Experimentální vyšetřování orientace vláken v cementovém kompozitu

Abstract

Disertační práce je zaměřena na uspořádání a orientaci ocelových vláken v čerstvé směsi vysokopevnostního betonu a na možnosti záměrné orientace vláken ve směsi. Rešeršní část se věnuje podstatě, vzniku a popisu viskózního chování tekutin, seznamuje s problematikou v oblasti měření viskozity viskoelastických látek a nalezením vhodné metody pro měření viskozity čerstvého betonu. Pozornost je zde především zaměřena na nenewtonské kapaliny, jejich vlastnosti, typy, teoretické způsoby výpočtu viskozity a srovnání s newtonskými tekutinami. Dále práce obecně popisuje a přibližuje definici cementu a cementových kompozitů. Následuje podrobnější popis cementových kompozitů vyztužených ocelovými vlákny s důrazem na orientaci vláken. V experimentální části práce jsou obsaženy materiálové zkoušky, které zahrnovaly experimentální měření konzistence a viskozity tekuté směsi a mechanické zatěžování zralých betonových vzorků. Prostřednictvím zkoušky pevnosti v tahu ohybem byl pro vzorky z cementové směsi s vlákny experimentálně ověřován vliv směru ukládání směsi do bednění na výslednou orientaci vláken. Ověření bylo provedeno ukládáním směsi do bednících forem v navzájem kolmých směrech. Z výsledků zkoušek tahové pevnosti v ohybu byly dále dopočítány hodnoty specifické lomové energie. Vyhodnocení naměřených dat bylo provedeno i pro pevnost v tlaku. Část práce je zároveň pro srovnání věnována simulaci ukládání směsi pomocí průhledné hmoty s konzistencí podobnou čerstvému betonu. Do průhledného bednění byl ukládán sonogel s rozptýlenou ocelovou výztuží, čímž bylo možné velmi dobře vizuálně zkoumat uspořádání a orientaci ocelových vláken ve směsi. Balistické zkoušky rozšiřují zkoumané vlastnosti kompozitu o odolnost materiálu v extrémních podmínkách. Provedené experimenty zaměřené na cílenou orientaci vláken ve směsi jsou doplněny o možnosti vyrovnávání ocelových vláken v čerstvé cementové směsi prostřednictvím působení magnetického pole.

The doctoral thesis focuses on the arrangement and orientation of steel fibres in a fresh mixture of high-strength concrete and the possibilities of targeted orientation of the fibres in the mixture. The search section looks at the nature of the viscous behaviour of liquids, familiarises the issues of measuring viscosity of viscoelastic substances, and finds a suitable method for measuring the viscosity of fresh concrete. The attention is mainly focused on non-Newtonian liquids, their properties, types, theoretical ways of calculating viscosity and comparisons with Newtonian liquids. Further, the work broadly describes and interprets the definition of cement and cement composites, followed by a more detailed description of steel-fibre reinforced cement composites with an emphasis on fibre orientation. The experimental part of the work includes material tests, which comprise experimental measurements of the viscosity and determining the consistency of the liquid mixture and various types of mechanical loading of concrete samples. The influence of the direction of mixture casting into the formwork on the resultant orientation of the fibres was experimentally verified through the bending tensile strength test. The tests were performed by pouring the mixture into the formworks in two perpendicular directions. Specific fracture energy values were further calculated from the results of the bending strength tests. The measurement data evaluation was also done for the pressure strength. Part of the work, for comparison, is devoted to simulating the deposition of the mixture using a transparent substance with a dispersed steel fibre reinforcement. A sonogel with a consistency similar to fresh concrete was poured into the transparent formwork. In this way, the arrangement and orientation of the steel fibres in the mixture can be very well visually examined. Ballistic testing extends the studied properties of the composite by the material resistance under extreme conditions. Experiments carried out for the targeted orientation of the fibres in the mixture are amended by the possibility of aligning steel fibres in a fresh cement mixture by the action of a magnetic field.