纤维增强塑料制防音壁及其制造方法

xiaoxiao2020-6-27  9

专利名称:纤维增强塑料制防音壁及其制造方法
技术领域
本发明涉及纤维增强塑料(下面,简称为「FRP」)制防音壁及其制造方法,这种防音壁是为了遮断由列车或汽车等发生的噪声而设置在铁道或道路等路面上的。
背景技术
噪声是公害中最令人头痛、损害最严重的一种环境问题,防止噪声的策略已成为重要的社会问题。
一般,防止噪声的防音材料有隔音构件和吸音构件等2种构件。
隔音构件是具有能反射空气传播的声音、切断声能的传播的机能,作为隔音性能好坏指标的音响透过损失特性基本上服从质量法则,质量越大的损失特性越大。譬如、在铁道或道路的平地、高架部分上,为了减缓对沿线地域居民的噪声,主要是设置如日本特开平8-144227号公报等已公开的混凝土制的防音板或金属制的防音板。
由于这些材料制造的防音板都是重物,因而根据质量法则,在防止和抑制由铁道车辆或汽车发生的噪声及其扩散方面都能取得一定效果,但是,在金属制防音板的场合下,有腐蚀等引起的耐久性问题;最近、在混凝土制防音板的场合下,由碱性脆化或钢筋生锈形成的胀开·龟裂而引起的混凝土小片的剥落也成为问题,特别是用混凝土预制板制的防音板,龟裂·裂纹等形成的损伤就更加历害;当设置场所是在上述铁道高架桥等高处时,还会有因剥离而引起的向下方落下的问题,使替换作业成为紧急的事务。
由于上述两者都是比重较大的重物(譬如,在设置场所水平方向的单位长度上约为200~300kg/m),因而为了搬运和安装,安装场所就必需配设重型机械和专用的安装机械。特别是设置场所是在铁道的高架桥时,要使专用的建筑机械从线路侧接近防音板设置场所是一个很难解决的问题,即使能够接近,其安装作业也不可避免地要在高架下的高空进行,因此还有作业性的问题。
针对这些问题,在日本特公平2-57619号和特开平9-170292号公报中提出了以减轻重量为目的、内包轻量芯材的FRP制防音板。但是在这些公报里,由于将防音板的用途主要局限于住宅和大楼的外壁,因而这些公报里记载的防音板都是针对离开噪声源比较远的场合而设计的,隔音性能并不很高。而且在纵横方向上以细小的间距设置有用于安装防音板的小梁,是一种对其强度和刚性等机械特性没有什么要求的结构。
但是,为了用作铁道或道路的防音板,由于其比较接近噪声的发生源,而且噪声级别也较高,因而必需根据质量法则、确保合适的重量。同时、最好不以细小的间距设置小梁,而是由防音板的本体使其自立;由于还有风压作用,因而必需每单位面积能耐300kg/m2~400kg/m2左右的风压。即、在考虑将其安装到高架桥或桥梁、道路端等建筑躯体上的安装方式的同时,如果对隔音性能和强度不进行最合适的设计,就不能得到轻量的防音板。此外,在设置场所是在铁道等高架桥的场合下,如果不避开电车行进时从躯体传播来的振动所形成的共振,则防音板本体将成为大的噪声源。
而且在最近几年,对适用于铁道或道路用的防音板又特别进一步要求其能对邻接的住宅、教育设施具有防音性能;为了减小折回的声音,防音板的高度越来越高。但是,现有的躯体或梁有来自强度方面提出的重量限制,板的高度不能增高到一定程度以上。虽然从重量这一点考虑,采用了轻量的丙烯制的防音板,但都有这样的问题,即在比较短的时间内、由紫外线老化而使其强度降低所引起的耐久性问题;虽然防音板本体确实较轻,但由于强度和刚性较小,因而必需以较短的间隔设置支柱或横梁,有整体施工费用必然不便宜的问题。
另一方面,由于上述吸音构件都是通过将声能变换成热能而起到使声压衰减的作用,因而单单将声音隔绝的隔音性能较低,一般的使用方法是将其与隔音构件合并使用,由此提高隔音性能。譬如日本特开2000-8331号公报公开了一种使用这样的吸音构件、以提高隔音性能的发明。
该发明提出的防音板的结构是这样的,即、隔音部分是混凝土制的隔音壁,在其背面、以规定的间隔配置FRP制的吸音板,在中间设有空气层。乍一看、会认为它具有优良的隔音性能,但由于隔音板本体是混凝土制造的,因而依然存在上述的由碱性脆化或随时间推移而劣化形成部分剥离或小片落下的问题,也进行过用玻璃纤维增强塑料包覆混凝土、以防止剥离的试验,但是不能达到本质的改善。此外,在新设置的场合下,由于隔音板本体是混凝土制造的,因而必需使用与上述同样的重型机械。

发明内容
本发明的目的是提供一种FRP制防音壁用的板材和使用这板材的防音壁及其制造方法,上述这种FRP制防音壁用板材能解决上述现有技术存在的问题、在噪声的防止以及防止它的扩散·吸音方面都有很好的效果,而且不会发生以前混凝土制防音壁那样的由劣化形成的小片剥落,并且是轻量的,有优良的处理性,即使安装场所是在高处、也能容易地设置。
本发明的FRP制防音壁用板材,是一种由芯材、位于芯材两侧面的FRP制表层材料构成的FRP制防音壁用板材,其特征在于,其单位面积的重量是在10~60kg/m2的范围内。
在这种场合下,在防止噪声的板材的防音材料方面有隔音构件和吸音构件2种构件,例如上述板材是由FRP制隔音板部、吸音体和FRP制有孔板部等至少3层结构构成时,从有孔板部入射的声音能量可由吸音体使其衰减,由隔音板部使其能量进一步衰减,因此防音效果更好。
本发明的FRP制防音壁是在上述板材上成一体地设有支柱,该支柱支持该板而且在下部具有安装到建筑物上的安装部。
本发明的FRP制防音壁的制造方法是由下列任意一种成形方法制造防音壁用板材的方法构成。即、本发明的FRP制防音壁的制造方法的特征在于,防音壁用板材是由下述成形方法成形的将构成成形品表面的表层材料的增强纤维配置在成形模具内,在其上配具有使注入树脂扩散的树脂流路的芯材,之后,在其上配置构成成形品背面的表层材料的增强纤维,使成形模具内减压,将基体树脂注入到上述树脂流路中并使其含浸·硬化的成形方法。或者,本发明的FRP制防音壁的制造方法的特征在于,防音壁板材是由下述成形方法成形的将构成成形品表面的表层材料的增强纤维在含浸了基体树脂的状态下配置在成形模具内,在其上配置芯材,之后,将构成成形品背面的表层材料的增强纤维在含浸了基体树脂的状态下配置,将成形模具内减压,使基体树脂硬化的成形方法。或者,本发明的FRP制防音壁的制造方法的特征在于,防音壁板材是由下述成形方法成形的将构成成形品表面的表层材料和构成成形品背面的表层材料分别成形之后,将两个表层材料粘合而形成中空结构体,将芯材填充到该中空结构体的空隙部中。或者,本发明的FRP制防音壁的制造方法的特征在于,防音壁板材是由下述成形方法成形的实质上将构成成形品表面的表层材料和构成成形品背面的表层材料同时形成并形成中空结构体,将芯材填充到该中空结构体的空隙部中。


图1是表示本发明一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。
图2是表示本发明另一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。
图3是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。
图4是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。
图5是本发明又一实施方式的FRP制防音壁的断面图。
图6是本发明又一实施方式的FRP制防音壁的斜视图。
图7是表示图6所示防音壁的安装例子,是FRP制防音壁及其安装结构部的断面图。
图8是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁及其安装结构部的斜视图。
