4. Właściwości kompozytów cementowych w warunkach pożarowych
4.4. Wpływ temperatury na przemiany cieplne zapraw cementowych
4.4.2. Wpływ wysokiej temperatury na zmianę struktury
Po pożarze konstrukcji, w zależności od wysokości temperatury i czasu dzia-łania ognia, beton zmienia swoją strukturę i skład fazowy, co determinuje zmia-nę charakterystyk wytrzymałościowych. Wysokość temperatury nagrzewu beto-nu w przekroju elementów betonowych lub żelbetowych zależy od temperatury środowiska pożaru, a także od czasu trwania oddziaływania ognia. Zazwyczaj w warunkach laboratoryjnego nagrzewu próbek betonu nie bierze się pod uwa-gę warunków pożaru, a przede wszystkim przeważnie krótkotrwałego działania ognia, stosunkowo szybkiego stygnięcia betonu (przy gaszeniu wodą), nagrze-wu i studzenia wodą w stanie obciążenia, możliwości eksploatacji konstrukcji po działaniu ognia. Przy ogrzewaniu zaczynu w temperaturze do 1000°C ulega-ją rozkładowi wszystkie produkty hydratacji i hydrolizy, a także karbonatyzacji cementu. W zależności od wysokości temperatury i czasu jej oddziaływania na zaczyn w betonie zarówno stopień odwodnienia zaczynu, jak i jego dekarbonaty-zacji będą zróżnicowane (Bednarek et al. 2009).
W podrozdziale podjęto próbę omówienia wpływu oddziaływania wyso-kiej temperatury na zmiany strukturalne zachodzące w zaczynach cementowych modyfi kowanych włóknami polipropylenowymi. Celem badań było porównanie struktury dwóch serii zaczynów cementowych bez i z dodatkiem włókien poli-propylenowych F poddanych działaniu wysokiej temperatury. Jest wysoce praw-dopodobne, że włókna polipropylenowe otoczone zaczynem będą wolniej ule-gać destrukcji. Potwierdziły to wcześniejsze badania termograwimetryczne (TG) włókien polipropylenowych oraz obserwacje struktury zaczynu w betonie z wy-korzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) (Drzymała 2010,
Półka i Drzymała 2015). Dodatkowo analiza struktury zaczynu cementowego (Szeląg 2015) po oddziaływaniu podwyższonej temperatury 200°C wykazała, że
cienka błonka polipropylenu. Efekt ten może dodatkowo przyczynić się do spoje-nia struktury zaczynu, zwiększając jego wytrzymałość na rozciąganie.
Badania przeprowadzono na zaczynach cementowych bez dodatku włókien PP oraz na zaczynach cementowych modyfi kowanych włóknami w celu analizy struktury matrycy cementowej w obrębie włókna polipropylenowego. Do badań przyjęto następujące oznaczenie próbek:
Zaczyny bez dodatku włókien: C0F/20 − bez wygrzewania, C0F/200 − po
wygrzaniu w 200°C, C0F/300 − po wygrzaniu w 300°C, C0F/400 – po wygrzaniu w 400°C, C0F/600 − po wygrzaniu w 600°C, C0F/800 − po wygrzaniu w 800°C, C0F/1000°C − po wygrzaniu w 1000°C.
Zaczyny z dodatkiem włókien: C1,8F/20 − bez wygrzewania, C1,8F/200 −
po wygrzaniu w 200°C, C1,8F/300 − po wygrzaniu w 300°C, C1,8F/400 − po wy-grzaniu w 400°C, C1,8F/600 − po wywy-grzaniu w 600°C, C1,8F/800 − po wywy-grzaniu w 800°C, C1,8F/1000 − po wygrzaniu w 1000°C.
Dodatkowo analizie poddano włókna polipropylenowe Ignis i Fortatech, któ-re poddano oddziaływaniu temperatury 200°C. Celem tych badań było porówna-nie morfologii włókien polipropylenowych I i F przed i po wygrzaniu w 200°C. Łącznie zbadano 14 próbek oraz dwa rodzaje włókien polipropylenowych przed i po wygrzaniu.
