Звукопоглощающие и звукоизолирующие строительные материалы

Введение
Для людей большое значение имеет окружающая среда, ограниченная помещением. Она должна иметь характеристики соответствующие требованиям благоприятных условий жизнедеятельности человека. К таким характеристикам относят: микроклимат помещения, уровень освещенности, а также уровень шума и вибраций. В связи с ростом промышленности, транспорта и городов, а значит ростом шума в мире, одной из важнейших задач современного строительства является создание комфортного акустического климата в местах работы и отдыха людей. К сожалению, невысокое качество строительства не всегда обеспечивает нормативные показатели звукоизоляции в помещениях. Вследствие чего приходится прибегать к дополнительной звукоизоляции помещений, в том числе и к применению звукоизоляционных материалов.
В работе рассмотрим звукопоглощающие и звукоизолирующие строительные материалы, представленные на строительном рынке и выполним их анализ, по физико-механическим, акустическим характеристикам, характеристикам пожарной опасности материалов, а так же другим отличительным характеристикам.
1. Общие понятия о способах защиты от шума
Специалисты раскрывают понятие звукоизоляции как снижение уровня звукового давления при прохождении волны сквозь преграду: стены, пол или перекрытие. Звуковая волна в данном случае - это шум, порождённый десятками источников, начиная от сигнализации автомобиля или работающего станка и заканчивая водой, капающей из неплотно закрытого крана.
Различают два основных вида шума: воздушный и структурный. Средой распространения первого служит воздух, второго - твердое тело. К воздушному шуму относится, например, разговор людей в соседней комнате или работающий телевизор. Структурный шум может вызвать передвигаемая по полу мебель или стук молотка. Последний, кстати, относится к наиболее неприятному его виду - ударному, который можно услышать, находясь даже на значительном расстоянии от источника (удары по батарее центрального отопления на первом этаже дома наверняка услышат жильцы на седьмом).
Согласно СНиП 23–3–2003. «Защита от шума» и СП 51.13330.2011. «Защита от шума и акустика залов» (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003) звукоизоляция внутренних ограждающих конструкций определяется индексом изоляции воздушного шума RW, дБ и индексом приведенного уровня ударного шума (изоляция ударного шума) LW, дБ [15, 16].
Нормативные значения индексов меняются в зависимости от:
1. условий комфортности:
высококомфортные условия,
комфортные условия,
предельно допустимые условия;
2. типа ограждающих конструкций:
перекрытия,
стены,
перегородки;
3. их расположения и от общественного назначения здания (жилые дома, гостиницы, больницы, учебные заведения и т. п.) [17].
Обеспечение необходимого акустического комфорта зданий современного города возможно путем выполнения мер по защите от внешних и внутренних шумов. Защита зданий от шумов достигается следующими строительно-акустическими методами:
рациональное архитектурно-планировочное решение здания;
применение ограждающих конструкций, обеспечивающих нормативную звукоизоляцию;
применение акустических экранов;
применение звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов и конструкций;
применение звукоотражающих и звукорассеивающих конструкций;
применение глушителей шума в системах принудительной вентиляции и кондиционирования воздуха.
Среди перечисленных методов наиболее целесообразным способом защиты от шума является применение звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов вследствие их дешевизны, простоты устройства и монтажа [10, 11].
По структурным признакам звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы и изделия
подразделяются на:
пористо-волокнистые;
пористо-ячеистые;
пористо-губчатые [6].
Как правило, в качестве звукоизоляционных материалов используют пористо-волокнистые материалы. Они обладают наибольшей степенью изоляции воздушного и ударного звука.
По сырьевым признакам звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы разделяются на четыре группы:
1. Материалы минерального происхождения (пеногипсовые, гипсовые и асбестоцементные перфорированные плиты, минераловатные плиты и маты);
2. Материалы органического происхождения (пенополиуретан, пенополистирол пенополиэтилен, винипор;
3. Композиционные материалы (состоят из двух слоев полиэтиленовой пленки, между которыми находятся гранулы пенополистирола);
4. Материалы из металла (дюралюминиевые, перфорированные экраны и профили).
