裝配式輕質隔墻的隔聲性能研究

呂旺陽，謝 輝，何 益

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶 400045；2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

0 引 言

隨著時代的發展，裝配式輕質隔墻正在逐步取代傳統的砌塊墻體和現澆墻體系統，逐漸成為酒店、寫字樓、醫院等公共建筑中常見的隔墻體系。在建筑造價方面，使用裝配式輕質隔墻可以節省成本30%左右；在施工效率上，裝配式輕質隔墻比傳統砌塊隔墻可以提高施工效率近 3倍[1]。這說明裝配式隔墻在行業中有著廣泛的應用前景，其應用場所也多為對室內物理環境要求較高的建筑，尤其是高級辦公樓、星級酒店、醫院病房等對噪聲敏感的建筑空間。《民用建筑隔聲設計規范》(GB 50118—2010)[2]中明確指出，在醫院建筑及酒店旅館中各房間之間的隔聲量需達到 50 dB，而部分裝配式輕質隔墻往往因其隔聲性能較差而難以滿足標準規定的隔聲要求。因此，針對裝配式輕質隔墻的隔聲性能研究便顯得尤為重要。

目前已有研究者針對裝配式輕質隔墻的部分材料進行了研究，包括了傳統的石膏板、纖維板等材料的隔聲性能研究[3-4]，也有針對新型復合材料的研究[5-6]。對于裝配式輕質隔墻構造的研究則多以輕鋼龍骨為主，如王季卿、顧檣國和許剛等均在輕鋼龍骨體系下對其隔聲性能進行了研究[7-8]。也有學者對某些類型的裝配式輕質隔墻的隔聲量進行了理論計算和分析[9-11]。但上述研究仍無法得出不同材料和構造形式對裝配式輕質隔墻隔聲性能的具體影響。同時，在實際的建筑聲學設計中，多數隔聲材料和構造的隔聲性能也存在著一定的誤差和不確定性。因此，系統研究裝配式輕質隔墻的隔聲性能很有必要。本文針對不同的材料及構造形式，對影響裝配式輕質隔墻隔聲性能的因素進行了歸納總結，可為未來的隔聲設計提供多角度的思路和參考。

1 研究方法

為研究不同材料與構造對裝配式輕質隔墻隔聲性能的影響，本研究共進行了 13組不同的裝配式輕質隔墻測試。墻體的材料選取了普通石膏板、玻鎂板、水泥纖維板、阻尼隔聲板，共計4種不同的輕質墻板；在構造上區分了墻體內含空氣層空腔、墻體內填充密度為60 kg·m-3的巖棉、墻體基層上干掛墻板、墻體基層上粘貼墻板，共計4種構造形式。隔聲測試和數據處理的方法步驟均嚴格按照國家標準《聲學建筑和建筑構件隔聲測量 第3部分：建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量》(GB/T 19889.3—2005)[12]和《建筑隔聲評價標準》(GB/T 50121—2005)[13]進行。

所有的墻體隔聲性能測試均于重慶大學建筑城規學院聲學實驗室中進行。隔聲室的平面如圖 1所示，在發聲室和接收室內分別設置了6個測點。根據《建筑隔聲評價標準》(GB/T 50121—2005)的要求，在100～3 150 Hz的頻率范圍內，按1/3倍頻程選取了 18個中心頻率進行測試。測試時的隔聲室溫度為24～26℃，相對濕度為67%～70%，保證了所有測試均是在近似相同的測試環境里進行的。測試中使用了愛華6228型聲級計、B＆K 4292型多面體無指向聲源和功率放大器，如圖2所示。

2 測試墻體的構造及尺寸參數

圖1 重慶大學隔聲實驗室平面圖及測點布置Fig.1 Plane graph of the sound insulation laboratory of Chongqing University and layout of measurement points

