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离心玻璃棉在建筑声学中特性及应用(2)

时间:2012-04-15来源:河南博福环保科技有限公作者:博福

3)常见的离心玻璃棉吸声建筑构件

离心玻璃棉具有防火、保温、易于切割等优良特性,是建筑吸声最常用的材料之一。但是由于离心玻璃棉表面无装饰性,而且会有纤维洒落,因此必须制成各种吸声构件隐蔽使用。

最常使用也是造价最低廉的构造是纸面穿孔石膏板吊顶或墙面内填离心玻璃棉。纸面穿孔石膏板与墙或顶棚之间存在空气层时可以形成亥姆霍兹共振吸收,一般空气层为5cm、10cm、20cm、40cm,吊顶的空气层可能更大。在空腔内填入离心玻璃棉时,由于玻璃棉本身吸声,共振吸声的效率也提高很多,吸声系数将大大提高,吸声曲线的共振峰的频率范围变宽,中高频吸声性能提高。空腔厚度最大20cm,空腔内填入的玻璃棉只需要5cm厚,容重16-24kg/m3即可达到很好的吸声效果。当然,吸声性能还与穿孔率、孔径、板厚等因素有关。与穿孔纸面石膏板类似的还有穿孔金属板(如铝板)、穿孔木板、穿孔纤维水泥板、穿孔矿棉板等,这些材料的后空腔内填入离心玻璃棉后都能够较大地提高吸声性能。为了防止玻璃棉纤维洒出,需要在穿孔板背后附一层无纺布、桑皮纸等透声织物,或使用玻璃布、塑料薄膜等包裹玻璃棉。

玻璃棉板经过处理后可以制成吸声吊顶板或吸声墙板。一般常见将80-120kg/m3的玻璃棉板周边经胶水固化处理后外包防火透声织物形成既美观又方便安装的吸声墙板,常见尺寸为1.2m×1.2m、1.2m×0.6m、0.6m×0.6m,厚度2.5cm或5cm。也有在110Kg/m3的玻璃棉的表面上直接喷刷透声装饰材料形成的吸声吊顶板。无论是玻璃棉吸声墙板还是吸声吊顶板,都需要使用高容重的玻璃棉,并经过一定的强化处理,以防止板材变形或过于松软。这一类的建筑材料既有良好的装饰性又保留了离心玻璃棉良好的吸声特性,降噪系数NRC一般可以达到0.85以上。

在体育馆、车间等大空间内,为了吸声降噪,常常使用以离心玻璃棉为主要吸声材料的吸声体。吸声体可以根据要求制成板状、柱状、锥体或其他异型体。吸声体内部填充离心玻璃棉,表面使用透声面层包裹。由于吸声体有多个表面吸声,吸声效率很高。

在道路隔声屏障中,为了防止噪声反射,需要在面向车辆一侧采取吸声措施,往往也使用离心玻璃棉作为填充材料、面层为穿孔金属板的屏障板。为了防止玻璃棉在室外吸水受潮,有时会使用PVC或塑料薄膜包裹。

4)应用离心玻璃棉吸声的一些建筑场所

在一般厅堂中,包括语言、音乐或综合表演用厅堂,如音乐厅、报告厅、剧场、影院、礼堂、体育馆、多功能厅、会议室、演播室、录音室、听音室、排练厅、博物馆、展览馆、KTV包房、办公室、营业厅、接待室、拍卖厅、候车(机)室、审判厅等等场所均需要吸声获得良好的音质;在需要噪声控制的房间,如餐厅、图书馆、画廊、健身中心、购物中心、酒店大堂、病房、车间等等场所也需要吸声降噪;还有特殊音质要求的民用住宅卧室、书房、家庭影院等等都需要吸声处理。这些场所都可以应用离心玻璃棉进行吸声,当然,同时必须考虑建筑构造、美观、防火、粉尘、清洁等综合因素。

