Акустические материалы

Акустические материалы являются родственными по отношению к теплоизоляционным. И в том, и в другом случае необходима высокая пористость. Однако в связи с тем, что природа воздействия теплового и звукового потока различна, характер оптимальной структуры также отличается. Так, наиболее эффективными теплоизоляционными материалами являются те, которые обладают замкнутой мелкопористой структурой, исключающей конвекцию воздуха. Акустические, в частности звукопоглощающие материалы, должны иметь открытую пористую структуру, способную поглощать звуковую энергию. Для усиления этого эффекта поверхность изделий дополнительно перфорируют или же придают ей рельефный характер.

В зависимости от источника звуковых волн изоляционные материалы подразделяют на звукопоглощающие, препятствующие отражению и наложению шумового звука, и звукоизоляционные, исключающие прохождение и распространение звука по строительным конструкциям.

Таким образом, основными показателями, характеризующими эффективность материалов, являются для звукопоглощающих – открытая пористость, а для звукоизоляционных – динамический модуль упругости.

Звукопоглощающие материалы должны обладать большой пористостью и декоративностью, малой гигроскопичностью, огне- и биостойкостью.

Предельно допустимый уровень шума (ПДУ) принят для производственных помещений 80 – 85 дБ, административных – до 51 дБ. Физиологической характеристикой звука служит уровень его громкости в фонах. Один фон равнозначен громкости звука с частотой 100 Гц и силой 1 дБ. Степень интенсивности звука приведена в табл. 10.2. Для лучшего представления этого показателя можно рассмотреть несколько примеров [16].

Таблица 10.2

Степень интенсивности звука

Характер звука	Уровень громкости звука в фонах
Шелест листьев при слабом ветре
Тишина в аудитории
Разговор вполголоса
Звук автомобильного сигнала на расстоянии 5 – 7 м

Звуковое поле, создаваемое каким-либо источником шума, состоит из прямых и отраженных звуковых волн. Отраженные от поверхности налагаются на прямые звуковые волны, исходящие от источника, усиливая и искажая их. Поэтому в помещениях, к которым предъявляют повышенные требования к акустике и чистоте звучания (концертные залы, лекционные аудитории, театры) верхнюю поверхность стен, потолки отделывают звукопоглощающими материалами. За единицу звукопоглощения условно принимают звукопоглощение 1 м² открытого окна. Для эффективных материалов коэффициент звукопоглощения, равный отношению поглощенной энергии звука к энергии падающего звука, не должен быть меньше 0,4 при частоте 1000 Гц. С этой целью используют материалы пористой, волокнистой, ячеистой и смешанной структуры. К ним относятся гипсовые плиты с рельефным рисунком, гипсокартонные и асбестоцементные многослойные перфорированные плиты, минераловатные на крахмальном связующем («Акминит», «Акмигран») с шероховатой декоративной поверхностью и перфорированные.

Акустические мягкие, полужесткие, жесткие плиты стекловатные, минераловатные или с использованием супертонкого базальтового волокна на полимерном связующем выпускают с облицовкой листовыми перфорированными материалами: гипсовыми, асбестоцементными, слоистым пластиком, алюминием и сталью. Площадь перфорации составляет 15 – 20 %. Для повышения гигиеничности и улучшения сцепления звукопоглощающего слоя с лицевым экраном между ними прокладывают слой из редкой ткани. Акустические панели на основе минеральной или стеклянной ваты покрывают специальной полиэтиленовой пленкой или стеклотканью.

Древесноволокнистые акустические двухслойные плиты выполняют из мягкой и жесткой ДВП с перфорированной лицевой поверхностью. Для повышения огнестойкости их покрывают огнезащитными красками.

