СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...................................;...............4
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЗВУКОЗАЩИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ1 С ПОЗИЦИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗВУКОПО ДАВЛЕНИЯ:
1.1. Классификация, методови средств защиты от шума 10
1.2. Обзор современных звукоизолирующих материалов в звукозащитных конструкциях ............................ 14
1.3. Обзор современных звукопоглощающих материалов; как наполнителей звукозащитных конструкций.................21
1.4. Анализ звукозащитных конструкций с позиции эффективности звукоподавления .................................27
1.5. Обзор методов расчёта акустических характеристик звуко-защитных панелей*......................................34
1.6. Цель и задачи исследования........................41
ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА И КОНСТРУКЦИИ ЗВУКОПОДАВЛЯЮЩИХ ОБЛЕГЧЕННЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПАНЕЛЕЙ
2.1. Теоретическое обоснование свойств материала для изготовления звукоподавляющих облегченных структурированных панелей......................................1__43
2.2. Конструктивное и экспериментальное обоснование схемы конфигурации звукоподавляющих облегченных структурированных панелей.......................................51
2.3. Экспериментальное обоснование эффективности звукоподавляющих облегченных структурированных панелей 57
2.4. Выводы ...........................................65
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В:ЗВУКОПОДАВЛЯЮЩИХ ОБЛЕГЧЕННЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ 11 АНЕ ЛЯХ
3.1. Математическая модель волновых процессов в звукоподавляющих облегченных структурированных панелях...........67
3.2. Звукоизоляция: звукоподавляющих облегченных структурированных панелей.....................................73
3.3. Коэффициент звукопоглощения звукоподавляющих облегченных структурированных панелей..................... 81
3.4. Способ определения среднего значения коэффициента звукопоглощения звукоподавляющих облегченных структурированных панелей.......................................87
3.5. Выводы............................................95
з
4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Измерение звукоизоляции звукоподавляющих облегченных структурированных панелей...............................97
4.2. Измерение коэффициента звукопоглощения звукоподавляющих облегченных структурированных панелей...........101
4.3. Методика обработки экспериментальных данных.......110
5. МЕТОД РАСЧЕТА АКУСТИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВУКОПОДАВЛЯЮЩИХ ОБЛЕГЧЕННЫХ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПАНЕЛЕЙ
5.1. Цель и задачи метода..............................120
5.2. Выбор рациональной схемы конструкции и исходных данных для расчета акустических характеристик звукоподавляющих облегченных структурированных панелей...........121
5.3. Алгоритм определения акустических характеристик звукоподавляющих облегченных структурированных панелей 125
5.4. Пример расчета акустических характеристик звукоподавляющих облегченных структурированных панелей...........129
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ..............................136
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................137
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Таблицы экспериментальных данных акустических характеристик звукоподавляющих облегченных структурированных панелей.........................154
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Материалы о внедрении результатов научного
исследования и другие документы..........234
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Современное общество, окружающая среда, техносфера в процессе своего функционирования создают звуки, среди которых доминируют неприятные для*, человека - это шум. Шум - один из наиболее распространенных вредных факторов окружающей среды, наносящий, вред здоровью человека. Вследствие увеличения мощности и числа транспортных и транспортно-технологических потоков, а так же летательных средств, инженерного оборудования на производстве, санитарно-технического и другого оборудования зданий и сооружений суммарная звуковая мощность источников шума непрерывно повышается. Поэтому защита от шума в настоящее время является актуальной проблемой. Для решения этой проблемы применяют различные методы и звукозащитные конструкции, обладающие звукоизоляционными и звукопоглощающими свойствами. Для современных технических устройств, как источников шума, существует необходимость уменьшения массы ограждающих звукозащитных конструкций. Однако уменьшение массы современных звукозащитных ограждений не всегда способствует сохранению их звукозащитной эффективности.
Одним из направлений повышения эффективности звукозащитных конструкций является разработка панелей, обладающих минимальным весом и максимальными акустическими характеристиками. Звукозащитные панели изготавливают из различных материалов, среди которых значительную часть составляют листовые материалы. Для обеспечения максимального эффекта звукозащитных панелей эти материалы должны обладать способностью к максимальному демпфированию воздухом, т.е. обладать свойством звукоподавления. Сочетание физических параметров листового материала должно быть таким, чтобы окружающая воздушная среда обеспечивала максимальное демпфирование колебаний листовых материалов. Как указывает акустик-практик Р. Тейлор, рабочая характеристика панельного или мембранного поглотителя очень сходна с характеристикой резонатора Гельмгольца. Такой поглотитель можно изготовить из любого мате-
риала, отвечающего следующим основным требованиям: подходящая масса, достаточное затухание колебаний и достаточная гибкость.