在音乐厅、剧场的后墙面或二层正面的眺台栏杆上常用穿孔板或透声织物为面层的吸声构造,目的是防止出现回声等缺陷。在具有凹曲表面的房间中,为了防止声聚焦而影响音质,需要使用吸声处理。在礼堂、会堂、多功能厅、影院等等场所中,为了保证良好的语言清晰度,必须根据计算在墙面、天花等部位安装吸声材料,对于像体育馆、展览馆、营业厅等这些大体量的房间可能还需要使用空间吸声体。餐厅中,由于人员吵杂,进行吸声装修后可以得到良好的就餐环境,例如麦当劳、肯德基等国外快餐厅比较注重室内吸声处理,配合悦耳的轻音乐显得餐厅安静祥和。录音室、演播室、听音室等音质要求更为严格的场合,必须按照设计要求进行吸声处理。在工业厂房中,为了降低机器轰鸣的噪声,需要使用吸声降噪。在KTV包房中,恰当的吸声处理能够使音乐和歌声更加美妙动听,也能防止由于音箱与歌唱者的话筒距离较近造成的反馈啸叫。

最佳的离心玻璃棉吸声处理是将材料与建筑有机地融合在一起,而不是刻意地为了吸声而吸声,应在不知不觉中创造良好的声环境。吊顶、墙面、吸声体等都应成为建筑装修中天然的组成部分,良好的声学设计不能让人们感觉吸声材料有些突兀。在一些会堂和报告厅,设计师将玻璃棉软包材料和金属穿孔铝板后附玻璃棉巧妙地应用在装修效果中,再配以祥和的灯光,视觉和听觉都使人得到享受。建筑吸声处理常常被人们忽视,但当因为缺少吸声处理而产生诸多问题时,解决起来又会使人非常头疼。在某政府“一站式”办公改革中,工商、税务、行政等管理部门都集中在一个3000m2的开敞大厅内进行,大厅的吊顶是石膏板吊顶,墙面是光滑的大理石,部门之间是玻璃隔断,室内人声鼎沸,在这样糟糕的声环境中根本无法办理手续。政府要求限期整改,但由于经费、原设计效果的变更、施工对办公使用的影响等多种因素使整改变得比事前进行吸声设计要难的多。

三、 离心玻璃棉在墙体隔声中的应用

1)离心玻璃棉在墙体中的隔声原理

单层墙体因受质量定律的限制,必须是重墙才能获得良好的隔声性能。对于住宅分户墙,为达到国家最低标准Rw=40dB的要求单层隔墙至少需要100kg/m2以上的面密度(面密度是每平方米墙体的重量)。如果将墙体分成两层或多层,隔声量会显著提高。这是因为,声音撞击到第一层墙板时,透射的部分将进入两层墙板之间空腔,在空腔中来回反射多次后,一部分透射到墙体对面,另一部分被损耗掉。同时,两层之间的腔体有类似弹簧的作用,使墙板系统具有有利于消耗声音的弹性,进一步隔声。如果在腔体中填入离心玻璃棉等吸声材料后,声音传播过程中在腔体中来回反射的声音将被大大衰减,隔声量大为提高。对于120厚的砖墙隔声量从45dB左右提高到50dB以上需要重量提高一倍,即需要240砖墙。而对于75轻钢龙骨双面双层12纸面石膏板隔墙而言,只需在腔体内添加一层50厚24Kkg/m3的玻璃棉,计权隔声量就从44dB提高到50dB。可见,隔墙腔体中的吸声材料对隔声量的影响非常重要。根据测定,使用双层75龙骨的六层12纸面石膏板(三道墙板,每道两层石膏板,共两个龙骨空腔)的轻型墙体内添两层50厚24Kkg/m3的玻璃棉,计权隔声量将达到Rw=60dB,这是半米厚混凝土隔墙的隔声量。

然而,轻型多层板隔墙即使使内填了离心玻璃棉等吸声材料,低频的隔声能力也不能完全和重型墙相比,计权隔声量同样是Rw=50dB的混凝土墙和轻墙相比,在125Hz频率上,混凝土隔墙的隔声量R=40dB,而轻墙的隔声量只有23、24dB左右。一个有利的因素是,人耳对低频并不敏感,因此在大多语言环境下轻墙完全可以满足隔声要求,但在机械噪声、迪斯科舞厅等低频声音严重的场合必须考虑低频隔声量是否足够。轻墙低频隔声较差的主要原因是墙板比较轻柔,难于阻隔振动幅度较大、波长较长的低频声,同时,空腔中的吸声材料低频吸声性能也比较有限。

