Plazmatické modifikace vláknité výztuže používané v cementových kompozitních materiálech

Abstract

Práce se zabývá plazmatickými modifikacemi skleněných a polymerových vláken, která se používají jako výztuž v kompozitních materiálech ve stavebnictví. Cílem modifikací bylo aktivovat a zdrsnit povrhy vláken a zaručit tak jejich silnou chemickou i fyzikální interakci s vápennou a cementovou matricí. Pro tyto účely bylo využito studené indukované plazma v kyslíkové atmosféře. Povrchové fyzikální změny modifikovaných vláken byly zkoumány pomocí obrazové analýzy na SEM snímcích, zatímco chemické změny byly hodnoceny měřením smáčivosti vodou a analýzou XPS. Pozorován byl též dopad provedených modifikací ne mechanické vlastnosti vláken. Interakce mezi vlákny a matricí byla hodnocena buď nepřímo pomocí destruktivních i nedestruktivních mechanických experimentů zkušebních těles nebo přímo pomocí pull-out testů. Ukázalo se, že všechna modifikovaná vlákna vykázala podstatně větší smáčivost vodou a hrubší morfologii. Skleněná vlákna ovšem selhala jako výztuž vápenné matrice, protože plazma porušilo jejich ochrannou vrstvu sizingu. Na druhé straně ovšem byla odhalena podstatně větší fyzikální soudržnost mezi modifikovanými polymerovými vlákny a cementovou matricí. Největší potenciál plazmaticky modifikovaných polymerových vláken byl nalezen na poli vláknobetonů.

The thesis deals with the plasma modification of glass and polymer fibers used as reinforcement of composite materials in the civil engineering. The aim was to activate and roughen fiber surfaces and thus to ensure their strong chemical and physical interaction with lime- or cement-based matrixes. Cold inductively coupled oxygen plasma was used for these purposes. Surface physical changes on modified fibers were examined using the image analysis of SEM pictures, while chemical ones were analyzed by means of the water wettability measurement and the XPS analysis. Moreover, an impact of the treatment on fiber mechanical properties was assessed. Interaction between fibers and matrixes was analyzed either indirectly using both destructive and non-destructive mechanical experiments of test specimens or directly by means of pull-out tests. It was shown that all modified fibers exhibited significantly higher wettability with water and rougher morphology. However, glass fibers failed as reinforcement due to damage of the sizing protective layer after the plasma treatment. On the other hand, physical interaction between modified polymer fibers and the cement matrix was found to be much more intensive then in the case of reference ones. Such findings were supposed to be the most applicable in the field of fiber reinforced concretes.