Пластические массы

Звукопоглощающие материалы

Звукопоглощающие материалы и изделия предназначаются для применения в звукопоглощающих конструкциях с целью снижения уровня звукового давления в помещениях производственных и об­щественных зданий.

Поток звуковой энергии при падении звуковых волн на поверх­ность ограждения частично отражается поверхностью ограждения, остальная звуковая энергия проходит через ограждение.

Звукопоглощение материалов оценивается коэффициентом зву­копоглощения а. Коэффициент звукопоглощения есть отношение неотраженной энергии ЕП0ГЛ, поглощенной поверхностью, к па­дающей энергии Епад в единицу времени,

а = Ецогл I Епад ■

Поглощение звуковой энергии в однородном пористом материа­ле происходит за счет энергетических потерь на вязкое трение, пре­одолеваемое воздушным потоком в порах материала, теплообмена между стенками пор и воздухом, релаксационных процессов в мате­риале с неидеальной упругостью скелета.

Коэффициент звукопоглощения можно определить в специаль­ной камере или при помощи специального прибора — акустического

415

интерферометра. Коэффициент звукопоглощения зависит от частоты и угла падения звука. Чем большую пористость имеет материал, чем больше развита поверхность пор и больше пор сообщается между собой, тем больше его звукопоглощение. Поэтому звукопоглощаю­щие материалы должны обладать сравнительно большой открытой, сквозной пористостью преимущественно сообщающегося и разветв­ленного характера. Оптимальные размеры пор желательно иметь от 0,01 до 0,1 см. Звукопоглощение на низких частотах происходит в более крупных порах. Увеличение влажности материала резко сни­жает коэффициент звукопоглощения по всему диапазону частот.

Классификация звукопоглощающих материалов по классам производится в зависимости от величины коэффициента звукопо­глощения в диапазонах частот: первый класс — свыше 0,8, второй — от 0,8 до 0,4 и третий класс — от 0,4 до 0,2 включительно.

Примерами эффективных звукопоглощающих материалов явля­ются минераловатные плиты на различных связующих, гипсовые и другие материалы.

Минераловатные акустические плиты готовят методом пропитки с вакуумированием растворами различных связующих, например по - ливинилацетата и фенолоспиртов. Свежеотформованное изделие подвергают уплотнению под пригрузкой и термообработке. Затем производится механическая обработка с нанесением покровного де­коративного слоя. Используются минеральные и другие виды воло­кон. Технологический процесс изготовления изделий включает следующие операции: грануляцию минеральной ваты, приготовление клейстеризованного крахмала, в который вводят различные модифи­цирующие добавки для улучшения пластических свойств и повыше­ния качества изделий, формовочной массы (перемешивание гранул со связкой), формование изделий, сушка, отделочные операции (шли­фовка, калибровка, покраска). Плотность минераловатных акустиче­ских плит товарных марок «Травертон», «Акмигран», «Акминит», «Спиптон» — 340-450 кг/м3.

Для изготовления применяют гранулированную минеральную и стеклянную вату и связующее, основным компонентом которого яв­ляется крахмал, карбоксилметилцеллюлоза, бентонит, а также гид - рофобизирующие и антисептирующие добавки. Взамен крахмально­го связующего (пищевой продукт) применяют тапиоковую муку.

Газобетонные плиты «Силакпор» и газосиликатные плиты вы­пускают обычно плотностью до 350 кг/м3 в сухом состоянии. При этом прочность при сжатии составляет до 0,2 МПа.

Высокоэффективные звукопоглощающие материалы получают из вспученного перлита и вяжущего из жидкого стекла или синтети­ческих смол плотностью 250-500 кг/м3.

Промышленность выпускает гипсовые литые плиты с ребрами жесткости и сквозной перфорацией. Плиты армируются дробленым стекложгутом и поливинилхлоридным шнуром, стеклопором, перли­том. Внутри гипсового экрана приклеена креповая бумага, затем ук­ладывается минераловатная плита, обернутая фольгой.

