11 июля 2016

 

И.А. ХРИСТОФОРОВА, канд. техн. наук,
Ивановская государственная архитектурно-строительная академия

 

Акустическая изоляция помещений промышленных, жилых и общественных зданий предназначена для защиты человека от шума. Повышенный шум в помещениях относится к нарушению санитарно-гигиенических норм. Установлено, что если шум превышает нормативные требования (52 дБ) на 15—20 дБ, то производительность труда снижается на 10—20%. Уменьшение шума в результате использования акустических материалов сохраняет здоровье человека, создает для него необходимые комфортные условия. Акустические материалы подразделяются на звукопоглощающие и звукоизоляционные прокладочные материалы. Выбор акустического материала зависит от типа шума, его уровня и частотной характеристики [1, 2].

 

Звукопоглощающие материалы применяются в основном в облицовках промышленных зданий и технического оборудования, требующих снижения уровня шума, а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий. Такие материалы имеют волокнистое, зернистое или пористое строение.

 

По мере повышения требований к качеству жилья проблема звукоизоляции становится наиболее актуальной. Число бытовой техники в квартирах неуклонно растет. Звуковая аппаратура становится все более мощной. Кроме того, низкое качество строительства не всегда реально обеспечивает нормативные показатели шумовой нагрузки. Звукоизоляционные материалы изготовляются в виде рулонов или плит и применяются в конструкциях межэтажных перекрытий, во внутренних стенах и перегородках, а также как виброизоляционные прокладки под машины и оборудование.

 

Ассортимент звукопоглощающих материалов, которые используются в качестве элементов конструкций, достаточно широк. Одними из самых распространенных пористых поглотителей шума являются плиты и маты из минеральной ваты.

 

К звукопоглощающим материалам также относится большой класс органических поглотителей шумов — пенопласты.

 

Широко для данных целей используют эластичный пенополивинилхлорид, который имеет в своей структуре открытые и закрытые ячейки, поэтому его допустимо применять как для изоляции, так и в качестве поглотителя шумов.

 

На рынке представлена широкая гамма звукопоглощающих материалов. Однако для практического использования целесообразно исходить из оптимального соотношения следующих факторов: свойства — цена — экологическая безопасность — пожаробезопасность — стабильность работы при изменяющейся сезонной влажности [3].

 

Цель данной работы — создание нового высокоэффективного звукопоглощающего материала, который бы обеспечивал надежную звуковую защиту, был экологически безопасным в применении и имел невысокую стоимость.

 

Изделия, изготовленные из ПВХ, экологически безопасны и трудносгораемы (при выносе из пламени самозатухают). Звукопоглощающий материал изготавливали в виде листов методом спекания при повышенной температуре. Полученные листы исследовали по стандартным методикам на линейную усадку (У), открытую пористость (Wоткр), размер пор (d), суммарную удельную площадь пор (ΣSi) [5] и коэффициент звукопоглощения (α0, ГОСТ 16297—80).

 

Из [4] видно, что способом спекания ПВХ марки Е 6602 С возможно изготовление звукопоглощающих материалов с коэффициентом звукопоглощения до 0,97. Для получения высокоэффективных акустических материалов из ПВХ необходимо создавать материалы не только с размером пор (1,6—2,2)10-6 м, но и с определенной эластичностью, способствующей затуханию наведенных звуковой волной вторичных колебаний. Из ПВХ С 7058 К (ГОСТ 14039—78) материал с необходимой прочностью получить не удавалось. Разработку акустического материала на основе ПВХ этой марки проводили модификацией композиций фосфатным пластификатором (ПФ, ТУ 6-06-241—02). ПФ вводили в композиции в количестве от 7 до 20%. Перемешивание вели в шаровой мельнице, затем смесь помещали в металлическую форму длиной 108 мм и спекали в течение 40—60 мин. Данные по влиянию содержания ПФ на свойства звукопоглощающего материала на основе ПВХ марки С 7058 К представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Содержание ПФ, %

Время спекания, мин

Свойства материала

У, %

Wоткр %

α0 при 1000 Гц

ΣSi

7

40

0,5

56

0,83

0,91

50

0,5

55

0,82

0,35

60

0,5

46

0,79

0,19

14

40

1,9

58

0,99

0,78

50

1,9

57

0,97

0,62

60

1,9

57

0,91

0,17

20

40

1,4

57

0,94

0,41

50

1,4

55

0,94

0,41

60

1,4

54

0,89

0,38

 

Как видно из приведенных данных, с увеличением концентрации ПФ при постоянном времени спекания увеличивается усадка материала, открытая пористость остается практически без изменения. При концентрации ПФ, равной 14%, зависимость коэффициента звукопоглощения носит экстремальный характер, хотя средний размер пор остается неизменным. Распределение пор по размерам в координатах «диаметр пор — удельная площадь пор» представлено на рис. 1—3.

