2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết
Để có cái nhìn tổng quan về loại vật liệu cách âm, cần nghiên cứu các nội dung nhƣ sau:
- Nghiên cứu các lý thuyết về âm thanh và tiếng ồn. Thông qua nội dung nghiên cứu này, học viên sẽ đƣợc trang bị những kiến thức cơ bản về âm thanh và tiếng ồn, phân biệt đƣợc sự khác biệt giữa âm thanh và tiếng ồn cũng nhƣ tìm hiểu đƣợc các nguồn gây ra ô nhiễm tiếng ồn và các tác hại của tiếng ồn đến sức khỏe và cuộc sống của con ngƣời.
- Nghiên cứu các lý thuyết về cách âm. Trên cơ sở việc nghiên cứu các tài liệu lý thuyết về cách âm, học viên sẽ tìm hiểu đƣợc các đặc điểm của quá trình truyền âm và cơ chế cách âm qua vật liệu mà tập trung là vật liệu dạng xơ, xác định đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình truyền âm và cơ chế cách âm. - Nghiên cứu các bài báo, luận văn, công trình nghiên cứu về vật liệu cách âm
trong và ngoài nƣớc. Đây sẽ là nguồn bổ sung cơ sở lý luận và thực tiễn để giúp học viên phân tích đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng cách âm của vật liệu dạng xơ, so sánh, đánh giá đƣợc khả năng cách âm của các loại vật liệu khác nhau.
- Nghiên cứu về các quy trình thí nghiệm, tiêu chuẩn thí nghiệm và phƣơng pháp đo. Việc nghiên cứu này sẽ giúp cho học viên khi tiến hành thí nghiệm đảm bảo đúng quy trình, tiêu chuẩn và phƣơng pháp đo đạt nhằm tạo ra kết quả thí nghiệm có độ chính xác cao và mang lại ý nghĩa thực sự cho kết quả nghiên cứu.
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định kiểu phân bố xơ, đặc điểm xơ trong cấu trúc vật liệu bằng phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện tử SEM.
- Xác định khối lƣợng thể tích của xơ theo tiêu chuẩn ASTM C128-88[2]. - Xác định khối lƣợng thể tích của vật liệu theo tiêu chuẩn ASTM C303-10[3].
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 38 Khóa 2013A
- Đo độ cách âm của vật liệu trên mô hình thí nghiệm dựa theo tiêu chuẩn ASTM E90-09 và ASTM E413[5].
- So sánh mức độ ảnh hƣởng của độ dày và khối lƣợng thể tích đến khả năng cách âm của vật liệu bằng biểu đồ (dùng phần mềm Microsoft Excel).
2.4. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
Hình 2.1. Cân điện tử Sarorius – Đức
Cân điện tử Sartorius - Đức
- Thang đo: (0,1 ÷ 220)g ± 0,001g - Có bộ bảo vệ quá tải cho cân - Có lồng kính chắn gió để kết quả không bị dao động trong khi cân - Kích thƣớc đĩa cân: Ø 80mm - Nguồn điện: 220V AC Adapter
Hình 2.2. Bình tỷ trọng
Bình tỷ trọng
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool) Hồ Phƣớc Lộc 39 Khóa 2013A Hình 2.3. Tủ sấy UNB 400 – Đức Tủ sấy UNB 400 – Đức - Dung tích: 53 lít - Kích thƣớc buồng sấy: 400×400×330 mm.
- Điều chỉnh thời gian: từ 1 phút đến 99 giờ 59 phút.
- Điều chỉnh nhiệt độ: từ 300C đến 220oC.
- Độ chính xác: 0,5oC.
