Przegląd stanu wiedzy z uwzględnieniem wcześniejszych

Badania wpływu wysokich temperatur występujących podczas pożaru na podstawowe parametry wytrzymałościowe betonu z dodatkiem włókien poli-propylenowych prowadzono w Polsce m.in. na Politechnice Krakowskiej

(Ha-ger i Tracz 2008, Ha(Ha-ger i Tracz 2009, Ha(Ha-ger i Pimienta 2003), Politechnice

War-szawskiej oraz w Szkole Głównej Służby Pożarniczej (Bednarek i Drzymała

2008, Bednarek i Drzymała 2009, Bednarek i Drzymała 2012, Bednarek i Drzy-mała 2013, DrzyDrzy-mała 2010, DrzyDrzy-mała i Bednarek 2011, DrzyDrzy-mała i Bednarek 2012, Drzymała 2016, Drzymała et al. 2016, Drzymała et al. 2017, Drzymała et al. 2018, Jackiewicz-Rek i Drzymała et al. 2016, Kuś et al. 2014, Tomaszew-ski et al. 2014). Wstępne badania modyfi kowanych zaczynów cementowych

poddanych oddziaływaniu temperatury 200°C, działającej na zasadzie szoku termicznego, prowadzono również na Politechnice Lubelskiej (Szeląg 2015). Zakres podjętych badań miał na celu określenie różnych aspektów zachowa-nia się betonów zwykłych i wysokowartościowych oraz zapraw i zaczynów ce-mentowych bez dodatku oraz z dodatkiem włókien polipropylenowych (PP) w temperaturach występujących podczas pożaru. Przyjęte założenia dały pod-stawę do przeprowadzenia analizy umożliwiającej określenie charakteru zmian cech wytrzymałościowych badanych kompozytów cementowych w zależności od: temperatury nagrzewu, zawartości włókien, ich rodzaju oraz przyjętej pro-cedury badawczej.

W literaturze jest niewiele informacji na temat wytrzymałości na rozciąganie zaczynów cementowych zawierających dodatek w postaci włókien polipropyle-nowych poddanych oddziaływaniu wysokich temperatur. Wielu autorów podej-muje tematykę związaną z wpływem różnych dodatków i domieszek do betonu, zapraw i zaczynów cementowych pod kątem poprawy właściwości tych kompo-zytów w temperaturach normalnych. Na podstawie badań literaturowych ustalo-no, że dodatki te poprawiają właściwości docelowego materiału pod kątem wy-trzymałości mechanicznej, parametrów fi zycznych, a także zwiększają odporność

na oddziaływanie podwyższonej i wysokiej temperatury. Wielu badaczy podkre-śla, że rola włókien polipropylenowych w kompozytach cementowych skutkuje polepszeniem właściwości m.in.: odporności na pękanie przy zginaniu, udarno-ści, wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na korozję, odporności na ściera-nie, wodoprzepuszczalności i nasiąkliwości (Neville 2012).

W celu poprawy właściwości mechanicznych wielu badaczy zaleca stosowa-nie dodatków pucolanowych. Dodatek mikrokrzemionki wpływa na poprawę właściwości mechanicznych kompozytów cementowych. Odnotowano poprawę właściwości mechanicznych kompozytów na bazie cementu z dodatkiem mikro-krzemioni również w przypadku oddziaływania wysokiej i podwyższonej tempe-ratury (Ibrahim et al. 2014, Morsy et al. 2010). Dodatki pucolanowe zwiększają odporność na agresję chemiczną oraz przyczyniają się do zwiększenia szczelno-ści zaczynu (Kurdowski 2010). W warunkach oddziaływania środowiska poża-ru szczelna stpoża-ruktura betonów intensyfi kuje zjawisko spallingu. Badania wpływu odziaływania wysokiej temperatury na betony zwykłe i wysokowartościowe za-mieszczono w licznych opracowaniach.

