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“以前過這條隧道，噪聲刺耳。改造后，噪聲沒了，隧道廣播也聽得清?！?2月24日，山西陽泉市民李先生駕車駛出陽泉南外環(huán)一號隧道后告訴科技日報記者。

“南外環(huán)一號隧道用了我公司研發(fā)的多孔陶瓷材料吸聲板，不僅降低了噪聲和混響時間，還提升了隧道內(nèi)語音清晰度。”山西天合新材料科技有限公司（以下簡稱“山西天合”）董事長張鎖貴說。據(jù)介紹，山西天合歷時8年研發(fā)出國內(nèi)首款用工業(yè)廢渣制備的多孔陶瓷材料，該材料具有吸聲降噪、吸光、吸波等功能，首次應用于公路隧道，填補了國內(nèi)相關領域空白。

研制“會呼吸的石頭”

噪聲無處不在，在隧道等區(qū)域尤為嚴重，不僅影響健康，還有安全隱患。“傳統(tǒng)隧道吸聲材料如玻璃棉等纖維材料，易吸潮發(fā)霉、粉化脫落；泡沫鋁等金屬材料造價高，不適合大規(guī)模推廣。因此，亟需一種既耐久又環(huán)保的新型吸聲材料?！睆堟i貴說。

基于市場需求和陽泉當?shù)孛喉肥⒎勖夯壹肮I(yè)廢渣豐富的實際，2017年，張鎖貴帶領團隊與景德鎮(zhèn)陶瓷大學教授孫國梁及國內(nèi)建筑陶瓷領域?qū)＜液献鞴リP。

耐火磚和火山巖的性狀為研發(fā)提供了啟發(fā)?！盎鹕綆r有天然孔洞，橫切面可見內(nèi)部由蜂窩狀氣孔構(gòu)成，孔洞相通，能吸聲降噪、吸附塵埃。若將這些特性‘移植’到新型建筑材料上，或可解決噪聲問題?！睆堟i貴說。

經(jīng)過數(shù)千次試驗，團隊找到了用工業(yè)廢渣生產(chǎn)多孔陶瓷材料的工藝。“我們創(chuàng)造性地采用釘板打孔機、造孔劑和發(fā)泡劑三種成孔方式，使陶瓷材料具有管狀氣孔、多點開口球形氣孔及閉口球形氣孔三種孔結(jié)構(gòu)，形成穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)、微穿孔共振吸聲結(jié)構(gòu)和薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。”山西天合總經(jīng)理荊國梁說，通過特殊工藝，這款陶瓷材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)由大、中、小、微四種孔構(gòu)成，孔孔相通，能有效捕捉和吸收聲波，吸聲性能良好，達到設計要求。

歷經(jīng)8年，多孔陶瓷材料完成實驗室試制、小規(guī)模中試，解決了工業(yè)化生產(chǎn)的關鍵技術問題，研發(fā)了配套生產(chǎn)設備，并形成生產(chǎn)工藝標準和技術規(guī)范。山西天合就“一種多功能生態(tài)外墻及其制備方法”申請并獲得國家發(fā)明專利2項、實用新型專利1項；通過PCT途徑，獲得美國知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)。

多孔陶瓷材料以煤矸石、粉煤灰、工業(yè)廢渣等為原料，成本低廉。荊國梁說：“制備過程無有害物質(zhì)排放，且可循環(huán)使用，符合低碳經(jīng)濟發(fā)展趨勢?！?/p>

工業(yè)固廢經(jīng)獨特配方和工藝成為多孔陶瓷材料?！霸摬牧舷瘛畷粑氖^’，內(nèi)部是多級孔洞結(jié)構(gòu)。聲波進入材料表面密布的微孔后，在孔道內(nèi)反復摩擦、碰撞，聲能轉(zhuǎn)化為熱能耗散，有效吸收全頻段聲波，尤其在低頻段，吸聲效果優(yōu)于傳統(tǒng)材料。”張鎖貴介紹該材料吸聲和隔聲機理時說，材料采用致密陶瓷骨架與柔性阻尼層結(jié)合的設計，形成質(zhì)量—彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)，有效阻斷聲波穿透。

日前，山西天合申報的《多孔陶瓷吸聲板》團體標準在中國建筑裝飾裝修材料協(xié)會立項，填補了國內(nèi)廢渣制備建筑聲學材料標準體系空白。

從實驗室走向場景應用

多孔陶瓷材料實際應用效果如何？2024年9月，陽泉市南外環(huán)一號隧道“多功能生態(tài)陶瓷吸聲板交通隧道示范工程”項目啟動，該成果首次場景應用。

陽泉南外環(huán)一號隧道已運行20余年，車流量大，混凝土側(cè)墻與頂棚形成的硬質(zhì)反射面導致噪聲反復疊加，聲環(huán)境差。

“我們在陽泉市科技部門的大力協(xié)調(diào)幫助下，獲得了成果應用場景。”張鎖貴說，“不到一周，我們在145米長的隧道側(cè)墻安裝了1450平方米多孔陶瓷材料吸聲板，完成了隧道降噪改造?！?/p>

多孔陶瓷材料應用成功，達到設計目標。東南大學出具的聲學檢測報告顯示：這款產(chǎn)品吸聲降噪性能優(yōu)異，平均吸聲系數(shù)達0.6，即吸收60%以上噪聲能量。同時，這款產(chǎn)品防火等級達最高標準A級，完全不燃燒；使用壽命超20年?！皵?shù)據(jù)顯示，多孔陶瓷材料輕且降噪，大幅縮短混響時間。改造后，隧道中頻混響時間從6秒驟降至1.1秒，接近普通房間聲學條件，語音清晰度有質(zhì)的飛躍。這意味著在火災、事故等緊急情況下，疏散指令能清晰傳達，關鍵時刻能救命?！睆堟i貴說，“經(jīng)半年觀察，該產(chǎn)品在北方嚴寒冬季條件下性能未衰退?！?/p>

首次場景應用讓山西天合對大面積推廣多孔陶瓷材料信心十足。張鎖貴說：“未來我們將以項目招商、技術授權(quán)轉(zhuǎn)移、股權(quán)合作的方式推動科研成果進一步轉(zhuǎn)化?！睋?jù)悉，公司已與濟南鳳凰黃河大橋南延工程聲屏障項目達成意向，預計供貨約10萬平方米?！斑@為成果在山西乃至全國推廣提供了可復制路徑：因地制宜利用當?shù)毓虖U資源，通過標準化保障技術推廣，以示范工程引領帶動，逐步拓展應用場景。”陽泉市科技局有關負責人說。

多孔陶瓷材料研制成功，開創(chuàng)了噪聲治理與固廢利用雙贏路徑。陽泉市科技局有關負責人表示，該成果價值具有多維度，在民生層面直接改善隧道聲環(huán)境，提升駕駛安全性和舒適度；在生態(tài)文明層面，將工業(yè)固廢變?yōu)楦咧祷虏牧希辉诋a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型層面，推動傳統(tǒng)建材向綠色建材升級，培育新質(zhì)生產(chǎn)力?！叭珖F(xiàn)有公路隧道2.3萬余座，未來5年新增需求保守估計達4000萬平方米；綠色建筑領域年需求約800萬平方米；還有地鐵、潔凈空間等細分市場，多孔陶瓷材料應用潛力巨大。”張鎖貴說，“我希望用科技更好地服務美麗中國建設?！?/p>