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử quét JSM – 6480LV – Nhật Bản
Kính hiển vi điện tử quét JSM – 6480LV – Nhật Bản - M: ×25 ÷ ×300.000 - = 1nm - U = 0,5 ÷ 30kV Hình 2.5. Thiết bị đo độ độ ồn SL814 – Đài Loan
Thiết bị đo độ độ ồn SL814 – Đài Loan
- Các băng tần A, B, C, D - Phạm vi mức âm: 40-130 dB. - Tốc độ đo: nhanh, chậm. - Kết nối máy tính
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 40 Khóa 2013A
Hình 2.6. Máy phát âm tầm REX RAG-101 – Đài Loan
Máy phát âm tầm REX RAG-101 – Đài Loan
- Dải tần: 10 ÷ 106 Hz - Trở kháng ra: 600
- Dạng sóng: Sin, vuông
Hình 2.7. Amply SONY DAV-S300 – Nhật Bản
Amply SONY DAV-S300 – Nhật Bản
- Công suất: 300 W - Loa: SS-TS300 - Công suất: 30W - Đƣờng kính: 7 cm - Dải tần số: 80Hz-22 kHz - Công suất: 70 dB/W (1m)
Hình 2.8. Mô hình đo cách âm
Mô hình đo cách âm[4]
- Kích thƣớc: + Buồng phát: (61×40×44 mm) + Buồng thu: (61×40×44 mm) - Vật liệu: + Gỗ: 18 mm + Cao su: 10 mm + Xốp hấp thụ âm trứng: 50 mm. - Diện tích mẫu đo min: 420×460 mm
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 41 Khóa 2013A
2.5. CHUẨN BỊ MẪU THỬ NGHIỆM 2.5.1. Mẫu thí nghiệm 2.5.1. Mẫu thí nghiệm
Vật liệu cách âm từ xơ khoáng rất đa dạng. Tại thị trƣờng Việt Nam, xơ khoáng cách âm chủ yếu đƣợc nhập khẩu từ các nƣớc nhƣ: Indonesia, Singapore, Thái Lan, Trung Quốc, Đài Loan, Malaysia… Các nhà sản xuất đều cho ra nhiều loại sản phẩm xơ khoáng với sự khác nhau về khối lƣợng thể tích (thƣờng là từ 40 ÷ 120 kg/m3), kích cỡ độ dày (thƣờng từ 25 ÷ 100mm). Nhằm đảm bảo tính đồng nhất của vật liệu khi nghiên cứu mối liên hệ giữa độ cách âm với biến số khối lƣợng thể tích và biến số độ dày, luận văn chỉ tập trung nghiên cứu trên một kiện bông khoáng mẫu, dạng tấm, có khối lƣợng thể tích 40 kg/m3
và độ dày tấm là 50mm. Mẫu thử nghiệm có các thông tin nhƣ sau:
Hình 2.9. Mẫu bông khoáng cách âm
Nguyên liệu Ký hiệu
thƣơng mại Nhãn hiệu Nhà sản xuất
Kích thƣớc (mm)
Tấm bông
khoáng MG Board 040 Tombo
Nichias
(Indonesia) 1.200 x 600 x 50
Bảng 2.1. Thông số mẫu thử nghiệm
2.5.2. Phƣơng án mẫu thí nghiệm đo độ cách âm theo tiêu chuẩn ASTM E90-09
2.5.2.1. Phương án đo độ cách âm theo độ dày
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 42 Khóa 2013A
Mẫu đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
Số lớp xếp chồng (lớp) 1 2 3 4 Khối lƣợng thể tích γ (kg/m3 ) 40 40 40 40 Khối lƣợng mẫu (m) 1m 2m 3m 4m Độ dày mẫu (h) 1h 2h 3h 4h Độ cách âm STC (dB) STC1 STC2 STC3 STC4
2.5.2.2. Phương án đo độ cách âm theo khối lượng thể tích
Bảng 2.3. Phương án thí nghiệm độ cách âm theo sự biến thiên khối lượng thể tích
Mẫu đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
Số lớp xếp chồng (lớp) 1 2 3 4 Độ dày mẫu (h) H h H h Khối lƣợng mẫu (m) 1m 2m 3m 4m Khối lƣợng thể tích γ (kg/m3 ) 1 2 3 4 Độ cách âm STC (dB) STC1 STC2 STC3 STC4 2.6. THÍ NGHIỆM
2.6.1. Xác định kiểu phân bố xơ, đặc điểm xơ trong cấu trúc của tấm xơ khoáng
Mẫu thử nghiệm đƣợc chụp SEM (Scanning Electron Microscope) tại phòng thí nghiệm Công nghệ Nano, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh để xác định cấu trúc của tấm vật liệu, đƣờng kính xơ, tiết diện xơ, kiểu phân bố xơ và kiểu liên kết giữa các xơ. Các bƣớc chuẩn bị nhƣ sau:
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 43 Khóa 2013A
- Sấy khô mẫu thử;
- Phủ một lớp dẫn điện lên trên bề mặt mẫu thử.
2.6.2. Xác định khối lƣợng riêng của tấm xơ khoáng
Hiện nay vẫn chƣa có phƣơng pháp hay tiêu chuẩn cụ thể để xác định khối lƣợng riêng của loại vật liệu này. Thông qua quá trình nghiên cứu phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng của một số vật liệu xây dựng[8] và phƣơng pháp xác định khối lƣợng riêng và độ ẩm của vật liệu dạng hạt mịn[2]. Thí nghiệm đƣợc tiến hành tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Quatest 3 với các dụng cụ và điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn. Quy trình thí nghiệm để xác định khối lƣợng thể tích xơ trong tấm xơ khoáng đƣợc thƣ hiện nhƣ sau:
Chuẩn bị mẫu: Cắt mẫu thử nghiệm thành các vụn xơ dài khoảng 1 mm.
