泡沫水泥是指以水泥为凝胶材料基料,添加粉煤灰、钢渣微粉、煤矸石粉等细集料和外加剂,采用物理发泡或化学发泡工艺制成的含有大量微小均匀气孔的轻质多孔材料。水泥发泡剂按组成成分可分为:①松香类发泡剂(第一代发泡剂),如松香皂发泡剂、松香热聚物发泡剂等;②合成类发泡剂(第二代发泡剂),如阴离子型、阳离子型、非离子型及两性离子型表面活性剂;③蛋白型发泡剂(第三代发泡剂),如植物蛋白发泡剂和动物蛋白发泡剂;④复合型发泡剂(第四代发泡剂)。化学发泡工艺制作的泡沫水泥内部气泡通常为闭孔结构,物理发泡工艺(机械发泡)制作的泡沫水泥内部气泡结构是否开孔,与发泡剂及其使用方法有直接关系。一般用动物蛋白发泡剂制作的泡沫水泥气泡多为闭孔结构,用植物蛋白发泡剂制作的泡沫水泥气孔多为开孔结构。通常只有高孔隙率的开孔泡沫水泥才能有效吸收声能,由于其具有强度高、耐久性和热稳定性好等特性,在道路交通、建筑等领域被广泛作为吸声材料。
泡沫水泥吸声材料的吸声性能,本质上由多孔材料的声波能量耗散机理(黏滞效应和热传导效应)所决定。当声波入射到泡沫水泥吸声材料表面时,一部分声波被反射,另一部分声波则透射到泡沫水泥内部,声波振动激起孔内空气与孔壁振动,由于空气分子间的黏滞阻力及空气与孔壁间的摩擦阻力,使声能转化为热能而耗散。中高频声波可使孔内空气质点的振动加快,声能转化为热能的速率随之加快,这种能量耗散特性使泡沫水泥吸声材料具有良好的中高频吸声性能。
泡沫水泥的孔隙率与空气流阻、结构因子、容重(表观密度)等因素相互关联、相互制约,共同决定着泡沫水泥的吸声性能。通过调整孔隙率、孔结构或吸声结构,可以改善泡沫水泥吸声材料的吸声性能,可进一步拓宽其在吸声工程领域的应用范围。