隔聲試驗中的船用耐火材料試樣設(shè)計與試驗

周慶云，邱立凡，郭穎釗，洪偉龍

(1.中國船舶科學(xué)研究中心船舶振動噪聲重點(diǎn)實驗室，江蘇無錫214082;2.中國船級社江蘇分社，江蘇南京210011)

0 引言

目前，各種形式的隔聲產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于船舶和海洋平臺制造行業(yè)。船舶建造對噪聲指標(biāo)要求日趨嚴(yán)格，國際海事組織(IMO)第 91屆海安會(MSC91)通過了第338號關(guān)于SOLAS修正案的決議，提出了船舶噪聲防護(hù)的新規(guī)則要求，規(guī)定了居住處所的艙壁和甲板的隔聲性能要求，2014年7月1日以后簽訂建造合同的新建船舶將強(qiáng)制執(zhí)行新的噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，并強(qiáng)制要求進(jìn)行船用產(chǎn)品空氣聲隔聲性能檢測。

對于船舶艙室隔聲來說，船舶構(gòu)件的隔聲性能是根本，因此應(yīng)該對船舶構(gòu)件的隔聲性能有嚴(yán)格的要求，通過實驗室的檢測來評價隔聲性能。但目前在已頒布的測量結(jié)構(gòu)隔聲性能的標(biāo)準(zhǔn)之中，只有對建筑結(jié)構(gòu)的隔聲測試規(guī)范［1，3］，而船舶在內(nèi)舾裝中，有的是直接將耐火材料敷設(shè)在艙壁、甲板的鋼板上，其結(jié)構(gòu)形式特殊，不能完全參照建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范進(jìn)行隔聲性能測試。為了對相關(guān)船用產(chǎn)品廠家提供的船舶內(nèi)舾裝材料的隔聲性能評價與產(chǎn)品定型，對船舶艙壁和甲板用耐火材料的隔聲試驗試樣進(jìn)行了專門設(shè)計和試驗。

1 隔聲試驗介紹

1.1 隔聲測試實驗室

構(gòu)件的隔聲試驗采用混響室-混響室法，在專門的隔聲室中測量。隔聲室由聲源室和接收室兩部分組成，兩室連接處為安裝被測試件的測試洞口，測試樣品安裝在聲源室側(cè)的洞口上，測試洞口最大尺寸:4 m×3 m=12 m2。

隔聲試驗系統(tǒng)由12面體球形聲源和空氣聲測試系統(tǒng)組成。

1.2 隔聲測試方法

構(gòu)件的隔聲測試依據(jù)ISO 10140-2—2010的方法進(jìn)行。通過在聲源室形成穩(wěn)定的聲場，測量聲源室和接收室的平均聲壓級，再對兩室的平均聲壓級差進(jìn)行修正得到其隔聲量。以1/3倍頻程中心頻率100～3 150 Hz范圍測試，其計算公式見式(1):

式中:R為隔聲量，dB;L1為聲源室的聲壓級，dB;L2為接收室的聲壓級，dB;S為試件面積，m2;A為接收室的吸聲量，m2，計算方法見式(2):

其中:T60為混響時間，s;V為接受室體積，m3。

首先，通過測量聲源室和接受室內(nèi)的平均聲壓級以及接受室的混響時間，即可由式(1)計算得出試件的隔聲量。然后根據(jù)ISO 717-1—2013，用隔聲單值評價量對1/3倍頻程測量數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，即試樣的計權(quán)隔聲指數(shù)RW。

2 船用耐火材料構(gòu)件

船舶的艙壁和甲板結(jié)構(gòu)最常用的隔聲材料包括:巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈、復(fù)合氧化鋁毯等棉制品、甲板敷料。它們具有防火、吸聲或振動阻尼作用，與鋼壁板結(jié)合后有較好的隔聲性能。由于這些材料有的在船上需要安裝在鋼艙壁或鋼甲板上使用，因此，實際應(yīng)對加上耐火材料后的艙壁構(gòu)件和甲板構(gòu)件進(jìn)行隔聲性能測試。下面對耐火棉制品材料試樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

2.1 隔聲材料試樣的基板結(jié)構(gòu)

根據(jù)ISO 10140-2—2010隔聲測試標(biāo)準(zhǔn)，為了評價構(gòu)件的隔聲指數(shù)，將隔聲壁板結(jié)構(gòu)試件和甲板結(jié)構(gòu)試件的測試面積統(tǒng)一確定為10 m2。隔聲試驗用的鋼艙壁或鋼甲板都按照實際船舶結(jié)構(gòu)加工，在5 mm厚鋼板上間隔600 mm焊接角鋼(L形)，在鋼板的另兩邊即角鋼的正交方向焊接扁鋼，角鋼和扁鋼則分別根據(jù)鋼艙壁或鋼甲板的規(guī)格要求使用。為巖棉、陶瓷棉、陶瓷纖維氈等棉制品設(shè)計的試驗鋼艙壁或鋼甲板如圖1所示，基板的一面為平面，另一面上焊有角鋼和扁鋼。考慮試驗中試件的安裝和四周的密封，圖中試件尺寸略微放大，以滿足試件安裝后的測試面積為10 m2。

