rozmieszczenia zbrojenia rozproszonego w betonach SCC TECHNOLOGIA BETONU

Transkrypt

1 Beton samozagęszczalny zbrojony włóknami stalowymi Badania rozmieszczenia zbrojenia rozproszonego w betonach SCC Technologia betonów samozagęszczalnych jest aktualnie przedmiotem bardzo dużego zainteresowania badawczego. Jednakże istniejący stan wiedzy w zakresie samozagęszczalnych betonów modyfikowanych włóknami różnego rodzaju jest dość ograniczony. Dostępne publikacje z badań takich betonów, szczególnie pod względem projektowania i metod formowania są nieliczne. Analizowanie zmienności rozmieszczenia i ukierunkowania zbrojenia rozproszonego w betonach SFRSCC (Steel-Fibre-Reinforced Self-Compacting Concrete) oraz ich wpływu na parametry mechaniczne jest jedną z nowych tendencji w badaniach betonów samozagęszczalnych. Dodatek zbrojenia rozproszonego poprawia w mniejszym lub większym stopniu różne parametry SFRSCC, ale jednocześnie uwidacznia trudności w przygotowaniu składu spełniającego warunek samozagęszczalności, jednorodności matrycy w swojej objętości a zarazem wyraźnej poprawy właściwości fizyko-mechanicznych [1][2][3][4]. Tomasz Ponikiewski, Katedra Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej, Polska Niewiele jest badań w zakresie rzeczywistego rozmieszczenia zbrojenia rozproszonego w samozagęszczalnej mieszance betonowej i wpływu ich dystrybucji na urabialność i właściwości mechaniczne betonu samozagęszczalnego [5][6]. Nierozpoznanym obszarem badawczym jest wpływ metod formowania SFRSCC na zachowanie zakładanych w projektowaniu parametrów technologicznych [7] i mechanicznych betonu, ze względu na brak informacji o rzeczywistym rozproszeniu oraz ukierunkowaniu włókien w mieszance w trakcie procesów technologicznych. Założenia i metodyka badań Skład badanych mieszanek SCC przedstawiono w tablicy 1. Opis oraz przyjęte oznaczenia próbek wykonanych w ramach ba - dań przedstawiono w tablicy 2. Rozpatrywa - no w badaniach 4 rodzaje włókien stalowych na 3 poziomach udziału objętościowego. Kryterium samozagęszczalności spełniały mieszanki z maksymalną zawartością włókien 0,75%, przyjęto więc, że bę dzie to maksymalna analizowana zawartość włókien. Zakres badań obejmował: Przygotowanie mieszanki betonowej wg podanego składu w tablicy 1 i 2 Wykonanie próby rozpływu stożkiem Abramsa po upływie 20 minut od ukończenia procesu mieszania celem weryfikacji samozagęszczalności Wypełnienie skrzynki wypływowej L-box po ponownym wymieszaniu mieszanki SFRSCC oraz wykonanie badania Rozformowanie otrzymanych próbek z rozbieralnej formy L-box po 24 godzinach od formowania; przykładowy wygląd betonu po rozformowaniu przedstawiono na rys. 1 Skład zaprojektowanej mieszanki samozagęszczalnej. Składnik Na 1 m 3 [kg/m 3 ] Na zarób [kg/15dm 3 ] CEM II B-S 42, ,990 Popiół lotny 58 0,870 Woda 188 2,820 SP na bazie eterów polikarboksylanowych 4,66 0,070 [1,0% m.c.] Kruszywo sjenitowe 2-8 [mm] 809,5 12,14 Piasek 0-2 [mm] 809,5 12,14 W/(C+D) 0,36 0,36 Wykonane w skrzynce wypływowej L-box i rozformowane próbki SFRSCC dla: a) włókien prostych 0,40/25,4 w pomiarach P8 P7 P9; b) włókien falistych 0,7x30 w pomiarach P11 P10 P12 [8] Rodzaje zastosowanych do badań włókien stalowych i oznaczenia próbek. Kształt włókien Smukłość Długość [mm] Średnica [mm] Numer próbki wg zawartości włókien: 0-0,25-0,50-0,75 [%] 1 haczykowate ,66 P13 - P2 - P1 - P3 2 haczykowate ,1 P13 - P5 - P4 - P6 3 proste 64 25,4 0,4 P13 - P8 - P7 - P9 4 faliste ,7 P13 - P11 - P10 - P12 56

