Betony na proszkach reaktywnych

– przyszłość konstrukcji

betonowych

Autor: Mariusz Wiecheć

Konferencja Koła Naukowego Konstrukcji Sprężonych –
Politechnika Krakowska
Sromowce Niżne, 26-28 października 2012r..

Plan prezentacji

1. Definicje, podstawowe składniki oraz

właściwości RPC.

2. Założenia leżące u podstaw teorii

betonów na proszkach reaktywnych.

3. Technologia DUCTAL i jej zastosowanie.
4. Program badań własnych.

Definicje, podstawowe

składniki oraz właściwości

RPC.

Beton na proszkach reaktywnych BPR (fran. Béton de Poudres
Réactives) lub RPC (ang. Reactive Powder Concrete) jest to materiał
zbrojony włóknami, z zawartością superplastyfikatora, pyłu
krzemionkowego, o bardzo niskim współczynniku w/c, gdzie rolę
kruszywa pełni piasek kwarcowy o max. średnicy kruszywa 0.15 –
0.40mm. De facto beton na proszkach reaktywnych nie jest betonem,
gdyż nie posiada kruszywa grubego.
Składniki RPC (wartości masowe na 1m3 podane dla
tworzywa DUCTAL) :
 Cement (710kg)
 Pył krzemionkowy (203kg)
 Piasek kwarcowy (1020kg)
 Mączka kwarcowa (210kg)
 Włókna stalowe (160kg) - lub węglowe
 Woda (140l)
 Superplastyfikatory (10kg)

Definicje, podstawowe

składniki oraz właściwości

RPC.

1.

Cement:



duża zawartość (2.5-3 razy większa niż w zwykłych betonach),



zawartość C3A (celit) nie większa niż 4% ze względu na
osłabienie działania superplastyfikatora,



powierzchnia właściwa cementu (ok. 3400cm2/kg) –
ograniczenie ze względu na wodożądność.

2. Pył krzemionkowy:



20-30% masy cementu; większa masa powoduje wzrost
wodożądności,



ziarna są dużo mniejsze niż cementu i piasku, więc zwiększa
się upakowanie materii,



możliwa reakcja z Ca(OH)2, dzięki czemu powstaje dodatkowa
ilość fazy C-S-H.

Definicje, podstawowe

składniki oraz właściwości

RPC.

3. Piasek kwarcowy i mączka kwarcowa:
 pełnią rolę kruszywa (D=0.40mm), wymagane ciągłe

uziarnienie,

 tworzą płynne przejście między kruszywem, a fazą C-S-H.

Fot. 1. Kwarc mleczny. Autor: Piotr
Sosnowski

4. Włókna stalowe:

 średnica ok. 0.15mm,

 długość ok. 13mm,

 poprawiają wytrzymałość na ściskanie o
60%,

 umożliwiają obróbkę w wyższej
temperaturze.

Fot. 2. Beton z włóknami stalowymi. Źródło:
www.tecservices.com

Definicje, podstawowe

składniki oraz właściwości

RPC.

Rozwój betonu.

Definicje, podstawowe

składniki oraz właściwości

RPC.

Porównanie właściwości betonów zwykłych z betonami
RPC.

Cecha

Beton zwykły

Beton DUCTAL®

Gęstość

2,2 – 2,5 kg/dm3

2,45 – 2,55 kg/dm3

Wytrzymałość na

ściskanie

15 – 60 MPa

180 – 220 MPa

Wytrzymałość na

zginanie

2 – 8 MPa

36 – 40 MPa

Wytrzymałość na

rozciąganie

1 – 4 MPa

8 – 10 MPa

Moduł sprężystości

20 – 40 GPa

55 – 60 GPa

Moduł sprężystości

stali

 

190 – 210 GPa

Pozostałe istotne właściwości Betonu DUCTAL:

 szczelna mikrostruktura (wysoka mrozoodporność i odporność na
agresję chemiczną)

 wysoka odporność ogniowa i na obciążenia będące efektem eksplozji

 niski skurcz - poniżej 0,01 mm/m

Założenia leżące u podstaw teorii

betonów na proszkach

reaktywnych.

1. Minimalizowanie porowatości kompozytu.

Dzięki minimalizowaniu ilości wody (w/c=0.2) i zastosowaniu
superplastyfikatorów doprowadza się do sytuacji, w której w betonie
ciągle istnieją ziarna cementu, które mogą ulegać hydratacji w
późniejszym etapie.

2. Obróbka cieplna dla modyfikacji
mikrostruktury matrycy.

Stosowana, by przyspieszyć proces hydratacji oraz zwiększyć
aktywność pucolanową składników - powstawanie C-S-H.
Stosuje się:

 niskoprężną obróbkę termiczną (90st. C) – efekty jw.

 wysokoprężną obróbkę termiczną (250 st. C) – dodatkowo
powstają krystaliczne formy krzemianów wapniowych, co ma
prowadzić do zwiększenia wytrzymałości.

Założenia leżące u podstaw teorii

betonów na proszkach reaktywnych.

3. Zwiększenie jednorodności materiału poprzez
zastosowania bardzo drobnego kruszywa.

Dowiedziono, że naprężenia w stwardniałym zaczynie cementowym
są odwrotnie proporcjonalne do odległości ziaren kruszywa.
Beton zwykły ma duże różnice w odkształcalności zaczynu i kruszywa.
W RPC, piasek kwarcowy ma E=70-90GPa, więc odkształcalności te są
zbliżone, co umożliwia równomierny rozkład naprężeń w materiale.

4. Gęstość upakowania suchych składników
ziarnistych.

Ogranicza się porowatość, zmniejsza odległości.

Rys. 2. Komputerowe próby opisu idealnego upakowania.

Technologia DUCTAL i jej

zastosowanie.

Przekroje belek o tej samej nośności
wykonane z różnych materiałów.

Technologia DUCTAL i jej

zastosowanie.

Poziome dźwigary powłoki

chłodni kominowej ( wysoka

odporność na sole oraz

mrozoodporność)

Elektrownia atomowa Cattenon,

Francja

Technologia DUCTAL i jej

zastosowanie.

Kładka dla pieszych
w Sherbrooke (Kanada)
 RPC 200 MPa – pas dolny,

podłużnice, żeberka
poprzeczne i płyta
pomostu

 RPC 300 MPa - krzyżulce

Fragment konstrukcji:
Rozpiętość: 60 m
Szerokość płyty pomostu: 4,2 m

Grubość płyty pomostu: 3,0
cm !!

Technologia DUCTAL i jej

zastosowanie.

Ściany szczelne

nabrzeża

Reunion

Program badań własnych.

1. Trzy drogi dojrzewania betonu:

 w kąpieli wodnej,

 niskoprężna obróbka cieplna,

 autoklawizacja.

2. Wstępne zniszczenie (zarysowanie) próbki.
3. Umożliwienie samozaleczenia próbki poprzez
wprowadzenie siły ściskającej do próbki oraz powtórne
dojrzewanie próbki.
4. Pomiar, po ustalonym czasie, wytrzymałości
zaleczonych próbek oraz energii pękania próbek.

Bibliografia

1. J. Śliwiński, T. Zdeb Beton z proszków
reaktywnych jako kompozyt cementowy o ultra
wysokiej wytrzymałości;
2. S. Collepardi, L. Coppola, R. Troli, M. Collepardi
Mechanical Properties of Modified Reactive Powder
Concrete;
3. G. Adamczewski, P. Łukowski Wstępna ocena
samonaprawy kompozytu epoksydowo-
cementowego;