圖2 測試現場照片Fig.2 Photo of test site

測試墻體是基于裝配式高隔聲墻體的體系搭建而成。橫向龍骨為上下兩條“U型”的天地龍骨，分別固定于天花板和地面。豎向龍骨為多條間距相等的“M型”龍骨，其距離可以根據需求調整。本研究共選取了兩種距離尺寸，分別為 400 mm和600 mm，以探究龍骨間距對裝配式隔墻隔聲性能的影響。為了探究不同板材選擇的影響，在安裝豎向龍骨時，需利用“M型”龍骨的中心凹槽，將中間內置的一層隔聲板預先卡入其中，其后再鋪設基層隔聲墻板。由此三層墻板形成兩道空氣層，可對其保留，也可在內填充如巖棉一類的填充材料，以研究有無填充吸聲材料對隔聲性能的影響。此外為了研究板材層數和空氣層的影響，還可在基層隔聲墻板的基礎上再附加一層干掛或粘貼的墻板。如上所述，該墻體的隔聲構造設計基于一輕鋼龍骨結構，通過改變龍骨間距、各層次墻板的材料、數量、安裝方式以及巖棉吸聲材料的填充與否，研究各因素對裝配式輕質隔墻隔聲性能的影響。該裝配式輕質隔墻的龍骨體系示意如圖3所示。

圖3 測試的裝配式輕質隔墻的龍骨示意圖Fig.3 Schematic diagram of the keels of tested prefabricated lightweight partition walls

為避免龍骨加工及安裝質量等因素對實驗結果產生干擾，本次實驗中使用的所有龍骨、板材及結構配件均由同一廠家加工完成，并由專業安裝人員負責所有隔墻的安裝以及安裝后的復核工作。裝配式輕質隔墻在實驗室中的實際完成情況如圖4所示。本次實驗中裝配式隔墻的主要構造參數，包括測試試件材料厚度、墻體構造的具體方式、相關尺寸及剖面示意圖均在表1中說明。

圖4 裝配式輕質隔墻Fig.4 Photos of prefabricated lightweight partition walls

表1 各組裝配式輕質隔墻的構造參數及剖面示意圖Table 1 Structural parameters of each set of prefabricated lightweight partition walls and its section diagram

續表1

3 實驗結果與分析

按照前文的實驗方法及步驟對 13組裝配式輕質隔墻進行了隔聲量的測試，考慮到該類型裝配式隔墻的主要用途為建筑內隔墻，故在測試結果修正時只考慮了粉紅噪聲頻譜修正量C。在外部測試環境條件相同的情況下，不同材料與構造形式的裝配式隔墻S1至S13的隔聲量測試結果如表2所示。測試結果顯示，所有裝配式隔墻的計權隔聲量Rw均超過 45 dB，在粉紅噪聲頻譜修正后Rw+C也均超過40 dB。除了編號為S1、S2和S4的3組墻體，其余各組的Rw+C均超過了 45 dB。但由于各組裝配式隔墻的墻體材料性能和構造形式有所不同，在隔聲性能上也有一定的差異。

表2 各組裝配式隔墻的計權隔聲量測試結果Table 2 Test results of weighted sound insulation for each set of prefabricated lightweight partition walls

3.1 材料性能對裝配式墻體隔聲性能的影響

3.1.1 材料自身聲學性能的影響

材料對墻體隔聲量頻率特性曲線的影響如圖 5所示。由表2及圖5(a)可知，在其他條件相同的情況下，S1、S4兩組墻體與S2墻體相比，其隔聲性能相對較差。編號為 S1、S4的兩組墻體在進行粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C均為42 dB，比S2墻體低2 dB，這是由于12 mm普通石膏板的隔聲性能要稍低于 12 mm玻鎂板。盡管在計權隔聲量上，墻體以玻鎂板為主的S2墻體優于以普通石膏板為主的S1、S4墻體，但是根據頻率特性曲線可知，在低頻時，S1、S4墻體的隔聲性能略高于S2墻體。

