Wykorzystanie odpadów tworzyw sztucznych jako włókien syntetycznych i kruszywa w betonie – przegląd / Marabathina Maheswara Rao, Sanjaya Kumar Patro, Prasanna Kumar Acharya

1.1. Odpady tworzyw sztucznych wykorzystywane jako zamiennik kruszywa

Odpady z tworzyw sztucznych nie ulegają biodegradacji, w związku z czym powodują szereg negatywnych skutków dla środowiska, takich jak zanieczyszczenie gleby i powietrza, działanie rakotwórcze i śmierć zwierząt. Dalhat i Wahhab [ 1 ] zbadali betony związane z odzyskanym polietylenem o dużej gęstości i polipropylenem z recyklingu termoplastycznymi polimerami i porównali je z betonami asfaltowymi i betonami z cementu portlandzkiego. Tworzywa sztuczne poddano obróbce i rozdrobnieniu do uzyskania pożądanych rozmiarów, zaczynając od 2,38 mm. Beton z recyklingu o dużej gęstości związany polietylenem, bez drobnego kruszywa, posiadał wytrzymałość na obciążenie ściskające podobną do wytrzymałości betonów asfaltowych. Beton na bazie polipropylenu pochodzącego z recyklingu wykazywał trzykrotnie większą wytrzymałość na ściskanie niż asfalt i porównywalną z betonami z cementu portlandzkiego. Wytrzymałość czystego PP była wyższa niż czystego HDPE. Morgana i in . [ 2 ] podało, że w 2014 r. na świecie roczna produkcja odpadów z tworzyw sztucznych wynosi ponad 300 milionów ton metrycznych i oczekuje się, że będzie stale rosnąć. W niektórych krajach ponownie wykorzystuje się maksymalnie 50% odpadów z tworzyw sztucznych, a w większości krajów 90% odpadów z tworzyw sztucznych trafia na wysypiska śmieci. Rahmani i in . [ 3 ] przeanalizowali żelbet z włóknami odpadowymi z butelek PET i odkryli, że dodanie niewielkiej ilości włókien pochodzących z recyklingu z odpadów butelek PET może mieć ogromny wpływ na zachowanie prostych elementów betonowych po pękaniu. Asokan i in . [ 4 ] podali, że włókna z tworzyw sztucznych mogą skutecznie poprawić właściwości betonu po pękaniu i kontrolować skurcz suszenia betonu. Użycie proszku i włókien z tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym w betonie i kompozytach cementowych poprawia jakość. Według Cengiza i in . plastyczność przy zginaniu, maksymalna nośność i wytrzymałość znacznie się poprawiły [ 5 ], podczas gdy skurcz plastyczny poprawił się [ 6 ] po zastosowaniu wysokowydajnego włókna polipropylenowego. Różne właściwości betonu uległy poprawie dzięki zastosowaniu PET [ 7 , 8 ] i włókien syntetycznych [ 9-11 ] . Przeprowadzono wiele eksperymentów, aby poznać wpływ zastosowania różnych włókien z tworzyw sztucznych w betonie, takich jak cząstki politereftalanu etylenu [ 12 , 13 ], włókno syntetyczne [ 9 , 10 , 14 ], PP [ 15 – 17 ], nylon włókno [ 18 ], granulowany odpadowy plastik z recyklingu [ 1 ], włókno Mac matrix [ 19 ] i proszek odpadowy GRP [ 20 ]. Shi Yin i in . [ 21] podali, że włókna odpadowe tworzyw sztucznych mogą kontrolować skurcz plastyczny i skurcz betonu podczas suszenia. Donoszono również o zastosowaniu włókien odpadowych z tworzyw sztucznych w elementach prefabrykowanych [ 22 ], betonowych chodnikach [ 23 ] i torkrecie.

Celem niniejszego przeglądu było krytyczne skupienie się na wynikach uzyskanych przez różnych badaczy po wprowadzeniu do betonu odpadów tworzyw sztucznych w różnych postaciach. Przegląd wykazał, że włókna nieznacznie poprawiają właściwości użytkowe świeżego i stwardniałego betonu, ale zmniejszają jego urabialność. Obróbka powierzchni tworzywa sztucznego rozpoznawalnym materiałem, takim jak żużel, pył krzemionkowy i metakaolin, poprawia wytrzymałość betonu cementowego w wyniku reakcji pucolanowej. Różne formy tworzyw sztucznych dodawane lub zastępowane różnymi składnikami betonu oraz ich zastosowania w terenie przedstawiono w tabeli 1 [ 24 , 25 ].

