CZ301900B6 - Betonová smes zesílená kovovými vlákny, cementové základní hmoty a predbežné smesi pro prípravu betonové základní hmoty - Google Patents

Abstract

Betonová smes sestávající ze ztvrdlé cementové základní hmoty, ve které jsou rozptýlena kovová vlákna, získaná smícháním vody se smesí, vyjma vláken obsahující: (a) cement, (b) zrnité cástice prísad do betonu, (c) pucolány, jako látky s hydraulickou reakcí, (d) alespon jedno dispergacní cinidlo, pricemž dále obsahuje (e) složky schopné zlepšit pevnost hmoty, zvolené mezi jehlovitými nebo destickovitými telesy o prumerné velikosti nejvýše 1 mm a prítomné v objemovém pomeru mezi 2,5 až 35 % celkového objemu zrnitých cástic prísad do betonu (b) a pucolánu jako látek s hydraulickou reakcí (c), pricemž smes odpovídá následujícím podmínkám: - zrnité cástice prísad do betonu s cásticemi o maximální velikosti Dmax zrn nejvýše 2 mm, prednostne nejvýše 1 mm, - pucolány jako látky s hydraulickou reakcí o velikosti cástic nejvýše 1 .mi.m, prednostne nejvýše 0,5 .mi.m, - procentový obsah vody W vuci celkové hmotnosti cementu (a) a cástic (c) se pohybuje mezi 8 % - 24 %, - délka l jednotlivých vláken ciní nejméne 2 mm a pomer l/d nejméne 20, pricemž d je prumer vláken, - pomer R mezi prumernou délkou vláken L a maximální velikostí Dmax zrna zrnitých složek prísad je nejméne 10, - množství vláken je takové, že jejich objem je nižší než 4 %, prednostne 3,5 % objemu betonu po ztvrdnutí.

Description

Betonová směs zesílená kovovými vlákny, cementové základní hmoty a předběžné směsi pro přípravu betonové základní hmoty

Předkládaný vynález náleží do oblasti betonů, přesněji betonů zesílených vlákny. Jeho hlavním předmětem je zlepšený beton, který obzvláště dovoluje vyrábět prvky struktur civilního inženýrství určené k realizaci budova uměleckých děl a mající lepší vlastnosti než dřívější technické prvky. Tento vynález směřuje obzvláště k získání strukturních betonů s mechanickým chováním pevným a pružným současně.

Dosavadní stav techniky

Strukturní analýza betonů ukázala, že jejich mechanické vlastnosti jsou úzce vázány na přítomnost strukturních poruch. V těchto betonech je možno při jejich vystavení mechanickému zatížení pozorovat více typů poruch, rozlišujících se velikostí.

V nej menším rozsahu velikostí lze pozorovat poruchy nazývané mikroskopická porózita betonu. Jedná se o póry zvané kapiláry, které vznikají z mezigranulámích prostorů od počátku přítomných v Čerstvě připravené hmotě směsi. Jejich velikost se pohybuje mezi 50 nm a několika pm.

V následujícím rozsahu velikostí pozorujeme poruchy tvořené mikroskopickými prasklinami.

Jedná se o mikroskopické praskliny tvořící otvory od 1 μτη do několika stovek //m. Tyto praskliny nesouvisejí, to znamená, že netvoří souvislý průchod strukturou. Jsou v principu způsobeny heterogenním charakterem betonu, kdy granuláty mají jiné mechanické a fyzické vlastnosti než pojivo/cement. Objevují se při mechanickém zatížení. Tento typ poruch je hlavním důvodem špatných mechanických vlastností betonu při tahu ajeho křehkého charakteru.

V posledním rozsahu velikostí pozorujeme poruchy makroskopickými prasklinami. Otvory těchto prasklin jsou velké od několika μτη do několika mm. Tyto praskliny jsou navzájem souvislé.

Je možno pozorovat také velké praskliny o rozměrech v mm, způsobené špatnou přípravou beto35 nu (vzduchové prostory, chyby při plnění).

Byla navržena řešení jak pro omezení těchto uvedených různých poruch, tak pro zmírnění jejich vlivu na mechanické charakteristiky betonu.

Pro zlepšení mechanických charakteristik betonu bylo navrženo nahradit písek v cementové hmotě jinými složkami o lepších vlastnostech, ale cena betonu tím vzrostla na úroveň nepřijatelnou z hlediska předpokladu běžného použití v civilním inženýrství a vzhledem k ekonomickým omezením platným v tomto oboru.

Podobně bylo navrženo použít do betonové směsi agregáty o vysoké tvrdosti, ale jejich množství, která je nutno použít k získání žádaných vlastností, zároveň nadměrně zvyšují pořizovací cenu betonu vzhledem k vysokým cenám těchto agregátů.

