齊楠

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055）

1 引言

鐵路噪聲污染防治在聲傳播途徑控制方式主要為設(shè)置聲屏障降噪措施。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵路線路穿過居民住宅、學(xué)校、醫(yī)院等敏感點(diǎn)時(shí)，鐵路兩側(cè)都普遍采取設(shè)置聲屏障措施，實(shí)現(xiàn)了其他降噪手段所不能代替的效果，取得了良好的降噪效果，更是成為了一道道獨(dú)特的城市風(fēng)景線。

在聲屏障滿足降噪要求的同時(shí)，為滿足規(guī)范要求和確保客運(yùn)專線的安全可靠，防止個(gè)別火災(zāi)高發(fā)區(qū)對(duì)臨近線路產(chǎn)生的威脅，以及防止客運(yùn)專線對(duì)嚴(yán)禁煙火地區(qū)產(chǎn)生威脅，在特殊地段需要設(shè)置具有防火性能的聲屏障，使傳統(tǒng)意義上的聲屏障在降噪的同時(shí)可以兼具防火功能。對(duì)鐵路特別是客運(yùn)專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個(gè)極大的保證。本次研究針對(duì)聲屏障板材選用進(jìn)行對(duì)比分析。

2 防火板材簡(jiǎn)介及防火聲屏障板材要求指標(biāo)

此次主要研究防火屏障用板材的性能，對(duì)屏障用防火板材做詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)研。通過綜合對(duì)比分析各種不同種類的防火板材，選擇適合屏障用的防火材料，結(jié)合屏障相關(guān)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)安全可靠、性能優(yōu)異、綠色環(huán)保的防火屏障。

防火板材大致可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類，如水泥發(fā)泡防火板、?；⒅榉阑鸢濉?fù)合硅質(zhì)防火板、玻鎂防火板、聚苯板、聚氨酯防火板等。由于上述防火板材料和組成不同，其相關(guān)性能也有較大差異，故此次主要對(duì)常用有機(jī)、無機(jī)和復(fù)合防火板材的具體信息做相關(guān)調(diào)研。

我們選用板材的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為：防火等級(jí)、耐火極限時(shí)間，板材的物理性能達(dá)到聲屏障聲學(xué)構(gòu)件規(guī)范的相關(guān)要求[1]。

3 防火板材比選

3.1 無機(jī)防火板

①水泥發(fā)泡防火板：利用水泥的不燃及混凝土中大量的封閉氣孔達(dá)到防火、輕質(zhì)、保溫、隔音的效果，是用泡沫劑制備的泡沫與水泥，攪拌混合澆注成形后，經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的一種水泥基輕質(zhì)多孔無機(jī)防火板。

性能參數(shù)：密度（kg/m3）：160～200；導(dǎo)熱系數(shù) W/(m.k)：0.045～0.050；抗壓強(qiáng)度（MPa）：0.2～0.4（市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2.5MPa左右）；抗折強(qiáng)度(MPa)：≥0.2；抗拉強(qiáng)度(MPa)：≥0.10；蓄熱強(qiáng)度 W（m2·k）：≥0.95；軟化系數(shù)（%）：≥0.6；吸水率（V/V/%）：≤10；抗凍性（質(zhì)量損失：%）：≤5；放射性（IRa）：≤1.0；內(nèi)保溫系統(tǒng)要求Ir：≥ 1.0；無毒無害節(jié)能環(huán)保無有害氣體排放；使用壽命可達(dá)25年以上。防火等級(jí)：A級(jí)不燃（A1級(jí)）

未選用原因：自重較重。

②纖維增強(qiáng)硅酸鈣板：纖維增強(qiáng)硅酸鈣板是一種典型的裝修纖維增強(qiáng)硅酸鈣板，以石灰、硅酸鹽及無機(jī)纖維增強(qiáng)材料為主要原料的建筑板材，采用輥壓、加壓精湛技術(shù)，經(jīng)壓蒸養(yǎng)護(hù)、表面磨光等處理的特殊工藝制造，生成以莫來石晶體結(jié)構(gòu)為主的硅酸鈣板，經(jīng)高溫高壓蒸養(yǎng)，干噪處理生產(chǎn)的裝飾板材。故具有輕質(zhì)、強(qiáng)度高、防火、無煙、防水、防霉、防潮、隔音、隔熱、不變形、不破裂、耐久性好、加工性能與施工性能好的優(yōu)良特性。