1.3. Skutki zastąpienia/włączenia włókien plastikowych

Saikia i Brito [ 22 ] opisali włączenie odpadowego kruszywa z tworzywa sztucznego do betonu, aby wykazać wiele negatywnych skutków dla urabialności i właściwości mechanicznych. Autorzy stwierdzili zmniejszenie modułu sprężystości i wytrzymałości betonu zawierającego kruszywa plastyczne w porównaniu z betonem wykonanym z kruszyw naturalnych. Mniejsze uwodnienie cementu i słabe związanie zaczynu cementowego z kruszywem plastycznym są przyczyną złych właściwości betonów zawierających kruszywo wykonane z tworzyw sztucznych. Środki zaradcze sugerowane przez Saikię i Brito [ 22 ] to zabiegi chemiczne. Powłoka proszkowa z żużla i piasku poprawia właściwości mechaniczne betonu, ponieważ poprawia interakcję zaczynu cementowego. Zheng i in . [ 31 ] podają, że włókno hybrydowe wykazuje dużą odporność na podwyższoną temperaturę. Pujadas i in . [ 11 ] podali, że tendencja do orientacji włókien tworzywa sztucznego jest równoległa do ścianek szalunku, a przy swobodnym przepływie powierzchniowym jest prostopadła do kierunku przepływu. Saikia i Brito [ 52 ] podali, że ze względu na ostre krawędzie, kanciasty kształt i nienasiąkliwe właściwości kruszywa plastycznego, wartość opadu wzrasta w betonie zawierającym kruszywa plastyczne. Yin i in . [ 53 ] podali większą odporność na odpryskiwanie betonu z włókna polipropylenowego [ 42 ], natomiast Fraternali i in . [ 45 ] donoszą o lepszej odporności na alkalia w betonie przy użyciu PET.

5.1. Wykonalność

Łatwość i jednorodność świeżo wymieszanego betonu nazywa się urabialnością. Urabialność można osiągnąć poprzez dodanie domieszki do odpadowego betonu z tworzywa sztucznego. Włókno tworzywa sztucznego wpływa na ilość wolnej wody, a co za tym idzie na urabialność.

Odpady tworzyw sztucznych zmniejszają urabialność betonu. Saikia i Brito [ 64 ] oraz Mazaheripour i in . [ 55 ] zasugerowali, że urabialność można zwiększyć stosując włókna w ilości mniejszej niż 1% i dodając plastyfikator. Yang i in . [ 46 ] wykorzystali cząstki modyfikowanego tworzywa sztucznego polipropylenu (PP) pochodzące z recyklingu w ilości 10–30% objętości piasku i podali, że wartość przepływu opadowego poprawia się wraz ze wzrostem ilości piasku w betonie samozagęszczalnym. Karahan i Atis [ 29 ] podali, że włókno polipropylenowe zmniejsza urabialność betonu. Zwiększenie współczynnika kształtu zmniejsza urabialność [ 65 ]. Rys. ( 4b ) pokazuje wartości testu opadowego plastikowego FRC. Z badań wynika, że ​​obecność włókien tworzyw sztucznych zmniejsza opad, a co za tym idzie, zmniejsza się także urabialność świeżego betonu. Tworzenie się struktury sieciowej przez włókna w betonie powoduje zmniejszenie przepływu.

Yap i in . [ 18 ] dodali i) fibrylowany PP i ii) wielowłóknowy PP z 3 frakcjami objętościowymi 0,250%, 0,500% i 0,750% w betonie wzmocnionym włóknami z łupin palmy olejowej z superplastyfikatorem na bazie polikarboksylanu wynoszącym 0,65%. Fibrylowany PP wykazał wyższą urabialność w porównaniu z PP wielowłóknowym, a urabialność spadała wraz ze wzrostem zawartości włókna od 0,25-0,75%. Zhang i Li [ 60 ] podali, że nastąpił spadek opadu betonu o 7%, do którego dodano 0,12% PP, 15% popiołów lotnych i 6% pyłu krzemionkowego.