Bylo rovněž navrženo zlepšit, a to někdy podstatně, určité mechanické vlastnosti betonu tím, že budou ve větší míře zahrnuty zesilující vlákna a to typicky v objemovém poměru 10 až 15 %, avšak tato hodnota obsahu má citelný vliv nejen na pořizovací cenu betonu, ale navíc ztěžuje jeho míšení, jeho homogenizaci a případně jeho lití tak, že jsou příliš obtížné, nebo příliš kritické pro svou aplikaci v civilním inženýrství, obzvláště v podmínkách práce na staveništích.

- 1 CZ 301900 B6

Současně je možno částečně kontrolovat mikropórozitu snížením hmotnostního poměru vody k cementu užitím ztekucovacích látek. Použití jemných plnidel obzvláště s puzzolanickou reaktivitou (tufové minerály) také umožnilo zmenšit velikost mikroskopických pórů.

Organizování granulám ího skeletu obvyklými metodami nicméně nedovoluje získat betony uspokojující reologie v přijatelných podmínkách aplikace v civilním inženýrství (vlákna špatně rozptýlena, poruchy mikrostruktury,...).

Vznik mikroskopických prasklin byl zásadně omezen pomocí: io - zlepšení homogenity betonu omezením velikosti granulátu například na 800 //m,

- zlepšení kompaktnosti materiálu (optimizace granulámí částice a případné lisování před tuhnutím a během tuhnutí).

- tepelným zpracováním po tuhnutí.

Vznik mikroskopických prasklin může být kontrolován použitím kovových vláken, avšak s výše uvedenými provozními problémy.

Jako dřívější ilustrativní technický dokument lze citovat patentovou přihlášku WO-A-95/0I316 týkající se betonu zesíleného kovovými vlákny, ve kterém je množství těchto vláken kontrolo20 váno a rozměry vláken zvoleny v poměrech určených vzhledem k množství a rozměrům granulámího materiálu.

Tento beton zesílený vlákny obsahuje cement, granulámí částice, jemné částice s puzzolanickou reaktivitou a kovová vlákna. Granulámí prvky mají mít největší velikost zrna D 800pm a méně, vlákna mají mít individuální délku 1 mezi 4 a 20 mm a poměr R mezi střední délkou vlákna L a D má být roven nejméně 10, přičemž množství vláken má být takové, aby jejich objem činil 1 až 4 % objemu beto nu po ztuhnutí.

Získaný beton jeví tažné chování neboli pseudo-zpevnění (zpracováním za studená).

Přetrvává nutnost eliminovat výše uvedené poruchy nebo zásadně omezit jejich vlivy, obzvláště vznik mikroskopických prasklin, neboť bylo možno pozorovat, že dříve popsané postupy slouží v podstatě k zamezení vývoje makroskopických a nikoli mikroskopických prasklin; mikroskopické praskliny jsou tedy stabilizovány jen částečně a při zatížení se objevují.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je betonová směs sestávající ze ztvrdlé cementové základní hmoty ve které jsou rozptýlena kovová vlákna, získaná smícháním vody se směsí, vyjma vláken obsahující:

(a) cement, (b) zrnité částice přísad do betonu, (c) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí, (d) alespoň jedno dispergační činidlo, přičemž směs dále obsahuje (e) složky schopné zlepšit pevnost hmoty, zvolené mezi jehlovitými nebo destičkovitými tělesy o průměrné velikosti nejvýše 1 mm a přítomné v objemovém poměru mezi 2,5 až 35 % celkového objemu zrnitých částic přísad do betonu (b) a pucolánů jako látek s hydraulickou reakcí (c) a odpovídá následujícím podmínkám:

(1) zrnité částice přísad do betonu s částicemi o maximální velikosti Dmax zrn nejvýše 2 mm, přednostně nejvýše 1 mm,

-2CZ 301900 B6 (2) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí o velikosti částic nejvýše 1 μτη, přednostně nejvýše 0,5 //rn, (3) procentový obsah vody W vůči celkové hmotnosti cementu (a) a částic (c) se pohybuje mezi 8% až 24%, (4) délka 1 jednotlivých vláken činí nejméně 2 mm a poměr 1/d nejméně 20, přičemž d je průměr vláken, (5) poměr R mezi průměrnou délkou vláken L a maximální velikostí Dmax zrna zrnitých složek přísad je nejméně 10, (6) množství vláken je takové, že jejich objem je nižší než 4 %, přednostně 3,5 % objemu betoio nu po ztvrdnutí.

