|
|
RESEARCH AND DEVELOPMENT COMPOSITE MATERIAL WITH A HIGHER RESISTANCE TO HIGH TEMPERATURES
Válek, Jaroslav ; Durica,, Tibor (referee) ; Kolář,, Karel (referee) ; Sitek,, Libor (referee) ; Bodnárová, Lenka (advisor)
Concrete has many advantageous properties as regards resistance to fire. It is non-flammable and it has a low thermal conductivity. However, concrete structures, which are not designed for resistance against fire, show significant damage after heating. In particular, the explosive flaking with the consequence of weakening the reinforced concrete cross-section and exposing the steel reinforcement to the temperatures higher than critical temperature of reinforcement. There are only a few possible measures of preventing or mitigating the effects temperature load used. Ways of protection can be divided into two systems: active and passive. Active systems are designed to ensure the greatest possible reduction of temperatures the concrete is exposed to. Passive systems directly resist to high temperatures and fire. Design of composition of concrete with the aim of higher resistance to exposition to high temperatures belongs among the passive systems. A part of the work focuses on summary searches of the problems of concrete and reinforced concrete structures exposed to high temperatures and fire. The goal of the work is defining requirements for cement matrix based composite material and its design ensuring the highest possible resistance to high temperatures or direct fire.
|
|
|
Influence of glass fiber degradation on the mechanical response of a polymer composite
Součková, Lenka ; Knob, Antonín (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
The bachelor thesis studies the effect of fiber degradation with commercial sizing on the flexural properties of polymer composite based on unsaturated polyester resin reinforced with long unidirectionally oriented glass fibers. Fibres of age 23, 61, 67, 112 and 135 months were used to prepare a series of composite samples. The mechanical properties of a composite containing 40.5% % vol of fiber were determined using a three-point bending test defined by ASTM D790-17 standard. From the obtained data, the flexural strength, the flexural modulus and the flexural strain were evaluated. It has been found that the degradation of the fibers and their sizing leads to a reduction in flexural strength. This was due to the reduction of adhesion between the fibers and the matrix, thus also the quality of the interface, which caused insufficient stress transfer from the matrix to the fibre. The resulting difference in strength of composites with fibers aged 23 and 135 months was 0,19 GPa with respect to the origin value of 1,17 GPa. The obtained values were used to assess the correlation between the flexural strength of the composite and the shear strength. Pearson's correlation coefficient set at 0,71 corresponds to a strong correlation. The effect of fiber degradation on the flexural modulus has not been demonstrated.
|
|
|
The effect of polymer microfibers on rheological and mechanical properties of calcium phosphate bone cements
Dzurov, Matej ; Montufar Jimenez, Edgar Benjamin (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Táto diplomová práca sa zaoberá mechanickými a reologickými vlastnosťami resorbovateľného polymér-fosforečnanového kompozitu na báze kostného cementu vystuženého mikrovláknami z PCL (poly(-kaprolaktón)) a Pluronic-om modifikovanými PCL vláknami. Teoretická časť popisuje štruktúru kostí, vývoj kostných cementov a štrukturálne prídavky (aditíva). V experimentálnej časti je rozoberaná syntéza a charakterizácia PLGA-PEG-PLGA termosenzitívneho kopolyméru a - modifikácie fosforečnanu vápenatého ako aj technika prípravy mikrovláken. Roztok kopolyméru bol použitý pre zlepšenie obmedzenej injektovateľnosti pasty s pomerom