CZ20004200A3

CZ20004200A3 - Beton obsahující organická vlákna rozptýlená v cementové matrici, cementová matrice a předsměsi

Info

Publication number: CZ20004200A3
Application number: CZ20004200A
Authority: CZ
Inventors: Marcel Cheyrezy; Jérôme Dugat; Sandra Boivin; Gilles Orange; Laurent Froin
Original assignee: Bouygues; Lafarge; Rhodia Chimie
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2002-03-13
Also published as: PL344220A1; MXPA00011127A; JP2014185079A; NZ508716A; TR200003314T2; EP1080049B9; ZA200006572B; WO1999058468A1; EP1080049A1; KR100612269B1; ES2205811T3; JP2007055895A; DK1080049T3; AU748678B2; AR016484A1; HK1037172A1; BR9910471A; DK1080049T4; KR20010071263A; ES2205811T5

Description

Oblast techniky

Vynález se týká nového betonu s vlákny umožňujícího vyrábět stavební součásti a majícího lepší vlastnosti než beton podle dosavadního stavu techniky, zejména pokud jde o pevnost v tahu (pevnost v ohybu a pevnost v přímém tahu). Použitá vlákna jsou organická vlákna.

Dosavadní stav techniky

Strukturální analýza betonů ukázala, že jejich mechanické vlastnosti strukturálních defektů být pozorovány různé jsou těsně spojeny s přítomností V těchto betonových směsích mohou strukturální defekty, když jsou podrobeny mechanickému zatížení. Ty se vzájemně liší jejich velikostí.

V nejmenším měřítku je pozorována vada takzvané mikroporozity, to znamená takzvané kapilární póry, odvozené od mezigranulových mezer původně přítomných v čerstvé hmotě. Jejich velikost je v rozmezí 50 nanometrů až několik mikrometrů.

Ve středním měřítku jsou pozorovány vady mikroprasklin. Mikropraskliny mají otvory v rozmezí 1 až 100 mikrometrů. Ty nesplývají, tj. netvoří spojitou cestu strukturou. Jsou způsobeny v podstatě heterogenním charakterem betonu, kdy granulát má mechanické a fyzikální vlastnosti odlišné od vlastností pojivá, tedy cementu. Vznikají pod mechanickým zatížením. Tento typ defektů je hlavně zodpovědný za špatné mechanické vlastnosti betonu a jeho křehký charakter.

·· · · • 0 » · ·· • ·

-2• 0

000 0 000 · ······ ·· 00 · · ·

V největším měřítku jsou pozorovány vady makroskopických prasklin. Praskliny mají otvory 100 gm do 1 mm. Praskliny splývají.

Také mohou být pozorovány největší vady milimetrové velikosti, které jsou způsobeny špatnou přípravou betonu (pohlcený vzduch, vady plnění formy).

Byla navržena řešení pro omezení přítomnosti těchto * různých defektů nebo pro zmenšení jejich účinku.

Tak například je možné částečně řídit mikroporozitu omezením hmotnostního poměru voda/cement a použitím fluidizačních činidel. Použití jemných plnidel, zejména pucolánového typu, také umožňuje zmenšit velikost mikropórů.

Pokud jde o mikropraskliny, ty mohou být silně omezeny: zlepšením homogennosti betonu, například zmenšením velikosti granulátu na 800 gm, zlepšením kompaktnosti materiálu (optimální granulací a optimálním stlačováním před a při ukládání), tepelným zpracováním po uložení.

Tvorba mikroprasklin může být řízena použitím kovových vláken.

Z dokumentů dosavadního stavu techniky je možno uvést WO-A 95/01316. Týká se řízení velikosti poměru mezi kovovými vlákny a zrnitými složkami (písek, granuláty). Tento zlepšený beton s vlákny zahrnuje cement, zrnité složky, jemné složky s pucolánovými vlastnostmi a kovová vlákna. Zrnité složky musí mít maximální velikost zrna D nejvýše 800 mikrometrů, vlákna musí mít individuální délku I v rozmezí 4 až 20 mm, a poměr R mezi průměrnou délkou L vláken a velikostí D by měl být alespoň 10.

• · • · ··· · « · · · · · · · · ·

-3Výsledný beton vykazuje ohybovou houževnatost a pseudo zpracovatelnost za studená.

Betonové nebo maltové směsi obsahující organická vlákna se doporučují pro různé účely, případně ve spojení s kovovými vlákny, jak je popsáno například v publikaci „Fibre reinforced cementitious composites, A.Bentur, S.Mindess, Elsevier Applied Science, 1990.

Stav techniky ukezuje, že odborník v oboru, který chce namíchat beton s vlákny, stojí před mnoha možnostmi volby materiálů a jejich množstevních podílů, jak pokud jde o cementovou matrici betonu, tak vláken, takže přetrvává problém namíchat beton mající zlepšené vlastnosti ve srovnání s existujícími betonovými směsemi, jehož cena jej nevylučuje z efektivního použití ve stavebním průmyslu a veřejných pracích.

Řešení požadovaných vlastností je třeba hledat v použití organických vláken místo kovových vláken: zvyšují houževnatost, zejména pevnost v tahu, snižují účinek koroze, a snižují hmotnost struktur z betonu s vlákny. Je možno také zmínit menší zeslabení radiových signálů.

Zajímavým efektem, který poskytuje přítomnost výztužných vláken polymerního typu, je zlepšení protipožárních vlastností betonových směsí.

Další řešení je třeba hledat v eliminaci výše uvedených defektů, konkrétněji mikroprasklin, protože provedení popsaná v dosavadním stavu techniky jsou zpravidla zaměřena na zamezení vzniku makrotrhlin a nikoliv mikrotrhlin: mikrotrhliny nejsou stabilní a pod tlakem se zvětšují.

<* Φ • · · ·

Φ Φ · Φ

Φ Ο Φ φ Φ • · • · φ φφφφ

-4Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je betonová směs obsahující výztužná organická vlákna, a mající zlepšené vlastnosti ve srovnání s betonovými směsemi podle dosavadního stavu techniky, zejména pevnost v tahu (pevnost v ohybu a pevnost v přímém tahu).

Dalším cílem předloženého vynálezu je vytvořit betonovou směs, jejíž zpracovatelnost za studená je zlepšena omezením rozvoje makrotrhlin po prvním poškození. Cílem vynálezu je tedy rozšíření použití betonu propůjčením houževnatosti i po prvním poškození.

Obr. 1 na výkresech představuje typickou křivku pevnosti v tahu betonové směsi houževnaté povahy podle dosavadního stavu techniky.

V případě lomu, který není křehkého typu (lom křehkého typu znamená, že lom je náhlý, nikoliv postupný), potřebují jak inženýři, kteří projektují stavbu, tak inženýři, kteří provádějí propočty nebo kontrolu bezpečnosti, mít přístup k zákonitostem chování materiálu nebo k charakteristikám, které je popisují. Houževnatost materiálu odpovídá neelastickému namáhání v přímém tahu před dosažením vrcholu A.

Pro ilustraci předností houževnatosti je možno představit si spojovací tyč (například vzpěru zabudovanou na svém horním konci), podrobenou narůstajícímu zatížení v tahu (závaží se přidává na spodním konci). Jakmile zatížení dosáhne vrcholu, nastane úplné přetržení (při testu pevnosti v přímém tahu, jestliže se test provádí při zatížení, lze pozorovat následný vrchol).

Houževnatost neelastického materiálu je ta ta ·· · · • ta ta··· · · · · ·

-5 ·· ··· « ta·· · • ·· · ta · · · · ···· ·· · ta «· ·· charakterizována celou pevnostní křivkou v jednoduchém napětí v tahu, avšak uvažovanou jen k vrcholu. Definuje se také jako poměr napětí při přetržení ε_Α k pružnému napětí εθι= ε_Β(σ_Α/σ_Β) odpovídajícímu napětí při přetržení (za předpokladu, že σ_Α je větší než σ_Β) ; tento poměr se rovná elastickému modulu (směrnice OB) dělenému modulu tvořenému sečnou křivky napětí-deformace (směrnice OA).