Na otrzymane wyniki badań cech fi zyko-mechanicznych wpływ będzie miał szereg czynników. Należy zaznaczyć, że badania betonu wystawionego

na ekspozycję wysokich temperatur nie są znormalizowane, zatem trudno jest jednoznacznie ocenić wpływ oddziaływania wysokiej temperatury na właści-wości badanych kompozytów cementowych. Degradacja kompozytu cemento-wego nie zależy tylko od wartości temperatury, na jaką eksponowany jest ele-ment betonowy. Na otrzymane wyniki badań będzie miał przełożenie szereg czynników, czego powodem są przede wszystkim różnice w indywidualnych programach badań oraz przyjętej metodyce. Podstawowych różnic należy się dopatrywać w: zróżnicowanej wilgotności próbek, wieku betonu poddawanego odziaływaniu wysokiej temperatury, czasie ekspozycji na wysoką temperaturę, kinetyce przyrostu temperatury, wielkości i kształcie próbek do badań, jak rów-nież warunkach chłodzenia po ekspozycji czy momencie, w jakim wykonane zostały badania.

Badania odporności ogniowej konstrukcji betonowych na działanie wyso-kich temperatur ocenia się obecnie najczęściej na podstawie wyników ekspery-mentów lub symulacji komputerowych. Do tego celu wykorzystuje się pewne ustalone przebiegi czasowe zmian temperatury (krzywe „temperatura – czas”), które mają odpowiadać warunkom występującym w czasie pożaru. Podczas ba-dań zachowania się konstrukcji w warunkach pożaro wych najczęściej stosuje się przebiegi czasowe zmian temperatury. Do najczęściej stosowanych przebiegów

czasowych zmian temperatury należą: krzywa normowa (standardowa), węglo-wodorowa, zewnętrzna, tunelowa (opisująca zmiany temperatury podczas poża-ru w tunelu) i pełzająca (Bednarek i Drzymała 2010).

Kinetyka przyrostu temperatury ma wpływ na ocenę odporności ogniowej

konstrukcji betonowych, a najczęściej stosowana w badaniach jest krzywa stan-dardowa. Znacznie większy przyrost temperatury uzyskuje się podczas badań elementów budowlanych w oparciu o krzywą tunelową. Prawdopodobieństwo uszkodzenia elementu konstrukcyjnego oraz wystąpienia defektów struktury w takich warunkach badań jest dużo większe niż w momencie, gdy temperatu-ra natemperatu-rasta w sposób stopniowy aż do osiągnięcia założonej wartości (Kristensen

i Hansen 1994, Kurdowski 2010, Neville 2012).

Różnice w otrzymanych wynikach badań wynikają również z czasu

ekspo-zycji betonu na temperatury zbliżone do warunków pożaru. Czas ekspoekspo-zycji ma

duży wpływ na jego właściwości. Prowadzono badania (Han et al. 2005), gdzie po osiągnięciu założonej temperatury utrzymywano ją jeszcze przez 40 min, go-dzinę (Erdem 2014, Poon et al. 2001), 3 godziny (Behnood i Ghandehari 2009,

Noumowe 2005) – w celu uzyskania w próbce betonowej jednorodnego

rozkła-du temperatury. W innych badaniach (Drzymała 2010) po osiągnięciu założonej temperatury na przyjętym rozkładzie utrzymywano ją na stałym poziomie przez 2 godz. dla 100°C oraz 200°C i 1 godz. dla pozostałych temperatur (od 300°C do 1000°C). W tym czasie występowało wyrównanie temperatury na termoparach pomiarowych. Dłuższy okres stabilizacji temperatury (100°C i 200°C) stosowano ze względu na wolniejszy jej przebieg związany z wysoką wartością ciepła właści-wego betonu.

Przeprowadzono również badania, w których po wyrównaniu tempe-ratury na termoparach pomiarowych utrzymywano ją jeszcze przez 30 min

(Drzymała 2010). Prowadzone były również badania, podczas których próbki

poddawano oddziaływaniu szoku termicznego. Po ustaleniu na piecu żądanej temperatury próbki wkładano do niego na okres 4 godzin (Szeląg 2015). Wielu badaczy w trakcie badań nie monitorowało zmian temperatury w badanych próbkach. Szacowanie czasu, po jakim temperatura w próbce betonowej usta-bilizuje się na jednym poziomie, może prowadzić do błędów przy realizacji badań, a w efekcie mylnej interpretacji ich wyników. Monitoring zmian tem-peratury w objętości próbki (poprzez umieszczenie zaizolowanych termopar pomiarowych) wydaje się jednym z najwłaściwszych rozwiązań. Takie podej-ście daje pewność powtarzalności badań oraz stałych parametrów środowiska pożaru (Drzymała 2010).

