Акустические материалы и изделия

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

Известно, что научно-технический прогресс стал одним из важнейших факторов развития человеческого общества. Однако достижения цивилизации в ряде случаев порождают и проблемы, многие из них непосредственным образом могут влиять на человека, в том числе и на его здоровье. К негативным последствиям научно-технических достижений относится проблема шума.

Еще сто лет назад Нобелевский лауреат, немецкий бактериолог Роберт Кох (1843-1910 гг.) говорил, что наступит день, когда человек начнет борьбу с очень опасным врагом своей жизни - шумом, точно так же, как он боролся с холерой и чумой. По оценкам многих экспертов, сегодня такой день уже настал.

Неблагоприятное акустическое воздействие в той или иной мере ощущает почти каждый второй житель нашей планеты. Шум стал постоянным спутником человеческой жизнедеятельности, главным виновником стресса, раздражительности, усталости, а также общего состояния здоровья человека.

По оценкам экспертов Всемирной организации здравоохранения, городской житель проводит в помещениях около 80% своего времени. Поэтому актуальной проблемой становится создание акустического комфорта, как дома, так и на работе. Это значит, что в помещениях жилых и общественных зданий, а также на территории жилой застройки уровень шума, поступающего от внешних и внутренних источников, не должен превышать допустимые санитарные нормы. Допустимым принято считать такой уровень шума, который при длительном воздействии не вызывает отрицательных изменений в физиологических реакциях и субъективном самочувствии человека.

1. Общие сведения

Акустическими называются материалы, способные уменьшать энергию звуковой волны, снижать уровень громкости внутреннего или внешнего звука.

Звук - это восприятие ухом упругих механических колебаний и волн, возникающих в среде под влиянием принудительных воздействий.

Частоты колебаний, выражаемые в герцах (Гц), могут быть низкими, средними и высокими, что обусловлено числом колебаний в 1с: при низкой частотности - 16…500 Гц, средние 500…2000 Гц, высокие - 2000…15000 Гц и выше (1 Гц = 1 колебание в 1с).

Человеческое ухо воспринимает звук лишь при его силе не ниже некоторой минимальной величины, называемой порогом слышимости. Порог слышимости различен для низких, средних и высоких частот. Наиболее чувствительно человеческое ухо к колебаниям с частотами в области 1000…3000 Гц, когда порог слышимости достигает интенсивности звука до 10 Вт/см І.

Шумы, которые нас чаще всего беспокоят, можно разделить на две категории

Воздушный шум, к которому относят звуки, излученные в воздух, вроде работающей видео- и аудиотехники, криков и разговоров, лая собак. Структурный шум, возникает в результате механического действия, например, при сверлении стены, опрокидывании мебели или беготне по помещению, когда вибрация передается по стенам и распространяется на все остальное помещение.

Самым неприятным шумом являются звуки ударного типа, которые способны передаваться на большие расстояния от источника.

Для большинства зданий задача акустики, акустического благоустройства заключается в снижении уровней внешних шумов до допустимого при относительном режиме тишины в помещениях производственных, учебных, жилых, культурно-бытовых и других зданий. Для зданий общественного назначения важно также обеспечить в основных помещениях хорошую слышимость и разборчивость, а в музыкальных помещениях - еще и естественность звучания инструментов и голоса. Решение этих задач осуществляется комплексом конструктивных, планировочных и предупредительных мероприятий. Главным из них служит правильное назначение строительных материалов в конструкциях, особенно в ограждающих (стены, перегородки), междуэтажных перекрытиях и кровельных покрытиях.

Выбор материалов основан на их различной способности к задержанию (поглощению) звуковой волны, которая может распространяться как в воздухе, так и в твердых телах и жидкостях. Скорость звука в воздухе приблизительно равна 340 м/с, в воде - 1450 м/с, а в твердых телах еще выше: в кирпичной кладке - 2000 м/с, бетоне - 4000 м/с, металле - свыше 5000 м/с.

На пути воздушного переноса звука устанавливаются преграды из звукопоглощающих материалов и конструкций. Сложнее преграды установить на пути материального (ударного) переноса звука, например при устройстве междуэтажных перекрытий. Чаще всего воздушные и ударные переносы шумов совмещаются, особенно в современных зданиях, выполняемых из сборного железобетона, обладающего малым звукопоглощением, и имеющих щели, неплотности и отверстия, а при тонких конструкциях - способные еще и к изгибным колебаниям.

С увеличением массы ограждения улучшается поглощение звука, т.к. массивное ограждение труднее перевести в изгибное колебание под влиянием волнового звукового давления. Но с увеличением массы ограждения прирост звуковой изоляции происходит медленно. Так, например, если при массе перегородки 100 кг звукоизоляция составляет 40 дБ, то при массе 200 кг - 44 дБ, при 300 кг - 48 дБ. Для дальнейшего снижения шума потребуется устраивать либо очень тяжелые однородные ограждения, либо заменять их ограждениями из двух стенок со сплошными воздушными прослойками и т.п.

Для борьбы с шумом и переносом звука используют звукопоглощающие (активно поглощающие звук) и звукоизоляционные (снижающие уровень шума) материалы.

