Wpływ wysokiej temperatury na zmianę wytrzymałości na zginanie zapraw cementowych modyfikowanych dodatkiem włókien polipropylenowych

• Autorzy: Drzymała T. , Zegardło B. , Jackiewicz-Rek W. , Sowiński D.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.51.3.2018.2

Warianty tytułu

EN

The Effect of High Temperatures on the Flexural Strength of Cement Mortar Modified by the Addition of Polypropylene Fibres

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Cel: Celem artykułu jest określenie wpływu oddziaływania wysokiej temperatury na zmianę wytrzymałości na zginanie zaprawy cementowej z dodatkiem oraz bez dodatku włókien polipropylenowych (PP) zgodnie z założoną procedurą badawczą. Ze względu na niejednorodny charakter oraz wrażliwość na wzrost temperatury kruszywa grubego zawartego w betonie, materiał ten w badaniach zastąpiono zaprawą cementową z dodatkiem oraz bez dodatku włókien polipropylenowych. Wprowadzenie: Przeprowadzone badania miały na celu ocenę, jak dodatek włókien polipropylenowych wpływa na zmianę wytrzymałości analizowanych materiałów na zginanie. Ta cecha wytrzymałościowa w dużym stopniu wpływa na zjawisko termicznego eksplozyjnego odpryskiwania betonu (ang. thermal spalling). W ramach pracy wykonano serię badań polegających na pomiarze wytrzymałości na zginanie uprzednio wygrzanych próbek w zakresie temperatur od 20 do 600°C z dodatkiem oraz bez dodatku włókien polipropylenowych (PP). Do badań zastosowano jeden typ włókna dla wszystkich wariantów badań wytrzymałościowych, zgodnie z założonym planem eksperymentu. Metody: Artykuł opracowano w oparciu o pomiary spadków wytrzymałości na zginanie dla prostopadłościennych beleczek o wymiarach 40 × 40 × 160 mm. Porównano wyniki badań dla kompozytów cementowych z dodatkiem oraz bez dodatku włókien, wygrzewanych w podwyższonych temperaturach. Zestawienie otrzymanych wyników przedstawiono na wykresach. Wyniki: Porównanie wyników badania próbek z dodatkiem oraz bez dodatku włókien prowadzi do wniosku, że dodatek włókien wpływa na poprawę wytrzymałości na zginanie kompozytów cementowych w podwyższonych temperaturach. Wnioski: W całym zakresie temperatur od 20 do 600°C zaprawy cementowe z dodatkiem włókien polipropylenowych wykazały się wyższą wytrzymałością na zginanie. Wygrzewanie badanych zapraw bez dodatku oraz z dodatkiem włókien polipropylenowych spowodowało wyraźny spadek ich wytrzymałości na zginanie wraz ze wzrostem temperatury. Dodatek włókien polipropylenowych (PP) w ilości 1,8 kg/m3 może znacząco ograniczać powstawanie rys i pęknięć w pierwszej fazie dojrzewania betonu. Wykonane badania potwierdzają zasadność stosowania włókien polipropylenowych do zaprawy cementowej, ponieważ dodatek ten miał wpływ na poprawę wytrzymałości badanego kompozytu cementowego na zginanie zarówno w wysokich temperaturach, jak i w temperaturze normalnej (pokojowej). Pozytywny wpływ włókien polipropylenowych potwierdzają również badania przeprowadzone w kraju i za granicą.