Przyjęty tok postępowania w badaniu struktury i składu fazowego zaczy-nów cementowych bez i z dodatkiem włókien F. Ze względu na brak w dostęp-nej literaturze danych dotyczących preparatyki stosowadostęp-nej do badania struk-tury i składu fazowego zaczynu bez i z dodatkiem włókien polipropylenowych przyjęto opisany poniżej tok postępowania. Do wykonania próbek zaczyno-wych zastosowano włókna polipropylenowe F oraz cement CEM I 42,5 R z ce-mentowni 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 cementów powszechnego użytku”. Charakterystykę użytych materiałów oraz metodykę obróbki termicznej omó-wiono w podrozdziałach 4.1. Próbki zaczynu wykonano w postaci beleczek 40 × 40 × 160 mm. Dodatek włókien polipropylenowych o nazwie Fortatech wynosił 1,8 kg/m3.
Przygotowanie próbek do badań w SEM. Próbki do badań makroskopowych
i mikroskopowych w SEM otrzymano przez odłupanie fragmentów większych próbek materiału. Fragmenty te poddawano badaniom makroskopowym okiem nieuzbrojonym, dodatkowo obserwując zachowanie się powierzchni i świeżego przełamu zaczynu pod działaniem kropli wody i 10% roztworu wodnego kwasu
solnego. Ze względu na fakt, że w próbkach zaczynu z dodatkiem włókien F nie były one równomiernie rozmieszczone w przekroju próbek, do wykonania pre-paratów do badań w SEM makroskopowo wybierano fragmenty próbek, w któ-rych znajdowały się te włókna lub wyraźne ślady po nich.
Z próbek zaczynów bez dodatku włókien wybierano losowo fragmenty do preparatów w SEM z części środkowej próbek. Z tych fragmentów próbek wy-konano świeże przełamy, które naklejono na stoliki preparatowe, a następnie po-kryto je warstwą węgla o grubości około 10 nm w urządzeniu Baltec SCD 005 z przystawką CEA 035. Powierzchnia preparatów poddana obserwacjom w SEM wynosiła nie mniej niż 0,5 cm2. Zakres stosowanych powiększeń w SEM wynosił od 400x do 50000x.
Włókna – badaniom poddano włókna polipropylenowe I oraz F. Z każdego
rodzaju włókna przygotowano oddzielny preparat przez naklejenie na specjalny plaster przyklejony na małym stoliku preparatowym (Ǿ=10 mm) próbki losowo pobranej z większej wiązki włókien. Tak przygotowane preparaty pokryto war-stwą Au-Pd o grubości około 10 nm w urządzeniu Baltec SCD 005, a następnie preparaty poddano obserwacjom w SEM. Zakres stosowanych powiększeń wy-nosił od 100x do 50000x .
Analizę mikroskopową wykonano w skaningowym mikroskopie elektrono-wym typu LEO 1530 produkcji niemieckiej fi rmy Zeiss. Wyniki analizy makro-skopowej badanych zaczynów wraz z wynikami oznaczeń gęstości objętościowej i nasiąkliwości powierzchniowej zestawiono w tabeli 4.23.