Badania cech mechanicznych betonu prowadzono w trakcie oddziaływania wysokiej temperatury − badania „na gorąco” − jak również wykonywano ba-dania po obróbce termicznej, czyli „po przebytym pożarze”, tj. po osiągnięciu przez betonową próbkę zakładanej temperatury i po jej ostygnięciu (Xiao i König

2004). Wyniki badań wytrzymałościowych betonu określane na próbkach

go-rących osiągają wyższe wartości niż te oznaczone na próbkach wystudzonych

(Kowalski 2008, Xiao i König 2004). Związane jest to z efektem powstawania

w „stygnącym” betonie naprężeń samorównoważących się oraz wynika to z dużej bezwładności termicznej (Kuś et al. 2014).

Istotny wpływ na właściwości betonu określane po ekspozycji na wysokie temperatury ma sposób chłodzenia. Prowadzono badania na próbkach, któ-re swobodnie stygły w powietrzu, a także na próbkach chłodzonych „szokowo” w wodzie (Abramowicz i Kowalski 2005, Bei i Zhixiang 2016, Husem 2006,

Ko-walski 2008, Tanacan et al. 2009, Xiao i König 2004). Beton poddany

szokowe-mu chłodzeniu charakteryzuje się zdecydowanie gorszymi właściwościami me-chanicznymi niż beton, który stygł swobodnie w powietrzu (Xiao i König 2004,

Husem 2006). Różnice te są widoczne już przy oddziaływaniu na beton

podwyż-szonych temperatur, a po ekspozycji na temperaturę 600°C stają się praktycznie niezauważalne (Xiao i König 2004). Jeśli oddziaływanie wody na rozgrzany be-ton jest krótkotrwałe (ok. 10 sek.), to różnice właściwości bebe-tonów chłodzonych w wodzie i w powietrzu można uznać za pomijalne (Kowalski 2008).

Badania zachowania betonu w warunkach oddziaływania wysokich tempe-ratur prowadzone były na próbkach betonowych o różnych kształtach i

wy-miarach (Behnood i Ghandehari 2009, Drzymała i Bednarek 2011, Noumowe 2005). Główną zaletę prowadzenia obróbki termicznej na próbkach o kształcie

cylindrycznym uzasadnia się bardziej równomiernym rozkładem temperatury na próbce. Jednak do badań właściwości betonów w podwyższonej i wysokiej tem-peraturze stosowane są także próbki sześcienne oraz prostopadłościenne o róż-nych wymiarach (Arioz 2007, Ergün et al. 2013, Poon et al. 2001). Znane są wyniki badań, podczas których udowodniono, że wielkość próbki nie wpływa na właści-wości betonu po ekspozycji na temperatury zbliżone do warunków pożaru

(Er-dem 2014). Wielu badaczy prowadziło badania na elementach konstrukcyjnych

w skali rzeczywistej. Spotkać można również badania na elementach wstępnie obciążonych oraz bez obciążenia wstępnego.

Wiek betonu, w jakim próbki poddawane były badaniom

wytrzymałościo-wym wpływu oddziaływania wysokiej temperatury, też jest zróżnicowany. Wielu naukowców twierdzi, że badania tego typu powinno się wykonywać, gdy wykształci

się odpowiednia struktura materiału, np. po 90 (Hager i Tracz 2008, Pliya et al.

2011) lub 60 (Ling et al. 2012, Poon et al. 2001) dniach dojrzewania próbek.

Najbar-dziej powszechne jest poddawanie betonu oddziaływaniu wysokiej temperatury po 28 dniach dojrzewania w warunkach normowych (Biolzi et al. 2008, Husem 2006,