Zhang i Li [ 60 ] dodali cztery różne frakcje objętościowe włókna PP 0,06, 0,08, 0,1 i 0,12% z 15% popiołu lotnego, 6% pyłu krzemionkowego i 4,94 kg/m ³ reduktora wody. Wynik wykazał niewielkie zmniejszenie urabialności wraz ze wzrostem zawartości włókna od 0,06 do 0,12. Rai i in . [ 66 ] zbadali beton M-30 o w/c 0,44, który częściowo zastąpił piasek 0-15% odpadowymi płatkami tworzyw sztucznych i doszli do wniosku, że urabialność wzrasta o około 10-15% po dodaniu superplastyfikatora. Yew i in . [ 61 ] wyraził opinię, że frakcje objętościowe włókien polipropylenowych wynoszące 0,25–0,5% są zawarte w betonie wzmocnionym włóknami z łupin palmy olejowej o różnych współczynnikach kształtu i geometrii. Wartość opadu zmniejszono ze 180-80 mm wraz ze wzrostem udziału objętościowego włókna z 0-0,5%. Skręcona wiązka wykazywała większy spadek w porównaniu z prostym włóknem.

Karahan i Atis [ 29 ] badali stosowanie 0-0,2% wraz z popiołami lotnymi 0%, 60 kg/m ³ i 120 kg/m ³ . Urabialność poprawiała się wraz ze wzrostem zawartości popiołów lotnych z 0 kg/m ³ do 120 kg/m ³ i zmniejszała się wraz ze wzrostem udziału objętościowego włókna PP. Ogólna urabialność obserwacyjna uległa poprawie dzięki dodaniu popiołów lotnych wraz z pyłem krzemionkowym i małej frakcji objętościowej włókien.

6.1.1. Wpływ polipropylenu

Arreola i in . [ 68 ] opisali interesujące zachowanie polegające na tym, że im większa ilość polimeru, tym wolniejsze twardnienie cementu i słabsza interakcja w matrycy cementowej. Poinformowali również, że w porównaniu z betonem kontrolowanym następuje ogromne zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie. Singh i in . [ 69 ] oraz Sharma i in . [ 65 ] zasugerowali mechaniczne wcięcia na powierzchni włókien PP, aby uniknąć słabych wiązań z matrycą cementową. Kumar [ 62 ] podał, że wraz ze wzrostem zawartości włókien worków polietylenowych zmniejsza się urabialność, a wytrzymałość na ściskanie wzrasta aż do 0,75%. Peyvandi i in . [ 70 ] podali, że włókno stalowe z polipropylenem wykazuje wyższą wytrzymałość na ściskanie. Yap i in . [ 18 ] odnotowali spadek wytrzymałości na ściskanie stwardniałego betonu o 31,31% i 55%, w którym dodano odpowiednio PP fibrylowany i PP wielowłóknowy o 0,75%. Yew i in . [ 61 ] odnotowali wzrost wytrzymałości betonu na ściskanie o 14,8% i 14,1%, w przypadku których do betonu wzmocnionego włóknami z łupiny palmy olejowej dodano odpowiednio 0,5% skręconej wiązki monofilamentu PP i 0,5% monofilamentu prostego PP. Karahan i Atis [ 29 ] stwierdzili pogorszenie wytrzymałości na ściskanie o 2,9%, 6,4% i 2,2%, gdy zamiast cementu zastosowano 0,2% PP z 15, 30 i 60% popiołami lotnymi. Afroughsabet i Ozbakkaloglu [ 16 ] badali wpływ włączenia włókien PP o długości 12 mm w stężeniu 0,15%, 0,30% i 0,45% z 10% pyłem krzemionkowym jako zamiennika cementu w betonie o wysokiej wytrzymałości. Dodatek 0,45% włókna spowodował wzrost wytrzymałości na ściskanie o 8%, 13% i 14% odpowiednio po 7 dniach, 28 dniach i 91 dniach w porównaniu z betonem kontrolnym.