Houževnatost koeficientu δ:

může být popsána prostřednictvím δ—ε_Ασ_Β/ ε_Βσ_Α jestliže σ_Α>σ_Β δ=ι jestliže σ_Α<σ_Β kde ε_Α je maximální deformace, a ε_δι=ε_Β. σ_Α/σ_Β kde εθι je deformace, která by byla získána při maximu napětí elastickou extrapolací výsledné deformace při trvajícím napětí.

Tato definice je dokonale v souladu s fyzikálním chováním pozorovaným na testovacím vzorku (mnohonásobné praskání): při prvním prasknutí je dosažen takzvaný první vrchol B přetržení (který představuje pouze lokální či parciální maximum), za nímž následuje uvolnění, které je možno nalézt na obr. 1 mezi prvním vrcholem B a bodem C, kde se křivka dostává nad hodnotu tohoto vrcholu; v této chvíli je první trhlina stabilizována, neboť napětí opět roste v celém namáhaném objemu až do vzniku druhé trhliny, atd. Toto chování je pevné, třebaže stabilní může být jen při velkých objemech.

• · φ φ · · • · • Φ φ Φ φ φ · ··· • » φ · * φ φφ • Φ · · φ φ φ φ · φ φφφφφφ φφ φφ φφ ·

-6Dalším cílem předloženého vynálezu je zvýšení úrovně pnutí, při kterém nastává první poškození betonu (tj. mikrotrhliny), a tedy rozšíření oblasti použití betonu (lineárně elastické vlastnosti).

Ještě dalším .cílem vynálezu je zlepšení vlastností betonu, synergickým působením mezi cementovou matricí a organickými vlákny, vlastností betonu jak pokud jde o vznik mikrotrhlin, tak rozvoje makrotrhlin.

Cíle vynálezu je dosaženo betonem, který spojuje cementovou matrici s určitými vlastnostmi a organická vlákna také s určitými vlastnostmi.

Přesněji, obecně řečeno, předmětem vynálezu je beton obsahující vytvrzenou cementovou matrici, ve které jsou dispergována organická vlákna, získaný smísením kompozice obsahující kromě organických vláken:

(a) cement, (b) zrnité složky s částicemi o velikosti D nejvýše 2 mm, s výhodou nejvýše 1 mm, (c) jemné složky pucolánového typu mající základní velikost částic nejvýše 20 μπι, s výhodou nejvýše 1 μπι, (d) alespoň jedno dispergační činidlo, s vodou, který splňuje následující podmínky:

(e) hmotnostní procento vody V vzhledem k hmotnosti cementu (a) a složek (c) je v rozmezí 8 až 25 %, (f) vlákna mají individuální délku I alespoň 2 mm a poměr Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, alespoň 20, (g) poměr R mezi průměrnou délkou L vlákna a maximální ··♦· ··· ·· 0 00 • 0 «00 0 000 0 velikostí D částic zrnitých složek je alespoň 5, (h) množství vláken je takové, že jejich objem představuje nejvýše 8 % objemu betonu po jeho uložení.

Prostřednictvím nové konstrukce zrnité kostry a jejího spojení s výztužnými vlákny je řešen problém spojený s kompromisem mezi mechanickými vlastnostmi a rheologií.

Vlastnosti betonu podle vynálezu se v podstatě nezmění, jestliže se v matrici použijí zrnité složky (b) s velikostí částic větší než 2 mm, avšak v množství nepřesahujícím 25 % objemu složek (a)+(b)+(c).

Přítomnost složky této velikosti zrna v takovémto množství je možno považovat za plnidlo, které se nepodílí na mechanických vlastnostech materiálu, pokud:

velikost D50 částic složek (a) , (b) a (c) je nejvýše

200 gm, s výhodou nejvýše 150 μπι, a poměr R mezi průměrnou délkou L vlákna a velikostí D75 všech složek (a), (b) a (c) je alespoň 5, s výhodou alespoň 10.

Velikostí D75 resp. D50 částic se rozumí velikost síta, skrze které projde 75 resp. 50 % celkového objemu částic.

Vynález se také týká betonu obsahujícího vytvrzenou cementovou matrici, ve které jsou dispergována organická vlákna, získaného smísením kompozice obsahující kromě organických vláken:

(a) cement, (b) zrnité složky, (c) složky pucolánového typu mající základní velikost částic nejvýše 1 μπι, s výhodou nejvýše 0,5 μπι,

-8*· 99 9« 9*9 9 ·· * • 999 9 9 · · * 9 * • · · 9 9* 9*9 ·· · · f 9 9*9 9 9 * 9* 99·· *9 * *999 99 99 99 99 *9* (d) alespoň jedno dispergační činidlo, s vodou, který splňuje následující podmínky:

(1) hmotnostní procento vody V vzhledem k hmotnosti C cementu (a) a složek (c) je v rozmezí 8 až 24 %, (2) vlákna mají individuální délku I alespoň 2 mm a poměr Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, alespoň 20, (3) poměr R mezi průměrnou délkou L vlákna a maximální velikostí D75 všech zrnitých složek (a), (b) a (c) je

alespoň 5, s výhodou	10,
(4) množství vláken	je	takové, že	jej ich	obj em
představuje nejvýše	8	% objemu betonu po	j eho
uložení,
(5) všechny složky (a)	, (b)	a (c) mají	velikost	částic

D75 nejvýše 2 mm, s výhodou 1 mm, a velikost částic D 50 nejvýše 150 pm, s výhodou nejvýše 100 pm.

Podmínky (3) a (5) platí pro pevné částice (a), (b) a (c) dohromady, bez vláken, a nikoliv pro každou složku j ednotlivě.

Podle jedné alternativy je část organických vláken nahrazena kovovými vlákny: Tak je získán „hybridní kompozit s mechanickými vlastnostmi, které mohou být uzpůsobeny v závislosti na požadovaném účinku (elasticita a zpracovatelnost za studena/část za vrcholem).

Přítomnost organických vláken umožňuje modifikaci protipožárních vlastností betonu, jak je uvedeno výše.

Ve skutečnosti tavitelná povaha uvedených vláken umožňuje vznik cest, skrze které může pára nebo voda pod tlakem unikat při velkém vzrůstu teploty.

• ·

-9*··· ·» ·· ·♦ ·· ·

Organická vlákna mohou být zvolena například z polyvinylalkoholových vláken (APV), polyakrylonitrilových vláken (PAN), polyethylenových vláken (PE), vláken z vysokohustotního polyethylenu (PEHD), polypropylenových vláken (PP), homopolymerních nebo kopolymerních, polyamidových nebo polyamidových vláken, aramidových vláken nebo uhlíkových vláken. Mohou být použity také směsi těchto vláken. Výztužná vlákna použitá podle vynálezu mohou být zvolena z množství různých vláken dostupných na trhu a klasifikují se v jedné ze tří následujících kategorií: nereaktivní vlákna s vysokým modulem, nereaktivní vlákna s nízkým modulem, a reaktivní vlákna. Následující ilustrativní příklady se týkají, mezi jiným, nereaktivních vláken PEHD, jejichž modul je vyšší než modul betonové matrice, nereaktivních polyamidových vláken PA, jejichž modul je nižší než modul betonové matrice, a APV vláken reagujících s betonovou matricí.

„Hybridní výztužné prvky mohou být vytvořeny spojením vláken různé povahy a/nebo délky. Následující ilustrativní příklady se konkrétně týkají krátkých organických APV vláken (6 mm), a dlouhých kovových vláken (13 mm), a ukazují, že je dosažen významný synergický výztužný účinek. Další příklady obdobných kombinací jsou následující:

Krátká APV nebo PEHD vlákna (6 mm) a dlouhá APV vlákna (20 mm) , krátké ocelové kordy (5 mm) a dlouhá APV vlákna (20 mm).

