泡沫铝材料在桥梁声屏障结构中的应用

刘荻舟

（吉林大学，吉林 长春 130026）

近些年，伴随环境污染问题日益严重，人们对于环境保护的问题也越来越关注。在所有已知的各种环境污染中，噪音污染又重新进入人们的视野，成为迫切需要解决的问题。现实生活中的噪音污染来源繁多，但是最主要的一部分就是道路噪音污染。面对道路上由于各种交通工具的移动或者停止、不同人群交流沟通所产生的噪音污染，通过在道路两边设置声屏障的解决措施可以有效地阻碍噪音的传播，从而保护声屏障后面的人员不用受到噪音污染的侵袭。

国内现有的桥梁声屏障结构简单、降噪效果明显，已被广泛应用。但是其材料体系在国内发展比较缓慢。从开始使用声屏障进行隔音降噪至今，在其所使用的材料方面并没有显著的改变。主要是通过其所具有的独特百叶结构对噪音进行吸收和阻隔。在材料方面，伴随科学技术的进步，已经有更多种类的、降噪性能更加优秀的材料出现，例如文章将要叙述的泡沫铝材料，可以尝试将其应用到声屏障当中，从而更好的达到隔音降噪的最终目的。

1 泡沫铝材料

1.1 制作工艺

目前生产泡沫铝材料的工艺方法主要有三种，分别是粉末冶金发泡法、熔体发泡法以及二次发泡法。最常用的生产方法是二次发泡法，其主要步骤如下：

第一步，在铝熔体中加入增粘剂搅拌均匀。第二步，在适宜的温度及粘度条件下加入发泡剂，如：预处理好的TiH2。分散均匀。第三步，在TiH2未分解前将熔体铸入模具中快速冷却凝固，得到发泡先驱体。第四步，将发泡先驱体加热至一定温度，使TiH2分解发泡，得到泡沫铝材料。

目前，由于泡沫铝材料在国内实际应用范围较小，所以尽管泡沫铝材料的生产技术已经较为成熟，但是生产厂家较少。尽管如此，泡沫铝材料亦可以进行大规模生产，为将泡沫铝材料应用到桥梁声屏障的结构中提供生产基础。

1.2 泡沫铝材料隔音降噪性能

由于泡沫铝材料本质上是通过发泡工艺而生产的金属铝材料，因此其同时具有金属以及气泡特征，样式如图1所示。泡沫铝材料内部有许多通过发泡工艺形成的孔洞，当噪音以声波的形式传入到泡沫铝材料中时，声波进入泡沫铝材料的孔洞，一部分声波在孔洞中发生反射，改变其传播方向。另一部分声波穿透孔洞，进入泡沫铝材料中的下一个孔洞。如此情形在每一个孔洞中重复进行。在反射的过程中，声波与泡沫铝材料接触，声波能量产生损失。经过多次反射，最终使得绝大部分声波不能穿透泡沫铝材料。穿过泡沫铝材料的噪音得到有效的减小，达到隔音降噪的目的。

图1 泡沫铝材料

目前大部分桥梁声屏障所采用的隔音材料主要为混凝土吸声板和金属复合吸声板。依据相关实验研究与统计，通过采用吸引混凝土材料制作的混凝土吸声板的隔音系数为0.3～0.5。金属复合吸声板的吸音性能主要通过具有百叶结构，使声波在其结构中不断进行反射，从而削减能量，达到隔音降噪的目的，其降噪系数为 0.4～0.6。

对于泡沫铝材料，通过对其进行隔音测试，其隔音降噪效果远强于混凝土吸声板和金属复合吸声板。在声波频率达到800～4000Hz时，闭孔泡沫铝的隔声系数达0.9以上；声波频率在125～4000Hz时，通孔泡沫铝的吸声系数最大可达0.8，其倍频程平均吸声系数超过0.4。这一实验数据表明，如果可以将泡沫铝材料应用到桥梁声屏障结构当中，理论上可以有效地增加桥梁声屏障的隔音降噪性能。