图9是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的示意断面图。
图10是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的示意断面图。
图11是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的示意断面图。
图12是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。
图13是图12所示的FRP制防音壁的局部放大断面图。
图14是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的斜视图。
图15是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的斜视图。
图16是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的斜视图。
图17是表示将多个本发明FRP制防音壁连接起来的一个实施方式、是表示FRP制防音壁及其安装结构部的斜视图。
图18是表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁的斜视图。
图19是表示实施例4和比较例3中的各种试样结构的示意图。
图20是实施例4和比较例3中的各种试样的频带和透过损失的关系图。
图21是实施例4和比较例3中的各种试样的厚度比和耐力比的关系图。
图22是实施例4和比较例3中的各种试样的厚度比和单位重量的关系图。
图23是实施例4和比较例3中的各种试样的厚度比和变形度的关系图。
图24是实施例4和比较例3中的各种试样的厚度比和弯曲刚性的关系图。
符号的说明1、1a、1b、1c、11、21、31、41、51、61、71、81、91、101、111、121、131隔音板2、2a、2b、12、22、32、82、92、132表层材料3、13、23、33、83、93、133芯材4、24、103、139增强肋25空筒34加强板42支柱52、84、112、124、138柱体52a、72、137安装部63、73、125化合物制锚钉64、74金属板65、75、126螺母62、76、123建筑物躯体
66盖子85粗糙面86为了形成粗糙面的层87为了得到强度和刚性的层88着色层94、104吸音体95、105有孔板96、106开口部102FRP制单板113折回部122重合部134透光性材料135隔音体136金属结构框架具体实施方式
下面,参照着附图来说明本发明FRP制防音壁及其制造方法的优选实施方式。
如上所述,防止噪声的防音材料有隔音构件和吸音构件等2种。作为本发明的第1实施方式的防音壁的结构是具有表层材料和芯材,上述表层材料是由只为了取得隔音效果的PRP形成。而本发明的第2防音壁的形态是由上述隔音板、有吸音机能的吸音材料和防止该吸音材料飞散的FRP制有孔板三层构成。
其中,本发明防音壁用板材在仅通过隔音即可得到规定的防音效果的噪声等级比较低的场合下,能单独以隔音板的方式加以使用。
可以将例如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、PEEK、聚酰胺等热可塑性树脂、或者环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂等热固性树脂用作构成表层材料的FRP部分的基体树脂。
在这些树脂中可以添加层状化合物(譬如云母、二硫化钼、氮化硼等)或针状化合物(譬如钍石、钛酸钾、碳纤维等)、粒状和板状化合物(譬如铁氧体、滑石、钻土等)等减震剂。由于添加了减震剂,因而就变换成由无机物结晶之间或无机物与基体树脂的相互运动而形成的摩擦热;借助填充上述填料,使弹性率和密度增大、使振动物体的动能消散,从而能减轻板材的振动。
将阻燃剂(譬如氢氧化铵、臭氧、无机质粉等)添加到上述的基体树脂中,能提高阻燃性。而作为基体树脂的酚醛树脂,由于其自身具有优良的阻燃性、而且又是廉价的物体,因而最好用酚醛树脂。上述添加物可根据安装场所的不同状况,即、可根据要能防止由火灾形成的延续燃烧的场所、振动传播显著的场所等不同状况进行适当的选择。
本发明中所用的FRP增强纤维可根据用途和使用条件,采用由合适的玻璃纤维或碳纤维构成的无机纤维、芳香族聚酰胺纤维、尼龙纤维或聚酯纤维等有机纤维等。而被使用纤维的最合适的形态是譬如由纤维长度最好是1~3mm的短纤维构成的衬垫、由连续纤维构成的布料、单纱等。
其中,为了得到轻量·高强度的FRP,最好将碳纤维用作增强纤维,但为了取得与成本的平衡,最好使用玻璃纤维/碳纤维的混合物,它的体积比例最好是1∶0.05~1∶1。而由于碳纤维的加入,有提高振动衰减性的好处。
从强度·刚性的观点考虑,所用的碳纤维的种类没有特别的限制,但当考虑到要使成本更低时,最好使用所谓的大·纤维束的碳纤维。譬如1条碳纤维丝的纤维数不是通常的小于10,000根,可能是在10,000~300,000根的范围内,最好使用那种在50,000~150,000根范围内的纤维束状碳纤维长丝;由于这种纤维束状碳纤维长丝具有优良的树脂含浸性、作为增强纤维基体材料的处理性、以及增强纤维基体材料的经济性,因而是最好的。
上述基体材料是将玻璃纤维或碳纤维等长丝切断成约为1~3mm长,用聚乙烯醇(PVA)等粘合剂、经造纸加工而制得,如果配置在成形品的表面上,就能得到平滑的面。而由经纱和纬纱构成的基体材料是将上述长丝放在织机上、进行织造而制得。衬垫基体材料由叠层的连续纤维构成的布料基体材料和为了增强一个方向的基体材料之间的层间剥离强度而配置的。
根据基体树脂或增强纤维的形态,FRP制表层材料可以用各种成形方法形成,其中,作为第1组成形方法的有真空、吹制、注射、冲压、BMC(整体模压复合)、SMC(薄板模压复合)、连续成形等各种成形方法;作为第2组成形方法的有RTM(树脂连续模压)、压制、拉拔、增强塑料涂层成形等各种方法。
上述第1组成形方法是在短纤维基体材料与热塑性树脂或热固性树脂组合时经常使用的方法。这种成形方法由于使用的增强纤维是短纤维,因而有强度·刚度稍稍低的缺点,但由于成形周期较短、制造费用低,能容易形成使其具有作为结构体的优良机能的后述的肋等,因而是经常使用的成形方法,用这种成形方法能得到比塑料单体优良得多的强度·刚性。上述第2组成形方法是在使长纤维基体材料和热固性树脂组合中经常使用的方法,能与上述方法同样地形成肋、特别是如果采用简易RTM的真空注入含浸成形,则具有能提高增强纤维的体积含有率等、能比较便宜地制造强度·刚性较高的表层材料的优点。
上述基体材料可根据需要、或根据所要求的碱性特性,将多层增强纤维层叠层而形成增强纤维基体材料,使树脂含浸在这增强纤维基体材料中。可在叠层的增强纤维层上适当地叠积向一个方向比齐了的纤维层或织物层,其纤维的取方也是最好是根据所要求的强度方向而作适当选择。这种场合的增强纤维的体积含有率为Vf,考虑到要确保FRP制结构件(在这种场合下是防音板)所必需的强度·刚性,可以将上述体积含有率Vf取成15~60%的范围、最好取成30~50%的范围。
如上所述,本发明的1个主要目的是在于得到如下所述的防音壁,即、它是能确保必要的机械特性(强度·刚性)、而且组装时不需要重型机械、重量轻、有良好的处理性能、能容易施工的;本发明的另一个主要目的在于使这防音壁具有优良的隔音性能。