kvapalnej k práškovej fáze (L/P) 0,5 ml/g pre všetky vzorky. Dve rôzne techniky zamiešania pasty boli použité pre možnosť kontrolovania porozity pripraveného cementu. PCL a PCL-Pluronic vlákna využité ako výstuž boli testované v troch rôznych prídavkoch, a to 1, 3 a 5 hmotnostných percent vláken na celkovú hmotnosť pripravenej pasty. Pripravené pasty boli testované pomocou dynamickej reologickéj analýzy na reometri pri laboratórnej teplote (23 °C) a fyzologických podmienkach (37 °C) so zámerom stanoviť spracovateľnosť a tuhnutie pasty. Vzorkám na ostatok analýz bolo umožnené vytvrdzovanie pri fyziologických podmienkach po dobu 10 dní. Po vytvrdení boli testované mechanické parametre ako sú pevnosť v tlaku, Youngov modul pružnosti a pevnosť v ťahu v priemere vysušených a v niektorých prípadoch aj hydratovaných vzoriek. Porozita vzoriek bola stanovená pomocou Roentgénovej počítačovej mikro-tomografie. Rastrovacia elektrónová mikroskopia bola využitá na študovanie mikroštruktúry a zabudovanie vláken do keramickej matrice. Prítomnosť vláken bola semi-kvantitatívne stanovená pomocou Fourier transformovanej infračervenej spektroskopie. Difrakcia Roentgénového žiarenia poskytla údaje o fázovom prechode prášku a jeho mineralogickom zložení. Jednotlivé hodnoty, obdržané z jednotlivých analýz, boli medzi sebou porovnané a adekvátne diskutované. Výsledkom práce je potvrdenie mierneho zlepšenia pevnosti v tlaku vzoriek vystužených hydrofóbnymi PCL alebo amfifilnými PCL-Pluronic vláknami pričom, PCL-Pluronic vlákna poskytli lepšie výsledky. Preto bolo usúdené, že polymér-fosforečnanový kostný cement vystužený vláknami je nádejným kandidátom na uplatnenie v chirurgickej praxi.
|
|
|
Static and dynamic analysis of plain and fiber-reinforced concrete using discrete meso-scale model
Květoň, Josef ; Vorel,, Jan (referee) ; Šejnoha,, Michal (referee) ; Eliáš, Jan (advisor)
Předkládaná práce se zabývá matematickým modelováním chování betonu. K numerické analýze je použit diskrétní částicový model. Tento model zjednodušuje meso-strukturu materiálu na systém propojených diskrétních částic -- konvexních mnohostěnů. Tyto částice jsou uvažovány ideálně tuhé a jejich vzájemná interakce je předepsána na kontaktech sousedních částic. Při hledání nespojitého pole posunů a rotací jsou zjednodušeně předpokládány malé deformace. Práce popisuje dvě rozšíření implementovaná do stávající verze modelu, konkrétně (i) přidání reprezentace krátké rozptýlené výztuže a (ii) implicitní dynamický řešič. První z hlavních částí práce se zabývá modelováním kompozitů s krátkou rozptýlenou výztuží. Krátká vlákna rozptýlená v materiálu přispívají k zlepšení jinak nepříznivé tahové pevnosti betonu. Vlákna jsou v částicovém modelu reprezentována nepřímo, zohledněním tření mezi vláknem a cementovou matricí silami, které působí proti otevírání trhlin. S pomocí tohoto rozšíření model dokáže předpovídat chování vláknobetonu zahrnující tahové zpevnění i navýšení počtu trhlin. Druhá z hlavních částí se zabývá odezvou materiálu na dynamické zatížení. Beton vykazuje rozdílné chování pro různé rychlosti zatěžování. V případě pomalého, kvazi-statického, zatěžování se počáteční mikro-trhliny lokalizují v makro-trhlinu. Dochází-li k rychlému zatěžování, energie nahromaděná v tělese není spotřebována pouze jednou trhlinou, ale dochází k jejímu větvení. V případě rychlých procesů je hlavním faktorem setrvačnost hmoty, která je zatížením urychlována. Struktura materiálu a setrvačnost částic je v mezo-úrovňovém diskrétním modelu zahrnuta. Přesto ale další jevy probíhající pod rozlišovací úrovní modelu ovlivňují výsledné chování materiálu. Proto je do modelu přidána fenomenologická závislost konstitutivního zákona na rychlosti přetváření. Numerické simulace těles rozličných tvarů zatěžovaných různou rychlostí deformace jsou porovnány s experimenty z literatury.