Mazaheripour i in . [ 55 ] dodali włókna PP o długości 12 mm w ilości 0%, 0,1%, 0,2% i 0,3% i nie stwierdzili wzrostu wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości lekkiego betonu samozagęszczalnego. Altun i Dirikgil [ 71 ] badali wpływ temperatury przy 24,5, 100, 200, 400, 600 i 800 LC przy stosunkach objętościowych polipropylenu wynoszących 0,0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% i 0,5% w gatunku M40 betonu odpowiednio po 7, 28 i 90 dniach. Stwierdzili, że 0,4% włókna jest skuteczne w niższych temperaturach 200 LC, a przy wyższych wartościach temperatur 400 LC stwierdzono, że wytrzymałość na ściskanie spada wraz ze wzrostem proporcji włókien powyżej 0,4%. Ruiz-Herrero i in . [ 72 ] badali zaprawy, w których dodano do zaprawy odpady polietylenu i PCW z kabli elektrycznych w ilościach 0%, 2,5%, 5%, 10% i 20%. Donkor i Obonyo [ 19 ] badali bloki ziemi sprasowanej przy użyciu włókien polipropylenowych o zawartości wagowej 0,20%, 0,40%, 0,60%, 0,80% i 1,00% i podali, że przy zawartości włókien 0,4% wytrzymałość na ściskanie poprawiła się o 22,5%. Wpływ PP na wytrzymałość na ściskanie podsumowano na rys. ( 5 ).

Rys. (4b). Opad betonów odpadowych PP (PP fibrylowany [ 18 ]; PP wielowłóknowy [ 18 ]; włókna nylonowe [ 18 ]; wiązka skręcona M-PP 1 [ 61 ]; wiązka skręcona M-PP 2 [ 61 ]; M-PP prosta 1 [ 67 ]; Płatki grube (PET) [ 22 ]; Frakcja drobna (PET) [ 22 ]; Pelety z tworzyw sztucznych (PET) [ 22 ]).

Rys. (5). Wytrzymałość na ściskanie betonu odpadowego z tworzyw sztucznych PP (1) Fibrylowany PP [ 18 ]; (2)PP wielowłóknowy [ 18 ]; (3) Włókna nylonowe [ 18 ]; (4) Wiązka skręcona M-PP 1 [ 61 ]; (5) Wiązka skręcona M-PP 2 [ 61 ]; (6) M-PP prosty 1 [ 67 ]; (7) Płatki grube (PET) [ 22 ]; 8) Drobna frakcja (PET) [ 22 ]; (9) Pelety z tworzyw sztucznych (PET) [ 22 ].

Rys. (6). Wytrzymałość na ściskanie politereftalanu etylenu [ 52 ].

6.1.2. Wpływ politereftalanu etylenu

Nikbina i in . donoszą, że lekki beton bez PET wykazuje lepszą wytrzymałość na zgniatanie niż zwykły beton PET [ 73 ] i polistyren z recyklingu [ 65 ]. 10-50% plastiku pochodzącego z recyklingu zmniejszyło wytrzymałość na ściskanie o 34% i 67% [ 74 ]. Asokan i in . [ 4 ] opisali wydłużenie czasu utwardzania przez 14–180 dni; wytrzymałość na ściskanie przy 5% TWS wzrosła do 45,75 N/mm ² . Poinformowali również, że po 28 dniach wytrzymałość na ściskanie wzrosła o 45% przy 5–15% odpadowym proszku GRP i 2% superplastyfikatora [ 20 ]. Wpływ politereftalanu etylenu na wytrzymałość na ściskanie, jak podają różni autorzy, podsumowano i przedstawiono na rys. ( 6 ).

6.1.3. Polietylen o dużej gęstości

Ryc. ( 7 i 8 ) pokazują wytrzymałość na ściskanie betonu zbrojonego włóknami HDPE [ 39 ]. Naik i in . [ 39 ] stosowali rozdrobnione i nasączone małe cząstki HDPE o średniej wielkości 1 mm jako miękki wypełniacz do betonu gatunku M35 w różnych dawkach 0,5, 1,5 i 2%. Autorzy namoczyli włókna w wodzie z dodatkiem 5% roztworu wybielacza i 5% roztworu wybielacza + 4% roztworu NaOH. Obróbka wybielaczem alkalicznym (wybielacz + NaOH) wykazała dobre działanie, a wytrzymałość na ściskanie spadła powyżej włączenia 0,5% błonnika. Rao i Ravula [ 75 ] badali włókna PET i HDPE w betonie i doszli do wniosku, że wytrzymałość na ściskanie i wytrzymałość na zginanie zmniejsza się, a wytrzymałość na rozciąganie przy rozszczepianiu zwiększa, a granulaty PET wykazały większe zmniejszenie w porównaniu z włóknem HDPE w betonie.

Rys. (7). Wpływ różnych obróbek na wytrzymałość na ściskanie HDPE FRC [ 40 ]

Rys. (8). Wpływ dozowania włókna HDPE na wytrzymałość betonu na ściskanie [ 40 ].

