32-37 jezierski.indd

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIA ŁY
Tłumienie materiałowe w drobnoziarnistych
betonach cementowych modyfikowanych
polimerami
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
Prof. dr hab. inż. Walery Jezierski, mgr inż. Krzysztof Robert Czech,
Politechnika Białostocka
32
1. Wprowadzenie
Postęp cywilizacyjny nieodłącznie wiąże się z dążeniem
architektów i projektantów konstrukcji budowlanych
do wznoszenia obiektów zdolnych do przenoszenia
coraz większych obciążeń, przy zastosowaniu niespotykanych do tej pory i na taką skalę form konstrukcyjnych, smukłości, rozpiętości oraz wysokości
poszczególnych elementów, jak i całości konstrukcji.
Aby sprostać temu zadaniu, na etapie projektowania konieczne jest dokładne uwzględnienie nie tylko
obciążeń statycznych stałych i zmiennych, ale i obciążeń dynamicznych, na przykład wywołanych parciem i ssaniem wiatru, oddziaływaniami sejsmicznymi
i parasejsmicznymi. Tego typu oddziaływania dynamiczne o pasmach wymuszeń częstokroć odpowiadających
lub zbliżonych do podstawowych częstotliwości drgań
własnych obiektów budowlanych, mogą być przyczyną
ich szybszego zużycia, a w szczególnych przypadkach
nawet awarii konstrukcji. W takich sytuacjach, tłumienie
odgrywa decydującą rolę poprzez istotne obniżenie
amplitud drgań. Wpływa również na poprawę bezpieczeństwa konstrukcji i obniżenie kosztów eksploatacji.
W związku z tym, podjęcie badań nad możliwością
podwyższenia tłumienia w konstrukcjach budowlanych
jest bardzo aktualne.
Na tłumienie w rzeczywistych konstrukcjach budowlanych mają wpływ czynniki wewnętrzne i zewnętrzne. Do zewnętrznych zalicza się czynniki tłumiące
pochodzące z otaczającego środowiska. Natomiast
do wewnętrznych czynników tłumiących zaliczamy
tłumienie konstrukcyjne, wywołane tarciem w połączeniach ruchomych lub na styku elementów połączonych na sztywno oraz tłumienie materiałowe,
nazywane także tłumieniem tarciem wewnętrznym.
Związane jest ono ze zdolnością materiału do rozpraszania energii w procesach nieodwracalnych podczas
odkształceń cyklicznych. Najczęściej stosowanymi
miarami tłumienia są: logarytmiczny dekrement tłumienia δ i współczynnik rozproszenia ψ [11]
Uwzględniając, że najprostszym i najefektywniejszym
sposobem na podwyższenie tłumienia w konstrukcji
jest zwiększenie tłumienia materiałowego, celowe
jest prowadzenie badań nad możliwością jego pod-
wyższenia w materiałach konstrukcyjnych. Zdaniem
autorów, odnośnie kompozytów cementowych jest
to możliwe na drodze modyfikacji polimerowej.
W artykule autorzy prezentują wyniki badania tłumienia
materiałowego w drobnoziarnistych betonach cementowych modyfikowanych wybranymi polimerami.
2. Analiza danych z literatury o wpływie wybranych czynników na tłumienie drgań w kompozytach cementowych
Analiza dotychczasowych wyników badań tłumienia
materiałowego w kompozytach cementowych wskazuje na liczne sprzeczności co do wpływu poszczególnych czynników.
Odnośnie warunków dojrzewania, część badaczy
twierdzi, że większe tłumienie występuje w próbkach
dojrzewających w dogodnych dla procesu hydratacji warunkach dużej wilgotności, w tzw. próbkach
„mokrych” [2, 14]; według innych [8, 13] – w próbkach
przechowywanych w warunkach powietrzno-suchych
(tzw. próbkach „suchych”), w których na skutek skurczu i nierównomiernej hydratacji pojawiają się liczne
mikrorysy.