Tabela 4.23. Wyniki obserwacji makroskopowych i wybranych badań właściwości
zaczynów cementowych bez i z dodatkiem włókien polipropylenowych po wygrzaniu w różnych temperaturach Oznaczenie próbki Zabarwienie i widoczne de-fekty struktury Test kropli wody Test kropli HCl Gęstość obj., [g/cm3] Nasiąkliwość powierzchniowa, [kg/m2] Zaczyny bez włókien C0F
20°C szare w.n.* +/-** 2,031 2,69 100°C jasnoszare w.n. +/- 2,109 1,37 200°C j.w. w.n. +/- 1,875 10,64 300°C j.w. w.n. +/- 1,836 11,54 400°C j.w. w.n. +/- 1,758 14,08 600°C j.w. liczne spękania w.n. +/- 1,679 17,98 800°C szaro-żółtawe liczne spękania w.n. +/- 1,641 21,16
1000°C j.w. w.n. +/- nie badano nie badano
Zaczyny z włóknami C1,8F 20°C szare w.n. +/- 2,070 1,19 100°C jasnoszare w.n. +/- 2,109 2,13 200°C j.w. w.n. +/- 1,914 9,66 300°C j.w. w.n. +/- 1,797 12,46 400°C j.w. w.n. +/- 1,758 13,03 600°C j.w. liczne spęknia w.n. +/- 1,679 18,12 800°C szaro-żółtawe liczne spękania w.n. +/- 1,641 19,35
1000°C j.w. w.n. +/- nie badano nie badano
*w.n. – wsiąka natychmiast
**+/- − reakcja na powierzchni dodatnia, na przełamie ujemna Źródło: Opracowanie własne
Na podstawie tych danych można stwierdzić, że:
– zaczyny zarówno bez, jak i z dodatkiem włókien F wykazują szare zabar-wienie w różnych odcieniach: te bez ogrzewania są nieco ciemniejsze, po wygrzewaniu w temperaturze od 100°C do 600°C mają zabarwienie jasno-szare, w wyższych temperaturach wygrzewania (800°C i 1000°C) mają za-barwienie szaro-żółtawe. Spękania próbek pojawiają się już po wygrzewaniu
w temperaturze 600°C, pogłębiając się w miarę wzrostu temperatury. Nale-ży zaznaczyć, że próbki z dodatkiem włókien F, mimo widocznych spękań, trudniej ulegają dezintegracji pod słabym naciskiem niż próbki bez tego do-datku.
– przeprowadzony test kropli wody wykazał, że zaczyny zarówno bez, jak i z dodatkiem włókien F nie ujawniają właściwości hydrofobowych, jak to sugerowano w jednej z pozycji literatury (Kalifa et al. 2001). Hydrofobizacja powierzchni zaczynu miała występować w próbkach z dodatkiem włókien na skutek ich rozkładu. Produkty tego rozkładu miały osadzać się na zaczynie i nadawać mu właściwości hydrofobowe.
– przeprowadzony test oddziaływania kwasu solnego na powierzchnię i świeży przełam badanych zaczynów wykazał, że ich karbonatyzacja jest bardzo sła-ba i przeważnie ogranicza się do warstw powierzchniowych zaczynów.
Analiza mikroskopowa w SEM. Analiza makroskopowa objęła wyniki
ob-serwacji próbek okiem nieuzbrojonym. Analiza w SEM była prowadzona najczę-ściej w powiększeniach od 100 do 25000x, sporadycznie wykonywano obserwacje w powiększeniu 50000x i większym. Przy interpretacji wyników badań zaczy-nów w SEM wykorzystano opracowania dotyczące analizy ich składu fazowego wykonane przy wykorzystaniu rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej i termicznej analizy różnicowej oraz dane z literatury (Bednarek et al. 2009, Diamond 1976,
Jarmontowicz et al. 1983, Jarmontowicz i Krzywobłocka-Laurów 1986, Krzywo-błocka-Laurów 1998, KrzywoKrzywo-błocka-Laurów 2002, Taylor 1964).
We wszystkich badanych zaczynach wyróżniono następujace składniki: uwodnione krzemiany wapnia typu C-S-H, portlandyt, ettringit, kalcyt, relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego, pory powietrzne, mikrospę-kania. W zaczynach z dodatkiem włókna wyróżniono oprócz ww. składników dodatkowo włókna, a także ślady po włóknach.
Charakterystyczne obrazy mikrostruktury zaczynów bez dodatku włókien F zamieszczono w tabelach 4.24−4.30 oraz na rys. 4.68−4.95 wraz z krótkim opi-sem i danymi dotyczącymi gęstości objętościowej i nasiąkliwości powierzchnio-wej badanych zaczynów.
Tabela 4.24. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F20 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F20
ρobj.: 2,031 g/cm3
np: 2,69 kg/m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, zabarwienie szare. W zaczynie wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziarnistą, a miej-scami drobnowłóknistą masę złożoną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm, kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosunkowo dużych tabliczek o zarysach sześciokąt-nych, budowie warstwowej i wielkości do 4 μm, kryształy ettringitu, przeważnie jako skupiska igiełkowatych postaci o długości do 2 μm i średnicy około 0,2 μm oraz relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i wielkości od kilku do kilkunastu μm.
