DE2725156A1 - Vielschichtiges schalldichtes bauteil - Google Patents

Vielschichtiges schalldichtes bauteil

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DE2725156A1 DE19772725156 DE2725156A DE2725156A1 DE 2725156 A1 DE2725156 A1 DE 2725156A1 DE 19772725156 DE19772725156 DE 19772725156 DE 2725156 A DE2725156 A DE 2725156A DE 2725156 A1 DE2725156 A1 DE 2725156A1
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Description

Anmelder: Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co., Ltd. Tokyo / Japan
Vielschichtiges schalldichtes Bauteil
Die Erfindung betrifft eine vielschichtige schalldichte Struktur bzw. ein vielschichtiges schalldichtes Bauteil, und insbesondere ein schalldichtes Bauteil, das eine ausgezeichnete Geräuschabsorptionsfähigkeit für Frequenzen von niedrigen Frequenzen bis zu hohen Frequenzen aufweist.
In neuerer Zeit haben sich aufgrund von verschiedenen Geräuscharten, wie Vekehrsgeräuschen von Automobilen und dergleichen, sowie Geräuschen von Fabriken und dergleichen, ziemliche Probleme entwickelt. Diese Geräusche haben, einen weiten Frequenzbereich, der sich von mehreren zehn Hertz bis mehreren tausend Hertz erstreckt.
Beispiele für herkömmliche schalldichte bzw. geräuschabsorbierende Materialien sind zum Beispiel Produkte, die ein Aggregat, wie Sand, Kiesel und dergleichen, und ein Bindemittel, wie ein Kunstharz, einen Asphalt und dergleichen, enthalten, sowie Produkte aus Glasfasern. Diese herkömmlichen gerauschabsorbxerenden Materialien sind jedoch für die Absorption von Geräuschen mit weitem Frequenzbereich von niedrigen bis hohen Frequenzen nicht gut geeignet, da einige eine geräuschabsorbierende Fähigkeit nur für hohe Frequenzen und andere eine solche nur für niedrige Frequenzen aufweisen.
Erfindungsgemäß wird angestrebt, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden und neue schalldichte Materialien zur Verfugung zu stellen, die ausgezeichnete geräuschabsorbierende und
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geräuschisolierende Eigenschaften für einen weiten Frequenzbereich haben und die durch ein geringes Gewicht für eine leichte Handhabung charakterisiert sind.
Durch die Erfindung wird nun eine schalldichte Struktur bzw. ein schalldichtes Bauteil zur Verfügung gestellt, das folgendes enthält: eine erste Schicht, die ein leichtes Aggregat und ein Bindemittel enthält und die eine Schüttdichte von 0,1 bis 2,0 g/cnr und eine Hohlraumfraktion als kontinuierlichen Hohlraum von 15 bis 60 % aufweist, eine zweite Schicht eines Materials, das die Eigenschaft hat, Geräusche mit relativ hohen Frequenzen zu isolieren und Geräusche mit relativ niedrigen Frequenzen durchzulassen, eine dritte Schicht, die ein leichtes Aggregat und ein Bindemittel enthält, welche gleich oder verschieden als diejenigen der ersten Schicht sein können und die eine Schüttdichte von 0,1 bis 2,0 g/cnr und eine Hohlraumfraktion als kontinuierlichen Hohlraum von 15 bis 60 % aufweist, wobei die erste und die zweite Schicht über der dritten Schicht liegen und eine vierte Schicht eines Materials mit hoher geräuschisolierender Fähigkeit, welche alle Oberflächen der Schichtstruktur aus der ersten, zweiten und dritten Schicht bedeckt, ausgenommen die Geräuscheinfallsoberfläche der ersten Schicht.
Die Erfindung wird in den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der schalldichten Struktur gemäß der Erfindung darstellt;
Figur 2 einen Querschnitt dieser Struktur;
Figur 3 einen Querschnitt einer Struktur gemäß der Erfindung, bei der die vierte Schicht eine Metallplatte ist;
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die Figuren 4-, 5, 7, 8 und 9 Diagramme, die die Schallabsorptionskoeffizienten der Strukturen bei verschiedenen Frequenzen zeigen; und
Figur 6 ein Diagramm, das den Permeati onsverlu st der
Struktur zeigt.
