CC BY
25Окунева Г.А., канд. техн. наук, доцент, Радоуцкий В.Ю., канд. техн. наук, доцент, Шаптала В.Г., д-р. техн. наук, профессор, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ПЕНОСТЕКЛА
В работе представлены результаты исследований возможности использования теплозву-коизолирующих плит БЕЛТИСМ на основе пеностекла для устройства звукопоглощающих облицовок поверхностей помещений образовательных учреждений или использовать в качестве звукопоглощающего слоя акустических экранов со стороны источников шума.
Методология оценки риска для здоровья студентов, преподавателей и сотрудников высших учебных заведений, связанного с негативным воздействием вредных и опасных факторов окружающей среды, включает в себя анализ физических факторов, в том числе и шума.
Постоянно действующий интенсивный шум вредно влияет на многие органы и системы организма, в первую очередь на центральную нервную систему, поэтому актуальной задачей является обеспечение нормальной шумовой обстановки в помещениях образовательных учреждений. Одним из направлений решения этой
задачи является использование новых строительных материалов и конструкций с повышенной звукоизолирующей способностью, в частности, разработанных на основе пеностекла теплозвукоизолирующих плит БЕЛТИСМ [1].
Звукоизолирующая способность является одним из важнейших свойств строительных материалов. Под звукоизолирующей способностью материала понимают снижение уровня шума после прохождения его через преграду из этого материала.
Звукоизолирующая способность ограждения (дБ) от
воздушного шума в общем виде определяется по формуле [2]:
R = 10lg
(1)
где т - коэффициент звукопроницаемости, представляющий собой отношение звуковой энергии, прошедшей через ограждение, к величине звуковой энергии падающей на него.
Новые строительные материалы, используемые в области гражданского строительства, обладаюткак правило, улучшенными строительно-физическими свойствами. Важнейшей особенностью теплоизоляционных плит БЕЛТИСМ является низкая (150-250кг/м3) плотность, что придает им уникальные свойства.
Однослойные звукоизолирующие ограждения вследствие своей простоты и доступности получили наибольшее распространение в практике борьбы с шумом. Однако , как показывают натурные измерения звукоизоляции, между расчетными и измеренными частотными характеристиками звукоизоляции однослойных ограждений из различных материалов зачастую имеются значительные расхождения [3]. Это объясняется недостаточным учетом при их расчете следующих факторов, влияющих на звукоизоляцию [2]:
- косвенных путей распространения шума;
- хар актеристик потерь;
- условий закрепления и жесткости;
- резонансных эффектов;
- функций корреляции звукового давления и т.д.
Учет всех указанных факторов или даже некоторых
из них значительно усложняет инженерный расчет звукоизоляции.
Средняя звукоизолирующая способность ограждения R (дБ) на частоте 500 Гц для ограждения со средней поверхностной плотностью до 200 кг/м2 может быть оценена по формуле [2]:
R = 13,5lg m +13 , (2)
где m - средняя поверхностная плотность ограждения кг/м2.
Для теплоизоляционных плит БЕЛТИСМ (со средней плотностью 200 кг/м3) средняя поверхностная плотность при толщине 10, 20 мм составит 2, 4 кг/м2 соответственно.
Для определения частотной характеристики звукоизолирующей способности ограждений в диапазоне частот от 125 до 4000 Гц необходимо к полученным по формуле (2) значениям прибавить следующие поправки:
Частота, Гц 125 250 500 1000 2000 4000 Поправка, дБ -8 -4 0 4 8 12
Теоретические расчеты звукоизолирующей способности плит в диапазоне частот от 125 до 4000 Гц с учетом поправки приведены в табл. 1.
Исследования проводились на акустическом стенде, представляющим собой бетонные заглушенные камеры между которыми герметично закрепляли образец пеностекла. Образец пеностекла помещали в проем между камерой высокого уровня с источником звука и камерой низкого уровня, где находился измерительный микрофон. В качестве источника шума использовался генератор звуковых сигналов ГС-33. Измерение величин уровней звукового давления производили измерителем шума и вибрации ВШВ - 003 - М3 № 565 в диапазоне частот 63 - 8000 Гц.
Результаты лабораторных испытаний ограждения из плит БЕЛТИСМ, толщиной 10 и 20 мм в диапазоне частот 63 - 4000 Гц приведены в табл. 2.
Сравнивая полученные результаты испытаний плит БЕЛТИСМ со звукоизоляцией однослойных ограждений можно сделать вывод, что звукоизолирующая способность данных плит составляет от 15 до 28 дБ на среднегеометрических частотах 63-8000 Гц и эти плиты могут использоваться для звукоизоляции помещений учебных заведений наряду с теплоизоляцией.
Результаты лабораторных испытаний в сравнении с расчетными величинами звукоизолирующей способности плиты толщиной 10 мм приведены на рис. 1.
Таблица 1
Результаты теоретических расчетов звукоизоляции пеностекла
Толщина плиты, мм Средняя поверхностная плотность, кг/м2 Снижение уровня звукового давления в октавных полосах на среднегеометрических частотах, дБ
125 250 500 1000 2000 4000
10 2 9 13 17 21 25 29
20 4 13 17 21 25 29 33
Таблица 2
Результаты лабораторных испытаний плит БЕЛТИСМ
Толщина плиты, мм Средняя поверхностная плотность, кг/м2 Снижение уровня звукового давления среднегеометрических частотах , Гц в дБ
63 125 250 500 1000 2000 4000
10 2 12 14 14 16 20 24 25
20 4 15 16 16 19 24 26 28
Рис.1. Расчетные и замеренные значения звукоизоляции плит БЕЛТИСМ
■ расчетные значения;
замеренные значения
Таким образом, выпускаемые плиты БЕЛТИСМ могут с успехом использоваться не только для теплоизоляции, но и для звукоизоляции зданий и сооружений.
