隔聲技術在建筑中的應用發展

劉珊

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

建筑中的樓板構件主要承受水平方向的豎直荷載，在高度方向上將建筑物分隔成若干層，同時樓板還具備保溫、隔熱作用以及隔聲作用，保持上下層互不干擾。倘若樓板隔聲性能不良，上層住戶在家中的腳步聲、拖動桌椅等家具產生的噪聲、物體掉落撞擊地板產生的聲音、電器運行產生的噪聲等在一定程度上都會對下層住戶的正常生活造成干擾。

隨著綠色建筑的提出與推廣，人們希望擁有健康舒適的居住環境，對于室內聲環境的質量愈發重視，因此，提升樓板撞擊聲隔聲性能具有重要意義。為此，有諸多研究人員針對樓板撞擊聲隔聲性能展開了大量的研究，有研究表明增加樓板鋼筋混凝土厚度、采用彈性材料作為面層、設置彈性吊頂、設計樓板隔聲墊層、使用隔聲砂漿或隔聲涂料等措施均有利于改善樓板的隔聲性能[1]。

1 建筑物隔聲要求

聲音由物體振動產生，并以波的形式在固體、液體、氣體中進行傳播，當物體做無規則振動時發出的聲音則為噪聲，噪聲對周圍環境造成不良影響時則形成了噪聲污染。而噪聲污染對人們的日常生活、工作、學習產生嚴重影響，例如會直接影響睡眠質量、損傷聽力、誘發疾病等，因此，有關部門為降低噪聲污染頒布了相關法律，同時相關規范[2]對建筑物的隔聲性能提出了具體的設計要求，如表1～表3 所示。

表1 住宅建筑隔聲要求

表2 分戶樓板撞擊聲隔聲標準

表3 高要求住宅分戶樓板撞擊聲隔聲標準

2 建筑物隔聲技術分析

聲音的主要傳播方式有固體傳播和空氣傳播。由于樓板與梁、墻體等構件為剛性連接，物體與地板碰撞產生的聲音很容易沿著構件向四周傳遞，與聲音在空氣中傳播相比，通過固體傳播的范圍更廣，同時產生的撞擊聲壓級也更高。如果建筑物的隔聲效果較差，則會導致某一戶制造的噪音對周圍幾十戶都會產生影響。因此，提升建筑物隔聲性能，一方面應降低物體與樓板撞擊時產生的振動能量，另一方面降低聲音在結構構件中的傳播能力。

文獻[3]指出當聲波從一個面積非常大的隔層一側垂直入射，激發隔層整體振動，然后從另一側射出，則聲能在隔層中的傳遞損失近似值t 可采用下面式⑴表示：

式中：t 值大小用來表征隔層的隔聲能力，ω=2πf，為圓頻率，m 為隔層的單位面積質量，ρ 為空氣密度，c為聲波的傳播速度。式⑴中具有一個基本規律即隔層的單位面積質量增加一倍，傳遞損失則增加6dB，此規律稱為“質量規律”，因此磚墻、混凝土樓板、厚鋼板等單位面積質量大的材料往往具有較好的隔聲效果。同時，式⑴也表明隔層高頻段隔聲效果優于低頻段，頻率每提高一倍，傳遞損失則增加6dB。

在單層隔聲結構中，當聲波以角度θ 入射時，先到隔層表面的聲波激發隔層彎曲振動且振動波沿隔層橫向傳播，當彎曲振動波的傳播速度與空氣中聲波到達隔層表面的速度相同時，則會加強彎曲振動波的振動，此現象稱為“吻合效應”，此時彎曲波振幅較大，結構的隔聲效果下降。吻合效應頻率fc 的計算公式如式⑵所示。

式中：ρ、μ、E 和h 分別為隔層的密度、泊松比、楊氏模量和厚度。

質量規律表明增加隔層的質量能夠提升隔聲效果，但由于其他條件限制，隔層的質量無法一直增大，因此可采用雙層或多層隔聲結構。雙層隔聲結構中隔層的單位面積質量分別為m1、m2，隔層之間空氣層厚度為l，由此共同組成一個共振系統，共振頻率為fr，計算公式如式⑶所示。

文獻[3]指出當聲波的頻率在此共振頻率附近時，結構的隔聲效果才會顯著降低。對于重墻而言，此頻率已經低于可聞頻率范圍，而對于輕質墻體而言，可在隔層之間填充阻尼材料來降低隔層的振動，提高隔聲效果。

3 建筑物隔聲措施

3.1 隔聲砂漿和隔聲涂料

瞿金東等[4]研究顯示在EPS 保溫砂漿中摻入廢橡膠顆粒和空心漂珠能夠改善砂漿的中高頻撞擊隔聲性能，丁光亞等[5]利用正交試驗研究了橡膠粉、漂珠、粉煤灰、減水劑對砂漿隔聲性能的影響，試驗結果表明影響砂漿隔聲性能的主次順序為漂珠、橡膠粉、減水劑和粉煤灰。此外，有研究人員[6,7]采用砂、水泥、彈性阻尼顆粒、摻和料等材料制備了10mm 厚的超薄型隔聲砂漿并投入工程實際，經測試此超薄型隔聲砂漿對于樓板撞擊聲的隔聲性能具有良好的提升效果，隔聲性能的檢測結果符合綠色建筑評價標準要求。楊陽[1]指出隔聲砂漿具有良好的隔聲性能、與基層黏結力強、收縮率低、和易性好、施工方便快捷等特點，隔聲砂漿可代替干硬砂漿用于鋪貼飾面層，達到隔聲效果的同時可控制成本，而且隔聲材料多為廢橡膠粉、粉煤灰漂珠等固體廢棄物，有助于固體廢棄物的二次利用。