Rys. 4.68. Por powietrzny częściowo
zarośnięty produktami hydratacji w zwartej mikrostrukturze zaczynu
Rys. 4.69. Produkty hydratacji cementu
Rys. 4.70. Produkty hydratacji: C-S-H
i ettringit (E)
Rys. 4.71. C-S-H i kryształy portlandytu
o budowie warstwowej
Tabela 4.25. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F200 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F200
ρobj.: 1,875 g/m3
np: 10,64 kg/m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, zabarwienie jasnoszare.
W zaczynie wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziarni-stą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożoną z uwod-nionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm, kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosun-kowo dużych tabliczek o zarysach sześciokątnych, budo-wie warstwowej i budo-wielkości do 10 μm, mniejsze kryształy wielkości do 1 μm (najprawdopodobniej monosoli) oraz relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkie-go w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i częściowo skorodowanych powierzchniach.
Rys. 4.72. Produkty hydratacji cementu
C-S-H i relikty klinkieru
Rys. 4.73. Produkty hydratacji cementu
C-S-H, portlandyt i monosól
Rys. 4.74. Produkty hydratacji: C-S-H
i portlandyt
Rys. 4.75. C-S-H i kryształy portlandytu
Tabela 4.26. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F300 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F300
ρobj.: 1,836 g/cm3
np:11,54 kg/m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, zabarwienie jasno-szare.
W zaczynie wyróżniono: wyraźnie drobnoporowatą, drob-noziarnistą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożoną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm, kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosun-kowo dużych tabliczek o zarysach sześciokątnych, budowie warstwowej i wielkości do 10 μm, relikty kryształów ettrin-gitu, przeważnie jako skupiska włóknistych postaci, poje-dyncze tabliczki uwodnionych glinianów wapnia o wielkości do 7 nm oraz relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i częściowo skorodowanych powierzchniach.
Rys. 4.76. Por powietrzny częściowo
zarośnięty kryształami portlandytu w zwartej mikrostrukturze zaczynu
Rys. 4.77. Produkty hydratacji cementu
Rys. 4.78. Produkty hydratacji: silnie
po-rowate C-S-H, włóknisty ettringit, warstwowe kryształy portlandytu
Rys. 4.79. C-S-H i kryształy portlandytu
o budowie warstwowej
Tabela 4.27. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F400 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F400
ρobj.: 1,758 g/cm3
np:14,08 kg/m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, zabarwienie jasnoszare.
W zaczynie wyróżniono: wyraźnie drobnoporowatą, drob-noziarnistą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożoną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielko-ści do 0,5 μm, kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosunkowo dużych tabliczek o zarysach sześciokątnych, budowie warstwowej i wielkości do 2 μm, kryształy et-tringitu przeważnie jako skupiska igiełkowatych postaci o długości do 2 μm i średnicy około 0,2 μm oraz relik-ty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i częściowo skorodowanych powierzchniach.
Rys. 4.80. Produkty hydratacji – C-S-H,
ettringit i portlandyt w zwartej mikro-strukturze zaczynu
Rys. 4.81. Produkty hydratacji cementu
C-S-H i ettringit (E)
Rys. 4.82. Produkty hydratacji: C-S-H
i ettringit
Tabela 4.28. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F600 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F600
ρobj.: 1,679 g/cm3
np:17,98 kg/m2
W skali makroskopowej struktura z licznymi spękaniami na powierzchni próbki, zabarwienie jasnoszare.
W zaczynie wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziarnistą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożoną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm, wy-raźnie wytrawione termicznie kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosunkowo dużych tabliczek o zarysach sześciokąt-nych, budowie warstwowej i wielkości do 30 μm z wyraźnymi oznakami karbonatyzacji oraz relikty nieuwodnionego klin-kieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o wielkości do kilkunastu μm o nieregularnym kształcie i częściowo skorodo-wanych powierzchniach.
