Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Flexural performance of hybrid fiber reinforced cement-based materials incorporating ceramic wastes

Wu Lipeng, Li Xuanhao, Deng Hai

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 3

491--506

EN

Ceramic waste generated by demolition and manufacturing processes is a kind of widely discharged solid waste; its sustainable use can reduce resource extraction, energy consumption, and carbon emissions, thereby reducing the environmental impact. In this study, ceramic powder and ceramic sand were prepared using waste ceramic wall tiles. By using three water-to-binder ratios of 0.30, 0.32, and 0.34, five ceramic powder replacement rates of 10% to 50%, and completely using ceramic sand as the fine aggregate, specimens with large differences in mechanical properties were prepared. Firstly, the compressive strength was investigated. On this basis, hybrid fibers were employed to strengthen the new matrix material, and its bending resistance was experimentally studied. It was found that the incorporation of ceramic powder reduced the compressive strength of the matrix. The water-binder ratio significantly affects compressive strength at an early age. The effect of PVA fiber on improving the ductility of the new composite is distinct. Increasing the amount of steel fiber can effectively enhance the bending bearing capacity. With a ceramic powder dosage of 50%, the new composite has shown ductile failure characteristics, even with low total fiber content. The bending properties of this new composite material, which makes extensive use of ceramic waste, are well adjustable. The bearing capacity and ductility balance can be achieved with the steel fiber content of 1% and the PVA fiber content of 1.2% to 1.50%.

2

Freezing of fully and partly saturated cement paste

Koniorczyk Marcin, Bednarska Dalia, Wieczorek Alicja, Konca Piotr

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

383--396

EN

The main purpose of the present paper is to distinguish water located in various types of pores contained within cement paste. The water sorption isotherm is the starting point of the experimental analysis. The investigation was conducted employing the conventional gravimetric method on cement paste composed with w/c=0.5. The investigation was conducted for the following relative humidity values: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Once samples reached the equilibrium water content they were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), which enabled us to record exothermic peaks corresponding to the crystallization of different water portions. Moreover, we intended to investigate the thermodynamic characteristics of the liquid phase confined within cementitious materials. Hence, the artificial pore solution was prepared. In order to determine the phase transition temperature and the amount of formed ice, the solution was used to saturate silica gel, which is a chemically passive material. Then the thermal analysis was conducted.

