Właściwości kompozytów cementowo-włóknistych z dodatkiem mikrosfer

• Autorzy: Pichór W. , Petri M.

Warianty tytułu

EN

Properties of fiber reinforced cement composites with cenospheres from coal ash

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań kompozytów cementowo-włóknistych z dodatkiem wypełniacza w postaci mikrosfer pozyskiwanych jako uboczny produkt spalania paliw stałych. Mikrosfery są frakcją popiołu lotnego, o formie kulistej, w większości wypadków wypełnionej wewnątrz gazami spalinowymi, powstającą podczas spalania węgla kamiennego w elektrowniach. Ścianki mikrosfer zbudowane są z amorficznej fazy glinokrzemianowej, o dobrej przyczepności do matrycy cementowej. Dzięki właściwościom izolacyjnym i niskiej gęstości objętościowej mikrosfery mogą stanowić atrakcyjny lekki wypełniacz, pozwalający uzyskać kompozyty o zredukowanej gęstości przy zadowalających właściwościach wytrzymałościowych. Zbadano wpływ zawartości mikrosfer przy zmiennej ilości włókien polimerowych na podstawowe cechy użytkowe kompozytów, przede wszystkim właściwości mechaniczne, w tym moduł zniszczenia i wskaźniki odporności na pękanie. Wykonano również obserwacje mikroskopowe SEM ze szczególnym uwzględnieniem strefy kontaktowej mikrosfera-matryca cementowa oraz włókno-matryca cementowa.

EN

The results of investigation the fibers reinforced cement composites with cenospheres as fillers are presented in this paper. Cenospheres are lightweight, thin-walled hollow spheres consisting mainly of silica and alumina filled with air and gasses, and are by-products of the combustion of pulverized coal at the thermal power plants. Some properties of used cenospheres are shown in Table 3. Usually, cenospheres are polluted by ash particles and before application they should be cleaned. Figure 1 shows the difference between cenospheres before and after wet dust separation. They are potentially interesting filler due to their properties and may be used to lightweight cement based composites production. Several series of composites with different amount of fibers and different volume of cenospheres have been prepared in this experiment. But in each case the fibers' volume has been set as proportion to cement matrix content. Mix proportions and properties of fiber used have been presented in Tables 1 and 2, respectively. The influence of cenospheres content on the relative density of composites and the influence on the total open porosity are shown in Figure 2. Relative density of composites linearly drops due to increase of cenospheres volume. Open porosity of such composites may be connected only with cement paste. The effect of cenospheres content on this property may be explained closely by decreasing of cement paste volume in composites. Load-deflection curve for two different series of composites subjected to third-point bending and the method of calculation the toughness indexes I5 and I10 are shown in Figure 3. Figure 4 shows result of mechanical properties investigation of composites. The flexural strength mainly depends on cenospheres content but influence of fiber volume is rather small. However, in the modulus of rupture case his level depends on the cenospheres volume (similar to effect on the flexural strength) and on the fibers content. The role of fibers in fracture process is significant when the brittle cement matrix is broken. According to results obtained in bending test the toughness indexes are calculated, too. A value of each of them mainly depends on fiber type and volume and on properties of matrix. In this case the level of toughness indexes are quite high. The SEM observations of interfacial zone between cenosphere-cement matrix and fiber-cement matrix are presented, too. Figure 6 presents specimen's surface after cracking where broken fibers are visible. Those pictures and SEM observation presented in Figure 7 show the good bonding between fiber and cement matrix and cenospheres and cement matrix, too. The interfacial region between components with porous structure and crystals of portlandite didn't observed. The results show that use of the cenospheres as lightweight filler may be a way to obtain the low or moderate density fiber reinforced cement composites with good mechanical properties.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt cementowo-włóknisty; mikrosfera; właściwości mechaniczne; moduł zniszczenia; włókno

EN

fibre reinforced cement composite; cenosphere; mechanical properties; modulus of rupture; fiber

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 11
• Strony: 319--325
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pichór W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Petri M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Youjiang Wang, Li V., Backer S., Tensile properties of synthetic fiber reinforced mortar, Cement and Concrete Composites 1990, 12, 29-40.
• [2] Pichór W., Dyczek J., Budowa strefy kontaktowej włóknozaczyn w kompozytach cementowych z włóknami polimerowymi, Mat. konf. Materiały budowlane - nowe kierunki w chemii i technologii, AGH, Kraków 1999, 268-283.
• [3] Pichór W., Dyczek J., Early formation of the interfacial zone in FRC with PAN fibers, Proceedings of the International Symposium Brittle Matrix Composites 5, Warsaw 1997, 74- 79.
• [4] Diamond S., Huang J., The interfacial transition zone: reality or myth? The Interfacial Transition Zone in Cementitious Composites, London 1998, 3-39.
• [5] Suryavanshi A.K., Swamy R.N., Development of lightweight mixes using ceramic microspheres as fillers, Cement and Concrete Research 2002, 32, 1783-1789.
• [6] Lilkov V., Djabarov N., Bechev G., Kolev K., Properties and hydration products of lightweight and expansive cements. Part I. Physical and mechanical properties, Cement and Concrete Research 1999, 29, 1635-1640.
• [7] Lilkov V., Djabarov N., Bechev G., Petrov O., Properties and hydration products of lightweight and expansive cements. Part II. Hydration products, Cement and Concrete Research 1999, 29, 1641-1646.
• [8] Matyszewski T., Bania A., Mickiewicz D., Właściwości be-tonów piaskowych z dodatkiem mikrosfer, CementWapno--Gips 1986, 2-3, 53-55.
• [9] Kolay P.K., Singh D.N., Physical, chemical, mineralogical and thermal properties of cenospheres from an ash lagoon, Cement and Concrete Research 2001, 31, 539-542.
• [10] Fisher G.L., Chang D.P.Y., Brummer M., Fly ash collected from electrostatic precipitators: Microcrystalline structures and they mystery of the spheres, Science 1976, 192, 553- -555.
• [11] Matsunaga T., Kim J.K., Hardcastle S., Rohatgi P.K., Crystallinity and selected properties of fly ash particles, Materials Science and Engineering 2002, A325, 333-343.
• [12] Pichór W., Petri M., Właściwości mikrosfer pozyskiwanych jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego, Prace Komisji Nauk Ceramicznych PAN, Ceramika/Ceramics 2003, 80, 705-710.
• [13] Pichór W., Petri M., Duszak S., Pec M., Odporność termiczna mikrosfer pozyskiwanych jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego, Prace Komisji Nauk Ceramicznych PAN, Ceramika/Ceramics 2003, 80, 711-716.
• [14] ASTM C1018-97 Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber-Reinforced Concrete.