К звукопоглощающим изделиям полной заводской готовности также относятся:

- плиты звукопоглощающие ячеистобетонные плотностью до
350 кг/м³ с пористой структурой и неглубокой перфорацией цветного лицевого слоя;

- блоки керамзитобетонные мелкозернистые звукопоглощающие;

- плиты перлитовые звукопоглощающие на жидком стекле или синтетическом связующем плотностью 250 – 350 кг/м³;

- плиты поливинилхлоридные, полужесткие со средне- и мелкопористой структурой плотностью 100 – 120 кг/м³.

Наибольший эффект звукопоглощения достигается при полном покрытии потолка; если такой возможности нет, то материалы располагают ближе к стенам, где энергетическая плотность звука наибольшая.

Кроме штучных материалов для обеспечения звукопоглощения используют монолитные покрытия стен и потолков, выполняемые из акустических растворов и бетонов на пористых заполнителях и декоративных цементах. Как правило, они представляют собой сухие смеси, затворяемые водой непосредственно на строительной площадке.

Звукоизоляционные материалы изолируют от распространения и проникновения ударного звука. Они представляют собой пористые прокладочные материалы с небольшим модулем упругости, обусловливающим малую скорость распространения звука. Так, скорость распространения звуковых волн (м/с) в стали – 5050, железобетоне – 4100, древесине – 1500, пробке – 50, поризованной резине – 30. Для устранения передачи ударного звука применяют конструкцию «плавающего» пола. С этой целью упругие прокладки укладывают между несущей плитой перекрытия и чистым полом, а также по периметру помещения для отделения пола от стен.

В качестве звукоизоляционных используют как традиционные – мягкие древесноволокнистые плиты, асбестовый картон, минераловатные и стекловатные полосы толщиной 12 – 24 мм, так и современные – рулонные из прессованой пробки, листовые и рулонные пенополиэтиленовые, пенополистирольные, пенополиуретановые прокладки на бумажной основе, полиэстерные и пенополиуретановые маты, рулонные материалы и прокладки из синтепона, прокладки из поризованной синтетической резины, а также вспученный вермикулит в полиэтиленовых мешках. Акустические материалы в зависимости от назначения представлены в табл. 10.3.

Таблица 10.3

Применение акустических материалов

Назначение акустических материалов	Применяемые материалы
Звукопоглощающие	Плиты гипсовые, минераловатные, асбестоцементные, двухслойные из ДВП с перфорированной декоративной поверхностью. Плиты гипсовые, минераловатные на клеевом и полимерном связующем с декоративной рельефной поверхностью. Плиты минерало- и стекловатные на полимерном связующем с облицовкой из металлических и пластиковых перфорированных листовых материалов. Акустические панели на основе минеральных волокон с рулонным декоративным покрытием. Монолитные покрытия из акустических бетонов и растворов на пористых заполнителях и декоративных цементах.

Окончание табл. 10.3
Звукоизоляционные	Плиты мягкие ДВП, картон асбестовый. Полосы из минеральных волокон. Рулонные с использованием натуральной пробки. Листовые и рулонные пенополиэтиленовые и пенополистирольные. Маты и прокладки пенополиуретановые, полиэстерные. Рулонные и прокладочные материалы из синтепона. Прокладки из поризованной синтетической резины. Линолеум на звукопоглощающей основе.

Виброизолирующие и вибропоглощающие материалы и конструкции предназначены для восприятия и устранения передачи вибрации от машин и механизмов на строительные конструкции. Для этого применяют такие упругие элементы, как прокладки, маты, втулки. По структуре их подразделяют на пористо-волокнистые на основе минерального, стеклянного, асбестового волокна и пористо-губчатые из поропластов, природных и искусственных каучуков. Вибропоглощающие материалы – свинец, магний, стеклопластики позволяют уменьшить резонансные колебания различных конструкций за счет нанесения их на вибрирующие поверхности в виде покрытия.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника.

2. СТБ 4.201-94. Материалы и изделия теплоизоляционные. Номенклатура показателей.