PL

Materiały cementowe charakteryzują się złożoną strukturą wewnętrzną zawierającą pory o szerokim zakresie średnic. Głównym celem przedstawionych badań jest analiza właściwości termodynamicznych wody zlokalizowanej w poszczególnych obszarach matrycy cementowej. Rozważania oparte są na równaniu Gibbsa-Thompsona [1], które opisuje zależność pomiędzy temperaturą przejścia fazowego płynu, a promieniem wypełnionego pora. Wyniki zinterpretowano wykorzystując model mikrostruktury zaczynu cementowego zaproponowany przez Jenningsa [2]. Przedmiotem badań jest zaczyn cementowy wykonany z cementu Portlandzkiego CEM I 42.5N-NA o wskaźniku w/c=0.5. Pierwszym etapem analizy eksperymentalnej było wyznaczenie izotermy sorpcji badanego zaczynu. W tym celu zastosowano tradycyjną metodę eksykatorową. Technika polega na kondycjonowaniu próbek w eksykatorach wyposażonych w nasycone roztwory soli nieorganicznych, które zapewniają stabilne warunki wilgotnościowe. W przeprowadzonym badaniu zastosowano następujące wilgotności względne powietrza: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Po osiągnięciu przez próbki stanu równowagi, przeprowadzono analizę termiczną zaczynu za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Dodatkowo zbadano również próbki będące w stanie pełnego nasycenia. Dalsza analiza oparta została na termogramach zarejestrowanych w trakcie chłodzenia poszczególnych próbek do temperatury -65ºC z prędkością 0.5ºC/min, rys. 1.A. Uzyskane wyniki stanowią wartości średnie z trzech pomiarów. W przypadku próbek przechowywanych w powietrzu o wilgotności 11% i 54% nie odnotowano żadnej przemiany. W trakcie chłodzenia pozostałych próbek zarejestrowano dwa, wyraźnie oddzielone, egzotermiczne piki, z których pierwszy rozpoczyna się poniżej 0ºC, a drugi w temperaturze ok -35ºC. Pierwszy pik odzwierciedla przemianę fazową wody znajdującej się w porach kapilarnych badanego zaczynu. Jest on dominujący jedynie w przypadku próbek o pełnym nasyceniu oraz przechowywanych nad wodą (RH≈100%). Dla RH≈97% wydzielone ciepło jest znacznie mniejsze i główna część przemiany zachodzi w niższej temperaturze (ok. -5ºC), natomiast dla wilgotności RH≈93%, 84%, 75% pierwszy pik jest zaniedbywalnie mały. Ta tendencja jest potwierdzona przez zestawienie mas lodu powstałego w trakcie poszczególnych przemian fazowych, rys. 1.B. W porach kapilarnych próbki nasyconej powstało 0,035 grama lodu na gram suchej próbki. Masa lodu znacząco się zmniejsza wraz ze spadkiem wilgotności względnej powietrza, w którym próbki były przechowywane. Druga zarejestrowana przemiana rozpoczyna się w temperaturze ok. -35ºC, która, zgodnie z równaniem Gibbsa-Thompsona [1], odpowiada średnicy porów wynoszącej ok. 5-6nm. Drugi pik odzwierciedla zatem krystalizację wody wypełniającej pory żelowe materiału. Jego intensywność jest na niemal stałym poziomie dla w pełni nasyconych próbek oraz tych, przechowywanych w powietrzu o wilgotności od 84% do 100%. Uzyskane wyniki są zgodne z modelem mikrostruktury matrycy cementowej zaproponowanym przez Jenningsa [2]. W trakcie chłodzenia próbek o zróżnicowanej wilgotności zarejestrowano dwie główne przemiany fazowe wody wypełniającej badany materiał. Pierwsza przemiana (bezpośrednio poniżej 0ºC) zachodzi w wodzie kapilarnej, natomiast druga (poniżej 35ºC) w porach żelowych. Stosując techniki analizy termicznej należy pamiętać, iż niezamarzająca warstwa cieczy pokrywa ścianki porów nawet w bardzo niskich temperaturach [3]. Dlatego też, zgodnie z podziałem Jenningsa, najmniejsze pory, które można analizować za pomocą kalorymetrii skaningowej to tzw. duże pory żelowe, o średnicy powyżej 5nm. Niemniej jednak, kalorymetria skaningowa jest narzędziem pozwalającym na jakościową ocenę rozkładu wilgoci w próbkach zaczynu cementowego.

3

Wyznaczanie współczynników dyfuzji chlorków w materiałach cementowych – Przegląd metod eksperymentalnych i modelowania: Część III – Metody impedancyjne

Szyszkiewicz K., Jasielec J. J., Królikowska A., Filipek R.

Cement Wapno Beton

|

2017

|

R. 22/84, nr 3

219--229

PL

Korozja stalowych elementów zbrojenia stanowi poważny problem dla trwałości i bezpieczeństwa konstrukcji żelbetowych. Jednym z najbardziej agresywnych chemicznych składników powodujących korozję zbrojenia są jony chlorkowe działające poprzez ogólny mechanizm depasywacji powierzchni zbrojenia. Jony chlorkowe dyfundują w roztworze w porach betonu docierając do zbrojenia, dlatego znajomość współczynnika dyfuzji chlorków w betonie jest niezwykle ważna. Ten artykuł jest ostatnim z serii trzech prac, których celem jest przegląd metod doświadczalnych i modeli teoretycznych stosowanych do wyznaczania współczynników dyfuzji chlorków w materiałach cementowych. W tej części omówione zostały metody oparte na pomiarach elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Jest to stosunkowo nowa metoda wyznaczania współczynników dyfuzji chlorków, która pozwala wyznaczać współczynniki dyfuzji w czasie rzeczywistym, a zatem mierzyć ich zmienność w czasie. Wykonanie pomiaru impedancyjnego w pełnym zakresie częstotliwości pozwala nie tylko wyznaczyć współczynnik dyfuzji, ale także parametry charakteryzujące mikrostrukturę materiału cementowego.