2)影响轻钢龙骨轻质板隔墙的隔声性能的因素

龙骨:龙骨弹性越好隔声性能越好,尤其低频隔声量有显著提高。轻钢龙骨的弹性好于木龙骨,故使用轻钢龙骨轻墙比木龙骨轻墙计权隔声量高1-3dB。如果采用Z型减振龙骨,计权隔声量可以提高1-2dB。如果在龙骨上采用S型的减振条,计权隔声量可以提高2dB。如果使用两层完全分离的龙骨(龙骨之间没有任何连接),隔声量能够提高5-7dB。龙骨越宽,也就是空腔越大隔声性能越好,100厚龙骨比75厚龙骨计权隔声量提高1dB左右。安装墙板的螺丝钉钉距越稀疏,隔声性能越好,因为稀疏的钉距使墙板连接的刚性变差,据测定,300mm的钉距比250mm的钉距计权隔声量提高0.5dB左右,但是钉距不能过于稀疏,因为必须保证墙体的强度。

墙板:在实验中发现,面密度越大同时越薄的墙板隔声性能越好。这是因为,密度越大隔声量越大,越薄则在中高频出现的吻合谷越往高的频率偏移,偏出感兴趣的频率范围之外。例如,同样厚度的75龙骨双面单层25mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在2500Hz,计权隔声量仅为47dB,而75龙骨双面双层12mm厚内填棉的纸面石膏板墙的吻合谷在3150Hz,吻合效应影响变弱,计权隔声量为50dB。对于GRC板、硅酸钙板等墙板,由于密度比石膏板大,而厚度比石膏板薄,因此具有更好的隔声性能。另外,使用不同厚度的板材复合,或使用不同材料的板材复合可以将共振和吻合频率错开,有利于提高隔声量,例如使用10mm的GRC板与12mm纸面石膏板复合的双面双层填棉轻墙的计权隔声量比两层石膏板的轻墙高2dB,可达52dB。

内填棉:内填离心玻璃棉的厚度和容重越大,吸声效果越好,由于声音在空腔来回反射多次而消耗,即使每次反射吸声较小,多次反射的积累效果也非常大,因此5cm厚24kg/m3的离心玻璃棉作为内填吸声材料已经足够了,更厚或更大的密度所带来的隔声增加量非常有限,一般不会提高1dB以上的隔声量。但是,2.5cm以下、不足16kg/m3的离心玻璃棉由于过于稀松,吸声性能太差,会使隔声量下降2-3dB。5cm厚容重大于40kg/ m3岩棉和玻璃棉的隔声效果是类似的,理论上讲,因为岩棉容重往往大于玻璃棉,隔声略有优势,但很难相差1dB,那种认为轻墙中岩棉隔声好于玻璃棉的观点是不正确的。还有一点非常重要,就是空腔中的棉不能满填,这样会造成棉将两层墙板连接在一起,出现声桥,使隔声量下降。填棉时,应尽量保证棉体两边不同时接触板材,以防止声桥。如果使用50mm厚的C型龙骨,那么填棉厚度应小于50mm,如25mm或40mm的岩棉或玻璃棉。有些设计人员认为棉体需要满填、填实在空腔中,和板之间不留空气层,这是不对的。实验表明,满填棉隔声性能将下降1-3dB。另外填棉厚度不均、回弹率过大等造成的棉板与两边板材局部或大面积接触都会引起隔声量下降,施工操作中应尽量避免。

板缝和孔洞:隔墙上如果出现缝隙和孔洞,会大大降低隔墙的隔声量。假如隔墙墙体本身的隔声量达到50dB,而墙上有万分之一的缝隙和孔洞,则综合隔声量将下降到40dB。为了防止石膏板墙和原结构之间的缝隙,通常在墙体四周安装龙骨时垫入塑料弹性胶条。另外,当每面两层石膏板时,应错缝安装,里层可以不勾缝,只对外层勾缝,这对隔墙隔声量影响不大。但是每面一层板时必须勾缝,否则隔声量将会下降12-17dB。