3. СТБ 1034-96. Плиты теплоизоляционные из ячеистых бетонов. Технические условия.

4. СТБ 1102-98. Плиты теплоизоляционные. Полистиролбетонные. Технические условия.

5. СТБ 1161-99. Плиты теплоизоляционные из синтетических волокон. Технические условия.

6. СТБ 1246-2000. Пенопласт теплоизоляционный на основе карбамидоформальдегидной смолы. Технические условия.

7. ГОСТ 10499-95. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна.

8. ГОСТ 17177-94. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний.

9. ГОСТ 21880-94. Маты прошивные из минеральной ваты теплоизоляционные. Технические условия.

10. Пособие П1-99 к СНиП II-12-77. Проектирование звукоизоляции и звукопоглощения конструкциями зданий и сооружений.

11. СНиП II-12-77. Защита от шума.

12. Пособие (П3-2000 к СНиП 3.03.01-87). Проектирование и устройство тепловой изоляции ограждающих конструкций жилых зданий.

ГЛАВА 11.

АНТИКОРРОЗИОННЫЕ И ОГНЕЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

11.1. Химическая коррозия

Как показали опыт эксплуатации строительных конструкций и научные исследования, проводимые в этой области, их разрушение происходит в результате химической, физической и биологической коррозии. Причиной химической коррозии является взаимодействие строительных материалов с агрессивными средами. Продуктами реакции могут быть легкорастворимые вещества – действие кислот на бетон или кристаллические объемные соединения, вызывающие перенапряжение и растрескивание материала, – влияние солей на бетон, металл. Агрессивные среды, приводящие к потере прочности, могут быть в различном агрегатном состоянии: жидком, газообразном и твердом. В последних двух случаях агрессивность проявляется, как правило, только при повышенной влажности воздуха и наличии на поверхности материала тончайшего слоя воды. Растворение в монослое газообразных или твердых агрессивных сред приводит к образованию концентрированных растворов, механизм разрушения которых достаточно изучен.

Для снижения потерь за счет коррозии материала вопросы надежной защиты должны решаться при проектировании. Тогда при строительстве будут применять конструкции, например, металлические, с готовыми защитными покрытиями, выполненными в заводских условиях. Стоимость защиты металлоконструкции, выполняемой на заводе-изготовителе, ниже, чем в условиях строительно-монтажной площадки, а качество выше, так как производится по отработанной технологии на потоке и не зависит от температурно-влажностных условий наружного воздуха.

Кроме того, при транспортировке и хранении незащищенных металлических конструкций процесс коррозии развивается еще до начала их эксплуатации, что значительно осложняет последующую защиту [8].

Для обеспечения долговечности железобетонных конструкций необходимо максимально использовать возможности подбора состава этого сложного многокомпонентного материала. Причиной разрушения железобетонных конструкций, например, при действии хлорсодержащих сред, не опасных по отношению к бетону, является коррозия арматуры. Накопление объемных продуктов взаимодействия в контактном слое вызывает нарушение сцепления арматуры с бетоном и его отслоение. Процесс усугубляется, если агрессивные среды вызывают разрушение не только арматуры, но и самого бетона (сульфатная и кислотная коррозии). Поэтому для обеспечения проектной надежной работы железобетонных конструкций при жестких условиях эксплуатации (наличие агрессивных сред, температурный фактор) необходимо предусматривать применение стойкой арматуры, введение в бетонную смесь добавок ингибиторов коррозии стали, использование химически стойких вяжущих (связующих) и заполнителей, повышение плотности бетона за счет применения уплотняющих добавок и пластификаторов при одновременном снижении расхода воды.

В случае если эти мероприятия не дают желаемого результата, используют более трудоемкую и затратную вторичную защиту: окраску, обмазку, оклейку, облицовку химически стойкими материалами. Выбор антикоррозионной защиты в каждом конкретном случае определяется составом защищаемой поверхности, температурно-влажностными условиями эксплуатации, концентрацией, температурой и давлением агрессивной среды, наличием механических нагрузок [10, 15, 22].

