隔声技术在建筑中的应用发展

2022-12-01刘珊

广东建材 2022年11期

刘珊

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

建筑中的楼板构件主要承受水平方向的竖直荷载，在高度方向上将建筑物分隔成若干层，同时楼板还具备保温、隔热作用以及隔声作用，保持上下层互不干扰。倘若楼板隔声性能不良，上层住户在家中的脚步声、拖动桌椅等家具产生的噪声、物体掉落撞击地板产生的声音、电器运行产生的噪声等在一定程度上都会对下层住户的正常生活造成干扰。

随着绿色建筑的提出与推广，人们希望拥有健康舒适的居住环境，对于室内声环境的质量愈发重视，因此，提升楼板撞击声隔声性能具有重要意义。为此，有诸多研究人员针对楼板撞击声隔声性能展开了大量的研究，有研究表明增加楼板钢筋混凝土厚度、采用弹性材料作为面层、设置弹性吊顶、设计楼板隔声垫层、使用隔声砂浆或隔声涂料等措施均有利于改善楼板的隔声性能[1]。

1 建筑物隔声要求

声音由物体振动产生，并以波的形式在固体、液体、气体中进行传播，当物体做无规则振动时发出的声音则为噪声，噪声对周围环境造成不良影响时则形成了噪声污染。而噪声污染对人们的日常生活、工作、学习产生严重影响，例如会直接影响睡眠质量、损伤听力、诱发疾病等，因此，有关部门为降低噪声污染颁布了相关法律，同时相关规范[2]对建筑物的隔声性能提出了具体的设计要求，如表1～表3 所示。

表1 住宅建筑隔声要求

表2 分户楼板撞击声隔声标准

表3 高要求住宅分户楼板撞击声隔声标准

2 建筑物隔声技术分析

声音的主要传播方式有固体传播和空气传播。由于楼板与梁、墙体等构件为刚性连接，物体与地板碰撞产生的声音很容易沿着构件向四周传递，与声音在空气中传播相比，通过固体传播的范围更广，同时产生的撞击声压级也更高。如果建筑物的隔声效果较差，则会导致某一户制造的噪音对周围几十户都会产生影响。因此，提升建筑物隔声性能，一方面应降低物体与楼板撞击时产生的振动能量，另一方面降低声音在结构构件中的传播能力。

文献[3]指出当声波从一个面积非常大的隔层一侧垂直入射，激发隔层整体振动，然后从另一侧射出，则声能在隔层中的传递损失近似值t 可采用下面式⑴表示：

式中：t 值大小用来表征隔层的隔声能力，ω=2πf，为圆频率，m 为隔层的单位面积质量，ρ 为空气密度，c为声波的传播速度。式⑴中具有一个基本规律即隔层的单位面积质量增加一倍，传递损失则增加6dB，此规律称为“质量规律”，因此砖墙、混凝土楼板、厚钢板等单位面积质量大的材料往往具有较好的隔声效果。同时，式⑴也表明隔层高频段隔声效果优于低频段，频率每提高一倍，传递损失则增加6dB。

在单层隔声结构中，当声波以角度θ 入射时，先到隔层表面的声波激发隔层弯曲振动且振动波沿隔层横向传播，当弯曲振动波的传播速度与空气中声波到达隔层表面的速度相同时，则会加强弯曲振动波的振动，此现象称为“吻合效应”，此时弯曲波振幅较大，结构的隔声效果下降。吻合效应频率fc 的计算公式如式⑵所示。

式中：ρ、μ、E 和h 分别为隔层的密度、泊松比、杨氏模量和厚度。

质量规律表明增加隔层的质量能够提升隔声效果，但由于其他条件限制，隔层的质量无法一直增大，因此可采用双层或多层隔声结构。双层隔声结构中隔层的单位面积质量分别为m1、m2，隔层之间空气层厚度为l，由此共同组成一个共振系统，共振频率为fr，计算公式如式⑶所示。

文献[3]指出当声波的频率在此共振频率附近时，结构的隔声效果才会显著降低。对于重墙而言，此频率已经低于可闻频率范围，而对于轻质墙体而言，可在隔层之间填充阻尼材料来降低隔层的振动，提高隔声效果。