EN

Aim: The aim of this paper is to determine the effect of high temperature on changes in the flexural strength of cement mortar with and without the addition of polypropylene fibres (PP), following a predefined test procedure. In order to eliminate the effect of coarse aggregate on the flexural strength of the composite, cement mortar with the addition of polypropylene fibres was used in the tests. Due to the fact that coarse aggregate is inhomogeneous and sensitive to temperature increases, it could significantly distort the results. Introduction: The aim of the study was to show how the addition of polypropylene fibres influenced changes in the flexural strength. Due to the fact that this strength has a significant impact on the phenomenon of thermal spalling, it was the main focus of the study. As part of the study, a range of tests were performed to measure the flexural strength of samples with and without the addition of polypropylene fibres, pre-heated at temperatures ranging from 20°C to 600°. One type of fibre was used for all the variants of strength tests, in line with the plan of the experiment. Methods: The paper is based on measurements of the flexural strength reductions for rectangular-prism bars sized 40 x 40 x 160 mm. The test results for composites with and without the addition of fibres heated at different temperatures were compared and presented in detailed diagrams. Results: A comparison of the results of tests involving samples with and without the addition of PP fibres leads to the conclusion that the addition of PP fibres significantly improves the flexural strength of cementitious composites. Conclusions: In the entire temperature range from 20°C to 600°C, cement mortars with polypropylene fibres showed higher flexural strengths. The heating of mortars with and without the addition of polypropylene fibres resulted in a significant decrease in their tensile strengths as the temperature increased. The addition of 1.8 kg/m3 in polypropylene fibres can significantly reduce the cracking in the first phase of concrete hardening. The tests confirmed the applicability of polypropylene fibres in cement mortar, as their addition significantly improves the flexural strength at both high and normal temperatures. The positive effect of polypropylene fibres is also confirmed by other studies conducted in Poland and abroad.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt cementowy; włókna polipropylenowe; wytrzymałość; termiczne odpryskiwanie; wytrzymałość na zginanie; temperatura wysoka; beton

EN

cement composite; polypropylene fibre; strength; thermal spalling; flexural strength; high temperature; concrete

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 51, iss. 3
• Strony: 26--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Drzymała T.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego

autor

Zegardło B.

• Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach, Wydział Przyrodniczy

autor

Jackiewicz-Rek W.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

autor

Sowiński D.

