|
|
VÝZKUM A VÝVOJ KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ S VYŠŠÍ REZISTENCÍ VŮČI PŮSOBENÍ VYŠŠÍCH TEPLOT
Válek, Jaroslav ; Durica,, Tibor (oponent) ; Kolář,, Karel (oponent) ; Sitek,, Libor (oponent) ; Bodnárová, Lenka (vedoucí práce)
Co se týče požárního hlediska, má beton řadu výhodných vlastností. Je nehořlavý a má nízkou tepelnou vodivost. Avšak betonové konstrukce, které nejsou navrhovány s odolností proti požáru, vykazují po ohřevu výrazné poškození. Především se jedná o explosivní odprýskávání, jehož následkem je oslabení průřezu dané železobetonové konstrukce a vystavení ocelové výztuže teplotám, které jsou vyšší než kritická teplota výztuže. Možných opatření na zabránění nebo zmírnění následků teplotního zatížení betonů je používáno jen několik. Způsoby ochrany lze rozdělit na dva systémy, aktivní a pasivní. Aktivní systémy mají zajistit co možná největší pokles působících teplot. Pasivní systémy již přímo odolávají působícím vysokým teplotám a ohni. Mezi pasivní systémy se řadí i vlastní návrh složení betonu s cílem zajistit vyšší odolnost vůči působení vysokých teplot. Část práce je věnována souhrnným rešerším věnovaným problematice betonových a železobetonových konstrukcí při zatížení vysokými teplotami a účinky požáru. Cílem práce je definování požadavků na složky kompozitního materiálu s cementovou matricí a jeho návrh pro zajištění co možná největší odolností vůči působení vysokých teplot, resp. přímému ohni.
|
|
|
Vliv degradace skleněných vláken na mechanickou odezvu polymerního kompozitu
Součková, Lenka ; Knob, Antonín (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem vlivu degradace vláken s komerční povrchovou úpravou na ohybové vlastnosti polymerního kompozitu na bázi nenasycené polyesterové pryskyřice vyztužené dlouhými jednosměrně orientovanými skelnými vlákny. K přípravě sérií kompozitních vzorků byla využita vlákna o stáří 23, 61, 67, 112 a 135 měsíců. Vlastnosti kompozitu obsahujícího 40,5 obj. % vláken byly stanoveny pomocí tříbodového ohybového testu definovaného normou ASTM D790-17. Ze získaných dat byla vyhodnocena pevnost, modul pružnosti v ohybu a deformace vzorku při max. ohybovém napětí. Bylo zjištěno, že degradace samotných vláken a jejich povrchové úpravy vede ke snížení pevnosti v ohybu z původní hodnoty 1,17 GPa. Důvodem bylo snížení adheze mezi vlákny a matricí, tedy i kvality mezifáze, kvůli čemuž docházelo k nedostatečnému přenášení napětí z matrice na vlákno. Tímto způsobený rozdíl v pevnosti kompozitů s vlákny o stáří 23 a 135 měsíců činil 0,19 GPa. Získané hodnoty byly využity pro posouzení korelace mezi pevností kompozitu v ohybu a pevností ve smyku. Pearsonův korelační koeficient stanovený na 0,71 odpovídá silné korelaci. Vliv degradace vláken na modul pružnosti kompozitu v ohybu nebyl prokázán.
