Optymalizacja składu betonów z dodatkiem metakaolinitu

• Autorzy: Konkol J. , Prokopski G.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.274

Warianty tytułu

EN

Optimization of the concrete composition with metakaolinite addition

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki optymalizacji składu betonu modyfikowanego dodatkiem prażonego kaolinitu (metakaolinitu), użytego jako częściowy substytut cementu. Optymalizację przeprowadzono przy użyciu programu STATISTICA w oparciu o wyniki badań betonów o zróżnicowanym składzie, zdeterminowanym udziałem dodatku metakaolinitu do 15% masy spoiwa oraz stosunkiem woda/spoiwo od 0,35 do 0,54. Badania wykonano według centralnego kompozycyjnego planu doświadczenia, przewidującego wykonanie badań dziewięciu mieszanek betonowych o zróżnicowanym składzie. Jako kryteria optymalizacji przyjęto: maksimum wytrzymałości na ściskanie fc po 28, 90 i 180 dniach dojrzewania betonu, maksimum krytycznego współczynnika intensywności naprężeń KIcS i maksimum współczynnika sprężystości podłużnej E po 28 i 180 dniach dojrzewania betonu, minimum objętości porów powietrznych w betonie A oraz minimalny wymiar fraktalny określony metodą cięciwy DC i metodą pudełkową DBC. Objętość porów powietrznych określono na podstawie analizy płaskich przekrojów betonu metodami stereologicznymi. Analizie fraktalnej poddano uzyskane w badaniu odporności na pękanie powierzchnie przełomów betonów. Optymalizację przeprowadzono dla trzech wariantów I, II i III. Uzyskane wyniki potwierdziły występowanie ścisłej zależności między właściwościami a strukturą betonów, w tym betonów z dodatkiem metakaolinitu. Wykazano także, że ze względu na przyjęte kryteria optymalizacji celowe jest projektowanie betonów przy założeniu względnie niskiego stosunku woda/spoiwo oraz względnie dużego udziału dodatku metakaolinitu.

EN

This paper presents the results of optimization of composition of the concretes modified with calcined kaolin (metakaolinite). The analysis was performed according to the results of investigations base of central composite design of experiment. The amount of metakaolinite used as used as an equivalent of cement varied from 2% to 15% of the mass of binder. Water/binder ratios (w/b) in the mixes were in the range of 0.35 to 0.54. On the basis of multi-criteria analysis, the optimal compositions of concrete mixes were established for the adopted criteria optimization. The optimization criteria were: maximal compressive strength fcafter 28, 90 and 180 days of concrete curing, maximal value of critical stress intensity factor KIcS(maximal fracture toughness) and maximal elastic modulus E after 28 and 180 days of concrete curing, minimal porosity of hardened concrete and minimal value of fractal dimension (divider method DC and box counting method DBC). The optimal solutions were obtained for water/binder ratio below 0.37 and amount of metakaolinite 15% of the mass of binder. The optimum composition is as follows: 388.4 kg of cement, 67.8 kg of metakaolinite, 169.5 l of water, 742.8 kg of sand and 1218.3 kg of basalt.

Słowa kluczowe

PL

beton; metakaolinit; prażony kaolin; optymalizacja; planowanie doświadczeń; mechanika pękania; analiza struktury

EN

concrete; metakaolinite; calcined kaolin; optimization; design of experiments; fracture mechanics; structure analysis

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 4
• Strony: 297--304
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Konkol J.

• Politechnika Rzeszowska, Zakład Inżynierii Materiałowej i Technologii Budownictwa, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów; tel. [phone]

autor

Prokopski G.

• Zakład Inżynierii Materiałowej i Technologii Budownictwa, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów; tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Metody optymalizacji materiałów kompozytowych o matrycach cementowych, red. A. M. Brandt, Studia z Zakresu Inżynierii, 38, Warszawa, 1994.
• [2] Konkol J., Prokopski G.: Optymalizacja wielokryterialna składu betonów zwykłych z uwzględnieniem parametrów wytrzymałościowych i strukturalnych, Przegląd Budowlany, nr 2, 2006, s. 23-28.
• [3] Sabir BB, Wild S, Bai J.: Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review, Cem. Concr. Compos, vol. 23, 2001, pp. 441-454.
• [4] Siddique R, Klaus J.: Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: A review, Appl. Clay Sci., vol. 43, 2009, pp. 392-400.
• [5] Rashad AM.: Metakaolin as cementitious material: History, scours, production and composition – A comprehensive overview, Constr. Build. Mater., vol. 41, 2013, pp. 303-318.
• [6] Konkol. J.: Metakaolinit i popiół fluidalny jako alternatywne w stosunku do pyłów krzemionkowych dodatki mineralne do betonu, Inżynieria i Budownictwo, nr 9, 2012, s. 503-507.
• [7] Konkol J., Pyra M.: Wybrane właściwości betonów modyfikowanych zmiennym udziałem dodatku metakaolinitu. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, t. XXXI, z. 61 (3/II/14), 2014, s. 287-296, DOI:10.7862/rb.2014.95.
• [8] Konkol J., Prokopski G.: The influence of the age of concretes with FBC fly ash or metakaolinite additives on their strength properties. Road and Bridges – Drogi i Mosty, 13(1), 2014, s. 49-67.
• [9] Konkol J.: Wykorzystanie parametrów fraktalnych i stereologicznych do opisu odporności na pękanie betonów modyfikowanych wybranymi dodatkami typu II, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z 59, nr 3/2012/III, 2012, s. 222-232.
• [10] Konkol J.: Wykorzystanie geometrii fraktalnej do określenia odporności na pękanie betonu modyfikowanego metakaolinitem, Budownictwo i Architektura, 12(3), 2013, s. 177-184.
• [11] Konkol J., Prokopski G.: Fraktalny opis powierzchni przełomu betonów cementowych. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury – Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, t. XXXI, z. 61 (3/II/14), 2014, s. 273-286, DOI:10.7862/rb.2014.94.
• [12] Konkol J., Prokopski G.: Morfologia przełomu oraz odporność na pękanie betonów modyfikowanych dodatkiem popiołu fluidalnego lub metakaolinitu. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z. 58, nr 3/11/III, 2011, s. 321-330.
• [13] Konkol J., Prokopski G.: Fracture toughness and fracture surfaces morphology of metakaolinite-modified concrete. Constr. Build. Mater., vol. 123, 2016, pp. 638-648.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)