Исследование влияния физико-механических характеристик слоистых элементов с вибродемпфирующими слоями на звукоизоляцию непрозрачных ограждающих конструкций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 534.833

КОЧКИН АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент, vol. nikit@inbox. ru

Вологодский государственный технический университет,

160000, г. Вологда, ул. Ленина, 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ СЛОЯМИ НА ЗВУКОИЗОЛЯЦИЮ НЕПРОЗРАЧНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Приводятся результаты исследования параметров легких слоистых элементов и влияния физико-механических характеристик материалов, входящих в их состав, на звукоизолирующую способность легких ограждений, запроектированных из этих элементов.

Ключевые слова: звукоизоляция; вибродемпфирование; многослойные ограждающие конструкции.

KOCHKIN, ALEKSANDER ALEKSANDROVICH, Cand. of tech. sc., assoc. prof.

vol. nikit@inbox. ru

Vologda State Technical University,

15 Lenin st., Vologda, 160000, Russia

RESEARCH OF INFLUENCE OF PROPERTIES OF SANDWICH ELEMENTS WITH VIBRO-DAMPENING LAYERS UPON SOUNDPROOFING OF NONTRANSPARENT ENCLOSING STRUCTURES

The article presents the results of research of light layered elements parameters and physical and mechanical properties of their materials on soundproofing capacity of lightweight external walls designed from these elements.

Keywords, soundproofing; vibrodempfering; multilayer enclosing structures.

В последнее время в практике проектирования и строительства широкое применение находят легкие ограждающие конструкции из различных листовых

© А. А. Кочкин, 2012

материалов (металла, ГВЛ, ГКЛ, фанеры, ЦСП и др.). Как правило, эти элементы применяются в составе многослойных конструкций, например, в качестве облицовок, в каркасных перегородках. В перегородках устанавливаются, как правило, по два листа ГВЛ или ГКЛ, соединенных между собой «насухо» саморезами. Большинство этих конструкций должны обеспечивать необходимую достаточно высокую звукоизолирующую способность. Повышение звукоизоляции конструкций из легких листовых материалов может быть достигнуто за счет применения слоистых элементов, имеющих в своем составе вибродемпфирующие слои. Повышение звукоизоляции в этом случае может обеспечиваться за счет целенаправленного проектирования конструкций с соответствующим подбором параметров слоистых элементов и физико-механических характеристик материалов, входящих в их состав.

Коэффициенты потерь и динамические модули упругости материалов, входящих в состав слоистых элементов, исследованы в соответствии с нормами [1] на образцах размером от 10x10 см до 2,50x1,20 м на вибростенде в подвешенном состоянии [2] и в проеме реверберационных камер с гипсовой заделкой по контуру, т. е. в качестве конструкции. Исследование изоляции ограждающих конструкций от воздушного шума проводили в больших реверберационных камерах ВоГТУ [3].

Использование вибродемпфирующего слоя из техноэласта (п = 0,03 и Ед = 2,1-107 Па), по сравнению с вибродемпфирующим слоем из эпоксидной смолы ((п = 0,01 и Ед = 3,3-108 Па), в конструкции трехслойного элемента приводит к повышению звукоизоляции 1-го элемента (рис. 1), по сравнению с 3-м элементом, за счет более высокого коэффициента потерь и смещения граничной частоты волнового совпадения в область более высоких частот (смещение граничной частоты от 1665 до 3256 Гц за счет уменьшения динамического модуля упругости).

Определенное влияние на звукоизоляцию трехслойного элемента с ГКЛ и ГВЛ оказывает толщина вибродемпфирующего слоя. Например, изменение толщины вибродемпфирующего материала от 3 до 12 мм смещает граничную частоту волнового совпадения с 3255 до 4135 Гц (примерно на 73 октавы), обеспечивает рост звукоизоляции до значений по «закону массы» в зоне до граничной частоты волнового совпадения. При этом рост толщины уменьшает глубину провала и тем самым повышает звукоизоляцию конструкции в зоне, близкой к граничной частоте волнового совпадения, и выше ее, на 6-9 дБ.

