Badania nad wykorzystaniem laminatów węglowych do wzmacniania kształtek betonowych

• Autorzy: Piekarczyk J. , Macherzyńska B. , Błażewicz S.

Warianty tytułu

EN

Study on application of carbon fibers laminates for strenthening of concrete samples

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było wytwarzanie laminatów z żywic epoksydowych i włókien wysokomodułowych oraz zastosowanie ich do wzmocnienia próbek wykonanych z betonu i zaprawy cementowej. Zastosowano cztery rodzaje włókien węglowych różniących się wartościami modułu Younga, w zakresie od 230 GPa (T-230) do 960 GPa (K-950) (tab. 1, rys. 1). Właściwości sprężyste włókien węglowych, żywic epoksydowych i laminatów były wyznaczane na podstawie badań ultradźwiękowych (rys. 2, tab. 3). Kształty próbek użytych do badań właściwości mechanicznych przedstawiają rysunki 4-6. Laminaty z włóknami węglowymi otrzymano drogą impregnacji wiązek włókien roztworem żywicy epoksydowej. Następnie, jednokierunkowe wiązki układano w formie metalowej, usuwano nadmiar żywicy pod ciśnieniem (około 30 atm.) i uformowane laminaty utwardzano w temperaturze pokojowej. Mikrofotografie przekroju poprzecznego otrzymanego kompozytu pokazano na rysunku 7. W zależności od typu włókien węglowych i ich udziału objętościowego otrzymano laminaty kompozytowe mające różne wartości modułu Younga (tab. 3). Wyniki testów mechanicznych różnych jednokierunkowych kompozytów laminatowych wykazały, że wartości modułu Younga mieściły się w zakresie od 95 do 595 GPa. Badania przyczepności laminatów do powierzchni próbek betonowych określone metodą ścinania wykazały, że wartość wytrzymałości na międzywarstwowe ścinanie wynosi 5,8 +/-0,78 MPa. Wzrost wytrzymałości na zginanie próbek wykonanych z zaprawy cementowej i próbek betonowych wyniósł od 7 do 14 razy w porównaniu do próbek bez wzmocnienia. Badania wpływu środowiska wodnego na właściwości mechaniczne próbek cementowych z przyklejonymi laminatami nie wykazały straty wytrzymałości w teście zginania w okresie dwóch miesięcy.

EN

The aim of this work was the manufacture of high-modulus carbon fibers - based cpoxy resin laminates and application them for strengthening of samples made of concrete and cement mortar. Four types of carbon fibres were used in this work, varying in Young modulus from 230 GPa (T-230) to 960 GPa (K-950) (Tab. 1, Fig. 1). The elastic properties of fibres, epoxy resin and laminates were calculated by using ultrasonic method (Fig. 2, Tables 2 and 3). Figures 4-6 demonstrate the shapes of samples for studying the mechanical properties. The carbon fibers - based laminates were obtained by impregnation of carbon fibres tows with cpoxy resin solution. Subsequently, unidirectional fibrę composite tapes were formed under compression (30 atm) to reduce an excess of resin followed by the curing of the lamiuates at room temperature. Figure 7 shows photomicrograph of cross section area of the composite. Composite laminates having different values of Young modulus were prepared, depending upon the type of carbon fibres reinforcement and its volume fraction (Tab. 3). Mechanical tests results from the various unidirectional composite laminates showed that the values of Young's modulus ranged from 90 to 595 GPa. Adhesion assessment of laminates to the concrete samples surfaces indicated that the interlaminar shear strength is 5.8+/-0.78 MPa. An increase of flexural strength of cement mortar and concrete samples strengthened with laminates from 7 to 14-times was obtained, as compared to the as-received cement samples. The effect of water exposure of cement samples with glued laminates on mechanical properties revealed that no loss in flexural strength occurred within the time of two months.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt polimerowy; włókno węglowe; wzmacnianie; beton; właściwości mechaniczne

EN

polymer laminate; carbon fiber; concrete strengthening; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 2
• Strony: 33--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Piekarczyk J.