Jak wskazują autorzy prac [2, 3], z wiekiem próbek
maleje ich zdolność do tłumienia drgań. W badaniach Jordana [8] zostało to potwierdzone dla próbek „mokrych”, podczas gdy dla próbek „suchych”
zauważono odwrotną zależność.
Zgodnie z [3, 7], drgania wzdłużne, giętne i skrętne próbek cechują zbliżone wartości tłumienia. Największe
różnice między drganiami skrętnymi a innymi postaciami drgań, występują dla „świeżych” próbek betonowych, malejąc do 5% w odniesieniu do próbek
20-dniowych [17]. Na znacznie większe tłumienie
w przypadku elementów zginanych niż ściskanych
osiowo, wskazują natomiast badania Kowalczyka [9].
Według [7, 12], tłumienie w kompozytach cementowych nie zależy od częstotliwości wymuszeń. Przeczą
temu badania przy niskich częstotliwościach wymuszeń [3], które wykazały, że tłumienie w próbkach
znacząco rośnie, gdy częstotliwość wymuszeń spada
poniżej 2,5 Hz (o 45% po obniżeniu częstotliwości
do 0,18 Hz). Powyżej tej wartości, tłumienie materiałoPRZEGLĄD BUDOWLANY 1/2007
KO N S T R U KC JE–ELEMENTY–MATERIAŁY
PRZEG L Ą D B U D O W L A N Y 1/2007
– karboksylowany lateks styrenowo-butadienowy
L6007 (46% substancji suchej, ρ = 1,01 g/cm3, średnia wielkość cząsteczek D = 215 nm, Tg = -16°C,
MFFT ≈ 0°C),
– emulsja wodna polimeru akrylowego Eurocryl EC
4600-2 (50±1% substancji suchej, ρ = 1,10 g/cm3,
D = 250 nm, Tg = +4°C, MFFT = +3°C),
– dyspersja wodna kopolimeru styrenowo-akrylowego Eurocryl EC7801 (56,5±1,0% substancji suchej,
ρ = 1,10 g/cm3, D = 250 nm, Tg = -12°C, MFFT< 1°C),
– dyspersja wodna kopolimeru styrenowo-akrylowego Eurocryl EC7804 (54,5±1,0% substancji suchej,
ρ = 1,10 g/cm3, D = 250 nm, Tg = -12°C, MFFT< 0°C),
– dyspersja wodna bazującą na kwasach estrów
styrenowych i akrylowych LDM6880 (50,0±1.0% substancji suchej, ρ = 1,03 g/cm3, D = 150 nm, Tg ≈ 0°C,
MFFT = 33°C).
3. Sformułowanie zadania oraz planowanie eksperymentu
W eksperymencie jako funkcję odzewu przyjęto wartość współczynnika rozproszenia ψ (zmienna wielkość
losowa Y). Za czynnik A przyjęto rodzaj dodatku polimerowego, rozpatrując go na 5 poziomach zmienności: 1 – L6007, 2 – LDM 6880, 3 – EC 7801, 4 – EC 7804,
5 – EC 4600-2. Jako czynnik B przyjęto procentową
zawartość substancji suchej wybranych dodatków
w stosunku do masy cementu w mieszance betonowej.
W eksperymencie możliwe było rozpatrywanie powyższego czynnika na 4 poziomach zmienności: 1 – 0%,
2 – 3%, 3 – 6%, 4 – 9%. Przy każdej kombinacji poziomów czynników uzyskano n=3 wartości mierzonej
cechy Y. Wówczas liczba wszystkich możliwych kombinacji poziomów tych czynników wynosi a×b=5×4=20,
a ogólna liczba pomiarów N=5×4×3=60.
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
we praktycznie nie zależy od częstotliwości obciążeń.
Dla próbek z „suchego” betonu [8], przy niezmiennym
poziomie amplitud dynamicznych, zaobserwowano
spadek tłumienia wraz ze wzrostem naprężeń średnich, podczas gdy w próbach „mokrych” stwierdzono
w takiej sytuacji nieznaczny przyrost tłumienia. Wzrost
amplitud naprężeń dynamicznych [3, 12] przy stałym
naprężeniu średnim, wpływał zazwyczaj na podwyższenie zdolności próbek betonowych do tłumienia
drgań. Zgodnie z [8], przy zmianie amplitudy naprężeń dynamicznych z ±1 MPa na ±2 MPa przyrost
tłumienia w „suchych” próbkach betonowych może
wynosić nawet od 15% do 20%. „Mokry” beton zachowuje się podobnie, jednak relatywny przyrost tłumienia jest mniejszy.