2 Dr inż. Tomasz Ponikiewski. Pracownik Katedry Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych Politechniki Śląskiej w Gliwicach od roku Autor rozprawy doktorskiej Wpływ wybranych rodzajów włókien na właściwości reologiczne mieszanek na spoiwach cementowych z roku Działalność dydaktyczna: Technologia betonu, Technologia betonów modyfikowanych, Podstawy projektowania procesów budowlanych, Technologia produkcji prefabrykatów, Systemy technologiczne w budownictwie. Działalność naukowa:technologia betonów zwykłych, wysokowartościowych i samozagęszczalnych, Reologia zapraw i mieszanek na spoiwach cementowych z domieszkami i dodatkami. Tomasz.Ponikiewski@polsl.pl Wszechstronna Założony system numeracji próbek i poszczególnych zgładów. oferta produktów i urządzeń Przygotowywanie zgładów betonów wg rys. 2 Analiza autorskim programem komputerowym do analizy obrazu zgładów fibrobetonowych. Badanie przy pomocy rozbieralnych skrzynek wypływowych L-box pozwoliło na ocenę samozagęszczalności mieszanki w warunkach rozstawów prętów zbrojeniowych, zdolności mieszanki do samopoziomowania się oraz skłonności do segregacji i blokowania włókien. Należy zaznaczyć, że mieszanka wzorcowa P-13 uzyskała pełny rozpływ w skrzynce L-box. Kolejnym etapem badań było podzielenie otrzymanych próbek betonowych na części, w celu otrzymania zgładów do dalszej analizy komputerowej. Przyjęto, że próbki zgładów będą dzielone na części długości 100 mm. Na rys. 2 przedstawiono założony system numeracji próbek i poszczególnych zgładów. W badaniach przyjęto siatkę podziałową, której wymiary zostały przyjęte dla zgładu SFRSCC o największy przekroju tzn. 100x200 mm (rys. 3). Pionowo dokonano podziału zgładu na cztery pola, Zastosowana siatka podziału zgładów. Industrivej 24 DK-8620 Kjellerup Dania Tel Fax

3 Model rozkładu włókien próbki P1 [8]. Mapa rozkładu włókien dla przekroju h100 dla próbki P1. natomiast poziomo założono szerokość na osiem pól. W każdym polu generowane są przez program komputerowy wartości określające ilość włókien znajdujących się w danym obszarze. Model rozkładu włókien próbki P2 [8]. Wyniki badań i ich omówienie W badaniach uzyskano mapy obrazujące rzeczywisty rozkład włókien stalowych w zgładach betonów SFRSCC (zawartość w poszczególnych polach siatki). Aby umo - żliwić porównanie poszczególnych map, do wszystkich rysunków przyjęto taką samą skalę kolorów, przyjętej dla próbki z największą zawartością włókien. Przykładowa mapa rozkładu włókien dla przekroju h100 próbki P1 została przedstawiona na rys. 4. Przykładowe rozmieszczenie i oznaczenie włókien stalowych dla wybranych 3 badanych betonów we wszystkich zgładach pomiarowych przedstawiono na rys Stwierdzono, że wraz z oddaleniem się od zasuwy L-box a, ilość włókien w kolejnych zgładach jest coraz mniejsza. Stwierdzono blokowanie się mieszanki przy prętach, ich przepływ nie był jednolity, czego efektem było rozmieszczanie się mieszanki w dolnych rzędach próbki w sposób zależny od ilości i rodzaju włókien (rys. 1). Różnice pomiędzy zawartością włókien w polach pomiarowych w jednym poziomie lub pionie dochodzą nawet do 50%. Model rozkładu włókien próbki P12 [8]. Wpływ rodzaju włókien na ich liczbę w przekrojach pomiarowych formy L-box dla zawartości włókien 0,75% [8]. Badano również wpływ rodzaju włókien na ich liczbę w przekrojach pomiarowych formy L-box. Przykładowe wyniki badań dla zawartości włókien 0,75% przedstawiono na rys. 8. Zastosowane włókna faliste w próbce P12 przy zawartości 0,75% wykazywały się znacznie mniej negatywnym wpływem na blokowanie się mieszanki między prętami L-box a, w porównaniu z pró bkami P3, P6 i P9. Wykazano znaczący wpływ kształtu włókien na urabialność mieszanki. Im większa smukłość zastosowanych włókien tym większy wpływ na urabialność. Włókna proste o dużej smukłości próbki P9 niemalże całkowicie zostały zablokowane przy prętach skrzynki L-box. W przypadku zawartości włókien 0,50% procentowy spadek ilości włókien pomiędzy przekrojem h100 i h200 wynosił 17%, natomiast między przekrojem pierwszym i ostatnim 45%. Dla zawartości włókien 0,25% blokowanie się włókien przed prętami nie jest duże w porównaniu z próbkami o większej zawartości włókien (rys. 9). Procentowy spadek ilości włókien w próbce P2 między przekrojem h100 i h200 wynosił 8%, natomiast między przekrojem pierwszym i ostatnim wynosił 31%, natomiast w próbce P5 odpowiednio 2 i 23%. 58

4 X-SEED Nasz najnowszy wkład w zrównowa one budownictwo! X-SEED przyspieszatwardnieniebetonuwstopniuwspomagającymjego naturalną hydratację i długoterminowe cechy wytrzymałościowe. Ponadto oferuje atrakcyjne możliwości w zakresie oszczędności kosztów i przyczynia się do redukcji emisji CO2. X-SEED to unikalny sposób na przyspieszenie wczesnej wytrzymałości niezależnie od temperatury i przy zachowaniu tej samej wytrzymałości końcowej oraz poprawie trwałości betonu. domieszki@basf.com Adding Value to Concrete

