18mty-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · keramika je...
TRANSCRIPT
![Page 1: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/1.jpg)
18MTY – 10. přednáškakeramika a sklo, beton
![Page 2: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/2.jpg)
Keramika – 1. uměle vyrobený materiál, 10 tis. let př.n.l., dnešní Irák
![Page 3: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/3.jpg)
Struktura keramických materiálů
![Page 4: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/4.jpg)
Keramika nebo sklo?
![Page 5: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/7.jpg)
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)
![Page 8: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/8.jpg)
Výroba slinováním
Výroba keramikyMokrá směs vysychající směs před vypálením
Vliv pórovitostina pevnost
![Page 9: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/10.jpg)
Síly v kamenné stavbě
![Page 11: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/11.jpg)
Křehkost keramických materiálů
Weibull
![Page 12: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/12.jpg)
Konstrukční keramika
ZrO2
![Page 13: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/13.jpg)
Transformační keramika –cesty ke zvýšení houževnatosti
![Page 14: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/14.jpg)
Keramický motor, Si3N4
![Page 15: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/15.jpg)
Space shuttle
Žáruvzdorné materiály- Snáší vysoké teploty- Nevedou teplo
![Page 16: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/16.jpg)
Pokročilá keramika
• Keramický pancíř• Al2O3, B4C, SiC & TiB2
• Extrémně tvrdé materiály• Roztříští dopadající projektil
• Energie pohlcena spodními vrstvami materiálu
![Page 17: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/17.jpg)
High-tech keramika
• Polovodiče
• Piezoelektrické materiály
• Supravodivé materiály
• …
• Uhlík – grafit, diamant, grafén, nanotrubičky, fulleren
![Page 18: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/18.jpg)
Sklo a jeho výroba
SiO2, křemen, křišťál, písek
![Page 19: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/19.jpg)
Výroba skleněných nádob
vytlačovánívyfukování
![Page 20: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/20.jpg)
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.”
![Page 21: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/21.jpg)
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,
![Page 22: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/23.jpg)
Přísady do betonu
• plastifikátory a superplastifikátory,
• provzdušňovací přísady,
• urychlovače tuhnutí a tvrdnutí betonu,
• retardační přísady (zpomalující tuhnutí betonu),
• hydrofobizační přísady (odpuzující vodu).
![Page 24: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/26.jpg)
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.
![Page 27: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/27.jpg)
Závislost pevnosti na vodním součiniteli
Paret
![Page 28: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/28.jpg)
Závislost pevnosti betonu na čase
70% konečné nejvyšší pevnosti beton dosahuje již po 28 dnechDotvarování, smršťování
![Page 29: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/29.jpg)
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).
![Page 30: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/30.jpg)
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.
![Page 31: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/31.jpg)
Železobeton, předepjatý betonJoseph Monier, zahradník, 1867
![Page 32: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/32.jpg)
Trojská lávka, 2.12.2017
![Page 33: 18MTY-keramika a beton - cvut.czmech.fd.cvut.cz/education/bachelor/18mty/download... · Keramika je křehká Material Fracture Toughness (MPa m) Metals Alloy steel (4340 tempered)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041521/5e2e7dc015d0172bf66e574b/html5/thumbnails/33.jpg)
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)?