Wykorzystanie geometrii fraktalnej do określenia odporności na pękanie betonu modyfikowanego metakaolinitem

• Autorzy: Konkol J.

Warianty tytułu

EN

The use of fractal geometry in determination of fracture toughness of metakaolinite modified concrete

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań betonów z dodatkiem metakaolinitu (MK), jako częściowego substytutu cementu. Przeprowadzono badania wytrzymałościowe i fraktalne po 180 dniach dojrzewania, określając: wytrzymałość na ściskanie fc, odporności na pękanie (krytyczny współczynnik intensywności naprężeń KIcS) i wymiar fraktalny. Badania zaprogramowano według kompozycyjnego centralnego planu eksperymentu, przyjmując jako zmienne niezależne stosunek woda/spoiwo oraz udział dodatku w stosunku do masy spoiwa. Na podstawie uzyskanych wyników badań i przeprowadzonych analiz wykazano statystycznie istotny związek morfologii przełomu oraz składu betonów z odpornością na pękanie.

EN

The aim of the paper is to present the results of experiments on concretes after 180 days of hardening with metakaolinite addition. Measurements of compressive strength fc, critical stress intensity factor KIcS and fractal dimension Dm were performed. The plan included nine measurement points. Water/binder ratios ranging from 0.35 to 0.54, and the metakaolinite additives in the amount ranging from 2.1 to 14.9 % relative to the mass of binder were used as independent variables. Statistically significant correlations were given. The proposed solutions can be used in designing the concrete with metakaolinite, which enables the prediction of KIcS after 180 days of hardening concrete with no need for destructive tests.

Słowa kluczowe

PL

beton; odporność na pękanie; wymiar fraktalny; metakaolinit

EN

concrete; fracture toughness; fractal dimension; metakaolinite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 12, nr 3
• Strony: 177--184
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Konkol J.

• Katedra Inżynierii Materiałowej i Technologii Budownictwa, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• 1 Mandelbrot B.B. Les Objets Fractals: Forme, Hasard et Dimension, Flammarion, Paris, 1975.
• 2 Mandelbrot B.B. Fractals. Form, chance and dimension. W.H. Freeman, San Francisco, 1977.
• 3 Winslow D.N. The fractal nature of the surface of cement paste. Cem. Concr. Res. 15 (1985) 817-824.
• 4 Saouma V.E., Barton C.C. Fractals, fractures, and size effects in concrete. J. Eng. Mech. 120 (1994) 835-854.
• 5 Prokopski G., Langier B. Effect of water/cement ratio and silica fume addition on the fracture toughness and morphology of fractured surfaces of gravel concretes. Cem. Concr. Res. 30 (2000) 1427-1433.
• 6 Yan A., Wu K.-R., Zhang D., Yao W. Effect of fracture path on the fracture energy of high-strength concrete. Cem. Concr. Res. 31 (2001) 1601-1606.
• 7 Issa M.A., Issa M.A., Islam Md.S, Chudnovsky A. Fractal dimension – a measure of fracture roughness and toughness of concrete. Eng. Fract. Mech. 70 (2003) 125-137.
• 8 Prokopski G., Konkol J. The fractal analysis of the fracture surface of concretes made from different coarse aggregates. Computers and Concrete 2 (2005) 239-248.
• 9 Carpinteri A., Spagnoli A., Vantadori S., Viappiani D. Influence of the crack morphology on the fatigue crack growth rate: A continuously-kinked crack model based on fractals. Eng. Fract. Mech. 75 (2008) 579–589.
• 10 Ficker T. Fractal strength of cement gels and universal dimension of fracture surfaces. Theor. Appl. Fract. Mech. 50 (2008) 167–171.
• 11 Zhang H., Wei D.M. Fractal effect and anisotropic constitutive model for concrete. Theor. Appl. Fract. Mech. 51 (2009) 167-173.
• 12 Zhang H., Wei D.M. Fracture and damage behaviors of concrete in the fractal space. J. Mod. Phys. 1 (2010) 48-58.
• 13 Zhang H., Wei D.M. Estimation of fracture toughness, driving force, and fracture energy for fractal cracks using the method of imaginary smooth crack. Eng. Fract. Mech. 77 (2010) 621-630.
• 14 Konkol J., Prokopski G. Morfologia przełomu oraz odporność na pękanie betonów modyfikowanych dodatkiem popiołu fluidalnego lub metakaolinitu. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z. 58, nr 3/11/III (2011) 321-330.
• 15 Konkol J. Wykorzystanie parametrów fraktalnych i stereologicznych do opisu odporności na pękanie betonów modyfikowanych wybranymi dodatkami typu II. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z 59, nr 3/12/III (2012) 222-232.
• 16 Brandt A.M., Prokopski G. On the fractal dimension of fracture surfaces of concrete elements. J. Mater. Sci. 28 (1993) 4762-4766.
• 17 Czarnecki L., Garbacz A., Kurach J. On the characterization on polymer concrete fracture surface. Cem. Concr. Compos. 23 (2001) 399-409.
• 18 Czarnecki L, Chmielewska B. Fracture and fractography of silane modified resin mortars. Int. J. Restor. Build. Monum. 9 (2003) 603–18
• 19 Erdem S., Blankson M.A. Fractal-fracture analysis and characterization of impact-fractured surface in different types of concrete using digital image analysis and 3D nanomap laser profilometery. Constr. Build Mater. 40 (2013) 70-76.
• 20 Wild S., Khabit J.M., Jones A., Relative strength pozzolanic activity and cement hydration in superplasticised metakaolin concrete. Cem. Concr. Res. 26 (1996) 1537–44.
• 21 B.B. Sabir, S. Wild, J. Bai, Metakaolin and cacined clays as Pozzolans for concrete: a review. Cem. Concr. Compos. 23 (2001) 441–54.
• 22 Jones T.R. Metakaolin as a pozzolanic addition to concrete, w Structure and Performance of Cements (red. J. Bensted, P. Barnes). Spoon Press, London, New York 2002.
• 23 Poon C.S., Kou S.C., Lam L. Compressive strength, chloride diffusivity and pore structure of high performance metakaolin and silica fume concrete. Constr. Build Mater. 20 (2006) 858-865.
• 24 Siddique R., Klaus J. Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: A review. Appl. Clay Sci. 43 (2009) 392–400.
• 25 Pavlíková M., Brtník T, Keppert M., Černý R. Wpływ metakaolinitu, jako częściowego zamiennika cementu, na właściwości zapraw wysoko-wartościowych. Cement Wapno Beton 9 (2009) 113-122.
• 26 Ramezanianpour A.A., Jovein H.B. Influence of metakaolin as supplementary cementing material on strength and durability of concretes. Constr. Build Mater. 30 (2012) 470–479.
• 27 Madandoust R., Mousavi S.Y. Fresh and hardened properties of self-compacting concrete containing metakaolin. Constr. Build Mater. 35 (2012) 752–760.
• 28 Dvorkin L., Bezusyak A., Lushnikova N., Ribakov Y. Using mathematical modeling for design of self compacting high strength concrete with metakaolin admixture. Constr. Build Mater. 37 (2012) 851-64.
• 29 Rashad A.M. Metakaolin as cementitious material: History, scours, production and composition –A comprehensive overview. Constr. Build Mater. 41 (2013) 303–318.
• 30 Prokopski G. Mechanika pękania betonów cementowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, 2009.
• 31 Determination of fracture parameters (KIcS and CTODc) of plain concrete using three-point bend test. RILEM Draft Recommendations, TC 89 - FMT Fracture Mechanics of Concrete Test Methods. Materials and Structures 23, 1990.