EN

The corrosion of steel reinforcement (rebars) in concrete structures is a severe durability and safety problem. One of the most aggressive chemical species which induces such corrosion is the chloride ion via the general mechanism of depassivation of the rebar surface. Chloride ions can diffuse through the solution of pore system in concrete to reach the rebar, thus the assessment of the diffusion coefficient of chloride in concrete is of paramount importance. This paper is the last part of a series of three papers which are meant to provide an overview of experimental methods and theoretical models which are used to predict a concrete materials resistivity to chloride ingress. Part 3 deals with methods based on electrochemical impedance spectroscopy. It is relatively new method which allows to determine the diffusion coefficient in realtime, and in consequence to quantify its variation over time. If the impedance experiment is carried out in full frequency range it will produce not only the diffusion coefficient but also the microstructure parameters of cementitious materials.

4

Wyznaczanie współczynników dyfuzji chlorków w materiałach cementowych – Przegląd metod eksperymentalnych i modelowania: Część II – Metody Migracyjne

Jasielec J. J., Szyszkiewicz K., Królikowska A., Filipek R.

Cement Wapno Beton

|

2017

|

R. 22/84, nr 2

154--167

PL

Korozja stalowych elementów zbrojenia stanowi poważny problemem dla trwałości i bezpieczeństwa konstrukcji żelbetowych. Jednym z najbardziej agresywnych chemicznych składników powodujących korozję zbrojenia są jony chlorkowe działające poprzez ogólny mechanizm depasywacji powierzchni zbrojenia. Jony chlorkowe dyfundują w roztworze w porach betonu docierając do zbrojenia, dlatego znajomość współczynnika dyfuzji chlorków w betonie jest niezwykle ważna. Ten artykuł jest drugim z serii trzech prac, których celem jest przegląd metod doświadczalnych i modeli teoretycznych stosowanych do wyznaczania współczynników dyfuzji chlorków w materiałach cementowych. W tej części omówione zostały metody migracyjne, których głównym atutem w porównaniu do metod dyfuzyjnych jest skrócenie czasu eksperymentu niezbędnego do obliczenia współczynników dyfuzji.

EN

The corrosion of steel reinforcement (rebars) in concrete structures is a severe durability and safety problem. One of the most aggressive chemical species which induces such corrosion is the chloride ion via the general mechanism of depassivation of the rebar surface. Chloride ions can diffuse through the solution of pore system in concrete to reach the rebar, thus the assessment of the diffusion coefficient of chloride in concrete is of paramount importance. This paper is the second part of a series of three papers which are meant to provide an overview of experimental methods and theoretical models which are used to predict a concrete materials resistivity to chloride ingress. Part 2 deals with migration methods which major attribute is shortening of experimental time necessary to determine diffusion coefficients.

5

Wyznaczanie współczynników dyfuzji chlorków w materiałach cementowych – Przegląd metod eksperymentalnych i modelowania: Część I – Metody dyfuzyjne

Szyszkiewicz K., Jasielec J. J., Królikowska A., Filipek R.