5 viskomat NT Szybka i prosta ocena skuteczności domieszek? Jaki cement będzie kompatybilny z wybranym plastyfikatorem? Dzięki prostym pomiarom urządzeniem Viskomat NT uzyskasz szybką odpowiedź na te pytania. Schleibinger Geräte Teubert u. Greim GmbH Podsumowanie i wnioski końcowe Gewerbestraße 4, Buchbach, Niemcy Tel.: , Fax: info@schleibinger.com, Przeprowadzone badania potwierdzają problemy technologiczne z równomiernym rozmieszczeniem włókien stalowych w matrycy betonu SFRSCC. Symulacja przepływu mieszani betonowej w aparacie L-box wykazywała blokowanie się włókien na prętach imitujących zbrojenie zwiększające się wraz ze wzrostem udziału objętościowego włókien w betonie. Wykazano również wpływ smukłości oraz kształtu włókien na zjawisko blokowania. Dotychczasowe badania nie dostarczyły systematycznych, zweryfikowanych danych doświadczalnych umożliwiających projektowanie SFRSCC z warunku zakładanych parametrów mechanicznych oraz rzeczywistego rozmieszczenia i ukierunkowania zbrojenia rozproszonego. Konsekwencją tego jest rozbieżność w projektowanych i otrzymywanych parametrach mechanicznych tak modyfikowanych betonów. Ważne jest określenie stopnia odchyleń w zakładanych parametrach mechanicznych SFRSCC ze względu na rzeczywiste rozmieszczenie i ukierunkowanie zbrojenia rozproszonego. Uzyskane w badaniach zaprezentowanych oraz kolejnych wyniki będą stanowiły podstawę do opracowania metody projektowania fibrobetonów samozagęszczalnych z uwzględnieniem wybranych formowanych elementów konstrukcyjnych. Istotą problemu jest ustalenie jak w różnych konstrukcjach zmienia się rozmieszczenie zbrojenia rozproszonego w zależności od sposobu układania mieszanki, biorąc pod uwagę jej właściwości reologiczne, udział objętościowy i parametry geometryczne włókien stalowych. Uzyskane wyniki badawcze mogą być wykorzystane do zwiększenia dokładności modelowania właściwości mechanicznych wybranych elementów konstrukcji, przy zastosowaniu zbrojenia rozproszonego. N Bibliografia [1] I. Busterud, K. Johansen, A.I. Dossland: Production of fibre reinforced SCC, in: Proceedings of the second North American conference on the design and use of selfconsolidating concrete and the fourth international RILEM Symposium on selfcompacting concret, Chicago, IL, USA, October 2005, Hanley Wood, Minneapolis, MN, USA, pp [2] Y. Ding, D. Thomaseth, Ch. Niederegger, A. Thomas, W. Lukas: The investigation on the workability and flexural toughness of fibre cocktail reinforced self-compacting high performance concrete. 6th RILEM Symposium on fibre-reinforced concretes (frc) BEFIB 2004, Varenna, taly [3] S. Grünewald: Performance-based design of self-compacting fibre reinforced concrete, Doctor`s thesis, [4] S. Grünewald, J.C. Walraven: Optimisation of the mixture composition of selfcompacting fibre reinforced concrete. In: Proceedings of the Second North American conference on the Design and Use of Self-consolidating Concrete and the Fourth International RILEM Symposium on Self-compacting Concrete, Chicago, IL, USA, October 2005, Minneapolis, MN, USA, pp [5] K.H. Khayat, P. Ghoddousi, F. Kassimi: Effect of fiber type on workability and mechanical properties of SCC, In: Proceedings of the Third North American conference on the Design and Use of Self-consolidating Concrete SCC Chicago [6] T. Ponikiewski: The rheological properties of fresh steel fibre reinforced selfcompacting concrete, in: Proc. Int. Symp. `Brittle Matrix Composites 8`, A.M.Brandt, V.C.Li, I.H.Marshall, Cambridge and Warsaw [7] T. Ponikiewski: Investigation on random distribution of fibres in cement composites, in: Proc. Int. Symp. `Brittle Matrix Composites 9`, A.M.Brandt, J. Olek, I.H.Marshall, Warsaw [8] T. Kmita: Analiza losowości rozmieszczenia zbrojenia rozproszonego w betonach samozagęszczalnych. Praca magisterska. Promotor: Tomasz Ponikiewski, Gliwice M Wpływ rodzaju włókien na ich liczbę w przekrojach pomiarowych formy L-box dla zawartości włókien 0,25% [8]. WIĘCEJ INFORMACJI Politechnika Śląska Katedra Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych Akademicka Gliwice, Polska Tomasz.Ponikiewski@polsl.pl 60