Tato organická vlákna mohou mít formu jednovláknového nebo vícevláknového pramenu nebo pramenů, přičemž průměr tohoto útvaru je v rozmezí 10 pm až 800 pm. Organická vlákna tedy mohou být použita ve formě tkaných nebo netkaných struktur nebo hybridních pramenů (směsi vláken).

44

4444

4 4

4 4 4

4*

- 104 4 4 • 4 4 4

4 4 •444 44

Individuální délka v rozmezí 5 mm až 40 mm.

organických vláken je s výhodou

Množství vláken je takové, že jejich objem je menší než 8 % a s výhodou je menší než 5 % objemu betonu po uložení.

Poměr Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, je alespoň 20 a s výhodou nejvýše 500.

Testy ukázaly, že dokonce i množství vláken představující objem jen 1 % může být v kompozici matrice účinné, avšak tuto hodnotu nelze pokládat za mezní hodnotu.

Ve skutečnosti závisí vhodné dávkování na geometrii vláken, jejich chemické povaze a jejich vnitřních mechanických vlastnostech (elastickém modulu, prahu tečení, mechanické pevnosti).

Použití směsí vláken majících různé vlastnosti umožňuje uzpůsobit vlastnosti betonu s ohledem na požadované vlastnosti.

Průměrná adhezní síla vláken v cementové matrici musí být alespoň 2 MPa, s výhodou alespoň 5 MPa, v závislosti na povaze vlákna.

Tato síla se stanovuje pokusem o vytažení jednotlivého vlákna zapouzdřeného v betonovém bloku, jak je popsáno dále.

Úroveň adheze vlákno/matrice může být řízena různými způsoby, použitými jednotlivě nebo zároveň.

Adheze vláken v cementové matrici může být dosaženo reaktivitou mezi vláknem a cementovou matricí, která může být zvýšena tepelnou úpravou betonu (tvrzením) nebo povrchovou úpravou vláken.

ttt· • ·· 0

0 0

0 0 0 0

0 0 0 0 0 «

0 0 0 0 0 • ·

0

Druhým způsobem, adhezní síla v cementové matrici může být získána přidáním do kompozice alespoň jedné z následujících sloučenin: sloučeniny oxidu křemičitého sestávající v podstatě z oxidu křemičitého, srážený uhličitan vápenatý, vodný roztok polyvinylalkoholu, fosfáty, latexy, povrchově aktivní činidla (odpěňovací činidlo, smáčedlo a podobně) nebo směsi uvedených sloučenin.

Sloučeniny oxidu křemičitého sestávající v podstatě z oxidu křemičitého jsou syntézní produkty zvolené ze skupiny zahrnující srážené oxidy křemičité, sóly oxidu křemičitého, pyrogenní oxidy křemičité (typu aerosilu), křemičitany hlinité, například Tixosil 28 od firmy RHODIA Chimie, nebo produkty získané leptáním přírodních produktů jílového typu: smektity, křemičitany horečnaté, sepiolity, montmorilonity.

S výhodou se použije alespoň jeden srážený oxid křemičitý.

Sráženým oxidem křemičitým se rozumí oxid křemičitý se rozumí oxid křemičitý získaný srážením reakcí křemičitanu alkalického kovu kyselinou, zpravidla anorganickou, při vhodném pH srážecího média, zejména zásaditém, neutrálním nebo mírně kyselém pH.

Zpravidla je srážený oxid křemičitý zaváděn v možství v rozmezí 0,1 až 5 % suché hmotnosti vztaženo na celkovou betonovou kompozici. Nad 5 % zpravidla nastávají problémy s rheologií připravovaného betonu.

Srážený oxid křemičitý se s výhodou zavádí do kompozice jako vodná suspenze. Konkrétně může být ve formě vodné suspenze oxidu křemičitého mající:

·· #·« · ··· ·· · to· to· ··· to ·>· • ·· «··· ·· obsah sušiny v rozmezí 10 až 40 % hmotn., viskozitu nižší než 4.10² Pa. s při střihu 50 s¹, množství oxidu křemičitého obsažené v matečném louhu uvedené suspenze při 7500 ot/min po dobu 30 minut je větší než 50 % hmotnosti oxidu křemičitého obsaženého v suspenzi.

Tato suspenze je konkrétněji popsána v patentové přihlášce WO-A 96/01787. Suspenze oxidu křemičitého Rhoximat 60 SL od firmy RHODIA Chimie je zvláště vhodné pro tento typ betonu.

Betonová matrice s výhodou také zahrnuje složky schopné zlepšit soudržnost matrice, zvolené z jehličkovitých nebo destičkovitých složek, jejichž průměrná velikost je nejvýše 1 mm, a obsahuje objemově 2,5 až 35 % přídavku zrnitých (b) a pucolánových (c) složek. Soudržnost matrice je s výhodou alespoň 15 J/m², s výhodou alespoň 20 J/m².

„Cementovou matricí se rozumí vytvrzená cementová kompozice bez vláken.

Zrnité složky jsou v podstatě jemný písek nebo směsi jemných písků, buď prosátý nebo drcený, který s výhodou zahrnuje křemičitý písek, s výhodou křemenný prach.

Maximální velikost D těchto složek je s výhodou nejvýše 1 mm nebo 500 μιη.

Tyto zrnité složky jsou zpravidla obsaženy v množství 20 až 60 % hmotn. cementové matrice, s výhodou 25 až 50 % hmotn. této matrice.

Poměr R mezi průměrnou délkou L vláken a velikostí D částic zrnitých složek je alespoň 5, zejména když zrnité ··· · • · • ·

	• · • · - Π - · · • 13 ····	• · ♦ · · · • · · · « » · 9 • · · · · · · ·· ·· ·· »· 9
prvky mají ;	maximální velikost částic 1 mm.
Cement	o složení	podle vynálezu	je s výhodou
portlandský	cement, jako	například cementy	Portland CPA

PMES, HP, HPR, CEM I PMES, 52,5 nebo 52,5R nebo HTS (s vysokým obsahem oxidu křemičitého).

Jemné složky pucolánového typu máji základní velikost částic alespoň 0,1 pm, nejvýše 20 pm, s výhodou nejvýše 0,5 pm. Mohou být zvoleny z oxidů křemičitých, jako například polétavých popílků, vysokopecní strusky, jílových produktů, například kaolínu. Oxid křemičitý může být ve formě křemičitých sazí ze zpracování zirkonia, namísto křemičitých sazi ze zpracování křemíku.

Hmotnostní obsahy vody a cementu v kompozici podle vynálezu se mohou měnit za použití náhražek cementu, zejména složek pucolánového typu. Podíl vody je dán hmotnostním poměrem množství vody V k množství cementu se složkami pucolánového typu: pohybuje se mezi asi 8 až 25 % nebo 13 až 25 %.

Kompozice podle vynálezu také zahrnuje dispergační činidlo. Dispergační činidlo je zpravidla fluidizační činidlo. Fluidizační činidlo může být zvoleno ze skupiny zahrnující lignosulfáty, kasein, polynaftaleny, zejména polynaftalensulfonáty ' alkalických kovů, deriváty formaldehydu, polyakryláty alkalických kovů, polykarboxyláty alkalických kovů a roubované polyethylenoxidy. Kompozice podle vynálezu zpravidla obsahuje 0,5 až 2,5 hmotnostních dílů fluidizačního činidla na 100 dílů cementu.

Do kompozice podle vynálezu mohou být přidány další složky, například odpěňovací činidlo. Příklady odpěňovacích činidel jsou například polydimethylsiloxany.

Μ ··· · • · · · »· · · · · ··· · · · · · • · · · · 4 4 4 4 4

Μ 4 44 4444 44 “ Κ ~ 4444 44 44 44 44 4

Mezi činidly tohoto typu je možno zmínit zejména silikony ve formě roztoku, pevné látky a s výhodou ve formě pryskyřice, oleje nebo emulze, s výhodou ve vodě. Zvláště výhodné jsou silikony v podstatě obsahující jednotky M(RSiO₀,5) a D(R₂SiO). V tomto vzorci jsou zbytky R, stejné nebo různé, zvoleny ze skupiny zahrnující vodík a alkylové skupiny s 1 až 8 atomy uhlíku, přednostně methyl. Počet jednotek je s výhodou 30 až 120.

