Mikrostruktura uszkodzeń w kompozytach betonowych z osnowami cementowymi

• Autorzy: Golewski G.L.

Warianty tytułu

EN

Microstructure of damages in the concrete composites with cement matrixes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Scharakteryzowano budowę kompozytów betonowych z osnowami cementowymi w kontekście ich podatności na kruche uszkodzenia. Opisano budowę warstwy stykowej pomiędzy osnową a inkluzjami, która, będąc najsłabszym miejscem w betonie, inicjuje uszkodzenia w jego strukturze. Przedstawiono podstawowe przyczyny rozwoju pęknięć w betonie oraz opisano miejsca ich występowania. Analiza wykonanych zdjęć skaningowych (kompozytów po zniszczeniu) dowodzi, iż o destrukcji materiału decyduje postępujący wraz z narastającym obciążeniem zewnętrznym rozwój szczelin prostych i skrzydłowych. Etapy ich progresji powiązano z poziomami naprężeń krytycznych [delta]I i [delta]II. Szczeliny proste pojawiają się w kompozycie przy przekroczeniu pierwszego poziomu naprężeń, natomiast wzrost szczelin skrzydłowych następuje, gdy naprężenia krytyczne osiągną poziom [delta]II. Dalszy rozwój uszkodzeń w materiale przebiega w sposób niekontrolowany, prowadząc w konsekwencji do szybkiej jego destrukcji przy nawet niewielkim wzroście obciążenia. Rozwój mikroszczelin ma decydujący wpływ na końcowe makroskopowe odkształcenia betonu. W celu zapobiegania pojawianiu się defektów w strukturze kompozytu możliwe jest wykorzystanie nanotechnologii w technologii betonu. Wówczas wprowadza się do mikrostruktury betonu niereaktywne bądź reaktywne nanocząstki w postaci np. popiołów lotnych, pyłów krzemionkowych i mikrowłókien, krzemionki strąceniowej lub nanokrzemionki. Stosować można również koncepcję betonów samonaprawialnych poprzez wprowadzenie do początkowej struktury kompozytu mikrokapsułek wypełnionych żywicą epoksydową. Innym rodzajem aktywnego nanomodyfikatora mogą być laseczkowe bakterie glebowe Bacillus Pasteurii.

EN

The structure of the concrete composites with cement matrixes has been characterized in the article in the context of their susceptibility to brittle damages. The structure of the interfacial transition zone between the matrix and inclusions has been described. As the weakest place in the concrete, the interfacial transition zone is of decisive importance for the process of defect initiation in the concrete structure. Basic causes of defect development in concrete have been presented as well as the places of defect occurrence have been described. The analysis concerning scan images (images of destructed composites) proves that the development of straight and wing-type cracks (progressing in accordance with the increase of external load) is the decisive factor for destruction of material. The stages of cracks progression have been combined with the levels of critical stresses [delta]I and [delta]II. Straight cracks occur in the composite when the first stress level is exceeded while the increase of wing-type cracks takes place when critical stresses reach the level of [delta]II. Further development of material defects progresses in an uncontrolled manner and consequently leads to rapid destruction of material even in case of a small load increase. Development of microcracks has a decisive influence on final macroscopic deformations of concrete. In order to prevent occurrence of defects in the composite structure, it is possible to employ nanotechnology in the concrete production technology. For this purpose, non-reactive or reactive nanomolecules (e.g. in the form of fly ash, silica fume and microfibres, precipitated silica or nanosilica) are introduced to the concrete microstructure. The concept of self-repairing concrete can be also applied that consists in introducing microcapsules filled with epoxide resin into the initial structure of the composite. Bacillus Pasteurii soil bacteria can be used as another type of active nanomodifier.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt betonowy; kruchość betonu; szczelina prosta; szczelina skrzydłowa; naprężenie krytyczne; nanomodyfikacja

EN

concrete composite; brittleness of concrete; straight crack; wing crack; critical stress; nanomodification

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 1
• Strony: 93--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz.

Twórcy

autor

Golewski G.L.

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Budowlanej i Sanitarnej, ul. Nadbystrzycka 40, 20-618 Lublin,