6.2.1. Polipropylen

Afroughsabet i Ozbakkaloglu [ 16 ] doszli do wniosku, że dodanie 0,45% błonnika wykazało wzrost wytrzymałości na rozciąganie po rozszczepieniu o 15%, 20% i 16% odpowiednio po 7 dniach, 28 dniach i 91 dniach. Rahmani i in . [ 3 ] donoszą, że włókna PP w betonie zwiększają wytrzymałość na zginanie o 25% w porównaniu z włóknami stalowymi. Yin i in . [ 65 ] podali, że pierwotne tworzywo sztuczne wykazuje wyższą wytrzymałość na rozciąganie, ale niższą wytrzymałość na zginanie w porównaniu z przetworzonym włóknem PP. Wytrzymałość na rozciąganie rozszczepionego wzrosła o 13%, 16% i 20% dla betonu zawierającego włókna PP odpowiednio 0,15%, 0,3% i 0,45% po 28 dniach [ 42 ]. Yew i in . [ 61 ] podali, że dodatek włókien PP Twisted Bundle 1/0,25–0,5%, PP Twisted Bundle 2/0,25–0,5% i PP Straight 1/0,250–0,50% zwiększa wytrzymałość na rozciąganie przy rozszczepianiu do 8,0–33,0%, 10–27 i odpowiednio 13–21% w porównaniu do normy. Hesami i in . [ 17 ] dodał włókna polipropylenowe (0%, 0,1%, 0,12%, 0,15%), wraz z częściowym zastąpieniem piasku kruszonką gumy opon (TRC) (0%, 5%, 10% i 15%) w samorozpylaczu zagęszczanie betonu. Włókno PP o zawartości 0,15% z 0, 5, 10 i 15% TRC wykazało wyższą wytrzymałość na rozciąganie odpowiednio o 27,96%, 26,14%, 27,42% i 26,9% w porównaniu do braku włókna. Mazaheripour i in . [ 54 ] podali, że dodatek włókien PP o długości 12 mm w ilości 0%, 0,1%, 0,2% i 0,3% zwiększył wytrzymałość na rozciąganie o 14,4% lekkiego betonu samozagęszczalnego. Ghernouti i in . [ 49 ] podali, że włókna odpadowe torebek plastikowych o długości 12 mm przy 1, 5 i 7 kg/m ³ zwiększały wartość wytrzymałości na rozciąganie przy rozszczepieniu z 4% do 74% po 28 dniach, gdy zostały dodane do betonu samozagęszczalnego. Wpływ PP na beton podsumowano i przedstawiono na rys. ( 9 ).

6.2.2. Politereftalan etylenu (PET)

Rahmani i in . [ 3 ] badali wpływ cząstek przetworzonych PET (wytwarzanych przez mielenie maszynami przemysłowymi) na 5%, 10% i 15% substytucji piasku. Gdy 15% piasku zastąpiono cząstkami PET, współczynniki w/c wynoszące 0,42 i 0,54 wykazały odpowiednio 15,9% i 18,06% zmniejszenie wytrzymałości na rozciąganie.

6.3.1. Polipropylen

Ruiz-Herrero i in . [ 28 ] opisali, że FS betonu z 20% PP spadła trzykrotnie po 28 dniach w porównaniu z betonem kontrolnym. Ghernouti i in . [ 49 ] zbadali wpływ włókien odpadowych torebek plastikowych o długości 12 mm i masie 1, 3, 5 i 7 kg/m ^{3 i podali, że FS poprawiło się o 0-14% po 28 dniach.} Yin i in . [ 65 ] zbadali włókna PP pierwotne i pochodzące z recyklingu. W celu zwiększenia interakcji włókno-beton zastosowano włókna o średnicy 0,8–0,9 mm z nacięciami liniowymi i diamentowymi z matrycą rolkową wcinającą.