В целом, актуальность темы настоящей диссертационной работы заключается в решении комплекса вопросов по созданию инженерного метода проектирования звукозащитных средств с заданными акустическими характеристиками на основе выбора рациональных физических свойств материалов и схемы конструкции.
В области борьбы с шумом ведутся интенсивные исследования, которые базируются на трудах выдающихся отечественных и зарубежных ученых, в числе которых В. И. Заборов, Н. И, Иванов, И. И. Боголепов, М. Н. Исакович, А.Г. Му-нин, И. И. Клюкин, В. Н. Луканин, A.C. Никифоров, Г. Л. Осипов, В.Ю. Кирпичников, Б.Д. Гартаковский, Щевьев Ю.П., Е. Я. Юдин, Ю. Ф. Устинов, В.Ф. Асми-нин, Л. Беранек, М.Дж. Лайтхилл, М. Хекл, Х.А. Мюллер и др.
Объектом исследования в диссертационной работе являются процессы распространения, поглощения и рассеивания акустической энергии, в звукоподавляющей облегченной структурированной панели.
Целью диссертационной работы является физическое обоснование и разработка инженерного метода определения акустических характеристик и принципов проектирования звукоподавляющих облегченных структурированных панелей (ЗОС11), посредством моделирования волновых процессов и экспериментального подтверждения выбора материала и схемы конструкции.
Методы исследований построены на сочетании экспериментальных и теоретических подходов. В работе применялись: физическое и математическое моделирование; методы аэроакустики; стандартные, и оригинальные лабораторные методы исследования ЗОСП и их акустических характеристик с использованием современных измерительных средств и электронно-вычислительной техники. Полученные результаты обрабатывались по типовым программам с использованием методов теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана новая звукозащитная конструкция - звукоподавляющая
6
облегченная структурированная панель, отличающаяся тем, что между двумя параллельными листами и перпендикулярно им установлены, прямоугольные пластины, соединенные с расположенными между ними наклонными пластинами, которые соединены с параллельными листами (Патент 96884 ЯЫ).
2. Определена минимально допустимая толщина листовых материалов; обеспечивающих структурную устойчивость ЗОСП, на основе полученных уравнений, связывающих величину снижения уровня звукового давления, создаваемого листовым материалом, и характеристики материала и звукового потока.
3. Получена физико-математическая модель волновых процессов в структу ре ЗОСП, позволяющая получить уравнения, связывающие коэффициент звукопоглощения и звукоизоляцию ЗОСП с характеристиками материала и звукового потока.
4. Разработан алгоритм инженерного расчета акустических и конструктивных характеристик ЗОСП.
Практическая полезност ь диссертационной работы заключается в том, что в ходе её выполнения разработан инженерный метод расчета акустических и конструктивных характеристик ЗОСП, позволяющий снизить материалоемкость и уменьшить затраты на поиск решения по разработке звукозащитных конструкций.
Научные положения диссертации используются в учебном процессе (лекции, дипломное проектирование) ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» и на предприятиях города Воронежа.
Достоверность полученных результатов доказана на основании подтверждения сходимости теоретических положений с результатами проведенных экспериментов на изготовленных опытных образцах ЗОСП.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на следующих конференциях:
- II Международная научно-практическая* конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинно-мысск, 3 марта 2009 г.);
- II Всероссийская научно-практическая конференция с международным уча-
7
стием «Защита населения от повышенного шумового воздействия»- (Санкт-Петербург, 17-19 марта 2009 г.);
- Международная научно-техническая конференция: «Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины», посвященная 50-летию факультета технологии деревообработки ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (Воронеж, 17:21 мая 2010 г.);
- Международная научно-практическая конференция «Экология. Риск. Безопасность» (Курган, 20-21 октября 2010 г.)
- 111 Всероссийская научно-практическая конференция- с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия» (Санкт-Петербург, 22-24 марта 2011 г.);
- V Межрегиональная специализированная выставка-ярмарка «Усадьба-2010» (Воронеж, 7-10 апреля 2010 г.), где был представлен опытный образец «Звукоизолирующая облегченная структурированная панель (ЗОСП-З)».
Реализация результатов диссертационной работы подтверждена актами производственных испытаний опытных образцов ЗОСП.