2. Звукопоглощающие материалы

Звукопоглощающие материалы (Рис.1) применяются в основном в звукопоглощающих облицовках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, машинописные бюро, установки вентиляции и кондиционирования воздуха и др.), а также для создания оптимальных условий слышимости и улучшения акустических свойств помещений общественных зданий (зрительные залы, аудитории, радиостудии и пр.). Звукопоглощающая способность материалов обусловлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обычно не превышает 2 мм (общая пористость должна составлять не менее 75% по объёму). Большая удельная поверхность материалов, создаваемая стенками открытых пор, способствует активному преобразованию энергии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на трение. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэффициентом звукопоглощения б, равным отношению количества поглощённой энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуковых волн.

Рис.1.

Звукопоглощающие материалы имеют волокнистое, зернистое или ячеистое строение и могут обладать различной степенью жёсткости (мягкие, полужёсткие, твёрдые).

Мягкие звукопоглощающие материалы изготовляются на основе минеральной ваты или стекловолокна с минимальным расходом синтетического связующего (до 3% по массе) или без него. К ним относятся маты или рулоны с объёмной массой до 70 кг/мі, которые обычно применяются в сочетании с перфорированным листовым экраном (из алюминия, асбестоцемента, жёсткого поливинилхлорида) или с покрытием пористой плёнкой. Коэффициент звукопоглощения этих материалов на средних частотах (250--1000 Гц) от 0,7 до 0,85.

К полужёстким материалам относятся минераловатные или стекловолокнистые плиты размером (мм) 500 Ч 500 Ч20 с объёмной массой от 80 до 130 кг/мі при содержании синтетического связующего от 10 до 15% по массе, а также древесноволокнистые плиты с объёмной массой 180--300 кг/мі. Поверхность плит покрывается пористой краской или плёнкой. Коэффициент звукопоглощения полужёстких материалов на средних частотах составляет 0,65--0,75. В эту же группу входят звукопоглощающие плиты из пористых пластмасс, имеющие ячеистое строение (пенополиуретан, полистирольный пенопласт и др.).

Твёрдые материалы волокнистого строения изготовляются в виде плит «Акминит» и «Акмигран» (СССР), «Травертон» (США) и др. размером (мм)

300 Ч 300 Ч 20 на основе гранулированной или суспензированной минеральной ваты и коллоидного связующего (крахмальный клейстер, раствор карбоксиметилцеллюлозы). Поверхность плит окрашена и имеет различную фактуру (трещиноватую, рифлёную, бороздчатую). Объёмная масса 300--400 кг/мі, коэффициент звукопоглощения на средних частотах 0,6--0,7.

Разновидность твёрдых материалов -- плиты и штукатурные растворы, в состав которых входят пористые заполнители (вспученный перлит, вермикулит, пемза) и белые или цветные портландцементы.

Применяются также звукопоглощающие плиты, в которых древесная шерсть связана цементным раствором (т.е. акустический фибролит).

Выбор материала зависит от акустического режима, назначения и архитектурных особенностей помещения.

Ниже представлена таблица коэффициентов звукопоглощения некоторых материалов:

Таблица 1.

Независимо от разновидностей звукопоглощающего материала они имеют некоторые общие признаки: их коэффициент звукопоглощения не должен снижаться ниже 0,20 при низких частотах звука и ниже 0,40 при средних частотах. Они должны быть достаточно огнестойкими, противостоять гниению и не должны выделять химических веществ и неприятного запаха. Их средняя плотность не должна быть выше 300...400 кг/мі. Немаловажное значение имеют декоративные свойства и цвет звукопоглощающих материалов, поскольку они, как правило, служат и для архитектурной отделки помещений.

Эти материалы при выполнении своей основной функции -- поглощение звука -- реагируют на частотность его колебания. С увеличением частотности звукопоглощение пористым материалом увеличивается, а при низких частотах повышенный эффект приносят сплошные воздушные прослойки (зазоры) размером 7...10 см между стенками.

3. Звукоизоляционные материалы

Звукоизоляционная способность ограждений пропорциональна логарифму массы конструкции. Поэтому массивные конструкции обладают большей звукоизоляционной способностью от воздушного шума, чем легкие.

Поскольку устройство тяжелых ограждений экономически нецелесообразно, надлежащую звукоизоляцию обеспечивают устройством двух- или трехслойных ограждений, часто с воздушными зазорами, которые рекомендуется наполнять пористыми звукопоглощающими материалами. Желательно, чтобы конструктивные слои имели различную жесткость, а сама строительная конструкция имела хорошо герметизированные узлы примыкания элементов друг к другу.

Звукоизоляционные материалы, предназначенные для защиты от ударного шума, представляют собой пористые прокладочные материалы с малым модулем упругости. Их звукоизоляционная способность от ударного шума обусловлена тем, что скорость распространения звука в них значительно меньше, чем в плотных материалах с высоким модулем упругости.

В Таблице 2. показана скорость распространения звуковых волн:

Таблица 2.

Звукоизоляционные материалы (Рис.2) предназначены для снижения нежелательного вредного шума, отрицательно воздействующего на состояние человека.

Рис.2.