Перечисленные признаки касаются технологических характеристик материалов и изделий и могут быть использованы при определении рецептуры материалов. Эффективность звукопоглощающих и звукоизоляционных материалов зависит от их физико-механических характеристик (динамического модуля упругости Ед, динамической жёсткости S' и коэффициента звукопоглощения α). Данные характеристики используются при выборе материала, расчете и проектировании изоляции воздушного и ударного звука ограждающих конструкций [2, 5].
Динамический модуль упругости Ед определяется при продольных колебаниях нагруженного образца по значению частоты колебаний, при которой амплитуда ускорения становится наибольшей (явление резонанса) [29,30]. Динамическая жесткость S' - отношение динамической силы к динамическому смещению. Показатель динамической жесткости S', Н/м3 определяется по формуле:
S' = F/S/∆d (1),
где
F — динамическая сила, действующая в направлении, перпендикулярном к поверхности образца, Н;
S — площадь образца для испытания, м2;
∆d — динамическое изменение толщины образца упругого материала, м [31].
Чем ниже величина динамической жесткости, тем выше эффективность звукоизоляции от ударного шума.
Коэффициент звукопоглощения α - отношение эквивалентной площади звукопоглощения образца к его площади. Звукоизоляционные материалы и изделия с коэффициентом звукопоглощения α≥0.8 в диапазоне низких (100–250 Гц), средних (315–1000 Гц) и высоких (1250–5000 Гц) частот отнесены к первому классу звукопоглотителей, которые обеспечивают максимальное снижение звукового давления. В тех же частотах коэффициент звукопоглощения для второго класса лежит в диапазоне α=0.4÷0.8, а для третьего — α<0.4. Чем ближе коэффициент звукопоглощения к 1, тем выше защитные качества материала. [1]
2. Анализ звукопоглощающих и звукоизолирующих строительных материалов
Рассмотрим основные свойства и характеристики пористо-волокнистых звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов (таблица 1) [3, 4, 7, 8, 9, 12, 13].
Таблица 1. Основные свойства и характеристики пористо-волокнистых звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов.
Звукоизоляция воздушных шумов
Материал Стекловата-
волокнистый
теплоизоляционный материал,
изготавливаемый на основе стекловолокна.
Благодаря большому
количеству пустот между волокнами, которые заполнены воздухом стекловата обладает хорошими
звукопоглощающими
свойствами. Минеральная вата-волокнистый материал, имеющий структуру ваты и изготавливаемый из расплава горной породы,
металлургических шлаков и их смесей. Хаотично
расположенные волокна под различными углами
друг к другу
обеспечивают хорошее
звукопоглощение. Многослойная панель-
это многослойные
строительные
конструкции, состоящие
из одного или двух
покровных слоев и
утеплителя. Они
являются композитной
строительной
конструкцией, в которой сочетаются свойства всех используемых
материалов.
Коэффициент
звукопоглощения 0.8–0.85 0.87–0.95 0.7–0.9
Динамическая
жесткость, МН/м³ 20 10-20 10-20
Динамический модуль
упругости, Па 1,24 1,26 18*104
при нагрузке 2 кПа
Индекс изоляции
уровня воздушного
шума, дБ 47 55-56 47-65
Плотность, кг/м3 13-85 35-160 110-140
Горючесть НГ НГ Г1
Примечания Обладает высокой
вибростойкостью, не
вызывает коррозию
контактирующих с ней металлов, эластична,
негигроскопична. Не вызывает коррозию
контактирующих с ней металлов, имеет
биологическую и
химическую стойкость к
агрессивным веществам,
экологична, долговечна,
негигроскопична. Долговечна, имеет
низкое влагопоглощение,
экологична, отсутствует
реакция на воздействие
химически агрессивных
веществ или
биологических факторов.
Звукоизоляция ударных шумов
Материал Пенополиэтилен- это
универсальный
теплоизоляционный
материал, который также выполняет функции
гидроизоляции,
пароизоляции и
шумоизоляции. Пробкорезиновая
подложка- смесь
гранулированной пробки и синтетической резины. Снижает шумы ударного
характера, а также гасит вибрацию
электроприборов. Битумно-пробковая
подложка- изготовлена
на основе крафт-бумаги с битумной пропиткой и с
посыпкой пробковой
крошкой.
