引言
目前, 全世界正面临着三大严重问题, 其一是能源短缺, 其二是人口膨胀, 其三是环境污染。在环境污染中, 尤其以噪声污染给人们的居住环境带来最直接的影响, 再加上自然能源短缺的限制, 这就使新型建筑材料的研发变得愈发紧迫起来。长期以来, 人们在吸引隔音材料方面主要是以麻、棉等多孔有机材料制成, 后来人们又研发出多孔无机隔音材料, 随后又陆续发展出了共振吸声隔音材料与金属吸声隔音材料, 不过虽然金属吸声隔音材料的隔音效果较好, 但价格高昂, 不易制作, 因此逐渐被市场所淘汰。随着建筑市场的不断发展, 水泥基纤维板由于其具备吸声效果好、保温好、无污染等优势, 也开始吸引了人们的注意, 并在建筑市场中得到了广泛的应用。本文通过对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥板的生产工艺进行探讨, 并对各个生产因素对板材的性能影响进行分析, 以此探索这两种水泥基纤维板在隔音性能上的优势。
一、复合锯末水泥基纤维板的研制
(一) 材料、设备及方法
复合锯末水泥基纤维板所选用的原材料分别为复合锯末、水泥、无水氯化钙和硫酸铝助剂及水, 复合锯末可由多种树木制成, 如落叶松、杨木、桦木等, 并按照一定的比例进行掺合, 使其形成复合锯末。在复合锯末中, 大部分木纤维的长度范围在5至19毫米, 经过晾晒与松散结团后作为水泥基纤维板的生产原材料, 水泥为水泥厂所生产的天鹅牌425普通硅酸盐水泥, 化学助剂无水氯化钙与硫酸铝助剂的使用目的在于降低复合锯末中的某种化学成分给水泥硬化带来的不利影响。复合锯末水泥基纤维板的生产设备包括XLB-D500×500型压力成型机、EL-10KA型高低交变湿热试验箱、JTZB型驻波管测试系统与JW-IH型热流剂导热仪。其研制流程包括将复合锯末与水泥按照一定的比例进行掺合, 然后搅拌均匀, 在搅拌过程中需要添加水、无水氯化钙与硫酸铝助剂, 搅拌均匀后将其进行铺装成型, 并送入压力成型机中进行冷压成型, 成型后取出放入热流剂导热剂进行热养护与常温养护, 然后依据相应的规格进行裁边定尺, 再次进行常温养护, 然后放入高低交变湿热试验箱中进行调湿处理从而得出样板, 采用力学性能测试方法对样板的抗折与抗压情况进行测试, 并利用驻波管测试系统对样板进行测试。对隔音性能的测试采用驻波管法, 整个测试过程依据GBJ88-85国家标准来进行严格执行。
(二) 试验阶段
在复合锯末水泥基纤维板的试验中, 为了便于性能方面的比较, 试验采用正交表来对样板进行实验, 并将复合锯末水泥基纤维板中的水灰比、木灰比及无水氯化钙和硫酸铝助剂的变化情况作为变量因子, 在试验中对这些变量因子的水平值进行确定, 从而判断这些变量因子的变化给该水泥基纤维样板的性能带来的影响。如表1所示为复合锯末水泥基纤维板各变量因子的变化水平表。
经过正交试验, 得出各变量因素中以水灰比掺量为0.4%, 木灰比掺量为0.54%, 氯化钙掺量为3%, 硫酸铝掺量为4.5%的样板性能最优, 即水灰比水平为2, 木灰比水平为1, 硫酸名掺量水平为3, 氯化钙掺量水平为3时复合锯末水泥基纤维板的性能最好。通过抗压强度与抗折强度的力学测试方法可得出, 该样板的抗压强度为11.2MP/㎡, 抗折强度为4.3MP/㎡。通过驻波管法对该样板的吸音系数进行测试, 驻波测试结果表明该样板在1600HZ的噪音频率中, 其吸声系数最高为0.36。
(三) 影响因素分析