Množství takovéhoto činidla v této kompozici je zpravidla nejvýše 5 hmotnostních dílů na 100 dílů cementu.

Velikosti částic se měří za použití MET (transmisní elektronové mikroskopie) nebo MEB (skanovací elektronické mikroskopie).

Beton se připravuje za použití způsobu odborníkovi známého, který zahrnuje míšení pevných složek a vody, tvarování (formování, lití, vstřikování, vtlačování, vytlačování, lisování), a vytvrzení.

Výsledný beton může být podroben vytvrzení po dobu potřebnou pro dosažení požadovaných mechanických vlastností při teplotě rovnající se teplotě okolí až 100 °C, s výhodou 60 °C až 100 °C. Doba vytvrzování může být 6 hodin až 4 dny, přičemž optimální doba je asi 2 dny, přičemž vytvrzování začíná po dokončení ukládání směsi a alespoň jeden den po započetí ukládání.

Vytvrzování se provádí za sucha nebo za vlhka nebo v cyklu střídání obou podmínek, například 24 hodin se vytvrzuje za vlhka, načež se 24 vytvrzuje za sucha.

Toto vytvrzování se provádí po ukončení ukládání betonové směsi, s výhodou na směsi alespoň jeden den staré, • 0 00» ·

• 0 • · 0

0

0 0 • 0 0

0000 00 nejvýhodněji alespoň 7 dní staré.

Přidávání křemenného prášku je zvláště výhodné, když se beton vytvrzuje při vysoké teplotě.

Výsledné betonové směsi podle vynálezu zpravidla vykazují pevnost Rt v přímém tahu alespoň 6 MPa, přičemž vykazují houževnatost.

Mohou vykazovat také pevnost ve 4 bodovém ohybu Rf alespoň 20 MPa, pevnost v tlaku alespoň 140 MPa a energii lomu Wf alespoň 2000 J/m².

Soudržnost cementové matrice je získána zejména přidáním, k cementové kompozici, výztužné složky s anizotropickým tvarem a průměrnou velikostí nejvýše 1 mm, s výhodou nejvýše 500 pm.

Zpravidla jsou v kompozici podle vynálezu přítomny výztužné složky ve tvaru jehliček nebo destiček.

V případě mikro-výztužné složky se „velikostí rozumí průměrná velikost jejich největšího rozměru (konkrétněji, délka jehličkových tvarů).

Těmito složkami mohou být přírodní nebo syntetické produkty.

Výztužné složky jehličkového tvaru mohou být zvoleny ze skupiny zahrnující wolastonitová vlákna, bauxitová vlákna, mullitová vlákna, vlákna z titaničitanu draselného, vlákna z karbidu křemičitého, fosfátová vlákna, například vlákna z fosforečnanu vápenatého, zejména z hydroxyapatitu (HAP), vlákna z celulózy nebo jejích derivátů, uhlíková vlákna, vlákna z uhličitanu vápenatého, skelná vlákna odolná vůči alkáliím. Také mohou být použita krátká vlákna (délky φφφ φ φ ·« φφ • φ φ φ φ φ φ »φ φ • φ • · φφ φ φ

nejvýše 2 mm, s výhodou nejvýše 1 mm) z polyvinylalkoholu, polyakrylonitrilu, vysokohustotního polyethylenu, polyamidu, aramidu nebo polypropylenu. Pojem výztužné složky podle vynálezu zahrnuje také materiály jako ocelová vlákna.

Výztužné složky tvaru destiček mohou být zvoleny ze skupiny zahrnující slídové destičky, talkové destičky, destičky ze složených silikátů (jíly), destičky z vermikulitu, destičky z oxidu hlinitého.

V betonové kompozici podle vynálezu je možno použít směsi různých forem nebo typů mikro-výztužných složek.

Tyto výztužné složky mohou vykazovat na povrchu polymerní organický povlak získaný z alespoň jedné z následujících složek: polyvinylalkohol, sílaný, křemičitany, siloxanové pryskyřice nebo polyorganosiloxany nebo produkty reakce (i) alespoň jedné karboxylové kyseliny obsahující 3 až 22 atomů uhlíku, (ii) alespoň jednoho polyfunkčního aromatického nebo alifatického aminu nebo substituovaného aminu, obsahujícího 2 až 25 atomů uhlíku a (iii) zesíťovacího činidla, kterým je vodorozpustný kovový komplex, obsahující alespoň kov zvolený ze skupiny zinek, hliník, titan, měď, chróm, železo, zirkonium a olovo.

Tloušťka povlaku může být mezi 0,01 pm a 10 pm, s výhodou mezi 0,1 pm a 1 pm.

Latexy mohou být zvoleny ze skupiny zahrnující styrenbutadienové latexy, akrylové latexy, styrenakrylové latexy, methakrylové latexy, karbokylované a fosfatizované latexy. Preferovány jsou latexy mající vápenatou komplexotvornou složku.

Organické polymerní povlaky mohou být získány

00 • 0 *0010

- 170 0 0 0 0 0 0

0 0 0

0 0

0000 «0

0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0

00 zpracováním výztužných činidel v přítomnosti některé z výše uvedených látek ve fluidním loži nebo za použití mísiče typu Forberg.

Výhodné sloučeniny zahrnují polysiloxan H240, siloxanové pryskyřice Rhodorsil 878, 865 a 1830 PX, křemičitany draselné 403/60/WS a EB LS 14 Manalox, všechny od RHODIA Chimie.

Takovéto zpracování se doporučuje zvláště pro výztužné složky, které jsou přírodními produkty.

Beton může být předepjat s adhezními dráty nebo adhezními prameny, nebo může být dodatečně předepjat mazivem povlečenými monofily nebo povlečenými lany nebo tyčemi, přičemž lana jsou vytvořena ze souborů drátů nebo pramenů.

Předpěti, ať již vytvořené předem nebo dodatečné předpěti, je pro betonové produkty podle vynálezu zvlášť vhodné.

Kovová předepínací lana mají vždy vysoké pevnosti v tahu, a jestliže jsou nesprávně použita, nedovoluje křehkost matrice, v které jsou uložena, optimalizovat rozměry betonových stavebních součástí.

Zlepšení bylo dosaženo použitím vysokovýkonných betonových směsí; v případě betonu podle vynálezu je materiál homogenně vyztužen organickými nebo hybridními vlákny, která umožňují dosáhnout vysoké mechanické pevnosti zároveň s určitou houževnatostí. Předepnutí tohoto materiálu pomocí lan nebo pramenů, jakéhokoliv druhu, se prakticky vždy používá pro vytvoření, v tahu velmi odolných a v ohybu předepjatých a tím optimalizovaných betonových prvků.

0 0 0 • · · · 0 0 · · 0 0 • · · 0 0 0 · 0

0« 000 0 000 9 ιη 0·· 0000 00 ** 1O“ 0000 00 00 00 00 0

Zmenšení objemu získané jako výsledek tohoto zvýšení mechanické pevnosti umožňuje vytvoření velmi lehkých prefabrikovaných prvků. To poskytuje možnost získat betonové prvky velkého rozpětí, které mohou být vzhledem k jejich nízké hmotnosti snadno přepravovány; To je zvláště vhodné pro velká stavební díla toho druhu, kde se široce používá dodatečné předpětí. Toto řešení poskytuje pro tento typ prací zvláště příznivé výsledky montáže a doby stavby.

Kromě	toho, tepelné	zpracování	významně	snižuje
kontrakci	po vytvrzení,	čímž	zároveň	snižuj e	ztráty
předpětí.
Tato	vlastnost je zvláště	žádána,	a všechny výše

uvedené výhody, spojené s velmi nízkou permeabilitou produktu, velmi příznivé pro vytvrzovatelnost a údržbu díla, umožňují, že tento materiál může s výhodou nahrazovat ocelové konstrukce.