Zdaniem wielu badaczy, wpływ naprężeń średnich
i amplitud dynamicznych nie jest jednak tak znaczący
w tłumieniu materiałowym betonu jak wpływ składu
mieszanki betonowej, sposobu dojrzewania i wieku
próbek oraz częstotliwości drgań [8].
Prowadzono również badania nad możliwością podwyższenia tłumienia materiałowego w modyfikowanych zaczynach i zaprawach cementowych. Opublikowane dane [16] wskazują na optymalną zawartość
dodatku mikrokrzemionki w ilości 15% masy użytego
cementu lub metylocelulozy w ilości 0,4% masy cementu. W tej samej pracy wskazuje się na największe tłumienie w próbkach z zaczynów cementowych z 20-procentowym dodatkiem lateksu styreno-butadienowego
(ponad trzykrotne podwyższenie tłumienia w stosunku do próbek niemodyfikowanych). Zgodnie z [6],
jeszcze większy przyrost tłumienia jest możliwy do uzyskania w wyniku modyfikacji zaczynów cementowych
30-procentowym dodatkiem lateksu. Jak wskazują
wyniki najnowszych badań [15], skuteczna może
okazać się także modyfikacja zaczynów cementowych kopolimerową emulsją styreno-akrylową w ilości
15÷20% w stosunku do masy cementu.
W przypadku próbek z zapraw cementowych, uzyskiwany poziom tłumienia jest znacznie niższy niż
w zaczynach cementowych. W wyniku ich modyfikacji
25-procentowym dodatkiem lateksu styreno-butadienowego SBR, osiągnięto jedynie około dwukrotne
podwyższenie tłumienia [1].
Analiza wyników badań nad tłumieniem w kompozytach cementowych pozwala przypuszczać, że w drobnoziarnistych betonach cementowych również możliwe
jest istotne podwyższenie stopnia tłumienia materiałowego poprzez zastosowanie dodatków polimerowych.
Bazując na przeglądzie literatury oraz doświadczeniach własnych, do badania przyjęto pięć modyfikatorów polimerowych w formie dyspersji wodnych.
Głównym kryterium wyboru dodatków był największy,
uzyskany w trakcie wstępnego badania, poziom tłumienia materiałowego.
Do właściwego etapu badania zakwalifikowano następujące polimery:
4. Metodyka prowadzenia badania
Wyznaczanie wartości współczynnika rozproszenia ψ
(1) bazowało na metodzie dynamicznej pętli histerezy,
która polega na pomiarze rozpraszanej energii w trakcie drgań cyklicznych przy jednoczesnej rejestracji
naprężeń i odkształceń w badanej próbce. Pole utworzonej w ten sposób pętli histerezy charakteryzuje
zdolność tłumiącą badanego materiału [11],
(1)
gdzie:
ΔW – pole pętli histerezy, określające wartość nieodwracalnie rozproszonej energii w objętości ciała
podczas pełnego cyklu odkształcania,
W – wartość maksymalnej amplitudy energii potencjalnej układu sprężystego.
33
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIA ŁY
Badania prowadzono na nietypowych próbkach walcowych (o średnicy 8 cm i wysokości 24 cm) z betonów drobnoziarnistych poddanych obciążeniom wielokrotnie zmiennym przy jednoosiowym ściskaniu,
co w znacznym stopniu eliminuje wpływ sposobu
podparcia na wielkość wyznaczanego tłumienia materiałowego.