In den Figuren 1 und 2 wird ein Bauteil gemäß der Erfindung dargestellt, das eine erste Schicht 2 enthält, die aus einem leichten Aggregat und einem Bindemittel geformt ist. Das Bauteil enthält weiterhin eine dritte Schicht 3> die ebenfalls aus einem leichten Aggregat und einem Bindemittel geformt ist und eine zweite Schicht 4, die zwischen die erste und die dritte Schicht eingelegt wird. Die zweite Schicht ist aus Material hergestellt, das die Fähigkeit hat, gegenüber Geräuschen mit relativ hoher Frequenz zu isolieren und Geräusche mit relativ niedriger Frequenz durchzulassen. Eine vierte Schicht 1 ist vorgesehen, um alle Oberflächen der ersten, zweiten und dritten Schicht mit Ausnahme der oberen oder äußeren Oberfläche der genannten ersten Schicht 2 zu bedecken, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Die obere oder äußere Oberfläche, d.h. die nicht bedeckte Oberfläche ist die Schalleinfallsoberflache. Die erste, die zweite und die dritte Schicht bilden vorzugsweise ein Laminat. Die Struktur der Figur 1 ist als Baublock dargestellt, wobei die vierte Schicht 1 aus Beton besteht. Je doch kann das Bauteil bzw. die Struktur auch andere beliebige Formen haben. Die BestandteiIselemente der ersten, zweiten, dritten und vierten Schicht 2, 4, 3 und 1 werden nachstehend näher erläutert.
Die Anordnung der Figur 3 ist ähnlich wie diejenige der Figuren 1 und 2 mit Ausnahme, daß die vierte Schicht 1 aus Metallplatten gebildet ist.
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Bas Aggregat, das in der ersten und dritten Schicht 2 und 3 verwendet wird, hat vorzugsweise ein geringes Gewicht und es ist leicht zu handhaben. Es besitzt eine Schüttdichte von 0,1 bis 2,0 g/cnr sowie eine Hohlraumfraktion als kontinuierlichen Hohlraum von 15 bis 60 %. Materialien, die als leichtes Aggregat verwendet werden können, sind hinsichtlich ihrer Art nicht begrenzt, vorzugsweise werden jedoch Substanzen aus der Gruppe Perlit, synthetische leichte Aggregate (zum Beispiel exapndierender Schiefer etc.), Bimsstein, Vulkankies und Vermiculit vorzugsweise verwendet. Naturgemäß kann auch Sand, Kies etc. zu dem oben genannten leichten Aggregat als weiteres Aggregat gegeben werden. Die Teilchengröße des Aggregats, das in der ersten und dritten Schicht 2, 3 verwendet wird, betragt 1 bis 20 mm. Venn die Teilchengröße des Aggregats außerhalb dieses Bereiches liegt, dann wird die schallabsorbierende Fähigkeit des Materials erheblich vermindert.
Das Bindemittel, das in der ersten Schicht 2 oder der dritten Schicht 3 verwendet wird, ist nicht eingeschränkt, solange es eine genugende Fähigkeit hat, die Aggregate davon miteinander zu verbinden. Bevorzugte Beispiele sind Substanzen aus der Gruppe Bitumen (zum Beispiel Asphalt), Zement, Kunstharze und Kautschuk, sowie Gemische davon. Die Menge des Bindemittels ist ebenfalls nicht begrenzt und wird so eingestellt, daß eine genügende Bindung des Aggregats erhalten wird und daß die vorgeschriebene Hohlraumfraktion aufrechterhalten wird. Gewöhnlich variiert die Menge des Bindemittels je nach solchen Bedingungen wie der Teilchengröße des Aggregats, der gewünschten Hohlraumfraktion und der Art des Bindemittels und ist daher nicht begrenzt. Venn jedoch ein Aggregat mit einer Schüttdichte von 0,2 g/dir verwendet wird, dann werden 100 bis 500 Gew.-Teile Bindemittel, bezogen auf 100 Gew.-Teile Aggregat, bevorzugt. Eine Feineinstellung der Hohlraumfraktion kann durch Kontrolle des Drucks beim Verformen erreicht werden.
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Weiterhin sollte die Schüttdichte der ersten und der dritten Schicht 2, 3 0,1 bis 2,0 g/cm , vorzugsweise 0,2 bis 1,0 g/cm' betragen. Die Hohlraumfraktion bzw. der Hohlraumgehalt sollte 15 bis 60 %, vorzugsweise 20 bis 40 % betragen. Die Schüttdichte der ersten und der dritten Schicht liegt vorzugsweise im oben beschriebenen Bereich, da diese Schichten aus Aggregaten mit leichtem Gewicht hergestellt werden und weil das schalldichte Element gemäß der Erfindung ein Material mit leichtem Gewicht sein sollte. Wenn die Hohlraumfraktion mehr als 60 % ist, dann ist die mechanische Festigkeit nicht ausreichend. Wenn die Hohlraumfraktion weniger als 15 % beträgt, dann ist die Schallabsorptionsfähigkeit nicht ausreichend.