Коэффициент
звукопоглощения 0.5 0.85 0.7–0.95
Динамическая
жесткость, МН/м³ 25 - -
Динамический модуль
упругости, Мпа 0.5 - -
Индекс изоляции
уровня воздушного
шума, дБ 54 37 63–65
Плотность, кг/м³ 20–80 250 200–250
Горючесть Г2 Г2 Г1
Примечания Хорошо контактирует с цементом, бетоном и др. материалами, неустойчив кУФ-излучению, можетпропускать влагу, чтоспособствует появлению плесени. Необходима
дополнительная
влагоизоляция, иначе под подложкой может
образовываться плесень. Нет необходимости в
гидроизоляции, так как пробковая поверхность
выводит излишнюю
влагу, высокая
пожаробезопасность.
Изоляция структурных шумов
Материал Стеклохолст-
экологически чистый
материал, который
создан из минерального
стекловолокна и
органических смол. Виброакустический
герметик - это
виброизолирующий
материал,
предназначенный для
герметизации стыков и
соединений в
звукоизолирующих
конструкциях. Эластомерные
материалы-
разработаны для
снижения уровня шумов и вибраций, а также для защиты помещений от
структурного шума,
поступающего извне.
Коэффициент
звукопоглощения 0.85 0.9 0.8
Динамическая
жесткость, МН/м³ 10–20 - -
Индекс изоляции
уровня воздушного
шума, дБ 55 55-65 55
Плотность, кг/м³ 25–50 30 89–100
Горючесть Г2 Г1 Г1
Примечания - Устойчив к
УФ-излучениям, не вызывает коррозии металла. Легко изменяют форму, эластичны.
Сведем основные показатели звукоизоляционных материалов в таблицу 2 для простоты сравнения, выявления преимуществ и недостатков каждого материла. Таблица поможет выбрать материл по необходимому критерию.
Таблица 2. Сравнение характеристик
Тип материала Вид шума α RW, дБ Плотность,
кг/м³ Горючесть Стоимость1м2(м3), руб
Стекловата Воздушный 0.8–0.85 47 13–85 НГ 1800–2000
Минеральная вата Воздушный 0.87–0.95 55-56 35–160 НГ 1500–3000
Многослойнаяпанель Воздушный 0.7–0.9 47–65 110–140 Г1 1200–2600
Пенополиэтилен Ударный 0.5 54 20–80 Г2 105–120
Пробкорезиноваяподложка Ударный 0.85 37 250 Г2 70–80
Битумнопробковаяподложка Ударный 0.7–0.95 63–65 200–250 Г1 122–140
Стеклохолст Структурный 0.85 55 25–30 Г2 210–240
Виброакустическийгерметик Структурный 0.9 55–65 30 Г2 193–220
Эластомерныематериалы Структурный 0.8 55 89–100 Г1 63–75
Основываясь на проведенном анализе и сравнении звукоизоляционных и звукопоглощающих материалов по коэффициенту звукопоглощения α и индексу изоляции уровня воздушного шума RW, можно сделать заключение, что для защиты от воздушных шумов разумно использовать минеральную вату, от ударных шумов — битумно-пробковую подложку, а от структурных — виброакустический герметик в стыках, и стеклохолст – в стенах.
Минимальной толщиной звукоизоляции выделяется материал для шумоизоляции стен - SoundGuard ЭкоЗвукоИзол. Она расширяют стену или потолок всего на 13 мм. Фишкой отечественного производителя стал кварцевый наполнитель. Он не только задерживает звуковые волны разной частоты, но и не боится влаги. Поэтому создавать шумоизоляционные конструкции можно как внутри дома, так снаружи. Многослойная конструкция включает наряду с наполнителем также и виброгасящие прослойки.
4. Строительный материал Knauf АкустиКнауф Плита (рисунок 4).
На звание самой экологичной шумоизоляции претендует Knauf АкустиКнауф Плита. При изготовлении производитель не использовал фенолформальдегидных смол. Поэтому НИИ РАМН рекомендует материал для использования в детских учебных заведениях или в медицинских учреждениях. Плиты станут прекрасным решением и для шумоизоляции квартир и частных домов. Сфера применения достаточно широка, начиная с межкомнатных перегородок и заканчивая потолочными основаниями.
Самой широкой областью применения выделяется изоляция SONOPLAT КОМБИ. Строители используют материал при возведении стен и устройстве стяжки. Отделочники пользуются панелями при оформлении межкомнатных перегородок. Сантехники делают из материала специальные короба и экраны. А любители музыки создают эффектные акустические ниши.