Przy zastosowaniu pierwotnych włókien PP zaobserwowano większą wytrzymałość na rozciąganie, ale niższą wytrzymałość na zginanie w porównaniu z włóknem PP pochodzącym z recyklingu. Mazaheripour i in . [ 55 ] dodali włókna PP o długości 12 mm w ilości 0%, 0,1%, 0,2% i 0,3% i odnotowali wzrost wytrzymałości na zginanie o 10,7%. Dalhat i Wahhab [ 1 ] podali, że sztywność i wytrzymałość na zginanie wzrosły 3-krotnie w przypadku betonu z dodatkiem PP pochodzącego z recyklingu w porównaniu z betonami z cementu portlandzkiego. Banthia i Gupta [ 15 ] podali, że włókno PP wykazywało wyższą wytrzymałość na zginanie, a także dobrą kontrolę nad skurczem plastycznym. Włókna drobniejsze i dłuższe są bardziej efektywne w porównaniu z włóknami grubszymi i krótkimi, jednak w przypadku SCC długość zastosowanych włókien nie miała wpływu na wytrzymałość [ 25 ]. Rai i in . [ 66 ] opisali, że wartość FS odpadowego betonu plastycznego spada wraz ze wzrostem odsetka odpadów tworzyw sztucznych. Poinformował także, że wpływ plastyfikatorów na trwałość betonu jest nieistotny. Zhang i in . [ 76 ] podali, że przy ułamku objętościowym 0,1% włókno PP wykazało dobrą odporność na propagację pęknięć. Behfarnia i Behravan [ 14 ] oraz Medina i in . [ 6 ] opisali, że FS wzrastał wraz ze wzrostem zawartości włókien PP do 0,09% i zmniejszał się wraz ze wzrostem zawartości włókien. Rao [ 77 ] zbadał wpływ mikrokrzemionki na odpadowy beton z tworzywa sztucznego i stwierdził, że wytrzymałość na zginanie wzrasta po 10% dodatku mikrokrzemionki. Jak podali poprzedni autorzy, wpływ PP na wytrzymałość na zginanie podsumowano i przedstawiono na rys. ( 10 ).

Rys. (9). Wytrzymałość na rozciąganie polipropylenu i betonu kontrolowanego (1) Fibrylowany PP [ 18 ]; (2)PP wielowłóknowy [ 18 ]; (3) Włókna nylonowe [ 18 ]; (4) Wiązka skręcona M-PP 1 [ 61 ]; (5) Wiązka skręcona M-PP 2 [ 61 ]; (6) M-PP prosty 1 [ 61 ]; (7) Płatki grube (PET) [ 22 ]; (8) Drobna frakcja (PET) [ 22 ]; (9) Pelety z tworzyw sztucznych (PET) [ 22 ].

6.3.2. Politereftalan etylenu (PET)

Pelisser i in . [ 25 ] zbadali włókna PET FRC z butelek pochodzących z recyklingu o długościach 10, 15 i 20 mm i ułamkach objętościowych 0,05, 0,18 i 0,30% w stosunku do objętości betonu. Energia przy pierwszym pęknięciu jest większa w przypadku betonu włóknistego o długości 20 mm w porównaniu do betonu włóknistego o długości 10 mm. Większą udarność przy pierwszym pęknięciu wykazała 0,18% włókna po 28 dniach utwardzania, a większą udarność przy niszczeniu wykazano przy zawartości 0,05% włóknistego betonu. Doszli do wniosku, że wyższą wytrzymałość wykazało włókno o długości 20 mm, a FS wzrósł o 19,20% przy zawartości 0,3% betonu z włókien PET pochodzących z recyklingu. Alberti i in . [ 78 ] badali włókno poliolefinowe o długościach 48 mm i 60 mm. Odkryli nieistotne różnice w zachowaniu między nimi w betonie. Ghernouti i in . [ 49 ] opisali, że włókno odpadowe z torebek plastikowych (PET) w SCC ma niezauważalny wpływ na FS. Rahmani i in . [ 3 ] podali, że zastąpienie 5% objętości piasku cząstkami PET o tych samych stosunkach w/c zwiększyło wytrzymałość na zginanie o 6,71% i 8,02%, ale nastąpiło zmniejszenie przy 15% podstawieniu cząstek PET w stosunku w/c o 14,7% i 6,25%. Borga i in . [ 12 ] podali, że 1% objętości włókien PET wykazuje najwyższą wytrzymałość na zginanie, a długie i zdeformowane włókna wykazują nieco lepszą wydajność niż włókna krótkie i proste. Stwierdzono, że długość włókna wykazuje większy wpływ niż rodzaj włókna. Donkor i Obonyo [ 19 ] podali, że zawartość włókien 0,4% zwiększa wytrzymałość na zginanie 3-punktowe o 22,0%. Corinaldesi i Nardinocchi [ 67 ] podali, że systemy hybrydowe poprawiły wytrzymałość na zginanie włókien PP lub PET.