Gemäß der Erfindung werden Hohlräume zwischen den Aggregaten gebildet. Dabei handelt es sich nicht um isolierte Hohlräume, sondern um solche, die mit den anderen Hohlräumen verbunden sind
Wenn bei der Herstellung der ersten Schicht 2 und der dritten Schicht 3 Asphalt als Bindemittel verwendet wird, dann wird eine Emulsion des Asphalts durch Vermischen von Asphalt und Wasser hergestellt und die resultierende Emulsion und das Aggregat werden im vermischten Zustand verformt (Verformungsbedingungen: Atmosphärendruck, Raumtemperatur). Eine erwünschte poröse Schicht wird daher dadurch erhalten, daß Wasser daraus abgedampft wird. Es ist möglich, die Biegefestigkeit und die Zugfestigkeit der Schicht zu erhöhen, indem man eine geeignete Menge eines Füllstoffs, z.B. von Kalksteinpulver, Glasfasern, Asbest oder Metallfasern, zu der ersten und/oder der dritten Schicht gibt.
Das Aggregat und das Bindemittel für die erste Schicht 2 und die dritte Schicht 3 können beliebig ausgewählt werden. Beide Substanzen müssen notwendigerweise das gleiche Material sein. Es sollte daher das am besten geeignete Material ausgewählt werden, indem der vorgegebene Verwendungszweck der schalldichten
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Struktur in Betracht gezogen wird. Wenn zum Beispiel die schalldichte Struktur zur Herstellung einer schalldichten Wand verwendet werden soll, dann sollte das Bindemittel der ersten Schicht 2 ein wasserabstoßendes Bindemittel, wie zum Beispiel ein Asphalt, und dasjenige der dritten Schicht 3 ein Zement sein. Bei Verwendung als flammbeständiges Konstruktionsmaterial sollte das Bindemittel für beide Schichten ein Zement sein.
Die zweite Schicht 4 dient dazu, die Frequenz des zu absorbierenden Geräusches einzustellen. Diese Schicht enthält daher ein Material, das die Eigenschaft hat, gegenüber Geräuschen mit relativ hoher Frequenz zu isolieren und Geräusche mit relativ niedriger Frequenz durchzulassen. Die zweite Schicht 4 hat die Funktion, daß sie eine Resonanzabsorption von hoher Frequenz hauptsächlich durch die erste Schicht 2 macht und daß sie niedrige Frequenzen, die in der ersten Schicht 2 nicht absorbiert werden, durch sie bis zu der dritten Schicht 3 hindurchläuft, wo sie dann durch Ttesonanzabsorption' der dritten Schicht 3 absorbiert werden. Somit kann eine Absorption von Geräuschen mit einem weiten Frequenzbereich erreicht werden. Die Struktur der zweiten Schicht 4 ist erforderlich, um eine Einstellung der Frequenz des zu absorbierenden Geräusches zu erhalten. Um gegenüber hohen Frequenzen zu isolieren und um eine Durchdringung von niedrigen Frequenzen zu gestatten, kann zum Beispiel eine Kunststoffplatte oder ein Tuch verwendet werden. Diese Materialien können die Frequenz des zu absorbierenden Geräusches wirksam durch die Vibration der hierdurch gebildeten Membrane kontrollieren. Wenn Platten aus Kunststoff, Asbestzement, Metall etc., die relativ große Durchdringungsverluste haben, verwendet werden, dann werden diese Platten in Form einer perforierten Platte mit einem Offenflächenverhältnis (oder Porosität) von 0,01 bis 0,5 verwendet. Es ist weiterhin möglich, daß die zweite Schicht 4 aus dem gleichen Material wie die erste Schicht 2 und die dritte Schicht 3 hergestellt wird, daß sie jedoch eine höhere Dichte oder eine geringere Porosität besitzt. Schließlich
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ist auch eine Kombination der oben beschriebenen Materialien möglich.
Es ist auch möglich, die Resonanzfrequenz durch richtige Auswahl des Materials für die zweite Schicht 4- zu verändern.