Zadawanie obciążeń i ich rejestrację realizowano przy
wykorzystaniu najwyższej klasy dokładności – wieloosiowego systemu badawczego INSTRON 8502
oraz ekstensometru dynamicznego o przedłużonej
do 100 mm bazie pomiarowej [4] (rys. 1). Zastosowano
sterowanie siłowe o przebiegu sinusoidalnym przy
5000 cykli i częstotliwości wymuszeń 2,5 Hz, która
zgodnie z danymi w literaturze, w przybliżeniu odpowiada górnej granicy, powyżej której tłumienie materiałowe w kompozytach cementowych praktycznie
nie zależy od częstotliwości drgań [3]. Dla wszystkich
próbek, niezależnie od rodzaju użytego modyfikatora,
przyjęto jednakowy poziom średnich naprężeń ściskających 3,5 MPa i amplitud dynamicznych ± 2,0 MPa.
Zarejestrowane sygnały obciążeń i odkształceń podlegały filtracji dolnoprzepustowej o skończonej odpowiedzi impulsowej i cyfrowemu przetwarzaniu z wykorzystaniem metody Czasowo-Zależnej Dyskretnej
Transformaty Fouriera (TVDFT). Nieodwracalnie rozproszoną energię w trakcie pełnych cykli drgań ΔW
oraz maksymalną energię potencjalną W wyznaczano
zgodnie z zależnością (1) na drodze numerycznego
całkowania powierzchni pętli histerezy, uzyskiwanych
z sygnałów naprężeń i odkształceń po odfiltrowaniu
wyższych częstotliwości oraz zniekształceń wynikających w głównej mierze z addytywnego białego szumu.
Wyznaczanie współczynnika rozproszenia oraz cyfrowe przetwarzanie sygnału (CPS) realizowano przy
wykorzystaniu programu komputerowego DRG opracowanego przy współudziale autorów [5].
Receptury mieszanek betonowych zostały opracowane przy współudziale laboratorium „Atest”
w Białymstoku. Na podstawie badań wstępnych oraz
mając na uwadze możliwość upłynnienia mieszanek
po wprowadzeniu polimerowych dodatków modyfikujących, przyjęto bazową mieszankę betonową
o konsystencji V1 i wytrzymałości charakterystycznej na ściskanie betonu niemodyfikowanego fck =
38,5 MPa. W eksperymencie założono, że zachowany zostanie jednakowy dla wszystkich próbek stały
wskaźnik wodno-cementowy W/C = 0,49, który realizowano poprzez zmniejszenie ilości wody zarobowej
w recepturze niemodyfikowanej mieszanki betonowej
o wodę zawartą w dodatkach modyfikujących [1].
W związku z wprowadzaniem do mieszanek betonowych znacznej ilości dodatków modyfikujących
w stosunku do masy użytego cementu, zmniejszano
zawartość kruszywa, uwzględniając przy tym objętości zamienianych materiałów. Zachowano także
niezmienną zawartość cementu i stały skład granulometryczny kruszywa. Badania prowadzono
po 28 dniach dojrzewania próbek przechowywanych w warunkach wilgotności względnej >95%
i temperaturze 20±2°C.
5. Wyniki pomiarów współczynnika rozproszenia
w próbkach betonowych oraz ich opracowanie
Wartości współczynnika rozproszenia Y, wyznaczone
zgodnie z planem eksperymentu przy trzech powtórzeniach na próbkach walcowych modyfikowanych
i niemodyfikowanych polimerami, zestawiono w tabeli
1 i na rysunku 2.
Wstępna analiza wyników pomiarów wykazała, że ma
miejsce rozrzut wyników zarówno przy różnych dodatkach polimerowych, jak i przy zmianie ich zawartości. W związku z tym, przeprowadzono sprawdzenie
odtwarzalności pomiarów, które wykazało, że przy
poziomie istotności α = 0,05 obliczeniowa wartość
kryterium Cochrana Gobl = 0,2602 jest mniejsza
od wartości krytycznej Gkr0,05; 2; 20= 0,2705.
Tak więc można uważać, że wariancje pomiarów
są jednorodne. Wówczas wariancję odtwarzalności eksperymentu można obliczyć jako średnią
z wariancji poszczególnych prób, to jest
S02=0,00246/20=0,00012.