从这种观点出发,一般、隔音材料的隔音性能是将音响透过损失(TL)定义为TL=10log10(1/τ)、用数字(dB)表示。透过率(τ)用透过的声能(It)对入射到材料表面上的声能(Ii)之比表示、定义为τ=(It/Ii),以透过材料的声能为对象。通常隔音材料的透过损失基本上是服从质量法则的,即、质量越大的、损失越大,但是在铁道或道路上使用的隔音板,在125Hz~4KHz的可听频带中的透过损失率必需是10dB以上。即、它必需是90%以上的声能被隔断的材料。因此FRP制防音壁的隔音部分的重量必需是10kg/m2以上,在这数值以下,就不能得到必要的透过损失。如果只考虑透过损失,即使只用6mm以上厚度的FRP单板也可以,但同时要考虑防音壁的自立,为了使其每单位面积能耐300kg/m2~400kg/m2的风压,每单位面积的弯曲刚性必需是0.1×107kg/m2以上,必需将FRP的厚度加厚。而单纯将厚度加厚的方法,从成本和轻量化考虑,不能说是一个好的设计,最好将防音壁的基本结构形成夹层式结构体或者形成背面设有加强板的结构体。这样,就能得到一种可确保必要的刚性、而且轻量的防音壁用的板材。为了得到轻量和必要的机械特性,最好将板材的总厚度T和各个FRP制表层材料的厚度t1的比取在5∶1~50∶1的范围。
下面,参照附图、对上述本发明FRP制防音壁用的板材和FRP制防音壁的优选实施方式进行更详细的说明。
图1是表示本发明一实施方式的FRP制防音壁的局部剖开的斜视图。图1中,隔音板1由芯材3和位于芯材3两侧面的FRP制的表层材料2构成。
在这种结构中,按体积含有率Vf计、表层材料2是由含有15~60%的增强纤维的FRP构成,这是为了确保作为板材结构体的形状保持和满足所要求的负荷(譬如风压、少量飞来物的冲击等)的强度、刚性而不可缺少的。最好、体积含有率Vf取成30~50%的范围内,这时能保持必要的机械特性(强度、刚性),而且能更合适地防止基体树脂的恶化。此外,还可以含有由CFRP(碳纤维增强塑料)构成的层,相对于表层材料2的厚度比是5%以上。最好是5~20%的范围。借助适当地设计增强纤维的种类和量、基体树脂的种类,能提高板材单位幅度的弯曲刚性,还能提高板的固有振动频率。
可将各种物体用作芯材3的材料、可使用无机质、有机质、污泥干燥物或焚烧灰等材料。例如、作为无机质的材料有铝、铜等金属粉、硅石、硅藻土等硅酸物、氧化铝、云母、粘土等矾土物质、碳酸钙、石膏等石灰质、石墨、碳黑等碳化物,此外还有混凝土(水泥)、灰浆等。特别是如果将铁酸盐颗粒混合到混凝土(水泥)里,由于使其具有能形成电波吸收体板材的机能,因而这种物体较好。而作为有机质材料的有植物性、动物性的棉短绒、亚麻布、木材(粉)、海藻粉末或聚酰胺、黏胶纤维、醋酸盐等合成树脂。而且,污泥干燥物、焚烧灰是作为埋没物体或砖瓦等的填充剂而被部分再循环使用的,由于处理较麻烦,几乎是送往处理场填埋,处理费用很高,但将其作为原料是极便宜的。还可以将减震材料用于芯材3中,可作为减震材料的有粘弹性体(譬如丁基橡胶、氯丁橡胶聚氨酯橡胶等)或者含有其粉末的树脂或液体;此外还有软质氯化乙烯树脂、EVA、沥青等,当然也可将添加了上述层状化合物或针状化合物、粒状和板状化合物的树脂等用作填充剂。这种结构的板材具有较大的振动衰减性(阻尼),特别适用于振动较激烈的场所。
芯材3的形态除了将上述无机质或有机质作为原料的固体、粉末以外,还有将聚氨酯、苯乙烯、苯酚树脂等作为原料的发泡体、水或聚乙烯醇、乙二醇硅等水溶液或凝胶状液体等,也可以用树脂将粉末状物体固紧的。虽然这种芯材3的形态没有特别的限定,但是在使用比重小的形态的发泡体、混入了卷须球或玻璃球等的树脂或轻木属木材等场合下,由于能得到轻量的隔音板,因而这些物体就较好。不管使用那一种,最好是在考虑芯材的价格、重量、特性、处理性等之后进行适当的选择。当然也可以将这些物体组合在一起使用。
本发明的隔音板1是如图1所示的夹层结构的物体,也可以是如下述图15所示的、在FRP制单板的一侧将FRP制增强构件沿着纵横两个方向或任意一个方向、实质上形成一体的加强板结构的物体。虽然并不局限于这些形态,但是最好将板的每单位幅度的刚性取在(0.1~10)×107kg·mm的范围内。其理由是譬如将隔音板设置在规定间隔的支柱上的场合下,就必需确保相对于风压等负荷的强度、刚性。即、当弯曲刚性小于这一范围时,会由乱动现象而使振动变大,反而成为噪声发生源,而且容易引起共振,也就很难确保必要的强度。另一方面,当弯曲刚性大于这一范围时会使单位重量增大,在施工时必需采用重型机械,有损于处理性。
这里将板材的总厚度T与各个表层材料的厚度t1的比例取成5∶1~50∶1的范围内,其理由是当超过这一范围而使表层材料2a、2b的厚度t1加厚时,有损于轻量性;与此相反、当比这一范围薄时,有不能充分得到必要的强度的问题。即、在上述芯材3是固体、低发泡体等场合下、压缩强度和剪切刚性较大时,即使厚度较薄地形成结构体,也能承受上述的负荷,但是在芯材3是粉末、液体等场合下,即、在不能期待压缩强度和剪切刚性的场合下,就必需作成只用FRP部分承受上述负荷的结构体。因此,最好是根据必要的强度或刚性等机械特性而进行表层材料厚度的设计。
板材的整体厚度是与隔音特性相关的,而隔音特性又是与质量法则紧密关联,在板材的整体密度较小的场合下,必需有较大的厚度,如果是比重较大的芯材,由于板材本体较重,因而就可以用较薄的板材形成整体。无论怎样,最好是在考虑了噪声的频带、透过损色程度和成本之后进行设计。
为了得到能使上述的强度·刚性等机械特性、重量轻和隔音性能提高的隔音壁用的板材,已发现板材的单位面积的重量必需是在10~60kg/m2的范围内。重量的调整可借助适当地选择表层材料厚度、芯材的种类和密度而进行。当单位面积的重量比10kg/m2还轻时,由上述质量法则确定的隔音性能显著地受到损失;当单位面积的重量比60kg/m2还重时,隔音效果就变得较好,但较重、处理性较差。
图2和图3表示与图1不同式样的隔音板11、21。图2表示在形成隔音板11的FRP制表层材料12的内壁设有加强肋14、内部具有芯材13的结构。由于隔音板的强度和刚性是结构体的弯曲物理性能,因而不仅使表层材料12的拉伸·压缩物理性能、而且芯材13的切断物理性能都会受到很大影响。因此在芯材13的材料方面,在选择对轻量性较重视的材料的场合下、会有使强度和刚性降低的问题,为了防止发生这种情况,最好在隔音板11的芯材13内设置FRP制的加强肋14。图3表示的是设有加强肋24、内部具有芯材23的结构。上述加强肋24用于将形成隔音板21的、相对的FRP制表层材料22连接起来,为了使图3所示的结构能更轻量化,可以将加强肋24围成的部分形成空洞25。
在这种结构中,最好将高度方向和横向的两个方向上、或者在高度方向和横向的任意一个方向上所设置加强肋14、24的间隔取成10~500mm的范围。其理由是在这一范围内,不需要支柱间的小梁、能确保板材的强度、刚性。加强肋14、24可以沿着高度方向和横向的两个方向、或者高度方向和横向的任意一个方向延长地设置。可根据支柱间隔和加在板材上的负荷、按所要求强度、刚性的方向,适当地考虑支柱配置位置和配置个数之后设置加强肋。加强肋14、24的间隔最好是25~450mm的范围。在这个范围内,能将表层材料12、22的厚度减薄、能更加轻量化、确保必要的面刚性。其中,当芯材13、23是液体状物体或粉末状物体时,最好形成具有这种加强肋14、24的结构。在用树脂等将粉末材料固紧、或者芯材13、23是是发泡物体、木材、水泥或灰浆等物体时,由于其自身具有作为芯材所必要的压缩强度、剪切刚性,因而就不必设置加强肋,最好根据芯材13、23的形态进行设计。借助加强肋14、24的设置,隔音板11、21的强度和刚性就不受芯材13、23的切断物理性能的影响,其结果,就有如上所述能自由选择芯材13、23的材料的优点。
