Keramzyt a półprefabrykat keramzytobeton

Autorzy od wielu lat prowadzą badania nad zastosowaniem materiałów ziarnistych w przegrodach dźwiękochłonno-izolacyjnych, mających zastosowanie w zintegrowanych obudowach przeznaczonych do maszyn i urządzeń wymagających ciągłej i bezpośredniej obsługi, oraz nad zastosowaniem tych materiałów w panelach akustycznych do budowy ekranów akustycznych. Wyniki tych badań przedstawili w artykułach opublikowanych w 2007 r. [1, 2] i 2010 r. [3].

Pozytywne wyniki badań skuteczności akustycznej prototypowych rozwiązań z wykorzystaniem m.in. materiałów ziarnistych sprawiły, że pojawiła się potrzeba sprawdzenia ich własności pochłaniania dźwięku, zwłaszcza że w literaturze naukowo-technicznej nie ma na ten temat żadnych informacji. Badania przeprowadzono w odniesieniu do materiału będącego półprefabrykatem – keramzytobetonu. Poniżej prezentujemy wstępne wyniki badań.

Opis programu badań

Program badań własności dźwiękochłonnych zakładał przetestowanie 6 próbek materiałowych – keramzytobetonów o grubości 50 mm, różniących się między sobą stosunkiem ciężaru keramzytu do betonu w danej próbce materiałowej oraz rodzajem frakcji keramzytu.

Pierwsze cztery próbki (keramzytobeton nr I, II, III i IV) są wykonane z jednego rodzaju cementu, ale w każdej próbce jego masa wagowa jest inna – najwięcej cementu zawiera próbka nr I, a najmniej próbka III i IV.

Badane materiały różnią się również frakcjami keramzytu; próbka nr I zawiera keramzyt o frakcji 0–2 mm, próbka II – keramzyt o frakcji 2–4 mm, próbki III i IV – keramzyt o frakcji 4–10 mm, ale różnią się między sobą ilością wody.

Próbki V i VI wykonane zostały przy użyciu innego rodzaju cementu niż poprzednie, z tym że próbka nr V zawiera keramzyt o frakcji 0–2 mm, a nr VI – keramzyt o frakcji 2–4 mm. Różnią się również między sobą masą wagową cementu. W próbce nr V jest go więcej niż w próbce nr VI.

Keramzyt, lekkie porowate granulki otrzymane przez wypalanie łatwo pęczniejących glin i ilastych iłów w piecach obrotowych w temperaturze ok. 1200ºC, jest wysoko odporny na czynniki chemiczne, atmosferyczne, grzyby, jest niepalny i mrozoodporny, o małej nasiąkliwości. Zaliczany jest do grupy materiałów najbardziej ekologicznych.

Na bazie tego kruszywa wykonano próbki materiałowe, zwane keramzytobetonami, do badań doświadczalnych ich własności pochłaniających. Keramzytobeton to rodzaj betonu, w którym tradycyjne kruszywo: żwir i piasek, zastąpione jest granulkami spieczonej gliny. Jest to półprefabrykat.

Przeprowadzone badania doświadczalne miały na celu sprawdzenie różnicy własności pochłaniających między samym keramzytem a materiałem wykonanym na bazie keramzytu – keramzytobetonem. Badania te jako pilotażowe wykonano tylko dla grubości próbek 50 mm i porównano z poprzednio uzyskanymi wynikami keramzytu o grubości 50 mm. Na fot. 1–2 przedstawiono badane materiały.

Wyniki badań

Wyniki badań przedstawiono na wykresach (rys. 1–6) oraz w tabeli 1. Wartość fizycznego współczynnika pochłaniania dźwięku αf podano w odniesieniu do częstotliwości środkowych pasm oktawowych. Dla porównania pokazano w tabeli 2 i na rys. 7 wartość współczynnika pochłaniania samego keramzytu [3].

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonej analizy wyników badań doświadczalnych keramzytobetonów oraz wcześniejszych badań keramzytu można wysnuć następujące wnioski przydatne dla projektantów ekranów akustycznych:

• granulaty z keramzytu można zaliczyć do materiałów dźwiękochłonnych wąskopasmowych ze względu na pasmo częstotliwości (poniżej jednej oktawy), w którym występuje największe pochłanianie dźwięku. Wraz ze wzrostem grubości warstwy materiału częstotliwość rezonansowa, przy której występuje największe pochłanianie dźwięku, przesuwa się w kierunku częstotliwości średnich (1000–1600 Hz). Z tego względu mogą być bardzo przydatne jako dodatkowe warstwy dźwiękochłonne w panelach – elementach ściennych ekranów akustycznych, gdzie wpływają na zwiększenie jednoliczbowych wskaźników izolacyjności R_w i D_LR [3];
• wzrost grubości warstwy materiału ziarnistego powoduje wzrost średniej wartości współczynnika pochłaniania dźwięku [3];
• własności pochłaniające przebadanych próbek keramzytobetonów nie różnią się od własności samego keramzytu. Wartość średniego fizycznego współczynnika pochłaniania jest porównywalna,
• nie zauważa się istotnych zmian w przebiegu charakterystyk pochłaniania dźwięku,
• zamieszczone wyniki potwierdzają, że keramzyt tylko z odpowiednio dobraną proporcją betonu nie zmienia swoich własności pochłaniających. Jeżeli proporcja ta jest niewłaściwa (zbyt mała objętość w próbce keramzytu), obserwuje się spadek wartości fizycznego współczynnika pochłaniania – keramzytobeton II i III,;
• po analizie pilotażowych badań keramzytobetonu o grubości 50 mm można mieć nadzieję, że materiał ten może znaleźć zastosowanie w panelach akustycznych. Należy jednak przeprowadzić dalsze badania akustyczne keramzytobetonu o mniejszych grubościach, odpowiednio 40, 30, 20 i 10 mm, tak jak w przypadku badań akustycznych samego keramzytu;
• niezbędne jest również przeprowadzenie badań keramzytobetonów zawierających taki sam rodzaj cementu, taką samą jego masę objętościową, ale różne frakcje keramzytu. Takie badania pozwoliłyby odpowiedzieć na pytanie, jaki wpływ na charakterystykę pochłaniania dźwięku keramzytobetonu mają kształt i frakcja ziaren keramzytu.

Praca została wykonana w ramach badań statutowych Katedry Mechaniki i Wibroakustyki AGH w latach 2010–2013, zadanie badawcze nr 6: „Nowe rozwiązania materiałowe przegród warstwowych w projektowaniu zabezpieczeń wibroakustycznych maszyn i urządzeń”

Literatura

1. J. Sikora, „Dźwiękochłonne właściwości materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2007, s. 26–29.
2. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Przegrody dwuścienne z rdzeniami dźwiękochłonnymi z materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 10/2007, s. 28–33.
3. J. Sikora, J. Turkiewicz, „Charakterystyki pochłaniania dźwięku materiałów ziarnistych”, „IZOLACJE”, nr 9/2010, s. 26–30.
4. M. Galas, „Badania doświadczalne własności dźwiękochłonnych wybranych materiałów ziarnistych”, praca magisterska, AGH, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Kraków 2008.

CZERWIEC 2011

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!