Rys. 1. Zadawanie obciążeń i rejestracja odkształceń
w próbkach przy wykorzystaniu wieloosiowego systemu
badawczego INSTRON 8502
34
Analizując graficzne zależności współczynnika
rozproszenia od rozpatrywanych czynników
(rys. 2), można stwierdzić, że wpływ analizowanych
czynników
ma
złożony
charakter
i nie na każdym poziomie istotny. Wynika z tego
konieczność dalszej oceny istotności wpływu poszczególnych czynników na zmianę wartości współczynnika tłumienia drgań za pomocą ścisłej procedury matematycznej.
PRZEGLĄD BUDOWLANY 1/2007
KO N S T R U KC JE–ELEMENTY–MATERIAŁY
Tabela 1. Współczynnik rozproszenia Y (ψ) w próbkach betonowych
Poziom
czynnika
Nr próby
A
B
Yij1
Yij2
Yij3
Yij
Sij2
2.
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
5
5
5
5
3.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
4.
0,0937
0,1044
0,1378
0,1394
0,0937
0,1467
0,1508
0,1360
0,0937
0,1499
0,1537
0,1716
0,0937
0,1113
0,1360
0,1484
0,0937
0,1416
0,1945
0,2579
5.
0,0934
0,0928
0,1037
0,1417
0,0934
0,1148
0,1347
0,1344
0,0934
0,1211
0,1449
0,2014
0,0934
0,1069
0,1350
0,1435
0,0934
0,1654
0,2020
0,2410
6.
0,0986
0,1064
0,0976
0,1304
0,0986
0,1504
0,1257
0,1292
0,0986
0,0996
0,1455
0,1818
0,0986
0,1189
0,1228
0,1514
0,0986
0,1472
0,2126
0,2486
7.
0,0952
0,1012
0,1130
0,1372
0,0952
0,1373
0,1371
0,1332
0,0952
0,1235
0,1480
0,1849
0,0952
0,1124
0,1313
0,1478
0,0952
0,1514
0,2030
0,2492
8.
0,00001
0,00005
0,00047
0,00004
0,00001
0,00038
0,00016
0,00001
0,00001
0,00064
0,00002
0,00023
0,00001
0,00004
0,00005
0,00002
0,00001
0,00015
0,00008
0,00007
0,26
Współczynnik rozproszenia
ψ = ΔW/W
0,24
0,2492
0,22
EC 7804 styr.akryl.
EC7801 styr.akryl.
EC 4600-2 akryl.
L6007 styr.but.
LDM6880 styr.akryl.
w s p. r o zpr o s zen i a [-]
0,20
0,18
0,16
0,2030
0,1849
0,1514
0,14
0,1373
0,1236
0,12
0,1480
0,1478
0,1371
0,1372
0,1312
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
1.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Współczynnik rozproszenia Y (y)
0,1332
0,1131
0,1123
0,1012
0,10
0,0952
% procent suchej masy dodatku
0,08
0
3
6
9
Rys. 2. Wpływ ilości dodatku na wielkość współczynnika rozproszenia Y (ψ)
6. Ocena istotności wpływu wybranych czynników na wartość współczynnika rozproszenia
W celu oceny wpływu poszczególnych czynników
na wielkość tłumienia materiałowego w betonach
PRZEG L Ą D B U D O W L A N Y 1/2007
drobnoziarnistych, wybrano metodę analizy wariancji
[10], która pozwala na ustalenie istotności wpływu
każdego z analizowanych czynników i ich wzajemnego oddziaływania na zmienność badanej cechy,
a także ocenę ilościową oraz wagową każdego ze źródeł zmienności w całym zakresie ich oddziaływania.
35
KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIA ŁY
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
Tabela 2. Dwuczynnikowa analiza wariancji danych z pomiarów współczynnika rozproszenia
Nr
Źródło
zmienności
Suma kwadratów
efektów
Liczba stopni
swobody
1.
2.
3.
4.
1
A
QA =0,0287
VA = 4
2
B
QB = 0,0460
VB = 3
3
AB
QAB = 0,0182
VAB = 12
4
Z
QZ = 0,0049
VZ = 40
5
ogólnie
Q = 0,0978
V = 59
Przy prowadzeniu analizy wariancji założono, że cecha
Y w każdej z g populacji ma rozkład normalny N(µ,σ).