2.2 耐火棉制品材料試樣結(jié)構(gòu)

耐火棉制品試樣是將棉制品附在圖1的鋼板上，本文實際使用鋼板規(guī)格為3 980 mm×2 580 mm×4.8 mm。安裝程序是先將棉制品附在角鋼一面的鋼板上，然后在角鋼(又稱扶強(qiáng)材)上附上棉制品，最后通過焊在鋼壁板上的碰釘壓住。

圖1 耐火材料隔聲試驗用基板(單位:mm)

3 隔聲性能測試及結(jié)果

3.1 棉制品的隔聲測試

3.1.1 艙壁結(jié)構(gòu)測量結(jié)果

棉制品材料和鋼艙壁形成艙壁構(gòu)件，試件有效測試面積為10 m2。表1列出了4種艙壁構(gòu)件試樣的規(guī)格及其隔聲測量結(jié)果。表中，A60-B-03的厚度(35+35)mm+40 mm扶強(qiáng)材是指鋼板上巖棉厚度為(35+35)mm，扶強(qiáng)材(角鋼)上巖棉厚度為40 mm。其余試件在扶強(qiáng)材上棉制品的厚度與鋼板上的厚度相同。圖2～圖3給出了2個艙壁試樣的結(jié)構(gòu)圖樣。圖4～圖7給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖，圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。

表1 艙壁構(gòu)件隔聲測試結(jié)果

圖2 A60-B-01巖棉艙壁(單位:mm)

圖3 A60-B-03巖棉艙壁(單位:mm)

3.1.2 甲板結(jié)構(gòu)測量結(jié)果

棉制品材料和鋼甲板形成甲板構(gòu)件試件有效測試面積為10 m2。表2列出了4種甲板構(gòu)件試樣的隔聲測量結(jié)果，圖8～圖11給出隔聲指數(shù)頻譜結(jié)果圖，圖中三折線為ISO 717-1規(guī)定的參考值曲線。

圖4 A60-BR陶瓷棉艙壁隔聲量頻譜圖

圖5 A60-B-05陶瓷纖維氈艙壁隔聲量頻譜圖

圖6 A60-B-01巖棉艙壁隔聲量頻譜圖

圖7 A60-B-03巖棉艙壁隔聲量頻譜圖

表2 甲板構(gòu)件隔聲測試結(jié)果

3.2 隔聲測試分析

由隔聲量頻譜圖可見，棉制品鋼壁板試樣的隔聲量隨著頻率的增加呈上升趨勢，中高頻的隔聲效果好于低頻的隔聲效果。

表1～表2的隔聲測試結(jié)果表明，對于同樣厚度的材料，陶瓷棉和陶瓷纖維氈的隔聲量要大于巖棉的隔聲量;同種棉制品材料，隨著敷設(shè)的棉制品厚度增加，隔聲量也有所增加。

圖8 A60-D-01陶瓷棉甲板隔聲量頻譜圖

圖9 A60-D-02巖棉甲板隔聲量頻譜圖

圖10 A60-D-03巖棉甲板隔聲量頻譜圖

4 結(jié)論

通過對船舶艙壁和甲板用材料的隔聲性能測試和探索，已摸索出了該類試樣測試的安裝方法，可以為國內(nèi)各船用材料廠家的空氣聲隔聲進(jìn)行檢測，提升了我國船用產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

經(jīng)過一系列的隔聲測試，了解到耐火棉制品材料與船舶鋼壁板結(jié)合起來后具有較好的隔聲性能。船舶設(shè)計單位和建造廠可根據(jù)產(chǎn)品的隔聲性能和成本綜合考慮選用，為船舶艙室噪聲控制提供了參考。

圖11 A60-D-05陶瓷纖維甲板隔聲量頻譜圖

［1］ ISO 10140-2—2010，Acoustics-Laboratory measurement of sound insulation of building elements-Part2:Measurement of airborne sound insulation［S］.

［2］ ISO 717-1—2013，Acoustics-Rating of sound insulation in buildings and of building elements-Part1:Airborne sound insulation［S］.

［3］ GB/T 19889.3—2005，聲學(xué) 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第3部分:建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量［S］.

［4］ 馬大酋.噪聲與振動控制工程手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.