图4表示本发明另一实施方式的FRP制防音壁。表示在隔音板31的外部设有加强板的情况。图4表示一种结构的例子,它是在由FRP制表层材料32、芯材33构成的隔音板31的外部设有实质上形成一体的加强板34。如果采用这种结构,由于加强板34能产生与上述加强肋同样的效果、能提高板材整体的刚性、能使板材的整体厚度减薄,因而能有更加轻量化的优点。
图5、图6、图7、图8表示本发明FRP制隔音壁的安装部和安装结构。图5表示板材之间经由配置在其间的支柱而连接成一体的结构,表示FRP制的隔音板41借助嵌合或插入而安装到金属制或者FRP制等材料所构成的支柱42上的一个实施方式。如果采用这个方法,则有能够在有限的空间里进行设置而不需要复杂的安装结构的优点。而且,由于支柱42是作成将配置在隔音板41两侧面上的部分相互连接成一体的结构,因而能用小型的支柱42、并且能有效、良好地将隔音板41固定地支持。
图6和图7表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁。在图6所示的实施方式中,是与图1所示同样的、由芯材和位于芯材两侧面的FRP表层材料构成的夹层结构隔音板51,在这种隔音板51上、柱体52与隔音板51设置成一体。柱体52延伸到隔音板51的下方,这个延伸设置的部分构成安装到建筑物躯体上的安装部52a。图7表示一个把与图6相同结构的FRP制防音壁61安装到高架桥等建筑物躯体62上的安装结构例子,譬如借助化学合成材料制锚钉63、兼用作柱体的金属板64、螺母65等而固定到建筑物躯体62上。而且图7所示的式样中,安装部是用盖子66覆盖的。有这样的问题,即、混凝土结构物的部分剥离和小片的落下不仅在防音壁部、而且在建筑物躯体本体上都会发生。与防音壁不同,替换建筑物躯体的作业不容易进行。但由于这种剥离和落下不会影响建筑物躯体本身的强度和耐久性,因而只要能防止向地上落下就可以。图7所示的实施方式是为了防止从建筑物躯体62剥离的混凝土小片向地上落下,作成能卸下的盖子66,这样、就可以容易地检查有没有发生混凝土剥离。而且可根据需要、能容易地进行修补。盖子的材料没有特别的限定,但最好做成与本发明的防音壁相同的FRP制,由此,能做成轻量、容易卸下的,而且能做成具有优良的表面外观性的盖子。
如图7所示,柱体64可以由金属构成,用金属构成柱体64的好处是与FRP制的场合相比,即使形状相同,一般情况下、金属制的有较高的强度,因而如图所示,防音壁的里侧不用设置安装部等的突出,能容易地进行空间效率好的形状设计。但由于一般每单位重量的强度比FRP制的差,因而会使重量增加。因此也可以如图6所示地形成FRP制的柱体52。
图8表示本发明又一实施方式的FRP制防音壁。在本实施方式中,做成在隔音板71的下部实质上具有一体化的安装部72的结构。安装部72做成三角形状,譬如用化学合成材料制锚钉73、金属板74、螺母75等固定到建筑物躯体76上,只要用螺栓、螺母等适当紧固件能固定到具有混凝土面或金属面等的躯体上就可以。所用的固定机构、形状、材料、尺寸等没有特别的限定。这种结构适用于高架桥那样在建筑界限上存在限制,不能向外部鼓出的一些场合。而将防音壁用板材安装到建筑物躯体上的方法,除了上述实施方式的用连接件的安装方法之外,譬如还可以用树脂系粘接剂将安装部粘接结合到建筑物躯体上、或者可用灰浆打入而将安装部埋入地设置等方法。不必受本实施方式局限,最好根据安装状况和场所的不同、选择适当的安装方法。
图9、图10、图11是关于本发明FRP制防音壁中的隔音板的断面形状,表示除了图1所示的平板形状之外还可以采用的种种形状,无论对板材的横断面、纵断面形状中的任意一个,都可以采用这些断面形状。图9是呈现波形断面的隔音板1a、图10是呈现帽子形断面的隔音板1b、图11是呈现圆弧形断面的隔音板1c。板材的断面形状也可以是其他的形状,没有特别的限定。最好是在考虑了作为结构体的刚性、景观、外观设计性等情况之后进行适当地选择。
图12是表示将本发明隔音板81的表面形成设有随机的凹凸的粗糙面的例子,图13是将上述粗糙面部分放大地表示的断面图。
图中所示的防音壁由隔音板81和作为安装部的柱体84构成,而隔音板81由芯材83、位于芯材83两侧面的FRP制表层材料82构成。至少隔音板81的外侧的表层材料82或者附加在它外侧的那层表面形成粗糙面85。粗糙面85是形成随机地配设着凸部和凹部的凹凸面,而且是凹部和凸部的高度之差的平均值为0.5mm以上的粗糙面。形成粗糙面85的FRP制表层材料如图13所示,至少具有为了形成粗糙面85的层86和为了得到强度和刚性的层87的2层,还可以在上述层86的外侧(最外侧)形成主要是为了提高外观(外观设计性)、以及防止紫外线引起的树脂劣化性能的着色层88。这样,由于分成各个层,因而在为了得到强度·刚性的增强纤维的取向上就不会发生由表面凹凸的影响而引起的弯曲,能防止强度降低。而由于层86不需要强度,所以是含有能容易地形成粗糙面85的譬如垫子状的增强纤维的层;层87和上述表层材料2同样,为了得到强度和刚性而用一个方向的基体材料或织物基体材料等增强纤维构成的;着色层88是譬如由2种颜色以上的凝胶漆层或含有颜料的树脂等构成的。
为了形成凹凸面,可以用一种将橡胶等弹性体铺设在成形模具里进行复制的方法,也可以用一种预先将成形模具的成形面形成这凹凸图案的模具,当使用弹性体时,有只替换弹性体就能形成各种模样凹凸面的优点。而由于在表面上形成了粗糙面85,因而即使直射的日光入射到该表面上,也使其反射,由此就不会使通行者或附近居住者感到刺眼。此外,由于用着色层覆盖表面,因而不仅能提高外观美感的设计性,而且能将紫外线引起的FRP部的劣化抑制在最小限度,能使其适合于室外使用。
图14表示本发明另一实施方式的FRP制防音壁,图15表示与图14所示的防音板的式样不同的FRP制防音壁。
图14所示的实施方式中,隔音板91被做成由芯材93和配置在芯材两面的FRP制表层材料92构成的夹层结构,它是做成在隔音板91的两面或一面设有吸音体94、并设有覆盖该吸音体94的有孔板95的结构。在图15所示的实施方式中,隔音板101是被做成在FRP制单板102的一侧面上、在纵横两个方向或者在其中任意一个方向上,将FRP制增强构件103实质上形成一体的加强板结构,它是做成在隔音板101的两面或者一侧面上设有吸音体104、并设有覆盖该吸音体104的有孔板105的结构。如上所述,作为隔音性能的指标的音响透过损失基本上是服从质量法则,质量越大的损失越大。但在没有设置空间而要更接近住宅地形成防音壁时,就有重量等的限制;在进一步要求作为隔音壁的隔音性能的场合下,在FRP制防音壁只是上述的隔音板结构体时,自然有防音性能的界限。于是,借助合并使用由隔音板构成的防音壁和吸音体,使从有孔板部方向入射的声音,由吸音体的多孔质材料内的空气层的弹力形成的振动系统将入射的声音能量吸收,使音压等级缩小,而且,外层的隔音板部根据质量法则、由振动系统进一步使声音的能量减小,能提高防音效果。
