Badania betonów z proszków reaktywnych

• Autorzy: Grzeszczyk S. , Matuszek-Chmurowska A.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0011.8052

Warianty tytułu

EN

Investigation of Reactive Powder Concrete (RPC)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań betonu z proszków reaktywnych (RPC). Optymalizację składu mieszanki betonowej mającej na celu największy stopień upakowania ziaren w przestrzeni przeprowadzono w oparciu o krzywą optymalnego uziarnienia wg Funka dla d_max = 1000 μm oraz d_min = 0,1μm. W optymalizacji składu uwzględniono cement, pyły krzemionkowe, mączkę i piasek kwarcowy. Stosowano dodatek włókien stalowych w ilości około 25% masowych. Niski stosunek wody do spoiwa wynoszący 0,2 uzyskiwano poprzez stosowanie najnowszej generacji superplastyfikatorów na bazie polikarboksylanów. Mieszanka RPC utrzymywała płynną konsystencję w czasie 1 godziny. Średnica rozpływu określona wg normy PN-EN 1015-3 po czasie 60 minut wynosiła 250 mm. Stwardniały beton RPC charakteryzował się wysoką wytrzymałością i trwałością. Wytrzymałość na ściskanie już po dwóch dniach osiągała 145 MPa, a po 28 dniach około 200 MPa. Natomiast wytrzymałość na zginanie wynosiła ponad 50 MPa. Beton po 56 cyklach zamrażania i odmrażania w roztworze soli odladzającej wykazał minimalne złuszczenia solne wynoszące zaledwie 0,0007 kg/m². Pozwala to określić jego mrozoodporność jako bardzo dobrą, biorąc pod uwagę kryterium według normy PKN-CEN/TS 12390-9. Badania mikrostruktury betonu RPC za pomocą mikroskopii skaningowej wykazały, że dominującą fazą jest amorficzna faza uwodnionych krzemianów wapniowych (C-S-H). W większości przypadków pokrywa ziarna kwarcu i wykazuje z nimi ścisły kontakt. Obserwuje się również dobry kontakt tej fazy z nieprzereagowanymi ziarnami cementu. Stwierdzono także występowanie monosiarczanu (AFm). Mikrostruktura betonu jest zwarta, sporadycznie obserwowano pory o wielkości kilkunastu mikrometrów. Wyniki badań porowatości betonu RPC uzyskane za pomocą porozymetru rtęciowego wykazały prawie dwukrotne zmniejszenie porowatości całkowitej betonu w czasie dojrzewania od 2 do 28 dni (od 10,9% do 4,4%). W mikrostrukturze RPC stwierdzono zdecydowaną przewagę mezoporów o małej średnicy, poniżej 20 nm, których ilość wzrasta od 39,8% do 77,1% w czasie od 2 do 28 dni. Na podstawie otrzymanych wyników badań betonu RPC oraz danych literaturowych stwierdzono, że RPC może być alternatywą dla innych materiałów o zwiększonej odporności na wybuchy.

EN

Results of investigations of reactive powder concrete (RPC) are presented in the paper. Optimization of the concrete composition was performed to achieve the highest degree of grains packing based on the optimal graining curve according to Funk for d_max = 1000 μm and d_min = 0.1 μm. Cement, silica fume, quartz and sand powder were considered in the composition. Steel fibers addition of 25% by mass was applied. A very low water-to-binder ratio, amounting to 0.2, was reached applying novel generation of superplasticizers based on polycarboxylates. The RPC mixture remained fluid during 1 hour. The diameter of slump flow according to PN-EN standard amounted to 250 mm after 60 minutes. The hardened concrete RPC displayed high strength and durability. Compressive strength reached 145 MPa after 2 days and about 200 MPa after 28 days; the bending strength exceeded 50 MPa after 28 days. After 56 freezing/defrosting cycles in the deicing salt solution, the concrete has shown minimal salt scaling of only 0.0007 kg/m². Therefore, frost resistance of the concrete studied can be rated as very good according to PN-EN standard. The SEM pictures proved the amorphous phase of hydrated calcium silicates (C-S-H) is the dominant phase within the RPC microstructure. Usually, the C-S-H phase tightly covers the quartz grains and is in close contact with the unreacted cement grains. Crystallites of the monosulphate (AFm) were also found. The concrete microstructure was compact; pores of a few micrometers were rarely observed. The RPC porosity was measured using the mercury porosimetry. Porosity reduction by almost twice (from 10.9% down to 4.4%) was found after the RPC curing from 2 to 28 days. In the same period, a fraction of small mezopores (diameter below 20 nm) increased from 39.8% to 77.1%. Based on the research results data, presented the RPC concrete can be regarded as an interesting alternative to other construction materials of enhanced explosion resistance.