Die Dicke jeder Schicht hängt von der Geräuschfrequenz, der Dichte und der Hohlraumfraktion des Materials ab. Wenn zum Beispiel eine Frequenz von 4-00 bis 1000 Hertz absorbiert werden soll, dann beträgt die Dicke der ersten und der dritten Schicht 2 und 3 im allgemeinen 10 bis 100 mm, und diejenige der zweiten Schicht 4- beträgt 0,1 bis 20 mm.
Die vierte Schicht 1 besteht aus einem Material, das eine relativ hohe Dichte besitzt und das alle Oberflächen eines Laminats aus der ersten, zweiten und dritten Schicht mit Ausnahme der oberen oder äußeren Oberfläche der ersten Schicht 2 bedeckt. Beispiele für die vierte Schicht 1 sind schallisolierende Materialien, wie Metalle und Beton. Die Figuren 1 und 2 zeigen die Verwendung von Beton als vierte Schicht 1. Die Figur 3 zeigt die Verwendung einer Metallplatte als vierte Schicht 1'.
Die schalldichte Struktur gemäß der Erfindung kann je nach dem Anwendungszweck beliebige Gestalt haben. So kann sie zum Beispiel ohne weiteres als Block, Tafel etc. geformt sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 10 ist eine Struktur, bei der eine perforierte Platte 5 auf der oberen oder äußeren Oberfläche der ersten Schicht 2 der laminierten Struktur vorgesehen ist, wobei eine Luftschicht 6 dazwischengelegt ist.
Die oben beschriebenen Strukturen zeigen eine sehr hohe Schallabsorption (80 bis 100 %) für Geräusche mit einem weiten Frequenzbereich (100 bis 4000 Hertz). Die erfindungsgemäßen Struk-
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türen sind daher dazu geeignet, um verschiedene Arten von Geräuschen zu verhindern. Sie können als Seitenwände für Straßen, Eisenbahnstrecken etc., sowie als schalldichte Materialien für Gebäude verwendet werden.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Bei der Bestimmung der Schallabsorption der erfindungsgemäßen Bauteile wird die Widerhallraum-Methode angewendet.
Beispiel 1
Die erste und die dritte Schicht 2 und 3 wurden hergestellt, wobei Perlit mit einer Schüttdichte von 0,2 g/cnr und einer Teilchengröße von 2 bis 4 mm als Aggregat und geblasener Asphalt mit einer Durchdringung von 100 als Bindemittel verwendet wurden. Diese Materialien wurden vermischt und verformt. Das Mischverhältnis (Gewichtsverhältnis) betrug 200 geblasener Asphalt zu 100 Perlit. Die Dicke der ersten Schicht 2 betrug 50 mm und diejenige der dritten Schicht 3 betrug 40 mm.
Die poröse erste und dritte Schicht, die so erhalten wurden, hatten jeweils eine Schüttdichte von 0,35 g/cm* und eine Hohlraumfraktion von 30 %.
Ein Polyäthylenblatt mit einer Dicke von 0,1 mm, das auf beiden Seiten mit nicht gewebtem Polypropylen (Dicke 2 mm) bedeckt war, wurde als zweite Schicht 4 verwendet. Die erste Schicht 2, die zweite Schicht 4 und die dritte Schicht 3 wurden in dieser Reiienfolge laminiert und so dann zu einer Platte mit einer Seitenlänge von 300 mm verformt. Hierauf wurde die Schallabsorption gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 4 zusammengestellt.
Beispiel 2
Die erste Schicht 2, die zweite Schicht 4 und die dritte Schicht 3 entsprechend denjenigen des Beispiels 1, wurden in dieser Seihenfolge laminiert und in einen quadratischen Betonblock 1
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(390 χ 190 χ 150 nmr) eingelegt, dessen innere und äußere Formen quadratisch waren. Der so erhaltene schalldichte Block wurde einer Messung des Schallabsorptionskoeffizienten unterworfen. Die Ergebnisse sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt.
Beispiel 3
Bei der gleichen Struktur, wie in Beispiel 2 gezeigt, wurde eine perforierte Platte 5 (Dicke 4 mm, Steigung 15 mm, Durchmesser des Lochs 8 mm) auf die obere Seite der ersten Schicht 2 aufgelegt, wobei eine Luftschicht 6 mit 30 cm dazwischen gelegt wurde Die Schallabsorption dieser Struktur wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 7 dargestellt.