|
|
|
The effect of polymer microfibers on rheological and mechanical properties of calcium phosphate bone cements
Dzurov, Matej ; Montufar Jimenez, Edgar Benjamin (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Proposed master’s thesis focuses on mechanical and rheological properties of biodegradable polymer-calcium phosphate bone cement composite reinforced with PCL (poly(-caprolactone)) and PCL-Pluronic polymer microfibers. The theoretical part describes bone structure, evolution of bone cements and structural additives. In the experimental part, synthesis and characterization of PLGA-PEG-PLGA thermosensitive copolymer and -tricalcium phosphate powder is depicted as well as microfibers preparation technique. Copolymer aqueous solution was used to counteract the paste limited injectability, where liquid to powder (L/P) ratio of 0.5 ml/g was used for all of the samples. The two different mixing techniques were used in cement preparation to modulate the sample’s porosity. PCL and PCL-Pluronic fibers used to reinforce the cement were added in the amount of 1, 3 and 5 wt. % to the total mass of cement paste. Prepared pastes were studied at the laboratory (23 °C) and under physiological conditions (37 °C) using dynamical rheological analysis, with the aim to establish workability and setting of the paste. Samples for the rest of the analyses were enabled to set at physiological conditions for the duration of 10 days. Afterward, mechanical parameters like compressive strength, elastic modulus and diametric tensile strength of dried and in some cases hydrated samples were tested. Porosity was established using micro-computed tomography. Scanning electron microscopy was used to study microstructure and fiber incorporation into a ceramic matrix. Presence of fibers was semi-quantitatively studied using Fourier transformed infrared spectroscopy. X-ray diffraction provided data about powder phase transformation and mineralogical aspects of cement. Individual sample performances were evaluated and compared. As a result, addition of either hydrophobic PCL or amphiphilic PCL-Pluronic fibers into polymer-phosphate cement slightly increased compressive strength where PCL-Pluronic modified fibers performed better. Therefore was concluded, that polymer-phosphate bone cement reinforced with microfibers is promising candidate for surgical practice.
|
|
|
Static and dynamic analysis of plain and fiber-reinforced concrete using discrete meso-scale model
Květoň, Josef ; Vorel,, Jan (oponent) ; Šejnoha,, Michal (oponent) ; Eliáš, Jan (vedoucí práce)
The presented thesis is devoted to mathematical modeling of concrete fracture. A special type of model called discrete particle model is used. The concrete meso-structure is simplified as a system of interconnected polyhedral particles. The particle interaction is prescribed at their contacts. Solution of discrete displacement field is obtained under the assumption of small deformations and rigid body movement of particles. Two modifications of the static version of the discrete meso-scale model are presented: (i) representation of short fiber reinforcement and (ii) implicit dynamic solver. The first main part of the thesis is devoted to modelling of short fiber reinforcement, which is used to improve poor tensile performance of concrete. This material modification leads to more efficient material use and crack width reduction. Short fibers are represented in the discrete model indirectly, taking into account the frictional forces between fiber and cement matrix. The fiber forces are applied at particle contacts working against the crack opening. This modification is able to capture the strain hardening behavior and the multiple cracking of the fiber reinforced composites. The second main part of the thesis addresses dynamic material behavior. Concrete resistance varies under different strain-rates. For slow, quasi-static loading rates, the initial micro-cracks localize into a macro-crack. For fast loading rates, the energy is not consumed by one crack only, but multiple cracking and crack branching occurs. The inertia typically dominates in fast processes. Even though the meso-scale model accounts for the inertia and the crack branching, the cracking at lower scale is not addressed. Therefore additional phenomenological rate-dependency of the constitutive law is adopted. Numerical simulations on various geometries under various loading rates are performed and compared to experimental evidence from literature.
