Strefa przejściowa w betonach z proszków reaktywnych BPR dojrzewających w różnych warunkach hydrotermalnych

Reactive powder concrete (RPC), due to its characteristic composition with reduced water quantity, often below a stoichiometric ratio, the addition of pozzolana usually close to or above 20% of the weight of cement and a significantly reduced inclusion rate compared to normal or high performance concrete, has a different nature of the interfacial transition zone between the micro aggregate grains and the binder matrix. Due to the significant influence of RPC curing conditions on the morphology of the interfacial transition zone, the analysis included composites cured in water of Tmax=20°C, subject to low-pressure steam curing Tmax=90°C and autoclaved at Tmax=250°C. The paper presents a qualitative assessment of the interfacial transition zone in reactive powder concretes with the use of a scanning microscope with the use of linear EDS and quantitative analysis by means of stereological analysis of the image obtained with the use of a BSE detector. The results of the study unequivocally confirm the lack of portlandite crystallisation at the phase interface and the different phase composition in the interfacial transition zone in relation to the mean mass composition.Ewolucję opisu strefy przejściowej w kompozytach cementowych prześledził Kurdowski w publikacji „Chemia Cementu i Betonu”, gdzie scharakteryzował jej ogólnie przyjęte modele zróżnicowane pod względem występujących kolejno po sobie stref, jak i pod względem ich składu fazowego. Ponadto rozwój metodyki badań strefy przejściowej pozwala obecnie coraz ściślej opisywać właściwości oraz budowę tej newralgicznej części cementowych kompozytów ziarnistych. Stosuje się tutaj najczęściej metodę mikroskopii zarówno optycznej jak i skaningowej wraz ze stereologiczną analizą obrazu, analizę EDS, XRD, a także w celu rozpoznania różnic we właściwościach mechanicznych względem kruszywa i matrycy stosuje się badania metodą nanoindentacji. W przypadku tradycyjnych kompozytów cementowych strefa przejściowa odgrywa ważną rolę w kształtowaniu ich cech mechanicznych ze względu na obszar, w którym najczęściej dochodzi do zainicjowania rys w obciążonym materiale. Z tego względu, jedną z podstawowych idei komponowania składu kompozytów BPR jest homogenizacja tekstury kompozytu, mająca bezpośredni związek z ujednorodnieniem rzeczywistych naprężeń panujących w obciążonym materiale. Godycki-Ćwirko tłumaczy, jak intensywnie na wartość naprężeń rzeczywistych wpływa: wielkość inkluzji, wzajemna odległość pomiędzy jej ziarnami oraz różnica w odkształcalności inkluzji względem matrycy. Ponadto, na charakter strefy przejściowej mają także warunki dojrzewania kompozytu. Z tego powodu w części badawczej niniejszego artykułu scharakteryzowano strefę przejściową pomiędzy matrycą spoiwową i mikrokruszywem kwarcowym w betonach z proszków reaktywnych dojrzewających w zróżnicowanych warunkach hydrotermalnych tj. w wodzie, poddane niskoprężnemu naparzaniu w temperaturze 90°C oraz autoklawizacji w temperaturze 250°C. Warunki te wpływają na reaktywność poszczególnych składników kompozytu i tym samym na skład fazowy strefy przejściowej. W badaniach wykorzystano standardowy skład mieszanek betonów z proszków reaktywnych, które po dojrzewaniu w wyżej wymienionych warunkach hydrotermalnych zostały poddane obserwacjom mikroskopowym SEM wraz z analizą EDS. Badania jakościowe zostały zrealizowane na powierzchni trzech losowo wybranych ziaren piasku kwarcowego, każdorazowo realizując pięć analiz liniowych EDS ukierunkowanych prostopadle do powierzchni ziarna. Pozwoliły one na wyznaczenie proporcji liczby atomów pierwiastków Ca, Si, Al i Fe w całym przyjętym zakresie długości linii i tym samym w każdym jej punkcie z rozdzielczością około co 0,05 μm. Na tej podstawie naniesiono chmurę punktów pomiarowych w układzie współrzędnych Ca/Si – Al+Fe/Ca, gdzie zaznaczono także obszary występowania możliwych w kompozycie faz tj. C-S-H, CH, C3S, AFm

