Comparative study on durability properties of engineered cementitious composites with polypropylene fiber and glass fiber

• Autorzy: Ranjith S. , Venkatasubramani R. , Sreevidya V.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2017-0042

Warianty tytułu

PL

Badanie porównawcze właściwości wytrzymałościowych inżynieryjnych kompozytów cementowych z włóknem propylenowym i włóknem szklanym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The durability characteristics of Engineered Cementitious Composites (ECC) with various fibers such as polypropylene and glass were investigated in view of developing composites with high resistance to cracking. ECC offer large potential for durable civil infrastructure due to their high tensile strain capacity and controlled micro-crack width. In this study, fibre volume fractions (0.5%, 1%, 1.5%, and 2%) of both polypropylene and glass fibers varied and durability measures such as a rapid chloride penetration test, sorptivity, water absorption, acid attack, and sulphate attack were measured. Increasing the fiber content up to 1.5% improved the durability properties of ECC. The test results indicate that the glass fiber-reinforced Engineered Cementitious Composites have better durability characteristics than polypropylene fiber-reinforced ECC.

PL

Beton jest jednym z najważniejszych materiałów stosowanych w budownictwie. Zaletą stosowania betonu jest to, że można go formować w dowolnym kształcie i rozmiarze. Ze względu na kruchość betonu, posiada on szerokie właściwości ściskające i słabe napięcie. Kruchość betonu rośnie wraz ze wzrostem zawartości gruboziarnistego kruszywa. Wysoka kruchość betonu może prowadzić do powstawania pęknięć, jeśli beton posiada duże naprężenie. Aby przezwyciężyć ten problem i nadać betonowi wytrzymałość na rozciąganie, podjęto próbę wytworzenia betonu o dużej wytrzymałości na rozciąganie – opracowano mieszankę o nazwie ECC. ECC jest kompozytem wzmocnionym włóknami o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, wysokiej wydajności i średniej zawartości włókien. W porównaniu do 0,1% standardowego betonu, ECC posiada wytrzymałość na rozciąganie w zakresie 3-5%. Powszechnie wiadomo, że dodanie włókien do kompozytów prowadzi do poprawy właściwości mechanicznych. Celem niniejszego badania jest dokonanie oceny właściwości wytrzymałościowych ECC i opracowanie nowej klasy ECC, które posiadają wysoką odporność na pękanie. Początkowo, mieszanka ECC M45 opisana w istniejących zbiorach literackich była traktowana jako podstawa do celów badawczych. Opracowano osiem mieszanek ECC, wytworzonych w procesie monolitycznego dodawania włókna polipropylenowego i włókna szklanego do podstawowej mieszanki w różnych proporcjach frakcji, takich jak 0,5%, 1%, 1,5% i 2% w stosunku do objętości ECC; ponadto przygotowano jedną konwencjonalną mieszankę bez żadnych dodatków włóknistych. Po opracowaniu próbnych mieszanek, stosunek wody do cementu został określony jako wartość 0,54. Dawka superplastyfikatora w ilości 1,3% wagi cementu określonego w teście Marshala została dodana do mieszanki. Wyniki bezpośredniego badania wytrzymałości na ściskanie, przeprowadzonego na próbkach mieszanek ECC, były o 4,2% wyższe niż w przypadku konwencjonalnej mieszanki zapraw. Badanie wytrzymałości na ściskanie zostało przeprowadzone na próbce ECC o wymiarach 70,6 mm oraz na zaprawie cementowej, według IS: 4031-1988 (część 6). Badania wytrzymałościowe, obejmujące działanie siarczanu, działanie kwasu, badanie szybkiego przenikania chlorków, badanie sorpcyjne oraz badania wchłaniania wody zostały przeprowadzone na obu próbkach ECC i konwencjonalnej zaprawy. Wytrzymałość na ściskanie ECC wzrasta aż do 1,5% zawartości włókien w próbce ECC, a następnie maleje. Wytrzymałość na ściskanie ECC wzmocnionego włóknami szklanymi z 1,5% zawartości włókien jest wyższa niż w przypadku wszystkich innych mieszanek. W badaniu działania siarczanu, 90-dniowa wytrzymałość na ściskanie 1,5% próbki ECC wzmocnionej włóknami szklanymi była o 8,2% większa w porównaniu do 1,5% próbki ECC wzmocnionej włóknami polipropylenowymi i o 34% większa w porównaniu do próbki zaprawy. Utrata masy i wytrzymałości na ściskanie w przypadku 1,5% ECC wzmocnionej włóknami szklanymi była mniejsza niż w innych mieszankach poddanych 90-dniowemu działaniu siarczanów i kwasów. 1,5% próbka ECC wzmocniona włóknami szklanymi wchłonęła mniejszą ilość wody w porównaniu z innymi proporcjami mieszanki. Wyniki badania sorpcyjnego jasno pokazują, że 1,5% próbka ECC wzmocniona włóknami polipropylenowymi i 1,5% próbka ECC wzmocniona włóknami szklanymi miały mniej porów w porównaniu do innych mieszanek. Odporność na przepuszczalność chlorków była wyższa w przypadku mieszanki z 1,5% zawartością włókien, w porównaniu do innych mieszanek. Jednakże, ECC zawierająca 1,5% włókien szklanych wykazuje lepsze właściwości wytrzymałościowe niż wszystkie inne mieszanki. W niniejszym badaniu opracowano nową klasę ECC poprzez dodanie 1,5% zawartości włókien szklanych do ECC, która posiada większą odporność na pęknięcia oraz większą wytrzymałość.

