb a r r i e ri sb e t w e e n12 1 13 3 d b ，w h i c hh a sm e tt h et a r g e t o f10 1d b ；i nt h ef r e q u e n c yb a n d so f2 0 6 3 0 h z ，t h ea l u m i n u mf o a mn o i s eb a r r i e ri s3t i m e s t h en o i s er e d u c t i o na m o u n to fl o u v e r - t y p en o i s eb a r r i e r b ym e a n so ft h ea c o u s t i c c h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i sb e t w e e nt w ok i n d so fa c o u s t i cs t r u c t u r e s ，s u p e r i o r i t yo fl o w f r e q u e n c y j s o u n da b s o r p t i o no fp e r f o r a t e dc l o s e d c e na l u m i n u mf o a mb a r r i e rw a sc o n f i r m e d k e yw o r d s ：c l o s e d c e l la l u m i n u mf o a m ；n o i s eb a r r i e r ；s o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ；d i r e c t m e t h o d ；i n s e r t i o nl o s s i i i 目录 目录 l 噪声污染与危害1 噪声污染的主要防治措施2 1 2 声屏障的研究现状4 1 2 1 国外声屏障的研究概况4 1 2 2 国内声屏障的研究概况5 1 3 泡沫铝简介8 1 - 3 1 闭孔泡沫铝材料的表征9 1 3 2 闭孔泡沫铝在声学方面的应用1 1 1 4 选题意义及研究内容1 2 1 4 1 选题意义1 2 1 。4 2 主要研究内容一1 3 第2 章声屏障的声学设计理论1 4 2 1 声屏障的声学指标1 4 2 2 声屏障声学原理1 5 2 2 1 声屏障的绕射1 5 2 2 2 声屏障的透射l5 2 2 - 3 声屏障的反射1 6 2 3 声屏障插入损失的计算与测量方法1 7 2 3 1 声屏障插入损失的理论计算1 7 2 3 2 声屏障插入损失实测方法2 0 2 4 小结2 2 第3 章闭孑l 泡沫铝吸声性能的研究2 3 3 1 测试仪器与方法2 3 i v 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 1 测试仪器2 3 3 1 2 测试原理2 3 3 1 3 测试方法。2 4 3 1 4 测试条件2 5 3 2 闭孔泡沫铝吸声机理2 5 3 3 闭孔泡沫铝吸声效果测试2 6 3 3 1 不同孔隙率、不同厚度的闭孔泡沫铝吸声效果的测试2 6 3 3 2 不同打孔率闭孔泡沫铝吸声效果的测试2 7 3 3 3 不同背后空腔深度的打孔闭孔泡沫铝材料吸声效果测试2 9 3 3 4 打孔闭孔泡沫铝材料与其他吸声材料吸声性能比较3 0 3 4 小结31 第4 章沈阳东西快速干道泡沫铝声屏障的设计3 2 j4 1 声屏障的设计原则3 2 j 04 1 1 设计要点3 2 二 4 1 2 声屏障的设计内容。3 2 4 1 3 声屏障设计流程3 2 ：4 2 泡沫铝声屏障设计实例3 2 n 4 2 1 工程背景3 2 4 2 2 声屏障的声学设计3 3 4 2 3 声屏障的强度设计4 1 4 2 4 声屏障的景观设计4 1 4 3 小结4 2 第5 章沈阳东西快速干道泡沫铝声屏障的实测降噪效果4 3 5 1 测试仪器与方法4 3 5 1 1 测量使用的设备4 3 5 1 2 测试方法。