7.1. Zachowanie podczas zamrażania i rozmrażania

Równomierny rozkład włókien PP tworzy strukturę siatki; w związku z tym zmniejsza się krwawienie i segregacja mieszanki betonowej, a także zmniejszają się mikropęknięcia [ 79 ]. Zhang i Li [ 60 ] doszli do wniosku, że dodatek włókna PP do betonu wykazał dobrą trwałość w cyklu zamrażania i rozmrażania. Im wyższy względny dynamiczny moduł sprężystości, tym lepsza trwałość zamrażania i rozmrażania betonu na bazie PP. Zhang i Li [ 76 ] doszli do wniosku, że dodatek włókien PP w ilości mniejszej niż 0,08% i 0,07% [ 80 ] poprawił trwałość. Zhang i Li [ 60 ] doszli do wniosku, że wzrost objętości włókien mniejszy niż 0,120% zmniejsza długość przepuszczalności wody, głębokość karbonatyzacji i odkształcenie skurczowe na sucho betonu z popiołem lotnym i pyłem krzemionkowym, ale stwierdzono, że jest to trochę zwiększona w porównaniu do betonu kontrolowanego; także odporność na zamrażanie i rozmrażanie wzrosła wraz ze wzrostem udziału objętościowego włókna poniżej 0,08% i spadła nieco powyżej 0,08%. Autorzy w przeszłości stosowali procedurę ASTM C666/C666M do badania zachowania podczas zamrażania i rozmrażania.

7.2. Karbonizacja

Fan i in . [ 80 ] doszedł do wniosku, że reakcja CO2 _z CaOH i żelem cementowym nazywa się karbonatacją. Prowadzi to do korozji stalowego zbrojenia betonu na skutek spadku pH materiału. Pesic i in . [ 56 ] stwierdził, że trwałość wzrasta poprzez ograniczenie powstawania pęknięć. Pękanie koreluje z trwałością, ale pękania nie można zmierzyć [ 60 ]. Song i in . [ 81 ] badali dyfuzję rozpuszczalnego w kwasie chlorku M4 w betonach w zależności od różnej gęstości pęknięć. Fan i in . badali wpływ wczesnego pękania na trwałość i obszar pęknięcia podczas wiązania i utwardzania [ 80 ]. Younsi i in . [ 82 ] symulowały rzeczywiste warunki z szybką wodą i niedostatecznym uwodnieniem zewnętrznej warstwy betonu. Głębokość karbonatyzacji w zależności od różnych udziałów objętościowych włókna plastikowego przedstawiono na rys. ( 12 ). Autorzy zastosowali procedurę opisaną w GB/T 11974 w celu określenia karbonatyzacji.

7.3. Przepuszczalność

Tam i in . [ 83 ] doszedł do wniosku, że przepuszczalność wpływa na trwałość betonu, ponieważ przepuszczalność jest przyczyną wielu mechanizmów degradacji betonu, ruchu agresywnych chemikaliów i ruchu wody podczas cyklu zamrażania i rozmrażania [ 84 ] . Zhang i Li badali trwałość, badając nieprzepuszczalność wody, odporność na karbonatyzację, skurcz na sucho i zamrażanie-rozmrażanie PP FRC zawierającego popiół lotny i pył krzemionkowy, a także badali wpływ udziału objętościowego włókien na nieprzepuszczalność [ 60 ] cementu pucolanowego z włóknem PP [ 6 ] Zależność pomiędzy długością wodoprzepuszczalności a kompozytem betonowym z frakcją objętościową włókien PP pokazano na rys. ( 13 ). Dodatek włókna PP obniża przepuszczalność wody FRC. Udział włókien PP od 0,0% do 0,120% zmniejszył długość przepuszczalności wody z 8,7 mm do 7 mm. Fan i in . [ 80 ] stwierdził, że przepuszczalność jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości i zwartości, tj . im mniejsza zwartość, tym wyższa przepuszczalność ze względu na większą porowatość. Do wyznaczania przepuszczalności autorzy zastosowali procedurę opisaną w J. E30-2005.

