A method of analyzing porosity structure in air-entrained concrete

• Autorzy: Wawrzeńczyk J. , Kozak W.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Important characteristics which substantially affect the system of air pores that protect concrete from cyclic freezing and thawing are the pore size distribution and number of air voids. The pore distribution is measured with the standard factor L based on the Powers model, in which considerable simplifications are assumed. The Philleo factor which determines the percentage content of protected paste located at a distance S from the edge of the nearest air void provides a better solution. Developing the concept put forward by Philleo, the PPV (paste protected volume) index was proposed. PPV is the ratio of the volume of the paste protected by air pores, at the assumption that S=200 µm, to the total paste volume. It accounts not only for sizes and number of air voids, but also for aggregate grains often disregarded in analyses. The task to determine four phases for real concrete is extremely difficult, therefore an approach in which an idealised image of concrete grain structure generated on the basis of a numerical model was used. The results obtained from image analysis were compared with standard spacing factor L and with the parameters developed by Philleo and Attiogbe. The analyses conducted by the authors shows that accounting for aggregate grains in calculations substantially affects the assessment of the quality of the air pore structure.

PL

Rozkład wielkości pustek powietrznych oraz ich ilość są ważnymi charakterystykami, które mają znaczący wpływ na system porów powietrznych zabezpieczających trwałość betonu przed cyklicznym zamrażaniem-rozmrażaniem. Charakterystyk tych nie uwzględnia normowy wskaźnik rozmieszczenia porów L określany w oparciu o model Powersa, który zakłada istotne uproszczenia. Lepszym rozwiązaniem jest np. wskaźnik Philleo, który określa procent zaczynu chronionego przez pory powietrzne, czyli znajdującego się w odległości S od najbliższej pustki powietrznej. Rozwijając koncepcję Philleo zaproponowano wskaźnik PPV, który stanowi stosunek powierzchni obszarów zaczynu chronionego przez pory powietrzne, przy założeniu S=200 µm, do całkowitej powierzchni zaczynu. Wskaźnik PPV uwzględnia nie tylko liczbę oraz rozkład wielkości porów powietrznych ale również rozkład wielkości ziaren kruszywa, co w wielu analizach jest pomijane. Ponieważ wyznaczenie czterech faz betonu jest rzeczą bardzo trudną dla rzeczywistych zgładów, postanowiono posłużyć się modelem numerycznym. Model ten umożliwia wygenerowanie struktury ziarnistej betonu napowietrzonego z uwzględnieniem założonych rozkładów wielkości porów powietrznych oraz wielkości ziaren kruszywa. Wyniki otrzymane na podstawie analizy obrazu numerycznego zostały porównane z normowym wskaźnikiem rozmieszczenia porów L oraz ze wskaźnikami Philleo i Attiogbe. Badania przeprowadzone przez autorów pokazują, że uwzględnienie obecności ziaren kruszywa w obliczeniach znacząco wpływa na ocenę jakości struktury porów powietrznych.

Słowa kluczowe

EN

air-entrained concrete; distribution of air pore sizes; distribution of aggregate grain sizes; numerical model; protected paste

PL

beton porowaty; model numeryczny; pory powietrzne; kruszywo betonowe; beton napowietrzony

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 8, no. 2
• Strony: 77--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wawrzeńczyk J.

• Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce University of Technology, Poland

autor

Kozak W.

• Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce University of Technology, Poland

Bibliografia

• [1] Powers T. C.; Air requirement of frost resistant concrete. Proceedings, Highway Research Board, V.29, 1949; p. 184-202
• [2] PN-EN 480-11: Determination of the characteristics of air pores in hardened concrete, 2008 (in Polish)
• [3] ASTM C 457: Standard test method for microscopical determination of parameters of the air void system in hardened concrete, 1990
• [4] Wawrzeńczyk J., Molendowska A.; Zastosowanie mikrosfer jako alternatywna metoda napowietrzania betonu (Use of microspheres as an alternative method of concrete air-entrainment). Budownictwo Technologie-Architektura, No.4, 2011; p. 51-55 (in Polish)
• [5] Springenschmidt R., Breitenbucher R., Setzer M. J.; Air-entrained concrete – recent investigations on the fine sand composition. Waiting time before compaction and redosing of air-entraining agents, No.11, 1987; p. 742-748
• [6] Sommer H.; Choosing admixtures for air-entrained concrete. Concrete werk-Fertigteil-Technik, No.12, 1987; p. 813-816
• [7] Philleo R. E.; A Method for Analyzing Void Distribution In Air-Entrained Concrete. Cement, Concrete and Aggregates, No.2, 1983, p. 128-130
• [8] Attiogbe E. K.; Volume Fraction of Protected Paste and Mean Spacing of Air Voids. ACI Materials Journal, No.94-M66, 1997; p. 588-591
• [9] Shanshan J., Jinxi Z., Baoshan H.; Fractal analysis of effect of air void on freeze-thaw resistance of concrete. Construction and Building Materials, No.47, 2013; p. 126-130
• [10] Elsen J., Lens N., Vyncke J., Aarre T., Quenard D., Smolej V.; Quality assurance and quality control of air entrained concrete. Cement and Concrete Research, Vol.24, No.7, 1994; p. 1267-1276
• [11] Attiogbe E.; Mean spacing of air voids in hardened concrete. ACI Materials Journal, No.90-M19, 1993; p. 174-181
• [12] Snyder K. A.; A numerical test of air void spacing equations. Advanced Cement Based Materials, No.8, 1998; p. 28-44
• [13] Sadouki H., Van Mier J. G. M.; Meso-level analysis of moisture flow in cement composites using a latticetype approach. Materials and Structures, No.30, 1997; p. 579-587
• [14] Zheng J. J., Li C. Q.; Three-dimensional aggregate density in concrete with wall effect. ACI Materials Journal, No.99-M58, 2002; p. 568-575
• [15] Mohamed A. R., Hanse W.; Micromechanical modeling of concrete response under static loading – Part 1: Model development and validation. ACI Materials Journal, No.96-M25, 1999; p.196-203