另一方面，有研究人員[8,9]研制了隔聲涂料，經檢測顯示涂料具有良好的阻尼性能和隔聲性能，采用涂料后樓板撞擊聲標準化隔聲壓級達到70dB，達到綠色建筑要求。除此之外，隔聲涂料還具有以下特點：①具有較好的流動性，可用在各種復雜結構基層中；②采用噴涂的施工方式，施工工序簡單，提高了工作效率；③與基層具有良好的相容性，黏結強度和耐磨性較佳；④涂層厚度為2～5mm 時撞擊聲隔聲改善量便可達到10～20dB，對層高的影響較小[1]。

3.2 浮筑樓板隔聲

浮筑樓板隔聲技術是指在鋼筋混凝土樓板上鋪設一層彈性減振墊層作為隔聲層，然后再鋪設細石混凝土作為面層。由于聲音在固體中傳播效果最好，而此做法有效阻斷了聲音在固體中的傳播，達到隔聲效果，浮筑樓板結構構造和隔聲減振機理簡圖如圖1、圖2 所示。

圖1 浮筑隔聲樓板結構構造[10]

圖2 浮筑樓板隔聲減振機理簡圖[10]

日本、韓國、美國的研究人員分別研發了以廢橡膠輪胎為主要材料的消音粉，英國有研究人員以軟木和橡膠為原材料，將軟木粉碎與橡膠煉制成片狀隔聲板，將消音粉或隔聲板鋪在樓層結構中，然后鋪設一層塑料薄膜，再澆筑細石混凝土實現浮筑樓板隔聲[11]。除此之外，隔聲板材料還可采用石墨EPS 板、玻璃棉板、橡膠卷材、酚醛泡沫板、改性聚丙烯板、石墨XPS 板復合電子交聯聚乙烯、XPS 板復合電子交聯聚乙烯等，但浮筑樓板隔聲技術的施工難度比較大，因此需要特別重視施工質量，要采取嚴格的聲橋阻斷措施才能保證此技術的應用效果[12,13]。王軍強[14]指出浮筑樓板的隔聲效果與彈性減振墊層材料在荷載下的厚度變化、動態剛度、頻率變化以及面層有關，但在設計與施工環節中對于樓板隔聲降噪的設計往往不被重視，而且彈性材料在浮筑樓板隔聲技術中的應用較少，導致工程設計人員對于彈性材料的選型、性能參數的取舍以及彈性材料對樓板撞擊聲壓的影響了解不多。

3.3 隔聲吊頂

隔聲吊頂是在樓板的下方進行吊頂處理，吊頂與樓板之間形成空腔，然后在空腔內填充吸聲材料來吸收樓板輻射的空氣聲。由于此種做法會明顯降低室內凈空高度，因此多用在演播錄音室、影院、辦公樓等層高較高的建筑中，例如某演播室隔聲吊頂采用兩層錯縫搭接的硅酸鈣板并鋪設50mm 厚袋裝玻璃絲棉，吸聲吊頂采用鍍塑鋼板網并鋪設50mm 厚袋裝玻璃絲棉[15]；某影院屋面工程采用網架結構支撐壓型板形式，空腔層隔聲吊頂采用8 層12mm 厚紙面石膏板及2 層玻璃棉板[16]；鄭仁春等[17]指出常規辦公建筑中若采用集中空調，可采用硅酸鈣板吊頂或面密度接近的吊頂材料，此做法能達到低限標準的要求。

3.4 鋪設彈性材料

在樓板表面鋪設彈性材料能夠極大的提高建筑物的撞擊聲隔聲性能，常見的彈性材料有地毯、塑料地板、橡膠板、軟木板等[18]，華實等[19]通過對比試驗發現增鋪地毯能夠大幅提升樓板撞擊聲隔聲性能，但地毯對使用環境、衛生清潔度有著較高的要求，因此常用于賓館、酒店、健身房等地方，而將其大面積運用于住宅建筑中比較困難。

4 小結

⑴為營造健康舒適的工作、生活環境，減少噪音污染，現有規范對各種類型、功能的建筑物制定了嚴格的隔聲要求。

⑵降低物體與樓板撞擊時產生的振動能量或者隔斷聲音在固體中的傳播是建筑物進行隔聲工作的基本技術原理。

⑶采用隔聲砂漿、隔聲涂料、浮筑樓板隔聲技術、隔聲吊頂、鋪設彈性材料等措施在一定程度上能夠提升建筑物的隔聲性能，隔聲砂漿與隔聲涂料施工方便，浮筑樓板隔聲技術的施工難度較大，隔聲吊頂、鋪設彈性材料的使用范圍較小，此外，為提升建筑樓板的隔聲性能可組合使用上述隔聲措施進行共同隔聲。