Разработки диссертационной работы были использованы в офисных помещениях ООО «СвязьТехПроект» (г.Воронеж), где в 2010 г. были применены.звукоподавляющие облегченные структурированные панели для создания комфортных условий работы. Указанные изделия использовались в качестве наполнителей для стеновых панелей и существенно уменьшили шумовой фон в помещениях. По результатам проведенных измерений снижение шума на рабочих местах составило 5 ч-б дБ А, что подтверждено актом внедрения научных разработок.
По материалам разработок автора на ОАО* Холдинговая компания-«МЕБЕЛЬ ЧЕРНОЗЕМЬЯ» (г.Воронеж, 2010 г.) на участках фрезерования мебельных заготовок для снижения уровня шума были применены защитные акустические экраны (размер 2000x1500x30) из звукоподавляющих облегченных структурированных панелей. Экраны устанавливались около работающего оборудования с повышенным уровнем шума на пути распространения наиболее интенсивных звуковых потоков. Измерение шума осуществлялось прибором
«ОКТАВА-110» в соответствии ГОСТ 30690-2000. По результатам проведенных измерений ослабление звука составило 4-*-5 дБ А.
Научные положения диссертационной работы, выносимые:на защиту:
1. Анализ параметров множества существующих звукозащитных панелей с позиции корреляционной связи между их акустическими характеристиками и их поверхностной плотностью показал возможность получения научно обоснованного подхода для создания звукозащитных панелей с небольшой поверхностной плотностью, обладающих высокими акустическими характеристиками.
2. Научное обоснование выбора толщины листового материала для создания ЗОСП, основанное на физико-математической модели демпфирования колебаний листовых материалов окружающим воздухом и модели устойчивости тонких пластин, даст возможность определить минимально допустимую толщину листовых материалов, обеспечивающих структурную устойчивость ЗОСП.
3. Физико-математическая модель волновых процессов .в структуре ЗОСП позволила получить уравнения, связывающие коэффициент звукопоглощения и звукоизоляцию ЗОСП и характеристики материала и звукового потока, необходимые для разработки схемы конструкции ЗОСП, обладающей-эффективным звукоподавлен ием.
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 24 печатных работах, в том числе 5 статей в рецензируемых журналах списка ВАК, 5 патентов и апробированы на научных международных конгрессах, конференциях, семинарах, выставках.
Особую благодарность и признательность автор выражает руководителю, д.т.н., профессору Виктору Фёдоровичу Асминину за его внимательное, терпеливое и доброжелательное отношение к проблемам, возникающим в ходе работы над диссертацией и ценные указания по преодолению этих проблем. Так же автор выражает глубокую благодарность проф. B.C. Петровскому (ВГЛТА, Воронеж), проф. А.Д. Данилову (ВГЛТА, Воронеж) за ряд ценных указаний и помощи в апробации результатов научных исследований. Автор также благодарит генерально-
9
го директора ООО «СвязьТехПроект» к.т.н. В.В. Жильникова за предоставление возможности производственной проверки опытных образцов звукоподавляющих облегченных структурированных панелей.
Автор выражает свою искреннюю благодарность коллегам, сотрудникам кафедр «Безопасность жизнедеятельности и правовые отношения» и «Автоматизация производственных процессов» ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», а также инженерно-техническим работникам, рабочим ряда предприятий за оказанную помощь и содействие при апробации разработок в производственных условиях.
10
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЗВУКОЗАЩИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МАТЕРИАЛОВ С ПОЗИЦИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗВУКОПОДАВЛЕНИЯ
1.1. Классификация методов и средств защиты от шума*
В настоящее время накоплен большой набор средств и методов защиты от шума и звуковой вибрации. Многообразие шумовиброзащитиых средств классифицируется в соответствии с ГОСТ 12.1.029-80 [1.65]. На рис. 1.1-1, в зависимости от назначения, принципа действия, используемых материалов и т.п., представлены наиболее распространенные средства и методы защиты от шума [10.1].
Методы и средства защиты от шума и звуковой вибрации
Звукоизоляция
Виброизоляция
Вибропоглощение
Звукопоглощение
Глушители шума
Методы
Рис. 1.1-1. Классификация методов и средств защиты от шума
В соответствии с поставленной целью настоящей диссертационной работы наибольший интерес представляют звукозащитные панели. Применительно к представленной классификации (рис. 1.1-1) эти панели по отношению к защищаемому объекту являются коллективными средствами защиты от шума и снижают уровень воздушного шума. По отношению к источнику шума [2.4, 38.4, 39.1] они
11
являются средствами защиты на пути распространения звука. По принципу действия звукозащитные панели являются пассивными средствами защиты. Эти панели обеспечивают звукоизоляцию и звукопоглощение. Звукозащитные панели [15.2,
15.4,40.1, 40:2] выполняют функцию либо звукоизоляции, либо звукопоглощения, но встречаются среди них и такие, которые обеспечивают одновременное, звукоизоляцию, и звукопоглощение, поэтому эти панели удобнее назвать звукоподавляющими [1.50]. Область использования звукоподавляющих панелей достаточно обширна. Они могут использоваться в авиастроении, автомобилестроении, судостроении, строительстве, на производстве с повышенным уровнем шума и т.д.
