Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
18MTY – 10. přednáškakeramika a sklo, beton
Keramika – 1. uměle vyrobený materiál, 10 tis. let př.n.l., dnešní Irák
Struktura keramických materiálů
Keramika nebo sklo?
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
Složení keramických látekkeramické suroviny
plastické
pojiva
kaolíny
hlíny
jíly
neplastické
ostřiva
křemen
křemenec
𝛼 - korund
pálený kaolín
porcelánové střepy
a další
taviva
živec
vápenec
dolomit
magnezit
a další
Hlavní druhy keramiky
• Cihlářské výrobky
• Žáruvzdorná keramika
• Kamenina
• Porcelán
• Skla (amorfní)
• Technická keramika (izolátory, objímky, autosvíčky, obráběcí nástroje)
• Pokročilá keramika (např. integrované obvody)
• Cementy/pojiva (cement, vápno, sádra)
Výroba slinováním
Výroba keramikyMokrá směs vysychající směs před vypálením
Vliv pórovitostina pevnost
Keramika je křehká
Material Fracture
Toughness
(MPam)
Metals
Alloy steel (4340 tempered) 46
Titanium alloy (Ti-6Al-4V) 40-60
Ceramics
Aluminum Oxide 2 -5
Soda-lime glass 0.7
Polymers
Polymethylmethacrylate (PMMA) 0.9
Polystyrene (PS) 0.7 -1.0
U krystalické keramiky je plasticita nízká kvůliNepohyblivosti dislokacíU amorfních látek (sklo) je plasticita řízena viskózním tokem – tedy teplotou
Síly v kamenné stavbě
Křehkost keramických materiálů
Weibull
Konstrukční keramika
ZrO2
Transformační keramika –cesty ke zvýšení houževnatosti
Keramický motor, Si3N4
Space shuttle
Žáruvzdorné materiály- Snáší vysoké teploty- Nevedou teplo
Pokročilá keramika
• Keramický pancíř• Al2O3, B4C, SiC & TiB2
• Extrémně tvrdé materiály• Roztříští dopadající projektil
• Energie pohlcena spodními vrstvami materiálu
High-tech keramika
• Polovodiče
• Piezoelektrické materiály
• Supravodivé materiály
• …
• Uhlík – grafit, diamant, grafén, nanotrubičky, fulleren
Sklo a jeho výroba
SiO2, křemen, křišťál, písek
Výroba skleněných nádob
vytlačovánívyfukování
První využití betonu
• Vitruvius zmiňuje 2 díly pucolánu na jeden dílvápna
• (městečko Pozzuoli nedaleko Vesuvu)
Pantheon, ŘímAs Roman philosopher Seneca noted, the “dust at Puteoli [the city’s Latin name] becomes stone if it touches water.”
BETON - charakteristikaBeton 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,
Beton - typy cementů
CEM I – Portlandskýcement CEM II – Portlandskýcement směsnýCEM III – Vysokopecnýcement (vysokopecní struska)CEM IV – Puzolánový(Pucolán – vyvřelá hornina u sopek.)CEM V – Směsný
Přísady do betonu
• plastifikátory a superplastifikátory,
• provzdušňovací přísady,
• urychlovače tuhnutí a tvrdnutí betonu,
• retardační přísady (zpomalující tuhnutí betonu),
• hydrofobizační přísady (odpuzující vodu).
Pevnost betonu
• Křehký materiál – pevnost v tlaku (20-80 MPa) je přibližně desetinásobkem pevnosti v tahu
• Vysokopevnostní beton: 150 MPa
• Záleží na množství cementu: Max 500kg/m3, min. 200kg/m3
• Pevnost kameniva je větší než pevnost výsledného betonu
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
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 součinitelna 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.
Závislost pevnosti na vodním součiniteli
Paret
Závislost pevnosti betonu na čase
70% konečné nejvyšší pevnosti beton dosahuje již po 28 dnechDotvarování, smršťování
Betonové konstrukce
• Podle montáže• Monolitické konstrukce- zhotovují se na místě v definitivní
poloze v bednění na stavbě a tvoří dohromady jednolitýcelek
• Konstrukce montovaná- sestavuje se z předemzhotovených dílců (prefabrikátů) – vyšší kvalita, doprava, montáž, spoje
• Spřažené konstrukce – prefamonolitické, spřažené typubeton-beton (prefabrikát s dodatečným zmonolitněním).
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.
Železobeton, předepjatý betonJoseph Monier, zahradník, 1867
Trojská lávka, 2.12.2017
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)?