Analiza fraktalna przełomów betonowych wykonanych z różnych kruszyw grubych

• Autorzy: Prokopski G.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wymiaru fraktalnego D powierzchni przełomów próbek z badań odporności na pękanie betonów. Betony wykonano przy użyciu trzech rodzajów kruszyw grubych: otoczakowego (żwir płukany), aktywnego chemicznie kruszywa dolomitowego oraz kruszywa bazaltowego. Badaniom poddano betony zwykłe (B40) i betony wysokowartościowe (BWW) po 7, 14, 28 i 90 dniach dojrzewania. W badaniach odporności na pękanie i wytrzymałości na ściskanie stwierdzono zróżnicowane zachowanie się betonów w zależności od rodzaju kruszywa i klasy betonu (B40,BWW). Znaczący wzrost badanych parametrów wytrzymałościowych betonów następował także w okresie po upływie 28 dni, aż do 90 dnia dojrzewania, a wzrost ten był szczególnie duży między 28 i 90 dniem dojrzewania w przypadku betonu B40. Badania fraktalne wykonane na replikach przełomów wykazały, że wymiar fraktalny D był zróżnicowany w zależności od rodzaju kruszywa grubego, a także klasy betonu (B40, BWW), jednakże dla poszczególnych betonów niemal się nie zmieniał w trakcie dojrzewania. Wymiar D był tym większy, im gorsze właściwości wytrzymałościowe miał beton. Następował wówczas poziarnowy rozwój pęknięcia, wskutek słabych sił spójności na styku kruszywo grube/zaprawa. Podobną zależność obserwowano w obrębie betonów B40 i BWW wykonanych z tego samego kruszywa. Większy wymiar D wykazywały betony B40, w których pękanie było ułatwione (przełomy poziarnowe), w stosunku do betonów wysokowartościowych, gdzie wskutek dużych sił spójności kruszywo/zaprawa rozwój pęknięcia był międzyziarnowy, a powstający przełom bardziej płaski.

Słowa kluczowe

PL

fraktale; beton; kruszywo

EN

fractals; concrete; aggregate

• Wydawca: Pracownia Wydawnictw Katedralnych KFBiMB
• Czasopismo: Przegląd Prac Badawczych Zespołu Budownictwa Ogólnego i Konstrukcji Drewnianych
• Rocznik: 2005
• Tom: Z. 6
• Strony: 63--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Prokopski G.

• Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] Jones R., Kaplan M.F., The effects of coarse aggregate on the mode of failure of concrete in compression and flexure. Mag. Concr. Res., 9(26), 1957.
• [2] Kuczyński W., Influence of coarse aggregate on strength of concrete. Arch. Civ. Enging, 4, 2, pp. 181-209, 1958 (in polish).
• [3] Bochenek A., Prokopski G., The investigation of aggregate grain size effect on fracture toughness of ordinary concrete structures. Int. 1 Fract, 41, pp. 197-205, 1989.
• [4] Prokopski G., Investigation of aggregate/mortar contact layer on fracture toughness of concretes. Arch. Civ. Enging, 35, 3, 1989, (in polish).
• [5] Bochenek A., Prokopski G., The investigation of coarse aggregate sort on fracture toughness of concrete. Arch. Civ. Enging, 35, 1, pp. 49-61, 1989 (in polish).
• [6] Prokopski G., The investigation of sort and coarse aggregate content on fracture toughness of concrete. Arch. Civ. Enging, 36, 1-2, pp. 121-135, 1990 (in polish).
• [7] Prokopski G., The investigations of fracture toughness of concretes made from different coarse aggregate, with the use of Mode II of fracture. Materials Engineering, 5, pp. 125-129, 1989 (in polish).
• [8] Prokopski G., Mechanical properties growth of ordinary and high performance concretes, made with Portland cement, between 7-th and 90-th day of curing. Roads and Bridges, 2, pp. 111-125, 2003 (in polish).
• [9] Neville A.M., Properties of concrete. London 1995.
• [10] Petersson P.E., Crack growth and development of fracture zones in plain concrete. Report TVBM-1006, Lund, Sweden, 1981. 72
• [11] Nallathambi P., Karihaloo B.L., Heaton B.S., Effect of specimen and crack sizes, water/cement ratio and cvoarse aggregate texture upon fracture toughness of concrete. Mag.Concr.Res., 36(129), pp. 117-126, 1984.
• [12] Prokopski G., Langier B., Effect of water/cement ratio and silica fume addition on the fracture toughness and morphology of fractured surfaces of gravel concretes. Cem.Concr.Res., 3, pp. 1427-1433, 2000.
• [13] Winsolw D. N.: The fractal nature of the surface of cement paste. Cem.Concr.Res., Vol. 15, pp. 817-824, 1985.
• [14] Carpinteri A., Chiaia B., Invernizzi S.: Three-dimensional fractal analysis of concrete fracture at the meso-level. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Vol. 31, pp. 163-172, 1999.
• [15] Carpinteri A., Chiaia B.: Multifractal scaling laws in the breaking behaviour of disordered materials. Chaos, Solitons and Fractals, Vol. 8, No. 2, pp. 135-150, 1997.
• [16] Chiaia B., van Mier 3. G. M., Vervuurt A.: Crack growth mechanisms in four different concrete: Microscopic observations and fractal analysis. Cem.Concr.Res., Vol. 28, No. 1, pp. 103-114, 1998.
• [17] Czarnecki L., Garbacz A., Kurach J., On the characterization of polymer concrete fracture surface.Cem.Concr.Comp., v. 23, pp. 399-409, 2001.
• [18] Dougan L. T., Addison P. S.: Estimating the cut-off in fractal scaling of fractured concrete. Cem. Concr.Res., Vol. 31, pp. 1043-1048, 2001.
• [19] Heinemann A., Hermann H., Wetzig K. I., Haussier F., Baumbach H., Kröning M.: Fractal microstructures in hydrating cement paste. J.Mat.Sci.Lett., 18, pp. 1413-1416, 1999.
• [20] Issa M. A., Islam Md. S, Chudnovsky A.: Fractal dimension - a measure of fracture roughness and toughness of concrete. Enging Fract.Mech., Vol. 70, pp. 125-137, 2003.
• [21] Issa M. A., Hammad A. M., Chudnovsky A.: Correlation between crack tortuosity and fracture toughness in cementitious material. Int.J.Fract, 60, pp. 97-105, 1993.
• [22] Lange D. A., Jennings H. M., Shah S. P.: Relationship between fracture surface roughness and fracture behavior of cement paste and mortar. lAmer.Cer.Soc, Vol. 76, No. 3, pp. 589-597, 1993.
• [23] Peng J., Wu Z., Zhao G.: Fractal analysis of fracture in concrete. Theoret.Appl.Fract.Mech., Vol. 27, pp. 135-140, 1997. 73
• [24] Saouma V. E, Barton C. C: Fractals, fractures, and size effects in concrete. lEnging Mech., Vol. 120, No. 4, pp. 835-854, 1994.
• [25] Saouma V. E., Barton C. C, Gamaleldin N. A.: Fractal characterization of fracture surfaces in concrete. Enging Fract. Mech., Vol. 35, No. 1/2/3, pp. 47-54,1990.
• [26] Xie H., Fractals in Rock Mechanics (Geomechanics Research Series, No 1, ed. M.A. Kwaśniewski), Balkema Publ., 1993.
• [27] Yan A., Wu K., Zhang X.: A quantitative study on the surface crack pattern of concrete with high content of steel fiber. Cem.Concr.Res., Vol. 32, pp. 1371-1375, 2002.
• [28] Yan A., Wu K.-R., Zhang D., Yao W.: Effect of fracture path on the fracture energy of high-strength concrete. Cem.Concr.Res., Vol. 31, pp. 1601-1606, 2001.
• [29] Yan A., Wu K.-R., Zhang D., Yao W.: Influence of concrete composition on the characterization of fracture surface. Cem.Concr.Comp., Vol. 25, pp. 153-157, 2003.
• [30] Jiang L., Guan Y.: Pore structure and its effect on strength of high-volume fly ash paste. Cem. Concr.Res., Vol. 29, pp. 631-633, 1999.
• [31] Determination of fracture parameters (KSIC and CTODc) of plain concrete using three-point bend test. RILEM Draft Recommendations, TC 89 - FMT Fracture Mechanics of Concrete Test Methods, Materials and Structures, 23,1990.
• [32] Prokopski G., Influence of coarse aggregate sort on properties of concretes in the curing process. Drogi i Mosty, nr 4, 2004 (in polish).