CC BY
14УДК 699.844
С.С. ВАЙСЕРА1, инженер (vaisera_sergei@mail.ru), О.В. ПУЧКА1, канд. техн. наук (oleg8a@mail.ru),
B.С. ЛЕСОВИК1, д-р техн. наук; И.В. БЕССОНОВ2, канд. техн. наук (bessonoviv@mail.ru);
C.В. АЛЕКСЕЕВ1, канд. техн. наук (aleks_sb@list.ru)
1 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
2 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, Москва, Локомотивный проезд, 21)
Влияние влагосодержания, воздухопроницаемости и плотности материала на его звукопоглощающие характеристики
Защита от шума - одного из основных неблагоприятных факторов среды обитания человека - стала неотъемлемой частью вопросов проектирования, строительства и реконструкции городов. Наиболее перспективным направлением решения данной задачи является разработка методологии создания высокоэффективных акустических материалов с жестким каркасом на основе неорганического сырья - пеностекла, пенобетона, пенокерамики и т. д. В частности, пеностекло является универсальным с точки зрения акустических свойств материалом, так как в зависимости от типа пористости (закрытой или открытой) обладает звукоизолирующими или звукопоглощающими характеристиками. Авторами получены результаты, анализ которых свидетельствует, что значения коэффициента звукопоглощения пористых акустических материалов на основе пеностекла коррелируются со значениями воздухопроницаемости и водопоглощения, тем самым, используя методы определения воздухопроницаемости и водопоглощения, можно оценить и спрогнозировать акустические характеристики пористых материалов.
Ключевые слова: стеклокомпозит, пеностекло, воздухопроницаемость, водопоглощение, звукопоглощение.
Для цитирования: Вайсера С.С., Пучка О.В., Лесовик В.С., Бессонов И.В., Алексеев С.В. Влияние влагосодержания, воздухопроницаемости и плотности материала на его звукопоглощающие характеристики // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 24-27.
S.S. VAISERA1, Engineer (vaisera_sergei@mail.ru), O.V. PUCHKA1, Candidate of Sciences (Engineering) (oleg8a@mail.ru) V.S. LESOVIK1, Doctor of Sciences (Engineering); I.V. BESSONOV2, Candidate of Sciences (Engineering) (bessonoviv@mail.ru); S.V. ALEKSEEV1, Candidate of Sciences (Engineering) (aleks_sb@list.ru)
1 Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (46, Kostyukova Street, Belgorod, 308012, Russian Federation)
2 Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
Impact of Moisture Content, Air Permeability, and Density of Material on Its Noise-Absorption Characteristics
Protection against noise, one of the main adverse factors of the human habitat, has become an integral part of the design, construction and reconstruction of cities. Development of methods for creating high efficient acoustic materials with a rigid frame on the basis of non-organic raw materials, foam glass, foam concrete, foam ceramics etc., is the most prospective way of this problem solution. In particular, the foam glass is a universal, from the point of view of acoustic properties, material, as depending on the type of porosity (closed or opened) it possesses sound-isolation or noise-absorption characteristics. The authors have obtained the results, the analysis of which shows that the value of the noise-absorption coefficient of porous acoustic materials on the basis of foam glass is correlated with the values of air permeability and water absorption, that's why using the methods for determining the air permeability and water absorption, it is possible to determine and predict the acoustic characteristic of porous materials.
Keywords: glass composite, foam glass, air permeability, water absorption, noise absorption.
For citation: Vaisera S.S., Puchka O.V., Lesovik V.S., Bessonov I.V., Alekseev S.V. Impact of moisture content, air permeability, and density of material on its noise-absorption characteristics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 6, pp. 24-27. (In Russian).
Важной задачей современного строительства зданий гражданского назначения является создание комфортного акустического климата. Акустический климат в помещении определяется способностью ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий и т. п.) изолировать воздушный и ударный звук, а условия слухового восприятия речи и музыки (особенно важно для общественных зданий) — способностью поглощать звук ограждающими поверхностями [1].
На настоящий момент для решения данной задачи в основном применяются упругие (звукоизолирующие) волокнистые (поглощающие) материалы. Тогда как использование пористых материалов с жестким каркасом менее эффективно по причине низких акустических характеристик по сравнению с волокнистыми [2].
Поэтому актуальной задачей на данный момент является разработка методологии создания высокоэффективных акустических материалов с жестким каркасом на основе неорганического сырья — пеностекла, пенобетона, пенокерамики и т. д. В частности, пеностекло является универсальным с точки зрения акустических
свойств материалом, так как в зависимости от типа пористости (закрытой или открытой) обладает звукоизолирующими или звукопоглощающими характеристиками [3—6].