Bibliografia

• [1] Behnood A., Ghandehari M., Comparison of compressive and splitting tensile strength of high-strength concrete with and without polypropylene fibers heated to high temperatures, “Fire Safety Journal” 2009, 44, 8, 1015–1022.
• [2] Drzymała T., Jackiewicz-Rek W., Gałaj J., Šukys R.: Assessment of mechanical properties of high strenght concrete (HSC) after exposure to high temperature, “Journal of Civil Engineering and Management” 2018, 24(2), 138–144.
• [3] Drzymała T., Wpływ dodatku włókien polipropylenowych do kompozytów cementowych poddanych oddziaływaniu wysokiej temperatury na ich wytrzymałość na rozciąganie, „Przemysł Chemiczny” 2017, 96(9), 1000–1003.
• [4] Drzymała T., Jackiewicz-Rek W., Tomaszewski M., Kuś A., Gałaj J., Šukys R., Effects of High Temperature on the Properties of High Performance Concrete (HPC), Procedia Engineering, 2017, 172, 256–263.
• [5] Drzymała T., Ogrodnik P., Zegardło B., Wpływ oddziaływania wysokiej temperatury na zmianę wytrzymałości na zginanie kompozytów cementowych z dodatkiem włókien polipropylenowych, „Technika Transportu Szynowego”, 2016, 12/, 82–86.
• [6] Hager I., Tracz T., Wpływ wysokiej temperatury na wybrane właściwości betonu wysokowartościowego z dodatkiem włókien polipropylenowych, „Cement, Wapno, Beton” 2009, 3–10.
• [7] Jackiewicz-Rek W., Drzymała T., Kuś A., Tomaszewski M., Durability of high performance concrete (HPC) subject to fire temperature impact, “Archives of Civil Engineering”, 2016,. LXII, 4, 2/2,73–93.
• [8] Kuś. A., Tomaszewski M., Jackiewicz-Rek W., Drzymała T., Wytrzymałość a trwałość betonów wysokowartościowych po ekspozycji na wysoka temperaturę, „Materiały Budowlane” 2014, 10, 48–50.
• [9] Tomaszewski M., Kuś A., Jackiewicz-Rek W., Drzymała T., Konsekwencje oddziaływania warunków pożaru na młody beton wysokowartościowy, „Materiały Budowlane” 2014, 10, 51–53.
• [10] Ogrodnik P., Zegardło B., Halicka A., Wstępna analiza możliwości zastosowania odpadów ceramiki sanitarnej w funkcji kruszywa do betonów pracujących w warunkach wysokich temperatur, BiTP Vol. 25 Issue 1, 2012, pp. 49–56.
• [11] Zegardło B., Ogrodnik P., Analiza destrukcyjnego wpływu nasączenia wodą na parametry wytrzymałościowe betonów poddanych warunkom pożarowym, BiTP Vol. 41 Issue 1, 2016, pp. 27–35.
• [12] Han C., Hwang Y., Yang S., Gowripalan N., Performance of spalling resistance of high performance concrete with polypropylene fiber contents and lateral confinement, “Cement Concrete Research” 2005, 35, 17471753.
• [13] Bednarek Z., Drzymała T., Podstawowe problemy prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych oraz zapewnienia bezpieczeństwa pożarowego w tunelach, „Materiały Budowlane” 2014, 10, 175–177.
• [14] Drzymała T., Podstawowe problemy oraz specyfika prowadzenia działań ratowniczo-gaśniczych w tunelach drogowych, „Logistyka” 2014, 5, 364–370.
• [15] Bednarek Z., Drzymała T., Migut A., Analiza bezpieczeństwa pożarowego w tunelach drogowych i kolejowych, „Budownictwo Górnicze i Tunelowe” 2014, 4, 8–12.
• [16] Bednarek Z., Drzymała T., Analiza zagrożeń występujących w tunelach komunikacyjnych na skutek eksplozyjnego odpryskiwania betonu, „Obiekty Inżynierskie”r 2011, 1/(8), 31–39.
• [17] Bednarek Z., Drzymała T., Zagrożenie występowania eksplozyjnego odpryskiwania betonu w czasie pożaru w tunelach komunikacyjnych, „Logistyka” 2010, 6, 173–184.
• [18] Bednarek Z., Drzymała T., Wpływ temperatur występujących podczas pożaru na wytrzymałość na ściskanie fibrobetonu, „Zeszyty Naukowe SGSP” 36, 61–84.
• [19] Gawin D., Witek A., Pasavento F., O ochronie betonowej obudowy tunelu przed zniszczeniem w warunkach pożarowych – wyniki projektu UPTUN, „Inżynieria i Budownictwo” 2006, 11, 622–625
• [20] Gawin D., Pasavento F., Majorana C.E., Scherefler B.A., Modelowanie procesu degradacji betonu w wysokich temperaturach, „Inżynieria i Budownictwo” 2003, 4, 218–221.
• [21] Kalifa P., Chene G., Galle C., High-temperature behavior of HPC with polypropylene fibers from spalling to microstructure, “Cement Concrete Research“ 2001, 31, 1487–1499.
• [22] Półka M., Drzymała T., Analiza wybranych właściwości palnych włókien polipropylenowych (PP) stosowanych jako dodatek do fibrobetonu w temperaturach pożarowych, „Przemysł Chemiczny”, 2015, 94(10), 1717–1722.
• [23] Rudnik E., Drzymała T., Thermal behavior of polypropylene fiber-reinforced concrete at elevated temperatures, “Journal of Thermal Analysis and Calorimetry”, 2017, 131, 2, 1005–1015.
• [24] Jamroży Z., Beton i jego technologie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Kraków 2000.
• [25] Drzymała T., Projekt badawczy Badanie wpływu temperatur występujących podczas pożaru na wytrzymałość fibrobetonu, BW/E–422/8/2008SGSP, Warszawa 2008.
• [26] Bednarek Z., Drzymała T., Projekt badawczy, Wpływ temperatur występujących podczas pożaru na wybrane parametry wytrzymałościowe fibrobetonu, S/E–422/8/2007, I Etap, SGSP, Warszawa 2008.
• [27] Drzymała T., Projekt badawczy, Optymalizacja ilości dodatku włókien polipropylenowych do betonu w celu przeciwdziałania eksplozyjnemu odpryskiwaniu betonu w tunelach komunikacyjnych w trakcie pożarów, S/E–422/18/14/15/16 SGSP, Warszawa 2014–2016.
• [28] Brandt A.M., Zastosowanie włókien, jako uzbrojenia w elementach betonowych, Konferencja „Beton, na progu nowego milenium”, Kraków 2000, 433–444.
• [29] PN-EN 1015-11:2001 Metody badań zapraw do murów Część 11: Określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie stwardniałej zaprawy.
• [30] PN-EN 197-1:2002 Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
• [31] PN-EN 1008:2004 Woda zarobowa do betonu. Specyfikacja pobierania próbek, badania i oceny wody zarobowej do betonu”.
• [32] PN-EN 934-2 Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu. Część 2: Domieszki do betonu. Definicje, wymagania, zgodność, znakowanie i etykietowanie.
• [33] Karta techniczna włókien Fibrofor High Grade 190.