4 3 5 1 3 测试内容4 6 5 2 测试结果4 6 5 2 1 各测点声压级测量结果及插入损失4 6 v 东北大学硕士学位论文目录 5 2 2 泡沫铝声屏障插入损失理论计算值与实测值比较4 7 5 2 3 声屏障实际降噪结果比较4 8 5 2 4 泡沫铝声屏障降噪机理分析4 9 5 3 小结5l 第6 章结论5 2 参考文献5 3 致谢5 6 作者简介5 7 一v i 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 1 1 公路交通噪声污染与危害 1 1 1 1 我国公路建设及公路交通发展状况 交通运输是国民经济的基础产业之一，它对促进经济和社会发展、加强国防建设、 提高综合国力和人民生活水平具有重要的作用。公路作为我国交通运输的重要基础设施 之一，自2 0 世纪8 0 年代起进入高速发展时期，至1 9 9 9 年底，全国公路总里程约为1 3 5 2 万公里，其中高速公路1 1 6 0 5 公里【1 1 。根据“中国公路网发展战略规划 ，在全国公路网 中优先建设和发展高速公路和一级公路为主的国道主干线系统，到2 0 1 0 年，全国公路 总里程将达1 4 5 万公里，公路密度达1 5 公里1 0 0 平方公里。如此大规模的公路建设， 必将给公路沿线地区的自然环境、生态环境、生活环境及景观环境带来影响，并产生一 系列环境问题【2 卅。 1 1 1 2 公路交通噪声污染的现状 近年来，我国许多车流量大且车速高的高速公路和一级公路陆续投入运营，使交通 噪声扰民问题日益严重。全国8 0 左右的交通干线两侧环境噪声超标。据初步测算，我 国有约3 3 9 0 万人的生活受到公路噪声的影响，其中约2 7 0 0 万人生活在高于7 0d b 的噪 声严重污染环境中【5 】。 据调查统计，仅1 9 7 9 至1 9 8 8 年的1 0 年间，我国城市环境噪声就增加约1 0 d b ，平 均每年增加ld b ，进入9 0 年代以来，城市噪声增加的幅度更大。道路交通噪声己成为 城市环境噪声的主要来源，其危害也日益严重。 1 1 1 3 交通噪声的危害 世界卫生组织( w h o ) 认为，噪声不同程度地影响人的精神状态，影响人们的生 活质量。噪声对人体的危害是众所皆知的，尤其是高速公路的交通噪声 6 - 7 1 。噪声除了 能使人的听力受到损伤，引起听觉疲劳和噪声性耳聋外，还会对人体的视觉、神经系统、 消化系统和心血管系统产生一定的影响，诱发各种疾病，影响人们的正常生活和工作， 降低劳动生产效率和工作质量，强烈的噪声还会对仪器设备和建筑物造成严重的破坏。 交通噪声的危害主要体现在以下三个方面： ( 1 ) 影响交通线路两侧区域人们正常的学习、工作和休息。噪声在4 0d b 以上， 会影响人在睡眠时的内分泌系统；在4 5d b 以上，会影响人的正常睡眠；在5 0d b 以上， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 影响教室和会议室讲话的理解程度；6 0d b 以上，对讲话产生明显的障碍；7 0d b 以上 的噪声，会对打电话产生障碍。在吵闹的环境中，人们的注意力下降，反应迟钝。噪声 不仅影响工作速度，而且影响工作质量。 ( 2 ) 影响公路两侧居民的身体健康，噪声长期作用于人的中枢神经系统，使大脑 皮层兴奋和抑制失调，产生头疼、脑胀、耳鸣、失眠等症状。 ( 3 ) 在噪声污染严重的环境下，儿童的智力发育缓慢，噪声对胎儿也产生有害影 响，易引起胎儿的畸形；噪声对动物也会产生刺激，如使鸟类羽毛脱落，甚至死亡等。 为了控制交通噪声对人们的影响，我国城市区域环境噪声标准中规定了适合人 类居住的环境噪声标准如表1 1 。 