Цель работы заключалась в разработке методологии оценки звукопоглощающих характеристик, основанной на взаимосвязи со структурными параметрами (влагосодержания, воздухопроницаемости и плотности материала).
Свойства высокопористых материалов, и прежде всего звукопоглощение, зависят от вида пор на поверхности материала и характера внутренней пористости.
Анализ данных по изучению влияния параметров структуры материала на звукопоглощение позволяет сформулировать технологические условия регулирования свойств:
— создание многомодальной пористости, обеспечивающей гашение звука на средних и высоких частотах;
— развитая система сообщающихся пор, обеспечивающих прохождение звуковой волны в толщу материала и сохранение фильтрационного режима его работы;
научно-технический и производственный журнал
а
a 0,4 lo,35
(D
о 0,3 <2 0,25
о
£ 0,2
CO ' CO
tE 0,15
CD
0,1
в
450 i 400 Sj 350 Л- 300 S3 250 § 200 g 150 _ 100 50 0
25
d 20
[V
JS 15
s 10
3,5 4 4,5 5 6
Содержание газообразователя колеманита, %
3
3,5 4 4,5 5 6
Содержание газообразователя колеманита, %
и
3,5 4 4,5 5 6
Содержание газообразователя колеманита,
3
3,5 4 4,5 5 6 7
Содержание газообразователя колеманита, % Рис. 1. Эксплуатационные характеристики полученных материалов с использованием карбонатного газообразователя (колеманита): а - коэффициент звукопоглощения; б - коэффициент воздухопроницаемости; в - плотность; г - водопоглощение
— обеспечение необходимого сопротивления воз-духопроницаницаемости для эффективного перевода звуковой энергии в тепловую за счет трения воздуха о стенки пор (увеличение активной составляющей).
Проведенные исследования показали, что стекло-композит с открытой пористостью, полученный с использованием карбонатного газообразователя, имеет коэффициент звукопоглощения порядка 0,3—0,5 для колебаний с частотой 1000 Гц, что позволяет его считать звукопоглощающим материалом [7—8]. Косвенным показателем структуры, характеризующим звукопоглощающую способность материалов, является коэффициент воздухопроницаемости. Коэффициент воз-
духопроницаемости зависит от вида и размера пор, а главное, от соотношения открытой и замкнутой пористости [9, 10].
Эксплуатационные характеристики материалов, полученных с использованием карбонатного газообра-зователя, представлены на рис. 1.
Однако полученные значения звукопоглощения в два раза ниже коэффициента звукопоглощения волокнистых материалов, равного 0,7—0,9 при той же частоте. Зависимость звукопоглощения от количества газообразователя имеет экстремальный характер и начиная с некоторого значения убывает, несмотря на рост пор и снижение плотности. Следовательно, увеличить звуко-
б
= ,s
S3 Р
25 20 15 10
и
5
4,5%K КГ4,5/0,1 КГ4,5/0,2 КГ4,5/0,25 КГ4,5/0,3 КГ4,5/0,35 КГ4,5/0,4 Состав газообразователя
4,5%K КГ4,5/0,1 КГ4,5/0,2 КГ4,5/0,25 КГ4,5/0,3 КГ4,5/0,35 КГ4,5/0,4 Состав газообразователя
450 80
% 400 70 -
1= 350 Ф s 60 -
Л- 300 S3 250 --'---к. X ф EJ 50 -
¡Е 200 - о ЕЕ 40 —
g 150 _ " щ о с 30 -
С 100 о ч: 20 -
50 - m 10 -
КГ4,5/0,1 КГ4,5/0,2 КГ4,5/0,25 КГ4,5/0,3 КГ4,5/0,35 КГ4,5/0,4 Состав газообразователя
4,5%K КГ4,5/0,1 КГ4,5/0,2 КГ4,5/0,25 КГ4,5/0,3 КГ4,5/0,35 Состав газообразователя
Рис. 2. Эксплуатационные характеристики полученных материалов с использованием комплексного газообразователя (КГ - комплексный газо-образователь (мас. % колеманита/ мас.% углерода): а - коэффициент звукопоглощения; б - коэффициент воздухопроницаемости; в - плотность; г - водопоглощение
б
5
0
3
3
г
а
0
в
г
0
0
научно-технический и производственный журнал
июнь 2017 25
80
,0
860
ф.50
о40
§30
о 20 d 0"10 m
0
SíS If 5
2
ч 25 j
f 20--cj
Í 15-- ^ F ю-- a ! 5- = 0
400 350 300 250 200 150 100 50 0
3%К 3,5%К 4%К 4,5%К 5%К 6%К 7%К Состав газообразователя
а
с*
0,8 I ф 80
0,7 3" о ^ 70
0,6 ш о 860
0,5 о ф 50
0,4 со =г о40
0,3 I ф лог30
0,2 ZT о 20
0,1 Cj о10
m
0 I 0
осУ?
