88/7(2009) 823 Politechnika Poznańska JAN M. SKOWROŃSKI*, AGNIESZKA ŚLOSARCZYK Krótkie włókna węglowe otrzymywane z paku węglowego jako mikrozbrojenie w kompozytach cementowych** Short pitch-based carbon fibers as micro-reinforcement in cement composites * Autor do korespondencji: Instytut Chemii i Elektrochemii Technicznej, Politechnika Poznańska, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel.: (0-61) 665-36-41, fax: (0-61) 665-25- 71, e-mail: Jan.Skowronski@put.poznan.pl Dr inż. Agnieszka ŚLOSARCZYK w roku 2001 ukończyła studia na Wydziale Technologii Che- micznej Politechniki Poznańskiej. Pracuje na sta- nowisku asystenta w Instytucie Konstrukcji Budow- lanych PP. Specjalność – technologia chemiczna nieorganiczna, kompozyty cementowe. Prof. dr hab. Jan Marian SKOWROŃSKI – notkę biograficzną i fotografię Autora wydrukowaliśmy w numerze 04/2009 na str. 385. Przeprowadzone badania mechaniczne zapraw cementowych wzmacnianych modyfikowanymi i niemodyfikowanymi krótkimi włóknami węglo- wymi wykazały, że już niewielki dodatek włó- kien w ilości 0,5% mas. wpływa na polepszenie właściwości mechanicznych kompozytów ce- mentowych, w szczególności na wzrost odpor- ności na ugięcie. Najlepsze wyniki odporności na ugięcie otrzymano dla włókien węglowych utlenianych chemicznie w stężonym kwasie azotowym. Powstałe grupy funkcyjne -OH i -COOH nadały włóknom charakter hydrofilo- wy, polepszyły ich zwilżalność i umożliwiły che- miczne związanie włókien z zaczynem cemen- towym, co spowodowało wzrost wytrzymałości kompozytu. Cement mortar was reinforced with coal tar pitch-derived C fibers (0.5% by mass) and silica fume treated with concd. HNO 3 before their use to produce OH and COOH groups on their surface and improve their wettability. The reinforce- ment resulted in an increase in the bending and compres- sion strength of the cement composites. The chem. modifi- cation of the fiber surface did not contribute, however, to any improvement of the mechanical properties of the com- posites, except for their flexural toughness defined as a sur- face under the bending stress vs. displacement curve. Do najczęściej wykorzystywanych materiałów węglowych w kompozytach cementowych należą krótkie wysokomodułowe i wysokowytrzymałościowe włókna węglowe, otrzymywane z po- liakrylonitrylu (PAN) oraz niskomodułowe włókna węglowe wy- twarzane z paku węglowego 1–3) . Mimo, że kompozyty cementowe wzmacniane krótkimi włóknami otrzymywanymi z PAN charakte- ryzują się lepszymi parametrami mechanicznymi, to właśnie ni- skomodułowe włókna węglowe, z uwagi na niższe koszty produk- cji, znalazły szersze zastosowanie w technologii kompozytów ce- mentowych. Cechami wyróżniającymi włókna węglowe spośród innych włókien są wysoka odporność chemiczna i termiczna oraz niski stosunek gęstości nasypowej włókien w odniesieniu do ich wysokiej wytrzymałości na rozciąganie 4, 5) . Ta ostatnia cecha spra- wia, że już niewielki dodatek włókien węglowych (0,5% mas. w sto- sunku do masy cementu) wpływa na polepszenie właściwości me- chanicznych kompozytów cementowo-węglowych 6, 7) . W niniejszej pracy jako mikrozbrojenie zapraw cementowych zastosowano krótkie włókna węglowe z paku węglowego. W celu poprawy ich przyczepności do zaczynu cementowego zastosowa- no utlenianie chemiczne w stężonym kwasie azotowym. Ocenę obróbki powierzchniowej włókien oparto na pomiarach cyklicz- nej woltamperometrii i spektrofotometrii w podczerwieni FTIR. Część doświadczalna Matrycę cementową stanowiła zaprawa zawierająca 450 g ce- mentu portlandzkiego CEM I 42,5 R (prod. Górażdże, zgodnego z PN-EN 197-1), 1350 g piasku normowego do zapraw cemento- wych (prod. Kwarcmix, Tomaszów Mazowiecki) i 225 mL wody destylowanej. Stosunek wodno-cementowy wynosił 0,5. W przypad- ku zapraw z włóknami węglowymi do matrycy cementowej dodano pyły krzemionkowe PK w ilości 45 g kosztem cementu (SikaFu- me ® HR, prod. Sika Polska) i superplastyfikator Addiment FM 95, a stosunek wodno-cementowy zmniejszono z 0,5 do 0,45, tak aby konsystencja zaprawy i jej rozpływ pozostały takie same, jak dla czy- stej zaprawy bez dodatków. Jako mikrozbrojenie zastosowano krót- kie włókna węglowe SG-244A (prod. Osaka Gas Corp.) o średnicy 13 mm i długości 700 mm w ilości 0,5% mas. Wybrane właściwości fizykomechaniczne włókien przedstawiono w tabeli 1. ** Praca prezentowana na 51. Zjeździe PTCh i SITPChem, Opole, 8–11 września 2008 r.