Rys. 4.84. Pory powietrzne w
mikrostruk-turze zaczynu złożonej z wytrawionych termicznie produktów hydratacji
Rys. 4.85. Wytrawione termicznie
Rys. 4.86. Wytrawione termicznie
produk-ty hydratacji cementu w postaci C-S-H, zmienione powierzchniowo,
prawdopodob-nie pod wpływem procesu karbonatyzacji
Rys. 4.87. Zmienione powierzchniowo
C-S-H i kryształy portlandytu o budowie warstwowej
Tabela 4.29. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F800 bez dodatku włókien F
gęstość obj. [g/cm3] nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F800
ρobj.: 1,641 g/cm3
np : 21,16 kg/ m2
W skali makroskopowej struktura z widoczną siatką spę-kań na powierzchni i częściową dezintegracją próbki pod słabym naciskiem; zabarwienie szarożółtawe.
W zaczynie wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziar-nistą, a miejscami gruzełkowatą masę złożoną z uwod-nionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm oraz relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształ-cie i częściowo skorodowanych powierzchniach. Zwracają uwagę głębokie pory i mikrorysy w strukturze zaczynu.
Rys. 4.88. Głębokie pory i mikrorysy
w mikrostrukturze zaczynu
Rys. 4.89. Powierzchniowo zmienione
produkty hydratacji cementu tworzące warstwową mikrostrukturę zaczynu
Rys. 4.90. Gruzełkowata budowa
składników zaczynu
Rys. 4.91. Gruzełkowata budowa
składników zaczynu na zdjęciu SEM w powiększeniu
Tabela 4.30. Wybrane cechy struktury zaczynu C0F1000 bez dodatku włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C0F1000
ρobj.: nie badano
np: nie badano
W skali makroskopowej struktura z licznymi spękaniami, pod słabym naciskiem zaczyn ulega całkowitej dezinte-gracji, zabarwienie szarożółtawe.
W mikrostrukturze zaczynu wyróżniono: drobnoporo-watą, drobnoziarnistą, a miejscami drobnogruzełkowatą masę z licznymi mikrorysami, złożoną z odwodnionych krzemianów wapnia o wielkości do 0,5 μm.
Rys. 4.92. Liczne mikrospękania
w mikrostrukturze zaczynu
Rys. 4.93. Liczne mikrospękania
i głębokie pory w mikrostrukturze zaczynu
Rys. 4.94. Gruzełkowata budowa
składni-ków zaczynu z licznymi porami
Rys. 4.95. Gruzełkowata budowa
Na podstawie analizy obrazów mikrostruktur zaczynów bez dodatku włó-kien F można stwierdzić, że zaczyny wygrzewane w temperaturze 200°C i 300°C mają bardzo zbliżoną pod względem jakościowym mikrostrukturę do próbki bez wygrzewania. Można w nich wyodrębnić uwodnione krzemiany wapnia typu C--S-H, które tworzą drobnoporowatą i drobnoziarnistą, miejscami drobnowłók-nistą masę, w której wielkość pojedynczych osobników nie przekracza 0,5 μm. W masie tej występują także warstwowe kryształy portlandytu o wielkości do-chodzącej nawet do 10 μm, igiełkowate kryształy ettringitu o długości do 2 μm występujące pojedynczo lub w skupiskach. W zaczynach obecne są także większe nieuwodnione ziarna klinkieru cementu portlandzkiego o wielkości od kilku do kilkunastu μm, przeważnie o nadtrawionych powierzchniach. Elementem skła-dowym zaczynów są także pory powietrzne o zróżnicowanych kształtach i wy-miarach, często zapełnione produktami hydratacji cementu.
Z dodatkowo przeprowadzonych analiz składu fazowego wybranych zaczy-nów wynika, że wygrzewanie ich w zróżnicowanych temperaturach wpływa na zawartość wyróżnionych składników. Najwięcej wody związanej w produktach hydratacji cementu (HI) – to znaczy w uwodnionych krzemianach wapnia typu C-S-H, uwodnionych glinianach wapnia i w ettringicie − zawiera zaczyn bez wy-grzewania C0F20 – 13,8%. W miarę wzrostu temperatury odpowiednio maleje zawartość wody związanej w tych produktach hydratacji cementu (HI) i wynosi dla C0F200 – 9,6%, C0F300 −7,2%, a dla C0F400 – tylko 2,5%. Z danych tych można wnioskować, że uwodnione krzemiany typu C-S-H i ettringit w miarę wzrostu wysokości temperatury wygrzewania próbek ulegają częściowemu od-wodnieniu, co sprzyja powstawaniu porów i obniżaniu się gęstości objętościowej tych zaczynów, co w efekcie doprowadza do spadku ich wytrzymałości.