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

autor

Macherzyńska B.

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

autor

Błażewicz S.

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

Bibliografia

• [1] Donnet J.B., Bansal R.C., Carbon Fibres, Marcel Dekker, New York and Basel 1990.
• [2] Gaier J.R., Slabe M.E., Stahl M., Effect of heat-treatment temperature of vapour-grown graphite fibres, Synthetic Metals 1989, 31, 241-249.
• [3] Gaier J.R., Slabe M.E., Shaffer N., Stability of the electrical resistivity of bromine, iodine monochloride, copper (II) chloride, and nickel (II) chloride intercalated pitch-based graphite fibres, Carbon 1988, 26, 3, 381-387.
• [4] Błażewicz S., Piekarczyk J., Chłopek J., Błocki J., Michałowski J., Stodulski M., Żychowski P., Effect on neutron irradiation on mechanical properties of graphite fibres-based composites, Carbon 2002, 40, 721-727.
• [5] Fukuyama K., Higashibata Y., Miyauchi Y., Studies on repair and strengthening methods of damaged reinforced concrete columns, Cement and Concrete Composites 2000.
• [6] Brandt A.M., Zastosowanie włókien jako uzbrojenia w elementach betonowych, Konferencja Beton na progu nowego millenium 2000.
• [7] Brandt A.M., O zastosowaniu uzbrojenia i sprężania konstrukcji prętami, cięgnami i taśmami z materiałów kompozytowych, Konferencja Beton na progu nowego millenium 2000.
• [8] Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP systems for Strengthening Concrete Structures, Reported by ACI Committee 440, ACI 440.2R.
• [9] Ogawa H., Architectural application of carbon fibres, Carbon 2000, 38, 2, 211-226.
• [10] Meier U., Strengthening of structure using carbon fibres epoxy composites, Constructional and Building Materials 1995, 9, 6.
• [11] Kamińska M.E., Kotynia R., Doświadczalne badania żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP, Katedra Budownictwa Betonowego, Zeszyt 9, Politechnika Łódzka, Łódź 2000.
• [12] Siwowski T., Radomski W., Pierwsze krajowe zastosowanie taśm kompozytowych do wzmocnienia mostu, Inżynieria i Budownictwo 1998, 7, 382-388.
• [13] Czarnecki L., Emmons P.H., Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych. Polski Cement, Kraków 2002.
• [14] Furtak K., Koncepcja wzmacniania żelbetowych belek mostu matami kompozytowymi z włókien węglowych, Konferencja Nauk.-Techn. nt. Materiały kompozytowe.
• [15] Yagi K., Tanaka T., Jinnai T., Experimental studies on strengthening of prestress concrete beams with carbon fiber sheet, Proceedings of the First International Conference on Composites in Infrastructure, Tucson, AZ 1996.
• [16] Hiroshi F., Shunsuke Sugano, Japanese seismic rehabilitation of concrete buildings after the Hyogoken - Nanbu Earthquake, Cement and Concrete Composites 2000, 22, 59-79.
• [17] Kunio F., Yasuo H., Yasuyoshi M., Studies on repair and strengthening methods of Damaged Reinforced Concrete Columns, Cement and Concrete Compositions 2000, 22, 81-89.
• [18] Piekarczyk J., Zastosowanie metody ultradźwiękowej do pomiaru modułu Younga włókien ceramicznych, Inżynieria Materiałowa 1984, 5, 9-13.
• [19] Piekarczyk J., Własności włókien węglowych i grafitowych, monografia - Włókna węglowe (red. R. Pampuch), Wyd. AGH, Kraków 1986, 191-245.
• [20] Piekarczyk J., Hennicke H.W., Pampuch R., On determining the elastic constants of porous zinc ferrite materials, cfi/Ber.D.K.G. 1982, 59, 4, 227-232.