Słowa kluczowe

EN

engineered cementitious composites; ECC; polypropylene fibre; glass fiber; durability; fly ash; concrete; cement mortar

PL

kompozyt cementowy; ECC; włókno polipropylenowe; włókno szklane; wytrzymałość; popiół lotny; beton; zaprawa cementowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 63, nr 4
• Strony: 83--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Ranjith S.

• Department of Civil Engineering, Builders Engineering College, Kangayam

autor

Venkatasubramani R.

• Department of Civil Engineering, Mahalingam College of Engineering and Technology, Pollachi

autor

Sreevidya V.

• Department of Civil Engineering, Sri Krishna College of Technology, Coimbatore, India

Bibliografia

• 1. Dhawale A.W., Mrs. Joshi, V.P. “Engineered Cementitious Composites for Structural Application,” International journal of application for innovation in Engineering and Management, 2, pp.198-202, 2013.
• 2. Shuxin Wang., Victor C Li, " High Early strength Engineered Cementitious Composites," ACI Materials journal,103(2),2005.
• 3. Zhigang Zhang, Shunzhi Qian, Hui Ma, "Investigating mechanical properties and self-healing behaviour of micro-cracked ECC with different volume of fly ash," Construction and Building Materials 52,pp.17–23,2014.
• 4. Shuxin Wang.,Victor C Li, "Engineered cementititous composites with High volume fly ash," ACI Materials journal,104(3),pp. 233-241, 2007.
• 5. Victor C. Li., Tetsushi Kanda," Engineered Cementitious Composites for structural applications," ASCEJ.Materials in Civil Engineering, 10(2), pp. 66-69, 1998.
• 6. Liu, Hezhi, Qian Zhang, Victor Li, Huaizhi Su, Chongshi Gu, "Durability study on engineered cementitious composites (ECC) under sulfate and chloride environment." Construction and Building
• 7. Lepech, M. D., Victor C Li, "Large-scale processing of Engineered Cementitious Composites." ACI Materials Journal, 105(4), pp.358-366, 2008.
• 8. Michael.D.Lepech., Victor C Li, "Water Permeability of Engineered Cementitious Composites." Cement & Concrete Composites, 31, pp. 744- 753, 2009.
• 9. Shaikh Faiz Uddin Ahmed., Hirozo Mihashi, " A review on durability properties of strain hardening fibre reinforced cementitious composites (SHFRCC) " Cement & Concrete Composites, 29, pp. 365- 376, 2007.
• 10. Scott Muzenski., Ismael Flores-Vivian., Konstantin Sobolev,"Durability of superhydrophobic engineered cementitious composites." Construction and Building Materials, 81, pp. 291-297, 2015.
• 11. Mustafa Sahmaran., Victor C. Li, ,"Durability of superhydrophobic Engineered Cementitious Composites." Cement and Concrete Research, 39,pp. 1033-1043,2009.
• 12. Gurkhan yildirim, Mustafa Sahmarasan,Muzeyyen Balcikanli, Erdogan Ozbay, Mohamed Lachemi, "influence of cracking and healing on the gas permeability of cementitious composites," Construction and building materials,85,pp.217-256,2015.
• 13. Victor C. Li "On Engineered Cementitious Composites (ECC) A review of the material and its application," Journal of Advanced concrete technology, 1(3),pp.215-230,2003.
• 14. ASTM C642. "Standard test Method for density, absorption, and voids in hardened concrete," American Society for Testing and Materials, USA, 1997.
• 15. Sahmaran Mustafa, Victor C. Li, "Influence of microcracking on water absorption and sorptivity of ECC," Materials and Structures, 42(5), pp.593–603,2009.
• 16. ASTM C1585. "Standard test method for measurement of rate of absorption of water by hydraulic-cement concretes," American Society for Testing and Materials, USA, 2004.
• 17. Ye, Guang. "Percolation of Capillary Pores in Hardening Cement Pastes." Cement and concrete, research, 35(1)pp.167-176,2005.
• 18. ASTM C1202. "Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist cementitious composites (ECC) under sulfate and chloride environment." Construction and Building Materials, Vol.133, pp.171-181,2017.
• 19. Shi, C. "Effect of mixing proportions of concrete on its electrical conductivity and the rapid chloride permeability test (ASTM C1202 or ASSHTO T277) results." Cement and Concrete Research, 34(3), pp.537-545, 2004.
• 20. Yang, CC and CT Chiang. "On the Relationship between Pore Structure and Charge Passed from Rcpt in - Free Cement-Based Materials." Materials chemistry and physics, 93(1) pp. 202-07.