Cement Wapno Beton

|

2017

|

R. 22/84, nr 1

52--67

PL

Korozja stalowych elementów zbrojenia w betonowych konstrukcjach jest poważnym problemem dotyczącym trwałości i bezpieczeństwa. Jednym z najbardziej agresywnych chemicznych składników powodujących taką korozję są jony chlorkowe działające poprzez ogólny mechanizm depasywacji powierzchni zbrojenia. Jony chlorkowe mogą dyfundować w roztworze w porach betonu docierając do zbrojenia, tak więc możliwość oszacowania współczynnika dyfuzji chlorków w betonie jest niezwykle ważna. Przedstawiona praca rozpoczyna serię trzech publikacji, których celem jest przegląd metod doświadczalnych wyznaczania współczynników dyfuzji jonów chlorkowych i teoretycznych modeli opisujących procesy transportu tych jonów w betonie. W szczególności, część 1 serii zawiera ogólne wprowadzenie do tematyki i omawia bardziej szczegółowo metody dyfuzyjne, część 2 koncentruje się przede wszystkim na metodach elektro-migracyjnych, a część 3 opisuje metody oparte na impedancji elektrochemicznej, które nie są obecnie tak powszechnie wykorzystywane do wyznaczania współczynników dyfuzji chlorków, jak wspomniane już dwie pozostałe grupy.

EN

The corrosion of steel reinfordcement (rebars) in concrete structures is a severe durability and safety problem. One of the most aggressive chemical species which induces such corrosion are the chloride ions via the general mechanism of depassivation of the rebar surface. Chloride ions can diffuse through the solution of pore system in concrete to reach the rebar, thus the assessment of the diffusion coefficient of chloride in concrete is of paramount importance. This paper starts a series of three papers which are meant to provide an overview of experimental methods and theoretical models of chloride diffusion in cement based materials. Specifically, Part 1 includes general introduction to the subject and covers pure diffusion methods, Part 2 deals with electro-migration methods, and finally Part 3 describes methods based on the electrochemical impedance which are not so common for chloride diffusion coefficient determination as the previous two groups.

6

Wybrane problemy zagospodarowania popiołów pochodzących ze spalania osadów ściekowych w technologii materiałów cementowych

Kosior-Kazberuk M., Karwowska J.

Inżynieria Ekologiczna

|

2011

|

Nr 25

110-123

PL

W pracy dokonano krótkiego przeglądu dotychczasowych prób zagospodarowania popiołów pochodzących ze spalania osadu ściekowego w różnych dziedzinach budownictwa. Zaprezentowano wyniki badań dotyczących wpływu popiołu z osadu na właściwości świeżych zaczynów i zapraw. Stwierdzono, że dodatek powoduje opóźnienie początku i końca wiązania spoiwa, ale także wydłuża okres zachowania wyjściowej konsystencji zaprawy w porównaniu z zaprawą z cementem portlandzkim. Obecność popiołu powoduje spowolnienie dynamiki narastania wytrzymałości na ściskanie zapraw. Prezentowane wyniki badań wskazują na możliwość stosowania popiołu ze spalania osadu ściekowego jako aktywnego składnika zastępującego część cementu, jednakże jego praktyczne wykorzystanie wymaga zachowania określonych zasad realizacji robót budowlanych.

EN

The short review of previous attempts of sewage sludge ash utilization in different branch of civil engineering was made in the paper. The experimental test results concerning the influence of the sewage sludge ash on the property of fresh pastes and mortars are presented. It was found that the addition caused the delay of the initial and final setting time of the binder but also permits to keep the initial consistency of mortars for considerably longer time in comparison to the mortar with Portland cement. The presence of the ash causes the slowdown of the dynamics of the compressive strength increase. Presented findings indicate the possibility of sewage sludge ash disposal as active component replacing the part of Portland cement, however its practical utilization demands keeping the determined rules of constructive works execution.

7

Modelling strains of concrete exposed to alkali-silica reaction in variable hygro-thermal conditions

Gawin D., Wyrzykowski M., Grymin W., Pesavento F.