Трехслойная структура панели САУНДЛАЙН-DB выгодно отличает материал от конкурентов. Особенно понравилась звукоизоляция меломанам. Акустический триплекс позволяет делать помещение непроницаемым для звука. Инновационность конструкции заключается в эластичном слое, который расположен между листами гипсокартона. Причем внешние панели отличаются большим весом при толщине 8 мм. Три слоя соединяются между собой с помощью специального герметика.
Выгодное сочетание стоимости и качества становится главным преимуществом плит СТОПЗВУК БП. Основой материала для шумоизоляции стен является базальт, который отличается экологичностью и высоким уровнем шумопоглощения (99%). Во время тестирования изолятор выдержал испытание высокой температурой (1000°С). Базальтовый наполнитель не подвергается биопоражению, его не переносят грызуны. Этот факт особенно важен для владельцев частных домов.
Заключение
По акустическим свойствам любая строительная конструкция характеризуется двумя параметрами: показателями звукоизоляции (определяется индексом изоляции уровня воздушного шума (RW, дБ)) и звукопоглощения (определяется коэффициентом звукопоглощения (α)). Следовательно, в первую очередь нужно обращать внимание на эти два показателя. Чем ближе коэффициент звукопоглощения к единице, тем лучше его защитные качества, то есть при выборе звукоизоляционных материалов следует следить за тем, чтобы данный коэффициент как можно больше стремился к единице. Что касается индекса изоляции уровня воздушного шума, то его значения должны быть не ниже нормативных для каждого типа конструкции и ее расположения.
Список использованной литературы
А.А. Кочкин и Л.Э. Шашков О повышении звукоизоляции ограждающих конструкций // Строительные конструкции 2010 №3.
А.И. Герасимов, К.Н. Коваленко Оценка изоляции воздушного шума межэтажными перекрытиями с регулируемыми полами в гражданских зданиях // Промышленное и гражданское строительство 2014г №11
Алимов, Л.А. Строительные материалы: Учебник / Л.А. Алимов. - М.: Academia, 2018. - 317 c.
Барабанщиков, Ю.Г. Строительные материалы и изделия: Учебник / Ю.Г. Барабанщиков. - М.: Academia, 2019. - 368 c.
Березовский Е.Ф. Акустика в архитектуре // Естественные и технические науки. 2007. №5. С. 94-96.  
Бобылев В. Н., Борисов Л. А., Осипов Л. Г. и др.; Звукоизоляция и звукопоглощение: Учебное пособие для студентов вузов/ г. Москва. – ООО «Издательство АСТ»: ООО «Издательство Астрель», 2004 г., 450 с.;
Киреева, Ю.И. Строительные материалы и изделия / Ю.И. Киреева, О.В. Лазоренко. - Рн/Д: Феникс, 2010. - 348 c.
Киреева, Ю.И. Современные строительные материалы и изделия / Ю.И. Киреева. - Рн/Д: Феникс, 2010. - 245 c.
Кочкин А.А., Шубин И.Л., Шашкова Л.Э., Кочкин Н.А. Проектирование звукоизоляции слоистых элементов конечных размеров // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 4 (364). С. 161-166.    
Лелюга О.В., Овсянников С.Н., Шубин И.Л. Исследование звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций с учетом структурной звукопередачи //.БСТ: Бюллетень строительной техники. 2018. № 7 (1007). С. 39-43.
Осипов Г.Л., Бобылев В.Н., Борисов Л.А. и др. Звукоизоляция и звукопоглощение. М.:.АСТ; Астрель, 2004. 450 с.
Основин В.Н. Справочник по строительным материалам: электронный учебник / В.Н. Основин, Л.В. Шуляков, Д.С. Дубяго. М.: Феникс, 2007
Основин, В.Н. Строительные материалы и изделия: Учебное пособие / В.Н. Основин. - Минск: Высшая школа, 2009. - 224 c.
Семь Лучших материалов для шумоизоляции [Электронный ресурс]. URL: https://expertology.ru/7-luchshikh-materialov-dlya-shumoizolyatsii/ . (Дата обращения 10.12.20)
СНиП 23–3–2003. «Защита от шума»
СП 51.13330.2011. «Защита от шума и акустика залов» (Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003)
Тихий дом. Шумо- и звукоизоляция жилища/ Яковлев Р.В. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 218стр.