一般,用于上述吸音体中的吸音材料的吸音特性是根据声音的入射角度而变化,吸音材料的吸音率(α)是用透过的能量(It)与由材料内部吸收的能量(Ia)之和相对于入射到材料表面上的声音能量(Ii)的比(α=(It+Ia)/Ii)定义的。吸音材料根据它的结构(厚度、空隙量等)和外观而分类,由多孔质材料(由棉花状态的矿物纤维构成的岩石棉或石棉、由玻璃纤维构成的玻璃棉、或者将这些物体组合的毛毡状物体或构成软质氨基甲酸乙酯泡沫的海绵等)、板状材料(胶合板、石棉水泥、石膏板等)、或者这些材料开了孔的板材构成,由于多孔质材料是一种在较宽的频带上都具有大的吸音率的材料,因而成为主要的吸音材料。这里顺便将玻璃棉作为一个例子、观看吸音率的变化,在125Hz~4KHz的可听频带中、厚度13mm的物体,具有5~70%的吸音率;厚度75mm的物体,具有30~90%吸音率;板状材料与厚度无关、约是50%。即、使用吸音体的目的是减少由材料反射的反射声音,以上述的棉花状物体、泡沫、毛毡、无纺布等多孔质材料为好,在较宽的频带上呈现大的吸音效率。此外、也可用开了孔的石膏板等、或者将这些物体组合,最好根据吸音的频率进行适当的选择。厚度最好在10~80mm的范围内。
上述吸音材料是能产生使音压衰减作用的物体,单独使用时的隔音性能较低,借助与隔音构件合并使用,能使隔音性能改进,通常是粘贴在无机板的背面或混凝土壁上而使用。因此,作为FRP制隔音板91、101,从噪声发生源一侧观看,最好按照有孔板95、105、吸音体94、104、隔音板91、101的顺序进行配置。在两侧都有噪声发生源的场合下,当然就按照有孔板、吸音体、隔音板、吸音体、有孔板的顺序。
FRP制有孔板是有防止由下述多孔质材料构成的吸音体的吸音材料飞散作用的物体,厚度只要1~3mm就可以,由于有图14、图15所示的开口部96、106,不使材料表面上的声音反射,是一种用吸音体能高效地使声音入射能量衰减的覆盖物,因而就需要有一定强度,但是开口率在50~90%范围即可。这里,有孔板的开口率是用进行穿孔或挖取成矩形部分的面积被没有进行穿孔或挖取的面积除的比例加以表示的。但是,在有孔板是将吸音体形成高密度的毛毡状、板状的物体、其本身就能保持形状和具有一定强度的场合下就不一定需要上述的强度。
图14、图15中表示有孔板的格子状结构体,只要是开孔板等形态就可以,形状、结构是自由的,没有特别的限定。但必需注意,开口率小的、声音的反射就较多;开口过份大、就很难确保必要的强度。本实施方式中的有孔板的材料是FRP制,但这不是特别的限定,既可以是FRP制、也可以是金属制,而从耐久性、耐腐蚀性、轻量性等观点出发、最好是FRP制。
由上述两个实施方式构成的防音壁具有如下所述的大致2个效果。
效果之一,由于隔音板是由FRP组成的表层材料和芯材构成,因而与混凝土或铁等一般的金属相比、比强度较高,使其具有作为防音壁必要的强度,能大幅度地减轻重量,而且由于能将其作成有简单的良好处理性的形状,因而能不用重型机械等专用架设装置就能进行向高空的设置。而由于将本发明的防音壁用于铁道或道路的高架部分的场合下,能使设置在高处的结构物大幅度地轻量化,因而与增强高架桥的支柱同样地能提高高架桥的耐震性能。而且、与铁或铝合金等金属相比、由于FRP是经过适当地选择塑料的材质,因而能提高对水分或化学药品的耐腐蚀性、就不必进行防止生锈涂装等的维护保养。但是,由于塑料在紫外线的作用下会渐渐地劣化、使强度等物理特性降低,因而在室外长期使用的场合下,如上所述地、用有色粘胶漆涂层覆盖、涂装表面,就能防止紫外线向结构体内部的侵入。由于是FRP,因而具有在成形的同时在表面上一体地形成粗糙面的优点,不仅能避免由反射光形成的晃眼,而且能利用FRP的复杂形状的成形自由度、容易地形成以前混凝土制或金属制的制品所没有的、外观设计性极高的表面,能得到外观上极好的结果。
第2个效果是在安装空间有限的场合下;因建筑物躯体的强度对防音壁整体的重量有限制的场合下;在没有侧道、由于民宅或公寓大楼接近高架桥而需要采取噪声对策的场合下;在需要降低由高速车辆的行进而形成大的噪声的场合等状况下,由于在隔音板的两面或一侧面设置了吸音体,因而相对入射的声音、由吸音体的多孔质材料内的空气层的弹力形成的振动系统将声音能量吸收而使其衰减,使音压的等级缩小,而且由外层隔音板部的根据质量法则形成的振动系统使音压进一步缩小,就能提高防音效果。
图16表示本发明又一实施方式的防音壁。
图16中,在下部延伸地设置有具有安装到建筑物躯体上的安装部的支柱112的隔音部111的顶部上、设有向噪声发生源方向(在本场合下、是向内侧)延伸的折回部113,这个折回部113是与隔音部111一体成形的。这样向内侧折回的形状由折回部113使声音折回,从而具有能使朝前面侧传播的声音降低的效果,因此能进一步提高防音效果。
图17表示一个将多个本发明的防音壁连接时的一种形式。
图17中,使邻接的隔音板121部分重合地、在各个隔音板121的侧端部设置能使它们相互重合的重合部122。在被连接的多个隔音板121上设有支柱124,其具有安装到建筑物躯体123上的安装部。各个支柱124借助譬如化学合成物的锚钉125、螺母126等固定到建筑物躯体123上。在本实施方式中、将重合部122作成有隔音板121一半厚度的台阶结构,借助使重合部122相互重合,相互邻接的隔音板121之间就构成接缝部。在重合部122相互之间预先形成一些间隙,在这间隙里可配置填充材料、譬如由海绵或其他密封材料或者密封剂构成的填充材料、以及其他构件,使密封性能提高。由于形成这样的结构,因而就能提高由连接的一系列防音壁形成的外观,能使防音效果进一步提高。虽然在本实施方式中、重合部122是形成彼此相互重合的结构,但是也可以作成在邻接的隔音板的端部设有分别由凹部和凸部构成的嵌合部的形式。而且、如果以较短的规定间隔设置安装用的支柱(譬如由H型钢材构成的支柱),则没有上述实施方式所述的重合部也没有关系。在这种场合下、可使H型钢材的凸缘部之间具有彼此相互连接的作用。
图18表示本发明另一实施方式的防音壁。
图18所示的防音壁由隔音板131和隔音体135构成,上述隔音板131由芯材133和位于其两侧的FRP制表层材料132构成;而隔音体135由透光性材料134构成。可将譬如聚碳酸酯、增强玻璃、丙烯腈系等用于透光性材料134,但是,其中以延伸率较大、能形成薄壁的聚碳酸酯为好。在防音方面、最好聚碳酸酯的板厚是5mm以上,为了提高耐气候性也可粘贴耐气候性薄片。在本实施方式中、隔音体135是用譬如铝材等金属框架136保持,在隔音板131的下部设有L字形的安装部137。而且、遍及隔音板131和隔音体135地设置着用于支持它们的柱体138,柱体138是与隔音板131形成一体的。柱体138也可以做成不是一体成形、而是机械的接合结构。此外、在隔音板131下端部折弯成L字形的部分上,也成一体地设有柱体138,构成安装部137的一部分。而且在隔音板131内、还成一体地设有增强肋139。在这种结构的防音壁中、由于设有由透光性材料134形成的透光部,因而能使防音壁增高、能使隔音性能改良、也不会阻碍乘客的视野、能避免影响住宅或大楼居住者的日照。采光部做成在隔音板上设置开口部、并嵌入上述透光性材料的结构可减少部件的数量。
本发明的防音壁并不局限于上述各个实施方式的结构,最好是根据安装场所、安装方法、附近景观、噪声等级等条件、在考虑最合适的形式、安装方法、表面外观设计性等基础上,进行适当的选择或者组合。
下面,对本发明FRP制防音壁的制造方法进行说明。