Uwzględniając ilość wybranych czynników przeprowadzono dwuczynnikową analizę wariancji. Przyjęto
hipotezę H:µ1=...µk, którą można traktować następująco: żaden z rozpatrywanych czynników nie wykazuje
istotnego wpływu na zmienność cechy. Jeżeli hipoteza H jest prawdziwa, to oceny wariancji powinny się
różnić między sobą tylko losowo.
Istotność każdej z ocen wariancji sprawdza się po wielkości jej stosunku do oceny wariancji losowej, która
wyraża zmienność po tym, jak wpływ czynników został
pominięty. Obliczone w taki sposób stosunki, porównuje się z krytycznymi wartościami kryterium Fishera
F przy danym poziomie istotności 0,05. Hipotezę H
w stosunku do tego lub innego źródła zmienności
uważa się za odrzuconą, jeżeli wartość obliczeniowa
Fobl okaże się większa od wartości krytycznej Fkr.
W celu określenia wpływu czynników A i B oraz
ich wspólnego oddziaływania AB, a także nieprzewidywalnych przyczyn losowych, obliczono według
schematu podanego w [10] sumy kwadratów efektów,
liczbę stopni swobody oraz skorygowaną wariancję cech dla każdego ze źródeł zmienności. Wyniki
obliczeń zamieszczono w tabeli 2. Wyniki obliczeń,
zestawione w tabeli 2, reprezentują wszystkie dane
niezbędne, do przeprowadzenia analizy wariancji.
W celu oceny istotności wpływu czynników A i B
porównano obliczeniowe i krytyczne wartości kryterium Fishera F przy poziomie istotności p=0,05 i odpowiednich stopniach swobody sum kwadratów efektów spowodowanych każdym ze źródeł zmienności.
Z tabeli 2 wynika, że wszystkie wartości obliczeniowe
Fobl przewyższają odpowiednie wartości krytyczne Fkr,
a więc wykazano istotny wpływ czynników i ich wspólnego oddziaływania na wartość współczynnika rozproszenia. Przy czym, udział wpływu poszczególnych
czynników w całym zakresie ich oddziaływania wynosi
odpowiednio: 29,4% dla czynnika A, 47,0% – dla czynnika B oraz 18,6% dla czynników A i B.
W związku z potwierdzonym wpływem analizowanych czynników, w dalszej kolejności przeprowadzo-
36
Kryterium Fishera
Skorygowana
wariancja
Fobl
Fkr
5.
6.
7.
8.
= 0,00718
58,22
2,61
29,4
= 0,01532
124,31
2,84
47,0
= 0,00152
12,29
2,00
18,6
= 0,00012
–
–
5,0
–
–
100,0
SA2
SB2
SAB2
S2Z
–
η, %
no badanie istotności wpływu ich średnich wartości
na poszczególnych poziomach zmienności. W tym
celu, wykorzystując dane z tabeli 2, obliczono średnie
wartości na każdym z pięciu poziomów czynnika A:
(2)
Przy i = 1, 2, 3, 4 i 5 okazało się, że:
yA1=0,1117, yA2=0,1257, yA3=0,1379, yA4=0,1217
oraz yA5=0,1747.
Odchylenie standardowe S różnicy wartości średnich
yAi określono według wzoru
Z tabeli t rozkładu Studenta przyjęto wartość:
t0,05;40 = 2,02.
(3)
Wówczas maksymalnie dopuszczalny błąd średnich
yAi wynosi S ⋅ t=0,0045 ⋅ 2,02=0,0091. Porównanie
w parach wartości yAi pokazuje, że różnice między
nimi nie zawsze przekraczają wartość maksymalnie
dopuszczalnego błędu:
yA2 � yA1 � 0,0091, yA3 � yA1 � 0,0091,
yA4 � yA1 � 0,0091, yA5 � yA1 � 0,0091,
yA3 � yA2 � 0,0091, yA4 � yA2 � 0,0091,
yA5 � yA2 � 0,0091, yA4 � yA3 � 0,0091,
yA5 � y A3 � 0,0091, yA5 � yA4 � 0,0091.