Эффективен двухслойный материал, наружным слоем которого является перфорированная плита из гипсокартонного листа, а внут­ренним, подстилающим слоем — нетканое полотно или фильтро­вальная бумага.

Влажность материала — не более 8%. На основе отходов целлю­лозно-бумажного производства — спока и фосфогипса — выпускает­ся материал «акор».

Звукопоглощение материалов зависит от их толщины, располо­жения по отношению к источнику звука и других факторов. Для усиления поглощения звуковой энергии материалы дополнительно перфорируют (до 30%). Размер и форма отверстий в изделиях, их наклон, глубина, а также процент перфорации, т. е. отношение пло­щади, занимаемой отверстиями, к общей площади плиты, влияют на коэффициент звукопоглощения. При этом обычно перфорация плит увеличивает коэффициент звукопоглощения более чем на 10-12%.

Звукопоглощающие плиты можно располагать в конструкции с различным воздушным зазором — «на относе». Используют для зву­копоглощения в конструкциях резонаторы, т. е. щиты или пластины, расположенные на некотором расстоянии от поверхности огражде­ния; кроме того, применяют резонаторные перфорированные экра­ны, располагаемые вдали от ограждения и имеющие оклейку с об­ратной стороны тканевым покрытием.

Звукопоглощающие отделочные материалы выпускают в основ­ном в виде плит, имеющих хороший декоративный внешний вид, раз­личные размеры. Фактура этих плит может быть щелевидной, трещи­новатой, бороздчатой, круглой, иметь рельефы и быть окрашенной.

Плиты при выполнении потолков крепятся в стык по деревян­ному каркасу. Возможно использование плит в конструкции подвес­ного потолка.

Большинство применяемых в настоящее время звукопоглощаю­щих материалов обладает повышенной гигроскопичностью.

При эксплуатации во влажной среде более 70% названные изде­лия с высокой пористостью (60-98%) могут быстро сорбировать вла­
гу из воздуха или увлажняться при непосредственном соприкосно­вении с водой. В результате эти материалы и изделия не могут эф­фективно использоваться в ряде зданий, сооружений и спецконст - рукций, так как теряют свои звукопоглощающие свойства: при на­сыщении водяными парами и водой звукопоглощение материала значительно уменьшается. Звукопоглощающие материалы «Акми - нит», «Акмигран», «Спиптон», «Травертон», а также другие на осно­ве водостойкого связующего возможно по техническим условиям применять внутри помещений с относительной влажностью не более 70%. В противном случае крахмальное или другое неводостойкое связующее набухает, может загнивать, терять свои физико­механические свойства.

Известны различные варианты введения модифицирующих до­бавок, например полиакриламидов, дифинилпропана, фенолоспир - тов, мочевиноформальдегидных и других соединений, в различных пределах повышающие водостойкость связующего.

Звукопоглощающие пористо-волокнистые (мягкие и полужест - кие) материалы в соответствующих конструкциях должны выпус­каться только с защитными продуваемыми и непродуваемыми обо­лочками, препятствующими высыпанию мелких волокон и пыли. Предохранять такие материалы от повреждений могут защитные перфорированные покрытия.

Появились новые звукопоглощающие материалы, имеющие специальные свойства, например, повышенную стойкость в интервале температур от -60 до +450°С, при использовании в каче­стве основы штапельного стекловолокна или супертонкого стекловолокна и синтетического связующего. Плотность изделий 25-65 кг/м3, класс изделий преимущественно первый, второй.

В общественных и промышленных зданиях используют звуко­поглощающие устройства. Одиночный резонатор, помещенный в звуковом поле, рассеивает энергию звуковой волны. Эффективность действия его зависит от размеров, формы и внутренних потерь. Зву­копоглощающие конструкции обычно изготовляют из металла, фа­неры, пластмассы в виде перфорированных панелей, расположенных «на относе» от стены.