本发明的防音壁用隔音板制造方法可以用譬如手工铺叠成形方法、高压釜方法等一般的FRP成形方法中的任意一种进行成形。还可以把由普鲁托尔-麇(プルトル-ジョン)方法等连续成形方法加工成形了的各个构件切断成适当尺寸之后、借助结合、组装而形成的方法。但是,一体成形较容易、而且纤维含有率较高,能容易地达到轻量化,即、最好采用RTM方法或RIM方法、或者采用这样的成形方法,即、将成形部位减压的同时配置注入树脂的扩散材料的一体成形方法(SCRIMP方法)等。譬如在芯材上、形成玻璃纤维织物和碳纤维等单向织物等构成的增强纤维叠层、把比重为0.03~0.1的硬质聚氨酯发泡体或比重是0.1~1.0的木质芯材(譬如轻木材料或法鲁克塔材料)等配置在成形模具的腔室内之后,将腔室内形成真空、而且注入阻燃性的不饱和聚酯树脂等基体树脂、并使其硬化的方法。
如果采用这种成形方法,就有这样的好处,即、能提高纤维体积含有率;能以较低的成本制造强度、刚性高的成形体。而且能如本发明那样地、在进行隔音板成形的同时形成金属制或FRP制的柱体,因此这种成形方法是较好的方法。
本发明人发现,为了将表层材料做成一定厚度、并能得到与现有混凝土制防音壁相同程度的隔音性能,在芯材是发泡体的场合下,其必需是50mm以上;在芯材是木质芯材的场合下,其必需是35mm以上,即使是发泡体芯材、也可使其具有能耐单位面积是300kg/m2~400kg/m2的风压的强度和钢性。还发现、在木质芯材的场合下,由于剪切刚性特别高,因而对整个板的弯曲强度进行测定时、得到了与发泡体芯材相比大约是3倍的强度,适合使用在板材上承受的荷重更高的场合。
而且,如果采用上述成形方法,能容易地将加强肋形成一体。例如、将形成加强肋用的增强纤维预先卷绕在芯材上,在形成表层材料的同时使其含浸树脂就可以。这样,就能得到比粘接形成的结合更加稳定的、高的层间强度。作为制得隔音板的方法,除了上述的方法以外,还可以使用譬如SMC基体材料、将隔音板分成前面部分和背面部分而分别地形成之后,用粘接剂或机械结合等方法将前面部分和背面部分粘合而制成中空板,将规定的芯材填充到中空板的空隙部里;还可以借助譬如将内压加在吹制的中空成形体或气球中、将其作为芯材,将规定的芯材填充到成形制得的中空结构的表层材料的内部。
最外层上可形成着色层,其主要是为了提高外观性能(提高外观设计性),它还具有能防止由紫外线引起的树脂劣化的性能,这种着色层可以用喷雾器等工具将譬如2种颜色以上的凝胶体涂层或含有颜料的树脂等喷涂而形成。在喷涂凝胶体涂层的场合下,由于是预先与形成表层材料同时地在成形模具里进行喷涂的,因而实质上具有一体化紧密粘接的优点。这时,由于在表层材料的由单向基体材料或织物基体材料构成的增强纤维层和凝胶体薄层之间配置了200~450g/m2的衬垫基体材料(譬如由玻璃纤维构成的高标度单纱衬垫),因而能进一步提高与表层材料的紧密粘接性。
另一方面,将含有粘度是5~25dPa·s的高粘度颜料的树脂喷涂到表层材料的表面上,也能形成0.5mm以下的凹凸面,但是必需充分脱脂,由于密接性比凝胶体涂层差,因而必需注意。
而且,附随着衬垫基体材料的着色层是可以预先成形的,可以在成形出隔音板之后、用粘接剂、或者借助至少与基体树脂相同的树脂,从后面粘贴而形成。
此外,在将附随着衬垫基体材料的着色层形成外观设计面的场合下,即、使衬垫基体材料层形成不需要强度的、是为了形成粗糙面的层、而形成是0.5mm以上凹凸面的场合下,由于如上所述、能分成具有强度·刚性的层和外观设计层等不同的层,因而在用于得到强度·刚性的增强纤维的取向上、不会发生由表面凹凸的影响而引起的局部弯曲,能防止板材的强度降低。为了形成凹凸面,可采用将橡胶等弹性体铺设在成形模具里而进行复印的方法,也可以采用那种预先在成形模具的成形面上形成这凹凸图案的模具;由于使用弹性体时、只替换弹性体就能形成各种各样的凹凸面,因而这种方法较好。形成外观设计面的方法可以用譬如预先将印刷过的热可塑性薄膜粘贴到表层材料的表面上而得到外观设计面。
那种在FRP制的隔音板的两面或者一个侧面设置着吸音体、并设有覆盖该吸音体的有孔板的结构的FRP制防音壁也可预先如上所述地成形出隔音板、用FRP制的有孔板、使用小螺钉等把譬如由多孔质材料构成的有规定厚度的玻璃棉、机械地与隔音板结合而制得。其中、上述有孔板可这样制得,即、在使织物基体材料和玻璃纤维构成的基体材料交替地含浸树脂的同时使其叠层、硬化而制得板材,通过机械加工在该板材上进行穿孔就能制得;也可以在格子状的模具中、在将单向纤维拉齐的同时进行成形而制得,用这些方法以外的其他方法也能达到目的。
实施例下面,基于实施例来说明本发明。
实施例1将碳纤维的单向织物和玻璃纤维0/90°织物叠层而作为FRP制表层材料的增强纤维,为了形成加强肋还配置玻璃纤维0/±45°的多轴织物,将30倍发泡硬质聚氨酯发泡体用作芯材,用真空注入含浸成形方法、使其含浸添加了溴系列的卤化有机物(DBDPO)20份的阻燃性不饱和聚酯树脂、并进行硬化,从而制得如图8所示的高度是1525mm、幅度是990mm、防音部的总厚度是56mm的FRP制防音壁用成形体。这时的结构体(与下述的实施例4的板材2相同)的总重量是20.6kg、单位面积的重量是13.6kg/m2。
将这个成形体本体安装在机架上、使隔音板71成为水平,用大型的万能试验机、从垂直的上方把压缩荷重施加到隔音板71上,在荷重为20kN时、与隔音板71一体成形的安装部72的根部分破坏。该荷重值除以隔音板防音部的面积,大约得到13kN/m2,被判定为对风形成的输入风压具有充分的强度。从这个隔音部71的成形体切出200mm见方的试样,测定相对于白噪声的隔音性能,透过损失是13dB。对总厚度是100mm的混凝土块进行了同样测定,所得到的结果是透过损失为22dB。
实施例2使用同样的基体材料结构和树脂,并采用在具有安装部的柱体上设有100mm×50mm的矩形断面积的壁厚2mm的SUS304制(不锈钢制)管子,使其延伸到隔音部的顶部而一体成形。这时,使碳纤维0°织物的纤维方向相对于构成柱体的SUS304制管子的方向形成90度的角度,而且、在与其相同的方向上、以320mm间距隔开的4个部位配置肋。两端形成如图17所示的重叠部。这样,就能制得隔音板的高度是1600mm、保括两端重叠部的全部幅度是1040mm的FRP制防音壁。安装用的柱体形成突出在隔音部下部400mm的如图6所示的形状。制得的FRP制防音壁的总重量是42kg、防音壁单位面积的重量是25.2kg/m2。
将这种成形体主体安装在混凝土制的建筑物躯体上、使隔音板成为水平,用大型的万能试验机、从垂直的上方把压缩荷重加载到隔音板上,加载到5kN时将荷重除去,在结构体上未发现变化。加载到荷重为7kN时将荷重除去,确认构成安装部的SUS304管子有稍稍塑性变形。而且7kN的荷重值除以隔音板防音部的面积,大约得到4.4kN/m2,被判定为对风形成的输入负荷具有充分的强度。关于透过损失、由于隔音板的结构与实施例1大致相同,因而具有同样的性能。
实施例3在与上述同样的基体材料结构的隔音板的背面设有作为吸音体的厚度是13mm的玻璃棉,此后将具有95mm×22.5mm长方形开口部的开口率为85%的厚度是2mm的FRP制的成形板、借助高度是13mm的衬垫、用自攻小螺钉将其安装到隔音板本体上。使用与上述相同条件、测定透过损失、得到5dB的隔音性能改善效果。这个板的总重量是53kg、单位面积的重量是32kg/m2。