Wynika z tego, że współczynnik rozproszenia
w próbkach modyfikowanych dodatkami polimerowymi LDM6880 (A2) i EC4600-2 (A4) wykazuje nieistotne
różnice, podczas gdy ten sam współczynnik dla
PRZEGLĄD BUDOWLANY 1/2007
KO N S T R U KC JE–ELEMENTY–MATERIAŁY
7. Uwagi końcowe
Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić,
że jest możliwe znaczące podwyższenie stopnia tłumienia materiałowego w drobnoziarnistych betonach
PRZEG L Ą D B U D O W L A N Y 1/2007
cementowych na drodze modyfikacji polimerowych.
Wprowadzenie wybranych dodatków polimerowych
do mieszanki betonowej wykazało zróżnicowany
wzrost współczynnika rozproszenia od 6 do 162%,
w porównaniu z betonem niemodyfikowanym.
Ustalono również, że wraz ze wzrostem zawartości
dodatków od 0 do 9%, prawie zawsze wzrasta tłumienie materiałowe. Wyjątkiem okazał się dodatek LDM
6880 (A2), przy wprowadzeniu którego w ilości 3%
uzyskano najwyższą wartość współczynnika rozproszenia.
BIBLIOGRAFIA
[1] Barluenga G., Hernández-Olivares, SBR latex modified mortar
rheology and mechanical behaviour. Cement and Concrete Research,
34, pp. 527–535, 2004
[2] Cole D. G., The damping capacity of hardened cement paste,
mortar and cement specimens. Vibrations in Civil Engineering;
Proceedings of a Symposium, London, April, 1965, Skipp, B.O. ed.,
Butterworths, London, 1966, pp. 235–247
[3] Cole D. G., Spooner D. C., The Damping Capacity of Hardened
Cement Paste and Mortar in Specimens Vibrating at Very Low
Frequencies. Proceedings, ASTM, Vol. 65, 1965, pp. 661–667
[4] Czech K. R., Hościło B., Ryżyński Wł., Zubrycki P., Wyznaczanie
tłumienia materiałowego i zespolonego modułu sprężystości
w betonach drobnoziarnistych. Zeszyty Naukowe Politechniki
Białostockiej, Nauki Techniczne Nr 26, Budownictwo, Białystok, 2005,
str. 45–62
[5] Czech K. R., Ryżyński Wł., Zubrycki P., Cyfrowa obróbka danych
do wyznaczania wielkości tłumienia materiałowego w betonach
drobnoziarnistych. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej, Nauki
Techniczne Nr 26, Budownictwo, Białystok, 2005, str. 63–72
[6] Fu X., Li X., Chung D.D.L., Improving the vibration damping
capacity of cement. J Mater Sci 33, pp. 3601–3605, 1998
[7] Jones R., The Effect of Frequency on the Dynamic Modulus and
Damping Coefficient of Concrete. Magazine of Concrete Research”,
Vol. 9, No. 26, August 1957, pp. 69–72
[8] Jordan R. W., The effect of stress, frequency, curing, mix and age
upon the damping of concrete. Magazine of Concrete Research, Vol.
32, No. 113, December 1980, pp. 195–205
[9] Kowalczyk R., Odkształcenia wielokrotne i tłumienie materiałowe
betonu, ITB, seria II – Konstrukcje Inżynierskie i Budowlane nr 35,
Warszawa, 1966
[10] Krysicki W., Bartos J., Dyczka W., Królikowska K., Wasilewska
M., Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna
w zadaniach. Część II – Statystyka matematyczna. Wydanie ósme.