Для исследований звукоизолирующей способности плит БЕЛТИСМ использовалась также лабораторная установка, состоящая из модели учебного помещения. Внутри помещения установлен источник шум а - электродвигатель и микрофон измерителя шума и вибраций.
4
1
Рис. 2. Структурная схема лабораторной установки 1 - модель рабочего помещения; 2 - электродвигатель;
3 - защитный кожух; 4 - измерительный микрофон;
5 - измеритель шума и вибрации - ВШВ - 003 - М3
Для измерения уровня звукового давления применялся измеритель шума и вибраций ВШВ - 003 - М3. В комплект лабораторной установки входил также набор кожухов, внутренние поверхности которых облицов аны различными строительными материалами, которыми ук-
рывается источник шума при исследовании эффективности звукоизоляции. Структурная схема лабораторной установки представлена на рис. 2.
Характеристика звукоизолирующих кожухов представлена в табл. 3.
Для проверки звукоизолирующих свойств плит БЕЛТИСМ использовался кожух, облицованный с внутренней стороны этими плитами толщиной 30 мм, с коэффициентом звукопоглощения от 0,2 до 0,9 на среднегеометрических частотах 63-8000 Гц. [3]
Требуемая звукоизоляция воздушного шума стенками кожуха в октавных полосах частот определялась по формуле:
Я1Р = Ь — 1доп — 101ё а обл + 5 дБ,
(3)
где Ь - октавный уровень звукового давления, полученный по результатам измерений, дБ; Ьдоп - допустимый октавный уровень звукового давления на рабочих местах (по ГОСТ 12.1.003-83), дБ; а 0БЛ - реверберацион-ный коэффициент звукопоглощения внутренней облицовки кожуха.
Кд Б
----.. 4 \ ___. _ ------
V.
*-----
125 250 500 1000 2000 4000 8000
Ъ Гц
Рис 3. Результаты лабораторных испытаний кожухов:
--уровень звукового давления без кожуха;
- - - - - уровень звукового давления с кожухом №1;
- - - - - уровень звукового давления с кожухом №2;
- - - - - уровень звукового давления кожуха
с облицовкой пеностеклом;
- - - - - допустимый уровень звукового давления
Расчет требуемой звукоизоляции кожуха представлен в табл. 4.
Результаты лабораторныхиспытаний кожухов №1, №2 и кожуха с использованием пеностекла представлены в табл. 5 и рис. 3.
Таблица 3
Характеристика звукоизолирующих кожухов
2
Номер кожуха Облицовка внутренней поверхности кожуха Реверберационный коэффициент звукопоглощения аобл в октавных полосах частот со среднегеометрической частотой, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Кожух 1 Плиты марки ПА/О, минераловатные акустические с несквозной перфорацией 0,02 0,03 0,17 0,68 0,98 0,86 0,45 0,2
Кожух 2 Плиты из супертонкого стекловолокна (ТУ 01224-69) с оболочками из стеклоткани 0,1 0,4 0,85 0,98 1,0 0,93 0,97 1,0
Таблица 4
Последовательность расчета ЯТ
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Ь, дБ, по результатам измерений 98 92 94 98 92 96 95 90
Ьдоп. по ГОСТ 12.1.003-83 99 92 86 83 80 78 76 74
а1 (кожух 1) 0,02 0,03 0,17 0,68 0,98 0,86 0,45 0,2
а2 (кожух 2) 0,1 0,4 0,85 0,98 1,0 0,93 0,97 1,0
101® а1 -16,9 -15,2 -7,6 -1,6 -0,08 -0,6 -3,4 -6,9
101® а2 -10 -3,9 -0,7 -0,08 0 -0,3 -0,13 0
ЯТР1 20,9 20,2 20,6 21,6 17,1 23,6 27,4 28
ЯТР2 14 9 14 20 17 23 24 24
Таблица 5 Звукоизолирующая способность кожухов
Звукоизоляция Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Без кожуха 98 92 94 98 92 96 95 90
Кожух №1 84 77 77 76 66 72 71 70
Кожух №2 83 73 71 71 61 61 56 59
Кожух с облицовкой пеностеклом 81 73 70 70 59 56 55 55
Анализируя результаты лаб ораторных испытаний кожухов с различными звукопоглощающими материалами можно сделать вывод, что действительная звукоизоляция кожухов на всех частотах спектра больше, чем требуемая звукоизоляция Ятр для кожухов № 1 и №2.
Звукоизолирующая способность пеностекла при использовании его в составе кожуха составляет от 17 до 45 дБ.
Таким образом, испытанные звукоизолирующие плиты из пеностекла обладают достаточным ревербаци-онным коэффициентом звукопоглощения в области частот 63 - 8000 Гц (от 0,2 до 0,9) [3], что позволяет использовать их для устройства звукопоглощающих облицовок поверхностей помещений образовательных учреждений
или использовать в качестве звукопоглощающего слоя акустических экранов со стороны источников шума.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шутов А. И., Мосьпан В. И., Воля П. А. Пеностекло как эффективный звукоизолирующий материал // Международный конгресс «Современные технологии в промышленности строительных материалов». Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова №6. Белгород: 2003.
2. Тимофеенко Л .П. Снижение шума на промышленных предприятиях./ Л.П. Тимофеенко, В.Ф.Усок. Киев: Техшка, 1980 - 143 с.
3. Акустика. Справочник / Под ред. М.А. Сапожкова. - М.: Радио и связь, 1989. - 157 с.