此外，由表2及圖5(b)可知，S9墻體與S10、S12墻體相比，其隔聲性能更好，進行粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C分別比S10和S12高4 dB和2 dB。這是由于隔墻隔聲存在質量定律，即單層墻體面密度越大，單位面積質量越大，墻體隔聲性能越好。由于 S9墻體所用阻尼隔聲板的面密度大于S10墻體的普通石膏板及S12墻體的水泥纖維板，因此其隔聲性能更好。此外，受基層墻板材料自身性質的影響，S9和S12墻體在低頻段的隔聲量略高于S10墻體，但S10墻體在中高頻時的隔聲性能則有明顯的優勢。

以上結果表明裝配式輕質隔墻的隔聲性能主要受到墻體板材自身的聲學性能影響。在對墻體基層材料進行選取時應根據實際需求選用聲學性能較好的板材。

3.1.2 材料共振頻率對墻體隔聲性能的影響

圖5 墻板材料對墻體隔聲量頻率特性曲線的影響Fig.5 The influences of wall board materials on the frequency characteristic curve of sound insulation

由圖5(a)可知，3組裝配式隔墻(S1、S2和S4)均在低頻存在共振現象。根據測試得到的空氣聲隔聲量頻率特性曲線可以觀察到，低頻共振均出現在125 Hz處。由于低頻共振的出現，采用輕質墻板時，該類裝配式隔墻在125 Hz的隔聲性能會相對薄弱。由圖5(c)可以得出，在材料不變的情況下，在僅有內置中間層和兩側基層墻板的墻體(編號S2)的基礎上再附加一層干掛墻板后(編號S3)，由于干掛墻板與基層墻板之間又新增了一層空氣層，墻體在200 Hz處也存在共振現象。由于墻體均存在其固有的共振頻率，當墻體與聲波的頻率相同時，則產生共振，導致該頻率下隔聲量下降。但在裝配式隔墻構造中，由于輕質板材的選擇和空氣層的存在，特別是當板材的共振頻率相同時，低頻共振則更為明顯。因此，盡管 S1～S4幾組墻體分別使用了普通石膏板、玻鎂板兩種不同的材料，但由于空氣層的存在且材料本身屬于輕質板材，均有低頻共振的情況出現，并且干掛的構造方式會對低頻共振的頻率范圍產生更大的影響。

3.2 構造形式對隔聲性能的影響

3.2.1 空氣層填充巖棉對隔聲性能的影響

空氣層填充巖棉對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響如圖6所示。由表2及圖6(a)、6(b)可知，在其他條件相同的情況下，在龍骨和外掛墻板之間填充厚度 50 mm、密度 60 kg·m-3的巖棉后，S7和S8墻體在經過粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C分別達到了 49 dB和 59 dB，相較于未填充巖棉的 S4和 S6，其計權隔聲量分別增加了7 dB和9 dB，有了明顯的提升。再根據空氣隔聲量頻率特性曲線的對比可知，在兩側空氣層增設了厚度50 mm、密度60 kg·m-3的巖棉后，S7和S8墻體相較于S4和S6，在100～3 150 Hz整個頻段上的隔聲性能都有了明顯的提升。這是由于聲能通過巖棉時，會通過摩擦、空氣黏滯阻力等轉化為熱能。特別值得注意的是，S7墻體與 S4墻體相比，在125 Hz處的共振效應得到了一定的改善，而S8墻體與S6墻體相比，在125 Hz處幾乎不受共振的影響。這是由于當存在空氣層時，輕質板材對于低頻聲的阻隔能力弱，易產生共振，在一定程度削弱了墻體在低頻處的隔聲性能。這說明在裝配式墻體中填充巖棉材料能明顯提升墻體在各個頻段的隔聲性能，并且有助于減弱低頻段共振的影響。

圖6 空氣層填充巖棉對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響Fig.6 The influences of air layer filled rock wool on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