Разработкой звукозащитных панелей занимались ученые В. И. Заборов, Н. И, Иванов, И. И. Боголепов, Осипов Г.Л., А.Г. Мунин, A.C. Никифоров, В.Ю. Кирпичников, Ю. Ф. Устинов, Е. Я. Юдин, В.Ф. Асминин, М. Хекл, Х.А. Мюллер и др.
Известны различные классификации звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов [18.6]. На рис. 1.1-2 представлена классификация по типу структуры современных звукозащитных материалов и конструкций, применяемых в различных областях промышленности. В данной классификации представлены наиболее часто встречаемые материалы и конструкции звукозащитных панелей.
Множество звукозащитных конструкций создает представление о том, что параметры современных звукозащитных панелей охватывают широкий диапазон изменения своих величин, таких как, поверхностная плотность, звукоизоляция, коэффициент звукопоглощения [13.10]. Создается впечатление, что можно найти звукозащитную панель с любым сочетанием конструктивных и акустических характеристик. Однако, анализ величин параметров, представленных в схеме на рис. 1.1-2 показывает, что в настоящее время отсутствуют звукозащитные конструкции с жестким каркасом и жесткой структурой, поверхностная плотность которых соответствует диапазону (0,1 ...1) кг/м2. Это достаточно наглядно показано на рис. 1.1-3 и рис. 1.1-4, где представлены звукоизоляция и коэффициент звукопоглощения современных материалов и конструкций звукозащитных панелей.
12
Звукозащитные материалы и конструкции
£
С мягкой структурой
-[ ПАВИНОЛ ПА-2 _) MP R a
UJ7 10 0.1
_ ЬЛЗАЛЬЮВМІІ КАРТОН ЬВТМ-К Mp R a
0.4 • 0.45
П ЛИ ГА МЯГКАЯ ЬКІМ-ПМ Mi. R a
0.4 - 0.6
ПОРОЛОН Mp R a
0.75 - 0.58
1 і МІМІ 4SA J GLASSWOOL II 20 Mp R a
0.75 9 o.oi
l*v ммііопкшм kjuu їй матери*.! А А 25 SMI
MF R a
0.06 - 0І6
ПЛИТЫ НЗОВЕР КЛ 34
1.15
17
Мр
1.2
1К
0.45
І1ЛИТЛ ШУМАНЕТ-БМ
Mp R a
2 - 0.0
теплоизоляционное БАЗАЛЬТОВОЕ СУПЕРТОИКОЕ ВОЛОКНО (ЬСТВ)
Мр R а
2.4 - 0.85
ПІіІ ІОНОЛ ИСТИРОЛ ІІСЬ-С (ПЕНОІІЛ.АСТ1 Мр R а
2.5 9.56 0.02
4 - - 1 - -
ІЮЛИФОМ м,. R а
3 25 •
І1ЕНОПЛЕКС Мр К а
3.05 :т -
СТІМОФОН >00 Мр к а
3.3 21 -
ІІЕНОФОЛ Мр R 0
3.75 32 -
Изоком 1111И-П Мр R а
4.5 36.7 -
( Тепло шутій ЮЛЯЦИОШШЯ і материал АТМ-І І Mpl R 0
4.63І 50 0.47
Мр R а
6 22 -
СТЕКЛОВАТА Мр К а
12 - 0.8
Мр R а
26.7 50 0.9
Rockvwul-lrxxa Panel АС Мр R 0
28 28.4 -
С жестким каркасом и мягким наполнителем
ШІІГГЛ ШУМЛНЕТ-СК
Мр R а
1.5 - о.ч
ФАНЕРА '
11X13-1 -85і ФАНЕРА
Мр R а
3.42 35.1 0.17
І І.шимої ПА- 4 ■■ ППУ-Э-35-0.8А / Фанера ПХВ-І-85 ! Фанера ППУ-Э-35-О.КА ІІааиноа ПА-4
Мр R а
4.1 40.1
Обшиыш БСТВ-ЗО / "1 Мр R а
Метшитнчсский лист 4.86 56.4 0.57
Мгпііімчічкни ніс ІІПУ-30-Sl 1-6(1
и
Мр R а
5.4 45 0.38
аюисгля ниыю
ЛКУСТИЧГСКЛЯ
ІІАНКЛІ.(ГВАИ)
Мр
242
13
ГЕРМОІІАНЬЛЬ1ІСБ Мр к а
30 31
Мр R а
33 56 0.7
звукоизаляционнля
ПАНЕЛЬНАЯ
СИСТЕМА (1ИПС)