Saad et al. 1996). Odnotowano również, że badania były prowadzone na bardzo

młodym betonie, na drugi dzień po zaformowaniu próbek (Chen et al. 2009). Inną zmienną w badaniach betonu podczas oddziaływania wysokiej tempe-ratury jest wilgotność badanych próbek. Wilgotność betonu w momencie pod-dania go obciążeniu termicznemu, szczególnie kompozytów cementowych mo-dyfi kowanych dodatkiem włókien polipropylenowych, jest niezwykle istotna. Bez wysuszenia próbek do stałej masy (jak przyjęto w badaniach własnych) trud-no jest jednak kontrolować, ustalić na jednym poziomie i uzyskać powtarzaltrud-ność wyników w przypadku różnej wilgotności betonu. Przyjmuje się, że w tempe-raturze 20°C woda odparowywalna stanowi od 30% do 60% objętości zaczynu cementowego. W trakcie ogrzewania wraz ze wzrostem temperatury następuje powolne usuwanie wilgoci z materiału (woda wolna). Usunięcie wody niezwią-zanej ma miejsce w 105°C pod warunkiem dostatecznie długiej ekspozycji mate-riału na podwyższoną temperaturę. Na skutek wzrostu temperatury, począwszy od 105°C, woda silnie związana chemicznie i fi zycznie (również woda zawarta w produktach hydratacji) zaczyna być usuwana na skutek rozpadu i dehydrata-cji poszczególnych faz z matrycy cementowej (Harmathy 1970, Schneider 1988). W wielu publikacjach można wyczytać, że badania były przeprowadzane bezpo-średnio po 28-dniowym okresie dojrzewania betonu w komorze klimatyzacyjnej (temp. 220°C (±2), RH 95%) (Erdem 2014) lub przy obniżonej do 60% wilgotno-ści względnej powietrza (Liu et al. 2008).

Wpływ włókien polipropylenowych na wybrane cechy modyfi kowanych za-czynów cementowych badanych w warunkach szoku termicznego prowadzono bezpośrednio po 28 dniach przechowywania ich w warunkach powietrzno-su-chych (Szeląg 2015). Inne badania zaczynów cementowych modyfi kowanych również dodatkiem włókien polipropylenowych po zaformowaniu przechowy-wano przez 30 dni w komorze klimatycznej o wilgotności RH= 99% i tempera-turze 20°C. Przygotowane w ten sposób próbki zaczynów cementowych były ba-dane po sześciu miesiącach od ich wykonania (Drzymała 2017). Oddziaływaniu wysokiej temperatury poddawane są również próbki, które sezonowano w wo-dzie, a następnie składowano w warunkach laboratoryjnych przez dzień (Han

et al. 2005, Kuś et al. 2014) lub nawet miesiąc (Poon et al. 2001) przed

wilgotność betonu przed poddaniem go ekspozycji na wysokie temperatury po-przez suszenie próbek w temperaturze ok. 105°C po-przez 24 (Arioz 2007, Saad et al.

2006) lub 48 godzin (Ergün i Kürklü 2013).

Wcześniejsze badania autora monografi i, zamieszczone m.in. w pracy

dok-torskiej (Drzymała 2010) oraz w licznych publikacjach, dotyczyły wpływu tempera-tur pożarowych na wytrzymałość fi brobetonu z włóknami polipropylenowymi. Ce-lem przeprowadzonych badań było uzyskanie odpowiedzi na pytanie: czy dodatek włókien polipropylenowych w istotny sposób wpływa na cechy wytrzymałościowe betonów znajdujących się pod działaniem wysokich temperatur oraz czy możliwe jest wykorzystywanie zasad obliczania spadku wytrzymałości fi brobetonu z włók-nami polipropylenowymi w warunkach pożarowych według takich samych zasad i wzorów jak w przypadku betonów bez dodatku włókien? Badania były prowadzo-ne dla betonu zwykłego klasy C30/37 oraz dla betonu wysokowartościowego klasy C60/75. Do badań użyto trzech rodzajów włókien polipropylenowych oznaczonych dla potrzeb badawczych odpowiednio F, D oraz I, obecnie stosowanych i dostęp-nych w Europie oraz w Polsce. Zawartość włókien w fi brobetonie wynosiła 0,6 kg/m3; 0,9 kg/m3; 1,2 kg/m3 w stosunku do mieszanki wyjściowej bez włókien. Próbki wyko-nano w kształcie walców o średnicy d = 100 mm i wysokości h = 200 mm (próbki do badań wytrzymałości na ściskanie oraz modułu sprężystości). Rozkład temperatury w czasie był zbliżony do warunków termicznych standardowego pożaru, które moż-na przedstawić za pomocą znormalizowanej krzywej „temperatura – czas” obrazu-jącej warunki termiczne w piecu badawczym przy ustalaniu odporności ogniowej elementów budowlanych metodą eksperymentalną. Prędkość nagrzewania w tym przypadku wynosi około 5–6°C/min. Pomiar temperatury w piecu (w otoczeniu pró-bek) wykonywany był za pomocą termoelementu sterującego procesem nagrzewania (termopara sterująca) zamontowanego w piecu w otoczeniu próbek. Za jego pomo-cą sterowano oraz rejestrowano przebieg procesu nagrzewania (wszystkie przebiegi temperatur zostały zarejestrowane). W procesie stygnięcia po spadku temperatury w piecu do wartości bezpiecznej (około 100°C) piec otwierano i próbki schładzały się przez ok. 24 godziny do osiągnięcia temperatury pokojowej, określonej jako normal-na (ok. 20°C). Następnie po ostygnięciu próbki były poddawane badaniom wytrzy-małościowym zgodnie z założoną procedurą badawczą.