通过试验结果可以知道, 复合锯末水泥基纤维板中影响其抗折强度与抗压强度性能的变量因素是硫酸铝掺量>水灰比>氯化钙掺量>木灰比。影响其隔声效果的主要因素为木灰比>水灰比>氯化钙>硫酸铝。在复合锯末水泥基纤维板中, 硫酸铝与氯化钙化学助剂能够防止复合锯末中的水溶性糖类物质溶出, 从而避免了这些水溶性糖类物质给水泥的硬化与凝结带来的不利影响, 化学助剂能够进一步促进普通硅酸盐凝结, 并加快水泥中的矿物成分水解, 从而提高了复合水泥基纤维板的硬度, 使其在抗折与抗压强度方面得到了良好的效果。而木灰比对板材的性能影响也十分重要, 当木灰比增加时, 板材的密度会相应增加, 从而使板材中的木纤维与水泥进行紧密结合, 从而提高了板材的抗折强度与抗压强度。当然, 木灰比并不是越大越好, 当木灰比过大时, 由于木灰比与水灰比是相互关联的, 这会使水灰比的膨胀率变大, 从而造成板材强度降低。而在吸声性能上, 木灰比的增加会使板材密度增加, 进而增加了介质共振的传声几率, 从而造成其在吸声系数上相对较低。
二、泡沫水泥基纤维板的研制
(一) 材料、设备及方法
泡沫水泥基纤维板所选用的原材料分别为水泥、木纤维、废旧泡沫颗粒 (聚苯颗粒) 、聚羧酸减水剂与水。水泥为42.5天鹅牌快硬硫铝酸盐水泥, 木纤维为建材厂所生产的均长为1.1毫米的木纤维。废旧泡沫颗粒, 即聚苯颗粒为人工破碎以后获得, 其粒径为1至10毫米, 平均粒径约为5毫米, 添加剂聚羧减水剂的使用目的是为了提高泡沫水泥基纤维板的密度, 使其能够快速成型。泡沫水泥基纤维板的生产设备包括JJ5型水泥胶砂搅拌机、DP71型体视显微镜、水泥试件抗折试验机、养护箱、EHDC型恒加载压力试验机与干燥箱。泡沫水泥基纤维板的研制流程包括, 制作一种与复合锯末水泥基纤维板尺寸相同的金属试模, 并在试模的内壁中涂抹机油, 这样能够使制成的泡沫水泥基纤维板的脱模变得更加方便。然后将水泥、木纤维、废旧聚苯颗粒按照规定的比例进行搅拌, 并在搅拌过程中添加聚羧减水剂, 使其搅拌均匀, 然后将搅拌均匀后的料浆倒入到金属试模当中, 然后利用木尺等工具将金属试模中多余的料浆刮平, 将模具放到振实台上进行振实, 振实以后试件成型时, 将试件放到温度在15℃至25℃的常温环境下进行晾晒, 1-2天后对试件进行编号, 然后进行拆模, 并将拆模后型成的样板放到温度为19℃至21℃, 湿度超过90%以上的养护环境中进行养护。
(二) 试验阶段
在泡沫水泥基纤维板试验中, 对水泥的质量进行了规定, 为每组样板中掺入1.4千克水泥, 聚羧减水剂的添加量是水泥质量的0.8%, 然后利用正交表来对样板进行试验, 分别将样板的水灰比、木灰比及聚苯颗粒的变化情况作为变量因子, 并在试验中分别对各个变量因子的水平值进行确定, 以此探讨相关变量因子对水泥基纤维板的性能影响。在对泡沫水泥基纤维板的性能进行测试时, 采用与复合锯末水泥基纤维板相同的测试方法来对样板进行力学性能测试, 包括样板的抗折强度与抗压强度, 同时, 应用驻波管测试系统来对泡沫水泥基纤维板试板进行测试, 测试标准与复合锯末水泥基纤维板相同。如图2所示为泡沫水泥基纤维板变量因子水平变化表。
经过正交试验, 得出各变量因素中以水灰比掺量为0.5%, 木灰比掺量为10%, 泡沫颗粒掺量为800m L时的样板性能最优, 即水灰比水平为1, 木灰比水平为3, 泡沫颗粒掺量为1时泡沫水泥基纤维板的性能最好。通过抗压强度与抗折强度的力学测试方法可得出, 该样板的抗压强度为8.2MP/㎡, 抗折强度为2.3MP/㎡。通过驻波管法对该样板的吸音系数进行测试, 驻波测试结果表明该样板在1600HZ的噪音频率中, 其吸声系数最高为0.28。
(三) 影响因素分析