Мр
36
Ч
ІІліпа ДВІ І /
Kû !ЛЛЬТО«ОЄ ВОЛОКНО /
1 Lima ДНІ!
МР К а
51 60 •
С жесткой с груктурой
ч
СОТОВЫЙ ПОЛИКАРБОНАТ Мр R а
1.1 22.5 -
ПЕНОПЛАСТ Мр К а
2.5 9.5 0.02
липовой монолитный finnitk* АРКПМАТ Мр R а
4.8 27 -
ФАНЕРА Мр R а
4.6 12 0.35
ДСтП Мр R а
11.7 33 0.51
ИННИН Мр К а
1.4.6 18.6 О.о 1
КИРПИЧНАЯ СТЕНА Мр R а
252 60 •
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ КЛОК Мр R а
364 55 -
Акустические характеристики ЧНуЮИІШИИШ МіПфИіНМП II конструкций
Мр - Понсрхносіная плотность, кг/м’ R - Звуконіо.иіпня. дЬЛ а - Ких|іфициеиг ноі лощения
Область применения шукхтшитных материалов и мчісчруктінй
□ - Строительство I - Авиастроение Ц - Авіомобилсстросмис ,;хЛ - Сулостросіше !Н - Протпводство
Рис. 1.1-2. Современные звукозащитные материалы и конструкции
0,1
1
10 100 1000 Поверхностная плотность Мр, кг/м2
Рис. 1.1-3. Звукоизоляция различных современных звукозащитных панелей: 1 - с мягкой структурой; 2 - с жестким каркасом и мягким наполнителем; 3 - с жесткой структурой
1
0.9
0,8
<№л*заавшвнн;
■иш плглвам^тшка&шйни
0.1
-1
10 100 Поверхностная плотность Мр, кг/м2
Рис. 1.1-4. Коэффициент звукопоглощения различных современных звукозащитных панелей: 1 - с мягкой структурой; 2 - с жестким каркасом и мягким наполнителем; 3 - с жесткой структурой
Кроме того, из графиков звукоизоляции и коэффициента звукопоглощения (рис. 1.1-3, рис. 1.1-4) следует, что для современных звукозащитных панелей соотношение между поверхностной плотностью и акустическими характеристиками носит не регулярный характер.
14
1.2. Обзор современных звукоизолирующих материалов в звукозащитных конструкциях
Большинство звукозащитных конструкций, используемых для уменьшения воздушного шума, состоят из звукоизолирующих материалов, звукоизолирующие свойства которых возрастают с увеличением массы конструкции. Увеличение массы осуществляется за счет использования звукоизолирующих материалов большой поверхностной плотности, а также путем использования многослойных конструкций [10.1, 10.4, 9.1, 11.6, 11.8, 38.3], слои которых могут состоять как из однотипных звукоизолирующих материалов, так и из материалов с различными свойствами [12.4, 12.5, 45.1, 47.1]. В числе таких конструкций встречаются панели со звукоизолирующими и звукопоглощающими слоями.
Слоистая вибро-акустическая панель (СВАП), представленная на рис. 1.2-1, состоит из высококачественной минеральной каменной ваты и гипсоволокнистых листов (ГВЛ). Входящая в состав каменная вата также обеспечивает отличные характеристики пожаробезопасности и теплоизоляции. СВАП может использоваться в строительстве в качестве дополнительной звукоизолирующей конструкции. Звукоизоляция СВАП составляет 13 дБА, при этом панель имеет высокую поверхностную плотность 29,2 кг/м: [56.4].
В строительстве также используются звукоизоляционные панельные системы (ЗИПС). В ЗИПС (рис. 1.2-2) отсутствует направляющий каркас. Панели представляют собой сэндвич-панели, состоящие из пазогребневых ГВЛ и слоев звукопоглощающего материала из стеклянных или минеральных волокон. Жесткость звукопоглощающего слоя подобрана таким образом, чтобы обеспечить возможность бескаркасного монтажа при условии минимального прохождения вибрации через скелет звукопоглощающего материала на лицевую плоскость системы [56.2, 56.23].