实施例4实施例1~3只讨论重量和隔音性能,为了讨论本发明隔音板的弯曲刚性、挠度和强度与板的厚度之关系,除了表层层的厚度、芯材的种类、芯材的有·无、芯材的厚度等条件以外,在与实施例1同样的条件下、使用表1所示基体材料,制作图19所示结构的隔音板和单板。接着,支承起这些试样、使它们的跨度是隔音板和单板总厚的40倍,将跨度之间分成3等分而进行4点弯曲试验(荷重加载速度是5mm/分),测定强度和变形量。在整理弯曲试验结果时,将厚度比β、耐力比η、变形度Δ如下所述地定义之后、将它的试验结果汇总在表2中。
厚度比β=总厚度T/(2×表层材料厚度t1)耐力比η=破坏时的弯曲力矩(kg·m)/风荷重300kg/m2(2940N/m2)时的弯曲力矩变形度Δ=风荷重300kg/m2(2940N/m2)荷重加载时的挠度δ(mm)/试验时的支持跨度L(mm)重量与透过损失有关、耐力比与强度(=安全率)有关、弯曲刚性和变形度是与结构部分物质的挠度有关,特别是当变形度较大时、由风压作用而使隔音板自身乱动,这就形成噪声的发生源。
图20是表示根据质量法则进行计算、求得透过损失(dB)的图表。图21、图22、图23图24是用横轴表示厚度比、用纵轴表示耐力比、单位重量、变形度、每单位幅度的弯曲刚性、表示上述表2所示结果的图表。根据这些结果、对隔音板是否满足必要的设计目标、分别地进行判定。其结果表示在表3中。单位幅度的弯曲刚性的必要条件是与本发明的权利要求5有关、厚度比的必要条件是与本发明的权利要求7有关的。
由这些图表所示的结果可知,(A)实施例4的隔音板1、隔音板2(=与实施例1相同结构)、隔音板3、隔音板4、与单板1一起,如果单位重量是10kg/m2以上,则在全部频率范围内、透过损失特性都清楚显示了其是满足目标值的。
(B)实施例4的隔音板1、隔音板2、隔音板3、隔音板4,作为机械特性的强度(=耐力)·刚性与耐力比η、单位幅度的弯曲刚性E1、变形度Δ等都是满足设计目标值,而即使重量大致相同,使用单板不能达到目标值。由此可见、如上所述的夹层结构是适用于隔音板的结构。由变形度可见、如果每单位幅度的刚性有(0.1~10)×107(kg·mm)的范围,则表示将变形抑制成较小。但是、隔音板3是轻量的夹层隔音板,耐力比(=安全率)是1.1;万一、在风的荷重是比300kg/m2(2940N/m2)大的场合下、设想为400kg/m2(3920N/m2)时,则不能达到强度。由此可见、用相对的表层材料的厚度t1的总和除总厚度T的厚度比β必需是5∶1以上。
表1

表2

表3○设计式样合格/×设计式样不合格

( )内是单位面积的重量kg/m2比较例1A种试样是具有基本同样的防音性能的总厚度为100mm的轻量混凝土块、每单位面积的重量是100kg/m2。与这样的轻量混凝土块相关地、将1个宽度是390mm、高度为190mm、厚度为100mm的混凝土块沿着高度方向、叠积8级(总高度1520mm);沿着宽度方向多个连接而构成现有的铁道高架桥混凝土块制防音壁,用噪声计在离开防音壁6m的部位测定列车通过时的噪声,测定的结果是71dB。将这防音壁高度保持1520mm原封不动、每隔宽度800mm将其切断并拆除。这时,测定的重量是134kg、每单位面积的重量是110kg/m2。
此后,设置实施例1所示的总重量为20.6kg、单位面积的重量是13.6kg/m2的,高度为1525mm、宽度是990mm、防音部的总厚度为56mm的FRP制防音壁24m,在与上述相同的条件下、测定列车通过时的噪声,测定的结果是70dB,这证明是同等的性能。
比较例2在按2000mm间隔设置的金属制支柱上、将1个宽度为1980mm、高度为600mm、厚度为60mm的板作3级叠积(总高度1800mm)、沿着幅度方向将多个板连接地安装而构成防音壁,防音壁的隔音板部分使用挤压成形水泥板(每单位面积重量70kg/m2).。因破裂等关系而进行替换,在替换之前,用与上述同样的方法、对列车通过时的噪声进行噪声测定,测定的结果是75dB。制作并设置如上述实施例2所示的在宽度方向的两端部插入金属管而构成的扁平状的FRP制防音板(每单位面积的重量24.2kg/m2、宽度1980mm、高度900mm、防音部的总厚度T是56mm)。此后、同样地测定列车通过时的噪声,测定的结果是72dB。在替换前后、能得到大致相等的隔音性能。
比较例3制作实施例4所示的单板2,它的单位面积的重量是6.8kg/m2、由图20所示的透过损失曲线图可见,不能满足作为目标的隔音性能。而同样的单板、单位面积的重量是10kg/m2以上的,则能满足隔音性能。
产业上的利用可能性如果采用本发明的FRP制防音壁用板材和使用这种板材的FRP制防音壁及其制造方法,由于作为它的主要结构部分的隔音部是有强度、延展性的FRP制,因而就不会如以前的混凝土制防音壁那样的脆性材料所特有的由小的反复输入风压力的作用而引起龟裂加剧,进而能防止剥离的发生和由于腐蚀而形成的小片的落下。因此能提供一种最适用于铁道和道路的、没有剥离和劣化问题的防音壁。
如果采用本发明的FRP制防音壁用板材和使用这种板材的FRP制防音壁及其制造方法,由于与混凝土或铁等一般的金属相比、比强度较高,仍旧有作为防音壁所必要的强度,因而能大幅度地减轻重量,其结果是在高架桥等设置场所也不要搬入用于吊起的重型机械等设备,能容易地进行高处的设置。
如果采用本发明的FRP制防音壁用板材和使用这种板材的FRP制防音壁及其制造方法,由于在这结构体本体的下部设有安装到建筑物躯体上的安装部,因而由其自身就能单独地设置在建筑物躯体上,与那种另外需要支柱或横木条的一般结构的防音壁相比,用于设置的人工和时间就较少。还由于将其作成这样的结构,即、在隔音板的两面或一个侧面上设有吸音体、设有覆盖这吸音体的有孔板的至少3层结构,因而在没有设置空间、要更接近公寓大楼或住宅、对隔音壁的重量有限制等、对隔音壁的隔音性能提出更高要求的场合下,借助将隔音板构成的防音壁和吸音体合并地使用、能将防音效果进一步提高。
权利要求
1.一种FRP制防音壁用板材,由芯材、位于芯材两侧面的FRP制表层材料构成,其特征在于,其每单位面积的重量是在10~60kg/m2的范围内。
2.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,FRP制表层材料的基体树脂是由含有阻燃剂和减震剂等两方或其中任意一方的热可塑性树脂或热固化树脂构成的。
3.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,FRP制表层材料的增强纤维是从玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等中选择出的至少一种构成的。
4.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,FRP制表层材料中的增强纤维的体积含有率是在15~60%的范围内。
5.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,每单位幅度的弯曲刚性是在(0.1~10)×107kg·mm的范围内。
6.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,由FRP构成的部分的总厚度的5~20%是由含有碳纤维作为增强纤维的FRP层构成的。
7.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,板材的总厚度T和各个FRP制表层材料的厚度t1的比T∶t1是在5∶1~50∶1的范围内。
8.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,在板材的纵向和横向、或者在其中任意一个方向上,以10~500mm范围内的间隔设置有将相对的FRP制表层材料结合成一体的加强肋。