通过试验结果可以知道, 在泡沫水泥基纤维板中, 对抗折强度与抗压强度的变量因子影响顺序为木灰比>水灰比>泡沫颗粒掺量。当木灰比增大时, 泡沫水泥基纤维板的密度明显增加, 这也使其在抗折强度与抗压强度方面明显提高。而水灰比增大时, 板材的密度会随着其水泥浆体的增加而造成密度降低, 当水灰比过大时, 还会造成水泥与聚苯乙稀颗粒分离现象, 因此需要适当降低水灰比。而泡沫颗粒的掺量在板材密度的影响上相对不高, 不过泡沫颗粒掺量的增加虽然会使密度相应下降, 但却会使板材的强度明显下降。而在影响其隔音效果的主要变量因子为木灰比>水灰比>泡沫颗粒掺量, 这是因为板材的密度降低时, 便会在一定程度上提高吸声系数, 不过, 正是因为强度方面的限制而造成其在吸声系数的提升幅度上不会太大。
三、复合锯末与泡沫水泥基纤维板的性能评价
通过对复合锯末水泥基纤维板的试验结果与泡沫水泥基纤维板的试验结果进行对比分析, 可以明确的是, 复合锯末水泥基纤维板的抗折强度与抗压强度都要比泡沫水泥基纤维板的数值要高, 复合锯末水泥基纤维板的抗折强度为4.3MP/㎡, 抗压强度为11.2MP/㎡;而泡沫水泥基纤维板的抗折强度为2.3MP/㎡, 抗压强度为8.2MP/㎡, 由此可见, 复合锯末水泥基纤维板的物理性能要明显优于泡沫水泥基纤维板, 在板材密度上也要高于泡沫水泥基纤维板。而泡沫水泥基纤维板由于其掺入了聚苯乙稀泡沫颗粒, 因此在密度上相对较低, 强度损失也较大, 一旦受到较大的冲击, 很有可能会造成泡沫水泥基纤维板发生破碎。此外, 复合锯末水泥基纤维板能够进行重复利用, 在价格上也相对较低, 并且所采用的木纤维不会对环境造成污染。而泡沫水泥基纤维板却不能够进行重复利用, 这也使其在保护环境方面不如前者。在隔音性能上, 复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基维板的吸声系数分别为0.36与0.28, 在1600Hz的高频率声波下, 两者平均系数均高于0.2, 由于复合锯末在各个方面的性能都要优于泡沫水泥基纤维板, 因此选用复合锯末水泥基纤维板最佳。
结语
本文通过分别对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基纤维板的研制过程进行阐述, 并利用正交表的方法来对这两种材质的水泥基纤维板的性能进行测试, 明确了木灰比、水灰比、化学助剂及泡沫颗粒对板材性能的影响。测试结果表明, 复合锯末水泥基纤维板无论是在强度方面、重复利用方面还是隔声方面, 都要远远优于泡沫水泥基纤维板, 而这也将使其在建筑市场中逐渐替代聚苯乙稀泡沫板。在未来, 复合锯末水泥基纤维板也必将成为改善人们居住环境的主要新型环保材料。
摘要：近些年来, 科学技术的发展也使人们的生活质量得到了极大程度的提高, 这也使人们对居住环境有了更高的要求, 但由于传统的建筑材料给环境带来了严重的污染, 因此研发具备无污染、经济性高的新型环保建筑材料已经成为当前社会发展的重中之重。为此, 本文分别对复合锯末水泥基纤维板与泡沫水泥基纤维板的研制工艺进行深入的分析, 探讨了水灰比、木灰比、化学助剂对复合锯末与泡沫吸引隔音水泥基纤维板性能的影响, 并分别评价了复合锯末与泡沫的吸引隔音水泥基纤维板的隔音性能优势。
关键词：复合锯末,泡沫,吸引隔音,燃烧性能,水泥基纤维板,性能评价
参考文献
[1] 张君, 李启宏, 侯东伟.挤压纤维增强水泥板及复合梁抗弯与耐久性能[J].土木建筑与环境工程, 2009, 31 (06) :81-85.
[2] 李大江, 俞友明, 林鹏.木灰比对水泥纤维板吸声性能与导热性能的影响[J].中国建材科技, 2010, 19 (02) :61-63.
[3] 周覃一, 任海青, 周海宾.水泥基木纤维复合墙体材料的研究[J].安徽农业大学学报, 2010, 37 (04) :801-805.
[4] 曾宪纯, 曾庆路, 张国永.大尺寸泡沫混凝土水泥纤维复合板构造和抗裂数值分析[J].新型建筑材料, 2014, 41 (02) :60-63.