PWN, Warszawa, 2003
[11] Osiński Zb., Tłumienie drgań mechanicznych. PWN,
Warszawa, 1986
[12] Sorokin E. S., K tieorii wnutrienniego trienija pri koliebanijach
uprugich sistiem, Moskwa, 1960
[13] Spooner D. C., Pomeroy C. D., Dougill J. W., Damage and energy
dissipation in concrete pastes in compression. Magazine of concrete
research, Vol. 28, No. 94, March 1976
[14] Swamy R. N., Rigby G., Dynamic properties of hardened paste,
mortar and concrete. Materials and Structures: Research and Testing,
Vol. 4, No. 19, January-February 1971, pp. 13–40
[15] Wong W. G., Ping Fang, Pan J. K., Dynamic properties impact
toughness and abrasiveness of polymer-modified pastes by using
nondestructive tests. Cement and Concrete Research, 33,
pp. 1371–1374, 2003
[16] Xuli Fu, Chung D. D. L., Vibration damping admixtures for cement.
Cement and Concrete Research, Vol. 26, No. 1, pp. 69–75, 1996
[17] Kathuria Deepansh, Dynamic properties of concrete: damping
and the dynamic moduli. Źródła internetowe
A R T Y K U ŁY P R O B L E M O W E
próbek modyfikowanych dodatkami polimerowymi
L6007 (A1), EC7801 (A3) i EC7804 (A5) wykazuje statystycznie istotne różnice, przy czym największy wpływ
na tłumienie materiałowe ma dodatek EC7804 (A5).
Na drugim miejscu pod względem wyżej wymienionego efektu lokuje się dodatek EC7801 (A3); na trzecim
– dodatki EC4600-2 (A4) oraz LDM6880 (A2), pomiędzy
którymi różnica jest nieistotna; na czwartym – dodatek
L6007 (A1).
Według powyższego schematu, przeprowadzono
analizę wpływu czynnika B oraz współoddziaływania
czynników A i B. W wyniku analizy ustalono, że współczynnik rozproszenia w próbkach rośnie w sposób
ciągły, wraz ze wzrostem zawartości dodatków polimerowych. Przy podniesieniu zawartości dodatku
o każdy poziom, zawsze mamy statystycznie istotny
wzrost wartości współczynnika rozproszenia.
W wyniku przeprowadzonej analizy wpływu współoddziaływania czynników A i B ustalono, że przy wprowadzeniu dodatków polimerowych w ilości 3% substancji
suchej, trzy dodatki, a mianowicie: LDM6880 (A2),
EC7801 (A3) i EC7804 (A5) wpływają w sposób istotny
na efekt podwyższenia współczynnika rozproszenia,
podczas gdy dodatki L6007 (A1) i EC4600-2 (A4) takiego efektu nie wykazują. Przy 3% zawartości substancji
suchej karboksylowanego lateksu styrenowo-butadienowego L6007 (A1), stwierdzono najmniejszy spośród
wszystkich analizowanych modyfikatorów przyrost
wartości współczynnika rozproszenia (o 6,3% w stosunku do próbek niemodyfikowanych).
Przy 6% zawartości modyfikatorów polimerowych
wszystkie dodatki poza L6007 (A1) wykazały istotny
efekt wpływu na podwyższenie współczynnika rozproszenia w porównaniu z próbkami niemodyfikowanymi.
Jednakże efekt uzyskany przy 6% dodatku LDM6880
(A2), nie odróżnia się istotnie od efektu uzyskanego
przy zawartości 3%.
Przy zawartości modyfikatorów polimerowych w ilości
9%, wszystkie dodatki bez wyjątku wykazały istotny
efekt wpływu na podwyższenie wartości współczynnika
rozproszenia w porównaniu z próbkami niemodyfikowanymi. Jednakże dodatki LDM6880 (A2) i EC4600-2 (A4),
w porównaniu z efektem wpływu uzyskiwanym przy 6%
zawartości dodatku, wykazały nieistotny wpływ, przy
czym dodatek LDM6880 (A2) nie wykazał istotnego
efektu również w porównaniu z efektem uzyskiwanym
przy 3% zawartości modyfikatora. Największy przyrost
współczynnika rozproszenia o 161,8% w stosunku
do próbek niemodyfikowanych, odnotowano przy 9%
zawartości substancji suchej dyspersji wodnej kopolimeru styrenowo-akrylowego EC7804 (A5).
37