18MTY-keramika a sklo, beton

Transkript

1 18MTY-keramika a sklo, beton

2 Zkouškové okruhy Základní vazby v keramických materiálech Příčiny křehkosti keramických látek Co je podstatou betonu, jaká je jeho struktura a z jakých složek se vytvrzený beton skládá? Jaký je vliv cementu na pevnost betonu? Jaké druhy cementu se nejčastěji používají (vyjmenujte alespoň dva)?

3 Struktura keramických materiálů

4 Vlastnosti keramických materiálů Přednosti keramických materiálů: vysoký bod tání (odolnost proti žáru) velká tuhost (Youngův modul pružnosti) velká tvrdost (odolnost opotřebení) odolnost vůči otěru chemická odolnost (proti kyselinám a roztaveným kovům) nízká elektrická a tepelná vodivost dostupné a hojné suroviny Zápory keramických materiálů: křehkost citlivost k tepelným rázům obtížnější výroba vysoké náklady

5 Složení keramických látek

6 Hlavní druhy keramiky Cihlářské výrobky Žáruvzdorná keramika Kamenina Porcelán Skla (amorfní) Technická keramika (izolátory, objímky, autosvíčky, obráběcí nástroje) Pokročilá keramika (např. integrované obvody) Cementy (cement, vápno, sádra)

7 Výroba slinováním Výroba keramiky Mokrá směs vysychající směs před vypálením Vliv pórovitosti na pevnost

8 Keramika je křehká U krystalické keramiky je plasticita nízká kvůli Nepohyblivosti dislokací U amorfních látek (sklo) je plasticita řízena viskózním tokem tedy teplotou Metals Material Fracture Toughness (MPa m) Alloy steel (4340 tempered) 46 Titanium alloy (Ti-6Al-4V) Ceramics Aluminum Oxide 2-5 Soda-lime glass 0.7 Polymers Polymethylmethacrylate (PMMA) 0.9 Polystyrene (PS)

9 Síly v kamenné stavbě

10 Křehkost keramických materiálů Weibull

11 Konstrukční keramika ZrO2

12 Transformační keramika cesty ke zvýšení houževnatosti

13 Keramický motor, Si3N4

14 Space shuttle Žáruvzdorné materiály - Snáší vysoké teploty - Nevedou teplo

15 Pokročilá keramika Keramický pancíř Al 2 O 3, B 4 C, SiC & TiB 2 Extrémně tvrdé materiály Roztříští dopadající projektil Energie pohlcena spodními vrstvami materiálu

16 High-tech keramika Polovodiče Piezoelektrické materiály Supravodivé materiály Uhlík grafit, diamant, grafén, nanotrubičky, fulleren

17 Sklo a jeho výroba SiO2, křemen, křišťál, písek

18 Keramika nebo sklo?

19 Výroba skleněných nádob vytlačování vyfukování

20 První využití betonu Vitruvius zmiňuje 2 díly pucolánu na jeden díl vápna. Pantheon, Řím

21 BETON - charakteristika Beton je stavební materiál vyrobený z kameniva, cementu a vody. Vykazuje obdobné vlastnosti jako některé přírodní kameny, tj. vzdoruje dobře tlaku, je však křehký, není tudíž schopný větších deformací a má malou pevnost v tahu a ve smyku. Pojivo cement - vzniká vysokoteplotním vypalováním surovin (1400 C) Cement je složený z několika složek vápenné, křemenné a jílové. vzorce mcao.nsio2.ph2o (označované někdy souborně také jako tzv. C-S-H gel,

22 Beton - typy cementů CEM I Portlandský cement CEM II Portlandský cement směsný CEM III Vysokopecný cement (vysokopecní struska) CEM IV Puzolánový (Pucolán vyvřelá hornina u sopek.) CEM V Směsný

23 Přísady do betonu plastifikátory a superplastifikátory, provzdušňovací přísady, urychlovače tuhnutí a tvrdnutí betonu, retardační přísady (zpomalující tuhnutí betonu), hydrofobizační přísady (odpuzující vodu).

