The impact of the amount and length of fibrillated polypropylene fibres on the properties of HPC exposed to high temperature

This paper presents the results of research on high performance concretes (HPC) modified by the addition of polypropylene fibres (PP fibres). The scope of the research was the measurement of the residual transport properties of heated and recooled concretes: gas permeability and surface water absorption. Seven types of concrete modified with fibrillated PP fibres were tested. Three lengths: 6, 12 and 19 mm and three amounts of fibres: 0, 0.9 and 1.8 kg/m3 were used. The research programme was designed to determine which length of fibres, used in which minimum amount, will, after the fibres melt, permit the development of a connected network and pathway for gases and liquids.

Zachowanie się betonów wysokowartościowych (BWW) w warunkach działania wysokiej temperatury może stanowić poważne ograniczenie ich stosowania w budownictwie. BWW poddane działaniu wysokich temperatur, jakie wystepują np. podczas pożaru, mogą wykazywać skłonność do eksplozyjnego zachowania się (ang. spalling) prowadzącego do odsłonięcia stali zbrojeniowej. Eksplozyjne zachowanie się może stanowić poważne zagrożenie dla nośności elementu żelbetowego. Jak pokazały liczne badania stosowanie włókien polipropylenowych (PP) ogranicza wystąpienie tego zjawiska. W temperaturze około 170 stopni C włókna topią się. Stopiony polipropylen jest częściowo wchłaniany przez matrycę cementową, tworząc sieć porów otwartych wpływających na zwiększenie przepuszczalności, a w konsekwencji powodując zmniejszenie ciśnienia pary wodnej w ogrzewanym betonie. Jednak dokładny mechanizm działania włókien polipropylenowych nie jest jeszcze w pełni wyjaśniony. Z technicznego punktu widzenia, zastosowanie włókien polipropylenowych w ilości 0,1 do 0,2% objętości betonu stanowi skuteczne rozwiązanie ograniczające wystąpienie eksplozyjnego zachowania się w betonach wysokowartościowych, jednak brak jest doniesień jednoznacznie wskazujących jakiej długości włókna są najefektywniejsze. Celem prowadzonych badań była ocena wpływu temperatury wygrzewania na cechy materiału związane z jego zdolnością transportową dla cieczy i gazów. Badano siedem BWW modyfikowanych dodatkiem fibrylowanych włókien polipropylenowych o długościach 6, 12 i 19 mm. Stosowano dodatek włókien w ilości 0, 0,9 i 1,8 kg/m3. Zakres badań obejmował oznaczenie takich cech jak: przepuszczalność dla gazu, nasiąkliwość powierzchniowa oraz mikroporowatość wybranych betonów przed i po wygrzewaniu. Cechy te są najbardziej odpowiednie do ilościowej oceny efektywności stosowania włókien polipropylenowych jako dodatku ograniczającego występowanie spallingu w betonach BWW. Ponadto w badaniach dokonano oceny wpływu temperatury wygrzewania na przebieg zmian resztkowych wartości wytrzymałości na ściskania próbek wygrzewanych do temperatury 600°C.