性能參數(shù)：

纖維增強(qiáng)硅酸鈣板物理力學(xué)性能D 0.8 D 1.0 D 1.3表觀密度 D/(g/c m 3) 0.7 5＜D≤0.9 0 0.9 0＜D≤1.2 0 1.2 0＜D≤1.4 0抗折強(qiáng)度/M p a(e為厚度)項(xiàng)目 類別e=5,6,8 e=1 0,1 2,1 5 e≥2 0 8 6 5 9 7 6 1 2 9 8螺釘拔出力（N/m m）≥熱導(dǎo)率[W/(m·k)]≤6 0 0.2 5 7 0 0.2 9 8 0 0.3 0含水率%≤濕脹率%≤防火特性耐火極限1 0 0.2 5不燃A 1級(jí)材料3.5 3 h

③玻鎂防火板：玻鎂防火板亦稱玻鎂板、氧化鎂板、菱鎂板、鎂質(zhì)板。玻鎂防火板具有耐高溫、阻燃、吸聲防震、防水防潮、防蟲、輕質(zhì)防腐、無毒無味無污染、可直接上油漆，直接貼面，可用氣釘、直接上瓷磚，表面有較好的著色性。強(qiáng)度高、彎曲有韌性、裝修極其方便、可鋸、可釘、可粘。

性能參數(shù)：

防火性 參數(shù) 不燃材料，燃點(diǎn)2 7 0 0℃評(píng)價(jià) 極優(yōu)異防水性 參數(shù) 可經(jīng)1 0 0天浸泡，物理性能Δ＜3%評(píng)價(jià) 極優(yōu)異物理性能強(qiáng)度0.8 5-1.0 3 k g/c m 2≥3.5 K J≥1 4 M P a 0.6 5 W/m 2(W/m 2 K)2.6^1 0 M M/C(M M/K)優(yōu)異物理尺寸規(guī)整度 參數(shù) 物理尺寸偏差度評(píng)價(jià) 一般可塑性 參數(shù) 可貼紙、布、鋁板等飾面材料評(píng)價(jià) 優(yōu)異施工性 參數(shù) 可釘汽釘，可用螺釘，切割可用壁紙刀或云石鋸評(píng)價(jià) 優(yōu)異環(huán)保型 參數(shù) 無任何有毒物質(zhì)評(píng)價(jià) 優(yōu)異密度抗沖擊強(qiáng)度抗折強(qiáng)度導(dǎo)熱系數(shù)熱膨脹系數(shù)評(píng)價(jià)

④珍珠巖防火板：珍珠巖板、漂珠板、蛭石板是以低堿度水泥為基材，珍珠巖、玻璃微珠、蛭石為加氣填充材料，再添加一些助劑復(fù)合而制成的空心板材。具有自重輕、強(qiáng)度高、韌性好、防火隔熱、施工方便等特點(diǎn)，其加工工藝簡(jiǎn)單，周轉(zhuǎn)批次少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，占用場(chǎng)地少，節(jié)省人員工資，屬于環(huán)保新型防火材料。

性能參數(shù)：防火等級(jí)A1級(jí)；密度260～300kg/m3；抗折強(qiáng)度≥8Mpa；抗壓強(qiáng)度 0.35～0.8Mpa；導(dǎo)熱系數(shù)≤0.035～0.076W/（m.k）；含水率≤10%；濕脹率≤0.25%；耐火極限 0.6～2h；耐燃溫度1300℃；吸聲系數(shù)0.03～0.8。

未選用原因：耐火極限不能滿足3h的要求。

⑤石膏防火板：石膏板是以建筑石膏為主要原料制成的一種材料。這種板材的原材料的來源非常廣，因此制作出來的種類也是比較多的，比如說雙面貼紙石膏防火板、硅鈣石膏纖維板等等，這些板材的內(nèi)部含有結(jié)晶水，有較好的耐火性能，加工簡(jiǎn)便,是一種強(qiáng)度較高、厚度較薄、重量較輕、隔音絕熱和防火等性能較好的建筑材料，是當(dāng)前著重發(fā)展的新型輕質(zhì)板材之一。