 


Рис. 1. Зависимость распределения пор по размерам в открытопористом листовом ПВХ при введении 7% ПФ в зависимости от времени спекания, мин: 1 — 40; 2 — 50; 3 — 60


Рис. 2. Зависимость распределения пор по размерам в открытопористом листовом ПВХ при введении 14% ПФ в зависимости от времени спекания, мин: 1 — 40; 2— 50; 3— 60

 


Рис. 3. Зависимость распределения пор по размерам в открытопористом листовом ПВХ при введении 20% ПФ в зависимости от времени спекания, мин: 1 — 40; 2 — 50; 3 — 60

 

При измерении распределения пор по размерам есть возможность рассчитать суммарную удельную площадь пор (доля площади пор на единицу поверхности). Как видно из табл. 1, для каждой композиции величина ΣSi коррелируется с коэффициентом звукопоглощения: чем меньше ΣSi тем меньше α0. Однако для композиции, содержащей 14% ПФ, наблюдается экстремальное значение α0. Доля открытых пор с увеличением содержания ПФ и времени спекания для выбранного интервала концентраций и времени монотонно уменьшается. Следовательно, для получения максимального значения звукопоглощения при сохранении требуемой прочности концентрация ПФ должна находиться в области 14%.

 

Таблица 2

Наименование материала

Коэффициент

звукопоглощения

Сфера применения

Условия применения
Плиты на основе минеральной ваты «Акминит» и «Акмигран»

0,04-0,98
(при 120-1000 Гц)

 Отделка потолков и стен внутри помещений Относительная влажность воздуха не выше 70%
Панель на основе минеральной базальтовой ваты «Soundlux»

0,14-1
(при 100-5000 Гц)

 Стеновые панели со стальной облицовкой

—
Плита из ячеистого бетона «Силакпор»

0,3-0,8
(при 200-4000 Гц)

 Отделка потолков, подвесные конструкции

—
Плиты гипсовые ППГЗ

0,76
(при 500 Гц)

 Отделка потолков, стен

—
Древесный композит «Арболит»

0,17-0,6
(при 125-2000 Гц)

 Стены и перегородки внутри малоэтажных зданий Относительная влажность воздуха не выше 60%
Разработанный материал на основе ПВХ

0,82-0,99 (при 1000 Гц)

 Покрытия на любые поверхности внутренней и наружной облицовки зданий и сооружений. Обработка тоннелей, акустическая защита жилых домов на автострадах и вдоль железных дорог Ограничений по влажности воздуха нет

 

При возрастании времени спекания наблюдается снижение открытой пористости, коэффициента звукопоглощения, размер пор уменьшается, усадка же не изменяется. Так, при увеличении времени от 40 до 60 мин при содержании ПФ 7% суммарная доля открытых пор снижается с 0,91 до 0,19. Данные зависимости можно объяснить тем, что при увеличении времени спекания происходит более глубокая миграция пластификатора в зерна полимера, сольватированная макромолекула ПВХ увеличивается в размерах, поры между частицами ПВХ уменьшаются, и в результате они контрактируют. Вследствие этого снижается открытая пористость, размер пор и суммарная доля открытых пор.

 

На основании проведенных исследований разработан акустический строительный материал, который можно использовать в звукопоглощающих конструкциях. Он обладает достаточной прочностью, имеет гладкую красивую поверхность, трудносгораем, экологически безопасен (не выделяет вредных веществ при эксплуатации), не снижает эксплуатационные характеристики во времени. Открытопористый ПВХ-материал обеспечивает эффективное поглощение звука и может быть использован для создания акустического комфорта в общественных помещениях, для снижения шума от оборудования в технических помещениях различного назначения и защищает от звукового давления жилые дома, находящиеся вблизи автострад и автодорог с интенсивным автомобильным движением, особенно после реконструкции и расширения автодорог федерального значения.

 

Сравнительные характеристики разработанного акустического материала и некоторых известных звукопоглотителей приведены в табл. 2.

 

Полученный материал возможно наносить в виде покрытия на различные поверхности, цементнопесчаные блоки, бетоны, полимербетоны и др.

 

Список литературы

  1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986. 688 с.
  2. Борисов Л.П., Гужас Д.Р. Звукоизоляция в машиностроении. М.: Машиностроение. 1990. 256 с.
  3. Берлин А.А., Шутов Ф.А. Химия и технология газонаполненных высокополимеров. М.: Наука. 1980. 504 с.
  4. Христофорова И.А., Христофоров А.И., Гуюмждян П.П. Звукопоглощающий полимерный материал // Междунар. конгресс «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (XVI Научные чтения): Материалы конгресса. Белгород, 16—18 сентября 2003. С. 167—169.
  5. Христофоров А.И., Игнатов С.В. Установка для оценки гетеропо-розности мембран / Информ. лист 10-95. Владимир: ЦНТИ. 1995. 3 с.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»