|
|
|
The effect of polymer microfibers on rheological and mechanical properties of calcium phosphate bone cements
Dzurov, Matej ; Montufar Jimenez, Edgar Benjamin (referee) ; Vojtová, Lucy (advisor)
Táto diplomová práca sa zaoberá mechanickými a reologickými vlastnosťami resorbovateľného polymér-fosforečnanového kompozitu na báze kostného cementu vystuženého mikrovláknami z PCL (poly(-kaprolaktón)) a Pluronic-om modifikovanými PCL vláknami. Teoretická časť popisuje štruktúru kostí, vývoj kostných cementov a štrukturálne prídavky (aditíva). V experimentálnej časti je rozoberaná syntéza a charakterizácia PLGA-PEG-PLGA termosenzitívneho kopolyméru a - modifikácie fosforečnanu vápenatého ako aj technika prípravy mikrovláken. Roztok kopolyméru bol použitý pre zlepšenie obmedzenej injektovateľnosti pasty s pomerom kvapalnej k práškovej fáze (L/P) 0,5 ml/g pre všetky vzorky. Dve rôzne techniky zamiešania pasty boli použité pre možnosť kontrolovania porozity pripraveného cementu. PCL a PCL-Pluronic vlákna využité ako výstuž boli testované v troch rôznych prídavkoch, a to 1, 3 a 5 hmotnostných percent vláken na celkovú hmotnosť pripravenej pasty. Pripravené pasty boli testované pomocou dynamickej reologickéj analýzy na reometri pri laboratórnej teplote (23 °C) a fyzologických podmienkach (37 °C) so zámerom stanoviť spracovateľnosť a tuhnutie pasty. Vzorkám na ostatok analýz bolo umožnené vytvrdzovanie pri fyziologických podmienkach po dobu 10 dní. Po vytvrdení boli testované mechanické parametre ako sú pevnosť v tlaku, Youngov modul pružnosti a pevnosť v ťahu v priemere vysušených a v niektorých prípadoch aj hydratovaných vzoriek. Porozita vzoriek bola stanovená pomocou Roentgénovej počítačovej mikro-tomografie. Rastrovacia elektrónová mikroskopia bola využitá na študovanie mikroštruktúry a zabudovanie vláken do keramickej matrice. Prítomnosť vláken bola semi-kvantitatívne stanovená pomocou Fourier transformovanej infračervenej spektroskopie. Difrakcia Roentgénového žiarenia poskytla údaje o fázovom prechode prášku a jeho mineralogickom zložení. Jednotlivé hodnoty, obdržané z jednotlivých analýz, boli medzi sebou porovnané a adekvátne diskutované. Výsledkom práce je potvrdenie mierneho zlepšenia pevnosti v tlaku vzoriek vystužených hydrofóbnymi PCL alebo amfifilnými PCL-Pluronic vláknami pričom, PCL-Pluronic vlákna poskytli lepšie výsledky. Preto bolo usúdené, že polymér-fosforečnanový kostný cement vystužený vláknami je nádejným kandidátom na uplatnenie v chirurgickej praxi.
|
|
|
Influence of glass fiber degradation on the mechanical response of a polymer composite
Součková, Lenka ; Knob, Antonín (referee) ; Čech, Vladimír (advisor)
The bachelor thesis studies the effect of fiber degradation with commercial sizing on the flexural properties of polymer composite based on unsaturated polyester resin reinforced with long unidirectionally oriented glass fibers. Fibres of age 23, 61, 67, 112 and 135 months were used to prepare a series of composite samples. The mechanical properties of a composite containing 40.5% % vol of fiber were determined using a three-point bending test defined by ASTM D790-17 standard. From the obtained data, the flexural strength, the flexural modulus and the flexural strain were evaluated. It has been found that the degradation of the fibers and their sizing leads to a reduction in flexural strength. This was due to the reduction of adhesion between the fibers and the matrix, thus also the quality of the interface, which caused insufficient stress transfer from the matrix to the fibre. The resulting difference in strength of composites with fibers aged 23 and 135 months was 0,19 GPa with respect to the origin value of 1,17 GPa. The obtained values were used to assess the correlation between the flexural strength of the composite and the shear strength. Pearson's correlation coefficient set at 0,71 corresponds to a strong correlation. The effect of fiber degradation on the flexural modulus has not been demonstrated.