Крепление системы к стенам или перекрытиям осуществляется только через
Рис. 1.2-1. Слоистая вибро-акустическая панель (СВАП)
15
Рис. 1.2-2. Звукоизоляционная панельная система (ЗИПС)
специальные виброизолирующие узлы, задача которых - максимально снизить передачу звуковых вибраций от шумной конструкции на сэндвич-панели.
Для ослабления влияния звуковых мостиков конструкция ЗИПС не имеет жесткого контакта между торцами панелей в местах из сопряжения с боковыми стенами или перекрытиями. Для этого по периметру используется виброизолирующая прокладка «ВИБРОСТЕК-М», которая укладывается в два слоя по 4 мм каждый.
Звукоизоляция ЗИПС составляет 11 дБЛ, при поверхностной плотности 36 кг/м2.
Для облицовки стен с целью повышения звукоизоляции используют Термопанели ПСБ (рис. 1.2-3), которые представляют собой трехслойные панели, состоящие из минераловатного утеплителя на основе базальтового волокна ТИегто и профилированных листов из тонколистовой оцинкованной стали с дополнительным защитно-декоративным полимерным покрытием.
Современные технологии производства позволили наделить новый строительный материал уникальными эксплуатационными свойствами: повышенной огнестойкостью и влагостойкостью, отличными характеристиками звукопоглощения, низкой теплопроводностью и превосходной прочностью конструкции [56.18].
Звукоизоляция Термопанели ПСБ составляет
Рис. 1.2-3. Термопанель ПСБ 31 дБА’ поверхностной плотности составляет 30
кг/м2.
Для изготовления защитных экранов, кожухов, реализации способа звуко-защиты «комната в комнате» используют панели из пенопласта, сотового и листового поликарбоната (рис. 1.2-4), фанеры, древесностружечных плит (ДСтП), металлических листов [56.11, 56.12, 9.3, 9.4]. Звукоизоляционные свойства этих па-
16
нелей прямо пропорциональны их поверхностной плотности. Поверхностная плотность таких панелей варьируется от 1 - 20 кг/м2 и при звукоизоляции 9-33 дБА. Более массивные конструкции: кирпичные стены, железобетонные блоки обладают большей звукоизоляцией - 55-60 дБА, при поверхностной плотности 250-370 кг/м2.
а) б)
Рис. 1.2-4. Поликарбонат: а) листовой; б) сотовый
В авиации применяются многослойные панели [2.1, 2.2, 41.1, 41.2, 52.2] с жестким каркасом и мягким наполнителем (рис. 1.2-5). Поверхностная плотность таких панелей невысокая, что обусловлено спецификой авиастроения. Звукоизоляция авиационных панелей составляет 30-56 дБА.
а) б) в) г)
Рис. 1.2-5. Авиационные звукочащитные панели: а) БСТВ-30 / мстатлический лист; б) Фанера / ПХВ-1-85 / Фанера; в) Павинол ПА-4 / ППУ-Э-35-0.8А / Фанера / ПХВ-1-85 / Фанера / ППУ-Э-35-0,8А / Павинол 1ІА-4; г) Металлический лист/ ПГІУ-30-8Н-60
Кроме звукозащитных панелей с жесткой структурой встречаются материалы и панели с мягкой структурой, звукоизоляция которых также зависит от массы.
Материалы с мягкой структурой широко применяются в строительстве: в качестве прокладок и облицовок стен помещений.
Плита ИЗОВЕР КЛ 34 (рис. 1.2-6) представляет собой необлицованную плиту из стекловаты для теплоизоляции и звукоизоляции. Звукоизоляция плит
17
ИЗОВЕР КЛ 34 составляет 17 дБА, при поверхностной плотности 1,15 кг/м“ [56.10].
> Пенополистирол ПСБ-С (пенопласт) - изо-
*2 ^ ляционный материал белого цвета, на 98 % со-
стоящий из воздуха, заключенного в миллиарды микроскопических тонкостенных клеток из вспененного полистирола.
ПСБ-С (рис. 1.2-7) применяется для утепления и звукоизоляции конструкций, не подвергающихся влиянию окружающей среды и механиче-Рис. 1.2-6. Плиты ИЗОВЕР КЛ 34
ским нагрузкам, например, межкомнатные перегородки; также может использоваться для строительства временных сооружений и утепления вагонов-контейнеров. Звукоизоляция пенополистирола Г1СБ-С, при поверхностной плотности 2,5 кг/м2, равна 9,56 дБА [56.6].