Dụng cụ thí nghiệm: - Bình tỷ trọng (loại 100ml và có vạch chuẩn); - Cân điện tử (độ chính xác: ± 0,001g); - Tủ sấy; - Pipet. Tiến hành thí nghiệm:
- Sấy mẫu thử ở nhiệt độ 110oC đến khi khối lƣợng mẫu không đổi. - Rửa sạch và sấy khô bình tỷ trọng. Sau đó đem cân đƣợc khối lƣợng m1. - Mẫu đã sấy khô đƣợc cho vào bình tỷ trọng sao cho mẫu chiếm khoảng
50% thể tích bình. Sau đó đem cân đƣợc khối lƣợng m2.
- Cho nƣớc vào bình tỷ trọng đã chứa mẫu cho đến khi mẫu bị ngập trong nƣớc hoàn toàn, ngâm 24 giờ. Sau đó cho nƣớc vào thêm và lắc cho nƣớc ngấm vào mẫu (lắc 3 lần, mỗi lần cách nhau 1 giờ). Cho thêm nƣớc vào bình đến vạch định mức. Sau đó đem cân đƣợc khối lƣợng m3.
- Lấy nƣớc và mẫu thử trong bình ra ngoài rồi rửa sạch và sấy khô bình. Sau đó cho nƣớc vào bình đến vạch định mức và đem cân đƣợc khối lƣợng m4.
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 44 Khóa 2013A
[g/cm3] (2.1)
Trong đó: = m2 – m1: Khối lƣợng của mẫu sau khi sấy khô, g
m3: Khối lƣợng của bình tỷ trọng chứa mẫu vật liệu và nƣớc, g m4: Khối lƣợng của bình tỷ trọng chỉ chứa nƣớc, g
n: Khối lƣợng riêng của nƣớc, = 1g/cm3
a: Khối lƣợng riêng của tấm xơ khoáng, g/cm3
2.6.3. Xác định khối lƣợng thể tích của tấm xơ khoáng
Khối lƣợng thể tích của mẫu xơ khoáng đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM C303-10, nơi thực hiện thí nghiệm là phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng thuộc công ty SGS Việt Nam.
Chuẩn bị mẫu: Mẫu đƣợc lấy làm thí nghiệm có kích thƣớc (dài x rộng) là (200x100) mm và số lƣợng là 05 mẫu đƣợc lấy tại các vị trí trên tấm xơ khoáng nhƣ hình sau:
Hình 2.10. Vị trí lấy mẫu thí nghiệm khối lượng thể tích
Dụng cụ thí nghiệm:
- Kim đo độ dày vật liệu (đƣờng kính < 3mm và trọng lƣợng < 2 gram) với mục đích không làm ảnh hƣởng đến độ dày mẫu thử trong quá trình đo. - Cân điện tử (độ chính xác đến ± 0,0001g). - Tủ sấy. Tiến hành thí nghiệm: G n
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 45 Khóa 2013A
- Đem tất cả các mẫu đi sấy khô ở nhiệt độ 110oC đến khi khối lƣợng của mẫu không đổi.
- Lấy từng mẫu đem cân ta đƣợc các giá trị khối lƣợng lần lƣợt là G1, G2, G3, G4, và G5
- Độ dày của từng mẫu đƣợc xác định là giá trị trung bình của 04 giá trị độ dày tại 04 vị trí đo nhƣ hình sau:
Hình 2.11. Các trí đo độ dày của mẫu thử nghiệm
Tính toán kết quả:
[g/cm3] (2.2)
Trong đó: γo: Khối lƣợng thể tích của vật liệu, g/cm3 G: Khối lƣợng của vật liệu sau khi sấy khô, g
Vo: Thể tích tự nhiên của mẫu ( ), cm3 δ: Độ dày của từng mẫu, cm
2.6.4. Xác định độ rỗng của tấm xơ khoáng
Độ rỗng của tấm vật liệu cho biết khoảng không gian chứa không khí có trong vật liệu. Nó là thông số phản ánh độ xốp của vật liệu. Do hệ số cách âm của không khí và xơ khoáng khác nhau, nên khi độ rỗng của tấm xơ khoáng có sự thay đổi thì sẽ ảnh hƣởng đến tính cách âm của tấm xơ khoáng.
Độ rỗng của tấm xơ khoáng có mối quan hệ với khối lƣợng xơ trong tấm vật liệu và khối lƣợng thể tích của tấm vật liệu, đƣợc xác định theo công thức sau[12]:
20 10
o
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 46 Khóa 2013A
(2.3)
Trong đó:
o: Khối lƣợng thể tích của tấm vật liệu (kg/m3
), đại lƣợng này đã đƣợc xác định tại mục 2.6.3
a: Khối lƣợng riêng của tấm vật liệu (kg/m3
), đại lƣợng này đã đƣợc xác định tại mục 2.6.2
2.6.5. Xác định độ cách âm của tấm xơ khoáng
Độ cách âm của vật liệu đƣợc đo bằng mô hình dựa theo tiêu chuẩn ASTM E90-09 và ASTM E413, nơi thực hiện thí nghiệm là phòng thí nghiệm Công nghệ dệt, Viện Dệt may – Da giầy và Thời trang, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Chuẩn bị mẫu: Mẫu ban đầu đƣợc cắt thành 04 tấm có kích thƣớc
420×460mm (độ dày của mỗi tấm đƣợc lấy giá trị là 50mm).