Wytrzymałość na ściskanie. Na podstawie badań eksperymentalnych (Drzy-mała 2010) nie wykazano istotnego wpływu zawartości oraz rodzaju włókien

oraz klasy betonu (beton zwykły oraz beton wysokowartościowy) na spadek wy-trzymałości na ściskanie fi brobetonu w wysokich temperaturach (rys. 4.1–4.2). W temperaturze zbliżonej do 20°C widoczny jest największy procentowy spadek

wytrzymałości fi brobetonu na ściskanie w stosunku do „czystego” betonu klasy C30/37, niezależnie od rodzaju zastosowanych włókien polipropylenowych oraz przyjętego składu wagowego tych włókien. W przypadku fi brobetonu z zasto-sowaniem betonu klasy C60/75 z dodatkiem włókien F, D oraz I istotny spadek wytrzymałości − w porównaniu do wytrzymałości „czystego” betonu − nie wy-stępuje, niezależnie od rodzaju zastosowanych włókien polipropylenowych oraz przyjętego w badaniach składu wagowego tych włókien.

Rys. 4.1. Spadek wytrzymałości na ściskanie fi brobetonów z dodatkiem różnych włókien

poli-propylenowych w stosunku do betonu klasy C30/37 w zależności od temperatury Źródło: Opracowanie własne

Rys. 4.2. Spadek wytrzymałości na ściskanie fi brobetonów z dodatkiem różnych włókien

polipropylenowych w stosunku do betonu klasy C60/75 w zależności od temperatury Źródło: Opracowanie własne

W temperaturze 300°C spadek wytrzymałości na ściskanie fi brobetonu kla-sy C30/37 w stosunku do jego wytrzymałości w temperaturze 20°C jest zbliżo-ny do „czystego” betonu klasy C30/37 bez dodatku włókien. Ta prawidłowość ma również miejsce w przypadku betonu wysokowartościowego klasy C60/75. Właściwości wytrzymałościowe fi brobetonu, tak samo jak betonu, ulegają nie-odwracalnemu obniżeniu w wysokiej temperaturze. W temperaturze 800°C wy-trzymałość na ściskanie betonu oraz fi brobetonu klasy C30/37 spada o ponad 80%. Dla betonu oraz fi brobetonu wysokowartościowego klasy C60/75 wytrzy-małość na ściskanie spada o około 90% dopiero po wygrzaniu próbek w tempe-raturze 1000°C.

Należy stwierdzić, że spadek wytrzymałości na ściskanie fi brobetonu z do-datkiem włókien polipropylenowych w ilości do 1,2 kg/m3 w temperaturach po-żarowych nie jest większy od spadku wytrzymałości betonu bez dodatku włókien, co daje podstawę do wyznaczenia wytrzymałości fi brobetonu w temperaturach pożarowych według zasad i wzorów przyjętych dla betonu bez dodatku włókien, zatem redukcję wytrzymałości na ściskanie betonu z dodatkiem włókna można określić wzorem fckT kcT˜ fck, gdzie: f_ck – wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie fi brobetonu w temperaturze normalnej (ok. 20°C), a wartość współ-czynnika redukcji k_cT można przyjmować jak dla betonu odpowiedniej klasy bez dodatku włókien.