Vynález se také týká cementové matrice uzpůsobené pro získání a realizaci výše uvedeného betonu.

Vynález se týká také předsměsi obsahujících všechny nebo část složek nezbytných pro přípravu betonu a matrice uvedené výše.

Příklady provedení vynálezu

jeho	Následuj ící rozsah.	příklady	ilustrují vynález,	neomezuj í	však
Příprava vzorku
1)	Suroviny
-	Portlandský	cement:	cement s vysokým	obsahem	oxidu
	křemičitého	typu HTS	(LAFARGE, Francie)

• · • · • ·

:. i • · ·

- 19······ · ta ·· ·· ·

Písek: křemenný písek BE31 (SIFRACO, Francie)

Křemenný prach: C400, 50 % částic je menších než 10 gm (SIFRACO, Francie)

Křemičité saze: skelné mikročástice oxidu křemičitého získané při výrobě zirkonia (SEPR, Francie)

Pomocné látky: plastifikátor X404 (MAPEI, Itálie) nebo OPTIMA 100 (CHRYSO, Francie)

Vlákna: organická vlákna APV (KURARAY RM182, RF1500 a RF 4000, Unitika 1800), PEHD (DSM-Dyneema) nebo PA (FILTEC PAK 50) . Jsou přítomna jako jednotlivé prameny o průměru 50 až 600 gm a délce 5 až 32 mm. Dávkují se v množství 1 % až 5 % objemově ( vztaženo na celkový objem)

Výztužná složka tvaru jehliček: wolastonit (CaSiO₃) NYAD G (NYCO USA)

Výztužná složka tvaru destiček: slída (muskovit) MG 160 (KAOLINS D'ARVOR, Francie).

2) Způsob výroby

Složky se míchají v následujícím pořadí:

Smísení matrice z práškových složek a dodatečných složek

Zavedení vody a části pomocných látek Míšení

Zavedení zbývající části fluidizačního činidla,

Míšení

Zavedení výztužných vláken Míšení.

Doba míšení je silně závislá na typu použitého mísiče (EIRICH nebo HOBART).

Odplynění se může usnadnit míšením při snížené rychlosti na konci procesu.

• · 0 · ·· 0 0 0 0 0 0 * • 000 0 0 0 0000

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

20- ······ «··· ·· ··

Formy se pak naplní a vibrují obvyklým postupem.

3) Vytvrzování

Zrání při 20 °C. Testovací vzorky byly uvolněny 48 hodin po odlití. Poté byly podrobeny zpracování spočívajícímu v jejich uložení pod vodou při přibližně 20 °C po dobu alespoň 14 dnů. Testovací vzorky byly zpracovány (v závislosti na prováděné zkoušce) 26 až 28 dní po lití a v následujících dnech byly prováděny zkoušky.

Tepelné zpracování při 90 °C. Testovací vzorky byly uvolněny 48 hodin po odlití. Poté byly podrobeny tepelnému zpracování spočívajícímu v jejich uložení v peci při 90 °C po dobu 24 hodin ve vlhkém vzduchu (> 90 °C RH) a poté 24 hodin v suchém vzduchu. Zpracování bylo prováděno 6 dní po lití a v následujících dnech byly prováděny zkoušky (minimálně Ί dní po lití).

Měřící metody

Pevnost v přímém tahu Rt

Toto je hodnota získaná měřením napětí v přímém tahu na testovacích vzorcích činkovitého tvaru, zhotovených z hranolů 70x70x280 mm, ze kterých byly vyrobeny řezy 70x50 mm² o výšce 50 mm. Testovací vzorky, pečlivě srovnané, byly

pevně namontovány na zkušební desku (UTS) s jedním stupněm
volnosti	(není spojena	s klouby karbanového	typu).
Rt	F max
70x50
kde Fmax	představuj e	maximum pevnosti v N	(vrchol)	pro lom

na středovém úseku 70x50.

• 0 • ·

0 0 0 ·

► · J ·

0 0 4 ·

-21 Koeficient houževnatosti δ

Koeficient houževnatosti δ je definován rovnicí δ=ε_Ασ_Β/ε_Βσ_Α jestliže σ_Α>σ_Β kde ε_Α je maximální deformace, a εθι-ε_Β. σ_Α/σ_Β představuje deformaci, která by byla získána při maximu napětí elastickou extrapolací výsledné deformace při trvajícím napětím.

Pevnost v ohybu Rf

i) 4 bodové ohýbání

Rf je hodnota získaná 4 bodovým ohýbáním (vzdálenost mezi osami: 70x210) na hranolovém 70x70x280 zkušebním vzorku namontovaném na tvarové podložce.

3Fmax(1-1')

Rf = _

2dw² kde Fmax představuje maximum pevnosti v N (pevnost ve vrcholu), 1=210 mm a I'=l/3 a d=w=70 mm.

ii) 3 bodové ohýbání

Rf je hodnota získaná 4 bodovým ohýbáním (vzdálenost mezi osami: 200) na hranolovém 40x40x250 zkušebním vzorku namontovaném na tvarové podložce.

• · • · · · ·· · * · · * ·

9 fc · 9 ' 9 9

9 9 · · ft ft « ·

9999 99 9 9 99 99

-223Fmwl

Rf =

2dw^z kde Fmax představuje maximum pevnosti v N (pevnost ve vrcholu), 1=200 mm a d=w=40 mm.

Pevnost v tlaku Re

Rc je hodnota získaná přímým stlačením přesného válcového vzorku (průměr 70 mm, výška 140 mm).

4F

Rc

2d^z kde F představuje sílu v N při přetržení a d je průměr vzorku (70 mm).

Soudržnost Kc, Gc

Soudržnost se vyjadřuje buď v termínech síly (kritický faktor intenzity síly Kc) nebo v termínech energie (kritická velikost energie Gc) , za použití vyjádření lineární mechaniky.

Byly prováděny pokusy 3 bodovým ohýbáním drážkovaných hranolů 40x40x250 nebo 70x70x280 mm, tj. SNEB geometrie vzorku (způsob podle ASTM-E 399-83). Drážka tvaru V je v těchto hranolech vytvořena za sucha, za použití rozbrušovacího stroje opatřeného diamatnovým diskem. Relativní hloubka a/w drážky je (a je hloubka drážky, w je výška vzorku).

Kritický faktor intenzity síly se získá ze zatížení F při přetržení a (servopohybový test, délky trhliny v bodě nestability mm/s, na univerzálním zkušebním • · ··*·

» 9 9 9

.. ϊ ?

stroji SCHENCK):

3FI

Kc

2dw² •VaY kde I představuje vzdálenost mezi osami mezi opěrnými body (ohýbací stůl), =210 mm, d resp. w je hloubka resp. výška vzorku, a je délka drážky při zlomu,

Y je parametr tvaru závisející na délce lomu (a=a/w). Při 3 bodovém ohýbání se s výhodou používá parametr Y podle SCRAWLEY J.E. (International J. of Fracture (1976), sv. 12, str. 475-476):

1,99-α(1-α) (2,15-3, 93α+2,7α²) (1+2α) (1-α)^3/2

Gc může být získán z křivky síla-posunutí za podmínky, že jsou korigovány vlivy interference pnutí, a že pohlcená energie se týká řezu provazce (w-a)xd.

Při rovinné deformaci existuje jednoduchý vztah mezi Kc

Kc²(l-v²)

Gc = _

E kde E je elastický modul, v představuje Poissonovu konstantu.

E je experimentálně získán vibrováním hranolového vzorku neseného na dvou opěrách základní frekvencí (metoda GRINDO-SONIC).

Energie lomu Wf *· 9 · · · ·

0 ·

0 0

0« 00 0 · ·0 • · • · · ·

-24» 0 1

I 0 · 4 • 0 »0

Wf je hodnota získaná stanovením celkové plochy pod křivkou síla-prohyb při 4 bodové ohýbací zkoušce na hranolu 70x70x280 mm. Naměřený prohýb se koriguje pro stanovení reálného posunutí vzorku.

fFůc Wf = _

2dw kde F je aplikovaná síla, δο je reálný posun (korigovaný prohýb), dxw v úseku vzorku.

