Autoklawizowane kompozyty cementowe z mikrosferami glinokrzemianowymi zbrojone włóknami wollastonitowymi

• Autorzy: Pichór W. , Różycka A.

Warianty tytułu

EN

Lightweight autoclaved cement based composites reinforced with wollastonite fibers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań lekkich kompozytów cementowych otrzymanych metodą autoklawizacji, w których jako wy pełniacz zastosowano mikrosfery glinokrzemianowe, będące ubocznym produktem spalania węgla kamiennego w klasycznych paleniskach kotłów energetycznych. Matryca cementowa została zmodyfikowana poprzez dodatek włókien wollastonitowych naturalnych oraz syntetycznych. Włókna syntetyczne otrzymano poprzez obróbkę termiczną xonotlitu, który otrzymano w reakcji CaO i SiO2, prowadzonej w warunkach hydrotermalnych w 240°C. Przeanalizowano wpływ ilości oraz rodzaju włókien wollastonitowych na gęstość pozorną, wytrzymałość na zginanie oraz krytyczny współczynnik intensywności naprężeń KIc. Gęstość pozorna kompozytów w głównej mierze jest wynikiem wprowadzenia do matrycy cementowej mikrosfer. Nie zaobserwowano istotnego wpływu włókien wollastonitowych na gęstość pozorną. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono wzrost wytrzymałości na zginanie w stosunku do próbek odniesienia przy zawartości 2% obj. syntetycznych włókien wollastonitowych oraz 6% obj. włókien wollastonitu naturalnego. Uzyskano niewielki wzrost odporności na kruche pękanie kompozytów w stosunku do próbek bez dodatku włókien. Największą wartość współczynnika intensywności naprężeń odnotowano w przypadku dodatku wollastonitu syntetycznego przy zawartości 6% obj. W przypadku próbek z wollastonitem naturalnym zaobserwowano obniżenie wartości KIc. Wollastonit syntetyczny otrzymany z xonotlitu jako prekursora może znaleźć zastosowanie jako dodatek zbrojący kompozyty cementowe w ograniczonym zakresie związane z problemem równomiernego rozprowadzania włókien w matrycy.

EN

The results of investigation the lightweight cement composite with cenospheres from coal ash reinforced with wollastonite fibres are presented in this paper. Cenospheres are lightweight, thin-walled amorphous 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. The properties of cenospheres make possible to use them either in dry or in wet slurry form. They are potentially interesting filler due to their properties and may be used to lightweight cement based composites production. In this study the volume of cenospheres added to all series of samples were constant and was 65%. Cement matrix of composites were modified by adding different amount of wollastonite fibers (from 0 to 10% vol. respectively). Two kinds of wollastonite were used: natural fibres with different shape and size of crystals and synthetic one. Synthetic wollastonite were obtained from thermal dehydration of xonotlite (calcium silicate hydrate) at 1000°C. Precursor of wollastonite was made by hydrothermal synthesis of SiO2 and CaO reagents at 240°C for 24 h. The thermal treatment led to phase change of xonotlite to wollastonite fibres with needle-like shape similar to the xonotlite fibres. Samples were formed form cement paste without pressing and after 24 h of hydration at 20°C and 100% RH the composites were autoclaved during hydrothermal process at 180°C for 12 h. The bulk density, flexural strength and stress intensity factor KIc of fiber reinforced cement composites with cenospheres vs. fibers volume were investigated. The stress intensity factor were calculated from results obtained during three-point bending test of notched samples. The influence of fibres content on the bulk density of composites are insignificant. Mechanical results show that the major effect of strengthening of composites were about 2% vol. for samples reinforced with synthetic wollastonite and 6% vol. for natural wollastonite fibres. The stress intensity factor increased due to synthetic fibres volume up to 6% vol. The results show that synthetic wollastonite are promising reinforcement for lightweight cement composites but in case of large volume of fibres the main problem is homogenous distribution of fibres.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty cementowo-włókniste; wollastonit; włókno; mikrosfera; właściwości mechaniczne

EN

fiber-reinforced cement composites; wollastonite; fibers; cenospheres; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 4
• Strony: 344--348
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pichór W.

autor

Różycka A.

• 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] Low N.M.P., Beaudoin J.J., Mechanical Properties of High Performance Cement Based Binders Reinforced with Wollastonite Micro-Fibres, Cement and Concrete Research 1992, 22,981-989.
• [3] Yiping Ma, Beirung Zhu, Muhua Tan, Properties of ceramic fiber reinforced cement composites, Cement and Concrete Research 2005, 35, 296-300.
• [4] Beaudoin J.J., Ping Gu, Lin W., Flexural behavior of cement systems reinforced with high aspect ratio aragonite micro-fibres, Cement and Concrete Research 1996, 26, 1775-1777
• [5] Janiec A., Dyczek J., Charakterystyka wollastonitu otrzymanego z xonotlitu i tobermorytu, Ceramika/Ceramics 2008, 103/2, 1223-1228.
• [6] 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.
• [7] Fisher G.L., Chang D.P.Y., Brummer ML, Fly ash collected from electrostatic precipitators: Microcrystalline structures and they mystery of the spheres, Science 1976, 192, 553-555.
• [8] 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.
• [9] Pichór W., Petri M., Właściwości mikrosfer pozyskiwanych jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego, Ceramika/Ceramics 2003, 80, 705-710.
• [10] Matyszewski T., Bania A., Mickiewicz D., Właściwości betonów piaskowych z dodatkiem mikrosfer. Cement-Wapno-Gips 1986, 2-3, 53-55.
• [11] 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.
• [12] Suryavanshi A.K., Swamy R.N., Development of light-weight mixes using ceramic microspheres as fillers, Cement and Concrete Research 2002, 32, 1783-1789.
• [13] Pichór W., Petri M., Właściwości kompozytów cementowo-włóknistych dodatkiem mikrosfer, Kompozyty (Composites) 2004, 4, 11,319-325.
• [14] Pichór W., The interfacial transition zone between filler and matrix in cement based composites with cenospheres, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 3, 71-76.
• [15] Pichór W., Kierunki wykorzystania w budownictwie mikrosfer glinokrzemianowych powstających jako uboczny produkt spalania węgla kamiennego, Materiały Ceramiczne 2005, 4, 160-165.
• [16] Wnuk M.P., Podstawy mechaniki pękania, SU 585, Wyd. AGH, Kraków 1977.
• [17] Higgins D.D., Bailey J.E., Fracture measurements of cement paste, Journal of Materials Science 1976, 11, 1995-2003