1.3 附加功能

除具有良好的隔音降噪功能，泡沫铝材料还具有良好的隔热以及屏蔽辐射的能力。在桥梁声屏障吸收噪音污染的同时，可以有效的阻挡来源于交通工具的热量传递、发动机辐射等。另外，在施工过程中，由于泡沫铝材料的质量较轻、刚度较小，因此在安装桥梁声屏障

2 桥梁声屏障结构设计

噪音在传播的过程中，遇到障碍物发生反射，并且在金属板上的反射点不断提高，因此声屏障结构的高度也是决定声屏障隔音降噪性能的重要因素。在现在较为广泛使用的桥梁声屏障的结构设计中，主要采用的全金属版表层的设计，整体结构由于受材料经济性的限制，所具有的高度较矮。因此，应当在已有的结构中加入一层透明塑料板，起到增加结构高度，阻碍噪音传播的目的，如图2所示。此外，由于塑料板为透明材质，有利于驾驶员以及声屏障外侧的相关人员进行观察，确保和提高行车安全。

作为声屏障发挥主要性能的吸音板区域，需要进行重新设计，如图3所示。第一层为表面百叶层，此结构是金属声屏障结构中最显著的特点，同样可以应用到新型声屏障的设计中。百叶形式可以更好的收纳噪音，将更大范围的噪音导入其后的吸音材料层，从而更好的发挥隔音性能。第二层是防水层。由于桥梁声屏障工作环境在室外，因此需要进行防水防腐蚀处理。通过涂抹防水涂料或者灌注防水混凝土的方式可以防治雨水、空气中水分进入时候的隔声材料层，起到保护作用。第三层是隔声材料层，将泡沫铝材料制成板状，加入声屏障的结构体系，代替原来声屏障吸音部分所采用的吸音金属以及吸音混凝土等材料。通过其强于吸音金属以及吸音混凝土的吸引性能，可以更好的隔绝噪音，发挥声屏障的功能。最后一层是金属板材。由于声屏障结构为悬臂结构，在复杂的室外环境中工作时，需要其使用的支撑物具有良好的强度。

通过将泡沫铝材料应用到桥梁声屏障结构的隔声材料层，在增强隔音性能的同时可以有效的减小声屏障自重，便于安装和承受荷载。此外，由于应用的泡沫铝材料其表面会天然带有氧化铝保护层，可以提高泡沫铝材料的抗氧化、抗腐蚀能力。因此，在结构生产过程中不需要考虑隔声材料氧化或受到腐蚀等问题，不仅可以缩减声屏障生产流程，也可以有效的提高该桥梁声屏障结构的使用年限，更加经济。

图2 桥梁声屏障结构正视示意图

图3 桥梁声屏障结构剖面示意图

4 结论与期望

4.1 结论

泡沫铝材料作为一种新型的具有气泡特性的金属材料，比传统的金属材料具有更加优异的性能。将泡沫铝材料应用到桥梁声屏障结构的隔声材料层，较传统桥梁声屏障结构而言，可以更好的起到降噪隔音的作用。并且在安装的过程中可以有效的缩短工期，提高施工质量和效率。将现有的桥梁声屏障结构的结构优势同泡沫铝材料的优异性能相结合，从而设计新的桥梁声屏障结构，更好的对桥梁车道产生的噪音污染进行降噪隔音。

4.2 期望

目前国内对于降低道路桥梁方面的噪音污染问题越来越重视，也有通过越来越多地措施减小道路桥梁方面的噪音污染。所以，泡沫铝材料作为更加优异的隔音材料，有着巨大的发展空间。希望可以通过对于泡沫铝材料生产方面的继续深入研究，提高泡沫铝材料的生产工艺，使其更加具有经济效益，从而可以更好的应用于桥梁声屏障使用以及其他可以应用泡沫铝材料的产业。相信在不久的将来，桥梁声屏障的生产及安装工艺可以发生巨大的转变，通过使用降噪隔音性能更加优异的材料，产生更加优异的降噪效果，给予人们更高的生活质量。