Publikowanie artykułów jest możliwe po podpisaniu zgody na przeniesienie licencji na czasopismo.
Analiza rozwoju spękań klastrowych w zaczynie cementowym modyfikowanym mikrokrzemionką
Maciej Szeląg
maciej.szelag@pollub.plKatedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska (Polska)
https://orcid.org/0000-0003-1868-4124
Stanisław Fic
Katedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-3182-9060
Abstrakt
W artykule opisano przebieg badań nad możliwością zastosowania komputerowych technik analizy obrazu do oceny struktury spękań klastrowych na powierzchni modyfikowanych zaczynów cementowych. Wykonano 4 serie próbek, na dwóch cementach portlandzkich (CEM I 42,5R oraz CEM I 52,5R). Dodatkowo dwie serie zawierały mikrokrzemionkę jako substytut 10% zawartości cementu. Spękania próbek zostały uzyskane na drodze nagłego ich obciążenia temperaturą wynoszącą 250°C. Obraz spękanej powierzchni został uzyskany na drodze skanowania w rozdzielczości 2400 DPI, a do obróbki cyfrowej i pomiarów zastosowano program ImageJ v. 1.46r. Do opisu struktury spękań zaproponowano dwa parametry: średnia powierzchnia klastra (A) i średni obwód klastra (L). Celem pracy jest odniesienie uzyskanych z analizy obrazu parametrów stereologicznych do wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie badanych próbek. Dodatkowo rozpatrując strukturę zaczynu cementowego jako system dyspersyjny opisano proces tworzenia się struktur klastrowych, które transformując pod wpływem obciążeń zewnętrznych wpływają na ostateczne właściwości materiału kompozytowego.
Słowa kluczowe:
analiza obrazu, zaczyn cementowy, spękania klastrowe, mikrokrzemionka, podwyższona temperaturaBibliografia
[1] Neville A.M. Właściwości Betonu. Polski Cement, 2000.
[2] Fic S.B., Vyrovoy V.N., Dorofeev V.S. Procesy samoorganizacji struktury kompozytowych materiałów budowlanych. Politechnika Lubelska, 2013.
[3] Naus D.J. The effect of elevated temperature on concrete materials and structures – a literature review (No. ORNL/TM-2005/553). Oak Ridge National Laboratory, 2006
[4] Schneider U. Concrete at high temperatures - a general review. Fire Safety Journal 13(1) (1988) 55-68.
[5] Harmathy T.Z. Thermal properties of concrete at elevated temperatures. Journal of Materials 5 (1970) 47-74.
[6] Handoo S.K., Agarwal S., Agarwal S.K. Physico – chemical, mineralogical, and morphological characteristics of concrete exposed to elevated temperatures. Cement and Concrete Research 32 (2002) 1009-1018.
[7] Georgali B., Tsakiridis P.E. Microstructure of fire – damaged concrete, a case ctudy. Cement and Concrete Composites 27 (2005) 255-259.
[8] Peng G.F., Huang Z.S. Change in microstructure of hardened cement paste subjected to elevated temperatures. Construction and Building Materials 22 (2008) 593-599.
[9] Alonso C., Fernandez L. Dehydration and rehydration process of cement paste exposed to high temperature environments. Journal of Material Science 39 (2004) 3015-3024.
[10] Mendes A., Sanjayan J.G., Gates W.P., Collins F. The influence of water absorption and porosity on the deterioration of cement paste and concrete exposed to elevated temperatures, as in a fire event. Cement and Concrete Composites 34 (2012) 1067-1074.
[11] Fu Y.F., Wong Y.L., Poon C.S., Tang C.A., Lin P. Experimental study of micro/macro crack development and stress-strain relations of cement-based composite materials at elevated temperatures. Cement and Concrete Research 34 (2004) 789-797.
[12] Fu Y.F., Wong Y.L., Poon C.S., Tang C.A. Numerical tests of thermal cracking induced by temperature gradient in cement-based composites under thermal loads. Cement and Concrete Composites 29 (2007) 103-116.
[13] Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Polski Cement, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010
[14] Dias W.P.S, Khoury G.A., Sullivan P.J.E. Shrinkage of hardened cement paste at temperatures up to 670°C (1238°F). ACI Materials Journal 87 (1990) 204-209.
[15] Lim S., Mondal P. Micro- and nano-scale characterization to study the thermal degradation of cement-based materials. Materials Characterization 92 (2014) 15-25.
