Zastosowanie nanowgłębnika Berkovicha do badań warstw stykowych w betonach z dodatkiem popiołów lotnych

• Autorzy: Golewski G. L.

Warianty tytułu

EN

The Application of Berkovich nanoindenter to the study of interfacial transition zone in concretes containing fly-ash

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nanotwardości (HB) w warstwach stykowych (Interfacial Transition Zone - ITZ) betonów z dodatkiem: 0, 20 i 30 % krzemionkowych popiołów lotnych (FA). Do badań wykorzystano kompaktową platformę firmy CSM Instruments. Podczas eksperymentów analizowano obszar w ITZ kruszywa grubego z zaczynem w pięciu punktach pomiarowych, tzn. w odległości: 5, 25, 50, 100 i 150 m od granicy ziarna. Odciski w betonie wykonywano wgłębnikiem Berkovicha z zastosowaniem techniki DSI. Analiza uzyskanych wyników badań wykazała, że 20% dodatek FA powoduje kilkuprocentowy wzrost nanotwardości, natomiast dodatek 30% FA kilkunastoprocentowy spadek HB. Na podstawie rozkładów nanotwardości ustalono, że najbardziej heterogeniczna jest strefa ITZ w odległości 25m od ziarna kruszywa.

EN

The paper presents the results of nanohardness (HB) in the Interfacial Transition Zones (ITZ) of concretes with the addition of 0, 20 and 30% siliceous fly ashes (FA). A compact platform CSM Instruments was used in the testing. An area in the ITZ of coarse aggregates with paste was analysed in the five measurement points during the experiments, i.e. at the distance of: 5, 25, 50, 100 and 150 m from the grain boundary. The indents in concrete were create by Berkovich indenter using DSI technique. Analysis of the results revealed that the 20% additive of FA causes a few percent increase in nanohardness, while 30% FA additive leads to between ten and twenty percent drop of HB. On the basis of nanohardness distributions in particular concretes, it was found that the most heterogeneous one is the ITZ zone within the distance of 25m from the aggregate grain.

Słowa kluczowe

PL

beton; popiół lotny; warstwa stykowa; nanotwardość

EN

concrete; fly ash; interfacial transition zone; nanohardness

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 13, nr 2
• Strony: 85--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Golewski G. L.

• Katedra Konstrukcji Budowlanych, Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika Lubelska