Wpływ wysokiej temperatury na zmianę wytrzymałości na rozcią-ganie zaczynów cementowych. Celem badań było określenie wpływu

od-działywania wysokiej temperatury na zmianę wytrzymałości na rozciąganie zaczynów cementowych z dodatkiem i bez dodatku włókien polipropyleno-wych. Zabieg ten pozwolił na wyeliminowanie wpływu kruszywa drobne-go oraz kruszywa grubedrobne-go na dokładność oznaczeń badanej cechy. Badania zostały zrealizowane przy udziale Szkoły Głównej Służby Pożarniczej i Po-litechniki Warszawskiej (Drzymała 2010, Drzymała 2016, Drzymała 2017). Do wykonania próbek zaczynowych zastosowano włókna polipropyleno-we F (Fortatech® Fibre High Grade) (Półka i Drzymała 2015)oraz cement CEM I 42,5 R z cementowni Małogoszcz. Cement zastosowany do badań spełniał wg deklaracji producenta wymagania normy (PN-EN 197-1:2002) „Cement. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cemen-tów powszechnego użytku”. Wskaźnik wodno-cementowy w/c dla próbek zaczynowych był równy 0,3. Zestawienie składów do wykonania próbek za-czynowych potrzebnych do zrealizowania przyjętego planu eksperymentu zamieszczono w tabeli 4.1.

Tabela 4.1. Zestawienie składu zaczynów cementowych potrzebnych do zrealizowania

przyjętego planu eksperymentu

Lp. ^Oznaczenie składu Skład mieszanki Cement CEM I 42,5 R, [kg] Woda, [dm3] w/c [-] Włókno F, [kg/m3] Domieszka, [% m.c.] 1 C0F 2 0,6 0,3 0 F -2 C1,8F 2 0,6 0,3 1,8 F

-Źródło: Opracowanie własne

Próbki ósemkowe formowano w specjalnych rozbieralnych formach stalo-wych spełniających wymagania normowe (PN-85/B-04500). Próbki po zafor-mowaniu przechowywano przez 30 dni w komorze klimatycznej o wilgotności RH=99% i temperaturze 20°C. Przygotowane w ten sposób próbki ósemkowe były badane po sześciu miesiącach od ich wykonania. Wytrzymałość na roz-ciąganie f_tm (R_r) wykonano na zaczynowych próbkach ósemkowych wg normy

(PN-85/B-04500): „Zaprawy budowlane − Badanie cech fi zycznych i

wytrzy-małościowych”. Wykonano badania porównawcze na próbkach ósemkowych bez dodatku włókien oraz z ich dodatkiem w ilości 1,8 kg/m3. Temperatury ba-dawcze zawierały się w zakresie od 20°C do 600°C. Próbki wygrzewano w pie-cu w sześciu temperaturach badawczych (100°C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C, 600°C). W czasie badań dążono do tego, aby rozkład temperatury w czasie był zbliżony do warunków termicznych standardowego pożaru. Po wygrzewaniu w piecu i wystudzeniu próbki każdorazowo poddawano badaniom oznaczenia wytrzymałości na rozciąganie. W każdym punkcie pomiarowym zbadano po trzy próbki (Drzymała 2017).

Zestawienie otrzymanych wyników badań wpływu temperatury wygrzewa-nia na względną zmianę wytrzymałości na rozciąganie dla zaczynów cemento-wych niemodyfi kowanych dodatkiem włókien polipropylenocemento-wych F oraz z do-datkiem włókien F w ilości 1,8 kg/m3 zamieszczono w tabeli 4.2, w której przyjęto za 100% wytrzymałości na rozciąganie f_tm wartość parametru dla zaczynu bez dodatku włókien polipropylenowych. Wyniki zmian względnej wytrzymałości na rozciąganie otrzymano jako stosunek wytrzymałości na rozciąganie próbek wy-grzewanych do wytrzymałości próbek niewywy-grzewanych f_tT /f_t20°C [%]. Dodatkowo na rys. 4.3 zamieszczono wyniki porównawcze w formie grafi cznej.