Beispiel 4
Die gleiche Blockstruktur, wie in Beispiel 3 gezeigt, wurde hergestellt mit der Ausnahme, daß eine perforierte Platte 5 mit unterschiedlichem Lochdurchmesser verwendet wurde. Es wurde nämlich eine Platte mit einer Dicke von 4 mm, einer Steigung von 15 mm und einem Lochdurchmesser von 5 mm verwendet. Der Schallbsorptionskoeffizient der Struktur wurde gemessen. Die Ergebaisse sind in Figur 8 dargestellt.
Beispiel 5
Die Aggregate der ersten und dritten Schicht und die Struktur der zweiten Schicht waren die gleichen wie in Beispiel 1 beschrieben. Das Bindemittel der ersten und der dritten Schicht bestand aus Portland-Zement. Das Mischverhältnis (Gewichtsverlältnis) betrug 200 Teile Portland-Zement und 150 Teile Wasser jro 100 Teile des Aggregats. Nach dem Vermischen wurde verfonat· Die Dicke der ersten und der dritten Schicht betrug 45 mm bzw. M) mm. Die Schüttdichten beider Schichten betrug 0,4 g/cm'. Die lohlraumfraktion betrug 35 %·
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Die erste Schicht 2, die zweite Schicht 4- und die dritte Schicht 3 wurden in dieser Reihenfolge laminiert und in einen quadratischen Betonblock 1 gelegt (390 χ 190 χ 150 mm^), dessen innere und äußere Formen quadratisch waren. Die Schallabsorption dieser Struktur wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 9 dargestellt.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    .JVielschichtiges schalldichtes Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß es folgendes enthält: eine erste Schicht (2) aus einem leichten Aggregat und einem Bindemittel, die eine Schüttdichte von 0,1 bis 2,0 g/cm^ und eine Hohlraumfraktion als kontinuierlichen Hohlraum von 15 bis 60 % aufweist, eine zweite Schicht (4) auf der ersten Schicht (2), wobei mindestens eine Hauptoberfläche der ersten Schicht von der zweiten Schicht unbedeckt ist, eine dritte Schicht (3) auf der zweiten Schicht (4), wobei die zweite Schicht (A-) zwischen die erste und die dritte Schicht gelegt ist, wobei die dritte Schicht ein leichtes Aggregat und ein Bindemittel, das jeweils gleich oder verschieden sein kann, wie dasjenige der ersten Schicht, enthält und eine Schüttdichte von 0,1 bis 2,0 g/cm* und eine Hohlraumfraktion als kontinuierlichen Hohlraum von 15 bis 60 % besitzt, wobei die zweite Schicht (A-) aus einem Material besteht, das gegenüber Geräuschen mit relativ hohen Frequenzen isoliert und Geräusche mit relativ niedriger Frequenz durchläßt, und eine viert« Schicht (1) aus einem Material mit einer hohen Schallisolierungsfähigkeit, das alle Oberflächen der Schichtstruktur aus der ersten, zweiten und dritten Schicht mit Ausnahme der unbedeckten Hauptoberfläche der ersten Schicht (2) bedeckt.
    , Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leichte Aggregat mindestens ein Material aus der Gruppe Perlit, synthetische leichte Aggregate, Bimsstein, Vulkankies und Vermiculit ist.
    J. Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß das Bindemittel mindestens ein Material aus der Gruppe Bitumen, Zement, Kunstharze und Kautschuk ist.
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    4-, Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bitumen ein Asphalt ist.
    5. Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengroße des leichten Aggregats, das die erste und die dritte Schicht bildet, 1 bis 20 mm beträgt.
    Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die zweite Schicht (4-) aus einem oder mehreren Materialien, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Tuch, einer Platte bzw. einem Blatt, wovon eine eine Asbestzementpappe oder eine Kunststoffplatte oder eine Metallplatte ist, welche ein Offenflächenverhältnis von 0,1 bis 0,5 hat, und ein poröses Material, das das gleiche als dasjenige ist, welches die erste und die dritte Schicht bildet und'das eine größere Dichte oder eine kleinere Porosität hat, ist.
    7- Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schicht
    (1) aus einem Betonblock besteht, dessen innere und äußere Gestalten im allgemeinen rechteckig sind.
    Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine poröse Platte (5) auf der Hauptoberfläche der ersten Schicht
    (2) vorgesehen ist, wobei eine Luftschicht (6) dazwischen gelegt ist.
    9. Vielschichtiges schalldichtes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß die erste, die zweite und die dritte Schicht eine Laminatstruktrur bilden.
    Dr.T/ /Si
    709851/0873
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