[16] Ibrahim R.K., Hamid R., Taha M.R. Strength and microstructure of mortar containing nanosilica at high temperature. ACI Materials Journal 111 (2014) 163-170.
[17] Morsy M.S., Alsayed S.H., Aqel M. Effect of elevated temperature on mechanical properties and microstructure of silica flour concrete. International Journal of Civil & Environmental Engineering 10 (2010) 1-6.
[18] Szeląg M., Szewczak A. Zastosowanie stereologii w inżynierii materiałów budowlanych. Budownictwo i Architektura 14(1) (2015) 115-125.
[19] Konkol J., Kulpiński J., Prokopski G. Zastosowanie analizy obrazu do określania porowatości betonu na próbkach utwardzonych. Inżynieria Materiałowa 6 (2002) 737-742.
[20] Inyang H.I., Hourani M.S., Menezes G.B., Young D.T., Ogunro V.O., Bin S., Work D. Stereological analysis of aggregate distribution in contaminant barrier concrete. Soil & Sediment Contamination 17 (2008) 425-436.
[21] Sumanasooriya M.S., Neithalath N. Stereology- and morphology-based pore structure descriptors of enhanced porosity (pervious) concretes. ACI Materials Journal 106(5) (2009) 429-438.
[22] Nemati K.M., Monteiro P.J., Scrivener K.L. Analysis of compressive stress-induced cracks in concrete. ACI Materials Journal 95(5) (1998) 617-630.
[23] Ringot E., Bascoul A. About the analysis of microcracking in concrete. Cement and Concrete Composites 23(2-3) (2001) 261-266.
[24] Ringot E. Automatic quantification of microcracks network by stereological method of total projections in mortars and concretes. Cement and Concrete Research 18(1) (1988) 35-43.
[25] Sinha S.K., Fieguth P.W. Automated detection of cracks in buried concrete pipe images. Automation in Construction 15(1) (2006) 58-72.
[26] Sinha S.K., Fieguth P.W. Segmentation of buries concrete pipe images. Automation in Construction 15 (2005) 47-57.
[27] Fujita Y., Mitani Y., Hamamoto Y. A method for crack detection on a concrete structure. Pattern Recognition 3 (2006) 901-904.
[28] Fic S., Szeląg M. Analysis of the development of cluster cracks caused by elevated temperatures in cement paste. Construction and Building Materials 83 (2015) 223-229. doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.03.044
[29] PN-EN 196-1:2006 Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości.
[30] PN-EN 12390-3:2011 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
[31] PN-EN 12390-5:2011 Badania betonu – Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badań.
[2] Fic S.B., Vyrovoy V.N., Dorofeev V.S. Procesy samoorganizacji struktury kompozytowych materiałów budowlanych. Politechnika Lubelska, 2013.
[3] Naus D.J. The effect of elevated temperature on concrete materials and structures – a literature review (No. ORNL/TM-2005/553). Oak Ridge National Laboratory, 2006
[4] Schneider U. Concrete at high temperatures - a general review. Fire Safety Journal 13(1) (1988) 55-68.
[5] Harmathy T.Z. Thermal properties of concrete at elevated temperatures. Journal of Materials 5 (1970) 47-74.
[6] Handoo S.K., Agarwal S., Agarwal S.K. Physico – chemical, mineralogical, and morphological characteristics of concrete exposed to elevated temperatures. Cement and Concrete Research 32 (2002) 1009-1018.
[7] Georgali B., Tsakiridis P.E. Microstructure of fire – damaged concrete, a case ctudy. Cement and Concrete Composites 27 (2005) 255-259.
[8] Peng G.F., Huang Z.S. Change in microstructure of hardened cement paste subjected to elevated temperatures. Construction and Building Materials 22 (2008) 593-599.
[9] Alonso C., Fernandez L. Dehydration and rehydration process of cement paste exposed to high temperature environments. Journal of Material Science 39 (2004) 3015-3024.
[10] Mendes A., Sanjayan J.G., Gates W.P., Collins F. The influence of water absorption and porosity on the deterioration of cement paste and concrete exposed to elevated temperatures, as in a fire event. Cement and Concrete Composites 34 (2012) 1067-1074.
[11] Fu Y.F., Wong Y.L., Poon C.S., Tang C.A., Lin P. Experimental study of micro/macro crack development and stress-strain relations of cement-based composite materials at elevated temperatures. Cement and Concrete Research 34 (2004) 789-797.