Покрытие должно обладать высокой прочностью сцепления с поверхностью, быть стойким в условиях эксплуатации конструкции, газо- и водонепроницаемым. При защите от агрессивных сред используют, в основном, химически стойкие материалы барьерного типа. Так как такие изолирующие покрытия должны полностью исключить проникновение агрессивной среды к защищаемой поверхности, то эффект их действия определяется непроницаемостью самого материала и качеством выполняемых работ.

Установлено, что для каждого покрытия существует своя оптимальная толщина, увеличение которой приводит к таким отрицательным явлением, как перенапряжение, растрескивание и потеря защитной функции. В большей степени это относится к лакокрасочным составам, надежность работы которых определяется также шероховатостью и чистотой защищаемой поверхности. Окрасочная защита более эффективна для металлических и менее – для бетонных поверхностей, вследствие пористости и влажности бетона. Вода, скапливаясь под пленочным покрытием, ослабляет адгезию и вызывает его отслоение. Кроме того, пористая структура поверхности требует большего расхода красочного состава.

Лакокрасочные защитные покрытия имеют свои достоинства: стойкость, простоту выполнения, относительно низкую стоимость и недостатки: токсичность, пожаро- и взрывоопасность при использовании растворителей, многослойность, водо- и газопроницаемость и небольшую долговечность.

В зависимости от вида агрессивной среды для антикоррозионной защиты используют следующие лакокрасочные материалы: атмосферостойкие, водостойкие, химически стойкие, маслобензостойкие, термостойкие, электроизоляционные и т.д. К органическим красочным составам, в которых используют растворители, относят полиуретановые, эпоксидные, каучуковые и другие. Для повышения механической прочности и износостойкости лакокрасочные покрытия армируют стеклотканью, стеклосеткой, полипропиленовой и угольной тканью. Армированные покрытия применяют для усиления защиты мест сопряжения горизонтальных и вертикальных строительных конструкций, а также железобетонных емкостных сооружений.

Более надежную защиту металлических и железобетонных конструкций можно получить, используя однослойные мастичные или шпатлевочные полимерные и битумно-полимерные покрытия, толщина которых в зависимости от степени агрессивности среды составляет от 1 до 5 мм. Их основным недостатком является возможность появления усадочных трещин, приводящих к разрушению защитного слоя. Для уменьшения деформаций применяют дополнительное армирование стеклосеткой, вводят минеральные микронаполнители и полимерные добавки, повышающие эластичность покрытия.

К наливным композициям относят полимерсиликатные и полимерные растворы и бетоны. Полимерсиликатные получают на основе жидкого стекла с добавлением для повышения плотности и снижения проницаемости фурилового спирта. Для полимеррастворов и полимербетонов в качестве вяжущего (связующего) используют экпоксидные, полиэфирные и фурановые смолы.

Растворы применяют для стяжек в кислотостойких полах, прослоек в облицовках из химически стойких штучных материалов (ситалловых, шлакоситалловых, базальтовых литых, керамических плиток), для оштукатуривания стен, колонн, эксплуатируемых в условиях действия кислот, щелочей, растворов солей средней и сильной степени агрессивности.

С введением крупного заполнителя повышается прочность, снижаются ползучесть и усадка получаемых на основе полимербетонов несущих химически стойких конструкций (балки, колонны, плиты перекрытия и т.д.) и полов в цехах химических производств. При бетонировании крупногабаритных фундаментов под технологическое оборудование, эксплуатация которых связана с возможными технологическими проливами агрессивных сред, эффективно внутреннюю часть – ядро выполнять из обычного бетона, а внешний слой – из полимерного или полимерсиликатного бетона.

