装配式轻质隔墙的隔声性能研究

吕旺阳，谢 辉，何 益

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045；2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

0 引 言

随着时代的发展，装配式轻质隔墙正在逐步取代传统的砌块墙体和现浇墙体系统，逐渐成为酒店、写字楼、医院等公共建筑中常见的隔墙体系。在建筑造价方面，使用装配式轻质隔墙可以节省成本30%左右；在施工效率上，装配式轻质隔墙比传统砌块隔墙可以提高施工效率近 3倍[1]。这说明装配式隔墙在行业中有着广泛的应用前景，其应用场所也多为对室内物理环境要求较高的建筑，尤其是高级办公楼、星级酒店、医院病房等对噪声敏感的建筑空间。《民用建筑隔声设计规范》(GB 50118—2010)[2]中明确指出，在医院建筑及酒店旅馆中各房间之间的隔声量需达到 50 dB，而部分装配式轻质隔墙往往因其隔声性能较差而难以满足标准规定的隔声要求。因此，针对装配式轻质隔墙的隔声性能研究便显得尤为重要。

目前已有研究者针对装配式轻质隔墙的部分材料进行了研究，包括了传统的石膏板、纤维板等材料的隔声性能研究[3-4]，也有针对新型复合材料的研究[5-6]。对于装配式轻质隔墙构造的研究则多以轻钢龙骨为主，如王季卿、顾樯国和许刚等均在轻钢龙骨体系下对其隔声性能进行了研究[7-8]。也有学者对某些类型的装配式轻质隔墙的隔声量进行了理论计算和分析[9-11]。但上述研究仍无法得出不同材料和构造形式对装配式轻质隔墙隔声性能的具体影响。同时，在实际的建筑声学设计中，多数隔声材料和构造的隔声性能也存在着一定的误差和不确定性。因此，系统研究装配式轻质隔墙的隔声性能很有必要。本文针对不同的材料及构造形式，对影响装配式轻质隔墙隔声性能的因素进行了归纳总结，可为未来的隔声设计提供多角度的思路和参考。

1 研究方法

为研究不同材料与构造对装配式轻质隔墙隔声性能的影响，本研究共进行了 13组不同的装配式轻质隔墙测试。墙体的材料选取了普通石膏板、玻镁板、水泥纤维板、阻尼隔声板，共计4种不同的轻质墙板；在构造上区分了墙体内含空气层空腔、墙体内填充密度为60 kg·m-3的岩棉、墙体基层上干挂墙板、墙体基层上粘贴墙板，共计4种构造形式。隔声测试和数据处理的方法步骤均严格按照国家标准《声学建筑和建筑构件隔声测量 第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》(GB/T 19889.3—2005)[12]和《建筑隔声评价标准》(GB/T 50121—2005)[13]进行。

所有的墙体隔声性能测试均于重庆大学建筑城规学院声学实验室中进行。隔声室的平面如图 1所示，在发声室和接收室内分别设置了6个测点。根据《建筑隔声评价标准》(GB/T 50121—2005)的要求，在100～3 150 Hz的频率范围内，按1/3倍频程选取了 18个中心频率进行测试。测试时的隔声室温度为24～26℃，相对湿度为67%～70%，保证了所有测试均是在近似相同的测试环境里进行的。测试中使用了爱华6228型声级计、B＆K 4292型多面体无指向声源和功率放大器，如图2所示。

2 测试墙体的构造及尺寸参数

图1 重庆大学隔声实验室平面图及测点布置Fig.1 Plane graph of the sound insulation laboratory of Chongqing University and layout of measurement points

图2 测试现场照片Fig.2 Photo of test site

测试墙体是基于装配式高隔声墙体的体系搭建而成。横向龙骨为上下两条“U型”的天地龙骨，分别固定于天花板和地面。竖向龙骨为多条间距相等的“M型”龙骨，其距离可以根据需求调整。本研究共选取了两种距离尺寸，分别为 400 mm和600 mm，以探究龙骨间距对装配式隔墙隔声性能的影响。为了探究不同板材选择的影响，在安装竖向龙骨时，需利用“M型”龙骨的中心凹槽，将中间内置的一层隔声板预先卡入其中，其后再铺设基层隔声墙板。由此三层墙板形成两道空气层，可对其保留，也可在内填充如岩棉一类的填充材料，以研究有无填充吸声材料对隔声性能的影响。此外为了研究板材层数和空气层的影响，还可在基层隔声墙板的基础上再附加一层干挂或粘贴的墙板。如上所述，该墙体的隔声构造设计基于一轻钢龙骨结构，通过改变龙骨间距、各层次墙板的材料、数量、安装方式以及岩棉吸声材料的填充与否，研究各因素对装配式轻质隔墙隔声性能的影响。该装配式轻质隔墙的龙骨体系示意如图3所示。

图3 测试的装配式轻质隔墙的龙骨示意图Fig.3 Schematic diagram of the keels of tested prefabricated lightweight partition walls