7.4. Skurcz podczas suszenia

Corinaldesi i Nardinocchi [ 67 ] podali, że skurcz i przepuszczalność betonu można zmniejszyć poprzez zastosowanie środka ekspansywnego z włóknami hybrydowymi. Wszystkie włókna z tworzyw sztucznych wykazały wyjątkową odporność na korozję betonu, z wyjątkiem włókien PET. Toutanji i in . [ 85 ] stwierdził, że skurcz tworzywa sztucznego przedwczesnego schnięcia można zmniejszyć za pomocą włókien polipropylenowych, poprawiając wytrzymałość betonu na rozciąganie i zatrzymując pęknięcia. Huang [ 86 ] podał, że kruchość matrycy zmniejsza się poprzez wprowadzenie włókna polipropylenowego. Toutanji i in . [ 85 ] podali również, że włókno polipropylenowe jest odporne na powstawanie pęknięć skutecznie spowodowanych skurczem. Tangchirapat i Jaturapitakkul [ 87 ] podali, że pęknięcia wynikają głównie z skurczu na sucho. Utrata wody w betonie następuje w suchym i gorącym środowisku, co prowadzi do pęknięć. Zhang i Li [ 60 ] użyli kompozytu betonowego ^{z 3} pryzmami 100x100x400 mm do przeprowadzenia badania skurczu na sucho zgodnie z chińskimi normami. Po 2 dniach utwardzania przy 100% wilgotności zmierzono długości próbek, a następnie przekazano je do dalszego utwardzania. Do określenia skurczu suszeniowego autorzy zastosowali procedurę J. E30-2005.

Rys. (10). Wytrzymałość na zginanie odpadów betonowych z włókien PP (1) Fibrylowany PP [ 18 ]; (2)PP wielowłóknowy [ 18 ]; (3) Włókna nylonowe [ 18 ]; (4) Wiązka skręcona M-PP 1 [ 61 ]; (5) Wiązka skręcona M-PP 2 [ 61 ]; (6) M-PP prosty 1 [ 61 ]; (7) Płatki grube (PET) [ 22 ]; (8) Drobna frakcja (PET) [ 22 ]; (9) Pelety z tworzyw sztucznych (PET) [ 22 ].

Rys. (11). Moduł sprężystości betonu z włóknami PP (1) Popiół lotny PP 0 kg/m3 [ 29 ]; (2) Popiół lotny PP 60 kg/m3 [ 29 ]; (3) Popiół lotny PP 120 kg/m3 [ 29 ]; (4) włókno PP 0,25 mm [ 56 ]; (5) włókno PP 0,4 mm [ 56 ]; (6) Butelka PET z recyklingu [ 61 ]; (7) Płatki grube (PET) [ 22 ]; (8) Drobna frakcja (PET) [ 22 ]; (9) Pelety z tworzyw sztucznych (PET) [ 22 ].

Rys. (12). Głębokość karbonatyzacji [ 60 ].

Rys. (13). Wpływ udziału objętościowego włókien na długość przepuszczalności wody [ 60 ].

7,5. Wpływ podwyższonej temperatury

Liu i in . [ 42 ] badali ewolucję właściwości chemicznych i fizycznych zaczynu cementowego, a także zmianę właściwości próbek samozagęszczalnego zaczynu cementowego (SCCP) zawierającego różne dawki włókna PP w różnych podwyższonych temperaturach. Po wystawieniu na działanie podwyższonej temperatury mikrostrukturę zbadano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i porozymetrii wtrąceniowej rtęci (MIP). W celu sprawdzenia wpływu zmian mikrostrukturalnych na przepuszczalność próbek SCCP przeprowadzono badania przepuszczalności gazów. Porównano właściwości mikro i makro przy zastosowaniu różnych dawek włókna PP. Autorzy podali, że do zastosowania temperatury 100°C włókna PP nie topiły się, a ich kompatybilność z żelem również była dobra. Po zastosowaniu temperatury 200°C włókna stopiły się i rozprzestrzeniły przez pory, które, jak stwierdzono, absorbują więcej energii i podwyższają temperaturę. W temperaturze 300°C, w wyniku topienia włókien PP, stwierdza się dyfuzję wilgoci. Autorzy pracy badawczej [ 20 ] stwierdzili niespójność właściwości mechanicznych i termicznych betonu zawierającego włókna PP poddawanego działaniu wysokich temperatur. Kalifa [ 88 ] podał, że włączenie włókien spowodowało znaczne zmniejszenie pola ciśnienia, które akumulowało się w porowatej sieci podczas ogrzewania. Persson [ 89 ] zaproponował, że zawartość włókien wynosząca 0,7 kg/m3 w betonie wewnętrznym i 1,4 kg/m3 w betonie tunelowym jest wystarczająca, aby zapobiec odpryskiwaniu w wyniku wybuchu pożaru w betonie samozagęszczalnym.