Charakterystyczne obrazy mikrostruktury zaczynów z dodatkiem włókna F zamieszczono w tabelach 4.31−4.37 oraz na rys. 4.96−4.123 wraz z krótkim opi-sem i danymi dotyczącymi gęstości objętościowej i nasiąkliwości powierzchnio-wej badanych zaczynów.
Tabela 4.31. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F20 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F20
ρobj.: 2,070 g/cm3
np:1,19 kg/ m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, bardzo trudno ulega rozkruszeniu, włókna są nierównomiernie roz-mieszczone w przekroju próbki, z tendencją gromadzenia się przy jej brzegach, zabarwienie szare.
W mikrostrukturze zaczynu wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziarnistą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożo-ną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wiel-kości do 0,5 μm, kryształy wodorotlenku wapnia w postaci stosunkowo dużych tabliczek o zarysach sześciokątnych, budowie warstwowej i wielkości ok. 1 μm, kryształy et-tringitu, przeważnie jako skupiska igiełkowatych postaci o długości do 9 μm i średnicy około 0,2 μm, pojedyncze tabliczki uwodnionych glinianów wapnia o wielkości do 7 nm oraz relikty nieuwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i częściowo skorodowanych powierzchniach.
Włókna są rozłożone w zaczynie nierównomiernie, prze-ważnie są rozwłóknione i pokryte warstwą zaczynu lub jego okruchami.
Rys. 4.96. Włókna F w zaczynie Rys. 4.97. Produkty hydratacji cementu
Rys. 4.98. Produkty hydratacji: C-S-H
i ettringit oraz pory
Rys. 4.99. C-S-H, kryształy portlandytu
o budowie warstwowej oraz pory
Tabela 4.32. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F200 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F200
ρobj.: 1,914 g/cm3
np: 9,66 kg/ m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, trudno ulega rozkruszeniu na drobne fragmenty połączone stosunkowo mocno włóknami. Włókna są nierównomiernie rozmieszczo-ne w przekroju próbki; zabarwienie jasnoszare.
W mikrostrukturze zaczynu wyróżniono: drobnoporowatą, drobnoziarnistą, a miejscami drobnowłóknistą masę złożoną z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielko-ści do 0,5μm, kryształy portlandytu w postaci stosunkowo dużych tabliczek o zarysach sześciokątnych, budowie war-stwowej i wielkości ok. 4 μm, kryształy ettringitu przeważnie jako skupiska igiełkowatych kryształów o długości do 9 μm i średnicy około 0,2 μm, pojedyncze tabliczki uwodnionych glinianów wapnia o wielkości do 0,5μm oraz relikty nie-uwodnionego klinkieru cementu portlandzkiego w postaci ziaren o nieregularnym kształcie i częściowo skorodowanych powierzchniach.
Włókna F są rozłożone w zaczynie nierównomiernie, prze-ważnie są rozwłóknione, często odkształcone i powierzchnio-wo zmienione. Niektóre z nich są poprzerastane produktami hydratacji cementu.
Rys. 4.100. Włókna F w zaczynie Rys. 4.101. Odkształcone i zmienione
powierzchniowo włókno F w zaczynie
Rys. 4.102. Zmiany morfologii
powierzchni włókna F
Rys. 4.103. Włókno F poprzerastane
Tabela 4.33. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F300 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F300
ρobj.: 1,797 g/cm3
np: 12,46 kg/ m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, w przekroju zaczynu widoczne wyraźne ślady po włóknach, które są także nierówno-miernie rozmieszczone w próbce, zabarwienie jasnoszare. Mikrostruktura zaczynu nie wykazuje zasadniczych różnic w stosunku do próbki C1,8F200. W preparacie do obserwacji w SEM nie stwierdzono obecności włókien.
