Technologie a vlastnosti UHPC

Abstract

Disertační práce se věnuje technologii a vlastnostem moderního jemnozrnného cementového kompozitního materiálu označovaného běžně UHPC – „Ultra High Performance Concrete“. V případě, kdy je cementová matrice vyztužena krátkými rozptýlenými vlákny (disperzní výztuží), je tento cementem pojený kompozitní materiál označován jako UHPFRC – „Ultra High Pereformance Fiber Reinforced Concrete“. S betonem, tak jak jej vnímá odborná i laická veřejnost, má tento kompozitní materiál společnou pouze základní skladbu směsi, a to vodu, kamenivo a cement. Složení směsi UHPC je ovšem daleko složitější a při volbě složek a jejich množství se vychází z předpokladu vytvoření co nejhutnější matrice. Hutné struktury je dosaženo použitím silikátového hydraulického pojiva (portlandského cementu), inertních příměsí fungujících jako mikroplnivo (jako příklad lze uvést mikromletý vápenec, mletý křemen, případně i pigmenty), latentně hydraulických příměsí (mletá vysokopecní struska, popílek, křemičitý úlet) drobného kameniva (do 4 mm, výjimečně i 8 mm), přísad (nejběžnější jsou superplastifikátory na bázi polykarboxylátéterů, dále zpomalovače tuhnutí, přísady regulující smrštění, apod.) a malého množství záměsové vody. Takto sestavená matrice je po zatvrdnutí velmi pevná, ale zároveň velmi křehká. Pro zajištění duktilního chování je matrice vyztužena disperzní výztuží. Disperzní výztuž zásadním způsobem ovlivňuje chování materiálu po vzniku trhliny a při nehomogenním rozmístění po průřezu negativně ovlivňuje mechanické vlastnosti. Z tohoto důvodu je nutné optimalizovat složení směsi tak, aby výsledná receptura byla stabilní vůči segregaci vláken. Jako vhodná a přesná metoda kontroly distribuce vláken v zatvrdlém UHPC se jeví použití optické mikroskopické metody na řezné ploše. Homogenita distribuce vláken je dále ovlivněna technologickými vlivy a nekázní při výrobě prvků. Práce popisuje vybrané technologické vlivy ovlivňující distribuci vláken po výšce průřezu a na výsledcích experimentů poukazuje na nutnost věnovat segregaci patřičnou pozornost. Práce dále přináší možnosti zvýšení lomových vlastností při zachování objemového zastoupení vláken vhodnou skladbou a funkčním vrstvením.

This doctoral thesis is focused on technology and material characteristics of a finegrained cement based composite material which is worldwide known as UHPC –Ultra High Performance Concrete. In the case of a matrix reinforced by fibres, this material is then known as UHPFRC – Ultra High Performance Fiber Reinforced concrete. UHPC has the same matrix basic components (water, aggregates and cement) such as commonly used concretes. However, the mixture design of UHPC is much more complicated and it is based on high matrix density. High amount of cement, fine-grained aggregates (maximum grain size 4 mm), fillers and micro fillers (silica fume, slag, fly ash, etc.), using superplasticizers and low water to cement ratio are fundamentals for achieving high density of the matrix. A UHPC matrix is very dense and strong but very brittle. To achieve and increase a ductile behaviour after the first crack, the UHPC matrix is reinforced by a non-uniform reinforcing. The dispersion of the reinforcing has an essential impact on the material behaviour after the first crack and its homogeneity affects the load bearing capacity of UHPC. Therefore, the mixture design must be optimized for achieving a good stability of homogeneity of the dispersion reinforcing (steel fibres). An optical microscopic method appears to be a suitable and exact method for checking homogeneity of steel fibres. The steel fiber distribution is affected also by technological aspects. This thesis describes the technological aspects of the steel fiber distribution and their impact on load bearing capacity of elements made from UHPC. The possibility and production of functionally layered elements is also noted in this thesis.