Adheze

Pokud jde o adhezi organických vláken v cementové matrici, se stanovuje extrakčním testem jednotlivého vlákna zapouzdřeného v betonovém bloku.

Dráty se zabudují do betonových bloků o rozměrech 4x4x4 cm. Použitá kompozice je stejná jako v případě testovacích vzorků při mechanických zkouškách (ohybu, tlaku a tahu): poměr voda/cement je 0,25.

Zabudované dráty o délce 10 mm jsou vytahovány tahem za použití univerzálního testovacího stroje (SCHENK) rychlostí 0,1 mm/min.

Vyvíjená síla je měřena pomocí upraveného senzoru síly a posunutí drátu (vzhledem ke vzorku) pomocí extenzometru.

Průměrná síla adheze se vyhodnocuje z následujícího zjednodušeného vzorce • · ··

4 4 4 « « 4 9 9 4 • · · 4 4 · ♦ 4 · 4

44 0444 49 ~ Z J “ ·«·· <· ·» ·4 44 ·

F max τ_ό = —7ΐφ I e kde Fmax je maximální měřená síla, φ je průměr drátu a I_e je zabudovaná délka.

Příklady

Betonové směsi s vlákny byly vyrobeny za použití vláken definovaných v následujících tabulkách I až VI, přičemž složení těchto betonových směsí je definováno v tabulkách II až VI. Všechna složení jsou vztažena na hmotnost.

Účinky uvedených betonových směsí jsou uvedeny v následujících tabulkách II až V, jakož i na obr. 2 až 14.

Na těchto obrázcích:

Obr. 2 je graf získaný zkouškami 4 bodovým ohýbáním, kde jsou na ose y hodnoty napětí v MPa a na ose x hodnoty prohýbu v mm pro vzorky betonu s poměrem V/C=0,2 a zráním 20 °C (28 dní): porovnání ocelových vláken (ocelových kordů) a organických vláken (APV).

Obr. 3 je graf získaný zkouškami 4 bodovým ohýbáním, kde jsou na ose y hodnoty napětí v MPa a na ose x hodnoty prohýbu v mm pro vzorky betonu s poměrem V/C=0,2 a tepelným zpracováním při 90 °C: porovnání ocelových vláken (ocelových kordů) a organických vláken (APV).

Obr. 4 je graf získaný testy v přímém tahu, kde jsou na ose y hodnoty napětí v MPa a na ose x hodnoty prodloužení v mm pro vzorky betonu s poměrem V/C=0,2 a zráním 20 °C (28 dní): organická vlákna (APV).

• to to toto · · ♦ ·

-26• to • · · · 9 * tototo to • toto « to · · «to ·«· to· «· ·· «« ·

Obr. 5 je graf získaný testy v přímém tahu, kde jsou na ose y hodnoty napětí v MPa a na ose x hodnoty prodloužení v mm pro vzorky betonu s poměrem V/C=0,2 a tepelným zpracováním 90 °C (28 dní): organická vlákna (APV).

Obr. 6 je graf získaný testy v přímém tahu, kde jsou na ose y hodnoty napětí v MPa a na ose x hodnoty prodloužení v mm pro vzorky betonu obsahujícího wolastonit, s poměrem V/C=0,24 a zráním 20 °C (28 dní): organická vlákna (APV). Kriterium houževnatosti δ kolísalo přibližně mezi 3 až 5.

Obr.	7 je graf	získaný
kde jsou	na ose y	hodnoty
posunutí	v mm pro	vzorky
tepelným	zpracováním	při 90 °C
Obr.	8 je graf	získaný
kde jsou	na ose y	hodnoty
posunutí	v mm pro	vzorky
tepelným	zpracováním	při 90 ⁰
délek (10	až 30 mm).
Obr.	9 je graf	získaný
kde jsou	na ose y	hodnoty
posunutí	v mm pro	vzorky
tepelným	zpracováním	při 90 °C
Obr.	10 je graf	získaný
který představuje efekt směs:
obj. RF	1500 a 2	% obj .
s poměrem	V/C=0,25 a	tepelným

hodin.

zkouškami 3 bodovým ohýbáním, síly v N a na ose x hodnoty betonu s poměrem V/C-0,25 a :, vlákna APV RF 1500.

zkouškami 3 bodovým ohýbáním, síly v N a na ose x hodnoty betonu s poměrem V/C=0,25 a C, vlákna APV RF 1500 různých zkouškami 3 bodovým ohýbáním, síly v N a na ose x hodnoty betonu s poměrem V/C=0,25 a vlákna PEHD.

zkouškami 3 bodovým ohýbáním, L organických vláken APV (2 %

RF 4000) v betonové matrici zpracováním při 90 °C po dobu

Obr. 11 je graf představující křivky napětí/posunutí získané zkouškami 3 bodovým ohýbáním s kompozicemi 18 a 19 s PEHD vlákny podle tab. V.

φ · φ φ φ φ · φ • · · ΦΦ V » ·

Φφ φφφ * φφφ φ

Obr. 12 je graf obdobný tomu na obr. 11, získaný s kompozicemi 20 a 21 s PA vlákny podle tab. V.

Obr. 13 je graf obdobný těm na obr. 11 a 12, získaný s kompozicemi 22, 23 a 24 s APV vlákny a 25 s hybridními vlákny APV/ocel podle tab. V.

Obr. 14 je graf obdobný těm na obr. 11 až 13 pro srovnání chování vláken různých typů v kompozicích 18 (PEHE), 20 (PA) a 23 (APV) podle tab. V.

Obr. 15 je graf ilustrující výsledky získané ve zkoušce vytahováním jednotlivých vláken, kde na ose y je vynesena aplikovaná síla a na ose x posunutí, s matricí z kompozice uveené v tabulce VI.

Výsledky získané při 3 bodovém ohýbání v příkladech 18 až 25 korespondují s pokusy prováděnými za použití vzdálenosti 120 mm mezi osami na hranolovém testovacím vzorku 40x40x160 mm.

Výztužný účinek vláken rozptýlených v betonové matrici zjištěný prostřednictvím (4 bodových) ohýbacích zkoušek je

Vlákna z polyvinylalkoholu obj. vedou k vlastnostem zřetelně zvýšen (Obr. 2 a 3) (APV) zabudovaná v množství 4 obdobným vlastnostem získaným s disperzí ocelových kordů (2 % obj.). Tepelné zpracování (90 °C) vyvolává určitou reaktivitu mezi APV vlákny a betonovou matricí: proto lze pozorovat vysoký vrchol napětí pozorovaný při (4 bodovém) ohýbání.

Při napětí v přímém tahu (obr. 4 a 5) je pozorován důležitý efekt zpracovatelnosti za studená (houževnatost) v přítomnosti 4 % obj. vláken z polyvinylalkoholu (APV):

mnohonásobné praskání vzorku testovaného na napětí v tahu.

-28·» « · · · · · • Φ ♦ 9 φ φ 9 ΦΦ

ΦΦΦ ΦΦΦ ΦΦ

Φ Φ ΦΦΦ * ΦΦΦ Φ

Φ ΦΦ φφφ» φφ Φ Φ 9 · Φ ΦΦ *9 ΦΦ Φ

Tento jev není pozorován v případě ocelových vláken pro jejich vysokou tuhost adhezi takovýchto vláken v betonové matrici. Hodnota vrcholu je podstatně zlepšena v případě tepelného zpracování při 90 °C.

Obdobné vlastnosti jsou pozorovány v případě APV vláken dispergovaných v matrici obsahující wolastonit (Obr. 6), s vyšším napětím při prvním poškození.

Při přítomnosti organických vláken vykazují betonové směsi testované 3 bodovým ohýbáním vysokou houževnatost: vysoká zpracovatelnost za studená až do vrcholu napětí, za vrcholem pohlcování energie. To je pozorováno jak u APV vláken z polyvinylalkoholu (obr. 7), tak u vysokohustotních polyethylenových vláken (obr. 9).