Используют пустотелый звукопоглощающий керамический кир­пич, имеющий форму акустического резонатора — полости с узкой горловиной. В объеме полости звукопоглощение составляет около 0,8. Керамический звукопоглощающий материал является не только отделкой, но и несущим элементом.

Звукоизоляционные, или, как их часто еще называют, прокла­дочные, материалы применяют для звукоизоляции в основном от ударного шума в многослойных конструкциях перекрытий и перего­родок и частично для поглощения воздушного шума.

Нормируемыми параметрами звукоизоляции являются индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкции Jв (дБ) и индекс приведенного уровня ударного шума над перекрытием Jу (дБ). JB, Jу определяются по соответствующим графическим

зависимостям или таблицам нормативных документов.

Звукоизоляционная способность конструкции зависит от ее струк­туры, размеров, массы, жесткости, внутреннего сопротивления мате­риала прохождению звука, способа опирання и других особенностей. В зависимости от структуры конструкции делят на акустически одно­родные и неоднородные. К первым относят конструкции, которые со­вершают колебания как единое целое, у вторых -— частицы на поверх­ности конструкции совершают отличные друг от друга перемещения, что возможно при слоистой системе конструкции из разнородных ма­териалов, в том числе содержащих прослойки воздуха. Звукоизоли­рующая способность акустически однородных конструкций прямо пропорциональна десятичному логарифму его массы. Это значит, что звукоизолирующая способность таких конструкций увеличивается, следуя логарифмической кривой, сначала довольно быстро, а затем очень медленно. Если идти по пути увеличения массы конструкции, то это сделает их слишком тяжелыми, громоздкими и дорогими.

Повысить звукоизолирующую способность акустически неодно­родных конструкций можно применением слоистых систем с про­слойками воздуха или пористых прокладочных материалов, динами­ческий модуль упругости которых намного меньше модуля упруго­сти материала жестких слоев акустически однородной конструкции. Например, модуль упругости бетонов — от 5000 до 30 ООО МПа, а воздуха ■— 0,14 МПа. Пористые материалы в прослойке имеют мо­дуль упругости 5 МПа.

Примером акустически неоднородных конструкций являются межквартирные стены, разделенные воздушным промежутком, а также перекрытия с раздельным, «плавающим» полом и с раздельным потол­ком (рис. 17.1). Таким образом, акустически неоднородные конструк­ции должны иметь воздушные промежутки или звукоизоляционные прокладки и не иметь жестких связей между слоями. Осуществление

первого условия, например, может при толщине воздушной прослойки 1 см эквивалентно заменить по звукоизоляции 10 см бетона.

Звукоизоляционные материалы применяют в перекрытиях — в виде сплошных нагруженных или ненагруженных (несущих только собственную массу) прокладок; в стенах и перегородках — в виде сплошной ненагруженной прокладки; в стыках конструкций — по­лосовых и штучных нагруженных и ненагруженных прокладок.

Звукоизоляционные про­кладочные материалы экс­плуатируются под нагрузкой в сплошном слое или в виде полосовых прокладок, кото­рые несут нагрузку в не­сколько раз больше, чем пер­вые. Например, удельные на­грузки, рекомендованные для сплошного звукоизоляцион­ного слоя, — 0,002 МПа или

2- Ю3 Н/м2, а при полосовых прокладках — 0,01 МПа или 1-Ю4 Н/м2. Эксплуатация под

нагрузкой существенным об­разом меняет требования, предъявляемые нормативны­ми документами к этим материалам. Для звукоизоляционных мате­риалов становятся важными их относительные деформации под на­грузкой не только при кратковременном испытании, но особенно в длительной эксплуатации. Это соответствует фактической работе ма­териалов, которые под нагрузкой и в зависимости от ее величины об­жимаются и подвергаются процессу ползучести.

Плотность пористо-волокнистых звукоизоляционных изделий должна быть от 75 до 175 кг/м3.

Звукоизоляционные материалы и изделия характеризуются вяз­ко упругими свойствами и должны обладать динамическим модулем упругости £д не более 15 МПа. (Например, песок, доменный шлак, керамзит).