ce ¿
Ss
400 350 5 300 í 250 j 200 = 150 = 100 50 0
4,5%K КГ4,5/0,1 КГ4,5/0,2КГ4,5/0,25КГ4,5/0,3 КГ4,5/0,35 КГ4,5/0,4 Состав газообразователя
0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 : 0
Рис. 3. Корреляционная зависимость эксплуатационных характеристик материала
3
2
3
4
поглощение возможно только при изменении характера пористости.
С целью увеличения коэффициента звукопоглощения a авторами был проведен ряд экспериментов с использованием комплексного газообразователя, позволившего модифицировать пористость материала и получить образцы с a, равным 0,7 для колебаний с частотой 1000 Гц. На кривой (рис. 1) наблюдается максимум, который образуется при определенном соотношении компонентов газообразователя.
Эксплуатационные характеристики материалов, полученных с использованием комплексного газо-образователя, обусловлены изменением структуры материала (вида и характера его пористости, плотности, воздухопроницаемости, водопоглощения) (рис. 2) (КГ4,5/0,1 — комплексный газообразователь (4,5 мас.% колеманита)/0,1 мас.% углерода).
Таким образом, модификация пористой структуры позволяет существенно повысить звукопоглощение стеклокомпозита, и этим процессом можно управлять.
Для возможности прогнозирования и проектирования материалов с заданными характеристиками авторами был предложен способ оценки акустических характеристик методом корреляционной зависимости значений воздухопроницаемости, водопоглощения и плотности.
На рис. 3. представлены графики корреляционной зависимости эксплуатационных характеристик материала.
Установлен экстремум звукопоглощения у образцов, полученных на основе карбонатного газообразо-вателя (содержание 4—5 мас. %) (рис. 3). Коэффициент звукопоглощения в этом интервале изменяется с 0,29—
0.31. при этом водопоглощение и воздухопроницаемость в указанных интервалах увеличивается, причем интенсивный рост наблюдается при введении газообразователя свыше 4,5 мас. %. Наименьшей плотностью обладает материал, полученный при содержании газообра-зователя в количестве 5 мас. %. При введении свыше
Список литературы
1. Иванов Н.И. Проблема повышенного шумового воздействия на население РФ. Защита населения от повышенного шумового воздействия: Материалы Всероссийской научно-практической конференции / Под ред. Н.И. Иванова, К.Б. Фридмана. СПб. 2015. С. 17-26.
2. Герасимов А.И. Звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы и их применение в строительстве // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 209-215.
3. Минько Н.И., Пучка О.В., Степанова М.Н., Вайсера С.С. Теплоизоляционные стекломатериалы. Пеностекло: Монография. Белгород: Издательство БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. 263 с.
4. Радоуцкий В.Ю., Ветрова Ю.В. Теоретические и экспериментальные исследования звукоизолирующей способности теплоизоляционных плит на основе пеностекла // Вестник БГТУ. 2015 № 5. С. 45-49.
5 мас. % наблюдается снижение коэффициента звукопоглощения при одновременном увеличении всех трех эксплуатационных характеристик. Эти данные позволяют утверждать, что оптимальным для повышения коэффициента звукопоглощения является содержание газообразователя 4,5 мас. %. В связи с этим наиболее перспективным направлением представляется использование для дальнейших исследований модификации газообразователя углеродсодержащими добавками.
При исследовании образцов, полученных на комплексном газообразователе (4,5К (колеманит):0,1С (углерод)), наблюдалось снижение коэффициента звукопоглощения. Вероятно, это связано с тем, что структура материала уплотняется за счет введения технического углерода, выступающего стабилизатором структуры. При дальнейшем увеличении количества технического углерода до 0,25—0,3 мас. % звукопоглощение у образцов возрастало (наблюдался экстремум) и соответственно повышались водопоглощение и воздухопроницаемость при одновременном снижении плотности образца.
При введении технического углерода свыше 0,3% коэффициент звукопоглощения значительно снижался при одновременном увеличении водопоглощения и воздухопроницаемости. Поэтому для получения звукопоглощающих стеклокомпозитов с наилучшими эксплуатационными характеристиками оптимальным является состав с содержанием комплексного газообразователя 4,5К/0,25—0,3С (коэффициент звукопоглощения
0.67.0,69).