Délka vláken musí být optimalizována jako kompromis mezi rheologickými a mechanickými vlastnostmi. Například pro vlákna APV mající průměr přibližně 400 μιη byl při 3 bodovém ohýbání zjištěn přechod při délce vláken přibližně kolem 18 mm (obr. 8). To poskytuje elongační faktor přibližně 50.

Výhoda směsi vláken je ilustrována na obr. 10. Bylo pozorováno jednak že APV vlákna průměrných rozměrů (KURARAY 1500, 4 % obj.) vedou ke zvýšení pevnosti v ohybu (vrchol napětí) betonu, jednak že APV vlákna většího rozměru (KURARAY 4000, 4 % obj.) vedou k významnému pohlcování energie při ohýbání (část za vrcholem), avšak nezhoršují pevnost (vrchol napětí). Kombinace těchto dvou typů vláken umožňuje překvapivě získat vyztužený beton mající (například v ohybu) jak zlepšenou pevnost v ohybu (vrchol napětí), tak pohlcování energie (houževnatost) (obr. 10).

Efekt pro tento účel může být zvýšen hybridním vyztužením, kombinací organických vláken a kovových vláken.

•0 0000 • · « 0 · 0 0 · • · · · ♦ 0 · « » 0 «

OQ 0000000000

Z 7 000000 00 00 0 0 00

Vynález není omezen na popsaná vytvoření.

Zahrnuje také betonové směsi, které vedle nárokovaných kompozicíc nebo jim ekvivalentních kompozicí mohou zharnovat složky navíc, pokud tyto složky navíc nebrání očekávaným účinkům nárokovaných kompozicí nebo jim ekvivalentních kompozicí, a předsměsi obsahující všechny nebo část složek nezbytných pro výrobu betonové matrice.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY (původní)

1,5

Obr. 12

7/ 2#do HAKLE & KHELIP le 08/ΐί7β8*5.4 : 0|*^4*Χ«ΚΜ JPg; 45/48

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00 » · · 4 ·· «·

8/9

Obr. 13

Obr. 14 'ry 400(7 ~ v}'l-&0>

“ 4S/48

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00

HARLE & EHEXiXP le 08/J.TZQP ^ςσ·ΐ4: Qi*>4*ftí<sM.řarť <s/ ··· · ♦· · Φ Φ · • · ··· · «·· 9 4

1 · · ···· tt

5/9 ^Síla (N) Síla (N)

Obr. 7 3 bodové ohýbání. Betonová matrice vyztužená 4 % obj. vlákny APV, V/C=0,25. Tepelné zpracování: 90 °C/48 hodin.

Posunutí (mm)

Obr. 8 3 bodové ohýbání. Betonová matrice vyztužená 4 % obj. vlákny APV. Vliv délky APV vláken, V/C=0,25. Tepelné zpracování: 90 °C/48 hodin.

Fax émis par:

33 01 E3 04 64 00

HAKLE & PHELXP

7Ί/ le 00/i;/ep.a5.:01.K4 MWJM 53-.40748 ¹ • 444 44

6/9

Obr. 9 3 bodové ohýbání. Betonová matrice vyztužená 1 % obj . vlákny PEHD, V/0=0,25. Tepelné zpracování:

90 °C/48 hodin.

Síla (N)

Obr

1/9

Obr. 1 Typická křivka pevnosti v přímém tahu betonu majícího houževnatost

Z,dt>

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00 HKRLE & PHELIP le 08/11/bb> lV:Ol Α*4*·Ν?Μί Fc.:**3gAÍ8 • 0 · · · · ⁹· · · ······ ···· · . 0 0 0 0 · · · · · · ···· ·< ·· ·· ·· 0··

(1) hmotnostní procento vody V vzhledem k hmotnosti C cementu (a) a složek (c) je v rozmezí 8 až 24 %, (2) vlákna mají individuální délku I alespoň 2 mm a poměr Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, alespoň 20, (3) poměr R mezi průměrnou délkou L vlákna a maximální velikostí D75 všech zrnitých složek (a), (b) a (c) je alespoň 5, s výhodou 10, (4) množství vláken je takové, že jejich objem představuje nejvýše 8 % objemu betonu po jeho uložení, (5) všechny složky (a), (b) a (c) mají velikost částic

D75 nejvýše 2 mm, s výhodou 1 mm, a velikost částic D 50 nejvýše 150 gm, s výhodou nejvýše 100 gm.

1. Beton obsahující vytvrzenou cementovou matrici, ve které, jsou dispergována organická vlákna, získaný smísením kompozice obsahující kromě organických vláken:

(a) cement, (b) zrnité složky s částicemi o velikosti D nejvýše 2 mm, s výhodou nejvýše 1 mm, (c) jemné složky pucolánového typu mající základní velikost částic nejvýše 20 pm, s výhodou nejvýše 1 pm, (d) alespoň jedno dispergační činidlo, s vodou, který splňuje následující podmínky:

(e) hmotnostní procento vody vzhledem k hmotnosti cementu (a) a složek (c) je v rozmezí 8 až 25 %, (f) vlákna mají individuální délku I alespoň 2 mm a poměr Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, alespoň 20, (g) poměr R mezi průměrnou délkou L vlákna a maximální velikostí D částic zrnitých složek je alespoň 5, (h) množství vláken je takové, že jejich objem představuje nejvýše 8 % objemu betonu po jeho uložení.

2/9

Obr. 2 4 bodové ohýbání. Srovnání mezi APV vlákny a ocelovými kordy v betonové matrici, V/C=0,2. Zrání: 20 °C/28 dní

Obr. 3 4 bodové ohýbání. Srovnání mezi APV vlákny a ocelovými kordy v betonové matrici, V/C=0,2. Tepelné zpracování: 90 °C/48 hodin

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00

HAKLE S PHELXP

2. Beton obsahující vytvrzenou cementovou matrici, ve které jsou dispergována organická vlákna, získaný smísením kompozice obsahující kromě organických vláken:

(a) cement, (b) zrnité složky, (c) složky pucolánového typu mající základní velikost

9 9

9 · * · · 9 9 9 9 9 • · · · · · « « · · • ·· 9 9 9 9 9 9

-35- ···· ·· ·· .» ..

částic nejvýše 1 gm, s výhodou nejvýše 0,5 gm, (d) alespoň jedno dispergační činidlo, s vodou, který splňuje následující podmínky:

3 bodové ohýbání. Vliv směsi organických Betonová matrice vyztužená 4 % obj. vláken obj. RF 1500 a 2 % obj. RF 4000, V/C=0,25 zpracování: 90 °C/48 hodin.

vláken.

APV 2 %

Tepelné vi/ 2000 HAKLE & PHELIP le : 0¾·Α$ «Κβ£Μ 4#48

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00 • . · · 0 · 0 · · · · 0000 ·· ·· 0· 00 000

7/9

Ekvivalentní napětí (MPa) j I · Ekvivalentní napětí (MPa)J

20·

15·

10·

Obr. 11

9Ί

04 . 1

Posunutí (mm)

3/9 le 08/ll/aa_;l4;ť)l λΓκδΙΜ Pg«f**37/4Í8 ’»· J : :

·· ···· « ₍ , ···· ·· ·· »· .. ,i.

Obr. 4

Pevnost v přímém tahu. Beton vyztužený 4 % obj. APV vláken, V/C=0,2. Zrání: 20 °C/28 dní

Obr. 5 Pevnost v přímém tahu. Beton vyztužený 4 % obj. APV vláken, V/C=0,2. Tepelné zpracování: 90 °C/48 hodin

Fax émis par: 33 01 53 04 64 00

HKRLE & PHELIP , . Ψ1/ 2000 ~~ <4ΊΛΟ le 08/11/00.14. 01.3Λ. » 5-^,3^48' • · · · · · 4 4 4 •4 4 4 4 4 4 4 4 4 · . · ·· · · 4 4 4 4 4

4444 44 44 44 44 444

Napětí (MPa)

Příčné posunutí (mm)

Obr. 6 Pevnost v přímém tahu. Beton vyztužený wollastonitem a 4 % obj. APV vláken, V/C=0,2. Zrání: 20 °C/28 dní par: 33 01 53 04 64 00

HAKLE &.PHELIP le

08/ii/ag ,14*01 • · · • · · ·

3. Beton podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že má houževnatost v napětí přímým tahem vyjádřenou koeficientem houževnatosti δ, δ>1, s výhodou δ> 1,25.

4. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že organickými vlákny jsou polyvinylalkoholová vlákna, polyakrylonitrilová vlákna, polyethylenová vlákna, vlákna z vysokohustotního polyethylenu, polyamidová nebo polyimidová vlákna, polypropylenová vlákna homopolymerní nebo kopolymerní, aramidová vlákna, uhlíková vlákna nebo směsi těchto vláken.

5. Beton podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že poměr Ι/φ vláken je nejvýše 500.

6. Beton podle některého z nároků laž 5, vyznačující se tím, že průměrná adhezní síla vláken ve vytvrzené cementové matrici je alespoň 2 MPa, s výhodou alespoň 5 MPa.

7. Beton podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že cementové matrici dále obsahuje, pro zvýšení adheze vlákna k matrici, alespoň jednu z následujících sloučenin: sloučeniny oxidu křemičitého sestávající v podstatě z oxidu křemičitého, srážený uhličitan vápenatý, vodný roztok polyvinylalkoholu, fosfáty, latexy, odpěňovací činidlo nebo směsi uvedených sloučenin.

8. Beton podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje sloučeninu oxidu křemičitého, kterou je srážený oxid křemičitý v množství 0,1 až 5 % hmotn. sušiny vztaženo na celkovou hmotnost betonu.

9. Beton podle nároku 8, vyznačující se tím, že srážený oxid křemičitý je do směsi zaveden ve formě vodné suspenze.

10. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že část organických vláken je nahrazena kovovými vlákny, přičemž kovová vlákna mají individuální délku I alespoň 2 mm a poměr prodloužení Ι/φ, kde φ je průměr vlákna, alespoň 20.

11. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obsahuje kombinaci krátkých a dlouhých organických a/nebo kovových vláken.

12. Beton podle některého z nároků 1 až 11, dále obsahující složky schopné zlepšit soudržnost matrice, zvolené z jehličkovitých nebo destičkovitých složek, jejichž kie/ch / průměrná velikost je nejvýše 1 mm, a/obsahuje objemově 2,5 až 35 % přídavku zrnitých (b) a pucolánových (c) složek.

13. Beton podle nároku 12, vyznačující se tím, že soudržnost cementové matrice je s výhodou alespoň 15 J/m².

14. Beton podle některého z přecházejících nároků, vyznačující se tím, že soudržnost matrice je dosažena přídavkem výztužných složek anizotropního tvaru o průměrné velikosti nejvýše 500 pm k cementové kompozici.

15. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výztužné složky jsou přítomny v množství 5 až 25 % objemu přidaných zrnitých složek (b) a složek (c) pucolánového typu.

16. Beton podle některého z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že výztužné složky jehličkového tvaru jsou zvoleny ze skupiny zahrnující wolastonitová vlákna, bauxitová vlákna, mullitová vlákna, vlákna z titaničitanu draselného, vlákna z karbidu křemičitého, vlákna z celulózy nebo jejích derivátů, uhlíková vlákna, vlákna z fosforečnanu vápenatého, zejména z hydroxyapatitu HAP, vlákna z uhličitanu vápenatého, skelná vlákna odolná vůči alkáliím nebo produkty získané rozmělněním těchto vláken nebo směsí uvedených vláken, krátká vlákna o délce nejvýše 2 mm, s výhodou 1 mm, z polyvinylalkoholu, polyakrylonitrilu, vysokohustotního polyethylenu, polyamidu, aramidu nebo polypropylenu, jakož i materiály jako ocelová vlákna.

17. Beton podle některého z nároků 12 až 15, vyznačující se tím, že destičky jsou zvoleny ze skupiny zahrnující slídové destičky, talkové destičky, destičky ze složených silikátů (jíly), destičky z vermikulitu, destičky z oxidu hlinitého a směsi těchto destiček.

Φ Φ · · • · · • · φφφφ * ·

-3818. Beton podle některého z nároků 14 až 17, vyznačující se tím, že alespoň část anizotropnlch výztužných složek má na povrchu polymerní organický povlak získaný z alespoň jedné z následujících složek: polyvinylalkohol, silany, křemičitany, siloxanové pryskyřice, polyorganosiloxany nebo produkty reakce (i) alespoň jedné karboxylové kyseliny obsahující 3 až 22 atomů uhlíku, (ii) alespoň jednoho polyfunkčního aromatického nebo alifatického aminu nebo substituovaného aminu, obsahujícího 2 až 25 atomů uhlíku a (iii) zesíťovacího činidla, kterým je vodorozpustný kovový komplex, obsahující alespoň kov zvolený ze skupiny zinek, hliník, titan, měď, chróm, železo, zirkonium a olovo.

19. Beton vyznačující se podle některého z předcházejících nároků, tím, že velikost zrnitých složek (b) je nejvýše 500 μπι.

20. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zrnité složky (b) jsou jemné písky nebo směsi jemných písků, prosáté nebo drcené, s výhodou zahrnující křemičitý písek, s výhodou křemenný prach.

21. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že uvedené zrnité složky (b) jsou obsaženy v rozmezí 20 až 60 % hmotn., s výhodou 25 až 50 % hmotn. cementové matrice.

22. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jemné složky (c) pucolánového typu jsou zvoleny ze skupiny oxidů křemičitých, například křemičitých sazí, polétavých popílků, vysokopecní strusky.

23. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že množství vody vztažené k hmotnosti • 0

-390 0 0 0 0 0 • •00 ·0 ·* 00 00 cementu (a) a složek (c) pucolánového typu je 25 % hmotn.

24. Beton vyznačující se

6 MPa.

podle některého z předcházejících tím, že má pevnost v přímém tahu

13 až nároků, alespoň

25. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že má pevnost ve 4 bodovém ohybu alespoň 20 MPa.

26. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že má pevnost v tlaku alespoň 120 MPa, s výhodou 140 MPa.

27. Beton podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že má energii lomu alespoň 2000 J/m².

28. Beton podle některého z nároků 1 až 27, vyznačující se tím, že je po uložení podroben zrání při teplotě blízké teplotě okolí, například při 20°C, po dobu potřebnou pro dosažení požadovaných mechanických vlastností.

29. Beton podle některého z nároků 1 až 28, vyznačující se tím, že je po uložení podroben tepelnému zpracování při teplotě 60 až 100 °C a normálním tlaku.

30. Beton podle nároku 29, vyznačující i se tím, že doba tepelného zpracování je 6 hodin až 4 dny, zpravidla 6 až 72 hodin. 31. Beton podle některého z nároků 1 až 30, vyznačující se tím, že je předepjat. 32. Beton podle některého z nároků 1 nebo 2,

0 0

-40vyznačující se tím, že je dodatečně předepjat.

33. Cementová matrice pro vytvoření a zpracování betonu podle některého z nároků 1 až 32.

34. Předsměs obsahující všechny složky pro výrobu matrice podle nároku 33 nebo betonu podle některého z nároků 1 až 32.

Tt/ /000 Fax émis par: 33 01 53 04 64 00 KARLE & PHELIP le 08/ll/b*(> 4*4*;01jÁ4jŇ<5SÍf J?.j**e5/S8

4,44 9 4 4 9 4 9 9

9999 94 44 44 94 449

Křivky sila-posunuti: zkoušky vytahováním APV: kritické stlačení > 8 MPa (porušení vláken po významné plastické deformaci)

PA: kritické stlačení =2,8 MPa (smyková deformace)