Specific Properties of Waste Ceramic Aggregate Concrete Reinforced by Steel Fibre

• Autorzy: Katzer J. , Domski J.

Warianty tytułu

PL

Specyficzne właściwości betonu na bazie ceramicznego kruszywa odpadowego zbrojonego włóknami stalowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper consists of five main chapters and a list of references. The first chapter is focused on presenting specific properties of ceramic waste aggregates based on extensive literature studies. The properties and characteristics of the materials used to prepare the fibre composites in question are presented in the following section. Such properties as density in the loose state and compacted state and absorption of waste ceramic aggregate was of special interest. Some basic properties of used steel fibres such as: their geometric and mechanical properties, aspect ratio, FIER were established. Cement CEM I 42.5 was adopted as a binder. There was also used superplasticizer type FM. The final composition of the concrete mix (per 1 m³) is presented in the third chapter. The adopted mix composition is as follows: saturated waste ceramic aggregate (WCA) – 830 kg, sand – 632 kg, cement – 307 kg, water – 92 kg, superplasticizer – 3.1 kg. Casting and curing of concrete elements is described in the third chapter. The research programme comprised such standard tests as: test of modulus of elasticity, compressive strength test conducted on cubes (150 mm ·150 mm · 150 mm) and cylinders (diameter of 150 mm and a height of 300 mm), a tensile strength test at splitting conducted on cubes (150 mm 150 mm 150 mm), the residual strength test at limit of proportionality limit conducted on beams (150 mm 150 mm · 700 mm) and the shear strength test conducted on beam halves. There was also conducted an unconventional dynamic test. Namely, the weight of 40 kg was free falling from the height of 1 m on a slab creating an impact load. The slab was 100 cm in diameter and 10 cm thick. It was supported in three points located on its circumference (apart by 120 degrees). The results of the study together with the analysis are presented in chapter four. The density of the composites ranged from 2001 to 2080 kg/m³. The compressive strength was from C27.9/39.1 for the matrix without fibre to C36.3/52.3 for the composite with the maximum amount of added fibre. A similar increase in strength was observed for shear strength which ranged from 4.97 MPa to 10.75 MPa for WCA matrix and composite with 1.5% of fibre respectively. Tensile splitting strength varied from 3.12 to 3.97 MPa. Static and dynamic modulus of elasticity of fibre composites ranged from 23 to 24 GPa and from 28.6 to 29.4 GPa respectively. On the basis of achieved residual strengths and limits of proportionality, strength class was assigned to composites following Model Code 2010. The assigned strength classes were as follows: 0.5% of fibre – class 3c, 1.0% of fibre – class 4c, 1.5% of fibre – class 7d. The last of the analysed results was deflection and the process of destruction of tested slabs. After six impacts, the slab deflection ranged from 3.0 to 18.7 mm for WCA concrete reinforced by 1.5 and 0.5% of the fibres respectively. The ultimate destruction of slabs was recorded after 8, 15 and 22 impacts. The final summary of the conducted research and performed analyses is presented in chapter five.

PL

Artykuł składa się z pięciu zasadniczych rozdziałów i cytowanej literatury. W rozdziale pierwszym omówiono specyficzne właściwości odpadowych kruszyw ceramicznych na podstawie przeprowadzonych studiów literaturowych. W kolejnym rozdziale przedstawiono właściwości i cechy zastosowanych w badaniach materiałów składowych analizowanego kompozytu. Określono m.in. gęstość w stanie luźnym i utrzęsionym oraz nasiąkliwość ceramicznego kruszywa odpadowego. Oznaczono również kilka podstawowych cech zastosowanych włókien stalowych, tj. ich właściwości geometryczne i mechaniczne, smukłość, FIER. Jako spoiwo przyjęto cement CEM I 42,5, zaś jako domieszkę zastosowano superplastyfikator typu FM. Ostateczny skład mieszanki betonowej (na 1 ³), zaprezentowany w rozdziale trzecim, stanowią: namoczone kruszywo ceramiczne (WCA) – 830 kg, piasek – 632 kg, cement – 307 kg, dodana woda – 92 kg i superlpastyfiaktor – 3,1 kg. W rozdziale trzecim omówiono również sposób wykonywania i pielęgnacji elementów próbnych. Przedstawiono program badań, w którego skład weszły badania: modułu sprężystości, wytrzymałości na ściskanie na próbkach sześciennych o boku 150 mm oraz walcowych o średnicy 150 mm i wysokości 300 mm, wytrzymałości na rozciąganie przy rozłupywaniu na próbkach kostkowych o boku 150 mm, wytrzymałości resztkowych i granicy proporcjonalności belek o przekroju 150 ´ 150 mm i długości 700 mm oraz wytrzymałości przy ścinaniu połówek belek. Jako niekonwencjonalne badanie przeprowadzono próbę dynamiczną w postaci masy (40 kg) spadającej z wysokości 1m na płytę (o średnicy 100 cm i grubości 10 cm) podpartą w trzech punktach rozmieszczonych na jej krawędzi co 120 stopni. Wyniki z przeprowadzonych badań wraz z ich analizą zamieszczono w rozdziale czwartym. Określono m.in. gęstość kompozytów, która zawierała się w przedziale od 2001 do 2080 kg/³, wytrzymałość na ściskanie, która wyniosła C27,9/39,1 dla matrycy bez włókien, do C36,3/52,3 dla kompozytu z największą ilością zbrojenia rozproszonego. Podobny przyrost wytrzymałości zaobserwowano w przypadku wytrzymałości na ścinanie, gdzie uzyskano 4,97 MPa dla matrycy i 10,75 MPa dla WCA z włóknami w ilości 1,5 %. Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu zmieniała się od 3,12 do 3,97 MPa. Moduł sprężystości statyczny i dynamiczny dla kompozytów z włóknami wyniósł odpowiednio 23-24 GPa i 28,6-29,4 GPa. Na podstawie wytrzymałości resztkowych i granicy proporcjonalności określono klasy wg Model Code 2010 dla kompozytów o różnej procentowej zawartości włókien: 0,5% – klasa 3c, 1.0% – klasa 4c 1.5% – klasa 7d. Ostatnimi z analizowanych wyników było ugięcie i zniszczenie płyt. Po sześciu uderzeniach masy ugięcie wyniosło 3,0-18,7 mm dla WCA z 1,5 i 0,5% włókien, zaś ich zniszczenie miało miejsce odpowiednio po 8, 15 i 22 uderzeniach masy. Ostateczne podsumowanie z przeprowadzonych badań i analiz zamieszczono w rozdziale piątym.