表1 1 城市区域环境噪声标准( g b 3 0 9 6 9 3 ) t a b l e1 1s t a n d a r do f e n v i r o n m e n t a ln o i s eo fu r b a na r e a ( g b 3 0 9 6 - 9 3 ) 类别昼间夜间适用范围 05 04 0 疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域 15 54 5 以居住、文教机关为主的区域 26 05 0居住、商业、工业混杂区 3 6 55 5 工业区 。 城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两 47 05 5 侧区域 。据有关交通部门调查，全国8 0 左右的高速公路交通干线两侧离路中心线2 0 0m 的 范围内，环境噪声超过了g b 3 0 9 6 9 3 城市区域环境噪声标准4 类标准，超标现象严 重，治理高速公路噪声污染已到了刻不容缓的地步。 1 1 2 公路交通噪声污染的主要防治措施 交通噪声已对高速路周围的环境和人们的生活造成了显著的影响，必须采取措施来 防治和控制交通噪声污染。公路交通噪声污染的控制方法是多方面的，每个方面也有多 种措施。下面列出控制交通噪声的主要措施，并对它们的优缺点进行对比分析。 1 1 2 1 控制公路交通噪声污染源排放 ( 1 ) 降低机动车辆的排放噪声是控制交通噪声污染的最根本的方法，这是源头控 制方法。但要降低车辆噪声，就有必要对机动车辆的设计进行改进。车辆使用部门加强 车辆的维修与保养，也可降低车辆噪声。 - 2 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 加强交通管理，执行上路车辆排放噪声达标检验及特殊路段禁止鸣笛制度， 是控制交通噪声污染源排放的方法之一。因此公路运输管理部门应制定切实可行的控制 车辆噪声的法规，并纳入法制化的轨道。 1 1 2 2 公路选线与设计中的噪声污染控制措施 ( 1 ) 调整公路线位 在公路选线时，尽量避开环境噪声的敏感区域，使需保护的环境噪声敏感建筑物所 处地的环境噪声不受公路交通噪声污染。虽然这是控制公路交通噪声污染的最佳方法， 但公路线位的确定是由多种因素确定的，避免交通噪声对环境噪声敏感建筑物的污染仅 是因素之一，但不是决定性因素。 ( 2 ) 修建公路隧道或修建低堑公路 为避免公路交通噪声污染，在地势有可能和允许的情况下可以采用修建公路隧道或 修建低堑公路的方法。即使地势有可能性，而修建公路隧道也需要增加很多投资，经济 性也是公路设计的影响因素。 ( 3 ) 修筑低噪声路面 修筑低噪声路面能有效降低公路交通噪声。低噪声路面有多种形式，如疏水沥青混 凝土路面，它的主要功能是抗滑、保障交通安全，同时有降低轮胎噪声的功能。又如有 抗滑表层的橡胶沥青混凝土路面( 法国p r i 公司提供的材料与技术) ，也是低噪声路面 的一种。我国已在少量试验路段上，修筑了上述两种低噪声路面眄】。但是修筑低噪声 路面也存在以下几个方面的问题： 低噪声路面仅可降低轮胎噪声，而众多交通车辆中只有小汽车行驶时是以轮胎噪 声为主。我国城间公路上行驶的占相当大比例的大中型车辆的发动系统噪声、传动系统 噪声与车体噪声的总和大于轮胎噪声，所以低噪声路面在城间公路上的减噪作用是有限 的。 国际上低噪声路面可降低车轮轮胎噪声约为2 8d b ，而我国已修建的低噪声路面 减噪量仅为1 5d b ，其降噪功能远低于声屏障，但仍可作为公路交通噪声污染综合治理 措施之一。 疏水沥青混凝土低噪声路面的较大孔隙一旦被沙土堵塞，将失去其降噪功能，因 而此类低噪声路面的减噪性能有待长期跟踪监测，才能确定其稳定的降噪性能。虽然橡 胶沥青混凝土低噪声路面没有上述缺陷，但橡胶层的老化对降噪性能的影响，也需长期 跟踪监测确定其稳定的降噪性能。 - 3 东北大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 2 3 公路两旁的降噪措施 ( 1 ) 修建公路声屏障 声屏障可有效降低交通噪声，在公路与受保护的环境噪声敏感建筑物之间修筑公路 声屏障，其降噪量约为5 - 1 5 d b ，而且可以因地制宜地建造各种类型和造型的声屏障， 可与环境协调一致。公路声屏障具有露天设施应具备的所有性能，易维护且不受气候变 化影响，其使用年限可与公路使用年限一致。但公路声屏障也有一定的局限性。例如， 当防护高层建筑物时，若建全封闭式声屏障，造价较高，因此不适合防护高层噪声敏感 建筑物。 ( 2 ) 建植绿化林带 一般认为，在受保护的环境噪声敏感建筑物前建植绿化林带，可以得到防治交通噪 声与汽车尾气污染双重效果。但实验研究表明，绿化林带的减噪效果并不理想，占地面 积大而且在冬季枯叶后减噪效果还会大大降低【l o 1 1 】。 1 1 2 4 环境噪声敏感建筑物的降噪措施 ( 1 ) 改变房屋使用方式或加装隔声门、窗 将因受公路交通噪声污染而超标的环境噪声敏感建筑物面向公路一侧的房屋，改为 无人工作或生活的房屋使用( 如改做车库、仓库等) ，或为这些房屋加装隔声门、窗设 施，但此方法较难实现。 ( 2 ) 环境噪声敏感建筑物搬迁 此方法可降低交通噪声对人们生活的影响，但却打乱了居民原有的生活环境，经常 引起社会纠纷，同时搬迁费用也较高，建筑物及配套设施的搬迁会影响城镇规划。 分析发现，在高速公路无法避开居民生活区、医院、学校等区域时，修建声屏障将 是一种有效的治理交通噪声污染的方法。同时1 9 9 6 年1 0 月2 9 日颁布的中华人民共 和国环境噪声污染防治法第五章第三十六条也指出，建设经过已有的噪声敏感建筑物 集中区的高速公路，有可能造成环境噪声污染的，应当设置声屏障或者采取其他有效的 控制环境噪声污染的措施。根据国外的发展经验，针对我国目前的高速公路交通噪声污 染现状，大规模建设声屏障已成必然。 1 2 声屏障的研究现状 1 2 1 国外声屏障的研究概况 声屏障的研究在国外起步较早，许多发达国家如美、日、法早在上个世纪6 0 年代 就已开展了声屏障降噪理论方面的研究，并实施了许多工程，积累了丰富的经验。据统 4 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 计，至1 9 7 8 年底美国已建造了1 6 0 公里长的道路声屏障，1 9 7 9 年列入计划或正在建设 的道路声屏障达1 4 0 0 公里，截至1 9 9 6 年，美国已修建公路声屏障约7 2 0 0 公里，投入 约3 0 亿美元，还设计了“公路声屏障专家设计优化系统，进一步提高了道路声屏障的 设计水平。日本声屏障的修建始于2 0 世纪6 0 年代，在2 0 世纪7 0 年代中期有了较大的 发展，1 9 8 3 年的统计资料显示日本城市中高速公路声屏障设置率高达8 0 ，到1 9 9 0 年， 日本仅高速公路上的声屏障就长达1 1 3 7 公里，全部道路的声屏障总长度己达1 5 7 3 公 里。法国曾在1 9 8 8 年由政府部门组织举办了适用于各种场合的声屏障的比赛。英国、 德国、澳大利亚等国也大力发展声屏障技术来控制城市道路交通噪声的污染。国外在穿 过市区和居民区的高速公路、铁路、高架桥两侧等场合普遍设有声屏障，实现了其它降 噪措施所不能替代的效果【1 2 1 3 1 。 公路声屏障在发达国家普遍采用，而且在实施标准、经济造价及道路景观的协调上， 均形成可资借鉴的经验。国外公路声屏障技术发展总的趋势如下： ( 1 ) 注重公路声屏障与景观协调设计 公路声屏障在取得减少噪声的环境效益同时，也带来了一些不利影响。在公路旁竖 立起一堵高大而形式单调的墙，会给人们造成心理上的压抑感，阻断汽车司乘人员的视 线影响行车安全。为克服这些缺点，许多国家在声屏障建造中，除要求满足声学要求外 还特别注重声屏障的造型与色彩设计。 ( 2 ) 多用低成本材料造公路声屏障 公路声屏障从构成材质上可分为：土堤、木质、钢筋混凝土、金属、吸声材料的混 合物等几类。对一般公路而言，多用普通混凝土和轻质混凝土建造吸声和不吸声式声屏 障。但吸声共振型声屏障，因声学元件构造精细、美观、吸声性能好，占用的建筑空间 较小，将是未来公路声屏障的发展方向。 ( 3 ) 提倡在声屏障内、前与后种植各类植物 在可能的情况下，将声屏障设计成可栽种花草的形式，使屏障四季长青，减少噪声 污染又可美化环境。 1 2 2 国内声屏障的研究概况 我国对声屏障的研究起步较晚，1 9 9 2 年贵州省贵黄高速公路上安装了百米圬工结构 的实验性声屏障，这是我国应用声屏障技术进行降噪的首例。在2 0 世纪8 0 年代末，由 于城市道路的发展和环保法规的完善，在我国利用声屏障降低交通噪声的技术得到重 视，并逐渐发展起来。此后，上海的内环线、成都路高架桥、杨浦大桥沿线1 3 个区段 约几十公里的道路均己设置了声屏障。北京西三环路局部路段安装了长3 1 5m 、高2 6m 5 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 的声屏障。广州内环线路也先后设置了声屏斟m ”j 。 2 0 世纪末我国对声屏障的声学设计、结构设计和景观设计等进行了分析探讨。于 1 9 9 8 年竣工的成绵高速公路声屏障就是在此基础上设计的国内首例新型的声屏障。设计 中利用声屏障顶端线条的多样化，改变了声屏障的单调、枯燥的情调，在其有效隔离噪 声的同时，也和道路周围的环境融为一体。2 l 世纪初，我国开始对声屏障的材料进行研 究，突破了以前的声屏障的设计陈规，从单一的隔声材料走向了隔声和吸声并用的趋势。 2 0 0 3 年1 月在上海市莘闽轨道交通线上建成的声屏障是近代中国声屏障事业的一个典 型代表，该声屏障上部采用s t j 1 防雨尘阻抗复合型吸声材料，分为上、中、下三部分， 上部采用吸声屏吸收反射声和直达声，中部采用透明玻璃屏，在保证乘客对景观要求的 同时，阻隔噪声的传播，下部主要对轨道噪声进行吸收和衰减，此声屏障经测试表明具 有良好的降噪效果，可降低噪声7 1 1 5d b 。2 0 0 4 年7 月1 2 日由国家环境保护总局发布 了声屏障声学设计和测量规范，使声屏障建设走上规范化的道路，大大地促进了我 国声屏障建设事业的发展。 结合国内外工程实例，目前公路的声屏障形式按形状分类如下： ( 1 ) 直壁型：多用于填方路段、挖方路段、平路堤段及高架桥等，整个声屏障墙 体为上下竖直。多用混凝土或砌块、砖、石、金属板及复合轻型板等材料来构筑墙体， 用钢筋混凝土柱或金属柱来保持稳定性。由于直壁型声屏障用材简易，施工方便，造价 较低，与环境有较好的融合性，在国内外有广泛的应用。有厚壁式( 以混凝土砌块、大 阪或砖石类为主) 、薄屏式( 以金属板、木板、轻型复合板为主) 等形式。 ( 2 ) 折壁型：一般用于降噪要求较高但声屏障的高度又有一定限制的场合。把声 屏障上部折向道路方向，折角小于4 5 。，面向道路的一侧通常做成吸声表面。屏障的支 撑件多采用h 型钢。这种声屏障可增加声程差，提高降噪效果，但用材有一定要求，施 工技术高。为降低风荷载，使声屏障安全，一般大于5m 的声屏障采用折臂型。例如在 北京健翔桥上修建的声屏障，高达7m ，采用了折壁型，经测试， 降噪量达到了1 0 1 5 d b ( a ) 。有倒l 型、t 型、y 型和圆弧型等形式。 ( 3 ) 表面倾斜型：多用于路堑或低路堤路段。可做成土堤式，单面斜坡或双面斜 坡。在路堑段既可做护坡，又可起到防噪作用。一般表面采用砌成堆筑，中间填土或废 弃物，其设计与直壁型相同。有倾斜墙面( 单面或双面斜) 、土堤式等形式； ( 4 ) 封闭型：全封闭式、局部封闭式。 综上可将声屏障分为1 9 种类型，详见表1 2 。 - 6 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 表1 2 公路声屏障的类型表 t a b l e1 2t y p e so fe x p r e s s w a yn o i s eb a r r i e r s 国内外一系列的工程应用实例已经表明声屏障在改善环境声质量方面是最经济、最 有效的降噪工程设施。在现有城市交通声屏障中，扩散反射型和吸声共振型是两种基本。囊 声学元件。根据国内外公路声屏障的发展经验，扩散反射型的优点在于大部分结构构造 简单，材料价格低廉，结构稳定性好，但是自重较大，有时需求较多的建筑空间，同时 使屏障另一侧建筑物接收到的声能有所增加；吸声共振型的优点在于声学元件构造精k 吧 细、美观、结构自重轻、吸声性能好、占用建筑空间较小，它将是未来城市交通声屏障 的发展方向，而吸声材料的选择则是决定声屏障吸声性能好坏的主要因素。 目前，国内外广泛采用的吸声材料按其吸声机理，可分成两类：一类是共振吸声材 料( 结构) ，另一类为多孔性吸声材料。 ( 1 ) 共振吸声材料或称共振吸声结构，其吸声结构分薄板吸声、共振吸声、穿孔 板吸声、微穿孔板吸声等多种。共振吸收结构采用铝板、钢板、塑料板等材料制成，因 此不怕水和潮气、防火、清洁、无污染、耐高温、耐腐蚀、能承受高速气流冲击。共振 吸声结构的不足之处是吸声频带窄，在共振频率附近，吸声系数很高，可接近于1 ，但 偏离共振峰时，吸声系数会迅速下降。 ( 2 ) 多孔吸声材料主要有三类：纤维材料、颗粒材料、泡沫材料。在吸声材料发 展过程中广泛使用的为纤维类材料，最初阶段主要是有机纤维类，包括动物纤维和植物 纤维，为棉、麻、毛等。此类材料来源丰富，但防火防潮性能较差，环境适应性差，很 快就被无机纤维类所取代。无机纤维类材料主要为岩棉和矿渣棉等，为便于室内装配施 - 7 _ 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 工，又发展出很多纤维材料制品，如矿棉、岩棉、玻璃棉吸声板，木丝板、甘蔗板等。 此类材料的主要特点是成本低、吸声频带宽、吸声系数高、生产简单，因而直是传统 的吸声材料。但是，随着社会发展进步，纤维性吸声材料，特别是矿物性纤维吸声材料， 因为污染环境并危害健康，已受到环境保护和卫生保健专家的批评。颗粒吸声材料主要 是珍珠岩系列或陶土、矿渣等制成的吸声砌块或板材。耐火、防腐性能虽好但本身吸声 系数较低，影响了实际应用价值。泡沫类材料主要是泡沫塑料、泡沫玻璃、加气混凝土 和泡沫金属类。泡沫塑料易燃、老化，泡沫玻璃及加气混凝土内部微孔贯通程度不一， 吸声系数偏低，限制了其使用；泡沫金属是新兴的用于吸声的材料，泡沫金属类有泡沫 铝、泡沫镁、泡沫铅等，综合考虑经济因素及泡沫金属自身的性质用于吸声降噪较多的 是泡沫铝类。 1 3 泡沫铝简介 泡沫铝材料是上世纪8 0 年代后期国际上迅速发展起来的，以铝、铝合金或铝基复 合材料为原料，经发泡处理后在其内部形成大量气泡的一种新型多孔材料。由于气泡分 布在连续的金属相中形成孔隙结构，所以泡沫铝把连续相铝的金属特点和分散相气孔的 特性结合在一起，表现出集功能与结构特性于一身的特征，已经成为当今世界材料科学 高技术领域的重要研究、开发内容之一。 根据孔型结构的不同，泡沫铝材料可分为开孔泡沫铝( 图1 1 ( a ) ) 和闭孔泡沫铝( 图 1 1 ( b ) ) 。其中开孔泡沫铝材料的孔与孔之间由孔棱连接，互相连通，通气性好，因此具 有很好的换热散热能力、吸声能力、以及过滤和分离能力；闭孔泡沫铝材料的孔与孔之 间除了孔棱连接，还有孔壁，且孔型为近似球形的圆孔、孔隙率高、比表面积大，这些 结构特征决定了闭孔泡沫铝材料具有优异的声学性能、力学性能、能量吸收性能和电磁 屏蔽性能等。闭孔泡沫铝的结构和功能性特征决定了其在交通运输、建筑机械、冶金化 工、电子通讯、航空航天、军事装备等多个领域具有广阔的应用前景【l 9 】。 经历了6 0 余年的研究发展，目前泡沫铝材料已经有多种制备方法。开孔泡沫铝的 制作方法主要有渗流铸造法、熔模铸造法、