|
Фибробетон в действии
Заборы из бетона - шумозащитные экраны.
Бетонные экраны « АКУСТИКРИТ» для защиты от транспортного шума.
Широкое использование шумозащитных сооружений, как в нашей стране, так и за рубежом отражает растущие проблемы с новым видов техногенного загрязнения шумом.
Шум является одним из загрязнений, появившимся сравнительно недавно в связи с массовым строительством автомобильных, железнодорожных магистралей, линий метрополитена и скоростного трамвая в непосредственной близости от зон жилой застройки. Продолжающая урбанизация и недостаток места для строительства нового жилья, а также строительство новых магистралей в тихих районах делает проблему защиты от шума весьма актуальной. Нормы различных стран (1) по разному определяют максимально допустимый уровень шума на селитебной территории (рис.1). По данным ВОЗ в Европейском союзе 40% населения живет в местах, где имеется уровень шума, превышающий 55 дБА в дневное время, а 20 % живет в местах, где уровень выше 65 дБА. Ночью до тридцати процентов населения живет в местах, где уровень шума превышает 55 дБА, при таком уровне шума сон становится беспокойным.
Российские нормы по защите от шума допускают эквивалентный уровень шума на прилегающих к жилым домам территориях 55 дБА в дневное (с7-23 часов) и 45 дБА в ночное время. Эти требования являются более строгими в сравнении со стандартами большинства Европейских стран. Достичь таких показателей очень не просто, так как на территориях прилегающих к основным автомобильным магистралям наблюдается превышение уровня шума на 15-25 дБА по сравнению с нормативами.
Основным способом решения проблемы шума от транспортных сооружений, является использование шумозащитных экранов (рис 2.3.4).
Установка экрана на пути распространения звуковой волны (рис.5) значительно уменьшает уровень звуковой энергии, которая следует к приемнику по прямому кратчайшему пути. При расчете высоты экрана надо учитывать, что звуковой волне присуще свойство дифракции (огибания) препятствия, поэтому меньшая часть звука пройдет поверх барьера и достигнет приемника. Зарубежные источники (2) определяют возможности экрана значениями, указанными на рис.5.
Рис.5
Рис.2.3.4 Шумозащитные экраны из бетона
Проектирование, изготовление и применение экранов производится при тесной координации акустиков, инженеров-технологов, строителей, архитекторов и ландшафтных дизайнеров. В качестве материалов для устройства шумозащитных экранов используют бетон, стекло, дерево, металл, пластик. Нормативным документом (3) определены минимально допустимые плотности конструкций экрана (рис.6).
Рис.6
Основными аспектами принимаемыми во внимание, являются: геометрические параметры экрана, его расположение, эстетические соображения, надежность и безопасность в процессе эксплуатации. (рис.7).При этом материалы экрана не должны содержать вредных веществ и кроме того они должны легко перерабатываться после окончания срока службы экрана.
Рис.7
Комплекс присущих бетону свойства делают его наиболее подходящим материалом для строительства экранов. Во многих странах экраны из сборного железобетона составляют большинство конструкций (2), обеспечивая низкую стоимость сооружения и эксплуатации экрана в сочетании с эффективной защитой от шума.
По способности отражать звук бетонные экраны делятся на три вида: отражающие, поглощающие и реактивные. Поверхности из плотных материалов, в т.ч. из бетона отражают звук. Защитные свойства всех типов экранов примерно равны. Однако экран отражающего типа может направить звук на объект напротив, что особенно важно, если напротив тоже экран (рис8).
Рис.8
Рис.9
Существует три основных способа, чтобы избежать негативного воздействия отраженного звука:
1) Изменение геометрии экранов:
Следует установить оба экрана с наклоном в сторону от дороги (угол 3-10 градусов) или обеспечить расстояние между параллельными экранами в 10 раз больше их средней высоты (рис.9).
2) Применение звукопоглощающего материала на одной или обеих сторонах экрана. В качестве поглощающего материала используется минеральное волокно или стекловата, которая прикрепляется к несущей железобетонной подложке. Подобная конструктивная концепция используется в экране «ФрендкритНБ+», производимым компанией «MаксфорсКонкрит».