По результатам исследования можно заключить, что значения коэффициента звукопоглощения пористых акустических изделий из стеклокомпозита корре-лируются со значениями воздухопроницаемости и во-допоглощения, тем самым, используя методы определения воздухопроницаемости и водопоглощения, можно оценить и спрогнозировать акустические характеристики пористых материалов.
References
1. Ivanov N.I. The problem of increased noise impact on the
population of the Russian Federation. Protection of the population from increased noise impact: materials of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Edited by Ivanova N.I., Friedman K.B. 2015, pp. 17-26. (In Russian).
2. Gerasimov A.I. Sound insulation and sound absorbing materials and their application in construction. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2009. No. 5, pp. 209-215. (In Russian).
3. Min'ko N.I., Puchka O.V., Stepanova M.N., Vaisera S.S. Teploizolyatsionnye steklomaterialy. Penosteklo. Mono-grafiya. [Thermal insulation glass materials. Foamglass. Monograf]. Belgorod: BGTU im. V.G. Shuhova Publishing. 2016. 263 p.
4. Radouckiy V.Ju., Vetrova Ju.V. Theoretical and experimental researches of sound insulation ability of insulation boards on the basis of foamglass. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova. 2015. No. 5, pp. 45-49. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал
5. Семухин Б.С., Вотинов А.В., Казьмина О.В., Ковалев Г.И. Влияние малых добавок диоксида циркония на акустические свойства пеностекольных материалов // Вестник ТГАСУ. 2014. № 6 (47). С. 123-131.
6. Семухин Б.С., Казьмина О.В., Ковалев Г.И., Опаренков Ю.В., Душкина М.А. Определение акустических свойств пеностеклокристаллических материалов // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56. № 7-2. С. 334-338.
7. Вайсера С.С. Пучка О.В., Лесовик В.С., Бессонов И.В., Сергеев С.В. Эффективные акустические стекло-композиты // Строительные материалы. № 6. 2016. С. 28-31.
8. Лесовик В.С., Пучка О.В., Вайсера С.С., Елистрат-кин М.Ю. Новое поколение строительных композитов на основе пеностекла // Строительство и реконструкция. 2015. № 3 (59). С. 146-154.
9. Лаукайтис А.А. Воздухопроницаемость ячеистых бе-
тонов низкой плотностью // Строительные материалы. 2001. № 7. С. 16-18.
10. Вайсера С.С. Коэффициент воздухопроницаемости как параметр оценки структуры пеностекла // Вестник БГТУим. В.Г. Шухова. 2016. № 3. С. 70-74.
5. Semuhin B.S., Votinov A.V., Kaz'mina O.V., Kovalev G.I. Influence of small additives of zirconium dioxide on properties of foam glass materials. Vestnik TGASU. 2014. No. 6 (47), pp. 123-131. (In Russian).
6. Semuhin B.S., Kaz'mina O.V., Kovalev G.I., Oparenkov Ju.V., Dushkina M.A. Determination of acoustic properties of foamglass crystal materials. Izvestija vysshih ucheb-nyhzavedenij. Fizika. 2013. Vol. 56. No. 7-2, pp. 334-338. (In Russian).
7. Vaisera S.S. Puchka O.V., Lesovik V.S., Bessonov I.V., Sergeev S.V. Effective acoustic steklokompozit. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 6, pp. 28-31. (In Russian).
8. Lesovik V.S., Puchka O.V., Vaisera S.S., Elistratkin M.Ju. Building a new generation of composites based on foamglass. Stroitel'stvo i rekonstrukciya. 2015. No 3 (59), pp. 146-154. (In Russian).
9. Laukaytis A.A. The permeability of cellular concrete with low density. Stroitel'nye Materialy. 2001. No 7, pp. 16-18. (In Russian).
10. Vajsera S.S. The coefficient of air permeability as a parameter to assess the structure of the foamglass. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova. 2016. No. 3, pp. 70-74. (In Russian).
НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
8 июня 2017 г. в Москве состоялась конференция «Эффективные технологии в строительстве», организованная ведущим деловым изданием России - газетой «Ведомости». В условиях стагнации в экономике и падения платежеспособного спроса произошло видимое обострение конкуренции на рынке недвижимости. Покупатели становятся более внимательными к качеству предлагаемого жилья и условиям его эксплуатации. В настоящее время девелоперам необходимо задуматься о повышении своей конкурентоспособности на рынке и об обеспечении постоянного притока клиентов. Обсуждению инновационных решений для создания комфортной среды, оптимизации затрат на строительство, а также использованию эффективных технологий было посвящено мероприятие.