为避免龙骨加工及安装质量等因素对实验结果产生干扰，本次实验中使用的所有龙骨、板材及结构配件均由同一厂家加工完成，并由专业安装人员负责所有隔墙的安装以及安装后的复核工作。装配式轻质隔墙在实验室中的实际完成情况如图4所示。本次实验中装配式隔墙的主要构造参数，包括测试试件材料厚度、墙体构造的具体方式、相关尺寸及剖面示意图均在表1中说明。

图4 装配式轻质隔墙Fig.4 Photos of prefabricated lightweight partition walls

表1 各组装配式轻质隔墙的构造参数及剖面示意图Table 1 Structural parameters of each set of prefabricated lightweight partition walls and its section diagram

续表1

3 实验结果与分析

按照前文的实验方法及步骤对 13组装配式轻质隔墙进行了隔声量的测试，考虑到该类型装配式隔墙的主要用途为建筑内隔墙，故在测试结果修正时只考虑了粉红噪声频谱修正量C。在外部测试环境条件相同的情况下，不同材料与构造形式的装配式隔墙S1至S13的隔声量测试结果如表2所示。测试结果显示，所有装配式隔墙的计权隔声量Rw均超过 45 dB，在粉红噪声频谱修正后Rw+C也均超过40 dB。除了编号为S1、S2和S4的3组墙体，其余各组的Rw+C均超过了 45 dB。但由于各组装配式隔墙的墙体材料性能和构造形式有所不同，在隔声性能上也有一定的差异。

表2 各组装配式隔墙的计权隔声量测试结果Table 2 Test results of weighted sound insulation for each set of prefabricated lightweight partition walls

3.1 材料性能对装配式墙体隔声性能的影响

3.1.1 材料自身声学性能的影响

材料对墙体隔声量频率特性曲线的影响如图 5所示。由表2及图5(a)可知，在其他条件相同的情况下，S1、S4两组墙体与S2墙体相比，其隔声性能相对较差。编号为 S1、S4的两组墙体在进行粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C均为42 dB，比S2墙体低2 dB，这是由于12 mm普通石膏板的隔声性能要稍低于 12 mm玻镁板。尽管在计权隔声量上，墙体以玻镁板为主的S2墙体优于以普通石膏板为主的S1、S4墙体，但是根据频率特性曲线可知，在低频时，S1、S4墙体的隔声性能略高于S2墙体。

此外，由表2及图5(b)可知，S9墙体与S10、S12墙体相比，其隔声性能更好，进行粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C分别比S10和S12高4 dB和2 dB。这是由于隔墙隔声存在质量定律，即单层墙体面密度越大，单位面积质量越大，墙体隔声性能越好。由于 S9墙体所用阻尼隔声板的面密度大于S10墙体的普通石膏板及S12墙体的水泥纤维板，因此其隔声性能更好。此外，受基层墙板材料自身性质的影响，S9和S12墙体在低频段的隔声量略高于S10墙体，但S10墙体在中高频时的隔声性能则有明显的优势。

以上结果表明装配式轻质隔墙的隔声性能主要受到墙体板材自身的声学性能影响。在对墙体基层材料进行选取时应根据实际需求选用声学性能较好的板材。

3.1.2 材料共振频率对墙体隔声性能的影响

图5 墙板材料对墙体隔声量频率特性曲线的影响Fig.5 The influences of wall board materials on the frequency characteristic curve of sound insulation

由图5(a)可知，3组装配式隔墙(S1、S2和S4)均在低频存在共振现象。根据测试得到的空气声隔声量频率特性曲线可以观察到，低频共振均出现在125 Hz处。由于低频共振的出现，采用轻质墙板时，该类装配式隔墙在125 Hz的隔声性能会相对薄弱。由图5(c)可以得出，在材料不变的情况下，在仅有内置中间层和两侧基层墙板的墙体(编号S2)的基础上再附加一层干挂墙板后(编号S3)，由于干挂墙板与基层墙板之间又新增了一层空气层，墙体在200 Hz处也存在共振现象。由于墙体均存在其固有的共振频率，当墙体与声波的频率相同时，则产生共振，导致该频率下隔声量下降。但在装配式隔墙构造中，由于轻质板材的选择和空气层的存在，特别是当板材的共振频率相同时，低频共振则更为明显。因此，尽管 S1～S4几组墙体分别使用了普通石膏板、玻镁板两种不同的材料，但由于空气层的存在且材料本身属于轻质板材，均有低频共振的情况出现，并且干挂的构造方式会对低频共振的频率范围产生更大的影响。