3) Применение, шумоглащающих бетонов, в том числе разработанного авторами статьи, бетона «Акустикрит»..
Известно два основных вида шумопоглощающих бетонов. Один из них можно классифицировать как бетон с фиброй из целлюлозы или из дерева. Второй как крупнопористый легкий бетон. Звуковая энергия поглощается в этих бетонах благодаря развитой поверхности воздушных пор. Показателем, определяющим степень поглощения звуковой энергии, является коэффициент звукопоглощения α Этот коэффициент представляет собой отношение количества звуковой энергии, поглощенной материалом или конструкцией, к общему количеству звуковой энергии направленной на материалы или конструкцию в единицу времени. К шумо (звуко)- поглощающим материалам относят такие, коэффициент звукопоглощения, которых составляет более 0,2 по ГОСТ23499-79.
Обычно шумопоглощающие бетоны формуют в заводских условиях, изготавливая сборные панели, которые затем монтируются между стальными или железобетонными стойками. Иногда также применяется способ монтажа панелей без опорных столбов, в этом случае конструктивная часть панели обычно делается сплошной и стыкуется между фундаментом и соседними панелями посредством болтовых или сварных соединений. Щумопоглощающий бетон имеет открытую пористую структуру, в которой роль заполнителя играет фибра из древесного волокна или крупные сцементированные между собой частицы материала.
Из-за своей пористой структуры такой бетон не обладает достаточной конструкционной прочностью и обычно применяется в качестве верхнего, поглощающего слоя в двухслойных бетонных панелях. В качестве несущего слоя в таких панелях выступает обычный тяжелый бетон, толщина которого составляет от одной трети до половины от толщины поглощающего слоя. Верхнему поглощающему слою бетона обычно придают дополнительную фактуру и окрашивают неорганическими пигментами в процессе изготовления. Применяются различные фактуры как горизонтально, так и вертикально направленные. Производители имеют в своем арсенале больший выбор формообразующей оснастки и текстурных вкладышей. Такие приемы обработки поверхности улучшает внешний вид таких экранов и улучшают их акустические свойства.
Специалисты производственно строительной компании «Максфорс Конкрит» и филиала ОАО ЦНИИС, НИЦ «Тоннели и метрополитены» разработали и апробировали впервые в России две новых конструкции экрана на основе бетонных элементов: экран из шумопоглощающих сэндвич панелей «Френдкрит НБ+» и щумопоглощаюший бетон и панель на его основе «Акустикрит» (АК).
Бетон АК относится к классу крупнопористых легких бетонов. С целью придания бетону необходимых акустических свойств в состав бетона дополнительно вводили демпфирующие материалы, в частности, резиновую крошку фракций 2-5 мм из отходов резиновой промышленности и использованых автомобильных шин.
Известно, что акустические характеристики материала зависит от его пористости. С увеличением пористости коэффициент звукопоглощения увеличивается, в то же время высокая пористость может привести к резкому падению механической прочности материала, недостаточной для нормальной эксплуатации панелей. Целью исследования была разработка состава бетона, который при максимальной пористости обеспечивает необходимые прочностные характеристики, надежно крепится к бетону подложки, технологичен в изготовлении и определение акустических характеристики АК.
Интегральная пористость АК является результатом сложения трех видов пористости: 1 Пористость крупного заполнителя, в качестве которого применяли керамзит 2 Пористость цементного камня 3 Структурная пористость бетона.