性能參數(shù)：輕質(zhì)隔熱，導(dǎo)熱系數(shù)為0.30，隔熱性能優(yōu)良；優(yōu)異的防火性能，耐火極限可達(dá)2h以上；裝飾功能好，建筑裝飾效果好；可施工性好。

未選用原因：耐火極限不能滿足3h的要求，且作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

⑥氯氧化鎂防火板：這種防火板是使用鎂質(zhì)膠凝為主要原材料來制作的，再在其中添加玻璃纖維布和一些輕質(zhì)的保溫材料來填充鎂質(zhì)膠凝，經(jīng)過一系列的加工處理復(fù)合而成，它屬于氯氧鎂水泥類的制成品，但是環(huán)保性能比較強(qiáng)。

未選用原因：作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

⑦礦棉板、玻璃棉板：主要以礦棉、玻璃棉為隔熱材料。其本身不燃、耐高溫性能好、質(zhì)輕，但不足之處有：a短纖維對(duì)人體呼吸系統(tǒng)會(huì)造成危害；b板材強(qiáng)度差；c板材對(duì)火災(zāi)煙氣蔓延的阻隔性能差；d裝飾性差；e安裝施工工作量大。因此，該種板材現(xiàn)已大部分演變成以無機(jī)黏結(jié)材料為基材，礦棉、玻璃棉作為增強(qiáng)材料的板材。

未選用原因：強(qiáng)度差，環(huán)保性能差。

⑧水泥板。水泥板材強(qiáng)度高，來源廣泛。過去常用它作防火吊頂和隔墻，但其耐火性能較差，在火場(chǎng)中易炸裂穿孔、失去保護(hù)作用而使其應(yīng)用受到一定限制。水泥混凝土構(gòu)件的隔熱、隔聲性能好。建材市場(chǎng)上陸續(xù)出現(xiàn)了纖維增強(qiáng)水泥板等改進(jìn)品種，具有強(qiáng)度高、耐火性能好的優(yōu)點(diǎn)，但韌性較差、堿度大、裝飾效果較差。

未選用原因：強(qiáng)度差，作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

3.2 有機(jī)防火板

①膨脹聚苯防火板：全稱聚苯乙烯泡沫板，又名泡沫板或EPS板，是由含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒，經(jīng)加熱預(yù)發(fā)后在模具中加熱成型的具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的白色固體。

性能參數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)：0.041W/M.K；強(qiáng)度：0.1～0.25MPa；容重：15～25kg/m3；防火等級(jí)：B2 級(jí)

未選用原因：防火等級(jí)相對(duì)較低，耐火極限不能滿足3h的要求。

②聚氨酯防火板：聚氨酯防火板，其面材采用高品質(zhì)彩色涂層鋼板，芯材采用高品質(zhì)巖棉、玻璃絲棉，高密度硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯為企口填充，經(jīng)過高壓發(fā)泡固化，自動(dòng)密實(shí)布棉并由超長(zhǎng)精密雙履帶控制成型復(fù)合而成，與傳統(tǒng)掛棉圍護(hù)材料相比，防火、保溫效果更佳，性能更持久。

性能參數(shù)：密度≥30kg/m3；抗壓強(qiáng)度≤2.0kg/cm2；導(dǎo)熱系數(shù)≤0.025W/（m.k）；吸水率≤3.0%；線性表化率≤1.0%；阻燃性≥26。

未選用原因：防火等級(jí)相對(duì)較低，耐火極限不能滿足3h的要求。

③改性酚醛防火板：酚醛板的改性產(chǎn)品以復(fù)合改性酚醛板較為普遍，在酚醛板表面復(fù)合界面劑或網(wǎng)格布砂漿，不但杜絕了酚醛板掉渣的缺點(diǎn)，強(qiáng)度韌性都大幅提升，防火等級(jí)更達(dá)到A級(jí)不燃標(biāo)準(zhǔn)。