Tabela 4.2. Wyniki badań względnej wytrzymałości na rozciąganie w funkcji

temperatu-ry dla zaczynów cementowych bez i z dodatkiem włókien polipropylenowych F w ilości 1,8 kg/m3 (założenie − zaczyn bez włókien 100%)

Oznaczenie składu

Wytrzymałość na rozciąganie f_tm, [MPa]

20°C 100°C 200°C 300°C 400°C 500°C 600°C C0F f_tm, [MPa] 5,70 4,80 3,47 3,17 2,0 0,45 -f_{tT/ft 20°C}, [%] 100 84,21 60,88 55,61 35,09 7,89 -Zmiana f_tm, [%] 0 -15,79 -39,12 -44,39 -64,91 -92,11 -C1,8F f_tm, [MPa] 4,97 4,95 3,86 3,28 2,07 0,99 -f_{tT/ft 20°C}, [%] 87,19 86,84 67,72 57,54 36,32 17,37 -Zmiana f_tm, [%] -12,81 -13,16 -32,28 -42,46 -63,68 -82,63

-Uwaga: f_t20°C – wytrzymałość na rozciąganie zaczynu bez dodatku włókien w temperaturze 20°C

Źródło: Opracowanie własne

 5,7 4,8 3,47 _3,17 2 0,45 ₀ 4,97 _4,95 3,86 3,28 2,07 0,99 0 1 2 3 4 5 6 20 100 200 300 400 500 600 C0F C1,8F Wytrzyma ųo Ƒđ [MPa] Temperatura[°C]

Rys. 4.3. Zestawienie wytrzymałości na rozciąganie zaczynów cementowych

z włóknami F w porównaniu do zaczynów bez dodatku włókien Źródło: Opracowanie własne

Na podstawie wyników badań przedstawionych na rys. 4.3 można stwierdzić, że poddane obróbce termicznej badane kompozyty cementowe − zarówno modyfi kowa-ne, jak i niemodyfi kowane dodatkiem włókien polipropylenowych − wykazały reduk-cję wytrzymałości na rozciąganie. Dla próbek z dodatkiem włókien PP niewygrzewa-nych termicznie odnotowano jedynie spadek wytrzymałości o ponad 12% (w temp. 20°C). Należy odnotować, że krytyczną temperaturą dla badanych kompozytów ce-mentowych okazała się temperatura wygrzewania równa 600°C. W tej temperaturze

zarówno niemodyfi kowane, jak i modyfi kowane próbki uległy destrukcji. Jednoznacz-nie należy stwierdzić, że dodatek włókien PP spowodował poprawę wytrzymałości na rozciąganie w całym zakresie wygrzewania od 100°C do 500°C.

W celu dokładniejszego zilustrowania wyników zamieszczonych w tabeli 4.2 poniżej sporządzono wykresy (rys. 4.4 oraz 4.5).

 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 20 100 200 300 400 500 600 C0F C1,8F Zmiana wytrzyma ųo Ƒci [%] Temperatura [°C]

Rys. 4.4. Względna zmiana wytrzymałości na rozciąganie zaczynów cementowych

z włóknami F w porównaniu do wytrzymałości zaczynów bez włókien (100% w temperaturze 20°C)

Źródło: Opracowanie własne   0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 0 100 200 300 400 500 600 C0F C1,8F Temperatura [°C] Zmiana wytrzyma ųo Ƒci [%]

Rys. 4.5. Względna zmiana wytrzymałości na rozciąganie zaczynów cementowych z do-datkiem włókien F w ilości 1,8 kg/m3 w stosunku do zaczynów bez włókien (100%) w

za-leżności od temperatury Źródło: Opracowanie własne

Wyniki prowadzonych prób wykazały, że dodatek włókien PP do zaczynu cementowego spowodował spadek jego wytrzymałości na rozciąganie wyłącznie w temperaturze 20°C. W całym zakresie wygrzewania widoczna była poprawa wytrzymałości na rozciąganie dla kompozytów z dodatkiem włókien PP. Doda-tek tych włókien w ilości 1,8 kg/m3 znacząco poprawił resztkową wytrzymałość zaczynu cementowego na rozciąganie po wygrzewaniu w podwyższonych tempe-raturach, co prawdopodobnie może przyczynić się do ograniczenia termicznego eksplozyjnego odpryskiwania betonu. Podsumowując przeprowadzone badania