Для увеличения пористости третьего типа и получения экономичного по расходу и одновременно прочного крупнопористого бетона был применен однофракционный заполнитель в виде керамзитового щебня фракции 5-10мм. Опытным путем было определено оптимальное соотношение между цементом и заполнителем по объему, оно составило 1:7- 1:10. Одним из важных вопросов, который решался в процессе подбора состава бетона, было назначение оптимального водоцементного соотношения. Превышение оптимального В/Ц вызывало повышенную текучесть цементной пасты, в результате она стекала с поверхности заполнителя и оказывалась на лицевой части формы, снижая пористость поверхности. При низком В/Ц бетонная смесь уплотнялась недостаточно и прочность материала снижалась. Проблема оптимального В/Ц была решена с использованием пластификаторов и специального безвибрационного приема формования панели, при диапазон В/Ц составил 0,45-0,48. Для увеличения пористости цементного камня использовалась пенообразующая, воздухововлекающая добавка, кроме того, применение поризации цементной пасты позволило повысить удобоукладываемость и связность смеси. Подобраны оптимальные составы бетона, которые позволили получить открыто пористую структуру с заданными физико-механическими характеристиками. Для улучшения акустических и эстетических свойств панели из АК формовались лицом вниз, на форме придающим его поверхности фактуру цветной кирпичной кладки.
Для определения акустических характеристик, были изготовлены образцы панелей шумозащитных экранов. Всего было испытано три вида конструкций шумозащитного экрана. 1)Экран отражающего типа из обычного бетона «ФрендкритНБ» с фактурой камня песчаника с лицевой стороны. 2)Экран поглощающего типа из сэндвич панелей «ФрендкритНБплюс», в качестве поглощающего слоя использовалась стекловата толщиной 50 мм. 3)Экран поглощающего типа «Акустикрит», панели которого изготавливались двухслойными,- лицевой слой из шумопоглощающнго бетона «Акустикрит», а внутренний слой из тяжелого конструкционного бетона. Испытания проводили при постоянной температуре и относительной влажности в реверберационной камере НИИ Строительной физики РААСН. Результаты измерений представлены на рис 10 и 11.
 Рис.10
Рис.11
Экраны из бетона показали высокие акустические характеристики, индекс изоляции воздушного шума составил от 38 до 42 дБА., что полностью отвечает требованиям СНиП 23-03-2003 «Зашита от шума». По результатам испытаний все три типа экранов были сертифицированы и рекомендованы к применению для защиты селитебных территорий от шума.
Полученные результаты позволили определить коэффициент звукопоглощения у испытанных материалов. Как и ожидалось экран отражающего типа из обычного бетона «ФрендкритНБ» оказался акустически «плотным» и не проявил поглощающих свойств, коэффициент звукопоглощения близок к нулю. Коэффициенты звукопоглощения экрана из «сэндвич-панелей» «ФрендкритНБ+», для всех типов частот, низких, средних и высоких, оказались самими высокими , что позволяет отнести это изделие к классу НСВ-311 по звукопоглощению (ГОСТ 23499-79) . Экран из бетона «Акустикрит», согласно того же ГОСТа относится к классу НСВ-322 , т.е. к третьему классу звукопоглощающих материалов в области низких частот и ко второму классу в средне и высокочастотном диапазонах.
Пористо-ячеистая структура «Акустикрита» показала хорошие звукопоглощающие свойства, которые могут быть существенно улучшены увеличением толщины этого слоя и созданием глубоко профилированной поверхности стороны, обращенной к источнику шума. Акустические испытания подтвердили правильность концепции двух слоев для создания акустически непроницаемых ограждений-экранов, причем использование твердой и плотной основы из тяжелого конструкционного бетона позволяет значительно уменьшить эффект резонанса, который свойственен однослойным конструкциям.
Использование в качестве опорно-конструкционного материала бетона позволяет помимо хороших акустических характеристик получить долговечную и экономичную конструкцию. При этом с учетом относительной дешевизны панелей из «Акустикрита», он безусловно показывает лучший результат по соотношению цена/качество из всех трех типов исследованных экранов.
Литература
- Benz Kotzen, Colin English. Environmental Noise Barriers. London-New-York-1999
- Г.И. Евгеньев. Применение шумозащитных экранов на автомобильных дорогах США. ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР» Москва -2005
Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. «РОСАВТОДОР» Москва-2003
Материал предоставлен нам нашим уважаемым партнером изготовителем бетонных заборов с шумозащитным эффектом - компанией Максфорс.
|