Ultra-high performance concrete – properties and technology

The paper deals with information concerning properties and technology of a new generation cementitious composite i.e. Ultra-High Performance Concrete. High performance here means both high strength and high durability under the influence of environmental factors. This group of composites is mainly represented by Reactive Powder Concretes (RPC), which show both outstanding durability and mechanical properties. Characteristic features of RPC are mainly due to the very low water-cement ratio, which involves application of superplasticizer, significant reduction of aggregate grains size as well as hydrothermal treatment. In the first part of the paper selected properties of RPC are compared to ordinary concrete and to other groups of new generation concrete. Moreover, fundamental technological factors influencing properties of RPC are described as well. The second part deals with the RPC developed at Cracow University of Technology. The presented test results are mainly focused on the influence of steel fibres content on mechanical properties of reactive powder concrete and hydrothermal treatment on composites microstructure. The quantitative and qualitative evaluation of this relationship expand the knowledge of the UHPC technology. Finally, the third part presents the most significant and newest structures which have been erected with the use of RPC

Wpływ wybranych czynników materiałowych i technologicznych na właściwości mechaniczne i mikrostrukturę betonów z proszków reaktywnych (BPR)

The paper deals with the properties and microstructure of Reactive Powder Concrete (RPC), which was developed at Cracow University of Technology. The influence of three different curing conditions: water (W), steam (S) and autoclave (A) and also steel fibres content on selected properties of RPC was analyzed. The composite characterized by w/s ratio equal to 0.20 and silica fume to cement ratio 20%, depending on curing conditions and fibres content, obtained compressive strength was in the range from 200 to 315 MPa, while modulus of elasticity determined during compression was about 50 GPa. During three-point bending test load-deflection curves were registered. Base on aforementioned measurements following parameters were calculated: flexural strength, stress at limit of proportionality (LOP), stress at modulus of rapture (MOR), work of fracture (WF), and toughness indices I5, I10 and I20. Both amount of steel fibres and curing conditions influence the deflection of RPC during bending.Artykół dotyczy charakterystyki wybranych właściwośći i mikrostruktury Betonów z Proszków Reaktywowanych (BPR), wytworzonych w Politechnice Krakowskiej. Analizie poddano wpływ trzech warunków dojrzewania: dojrzewanie w wodzie (W), naparzanie niskoprężne (S) oraz autoklawizacja (A), a także zawartości włókien stalowych na wybrane właściwości BPR. Kompozyt charakteryzował się stałym współczynnikiem wodno-spoiwowym 0,20 oraz zawartością pyłu krzemionkowego 20% w stosunku do masy cementu. W zależności od warunków dojrzewania i udziału włókien wytrzymałość na ściskanie wahała się w granicach od 200 do 315 MPa, natomiast moduł sprężystości wyznaczany podczas ściskania wynosił około 50 GPa. Podczas trzypunktowego zginania beleczek RPC rejestrowano zależność siła-ugięcie, na podstawie której wyznaczono następujące parametry: wytrzymałość na rozciąganje przy zginanju, wartość naprężenia w punktach LOP i MOR (opis w tekście), energię zniszczenia WF oraz wartości współczynników toughness indices I5, I10 and I20. Zarówno udział włókien stalowych jak i warunki dojrzewania BPR mają wpływ na odkształcalność kompozytu podczas próby zginania

The impact of the amount of polypropylene fibres on spalling behaviour and residual mechanical properties of Reactive Powder Concretes

In this paper, an experimental study on the spalling behaviour and mechanical properties of Reactive Powder Concretes (RPCs) in high temperature are presented. The research program was established to evaluate the impact of low melting temperature polypropylene fibres PP on mechanical properties evolution with temperature but also to verify the effectiveness of their addition to prevent spalling. Three sets of RPC specimens were prepared for this study with different amount of PP fibres (no fibres, 1.0 kg/m3 and 2.0 kg/m3). The addition of PP fibres reduces the initial compressive strength of the RPC material by approx. 14% no significant influence on modulus of elasticity was observed. Addition of 1 kg/m3 of PP fibres in RPC, seem not to give a sufficient protection against occurrence of spalling phenomenon. By adding 2 kg/m3 of PP fibres the risk of spalling is significantly reduced