ПОЛИФОМ - это сшитый полиэтилен, обладающий свойствами: легкость, компактность, санитарно-гигиеническая безопасность, высокая влагостойкость, эластичность. Отличные прочностные и теплоизоляционные характеристики в
Рис. 1.2-7. Пенополистирол ПСБ-С сочетании с закрытой мелкоячеистой структурой позволяют считать этот материал одним из наиболее эффективных материалов технической изоляции.
Звукоизоляция материала ПОЛИФОМ (рис. 1.2-8) составляет 25 дБА, при поверхностной плотности 3 кг/м2 [56.9, 56.19].
Плиты ПЕНОПЛЕКС получают путем смешивания гранул полистирола при повышенной температуре и давлении с введением вспенивающего агента и последующим выдавливанием из экструдера. В качестве вспенивающего агента используются смеси легких фреонов и двуокись углерода (С02).
Рис. 1.2-8. ПОЛИФОМ
18
Плиты ПЕНОПЛЕКС (рис. 1.2-9) применяют в конструкциях полов, кровель, фундаментов и подвалов без дополнительной гидроизоляции. Звукоизоляция плит ПЕНОПЛЕКС составляет 23 дБА, при поверхностной плотности 3,05 кг/м2 [56.14].
ПЕНОФОЛ - материал, в качестве основы которого используются вспененный полиэтилен с двусторонним фольгированием. Изготовлен по ТУ 2244-056-04696843-01. ПЕНОФОЛ (рис. 1.2-10) применяется для тепло- и звукоизоляции стен помещений [56.13].
Звукоизоляция материала ПЕНОФОЛ со-Рис. 1.2-9. Плиты ПЕНОПЛЕКС ставляет 32 дБА, при поверхностной плотности 3,75 кг/м2.
Материалы с мягкой структурой используются в качестве звукоизоляции в авиастроении (ПАВИНОЛ-2, АТМ-1, поролон и др.), в судостроении (Rockwool Marine Slab 80, Marine Fire-batts 130 и др.), в автомобилестроении (плиты URSA GLASSWOOL П-20, СТЕНОФОН 290 и др.). Звукоизоляция данных материалов составляет 9-50 дБА, при поверхностной массе 0,4-5 кг/м2 [56.1,56.8, 56.16, 56.21].
ИЗОЛОН ППЭ 3004 - физически сшитый пенополиэтилен. Благодаря радиационной сшивке, молекулярная структура материала с маркировкой ППЭ приобретает поперечно-связанную, или сетчатую модель, что существенно повышает долговечность и сопротивляемость материала механическим и температурным воздействиям.
ИЗОЛОН ППЭ 3004 (рис. 1.2-11) рекомендован для звукоизоляции и теплоизоляции ограждающих конструкций, холодильного оборудования и трубопроводов, с учетом требований нормативной технической документации на конструк-
Рис. 1.2-10. Материал ПЕНОФОЛ
19
ции и оборудование, а также в качестве упругих звукоизолирующих прокладочных материалов в конструкциях межэтажных перекрытий и фундаментов под инженерное оборудование. Звукоизоляция материала ИЗОЛОН ППЭ 3004 составляет 18 дБА, при поверхностной плотности 1,2 кг/м2 [56.22].
ЭНЕРГОФЛЕКС - высокоэффективный и технологичный теплоизоляционный материал из вспененного полиэтилена. Рулоны ЭНЕРГОФЛЕКС изготавливаются из полиэтилена высокого давления (ПЭВД) по современным озоносберегающим технологиям методом вспенивания бутан-пропановой смесью. Рис. 1.2-11. Материал ИЗОЛОН ППЭ
3004 Материал имеет структуру с закрытыми по-
рами. Возможно изготовление рулонов, ламинированных алюминиевой фольгой, а также в самоклеющемся исполнении.
ЭНЕРГОФЛЕКС (рис. 1.2-12) применяется для тепло- и звукоизоляции оборудования и трубопроводов в зданиях и сооружениях для систем отопления, сантехники, вентиляции и кондиционирования [56.7].
Звукоизоляция материала ЭНЕРГОФЛЕКС составляет 22 дБА, при поверхностной плотности 6 кг/м2.
В технике известны изобретения звукозащитных конструкций использующих метод звукоизоляции [1.8, 1.9, 1.10, 1.11,
1.12, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17, 1.18, 1.19, 1.20, 1.21, 1.22, 1.23, 1.24, 1.25, 1.26, 1.27, 1.28, 1.29, 1.30, 1.31, 1.32, 1.33]. Данные конструкции обладают большой поверхностной плотностью, следствием чего являются хорошие звукоизоляционные свойства.