3 建筑物隔声措施

3.1 隔声砂浆和隔声涂料

瞿金东等[4]研究显示在EPS 保温砂浆中掺入废橡胶颗粒和空心漂珠能够改善砂浆的中高频撞击隔声性能，丁光亚等[5]利用正交试验研究了橡胶粉、漂珠、粉煤灰、减水剂对砂浆隔声性能的影响，试验结果表明影响砂浆隔声性能的主次顺序为漂珠、橡胶粉、减水剂和粉煤灰。此外，有研究人员[6,7]采用砂、水泥、弹性阻尼颗粒、掺和料等材料制备了10mm 厚的超薄型隔声砂浆并投入工程实际，经测试此超薄型隔声砂浆对于楼板撞击声的隔声性能具有良好的提升效果，隔声性能的检测结果符合绿色建筑评价标准要求。杨阳[1]指出隔声砂浆具有良好的隔声性能、与基层黏结力强、收缩率低、和易性好、施工方便快捷等特点，隔声砂浆可代替干硬砂浆用于铺贴饰面层，达到隔声效果的同时可控制成本，而且隔声材料多为废橡胶粉、粉煤灰漂珠等固体废弃物，有助于固体废弃物的二次利用。

另一方面，有研究人员[8,9]研制了隔声涂料，经检测显示涂料具有良好的阻尼性能和隔声性能，采用涂料后楼板撞击声标准化隔声压级达到70dB，达到绿色建筑要求。除此之外，隔声涂料还具有以下特点：①具有较好的流动性，可用在各种复杂结构基层中；②采用喷涂的施工方式，施工工序简单，提高了工作效率；③与基层具有良好的相容性，黏结强度和耐磨性较佳；④涂层厚度为2～5mm 时撞击声隔声改善量便可达到10～20dB，对层高的影响较小[1]。

3.2 浮筑楼板隔声

浮筑楼板隔声技术是指在钢筋混凝土楼板上铺设一层弹性减振垫层作为隔声层，然后再铺设细石混凝土作为面层。由于声音在固体中传播效果最好，而此做法有效阻断了声音在固体中的传播，达到隔声效果，浮筑楼板结构构造和隔声减振机理简图如图1、图2 所示。

图1 浮筑隔声楼板结构构造[10]

图2 浮筑楼板隔声减振机理简图[10]

日本、韩国、美国的研究人员分别研发了以废橡胶轮胎为主要材料的消音粉，英国有研究人员以软木和橡胶为原材料，将软木粉碎与橡胶炼制成片状隔声板，将消音粉或隔声板铺在楼层结构中，然后铺设一层塑料薄膜，再浇筑细石混凝土实现浮筑楼板隔声[11]。除此之外，隔声板材料还可采用石墨EPS 板、玻璃棉板、橡胶卷材、酚醛泡沫板、改性聚丙烯板、石墨XPS 板复合电子交联聚乙烯、XPS 板复合电子交联聚乙烯等，但浮筑楼板隔声技术的施工难度比较大，因此需要特别重视施工质量，要采取严格的声桥阻断措施才能保证此技术的应用效果[12,13]。王军强[14]指出浮筑楼板的隔声效果与弹性减振垫层材料在荷载下的厚度变化、动态刚度、频率变化以及面层有关，但在设计与施工环节中对于楼板隔声降噪的设计往往不被重视，而且弹性材料在浮筑楼板隔声技术中的应用较少，导致工程设计人员对于弹性材料的选型、性能参数的取舍以及弹性材料对楼板撞击声压的影响了解不多。

3.3 隔声吊顶

隔声吊顶是在楼板的下方进行吊顶处理，吊顶与楼板之间形成空腔，然后在空腔内填充吸声材料来吸收楼板辐射的空气声。由于此种做法会明显降低室内净空高度，因此多用在演播录音室、影院、办公楼等层高较高的建筑中，例如某演播室隔声吊顶采用两层错缝搭接的硅酸钙板并铺设50mm 厚袋装玻璃丝棉，吸声吊顶采用镀塑钢板网并铺设50mm 厚袋装玻璃丝棉[15]；某影院屋面工程采用网架结构支撑压型板形式，空腔层隔声吊顶采用8 层12mm 厚纸面石膏板及2 层玻璃棉板[16]；郑仁春等[17]指出常规办公建筑中若采用集中空调，可采用硅酸钙板吊顶或面密度接近的吊顶材料，此做法能达到低限标准的要求。

3.4 铺设弹性材料

在楼板表面铺设弹性材料能够极大的提高建筑物的撞击声隔声性能，常见的弹性材料有地毯、塑料地板、橡胶板、软木板等[18]，华实等[19]通过对比试验发现增铺地毯能够大幅提升楼板撞击声隔声性能，但地毯对使用环境、卫生清洁度有着较高的要求，因此常用于宾馆、酒店、健身房等地方，而将其大面积运用于住宅建筑中比较困难。