Bibliografia

• 1 Giergiczny Z., Małolepszy J., Szwabowski J., Śliwiński J. Cementy z dodatkami mineralnymi w technologii betonów nowej generacji. Instytut Śląski Sp. z o.o., Opole 2002.
• 2 Golewski G.L. Analiza odporności na pękanie, przy trzecim modelu pękania betonów z dodatkiem popiołów lotnych. Budownictwo i Architektura 12 (3) (2013) 145-152.
• 3 Golewski G.L., Sadowski T. An analysis of shear fracture toughness KIIc and microstructure in concretes containing fly-ash. Construction and Building Materials 51 (2014) 207-214.
• 4 Brandt A.M. Wpływ warstwy przejściowej na właściwości mechaniczne betonów wysokowartościowych (BWW). II Konferencja Naukowo-Techniczna MATBUD’98, Kraków-Mogilany 1998, 21-30.
• 5 Barnes, B.D., Diamond, S., Dolch W.L. The contact zone between Portland cement paste and glass “aggregate” surfaces. Cement and Concrete Research 8 (1978) 233-243.
• 6 Zimbelmann R.A. Contribution to the problem of cement-aggregate bond. Cement and Concrete Research 15 (1985) 801-808.
• 7 Brandt A.M., Kasperkiewicz J. (red.) Metody diagnozowania betonów i betonów wysokowartościowych na podstawie badań strukturalnych. IPPT PAN, Warszawa 2003.
• 8 Kasperkiewicz J., Sobczak M. O możliwości oceny wytrzymałości betonu na podstawie badania mikrotwardości. Cement Wapno Beton 3 (2004) 138-142.
• 9 Lyubimova T.J., Pinus E.R. Crystallization processes in the contact zone between aggregate and matrix in the cement concrete. Kolloidnyi Zhurnal 24 (5) (1962) 578-587 (in Russian).
• 10 Wei S., Mandel J.A., Said S. Study of the interface strength in steel-fiber reinforced cement-based composites. ACI Journal 83 (1986) 597-605.
• 11 Zhu W., Bartos P.J.M. Application of depth-sensing microindentation testing to study of interfacial transition zone in reinforced concrete. Cement and Concrete Research 30 (2000) 1299-1304.
• 12 Wang G., Kong Y., Sun T., Shui Z. Effect of water-binder ratio and fly ash on the homogeneity of concrete. Construction and Building Materials 38 (2013) 1129-1134.
• 13 Duan P., Shui Z., Chen W. Shen Ch. Effects of metakaolin, silica fume and slag on pore structure, interfacial transition zone and compressive strength of concrete. Construction and Building Materials 44 (2013) 1-6.
• 14 Igarashi S., Bentur A., Mindess S. Microhardness testing of cementitious materials. Advanced Cement Based Materials 4 (1996) 48-57.
• 15 Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research 7 (1992) 1564-1583.
• 16 Wang X.H., Jacobsen S., He J.Y., Zhang Z.L., Lee S.F., Lein H.L. Application of nanoindentation testing to study of the interfacial transition zone in steel fiber reinforced mortar. Cement and Concrete Research 39 (2009) 701-715.
• 17 Mondal P., Shah S.P., Marks L.D. Nanoscale characterization of cementitious materials. ACI Materials Journal 105 (2008) 174-179.
• 18 Xiao J., Li W., Sun Z., Lange D.A., Shah S.P. Properties of interfacial transition zone in recycled aggregate concrete tested by nanoindentation. Cement and Concrete Composites 37 (2013) 276-292.
• 19 Trik P., Bartos P.J.M. Micromechanical properties of cementitious composites. Materials and Structures 32 (1999) 388-393.
• 20 Velez K., Maximilien S., Damidot D., Fantozzi G., Sorrentino F. Determination by nanoindentation of elastic modulus and hardness of pure constituents of Portland cement clinker. Cement and Concrete Research 31 (2001) 555-561.
• 21 Glinicki M.A., Kasperkiewicz J., Sobczak M., Zieliński M. Badanie mikrotwardości betonu za pomocą wgłębnika Vickersa. 49 Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Warszawa-Krynica 2003, t. III, 139-146.
• 22 Glinicki M.A., Krzywobłocka-Laurów R., Ranachowski Z., Dąbrowski M., Wołowicz J. Analiza mikrostruktury betonów modyfikowanych dodatkiem popiołów lotnych wapiennych. Drogi i Mosty 2 (2013) 173-189.
• 23 Constantinides G., Ulm F.-J. The effects of two types of C-S-H on the elasticity of cement-based materials: Results from nanoindentation and micromechanical modeling. Cement and Concrete Research 34 (2004) 67-80.
• 24 Mondal P., Shah S.P., Marks L. A reliable technique to determine the local mechanical properties at the nanoscale for cementitious materials. Cement and Concrete Research 37 (2007) 1440-1444.
• 25 Sorelli L., Constantinides G., Ulm F.-J., Toutlemonde F. The nano-mechanical signature of Ultra High Performance Concrete by statistical nanoindentation techniques. Cement and Concrete Research 38 (2008) 1447-1456.
• 26 Zhu W., Hughes J.J. Bicanic N., Pearce Ch.J. Nanoindentation mapping of mechanical properties of cement paste and natural rocks. Materials Characterization 58 (2007) 1189-1198.
• 27 Fischer-Cripps A.C. Nanoindentation. Second Edition. Springer - Verlag, New York, LLC 2010.
• 28 Wang Z.-J., Wang Q., Wei Y.-F. Effects on mineral admixtures and superplasticizers on micro-hardness of aggregate-paste interface in cement concrete. Journal of Shanghai Jiaotong University (Science) 17 (5) (2012) 629-634.