施工及其他等因素:以下若干因素对隔声的影响并非墙板本身,而是设计、施工、整体结构等方面疏忽造成的,这些因素有时造成纸面石膏板隔墙隔声量下降非常严重。

①板-板之间空腔内填棉不饱满,或棉钉粘合不牢固,过一段时间后棉体下坠(玻璃棉常出现这种情况),造成出现填棉缝隙。严重时可能引起3-5dB隔声量的下降。

③隔墙外框和房屋结构刚性连接,未按规定垫入弹性垫条,结构受荷变形或结构振动,造成板缝开列,形成缝隙漏声。

④管道穿墙,未按规定要求密封处理,造成孔隙;电器开关盒、插销盒在墙上暗装,未按规定要求做内嵌石膏板盒隔声处理,造成隔声薄弱环节;甚至隔墙两边电器盒对装而不做任何处理,都会大大降低隔声性能。

⑤在实际建筑物中,两个房间除了隔墙传声外,还有其他途径引起声音从一个房间进入另一个房间,这些途径的传声称为侧向传声,如地面结构传声、侧墙结构传声、门窗传声、管道风道传声等。有些有吊顶的大房间用石膏板隔墙分隔成一些小间,因为先做的吊顶,隔墙只做到吊顶下沿,而没有延伸到结构层楼板底,出现吊顶内的侧向传声,造成房间实际隔声量比隔墙隔声量低很多。

3)应用离心玻璃棉进行隔声处理的场合

离心玻璃棉除了作为轻型墙体的腔体填充材料进行隔声以外,还可以在石膏板、金属板等吊顶内满铺形成隔声吊顶。由于大量轻型屋盖逐渐地广泛使用,越来越多地使用离心玻璃棉作为保温、隔声顶棚或隔声吊顶。国家大剧院巨大的轻型屋盖结构为了隔绝环境噪声和雨噪声就在两层金属屋盖板之间加入了离心玻璃棉板,使隔声量达到42dB的要求。

在防火隔声门中,常使用玻璃棉作为内填棉提高隔声性能。在双层隔声门或隔声窗的构造中,需要在两层门或窗四周边安装玻璃棉吸声材料(需要穿孔板或透声织物罩面)形成声闸,提高隔声量。

在道路隔声屏障中,也常常使用玻璃棉作为内添隔声材料。

密封的金属板箱内部贴满玻璃棉等吸声材料可以制成隔声罩为机器设备的降噪。与没有内部吸声材料的隔声罩相比,降噪效果可以提高20dB,降噪量达70dB。

另外,在一些住宅和公建中,穿过室内的雨水管冲雨噪声或水管由于水压变化形成的水锤振动噪声也使人们非常烦恼。可以使用玻璃棉(须经过防水防潮处理)对管道进行包裹,再使用石膏板或金属板做隔声外层,处理得当,能够获得20dB以上降噪量。

四、 离心玻璃棉在楼板撞击声隔声中的应用

1)楼板撞击声隔声原理

当楼板等建筑构件受到撞击时,振动将在构件及其连接结构内传播,最后通过墙体、顶棚、地面等向房间振动辐射声音。振动在固体中传播时的衰减很小,只要固体构件一直是连接在一起的,振动将会传播很远,将耳朵贴在铁轨上可以听到几公里以外火车行驶的声音就是这个原理。在建筑中振动还有一个特点,就是向四面八方传播,所有有固体连接的部分都会振动,在房间中,由于四周都会振动发声,往往很难辨别振动声源的位置。但是,如果固体构件是脱离的(哪怕只是非常小的缝隙)或构件之间存在弹性的减振垫层,振动的传播将在这些位置处受到极大的阻碍,当使用弹簧或与弹簧效果类似的玻璃棉减振垫层对楼板进行隔振处理后,将提高楼板撞击声隔声的能力。

隔振楼板和下面的支撑弹性垫层构成了一个弹性系统,一般的隔振规律是,楼板越重、垫层弹性越好、静态下沉度(楼板压上去以后的压缩量)越大,隔振效果就越好。8cm厚的混凝土楼板比4cm的楼板更重,减振效果更好;两层2.5cm厚的离心玻璃棉垫层的静态下沉度大于一层2.5cm厚的同样垫层,减振效果要好一些。压缩后的垫层必须处于弹性范围内,也就是说,将楼板移去后,垫层可以在弹性的作用下恢复原来的厚度,如果垫层被压实而失去回弹性,将失去减振效果。因此,使用离心玻璃棉做减振垫层时,需要使用容重较大的垫层,防止玻璃棉被压实,上层混凝土越厚重,玻璃棉就要越厚,容重也需要越大,一般容重应大于96kg/m3。