Rys. 4.104. Pory w strukturze zaczynu Rys. 4.105. Produkty hydratacji cementu
CSH i warstwowe kryształy portlandytu
Rys. 4.106. Drobnowłókniste C-S-H i
krysz-tały o zarysach tabliczek heksagonalnych
Rys. 4.107. Drobnowłókniste C-S-H i
Tabela 4.34. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F400 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F400
ρobj.: 1,758 g/cm3
np:13,03 kg/m2
W skali makroskopowej struktura zwarta, w przekroju wi-doczne ślady po włóknach nierównomiernie rozłożonych w przekroju, zabarwienie jasnoszare.
Mikrostruktura zaczynu nie odbiega od poprzednio zba-danych próbek wygrzewanych w niższych temperaturach. Jest ona drobnoporowata i drobnoziarnista, a miejscami drobnowłóknista. Zaznacza się wzrost zawartości portlan-dytu, masa złożona z uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości do 0,5 μm, miejscami przybiera budowę tzw. „plastra miodu”. W próbce występują zarów-no włókna, jak i ślady po włóknach. Zwraca uwagę bardzo wyraźnie wykształcona warstwa kontaktowa włókno-za-czyn, ściśle przylegająca do włókna.
Rys. 4.108. Ślad po włóknie F
w zaczynie z wyraźną warstwą kontaktową włókno-zaczyn ściśle
przylegającą do włókna
Rys. 4.109. Produkty hydratacji cementu
Rys. 4.110. Drobnowłókniste C-S-H i
krysz-tały portlandytu o budowie warstwowej i skupiska drobnych i cienkich tabliczek
uwodnionych glinianów wapnia
Rys. 4.111. Drobnoziarniste C-S-H tworzą
mikroobszary o budowie tzw. „plastra miodu” i pory powietrzne
Tabela 4.35. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F600 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F600
ρobj.: 1,679 g/cm3
np: 18,12 kg/m2
W skali makroskopowej widoczne liczne spękania na po-wierzchni próbki; zabarwienie jasnoszare.
W mikrostrukturze zaczynu wyróżniono: drobnoporo-watą, drobnoziarnistą, gruzełkowatą masę złożoną z wy-trawionych termicznie uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości pojedynczych ziaren do 0,5 μm; w preparacie nie stwierdzono obecności ani portlandytu, ani ettringitu. Ta gruzełkowata masa wykazuje liczne mi-krospękania o rozwartości rys poniżej 1 μm.
Obecne w zaczynie ślady po włóknie F są dość mocno połączone z zaczynem. Powstałe w tych miejscach puste przestrzenie spowodowały wzrost porowatości matrycy cementowej.
Rys. 4.112. Włókna F w zaczynie Rys. 4.113. Włókna F w zaczynie,
z lewej strony widoczna warstwa zaczynu na włóknie, miejscami spękana
Rys. 4.114. Drobnoziarnista, gruzełkowata
budowa zaczynu, widoczne mikrospękania o rozwarciu do 0,5μm
Rys. 4.115. Drobnoziarnista,
Tabela 4.36. Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F800 z dodatkiem włókien F
Gęstość obj. [g/cm3]
nasiąkliwość pow.
[kg/m2]
Wybrane cechy struktury zaczynu C1,8F800
ρobj.: 1,641 g/cm3
np: 19,35 kg/ m2
W skali makroskopowej widoczne liczne spękania na po-wierzchni próbki, na przełamie liczne ślady po włóknach, pod naciskiem nie dezintegruje się tak szybko jak próbka bez dodatku włókna wygrzewana w tej samej temperatu-rze; zabarwienie szarożółtawe.
W mikrostrukturze zaczynu wyróżniono drobnoporowa-tą, drobnoziarnisdrobnoporowa-tą, gruzełkowatą masę, złożoną z wytra-wionych termicznie uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H o wielkości pojedynczych ziaren do 0,5 μm; w preparacie nie stwierdzono obecności ani portlandytu, ani ettringitu. Ta gruzełkowata masa wykazuje obecność