Surface free energy of high performance concrete with addition of polypropylene fibers

• Autorzy: Smarzewski P. , Barnat-Hunek D.

Warianty tytułu

PL

Swobodna energia powierzchniowa betonu wysokowartościowego z dodatkiem włókien polipropylenowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study of the physical and mechanical properties of high performance concrete with polypropylene fiber was presented in the paper. Its basic characteristics and physical strength were defined, i.e.: absorbability, density, open porosity, compressive strength, splitting tensile strength, flexural tensile strength and modulus of elasticity. The use of polypropylene fibers results in different wetting and adhesion properties of high performance concrete. The wetting properties of the concretes were determined by measuring the contact angle of their surfaces using two measuring liquids: water and glycerin. Measurements were carried out three times: at the time of application of drops after 0, 5 and 40 minutes. On this basis, the total surface free energy (SFE) was determined. The SFE polar and dispersion components were defined using the Owens-Wendt method. By analyzing the examination results, it can be noticed that the contact angle values depend on the type of concrete. The results of contact angle measurements proved that all the glycerine contact angles (θg) were higher than the water contact angles (θw), and they decreased in the course of time. The highest contact angle was shown for concrete without fibers both at the beginning of the tests and after 40 minutes. The smallest contact angle with water was obtained by the concrete with the smallest addition of fibers. The biggest SFE difference was observed for the lowest fiber content of 0.5%. This is due to the physical characteristics of this concrete. The concrete with the 0.5% addition of fibers is characterized by the highest porosity, absorptivity, and the lowest density among the tested concretes. This indicates increased wettability and increased adhesion properties. Based on the SEM study, the microstructure and distribution of cracks and pores in high performance fiber reinforced concretes were shown.

PL

Przedstawiono badania właściwości fizycznych i mechanicznych betonu wysokowartościowego z włóknem polipropylenowym. Określono jego podstawowe charakterystyki wytrzymałościowe i fizyczne, tj.: nasiąkliwość, gęstość objętościową, porowatość otwartą, wytrzymałości na ściskanie, na rozciąganie przez rozłupywanie, na rozciąganie przy zginaniu oraz moduł sprężystości. Zastosowanie włókien polipropylenowych prowadzi do uzyskania odmiennych właściwości zwilżania oraz właściwości adhezyjnych betonu wysokowartościowego. Właściwości zwilżania betonów określono przez pomiar kąta zwilżania ich powierzchni przy użyciu dwóch cieczy pomiarowych: wody i gliceryny. Pomiary wykonano 3-krotnie: w momencie naniesienia kropli oraz po upływie 5 i 40 minut. Na tej podstawie obliczono całkowitą swobodną energię powierzchniową (SEP). Polarne i dyspersyjne składowe SEP wyznaczono z użyciem metody Owensa-Wendta. Analizując wyniki badań, można zauważyć, że wartości kątów zwilżania zależą od rodzaju betonu. Uzyskane wyniki pomiarów kątów zwilżania wykazały, że we wszystkich przypadkach kąt zwilżania gliceryną (θg) jest większy niż w przypadku zwilżania wodą (θw) oraz maleje wraz z upływem czasu. Najwyższy kąt zwilżania odnotowano w przypadku betonów bez włókien zarówno na początku badania, jak i po 40 minutach. Najmniejszy kąt zwilżania wodą uzyskał beton z najmniejszym procentowym dodatkiem włókien. Największą różnicę SEP zaobserwowano dla najmniejszej zawartości włókien 0,5%. Związane jest to z parametrami fizycznymi tego betonu. Beton z 0,5% dodatkiem włókien charakteryzował się największą porowatością, nasiąkliwością oraz najmniejszą gęstością spośród badanych betonów. Świadczy to o zwiększonej zwilżalności i większych właściwościach adhezyjnych. Na podstawie badania SEM przedstawiono mikrostrukturę oraz rozkład rys i porów w fibrobetonach wysokowartościowych.

Słowa kluczowe

EN

surface free energy; SFE; contact angle; high performance concrete; polypropylene fibre

PL

swobodna energia powierzchniowa; SEP; kąt zwilżania; beton wysokowartościowy; włókna polipropylenowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 8--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Smarzewski P.

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, ul. Nadbystrzycka 40, 20-618 Lublin, Poland

autor

Barnat-Hunek D.

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, ul. Nadbystrzycka 40, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Brandt A.M., Fibre Reinforced Cement-based (FRC) composites after over 40 years of development in building and civil engineering, Composite Structures 2008, 86, 1-3, 3-9.
• [2] RILEM PRO 31, Test and design method for steel fiber reinforced concrete - background and experience, Proceedings of RILEM TC 162-TDF Workshop, 2003.
• [3] Smarzewski P., Cracking analysis of reinforced concrete beam according to proposed methodology of parameter selection of high strength concrete, Composites Theory and Practice 2013, 13, 1, 7-13.
• [4] Prisco M. (ed.), Fibre-reinforced Concrete for Strong, Durable and Cost-saving Structures and Infrastructures, Brescia, Starrylink 2007.
• [5] Ślósarczyk A., Jasiczak J., Alternative ways of reinforcing cement composites, Composites Theory and Practice 2012, 12, 4, 266-271.
• [6] Rudawska A., Selected issues on establishing adhesion bonds - homogeneous and hybrid, Monographs, Lublin University of Technology, Lublin 2013.
• [7] Lugscheider E., Bobin K., The influence on surface free energy of PVD-coatings, Surface Coatings Technology 2001, 142-144, 755-760.
• [8] Shang J., Flury M., Harsh J.B., Zollars R.L., Comparison of different methods to measure contact angles of soil colloids, Journal of Colloid and Interface Science 2008, 328, 299-307.
• [9] Baldan A., Adhesion phenomena in bonded joints, International Journal of Adhesion and Adhesives 2012, 38, 95-116.
• [10] Rudawska A., Kuczmaszewski J., Galvanized sheet bonding, University Publishing, Lublin University of Technology, Lublin 2005.