|
|
|
The effect of polymer microfibers on rheological and mechanical properties of calcium phosphate bone cements
Dzurov, Matej ; Montufar Jimenez, Edgar Benjamin (oponent) ; Vojtová, Lucy (vedoucí práce)
Proposed master’s thesis focuses on mechanical and rheological properties of biodegradable polymer-calcium phosphate bone cement composite reinforced with PCL (poly(-caprolactone)) and PCL-Pluronic polymer microfibers. The theoretical part describes bone structure, evolution of bone cements and structural additives. In the experimental part, synthesis and characterization of PLGA-PEG-PLGA thermosensitive copolymer and -tricalcium phosphate powder is depicted as well as microfibers preparation technique. Copolymer aqueous solution was used to counteract the paste limited injectability, where liquid to powder (L/P) ratio of 0.5 ml/g was used for all of the samples. The two different mixing techniques were used in cement preparation to modulate the sample’s porosity. PCL and PCL-Pluronic fibers used to reinforce the cement were added in the amount of 1, 3 and 5 wt. % to the total mass of cement paste. Prepared pastes were studied at the laboratory (23 °C) and under physiological conditions (37 °C) using dynamical rheological analysis, with the aim to establish workability and setting of the paste. Samples for the rest of the analyses were enabled to set at physiological conditions for the duration of 10 days. Afterward, mechanical parameters like compressive strength, elastic modulus and diametric tensile strength of dried and in some cases hydrated samples were tested. Porosity was established using micro-computed tomography. Scanning electron microscopy was used to study microstructure and fiber incorporation into a ceramic matrix. Presence of fibers was semi-quantitatively studied using Fourier transformed infrared spectroscopy. X-ray diffraction provided data about powder phase transformation and mineralogical aspects of cement. Individual sample performances were evaluated and compared. As a result, addition of either hydrophobic PCL or amphiphilic PCL-Pluronic fibers into polymer-phosphate cement slightly increased compressive strength where PCL-Pluronic modified fibers performed better. Therefore was concluded, that polymer-phosphate bone cement reinforced with microfibers is promising candidate for surgical practice.
|
|
|
Vliv degradace skleněných vláken na mechanickou odezvu polymerního kompozitu
Součková, Lenka ; Knob, Antonín (oponent) ; Čech, Vladimír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem vlivu degradace vláken s komerční povrchovou úpravou na ohybové vlastnosti polymerního kompozitu na bázi nenasycené polyesterové pryskyřice vyztužené dlouhými jednosměrně orientovanými skelnými vlákny. K přípravě sérií kompozitních vzorků byla využita vlákna o stáří 23, 61, 67, 112 a 135 měsíců. Vlastnosti kompozitu obsahujícího 40,5 obj. % vláken byly stanoveny pomocí tříbodového ohybového testu definovaného normou ASTM D790-17. Ze získaných dat byla vyhodnocena pevnost, modul pružnosti v ohybu a deformace vzorku při max. ohybovém napětí. Bylo zjištěno, že degradace samotných vláken a jejich povrchové úpravy vede ke snížení pevnosti v ohybu z původní hodnoty 1,17 GPa. Důvodem bylo snížení adheze mezi vlákny a matricí, tedy i kvality mezifáze, kvůli čemuž docházelo k nedostatečnému přenášení napětí z matrice na vlákno. Tímto způsobený rozdíl v pevnosti kompozitů s vlákny o stáří 23 a 135 měsíců činil 0,19 GPa. Získané hodnoty byly využity pro posouzení korelace mezi pevností kompozitu v ohybu a pevností ve smyku. Pearsonův korelační koeficient stanovený na 0,71 odpovídá silné korelaci. Vliv degradace vláken na modul pružnosti kompozitu v ohybu nebyl prokázán.
|
|
|
Static and dynamic analysis of plain and fiber-reinforced concrete using discrete meso-scale model
Květoň, Josef ; Vorel,, Jan (oponent) ; Šejnoha,, Michal (oponent) ; Eliáš, Jan (vedoucí práce)
The presented thesis is devoted to mathematical modeling of concrete fracture. A special type of model called discrete particle model is used. The concrete meso-structure is simplified as a system of interconnected polyhedral particles. The particle interaction is prescribed at their contacts. Solution of discrete displacement field is obtained under the assumption of small deformations and rigid body movement of particles. Two modifications of the static version of the discrete meso-scale model are presented: (i) representation of short fiber reinforcement and (ii) implicit dynamic solver. The first main part of the thesis is devoted to modelling of short fiber reinforcement, which is used to improve poor tensile performance of concrete. This material modification leads to more efficient material use and crack width reduction. Short fibers are represented in the discrete model indirectly, taking into account the frictional forces between fiber and cement matrix. The fiber forces are applied at particle contacts working against the crack opening. This modification is able to capture the strain hardening behavior and the multiple cracking of the fiber reinforced composites. The second main part of the thesis addresses dynamic material behavior. Concrete resistance varies under different strain-rates. For slow, quasi-static loading rates, the initial micro-cracks localize into a macro-crack. For fast loading rates, the energy is not consumed by one crack only, but multiple cracking and crack branching occurs. The inertia typically dominates in fast processes. Even though the meso-scale model accounts for the inertia and the crack branching, the cracking at lower scale is not addressed. Therefore additional phenomenological rate-dependency of the constitutive law is adopted. Numerical simulations on various geometries under various loading rates are performed and compared to experimental evidence from literature.