[12] Fu Y.F., Wong Y.L., Poon C.S., Tang C.A. Numerical tests of thermal cracking induced by temperature gradient in cement-based composites under thermal loads. Cement and Concrete Composites 29 (2007) 103-116.
[13] Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. Wydawnictwo Polski Cement, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010
[14] Dias W.P.S, Khoury G.A., Sullivan P.J.E. Shrinkage of hardened cement paste at temperatures up to 670°C (1238°F). ACI Materials Journal 87 (1990) 204-209.
[15] Lim S., Mondal P. Micro- and nano-scale characterization to study the thermal degradation of cement-based materials. Materials Characterization 92 (2014) 15-25.
[16] Ibrahim R.K., Hamid R., Taha M.R. Strength and microstructure of mortar containing nanosilica at high temperature. ACI Materials Journal 111 (2014) 163-170.
[17] Morsy M.S., Alsayed S.H., Aqel M. Effect of elevated temperature on mechanical properties and microstructure of silica flour concrete. International Journal of Civil & Environmental Engineering 10 (2010) 1-6.
[18] Szeląg M., Szewczak A. Zastosowanie stereologii w inżynierii materiałów budowlanych. Budownictwo i Architektura 14(1) (2015) 115-125.
[19] Konkol J., Kulpiński J., Prokopski G. Zastosowanie analizy obrazu do określania porowatości betonu na próbkach utwardzonych. Inżynieria Materiałowa 6 (2002) 737-742.
[20] Inyang H.I., Hourani M.S., Menezes G.B., Young D.T., Ogunro V.O., Bin S., Work D. Stereological analysis of aggregate distribution in contaminant barrier concrete. Soil & Sediment Contamination 17 (2008) 425-436.
[21] Sumanasooriya M.S., Neithalath N. Stereology- and morphology-based pore structure descriptors of enhanced porosity (pervious) concretes. ACI Materials Journal 106(5) (2009) 429-438.
[22] Nemati K.M., Monteiro P.J., Scrivener K.L. Analysis of compressive stress-induced cracks in concrete. ACI Materials Journal 95(5) (1998) 617-630.
[23] Ringot E., Bascoul A. About the analysis of microcracking in concrete. Cement and Concrete Composites 23(2-3) (2001) 261-266.
[24] Ringot E. Automatic quantification of microcracks network by stereological method of total projections in mortars and concretes. Cement and Concrete Research 18(1) (1988) 35-43.
[25] Sinha S.K., Fieguth P.W. Automated detection of cracks in buried concrete pipe images. Automation in Construction 15(1) (2006) 58-72.
[26] Sinha S.K., Fieguth P.W. Segmentation of buries concrete pipe images. Automation in Construction 15 (2005) 47-57.
[27] Fujita Y., Mitani Y., Hamamoto Y. A method for crack detection on a concrete structure. Pattern Recognition 3 (2006) 901-904.
[28] Fic S., Szeląg M. Analysis of the development of cluster cracks caused by elevated temperatures in cement paste. Construction and Building Materials 83 (2015) 223-229. doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.03.044
[29] PN-EN 196-1:2006 Metody badania cementu – Część 1: Oznaczanie wytrzymałości.
[30] PN-EN 12390-3:2011 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
[31] PN-EN 12390-5:2011 Badania betonu – Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badań.
Szeląg, M. i Fic, S. (2015) „Analiza rozwoju spękań klastrowych w zaczynie cementowym modyfikowanym mikrokrzemionką”, Budownictwo i Architektura, 14(4), s. 117–127. doi: 10.35784/bud-arch.1552.
Autorzy
Maciej Szelągmaciej.szelag@pollub.pl
Katedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska Polska
https://orcid.org/0000-0003-1868-4124
Autorzy
Stanisław FicKatedra Budownictwa Ogólnego; Wydział Budownictwa i Architektury; Politechnika Lubelska Polska
https://orcid.org/0000-0002-3182-9060
Statystyki
Abstract views: 247PDF downloads: 142
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.
Budownictwo i Architektura wspiera program otwartej nauki. Czasopismo umożliwia otwarty dostęp (Open Access) do publikacji. Każdy może przeglądać, pobierać i przekazywać artykuły pod warunkiem przestrzegania zasad licencji.