|
|
|
Static and dynamic analysis of plain and fiber-reinforced concrete using discrete meso-scale model
Květoň, Josef ; Vorel,, Jan (referee) ; Šejnoha,, Michal (referee) ; Eliáš, Jan (advisor)
Předkládaná práce se zabývá matematickým modelováním chování betonu. K numerické analýze je použit diskrétní částicový model. Tento model zjednodušuje meso-strukturu materiálu na systém propojených diskrétních částic -- konvexních mnohostěnů. Tyto částice jsou uvažovány ideálně tuhé a jejich vzájemná interakce je předepsána na kontaktech sousedních částic. Při hledání nespojitého pole posunů a rotací jsou zjednodušeně předpokládány malé deformace. Práce popisuje dvě rozšíření implementovaná do stávající verze modelu, konkrétně (i) přidání reprezentace krátké rozptýlené výztuže a (ii) implicitní dynamický řešič. První z hlavních částí práce se zabývá modelováním kompozitů s krátkou rozptýlenou výztuží. Krátká vlákna rozptýlená v materiálu přispívají k zlepšení jinak nepříznivé tahové pevnosti betonu. Vlákna jsou v částicovém modelu reprezentována nepřímo, zohledněním tření mezi vláknem a cementovou matricí silami, které působí proti otevírání trhlin. S pomocí tohoto rozšíření model dokáže předpovídat chování vláknobetonu zahrnující tahové zpevnění i navýšení počtu trhlin. Druhá z hlavních částí se zabývá odezvou materiálu na dynamické zatížení. Beton vykazuje rozdílné chování pro různé rychlosti zatěžování. V případě pomalého, kvazi-statického, zatěžování se počáteční mikro-trhliny lokalizují v makro-trhlinu. Dochází-li k rychlému zatěžování, energie nahromaděná v tělese není spotřebována pouze jednou trhlinou, ale dochází k jejímu větvení. V případě rychlých procesů je hlavním faktorem setrvačnost hmoty, která je zatížením urychlována. Struktura materiálu a setrvačnost částic je v mezo-úrovňovém diskrétním modelu zahrnuta. Přesto ale další jevy probíhající pod rozlišovací úrovní modelu ovlivňují výsledné chování materiálu. Proto je do modelu přidána fenomenologická závislost konstitutivního zákona na rychlosti přetváření. Numerické simulace těles rozličných tvarů zatěžovaných různou rychlostí deformace jsou porovnány s experimenty z literatury.
|
|
|
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.
|
|
|
RESEARCH AND DEVELOPMENT COMPOSITE MATERIAL WITH A HIGHER RESISTANCE TO HIGH TEMPERATURES
Válek, Jaroslav ; Durica,, Tibor (referee) ; Kolář,, Karel (referee) ; Sitek,, Libor (referee) ; Bodnárová, Lenka (advisor)
Concrete has many advantageous properties as regards resistance to fire. It is non-flammable and it has a low thermal conductivity. However, concrete structures, which are not designed for resistance against fire, show significant damage after heating. In particular, the explosive flaking with the consequence of weakening the reinforced concrete cross-section and exposing the steel reinforcement to the temperatures higher than critical temperature of reinforcement. There are only a few possible measures of preventing or mitigating the effects temperature load used. Ways of protection can be divided into two systems: active and passive. Active systems are designed to ensure the greatest possible reduction of temperatures the concrete is exposed to. Passive systems directly resist to high temperatures and fire. Design of composition of concrete with the aim of higher resistance to exposition to high temperatures belongs among the passive systems. A part of the work focuses on summary searches of the problems of concrete and reinforced concrete structures exposed to high temperatures and fire. The goal of the work is defining requirements for cement matrix based composite material and its design ensuring the highest possible resistance to high temperatures or direct fire.
|
guest ::