Изменение толщины листов в трехслойных конструкциях с ГВЛ, ГКЛ, ЦСП и фанерой оказывает существенное влияние на звукоизоляцию элементов с вибродемпфирующим слоем. Смещение граничной частоты волнового совпадения при росте общей поверхностной плотности практически нивелирует эффект повышения звукоизоляции от роста массы конструкции. Это явление меньше проявляется в более тяжелых и жестких конструкциях.

Наиболее широкое распространение в практике строительства с листовыми элементами из ГВЛ и ГКЛ имеют двойные ограждающие конструкции с воздушным промежутком. Звукоизоляция таких ограждающих конструкций существенно зависит от собственной звукоизоляции трехслойных элементов с листами из ГКЛ и ГВЛ и толщины воздушного промежутка между этими элементами.

Я, дБ

Рис. 1. Частотные характеристики звукоизоляции слоистого вибродемпфированного элемента, состоящего из двух листов ГВЛ толщиной по 10 мм:

1 и 2 - экспериментальная и расчетная характеристики элемента, склеенного одним слоем техноэласта толщиной 3 мм, ц = 28,05 кг/м2, = 41 дБ; 3 - склеенного эпоксидной смолой, ц = 24,33 кг/м2, = 33 дБ; 4 - без склеивания,

ц = 23,39 кг/м2, = 37 дБ; 5 - закон массы

Анализ частотных характеристик показывает, что звукоизоляция двойных ограждающих конструкций из слоистых элементов с ГВЛ и ГКЛ имеет характеристики звукоизоляции по частотам, подобные частотным характеристикам звукоизоляции отдельных элементов, увеличенных на величину дополнительной звукоизоляции за счет наличия воздушного промежутка. При этом видно, что провалы в звукоизоляции двойных ограждений соответствуют граничным частотам волнового совпадения отдельных слоистых элементов. Для сравнения, на рис. 2 нанесены также характеристики двойных ограждений из слоистых материалов, соединенных между собой «насухо» без вибродемпфирующего материала. Видно, что такие конструкции обладают меньшей звукоизоляцией (на 6 дБ), по сравнению с аналогичными конструкциями из слоистых вибродемпфированных элементов (СВДЭ). Звукоизоляция СВДЭ, по сравнению со слоистыми материалами, соединенными «насухо» без воздушного промежутка, при одинаковой поверхностной плотности повышается на 15 дБ. Использование различных вибродемпфирующих материалов в СВДЭ двойных ограждений повышает звукоизоляцию на 12 дБ.

При исследовании влияния толщины воздушного промежутка на звукоизоляцию двойных ограждений установлено, что увеличение воздушного промежутка приводит к росту звукоизоляции. При этом провал в звукоизоляции наблюдается на граничной частоте волнового совпадения, который соответствует граничной частоте волнового совпадения отдельных элементов. Расположение этих провалов в звукоизоляции в частотном диапазоне находится в одних и тех же местах, независимо от того, соединены листы «насухо» или склеены вибродемп-

фирующим слоем. Как и для всех случаев двойных ограждений, при увеличении воздушного промежутка наблюдается рост звукоизоляции (рис. 3).

Величина дополнительной звукоизоляции мало зависит от того, как устроены элементы двойного ограждения (соединены «насухо» или склеены), однако общая звукоизоляция за счет более высокой собственной звукоизоляции слоистых элементов является значительно большей по сравнению с элементами, соединенными «насухо».