9.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,板材的纵断面或横断面是作成波形、帽子形、或圆弧形的。
10.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,板材的至少一面形成随机地配设凸部和凹部、并且凸部和凹部的高度差的平均值是0.5mm以上的粗糙面。
11.如权利要求10所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,上述粗糙面形成光的乱反射面和/或光的吸收面。
12.如权利要求10所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,上述形成粗糙面的FRP制表层材料至少具有形成粗糙面的层和用于获得板的强度和刚性的层的2层。
13.如权利要求10所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,上述形成粗糙面的FRP制表层材料具有作为最外层的着色层。
14.如权利要求13所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,上述粗糙面由砌砖模样等有色凝胶体涂层覆盖。
15.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,由具有50~90%开口率的有孔板构成。
16.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,由隔音板部、吸音体和FRP制有孔板部的至少三层结构构成。
17.如权利要求16所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,隔音板部由将芯材内包在相对的FRP制表层材料之间的夹层结构体构成。
18.如权利要求16所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,隔音板部由加强板结构体构成,所述加强板结构体在FRP制单板的一侧面或两面上设有沿着纵横两个方向或其中任意一个方向实质上与FRP制单板形成一体的FRP制增强构件。
19.如权利要求16所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,吸音体是由多孔质材料构成的。
20.如权利要求16所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,在板材的顶部设有向内侧延伸的折弯部、该折弯部与隔音板部一体成形。
21.如权利要求16所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,隔音板部由用FRP制表层材料和芯材构成的FRP制防音部用隔音板FRP、和由透光性材料构成的防音部用隔音板构成。
22.如权利要求21所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,透光性材料是由聚碳酸酯、增强玻璃、丙烯基中任意一种构成的。
23.如权利要求1所述的FRP制防音壁用板材,其特征在于,芯材是由无机质、有机质、污泥干燥物或焚烧灰的材料构成的。
24.一种FRP制防音壁,其特征在于,由权利要求1~23中任意一项所述的FRP制防音壁用板材和支柱构成,上述支柱是支持该板材、而且下部具有安装到建筑物上的安装部。
25.如权利要求24所述的FRP制防音壁,其特征在于,板材之间由配置在其之间的支柱彼此连接成一体。
26.如权利要求24所述的FRP制防音壁,其特征在于,在板材的侧端部设有重合部,用于使板材彼此部分重合。
27.如权利要求26所述的FRP制防音壁,其特征在于,在邻接的板材重合部分之间填充有充填材料。
28.如权利要求24所述的FRP制防音壁,其特征在于,在板材或支柱的外侧固定有加强板。
29.一种FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,防音壁用板材由下述方法成形(A)将构成成形品表面的表层材料的增强纤维配置在成形模具内,在其上配置具有使注入树脂扩散的树脂流路的芯材之后,在其上配置构成成形品背面的表层材料的增强纤维,使成形模具内减压,并将基体树脂注入到上述树脂流路中使其含浸·硬化的成形方法;或者(B)将构成成形品表面的表层材料的增强纤维在含浸了基体树脂的状态下配置在成形模具内,在其上配置芯材,之后,将构成成形品背面的表层材料的增强纤维在含浸基体树脂的状态下配置,将成形模具内减压,并使基体树脂硬化的成形方法;或者(C)将构成成形品表面的表层材料和构成成形品背面的表层材料分别成形之后,将两个表层材料粘合而形成中空结构体,将芯材填充到该中空结构体的空隙部中;或者(D)实质上将构成成形品表面的表层材料和构成成形品背面的表层材料同时形成,形成中空结构体,将芯材填充到该中空结构体的空隙部中。
30.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,通过在作为外观设计面形成的成形模具的成形面上付予凝胶体涂敷层之后进行防音壁用板材的成形,在该防音壁用板材的至少一个面上实质上形成与FRP制表层材料的层成一体的外观设计面。
31.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,将具有外观设计面的FRP制表层材料板粘贴到上述防音壁用板材的至少一个面上。
32.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,将具有外观设计面的热可塑性薄片粘贴到上述防音壁用板材的至少一个面上。
33.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,在成形出上述防音壁用板材之后,在该板材的表面上设置高粘度树脂的层,将该树脂层的表面形成具有凹凸的外观设计面。
34.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,在配置由增强纤维和芯材构成的基体材料时,将FRP或金属材料构成的柱体插入芯材部,将该柱体与板材形成一体。
35.如权利要求29所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,使用一种至少将一面形成凹凸面的成形模具,借助对模具的凹凸面进行复制、将成形品的表面形成粗糙面。
36.如权利要求35所述的FRP制防音壁的制造方法,其特征在于,用具有弹性的材料形成成形模具的凹凸面。
全文摘要
本发明提供一种FRP制防音壁及其制造方法,这种防音壁由芯材和位于芯材两侧面的FRP制表层材料构成、由每单位面积的重量在10~60kg/m
文档编号E01F8/00GK1464933SQ02802409
公开日2003年12月31日 申请日期2002年5月15日 优先权日2001年5月17日
发明者伊藤俊弘, 越智宽, 加藤彻, 小谷浩司, 田中慎太郎, 吉村康辅, 越智厚, 三谷公夫 申请人:东丽株式会社

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