Пористо-волокнистые звукоизоляционные прокладочные изде­лия (материалы) из различной ваты, мягкой, полужесткой и жесткой, видов с Ед не более 0,5 МПа или 5-Ю5 Н/м2, имеют нагрузку на зву­коизоляционный слой 0,002 МПа или 2-Ю3 Н/м2.

Пористо-губчатые звукоизоляционные прокладочные изделия (материалы) должны быть из пенопластов и пористой резины с Ед

от 1 до 5 МПа.

Деформативность звукоизоляционного материала складывается из упругих свойств воздуха, заключенного в материале, и деформа - тивности скелета материала. Звукоизоляционные материалы высо­кой деформативности под удельной нагрузкой 2-Ю3 Н/м2 имеют от­носительное сжатие свыше 15%. Это мягкие материалы (М). Они имеют волокнистую или пористо-губчатую структуру. Полужесткие (ПЖ) имеют величину относительного сжатия от 5 до 10%; жесткие (Ж) — до 5%, а твердые (Т) — вплоть до 0.

Важнейшим свойством, определяющим эффективность звуко­изоляционного прокладочного материала, является его жесткость. Жесткость связана с толщиной прослойки и динамическим модулем упругости материала. По величине динамического модуля упругости звукоизоляционные прокладочные материалы делятся на подгруппы.

В табл 17.2 приведены основные свойства некоторых звукоизо­ляционных материалов.

Цементно-стружечные листы в стальном каркасе (жесткий скелет) используются для ограждения внутрипроизводственных помещений.

Конструкция звукоизолирующих перегородок — каркас из гну­тых профилей с обшивкой с двух сторон цементно-стружечными плитами толщиной 10 мм.

В экранированных звукоизолирующих перегородках между двумя цементно-стружечными плитами прокладывается стальной лист толщиной 2 мм и шириной 1,8 м.

В европейских странах для подстилающего звукопоглощающего слоя дорожного покрытия успешно применяют керамзитобетонные плиты. Для изготовления плит применяют гранулированный керам­зит диаметром 3-10 мм с замкнутыми пустотами, создающий высо­кую звукопоглощающую способность плит конструкций в средне­частотном и высокочастотном диапазоне звуковых волн.

Улучшить звукоизоляционную способность материала можно путем сочетания упругих и эластичных волокон в каркасе материала, хаотичности их распределения. Установлено, что акустические ха­рактеристики различных материалов, например, с жесткой структу­рой, имеющие различные структурные характеристики (пористость и диаметр пор), но различные физико-технические свойства, акустиче­ски эквивалентны. Изготавливают ленточные и полосовые проклад­ки длиной от 1000 до 3000 мм и шириной 100, 150, 200 мм и штуч­ные прокладки длиной и шириной 100, 150, 200 мм. Изделия из во­локнистых материалов применяются только в оболочке из водостой­кой бумаги, пленки, фольги и др.

В качестве эффективных звукоизоляционных материалов при­меняют полужесткие минерало - и стекловатные маты и плиты на синтетическом связующем, маты стекловатные прошивные, плиты древесно-волокнистые, пенопласты (полиуретановые и поливинил­хлоридные), пористую резину.

Вибропоглощающие материалы предназначены для поглощения вибрации и шумов, вызываемых при работе санитарно-технического и инженерного оборудования в гражданских и промышленных зданиях. Промышленность остро нуждается в специальных вибропоглощаю­щих материалах. Вибропоглощающими материалами могут служить листовые пластмассы, фольгоизол, некоторые сорта резины и различ­ные мастики. Вибропоглощающие материалы наносятся на тонкие металлические поверхности, при этом создается эффективная вибро­поглощающая конструкция с высокой потерей энергии на трение.

Хорошая звукоизоляция зданий и сооружений может быть дос­тигнута путем рационального применения звукопоглощающих и звукоизоляционных материалов, часто полифункционального дейст­вия, а также эффективных конструкций на их основе при хорошем качестве строительных работ.