在用于隔绝机器振动的减振台或减振地面时需要更加专业的设计,如果设计不当,造成减振系统的固有频率与机器的振动频率接近时,不但不能起到减振作用,还会使振动加大,甚至损坏机器及楼板结构。

2)离心玻璃棉楼板隔声垫层

楼板撞击声隔声是建筑中最难处理的隔声部分之一。使用玻璃棉减振垫层上面现浇混凝土的做法可以获得20-30dB以上的撞击声隔声效果,这种隔振方法叫做浮筑地面。对于住宅,由于层高所限,一般的做法是使用2.5cm厚(压缩后为 2cm左右)96-150kg/m3的离心玻璃棉做垫层,上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层,再灌注4cm厚的混凝土形成浮筑地板。这种做法已经在北京格林小镇房地产开发中得以应用,效果非常良好,经实测,普通水泥地面的Lpn,w=78dB,这种浮筑地板的Lpn,w=56dB,隔声性能提高了22dB。在有楼板隔声要求的公建中,如演播室、录音室或上部房间为球馆及迪斯科舞厅的地板做法是,使用5cm厚(压缩后为 4.5cm左右)150-200kg/m3的离心玻璃棉做垫层,上铺一层塑料布或1mm聚乙烯泡沫做防水层,再灌注8-10cm厚的混凝土。经实测,这种地面做法的Lpn,w达到44dB, 隔声性能提高了34dB。

使用离心玻璃棉做浮筑地板时需非常注意几个问题。一是玻璃棉容重不能过低,否则玻璃棉将被压实,失去回弹性,无法起到减振效果。二是混凝土必须配筋,防止地面断裂,可以采用Φ6的钢筋间距20cm排列;配筋时,必须防止刺破防水层而造成混凝土浇灌时玻璃棉渗水。还有一点是,不能出现两层地面之间的硬连接,如水管、钢筋等,这样会导致声桥传声;浇灌地面与墙面连接处应使用玻璃棉、橡胶垫隔开,防止墙体将两层地面连接在一起。

五、 离心玻璃棉在空调管道消声中的应用

通风管道中产生的振动噪声和气流噪声是空调系统中较大的问题,在音乐厅、会堂、酒店客房、办公室等空间中往往由于通风系统的问题造成噪声不能达标。使用铁皮风道的通风系统中,管道不能起到良好的消声作用,风机产生的噪声会沿着管道传播到室内。由于铁皮很薄,气流和风机的振动也会使铁皮共振,形成二次噪声。气流喷出风口时,若缺乏有效的消声,也会因摩擦产生风口再生噪声。

为了降低风机产生的噪声,需要使用消声器。常见的消声器是铁皮管道内表面使用玻璃棉加穿孔透声饰面(防止玻璃纤维被气流带走)吸声处理的阻性消声器,消声的原理是利用了吸声材料对气流产生的声阻。阻性消声器按气流通道的几何形状不同,可分为直管式、片式、迷道式、障板式、弯头式等形式。一般说来,阻性消声器具有良好的中高频消声特性,对低频消声性能较差。为了提高阻性消声器的消声性能,可适当增加消声器中离心玻璃棉吸声材料的容重和厚度,并提高饰面材料的穿孔率。

可以将玻璃棉板直接制成消声管道,用于管道消声,因为这种产品消声性能好,易于安装,又具有保温隔热性能,被称为“超级风管”。超级风管的内表面需要胶化处理,以防水蒸气渗入,同时防止纤维脱落;外表面粘合一层强度加强的铝薄膜,作为外保护层兼热反射层。使用玻璃棉超级风管的通风系统,由于在管道全长上都有消声作用,因此消声作用非常明显。另外,消声风管在防止房间和房间之间因为管道相通形成的声音串扰方面也有很好效果。