Известны различные тренды в жилищном строительстве: в Европе возводят экологичные здания, в США тренд на инновации, в Азии стараются строить много и быстро. В России выраженного озвученного тренда пока нет. Скорее дешево и быстро. Эксперты отрасли обсудили актуальную тему: как обеспечить оптимальное качество построенного объекта; чем не должен жертвовать девелопер; какие рычаги воздействия может использовать девелопер для увеличения потока клиентов в условиях высококонкурентного рынка.
В дискусси принял участие председатель технического комитета Росстандарта - ТК 144 «Строительные материалы (изделия) и конструкции» А. Ручьев. Он отметил, что обсуждение вопросов энергоэффективности не может вестись бесконечно. Необходимо качественно строить по тем нормативным документам, которые имеются. Также он сказал, что вне зависимости от сегмента возводимого жилья застройщики используют практически одни и те же строительные материалы. Максимальное отличие наблюдается в отделочных материалах, в архитектуре, концепциях благоустройства и фасадных решениях. В условиях ужесточившейся конкуренции девелоперы стремятся предложить покупателю наиболее привлекательный продукт с оптимальным соотношением цены и качества. При этом даже в эконом-классе застройщики стараются создать развитую инфраструктуру и внедряют интересные и современные архитектурные решения. Однако, несмотря на разнообразие предложений, все девелоперы идут по одному пути и используют равнозначные инструменты. В настоящее время новых зарубежных материалов на российском рынке практически не появляется. Дома комфорт-класса отличаются, как правило, только фасадными решениями. А. Ручьев обратил внимание, что для девелоперов точка прорыва на рынке в новых технологиях управления домами. Многие страны мира уже перешли на платформенные решения, которые служат базисом для интернет-технологий и других
дополнительных опций. Покупатели приобретают не просто квартиру, а продукт в определенной среде проживания. Системы управления лифтами, кондиционерами, безопасностью, освещением, видеонаблюдением - вот где скрыт колоссальный ресурс для девелоперов. Внедрение автоматической системы регулирования подачи тепла в жилые дома позволяет получить экономию до 35%. А внедрение систем автоматической подачи воды снижает ее расход до 15%. В итоге несмотря на то что жителей в Москве становится больше, потребление воды за последние 5-7 лет неуклонно падает. Предложение более комфортной среды проживания позволит получить конкурентное преимущество. А. Ручьев входит в десятку наиболее профессиональных и влиятельных руководителей российского строительного сектора, по данным рейтинга «Топ-1000 российских менеждеров», поэтому его мнение пользуется большим авторитетом. Он председатель совета директоров ГК «Основа» - финансово-производственного холдинга, образованного в 2016 г. Стратегия развития ГК «Основа» подразумевает инвестиции в высокотехнологичные отрасли российской экономики с высоким экспортным потенциалом, в объекты коммерческой недвижимости, а также в девелопмент.
Вице-президент по розничным продажам Группы ПСН Е. Тейн рассказала, что потенциальные покупатели обращают внимание на стоимость эксплуатационных расходов, поэтому экономить на качестве строительства нельзя. Для ускорения строительства и обеспечения качества необходимо применять В1М-технологии. О позитивном опыте внедрения в практику В1М-технологий рассказал директор сектора коммерческой и жилой недвижимости ГК «Спектрум» А. Иванов, который отметил, что строительство - архитектура, инжиниринг, производство строительных материалов - переживает технологическую трансформацию: соединение творческого потенциала инженерной школы и международных стандартов управления проектами на всех стадиях жизненного цикла здания.
Физический срок службы зданий велик. Жильем, которое люди покупают в настоящее время, будет пользоваться следующее поколение. Поэтому важно, чтобы здание не устаревало не только физически, но и морально. Современный и масштабный проект строительства комплекса премиум-класса, состоящий из пяти небоскребов ЖК «Нескучный Home&Spa» на юго-западе Москвы, представил директор архитектурного бюро «Атриум» А. Надточный. Первой планируется построить 69-этажную башню «Нескучный Home&Spa», имеющую ступенчатую форму. Такая геометрическая форма позволит обеспечить наилучшие видовые характеристики. Небоскребы будут объединены единым общественным пространством на уровне 30-32 этажей.
j j. ®
научно-технический и производственный журнал
июнь 2017
27