3.2 构造形式对隔声性能的影响

3.2.1 空气层填充岩棉对隔声性能的影响

空气层填充岩棉对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响如图6所示。由表2及图6(a)、6(b)可知，在其他条件相同的情况下，在龙骨和外挂墙板之间填充厚度 50 mm、密度 60 kg·m-3的岩棉后，S7和S8墙体在经过粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C分别达到了 49 dB和 59 dB，相较于未填充岩棉的 S4和 S6，其计权隔声量分别增加了7 dB和9 dB，有了明显的提升。再根据空气隔声量频率特性曲线的对比可知，在两侧空气层增设了厚度50 mm、密度60 kg·m-3的岩棉后，S7和S8墙体相较于S4和S6，在100～3 150 Hz整个频段上的隔声性能都有了明显的提升。这是由于声能通过岩棉时，会通过摩擦、空气黏滞阻力等转化为热能。特别值得注意的是，S7墙体与 S4墙体相比，在125 Hz处的共振效应得到了一定的改善，而S8墙体与S6墙体相比，在125 Hz处几乎不受共振的影响。这是由于当存在空气层时，轻质板材对于低频声的阻隔能力弱，易产生共振，在一定程度削弱了墙体在低频处的隔声性能。这说明在装配式墙体中填充岩棉材料能明显提升墙体在各个频段的隔声性能，并且有助于减弱低频段共振的影响。

图6 空气层填充岩棉对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响Fig.6 The influences of air layer filled rock wool on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

3.2.2 双层墙板构造对隔声性能的影响

双层墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响如图 7所示。由图 7(a)、7(b)可知，在100～3 150 Hz的频率范围内，除S6墙体外，其余三组墙体均在低频125 Hz处存在共振现象。由表2可得，在其他条件相同的情况下，S6、S8墙体相比于 S4、S7墙体其实测的隔声量均有提高，前两者在经过粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C分别比后两者提高了3 dB和5 dB。这说明在材料相同的情况下，将双层相同的板材叠合使用，增大墙体单位面积质量，能够有效提升装配式隔墙的隔声性能，符合质量定律。在使用双层叠合的构造形式后，S6和S8墙体相比于S4和S7墙体，在低频段的隔声性能均有一定提升，特别是 S8墙体相较于S7墙体在100～160 Hz频段的隔声性能有了显著的提高。这是由于通过双层叠合处理，增加了墙板的刚度，减弱了板材在低频处产生的共振，使得其在低频处的隔声量得到提高。但使用双层叠合的构造形式并未能充分发挥材料的声学性能，性价比不高。

图7 双层墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响Fig.7 The influence of double-layer wall panel structure on the frequency characteristic curve of the weighted sound insulation

3.2.3 干挂墙板构造对隔声性能的影响

由表2可知，在其他条件相同的情况下，无论墙体内的空气层中是否填充岩棉，在墙体两侧分别干挂1层14 mm厚的玻镁板后，其隔声性能都有较好的提升。S3、S5和S11墙体的隔声性能分别都明显优于S2、S4和S10墙体，其经过粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C分别提高了 3 dB，5 dB和8 dB。干挂墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响如图 8所示。根据图 5(c)和图8(a)、8(b)可知，S3、S5墙体在中频和低频段的隔声性能相较于 S2、S4墙体有了明显的提升，S11墙体相较于S10墙体在低频段的隔声性能也有了明显提升。一方面是由于干挂板材，增大了墙体单位面积的质量，另一方面是由于干挂的构造方式产生了附加空气层，空气层的减振作用增强了墙体的隔声性能。但是由于干挂产生的空气层，与前文的结果类似，这使得S3和S11的墙体都在200 Hz处产生了另一个低频共振点。

图8 干挂墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响Fig.8 The influence of dry wall panel structure on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

3.2.4 粘贴墙板构造对隔声性能的影响

粘贴墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响如图9所示。从表2和图9可知，在其他条件相同的情况下，在墙体两侧分别外贴 1层5.5 mm厚的玻镁板后，S13墙体经过粉红噪声频谱修正后的计权隔声量达到了51 dB，在S12墙体的基础上提高了3 dB。外贴板材后，隔墙在低频和高频段上的隔声性能都有了一定的提升，符合质量定律，但是中频段的隔声性能相较之前有所降低。由于采用了外贴构造形式，消除了板与板之间的空气层，这使得其低频处的共振现象相比于S12墙体也有了明显的改善。

图9 粘贴墙板构造对墙体计权隔声量频率特性曲线的影响Fig.9 The influence of pasted wall panel structure on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

4 结 论

本文通过一系列隔声实验，研究了不同墙板材料和构造形式对装配式轻质隔墙的隔声性能的影响，旨在为未来装配式轻质墙的实际工程提供参考案例及新的应对思路。

运用本文的装配式轻质隔墙构造和材料，其计权隔声量Rw均达到45 dB，经粉红噪声频谱修正后的计权隔声量Rw+C均超过 40 dB，部分经特殊构造处理的墙体，其Rw+C超过 50 dB。相较于传统轻质隔墙，其具有更良好的隔声性能，能满足多数使用场合的要求；在安装上易于操作且更加系统，有利于推广使用；在构造、材料选择上更加灵活，更具实际工程适应性。

装配式轻质隔墙的隔声性能受墙体板材自身声学性能影响较大；在墙体的构造形式上，通过增加墙板层数，在墙体两侧加挂或外贴玻镁板，均能有效提升隔声性能。但相同条件下，单纯加挂板材易产生低频共振，导致低频隔声量下降，而外贴板材则能有效改善这一现象。通过在龙骨和墙板之间填充岩棉，不仅能显著提升墙体在全频段的隔声性能，还能减小低频共振对隔声性能的不利影响。