Я, дБ

Рис. 2. Частотные характеристики звукоизоляции двойных ограждений:

1 - трехслойный элемент, состоящий из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной 6 мм, ц = 21,58 кг/м2, Яш = 39 дБ;

2 - двойное ограждение из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм без склеивания, установленных через воздушный промежуток 50 мм, Яцт = 48 дБ; 3 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных без воздушного промежутка, Яцт = 44 дБ; 4 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 25 мм, Яцт = 50 дБ; 5 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 50 мм, Яцт = 54 дБ; 6 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 75 мм, Яцт = 57 дБ; 7 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 100 мм, Яцт = 60 дБ; 8 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 125 мм, Яцт = 61 дБ; 9 - 2 трехслойных элемента, состоящих из двух листов ГКЛ толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной по 3 мм, установленных через воздушный промежуток 150 мм, Яцт = 61 дБ

Ай, дБ 25

20

15

10 5

0 25 50 75 100 125 150 ""

Рис. 3. Средняя дополнительная звукоизоляция двойных ограждений из слоистых виб-родемпфированных элементов, состоящих из двух листов ГВЛ (1) или ГКЛ (2) толщиной по 10 мм, склеенных двумя слоями техноэласта толщиной 6 мм, в зависимости от толщины воздушного промежутка

Следует отметить тот факт, что в настоящее время в практике устройства легких ограждающих конструкций используются конструкции с воздушным промежутком толщиной не более 60-80 мм. В таких конструкциях не полностью используется резерв звукоизоляции за счет размеров воздушного промежутка. С повышением частоты влияние толщины воздушного промежутка снижается, особенно на высоких частотах. Эти выводы хорошо согласуются с результатами исследований двойных ограждений из однослойных панелей [4].

Выводы

1. Для СВДЭ при использовании ГВЛ, ГКЛ, ЦСП, фанеры большое значение имеет выбор вибродемпфирующего материала по величинам его коэффициента потерь и динамического модуля упругости. Путем соответствующего подбора коэффициента потерь и динамического модуля упругости вибродемпфирующего материала можно обеспечить достаточное повышение звукоизоляции, в том числе за счет смещения граничной частоты волнового совпадения в область высоких частот и, возможно, за пределы нормируемого диапазона частот.

2. При увеличении толщины вибродемпфирующего слоя наблюдается рост звукоизоляции в основном в зоне граничной частоты волнового совпадения. Однако это влияние мало сказывается на общей звукоизоляции этих трехслойных элементов. Поэтому при проектировании таких конструкций выбор вибродемпфирующего слоя следует производить из обеспечения оптимальных конструктивных решений.

3. На звукоизоляцию СВДЭ из ГВЛ, ГКЛ и фанеры существенное влияние оказывает толщина листов. При проектировании звукоизоляции таких конструкций необходимо целенаправленно подбирать толщину элементов, исходя из соотношения их поверхностной плотности и динамического модуля упругости.

4. Характер частотной зависимости звукоизоляции двойных ограждений из СВДЭ соответствует характеру частотных характеристик звукоизоляции

отдельных элементов. При этом звукоизоляция ограждений увеличивается на величину дополнительной звукоизоляции за счет наличия воздушного промежутка. Так как СВДЭ имеют большую звукоизоляцию по сравнению с элементами, соединенными «насухо», существует резерв существенного повышения звукоизоляции легких ограждающих конструкций за счет замены панелей, соединенных «насухо», на СВДЭ.

5. Звукоизоляция двойных ограждений из СВДЭ существенно зависит от толщины воздушного промежутка. Установлено, что для повышения эффективности звукоизоляции в ограждающих конструкциях следует увеличивать воздушный промежуток до 100 мм. Увеличение воздушного промежутка от 50 до 100 мм приводит к увеличению звукоизоляции легких ограждений на 3-6 дБ, что практически равносильно такому росту звукоизоляции за счет увеличения их массы в два раза. Увеличение толщины воздушного промежутка на 125 мм и более не приводит к росту звукоизоляции двойных ограждений из СВДЭ.

Библиографический список

1. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний. - М. : Изд-во стандартов, 1981. - 10 с.

2. Боголепов, И.И. Промышленная звукоизоляция / И.И. Боголепов. - Л. : Судостроение, 1986. - 368 с.

3. Кочкин, А.А. Исследование изоляции ограждающих конструкций от воздушного шума в реверберационных камерах / А.А. Кочкин, Н.М. Дементьев // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - № 12. - С. 43.

4. Заборов, В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций / В.И. Заборов. - М. : Стройиздат, 1969. - 185 с.