3.2.2 雙層墻板構造對隔聲性能的影響

雙層墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響如圖 7所示。由圖 7(a)、7(b)可知，在100～3 150 Hz的頻率范圍內，除S6墻體外，其余三組墻體均在低頻125 Hz處存在共振現象。由表2可得，在其他條件相同的情況下，S6、S8墻體相比于 S4、S7墻體其實測的隔聲量均有提高，前兩者在經過粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C分別比后兩者提高了3 dB和5 dB。這說明在材料相同的情況下，將雙層相同的板材疊合使用，增大墻體單位面積質量，能夠有效提升裝配式隔墻的隔聲性能，符合質量定律。在使用雙層疊合的構造形式后，S6和S8墻體相比于S4和S7墻體，在低頻段的隔聲性能均有一定提升，特別是 S8墻體相較于S7墻體在100～160 Hz頻段的隔聲性能有了顯著的提高。這是由于通過雙層疊合處理，增加了墻板的剛度，減弱了板材在低頻處產生的共振，使得其在低頻處的隔聲量得到提高。但使用雙層疊合的構造形式并未能充分發揮材料的聲學性能，性價比不高。

圖7 雙層墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響Fig.7 The influence of double-layer wall panel structure on the frequency characteristic curve of the weighted sound insulation

3.2.3 干掛墻板構造對隔聲性能的影響

由表2可知，在其他條件相同的情況下，無論墻體內的空氣層中是否填充巖棉，在墻體兩側分別干掛1層14 mm厚的玻鎂板后，其隔聲性能都有較好的提升。S3、S5和S11墻體的隔聲性能分別都明顯優于S2、S4和S10墻體，其經過粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C分別提高了 3 dB，5 dB和8 dB。干掛墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響如圖 8所示。根據圖 5(c)和圖8(a)、8(b)可知，S3、S5墻體在中頻和低頻段的隔聲性能相較于 S2、S4墻體有了明顯的提升，S11墻體相較于S10墻體在低頻段的隔聲性能也有了明顯提升。一方面是由于干掛板材，增大了墻體單位面積的質量，另一方面是由于干掛的構造方式產生了附加空氣層，空氣層的減振作用增強了墻體的隔聲性能。但是由于干掛產生的空氣層，與前文的結果類似，這使得S3和S11的墻體都在200 Hz處產生了另一個低頻共振點。

圖8 干掛墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響Fig.8 The influence of dry wall panel structure on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

3.2.4 粘貼墻板構造對隔聲性能的影響

粘貼墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響如圖9所示。從表2和圖9可知，在其他條件相同的情況下，在墻體兩側分別外貼 1層5.5 mm厚的玻鎂板后，S13墻體經過粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量達到了51 dB，在S12墻體的基礎上提高了3 dB。外貼板材后，隔墻在低頻和高頻段上的隔聲性能都有了一定的提升，符合質量定律，但是中頻段的隔聲性能相較之前有所降低。由于采用了外貼構造形式，消除了板與板之間的空氣層，這使得其低頻處的共振現象相比于S12墻體也有了明顯的改善。

圖9 粘貼墻板構造對墻體計權隔聲量頻率特性曲線的影響Fig.9 The influence of pasted wall panel structure on the frequency characteristic curve of weighted sound insulation

4 結 論

本文通過一系列隔聲實驗，研究了不同墻板材料和構造形式對裝配式輕質隔墻的隔聲性能的影響，旨在為未來裝配式輕質墻的實際工程提供參考案例及新的應對思路。

運用本文的裝配式輕質隔墻構造和材料，其計權隔聲量Rw均達到45 dB，經粉紅噪聲頻譜修正后的計權隔聲量Rw+C均超過 40 dB，部分經特殊構造處理的墻體，其Rw+C超過 50 dB。相較于傳統輕質隔墻，其具有更良好的隔聲性能，能滿足多數使用場合的要求；在安裝上易于操作且更加系統，有利于推廣使用；在構造、材料選擇上更加靈活，更具實際工程適應性。

裝配式輕質隔墻的隔聲性能受墻體板材自身聲學性能影響較大；在墻體的構造形式上，通過增加墻板層數，在墻體兩側加掛或外貼玻鎂板，均能有效提升隔聲性能。但相同條件下，單純加掛板材易產生低頻共振，導致低頻隔聲量下降，而外貼板材則能有效改善這一現象。通過在龍骨和墻板之間填充巖棉，不僅能顯著提升墻體在全頻段的隔聲性能，還能減小低頻共振對隔聲性能的不利影響。