性能參數(shù)：容重 40～100kg/m3；厚度 20～200mm；導(dǎo)熱系數(shù)0.022～0.030w/mk；阻燃等級(jí)A；煙密度等級(jí)＜5；工作溫度-196～+200℃。

未選用原因：作為聲屏障板材不能滿足規(guī)范的抗沖擊性能要求。

3.3 防火涂料

防火涂料是一類特制的防火保護(hù)涂料，有氯化橡膠、石蠟和多種防火添加劑組成的溶劑型涂料，耐火性好，施涂于普通電線表面，遇火時(shí)膨脹產(chǎn)生200mm厚的泡沫，炭化成保護(hù)層，隔絕火源，適用于發(fā)電廠、變電所之類等級(jí)較高的建筑物室內(nèi)外電纜線的防火保護(hù)。

3.4 分析結(jié)論

通過對(duì)比分析上述防火板材，有機(jī)防火板的兩項(xiàng)關(guān)鍵性能——防火性能和力學(xué)性能都比無機(jī)防火板要差些，故優(yōu)先選擇綜合性能較為無機(jī)防火板作為聲屏障的組成部分，使聲屏障板材在滿足防火要求的同時(shí)，力學(xué)性能也能達(dá)標(biāo)，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補(bǔ)充。

在無機(jī)防火板中，我們預(yù)備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級(jí)防火無機(jī)材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強(qiáng)度高，相對(duì)來說最適合用于防火屏障外裝板材。其次是纖維增強(qiáng)硅酸鈣板，它的物理性能和防水性能比玻鎂板稍弱一些，防火性能也足夠。

在防火板的表面還可以涂裝防火涂料，遇火時(shí)膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護(hù)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個(gè)屏障的防火性能。

4 聲屏障板材降噪效果

根據(jù)《關(guān)于印發(fā)＜鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)噪聲振動(dòng)源強(qiáng)取值和治理原則指導(dǎo)意見>（2010年修訂稿）的通知》中關(guān)于列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi的計(jì)算公式，本次以2m高路基為例，受聲點(diǎn)與鐵路外軌中心線的距離取30m，防火聲屏障設(shè)置位置距外軌中心線距離取4m。若設(shè)置5m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計(jì)算出列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi=5.4dB，即防火聲屏障降噪效果為5.4dB。若設(shè)置4.15m高防火聲屏障，經(jīng)修正后計(jì)算出列車運(yùn)行噪聲聲屏障繞射衰減Ctbi=4.9dB，即防火聲屏障降噪效果為4.9dB。計(jì)算本段聲屏障實(shí)施后的降噪效果。通過計(jì)算可以看出，在不考慮聲屏障板材的吸聲效果的情況下，聲屏障的隔聲降噪效果已經(jīng)達(dá)到了5.4dB及4.9dB，降噪效果良好。

5 結(jié)論

綜上所述，優(yōu)先選擇綜合性能較好的無機(jī)防火板作為聲屏障的組成部分，使聲屏障板材在滿足防火要求的同時(shí)，力學(xué)性能也能達(dá)標(biāo)，可以作為現(xiàn)有聲屏障在防火要求方面的補(bǔ)充。在無機(jī)防火板中，我們預(yù)備優(yōu)先選擇玻鎂板，它屬于A1級(jí)防火無機(jī)材料，耐火極限3h，物理性能優(yōu)異，防水耐候，可加工性好，自身強(qiáng)度高，相對(duì)來說最適合用于防火屏障外裝板材。在防火板的表面還可以涂裝防火涂料，遇火時(shí)膨脹為200mm厚的泡沫，起到阻隔火源，隔絕熱量傳遞，保護(hù)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的作用，增加整個(gè)屏障的防火性能。

這種聲屏障研究完成后可以起到防火、降噪的雙重作用。這種防火性能聲屏障耐火極限達(dá)到3.0h，能夠起到鐵路與建筑物相互防火作用，對(duì)鐵路特別是客運(yùn)專線以及鐵路沿線構(gòu)筑物的安全性能是一個(gè)極大的保證。目前國(guó)內(nèi)外尚無鐵路具有防火功能的聲屏障相關(guān)方面的研究與內(nèi)容，故本項(xiàng)目在鐵路沿線防火及降噪領(lǐng)域具有積極的作用和重大的意義。