24 Pevnost betonu Křehký materiál pevnost v tlaku je přibližně desetinásobkem pevnosti v tahu Záleží na množství cementu: Max 500kg/m3, min. 200kg/m3 Pevnost kameniva je větší než pevnost výsledného betonu

25 Granulometrické složení betonu Kamenivo s plynulou zrnitostí zastoupena zrna všech velikostí vyznačuje se malým vnitřním třením a poskytuje tudíž dobře zpracovatelné betonové směsi bez použití velkého množství vody. Kamenivo s přetržitou zrnitostí chybějí zrna určitých velikostí, frakce na sebe přímo nenavazují vyžaduje menší množství cementu (menší povrch zrn kameniva) používá se strojních prostředků na zhutnění betonu (vibrátoru ponorných nebo příložných), neboť vibrací se podstatně sníží vnitřní tření ve směsi

26 Vazba vodního součinitele na pevnost betonu Pevnost betonu výrazně závisí na množství použité vody, na vodním součiniteli, udávající váhový poměr vody k cementu (w = v/c). K řádnému průběhu procesu hydratace stačí vodní součinitel 0,23 až 0,25. Pro dokonalé zpracování betonové směsi nutno zvýšit vodní součinitel na 0,3 až 1,0 podle způsobu zhutňování. Podle stupně zpracovatelnosti betonové směsi se rozlišují směsi velmi tuhé, tuhé, zavlhlé, málo měkké, měkké, velmi měkké a tekuté. Největších pevností se dociluje při co nejmenším vodním součiniteli, při němž ovšem je možno betonovou směs ještě dokonale zpracovat, tj. při w = 0,3 až 0,5. Při nižším vodním součiniteli (w < 0,3) pevnost betonu rychle klesá směs nelze řádně zpracovat část cementu nepřijde vůbec do styku s vodou. Při vyšším vodním součiniteli (w > 0,3) dochází časem k odpaření přebytečné vody ke vzniku drobných pórů v zatvrdlém cementovém tmelu, které vedou ke snížení pevnosti.

27 Závislost pevnosti na vodním součiniteli Paret

28 Závislost pevnosti betonu na čase 70% konečné nejvyšší pevnosti beton dosahuje již po 28 dnech Dotvarování, smršťování

29 Betonové konstrukce Podle montáže Monolitické konstrukce- zhotovují se na místě v definitivní poloze v bednění na stavbě a tvoří dohromady jednolitý celek Konstrukce montovaná- sestavuje se z předem zhotovených dílců (prefabrikátů) vyšší kvalita, doprava, montáž, spoje Spřažené konstrukce prefamonolitické, spřažené typu beton-beton (prefabrikát s dodatečným zmonolitněním).

30 Vyztužení betonu prostý beton-beton nevyztužený anebo vyztužený pouze pomocnou výztuží; vykazuje malou pevnost v tahu - pouze 1/6 až 1/15 pevnosti v tlaku; pro konstrukce namáhané dostředným tlakem nebo mimostředným tlakem s malou výstředností - masivní stavby: gravitační hráze, opěrné zdi, pilíře, klenby, základové pásy pod zdmi, základové patky pod sloupy apod., železový beton (železobeton)-beton nepředpjatý vyztužený ocelovými vložkami; ocelové vložky se podílejí na přenášení vnitřních sil (tlakových či tahových) v prvku nebo v konstrukci; železový beton je schopen přenášet i tahové vnitřní síly; konstrukce namáhané nejen tlakem, ale také na ohyb a na mimostředný tlak nebo tah s velkou výstředností; železový beton lze využít univerzálně téměř pro všechny druhy konstrukcí předpjatý beton-beton, do nějž je záměrně a nezávisle na zatížení vneseno předpětí předpínací výztuží; vyloučí se v konstrukci úplně nebo částečně tahové vnitřní síly a dochází k lepšímu využití betonu; zmenšení průřezových rozměrů a tím k snížení vlastní hmotnosti předpjatých prvků především na nosné konstrukce namáhané na ohyb nebo na tah - např. stavební dílce stropních a střešních konstrukcí (desky, trámy, průvlaky, vazníky), válcové nádrže, tlaková potrubí.

31 Železobeton, předepjatý beton Joseph Monier, zahradník, 1867