Звукоизолирующий элемент (рис. 1.2-13), включающий две стенки 1,2 с размещенной между ними по периметру упругой прокладкой 5 с возможностью ва-
Рис. 1.2-12. Материал ЭНЕРГОФЛЕКС
20
куумирования внутреннего пространства, отличающийся тем, что, с целью повышения звукоизолирующей способности, стенки выполнены в виде части сферы, обращенной выпуклостью наружу, а между стенками и прокладкой размещены виброизолирующие опоры в виде жестко соединенных со стенками металлических рамок 3, 4 [1.7].
I ак как вакуум не пропускает звук, а конструкция имеет «звукоизолирующие мостики», звукоизолирующий элемент обладает хорошей звукоизоляцией. 11ри этом для противодействия давлению окружающей среды элемент имеет массивную конструкцию, следовательно, обладает высокой поверхностной плотностью.
Рис. 1.2-13. Звукоизолирующий элемент
21
1.3. Обзор современных звукопоглощающих материалов как наполнителей звукозащитных конструкций
Звукозащитные конструкции панельного типа, имеющие несколько слоев, для увеличения звукозащитных свойств и подавления звуковой энергии содержат слои из звукопоглощающих материалов. Наибольшее распространение получили звукопоглощающие волокнистые материалы типа супертонкого стекловолокна, базальтового волокна, минеральной ваты, а также материалы, изготовленные из крошки дробленых строительных материалов с цементной или гипсовой основой [28.1].
Падающие на звукопоглощающий материал звуковые волны вызывают колебания воздуха в узких порах - каналах волокнисто-пористого материала. В капиллярных воздушных трубках возникает трение и, как следствие его, - необратимые термодинамические потери. Поры таких материалов имеют вид узких каналов, допускающих сквозное продувание воздушным потоком. Форма каналов может быть самой различной [2.3,42.1].
Базальтовый картон БВТМ-К (рис. 1.3-1) — негорючий волокнистый материал. Применяется для тепло- и звукоизоляции автотранспортных средств, а также в строительстве для тепло- и звукоизоляции гражданских, промышленных и обще-
Рис. 1.3-1. Базальтовый картон ственных зданий и сооружений. Коэффициент БВТМ-К
звукопоглощения базальтового картона БВТМ-К составляет 0,45. Поверхностная плотность равна 0,4 кг/м2 [56.15].
Плита мягкая БВТМ-ПМ (рис. 1.3-2) - состоит из тонкого базальтового волокна. Применяется для тепло- и звукоизоляции гражданских и военных зданий. Коэффициент звукопоглощения плиты БВТМ-ПМ составляет 0,6. Поверхностная плотность равна 0,4 кг/м2 [56.20].
Теплозвукоизоляционный материал АТМ-1
22
(рис. 1.3-3) представляет собой мат, состоящий из рыхлого слоя супертонких штапельных стеклянных волокон, связанных синтетическим связующим. Применяется в качестве звукопоглощающего слоя звукозащитных авиационных панелей. Поверхностная плотность материала АТМ-1 равна 4,63 кг/м2. Коэффициент звукопоглощения составляет 0,57 [56.17].
Теплоизоляционное базальтовое супер-тонкое волокно (БСТВ) является одним из лучшим мировых образцов эффективной теплоизоляции. Волокно изготовлено на высокотехнологичной установке из изверженных горных пород. Маты БСТВ являются высокоэффективным тепло- и звукоизоляционным
Рис. 1.3-3. Теплозвукоизоляционный изделием материал А'ГМ-1
Маты БСТВ (рис. 1.3-4) используются для изоляции промышленного оборудования, воздуховодов горячего воздуха, наружных и внутренних паропроводов, котлов, бойлеров, теплообменников, трубопроводов разогретых жидкостей или газов при высокотемпературных процессах, рассольных линий и трубопроводов холодильных установок с любыми хладагентами, систем вентиляции и кондиционирования [56.5].
Поверхностная плотность БСТВ равна
2,4 кг/м2. Коэффициент звукопоглощения равен 0,85.
Звукопоглощающая плита ШУМАНЕТ-БМ (рис. 1.3-5) - минеральная плита на базальтовой основе является одним из наиболее эффективных материалов в классе звукопоглощающих строительных материалов. Плиты
Рис. 1.3-4. Теплоизоляционное базальтовое супертонкое волокно
(БСТВ)
ШУМАНЕТ-БМ применяются в качестве эффективного среднего слоя в конструкциях звукоизолирующих каркасных перегородок или облицовок из гипсокартонных листов (ПСП) / ГВЛ, ДСтП, фанеры, а также в системах акустических пер-