Bibliografia

• [1] Czarnecki L., Kurdowski W., Tendencje kształtujące przyszłość betonu, Konferencja Naukowo-Techniczna „Dni Betonu", Polski Cement Sp. z o.o., Wisła 2006, 47-64.
• [2] Braszczyńska-Malik K.N., Pędzich Z, Pietrzak K., Posłaniec Z., Sterzyński T., Szweycer M., Problemy terminologii w kompozytach i wyrobach kompozytowych, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 1, 19-24.
• [3] Ochelski S., Metody doświadczalne mechaniki kompozytów konstrukcyjnych, WNT, Warszawa 2004.
• [4] Jamroży Z., O systematyce nazewnictwa związanego z betonem, Inżynieria i Budownictwo 2002, 11, 616-619.
• [5] Elsharief A., Cohen M.D., Olek J., Influence of aggregate size, water cement ratio and age on the microstructure of the interfacial transition zone, Cement and Concrete Research 2003,33, 11, 1837-1849.
• [6] Kucharska L., W/C - wskaźnik wpływu warstwy przejściowej na właściwości mechaniczne betonów zwykłych i BWW i ich podział, Cement Wapno Beton 1999, 2, 39-45.
• [7] Brandt A.M., Wpływ warstwy przejściowej na właściwości mechaniczne betonów wysokowartościowych (BWW), II Konferencja Naukowo-Techniczna Zagadnienia materiałowe w inżynierii lądowej MATBUD 98, Kraków 1998, 21-30.
• [8] Kucharska L., Kształtowanie struktury wysokosprawnych betonów, Rola dodatków i domieszek, Przegląd Budowlany 1992, 8-9, 351-354.
• [9] Monteiro P.J.M., Mehta P.K., Ettringite formation on aggregate - cement paste interface, Cement and Concrete Research 1985, 15, 2, 378-380.
• [10] Moczko A., Emisja akustyczna w badaniach betonu, Inżynieria i Budownictwo 1996, 1, 42-46.
• [11] Hoła J., Moczko A., Pyszniak J., Możliwości wykorzystania metody emisji akustycznej w badaniach betonu, Przegląd Budowlany 1998, 11, 477-479.
• [12] Piasta W.G., Sawicz Z., Piasta J., Sulfate durability of concretes under constant sustained load, Cement and Concrete Research 1989, 19,216-220.
• [13] Piasta W.G., Concrete durability as the function of stress level in sulphate attack, Archives of Civil Engineering 1996, 1,29-45.
• [14] Piasta WG., Sawicz Z., Goprowski G., Trwałość obciążonego betonu w warunkach agresywności chemicznej, Inżynieria i Budownictwo 1996, 6, 368-369.
• [15] Golewski G., Sadowski T., Odporność na pękanie betonów z kruszywami naturalnymi i łamanymi, Przegląd Budowlany 2005, 10, 31-37.
• [16] Golewski G.L., Wpływ matrycy cementowej na kruche uszkodzenia betonu, Drogownictwo 2007, 12, 355-358.
• [17] Basista M., Gross D., The sliding crack model of brittle deformation: An internal vaoable approach, International Journal of Solids and Structures 1998, 35, 487-509.
• [18] Hori H., Nemat-Nasser S., Compression - induced micro-crack growth in brittle solids: axial splitting and shear failure, Journal Geophysics Research 1985, 90, 3105-3125.
• [19] Yu S., Feng X., A micromechanics - based damage model for microcracks - weakened brittle solids, Mechanics of Materials 1995, 20, 59-76.
• [20] Nemati K.M., Monteiro P.J.M., Scrivener K.L., Analysis of compressive stress - induced cracks in concrete, ACI Materials Journal 1988, 95, 617-630.
• [21] Golewski G.L., Wykorzystanie programu T-FLEX do analizy rozwoju pęknięć w kompozytach betonowych, Materiały Budowlane 2007, 12, 14-16.
• [22] Golewski G., Sadowski T., Mechanizm zniszczenia kompozytów betonowych przy ściskaniu w aspekcie teorii naprężeń krytycznych, Przegląd Budowlany 2006, 5, 26-33.
• [23] Sadowski T., Golewski G., Effect of aggregate kind and graining on modelling of plain concrete under compression, Computational Materials Science, (2008) in press; doi: 10.1016/j.commatsci.2007.07.037
• [24] Golewski G., Sadowski T., Analiza uszkodzeń betonów na mineralnych kruszywach naturalnych i łamanych z wykorzystaniem metod mikroskopii skaningowej, Inżynieria Materiałowa 2007, 1,33-38.
• [25] Golewski G.L., Analiza uszkodzeń w warstwie stykowej kruszywo - zaczyn kompozytów betonowych, Przegląd Budowlany 2008, 3 (w druku).
• [26] Czarnecki L., Nanotechnologia - wyzwaniem inżynierii materiałów budowlanych, Inżynieria i Budownictwo 2006, 9, 465-469.
• [27] Czarnecki L., Czy nanotechnologia to przyszłość betonu? Materiały Budowlane 2007, 11, 4-5.
• [28] Rodriguez-Navarro C, Rodriguez-Gallego M., Ben Chekroun K., Gonzales-Munoz M.T., Conservation of ornamental stone by myxococcus xanthus - induced carbonate bio-mineralization, Applied and Environmental Microbiology 2003, 69, 4, 2182-2193.