Słowa kluczowe

EN

waste ceramic aggregate (WCA); waste sand; fibres; concrete

PL

kruszywo ceramiczne odpadowe; piasek odpadowy; włókna; beton

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 112--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Katzer J.

• Koszalin University of Technology, Poland

autor

Domski J.

• Koszalin University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Cichocki, K., Domski, J., Katzer, J., Ruchwa, M. (2014). Impact resistant concrete elements with nonconventional reinforcement. Rocznik Ochron Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 16(2), 1-99.
• 2. de Brito, J., Pereira, A.S., Correia, J.R. (2005). Mechanical behaviour of nonstructural concrete made with recycled ceramic aggregates. Cement and Concrete Composites, 27(4), 429-433.
• 3. EN 197-1:2000. Cement. Composition, specifications and conformity criteria for common cements.
• 4. EN 206-1:2000. Concrete. Specification, performance, production and conformity.
• 5. EN 933-1:2012. Tests for geometrical properties of aggregates. Determination of particle size distribution. Sieving metod.
• 6. EN 1008:2002. Mixing water for concrete. Specification for sampling, testing and assessing the suitability of water, including water recovered from processes in the concrete industry, as mixing water for concrete.
• 7. EN 10218-1:2012. Steel wire and wire products. General. Test methods.
• 8. EN 12390-3:2009. Testing hardened concrete. Compressive strength of test specimens.
• 9. EN 12390-6:2009. Testing hardened concrete. Tensile splitting strength of test specimens.
• 10. EN 12390-13:2013. Testing hardened concrete. Determination of secant modulus of elasticity in compression.
• 11. EN 14651:2005. Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual).
• 12. EN 14889-1:2006. Fibres for concrete. Steel fibres. Definitions, specifications and conformity.
• 13. EN ISO 6892-1:2009. Metallic materials. Tensile testing. Method of test at ambient temperature.
• 14. Hendriks, C.F., & Janssen, G.M.T. (2003). Use of recycled materials in construction, Materials and Structures, 36, 604-608.
• 15. JCI-SF6:1984. Method of Tests for Shear Strength of Fiber Reinforced Concrete, JCI Standard for Test Methods of Fiber Reinforced Concrete, 57-59.
• 16. Katzer, J., & Domski, J. (2012). Quality and mechanical properties of engineered steel fibres used as reinforcement for concrete, Construction and Building Materials, 34, 243-248.
• 17. Łapko, A., & Grygo, R. (2014). Effectiveness of the use of recycling aggregate concrete for sustainable building structures. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set The Environment Protection), 16, 627-638.
• 18. Malhorta, V.M., & Mehta, P.K. (2005). High-Performance High-Volume Fly Ash Concrete. Ottawa: SCMSD Inc., second revised edition.
• 19. Model Code 2010 – Final draft. International Federation for Structural Concrete, fib Bulletin no. 55.
• 20. Naaman, A.E. (2003). Engineered Steel Fibres with Optimal Properties for Reinforcement of Cement Composites. Journal of Advanced Concrete Technology, 1, 241-252.
• 21. Suzuki, M., Meddah, M.S., Sato, R. (2009). Use of porous ceramic waste aggregates for internal curing of high-performance concrete. Cement and Concrete Research, 39, 373-381.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.