Допустимый уровень шума нормирует СНиП. Эти материалы должны быть влагостойкими, биостойкими, удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям и сохранять свои свойства в процессе длительной эксплуатации.

Звукоизоляционные материалы по структурным показателям подразделяются на:

пористо-ячеистые (ячеистый бетон, перлит);

пористо-губчатые (резина, пенопласт, вспененный полиэтилен);

пористо-волокнистые (вата).

По величине относительного сжатия эти материалы могут иметь скелет:

мягкий, полужесткий, жесткий, твердый.

В полужестком и особенно в мягком скелете происходит усиление звукопоглощения падающих звуковых волн за счет упругих деформаций скелета материала.

Мягким скелетом обладают поливинилхлорид, полиуретановый поропласт и другие виды ячеистых пластмасс. Полужесткий скелет имеют стекловолокнистые, древесноволокнистые, минераловатные и содержащие асбест материалы.

Фибролит, а также различные виды легких бетонов относятся к материалам с жестким скелетом.

Повысить звукоизолирующую способность материала возможно, применив слоистую систему с прослойкой, в которой динамический модуль упругости материала должен быть несоизмеримо меньше упругости жестких слоев акустически однородной конструкции.

Звукоизоляционные материалы и изделия характеризуются вязкоупругими свойствами и должны обладать динамическим модулем упругости Е не более 15 МПа (доменный шлак, керамзит, песок).

Из деформативности скелета материала и упругих свойств воздуха, заключенного в материале, складывается деформативность звукоизоляционного материала. Мягкие звукоизоляционные материалы высокой деформативности под удельной нагрузкой 0,002 МПа имеют относительное сжатие свыше 15%. Как правило, это материал с пористо-губчатой или волокнистой структурой.

Полужесткие материалы имеют величину относительного сжатия в среднем от 5 до 10%, жесткие - до 5%, твердые - до 0.

По внешнему виду (форме) они бывают:

сыпучие звукоизоляционные материалы;

штучные звукоизоляционные материалы (плиточные, рулонные, маты).

По строению и виду пористости звукоизоляции подразделяются на три группы:

звукоизоляционные материалы с волокнистым каркасом (минераловатные, асбестовые, фибролит, древесноволокнистые, древесностружечные, войлок);

ячеистые звукоизоляционные материалы, полученные методом вспучивания или пеновым способом (ячеистые бетоны, пеностекло);

звукоизоляционные материалы смешанной структуры, например акустические штукатурки, изготавливаемые с применением пористых заполнителей (вспученный перлит, вермикулит).

Звукоизоляционные материалы применяются:

в перекрытиях - в виде сплошных нагруженных или ненагруженных (несущих лишь собственную массу) прокладок, штучных нагруженных и полосовых нагруженных прокладок;

в перегородках и стенах - в виде сплошной ненагруженной прокладки в стыках конструкций.

4. Вибропоглощающие материалы

Вибропоглощающие материалы (рис.3; рис. 3.1) предназначены для поглощения вибрации и вызываемых шумов при работе инженерного и санитарно-технического оборудования.

Рис.3. Рис.3.1

Вибропоглощающими материалами служат некоторые сорта резины и мастики, фольгоизол, листовые пластмассы.

Вибропоглощающие материалы наносятся на тонкие металлические поверхности, при этом создается эффективная вибропоглощающая конструкция с высокой энергией на трение.

Выводы

Всевозможные шумы и звуки, которыми наполнен современный город, являются постоянным источником стресса для человека.

Очень сложно найти такое место, где не слышно гудков машин, не хлопают двери, не падают с шумом вещи, никто не кричит и не разговаривает на повышенных тонах, в стену не пытаются вбить очередной гвоздь, а громкий звук сливного бачка не напоминает о соседях и плохой звукоизоляции стен.

В последнее время именно звукоизоляция, тишина и спокойствие являются главными критериями при выборе жилья.

Поэтому строительные фирмы уделяют огромное внимание акустическим изоляционным системам.

Именно эффективная звукоизоляция квартиры поможет уменьшить дискомфорт от раздражающих звуков, избавить от шума или минимизировать его в тех комнатах, где мы находимся.

Все это непосредственно связано со здоровьем человека, его трудоспособностью, и потому является очень актуальным в строительстве нового жилья и поддержанию здорового образа жизни.

Снижение уровня шума важно и на специализированном производстве, и в местах, связанных с шумными звуками, вызывающими у людей определенную реакцию - (музыкальные школы, кафе в первых этажах зданий).

Поэтому разработка новых технологий, материалов особенно актуальна в период технического прогресса и роста производства.

Список использованной литературы

акустический материал звукопоглощающий

Цвиккер К.Р., Костен К. В. Звукопоглощающие материалы, пер. с англ.

М., 1952 - 87с.

Юдин Е.Я. Борьба с шумом, М. "Стройиздат", 1964 - 124с.

Звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы, под ред. Е. Я. Юдина, М."Стройиздат" 1966 - 267с.

Рыбьев И.А., Арефьева Т.И. Общий курс строительных материалов, М. "Высшая школа" 1987 - 584с.

Размещено на Allbest.ru