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
Hình 3.2. Đặc điểm xếp lớp trong tấm xơ khoáng[28]
Nhận xét:
Quan sát hình 3.2 ta thấy rằng trong tấm vật liệu có rất nhiều lớp xơ đƣợc xếp chồng lên nhau và khoảng cách giữa các lớp xơ không đồng đều. Do đặc điểm của quá trình sản xuất, sau khi các xơ bị kéo dài dƣới áp lực của dòng khí nóng tạo thành các lớp xơ, các lớp xơ sau đó đƣợc xếp chồng lên nhau để đảm bảo đủ khối lƣợng thể tích theo yêu cầu. Vì vậy đã làm cho xơ có cấu trúc xếp lớp.
3.1.2.2. Đặc điểm liên kết các xơ
Hình 3.3. Ảnh SEM đặc điểm liên kết giữa các xơ trong tấm xơ khoáng
Nhận xét:
Quan sát hình 3.3 ta thấy rằng, các hạt keo phân bố ngẫu nhiên trên thân xơ, kích thƣớc của các hạt keo là rất nhỏ và mật độ phân bố các hạt keo trên xơ tƣơng đối thấp. Điều này có thể hiểu đƣợc, vì trong quá trình sản xuất, ngƣời ta phun vào xơ chất keo kết dính và chất keo này đƣợc phun trong khi xơ đƣợc kéo dài và làm
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 50 Khóa 2013A
nhỏ. Vì vậy, liên kết giữa các xơ trong tấm vật liệu là rất kém, dẫn đến có thể dễ dàng xé tách tại bất kỳ vị trí nào của tấm xơ.
3.1.2.3. Kích thước xơ
Hình 3.4. Ảnh SEM đường kính xơ khoáng
Nhận xét:
Quan sát hình 3.4 ta thấy rằng, đƣờng kính của các xơ trong mẫu vật liệu không đồng đều, đƣờng kính xơ dao động trong khoảng từ 3÷8 µm (số liệu của nhà sản xuất là từ 4,5÷5 µm).
(a) (b)
Hình 3.5. Ảnh SEM tiết diện xơ khoáng
Quan sát hình 3.5 ta thấy rằng tiết diện của xơ gần nhƣ là hình tròn và tiết diện ngang của xơ là hoàn toàn đặc. Nguyên nhân là do các xơ đƣợc tạo ra do quá trình phun thổi và kéo dài nên kích thƣớc (đƣờng kính, tiết diện) của các xơ không đồng đều và không có lỗ rỗng.
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 51 Khóa 2013A
3.1.3. Các thông số đặc trƣng của tấm xơ khoáng
3.1.3.1. Độ dày
Kết quả đo độ dày của tấm xơ khoáng đƣợc thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.1. Kết quả đo độ dày của tấm xơ khoáng
Vị trí đo Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5
A 50,3 48,2 50,4 49,6 48 B 49,3 50,8 47,8 48,9 50,3 C 50,6 48,7 48,2 49 48,1 D 48,7 49,8 48,8 50,4 49,2 Độ dày trung bình (mm) 49,7 49,4 48,8 49,5 48,9 Nhận xét:
Từ kết quả thí nghiệm ở bảng 3.1 cho thấy, giữa kết quả thí nghiệm với thông số của nhà sản xuất có sự sai lệch, khoảng sai lệch trong 05 lần đo nhỏ hơn từ 0,3 ÷ 1,2mm (từ 0,6 ÷ 2,4%).
3.1.3.2. Khối lượng thể tích
Kết quả đo khối lƣợng thể tích của tấm xơ khoáng đƣợc thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.2. Kết quả đo khối lượng thể tích của tấm xơ khoáng
Mẫu vật liệu Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5
Kích thƣớc mẫu (cm) 20 x 10 20 x 10 20 x 10 20 x 10 20 x 10
Độ dày δ (cm) 4,97 4,94 4,88 4,95 4,89
Khối lƣợng khô G (g) 39,15 38,68 38,47 38,93 38,34 Khối lƣợng thể tích γ (g/cm3
) 0,03939 0,03915 0,03942 0,03932 0,0392
Khối lƣợng thể tích trung bình của vật liệu: = 39,3 kg/m3
Nhận xét:
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 52 Khóa 2013A
Từ kết quả thí nghiệm ta thấy rằng, khối lƣợng thể tích trung bình của tấm xơ khoáng là 39,3 kg/m3. Giữa kết quả thí nghiệm và thông số do nhà sản xuất cung cấp chỉ có sự sai biệt nhỏ (khoảng 1,75%).
3.1.3.3. Khối lượng riêng
Kết quả đo khối lƣợng riêng của tấm xơ khoáng đƣợc thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.3. Kết quả đo khối lượng riêng của tấm xơ khoáng
Thí nghiệm Lần 1 Lần 2 Lần 3
Khối lƣợng mẫu sau khi sấy khô G (g)
5,68 5,41 5,72 Khối lƣợng của bình tỷ trọng chứa mẫu vật
liệu và nƣớc m3 (g) 158,13 157,45 158,76
Khối lƣợng của bình tỷ trọng chỉ chứa
nƣớc m4 (g) 154,51 153,98 155,08
Khối lƣợng riêng của xơ khoáng γa (g/cm3) 2,76 2,79 2,8
Khối lƣợng riêng của xơ khoáng: γa = 2,78 g/cm3
Nhận xét:
Từ kết quả thí nghiệm ở bảng 3.3 ta thấy rằng khối lƣợng riêng trung bình của tấm xơ khoáng là 2,78 g/cm3, sai lệch giữa 03 lần đo là không đáng kể. Điều này cho thấy do trong thành phần hóa học của xơ khoáng có nhiều hợp chất kim loại nên nó cao hơn khối lƣợng riêng của thủy tinh (2,5÷2,7 g/cm3
).
3.1.3.4. Độ rỗng
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 53 Khóa 2013A
Bảng 3.4. Kết quả tính toán độ rỗng
Mẫu Khối lƣợng riêng (g/cm3) Khối lƣợng thể tích (kg/m3) Độ rỗng (%) 1 2,78 40 98,56 2 2,78 80 97,12 3 2,78 120 95,68 4 2,78 160 94,24
Trên cơ sở kết quả đo độ rỗng ở bảng 3.4, ta thiết lập đƣợc biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng với khối lƣợng thể tích của vật liệu nhƣ sau:
Hình 3.6. Biểu đồ quan hệ độ rỗng và khối lượng thể tích
Nhận xét:
Từ kết quả tính độ rỗng ở bảng 3.4 và thông qua việc phân tích biểu đồ hình 3.6 ta thấy rằng, tấm xơ khoáng có độ rỗng rất lớn, khối lƣợng thể tích càng tăng thì độ rỗng càng giảm xuống, giữa khối lƣợng thể tích và độ rỗng có mối quan hệ nghịch biến.
Tấm xơ mẫu có độ xốp cao đến mức, khi nén lần lƣợt 2 tấm, 3 tấm, 4 tấm để tăng khối lƣợng thể tích từ 40 ÷ 160 kg/m3
Nghiên cứu tính cách âm của tấm xơ khoáng (Rockwool)
Hồ Phƣớc Lộc 54 Khóa 2013A
3.2. ĐẶC TÍNH CÁCH ÂM
3.2.1. Ảnh hƣởng của độ dày đến đặc tính cách âm của tấm xơ khoáng