Применяемые при антикоррозионных работах полимерные листовые и плиточные материалы, а также рулонные материалы на основе битумов используют в качестве самостоятельных покрытий для защиты строительных конструкций, непроницаемых химически стойких подслоев в конструкциях полов, а также в качестве оклеечной наружной защитной гидроизоляции поверхности бетонных и железобетонных конструкций.

Выбор антикоррозионных материалов зависит от назначения конструкций и условий ее эксплуатации. Исходя из этого все железобетонные и бетонные конструкции можно разделить на две группы: первая – фундаменты зданий, полы, фундаменты под технологическое оборудование, на которые действуют жидкие агрессивные среды. В этом случае для вторичной защиты применяют штучные, листовые, мастичные, пленочные материалы, а также химически стойкие полимерсиликатные и полимерные растворы и бетоны.

Вторая группа – стены, колонны, перекрытия. На них агрессивные среды действуют в виде газообразных и пылевидных продуктов, поэтому в качестве антикоррозионных чаще применяют лакокрасочные покрытия.

При проведении антикоррозионных работ для повышения прочности сцепления металлоконструкции с защищающим покрытием проводят специальную подготовку поверхности, которая предусматривает очистку от ржавчины, окалины, жира.

Из существующих химической, термической и механической очисток чаще используют последнюю с использованием металлической дроби, кварцевого песка, подаваемых струей под давлением. Затем поверхность обрабатывают растворителем. Для исключения высокой запыленности можно применять гидропескоструйную очистку. Для ее совмещения с процессом обезжиривания и исключения коррозии металлов в суспензию вводят щелочи и ингибиторы.

В последние годы для защиты металлоконструкций все большее распространение получают нетоксичные лакокрасочные покрытия, например, цинкосиликатные. Основными компонентами составов являются силикаты щелочных металлов (натрия, калия, лития) и цинковая пыль, образующие на поверхности тонкую пленку с содержанием цинка 90 – 93 %. В России разработаны высокодисперсные металлические порошки, на основе которых получают защитные полиуретановые красочные составы: цинконаполненные (до 97 % цинка) – «Цинотан» и защитно-декоративные алюминиевые – «Алюмотан». Температурный интервал применения составляет от минус 60 до + 400 ^оС. Эти нетоксичные, быстросохнущие в естественных условиях композиции используют для защиты конструкций, работающих в условиях действия пресной, морской, минерализованной воды, нефти, нефтепродуктов (опоры ЛЭП, мосты, емкости). Аналогичные составы разработаны в Бельгии и Германии. В дальнейшем предполагается выпуск материалов с цинкосодержащим покрытием.

Отказаться от растворителей можно также за счет использования порошковых красок. Защитное покрытие при их использовании получают плазменным струйным напылением на защищаемую поверхность термореактивных смол и термопластичных полимеров.

Защита полимерными пленками листового металлопроката осуществляется бесклеевым способом путем наплавления под давлением готовой пленки на поверхность защищаемого металла с последующей термообработкой. В полученном материале – металлопласте, который используют для выполнения вентиляционных систем, емкостей для хранения агрессивных жидкостей сочетается высокая прочность металла с коррозионной стойкостью полимера.

При защите металлоконструкций на более длительный срок – 20 – 50 лет эксплуатации в условиях действия агрессивных сред применяют металлизационные покрытия, которые можно наносить как в заводских, так и в условиях строительной площадки. Нанесение покрытия производят электродуговыми или газопламенными металлизационными аппаратами, которые могут быть переносными и стационарными заводскими. Все виды металлизационных покрытий обозначают «Мет». Например: «Мет. А(99,5) 160» – покрытие алюминия с чистотой 99,5 %, толщиной 160 мкм; «Мет. Ц60 А160» – покрытие многослойное из цинка толщиной 60 мкм и алюминия – 160 мкм.

Степень агрессивности среды и применяемые антикоррозионные материалы представлены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Степень агрессивного воздействия и материалы, применяемые

для защиты строительных конструкций