Architecture Civil Engineering Environment

|

2011

|

Vol. 4, no. 3

43-54

EN

A mathematical model of combined action of hygro-thermal, chemical and mechanical loads is proposed to describe chemical degradation of concrete due to ASR. The model is based on mechanics of multiphase reactive porous media. The mass-energy- and momentum balance equations, as well as constitutive and physical relationships necessary for modelling the ASR in variable environmental conditions, are presented. A method for their numerical solution with the finite element and finite differences methods is described. The proposed mathematical model is validated by comparing the simulation results with some published experimental data concerning hygro-thermal processes and ASR expansion of concrete specimens in different hygro-thermal conditions, both constant and variable in time.

PL

Zaproponowano model matematyczny równoczesnego oddziaływania czynników cieplno-wilgotnościowych, chemicznych i mechanicznych do opisu degradacji chemicznej betonu, wywołanej reakcją alkalia-krzemionka. Model ten bazuje na mechanice wielofazowych reaktywnych ośrodków porowatych. Przedstawiono równania bilansu masy, energii i pędu oraz związki konstytutywne i fizyczne, które są niezbędne do modelowania przebiegu reakcji alkalia-krzemionka w zmiennych warunkach środowiskowych. Opisano metodę numerycznego rozwiązania równań modelu za pomocą metod różnic skończonych i elementu skończonego. Zaproponowany model matematyczny został zwalidowany przez porównanie wyników symulacji komputerowych z opublikowanymi danymi doświadczalnymi, które dotyczą przebiegu procesów cieplno-wilgotnościowych i pęcznienia próbek betonowych w różnych warunkach higro-termicznych, zarówno stałych, jak i zmiennych w czasie.

8

Ocena popiołu pochodzącego z jednoczesnego spalania biomasy i węgla jako składnika kompozytów cementowych

Kosior-Kazberuk M., Lelusz M.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 2

166-170

PL

Ze względu na coraz szersze stosowanie jednoczesnego spalania paliw kopalnych i biomasy, wzrasta zainteresowanie popiołami lotnymi powstającymi w tym procesie. Przedmiotem badań były popioły powstające w wyniku spalania, w kotle konwencjonalnym elektrociepłowni przemysłowej, mieszaniny zrębków drzewnych i węgla kamiennego, przy czym biomasa stanowiła 40% (popiół I) oraz 80% (popiół II) masy paliwa. Badano skład chemiczny, morfologię, aktywność pucolanową i inne właściwości fizyczne popiołów. Wpływ popiołów na proces hydratacji spoiwa oceniono na podstawie kinetyki wydzielania ciepła hydratacji. Analizowano zmiany wytrzymałości na ściskanie betonów z popiołem lotnym. Badane kompozyty cementowe zawierały od 0 do 25% popiołu w stosunku do masy cementu. Wyniki badań wstępnych zaprezentowanych w pracy wskazują, że analizowane popioły lotne, powstające w wyniku wspólnego spalania biomasy drzewnej i węgla kamiennego, mogą stanowić aktywny składnik betonów cementowych, chociaż ich stosowanie powinno być skorelowane z parametrami jakościowymi, które są uzależnione od składu mieszanek paliwowych. Podobnie jak w przypadku popiołów konwencjonalnych, przydatność omawianych dodatków mineralnych musi być sprawdzana dla każdego ich zastosowania.

EN

The increasing application of the fossil fuels-biomass co-combustion causes the increased interest in fly ashes produced in this process. The tests were carried out for ashes originated from combustion of the mixtures of wood chips and coal in a conventional boiler of the industrial plant. When combusting, biomass accounted for 40% (ash I) and 80% (ash II) of fuel mass. The chemical composition, morphology, pozzolana activity and other physical properties of the ash were examined. The effect of ashes on the hydration process of binders was evaluated on the basis of the kinetics of hydration heat emission. The test results of the effects of fly ashes on concrete compressive strength were presented. Cement composites tested contained from 0 to 25% ash related to cement mass. The results indicate that the analyzed fly ashes, derived from co-combustion of wood biomass and coal can be used as the active component of cement concrete, although their application should be correlated with the quality parameters, related to the fuel mixture composition. As in case of conventional ash, the applicability of these mineral additives must be tested for each of their application.