Słowa kluczowe

PL

beton z proszków reaktywnych; wytrzymałość; trwałość; wybuch

EN

Reactive Powder Concrete; strength; durability; explosion resistance

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 127--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Grzeszczyk S.

• Politechnika Opolska, Wydział Budownictwa i Architektury, ul. Katowicka 48, 45-061 Opole

autor

Matuszek-Chmurowska A.

• Politechnika Opolska, Wydział Budownictwa i Architektury, ul. Katowicka 48, 45-061 Opole

Bibliografia

• [1] Grzeszczyk S., Betony nowej generacji z proszków reaktywnych, Biuletyn WAT, vol. 64, nr 3, 2015, s. 103-111.
• [2] Richard P., Cheyrezy M., Composition of Reactive Powder Concretes, Cement and Concrete Research, vol. 25, 1995, s. 1501-1511.
• [3] Kurdowski W., Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2010.
• [4] So H., Jang H., Khulgadai J., So H-y., Mechanical properties and Microstructure of Reactive Powder Concrete using Ternary Pozzolanic Materials at Elevated Temperature, ESCE Journal of Civil Engineering, 19/4, 2015, s. 1050-1057.
• [5] Zdeb T., Ultra-high performance concrete - properties and technology, Bulletin of the Polish Academy of Science, Technical Science, vol. 61, no. 1, 2013, s. 183-193.
• [6] Funk J., Dinger D., Predictive process control of crowded particulate suspensions - applied to ceramic manufacturing, Kluwer Academic Publishers - Boston/ Dordrecht/ London, 1994.
• [7] Zdeb T., Śliwiński J., The influence of selected material and technological factors on mechanical properties and microstructure of reactive powder concrete (RPC), Archives of Civil Engineering, vol. 57, no. 2, 2011, s. 227-246.
• [8] Lukasik J., DUCTAL®: Ultra-High Performance Concrete with Ductility, Science of Cement and Concrete, Kurdowski Symposium, Kraków, 2000, 331-332.
• [9] PN-EN 1015-3 Metody badań zapraw do murów - Część 3: Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu).
• [10] PN-EN 1015-11 Metody badań zapraw do murów - Część 11: Określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie stwardniałej zaprawy.
• [11] PKN-CEN/TS 12390-9 Badania betonu - Część 9: Oznaczanie odporności na zamrażanie i rozmrażanie w obecności soli odladzających - Złuszczanie.
• [12] Neville A.M., Właściwości betonu, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków, 2012.
• [13] Cichocki K., Domski J., Katzer J., Ruchwa M., Elementy betonowe odporne na uderzenia z niekonwencjonalnym zbrojeniem, Rocznik Ochrona Środowiska, vol. 16, nr 2, 2014.
• [14] Bengar H.A., Yavari M.R., Simulation of the Reactive Powder Concrete (RPC) Behavior Reinforcing with Resistant Fiber Subjected to Blast Load, Rehabilitation in Civil Engineering, vol. 4, Issue 1, 2016, s. 63-77.
• [15] Kim J.H.J., Yi N.H., Oh I.S., Lee H.S., Choi J.K., Cho Y.G., Blast loading response of ultra high performance concrete and reactive powder concrete slabs, Proceedings of Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, 2010, s. 1715-1722.
• [16] Ruchwa M., Ocena odporności konstrukcji żelbetowej na działanie wybuchu, Biuletyn WAT, vol. 59, nr 4, 2010.
• [17] Perry V., Krisciunas R., Stofko B., Mackenzie River twin bridges: North America’s largest fieldcast ultra-high-performance concrete connections project, PCI Journal, 2014, s. 40-48.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

2. Artykuł został opracowany na podstawie referatu wygłoszonego na XXXI Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Inżynieria bezpieczeństwa - Ochrona przed skutkami nadzwyczajnych zagrożeń, EKOMILITARIS 2017”, Zakopane 12-15.09.2017.