|
|
|
Performance of cement composites reinforced with surface-modified polypropylene micro-fibers
Antoš, J. ; Dejdar, L. ; Trejbal, J. ; Prošek, Zdeněk
This paper focuses on the mechanical properties investigation of cement pastes reinforced with surface treated polymer fibers. The cement matrix was composed of Portland cement (CEM I 42.5 R, w/c ratio equal to 0.4). Two polypropylene fiber types (micro-and macro-fibers) were used as randomly distributed and oriented reinforcement in volume amount of 2 %. The fibers were modified in the low-pressure inductively coupled cold oxygen plasma in order to enhance their surface interaction with the cement matrix. The investigated composite mechanical properties (load bearing capacity and response during loading) were examined indirectly by means of four-point bending mechanical destructive tests. A response of loaded samples containing treated fibers were compared to samples with reference fibers. Moreover, cracking behavior development was monitored using digital image correlation (DIC). This method enabled to record the micro-cracks system evaluation of both fiber reinforced samples.\n
|
|
|
Freeze-thaw durability of fiber-reinforced lime-based mortars
Přinosil, Michal
This paper presents results of experimental investigation focused on freeze-thaw\ndurability of fiber-reinforced lime-based mortars. Evolution of structural deterioration and frost resistance were evaluated using non-destructive testing (resonance method). In this study, we consider two types of lime-based matrices (pure lime, lime-metakaolin) and two types of polyvinyl alcohol fibers in several volume fractions. The results showed that the resistance against the frost depends mainly on the matrix type and on the amount of fibers.
|
|
|
VÝZKUM A VÝVOJ KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ S VYŠŠÍ REZISTENCÍ VŮČI PŮSOBENÍ VYŠŠÍCH TEPLOT
Válek, Jaroslav ; Durica,, Tibor (oponent) ; Kolář,, Karel (oponent) ; Sitek,, Libor (oponent) ; Bodnárová, Lenka (vedoucí práce)
Co se týče požárního hlediska, má beton řadu výhodných vlastností. Je nehořlavý a má nízkou tepelnou vodivost. Avšak betonové konstrukce, které nejsou navrhovány s odolností proti požáru, vykazují po ohřevu výrazné poškození. Především se jedná o explosivní odprýskávání, jehož následkem je oslabení průřezu dané železobetonové konstrukce a vystavení ocelové výztuže teplotám, které jsou vyšší než kritická teplota výztuže. Možných opatření na zabránění nebo zmírnění následků teplotního zatížení betonů je používáno jen několik. Způsoby ochrany lze rozdělit na dva systémy, aktivní a pasivní. Aktivní systémy mají zajistit co možná největší pokles působících teplot. Pasivní systémy již přímo odolávají působícím vysokým teplotám a ohni. Mezi pasivní systémy se řadí i vlastní návrh složení betonu s cílem zajistit vyšší odolnost vůči působení vysokých teplot. Část práce je věnována souhrnným rešerším věnovaným problematice betonových a železobetonových konstrukcí při zatížení vysokými teplotami a účinky požáru. Cílem práce je definování požadavků na složky kompozitního materiálu s cementovou matricí a jeho návrh pro zajištění co možná největší odolností vůči působení vysokých teplot, resp. přímému ohni.
|
host ::
RSS.