Dụng cụ thí nghiệm:
- Thiết bị đo độ độ ồn SL814 (Đài Loan). - Máy phát âm tầm REX RAG-101 (Đài Loan). - Amply SONY DAV-S300 (Nhật Bản).
- Mô hình đo cách âm.
Tiến hành thí nghiệm:
- Phương án đo độ cách âm cho các mẫu có độ dày khác nhau
+ Lắp 01 tấm vật liệu vào khe phân cách giữa 2 buồng của mô hình đo; + Điều chỉnh bulông giáp nối buồng đo sao cho khoảng cách giữa buồng
phát và buồng thu là 50mm (bằng với độ dày của 01 tấm vật liệu); + Đo độ cách âm của vật liệu tại các tần số 125Hz, 250Hz, 500Hz,
1000Hz, 2000Hz và 4000Hz.
+ Thực hiện việc đo độ cách âm tại các tần số nhƣ trên khi lần lƣợt xếp chồng lên 02, 03, 04 tấm vật liệu rồi lắp vào mô hình, điều chỉnh khoảng cách giữa buồng phát và buồng thu lần lƣợt là 100mm cho mẫu 2 lớp, 150mm cho mẫu 3 lớp, 200mm cho mẫu 4 lớp.
1 o .100% a r
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 47 Khóa 2013A
+ Ở mỗi tần số đo đều đo 03 lần, sau đó lấy giá trị trung bình.
+ Lập biểu đồ quan hệ giữa độ cách âm với độ dày của tấm vật liệu cho các trƣờng hợp độ dày 50mm, 100mm, 150mm và 200mm.
+ Xác định độ cách âm STC của vật liệu theo ASTM E413.
- Phương án đo độ cách âm cho các mẫu có khối lượng thể tích khác nhau
+ Xếp chồng 02 tấm vật liệu lên nhau rồi lắp vào mô hình;
+ Điều chỉnh bulông giáp nối sao cho khoảng cách giữa buồng phát và buồng thu là 50mm (bằng với độ dày của 01 tấm vật liệu), khi đó có mẫu khối lƣợng thể tích 2γ;
+ Đo độ cách âm của vật liệu tại các tần số 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz và 4000Hz.
+ Thực hiện việc đo độ cách âm tại các tần số nhƣ trên khi xếp chồng lên nhau lần lƣợt 03 và 04 tấm vật liệu rồi lắp vào mô hình, điều chỉnh bulông giáp nối để khoảng cách giữa buồng phát và buồng thu là 50mm (bằng với độ dày của 01 tấm vật liệu), khi đó có đƣợc các mẫu với khối lƣợng thể tích 3γ và 4γ.
+ Ở mỗi tần số đo đều đƣợc thực hiện 03 lần, sau đó lấy giá trị trung bình. + Lập biểu đồ quan hệ giữa khối lƣợng thể tích với độ cách âm của vật liệu cho các trƣờng hợp khối lƣợng thể tích 1γ = 40 kg/m3, 2γ = 80 kg/m3, 3γ = 120 kg/m3
và 4γ = 160 kg/m3.
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 48 Khóa 2013A
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC
3.1.1. Phân bố xơ trong cấu trúc tấm xơ khoáng
Do xơ khoáng đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp nóng chảy, sau đó đƣợc làm nhỏ bằng áp lực của dòng khí nóng tạo thành các lớp xơ và làm cho các xơ trong lớp xơ phân bố một cách ngẫu nhiên cả về vị trí lẫn hƣớng. Điều này đƣợc minh chứng khi chụp ảnh hiển vi điện tử SEM của tấm vật liệu (theo hƣớng vuông góc với bề mặt của tấm vật liệu) thu đƣợc ảnh nhƣ sau:
Hình 3.1. Ảnh SEM cấu trúc tấm bông khoáng
Nhận xét:
Thông qua việc quan sát hình 3.1 ta thấy rằng các xơ trong tấm vật liệu phân bố ngẫu nhiên. Khoảng cách giữa các xơ so với đƣờng kính xơ là tƣơng đối lớn và không đồng đều, đồng thời lỗ rỗng cũng tƣơng đối lớn và chính những điều này đã làm cho tấm vật liệu có độ xốp lớn.
3.1.2. Đặc điểm cấu trúc tấm xơ khoáng
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 49 Khóa 2013A