Dále je podstatou vynálezu betonová směs sestávající ze ztvrdlé cementové základní hmoty ve které jsou rozptýlena kovová vlákna, získaná smícháním vody se směsí, vyjma vláken obsahující:

(а) cement, (b) zrnité částice přísad, (c) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí, (d) alespoň jedno dispergační činidlo; která dále obsahuje:

(e) složky schopné zlepšit pevnost hmoty, zvolené mezi jehlovitými nebo destičkovitými tělesy o průměrné velikosti nejvýše 1 mm a přítomné v objemovém poměru mezi 2,5 až 35 % celkového objemu zrnitých částic přísad do betonu (b) a pucolánů jako látek s hydraulickou reakcí (c); přičemž směs odpovídá následujícím podmínkám:

(1) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí o velikosti částic nejvýše 1 //m, přednostně nejvýše 0,5 /zm, (2) přičemž hmotnostní procento vody W vůči celkové hmotnosti cementu (a) a složek (c) se pohybuje v rozsahu 8 % až 24 %, (3) vlákna mají individuální délku 1 nejméně 2 mm a poměr 1/d nejméně 20, přičemž d je průměr vláken, (4) poměr R mezi průměrnou délkou L vláken a velikostí D75 zrna souboru částic (a), (b), (c) a (e) je neméně 5, přednostně nejméně 10, (5) množství vláken je takové, že jejich objem je menší než 4 %, přednostně než 3,5 % objemu betonu po ztvrdnutí.

(б) soubor složek (a), (b), (c) a (e) vykazuje velikost D75 zrn nejvýše 2 mm, přednostně nejvýše 1 mm a velikost D50 zrn nejvýše 200 /zm, přednostně nejvýše 150 /zrn.

Podstatou vynálezu je i pevnost cementové základní hmoty, která je nejméně 15 J/m², přednostně nejméně 20 J/m², zpevňující složky (e) mají průměrnou velikost nejméně 500 μιη, zpevňující složky (e) jsou přítomny v objemovém poměru v rozsahu 5 % až 25 % celkového objemu zrnitých částic (b) a pucolánů (c), zpevňující složky (e) jako zpevňující prvky jehlovitého tvaru jsou zvoleny mezi vlákny wollastonitu, vlákny bauxitu, vlákny mullítu, vlákny titanátu draselného, vlákny karbidu křemíku, vlákny celulózy nebo derivátů celulózy, vlákny uhlíky, vlákny fofsforečnanu vápníku, zvláště hydroxyapatitu HAP, vlákny uhličitanu vápenatého nebo jejich derivátů získaných rozbitím uvedených vláken a směsí uvedených vláken. Zpevňující složky (e) jsou vlákna wollastonitu. jehlicovité zpevňující složky (e) mají poměr rozměru délky vůči průměru minimálně 3 a nejlépe minimálně 5, destičkovité zpevňující složky (e), jako zpevňující prvky jsou zvoleny mezi destičkami slídy, destičkami talku, destičkami směsi silikátů (jílů), destiček vermikulitu, destiček oxidu hlinitého nebo směsi hlinitanů nebo kremičitanů a směsi uvedených destiček a zpevňující složky (e) jsou destičky slídy.

Dále je podstatou vynálezu betonová směs, kdy nejméně část zpevňujících částic (e) je na povrchu opatřena povlakem z organického polymeru zahrnujícím latex nebo získaným na základě

-3 CZ 301900 B6 nejméně jedné z následujících látek: polyvinylalkohol, sílaný, silíkonáty, siloxanové pryskyřice, polyorganosiloxany nebo získaným na základě produktu reakce mezi (i) nejméně jedné karboxylové kyseliny obsahující 3 až 22 atomů uhlíku, (ii) nejméně jedním aromatickým nebo alifatickým polyfunkčním aminem nebo substituovaným aminem, obsahujícím 2 až 25 atomů uhlíku, a (iii) síťující činidlo které je komplexem hydrosolubilního kovu, obsahující nejméně jeden z kovů jako je zinek, hliník, titan, měď, chrom, železo, zirkon a olovo, přičemž střední hodnota napětí v přilnavosti kovových vláken ve ztvrdlé základní cementové hmotě je nejméně 10 MPa, přednostně nejméně 15 MPa, kovová vlákna jsou vlákna ocelová, vykazují proměnlivou geometrii, byla podrobena chemické reakci, která způsobila zvýšení adheze vlákna v cementové základní io hmotě, kovová vlákna jsou vlákna na která byla navázána minerální sloučenina jako je oxid křemičitý nebo fosfát kovu, mající za následek zvýšení adheze vlákna v základní cementové hmotě a mají velikost v rozmezí 10 až 30 mm.

Dále je podstatou vynálezu to, že cementová základní hmota obsahuje navíc nejméně jednu z následujících složek, které mají za účel zvýšit adhezi vláken v základní hmotě: sloučeniny oxidu křemičitého obsahující hlavně oxid křemičitý, sražený uhličitan vápenatý, polyvinylalkohol ve vodném roztoku, latex nebo směs uvedených složek, přičemž sloučenina oxidu křemičitého je sraženina oxidu křemičitého přidaná v rozsahu mezi 0,1 % a 5 % hmotnosti vyjádřené v sušině vůči celkové hmotnosti betonu, sraženina, oxidu křemičitého je do směsi přidána ve formě vodné suspenze, vodná suspenze

- obsahuje sušinu v rozsahu 10 až 40 % hmotnosti;

- má viskozitu nižší než 4.10“² Pa.s pro tvorbu střihů 50 s'¹;

- supematant této suspenze po centrifugací po dobu 30 min při 7 500 obr/min obsahuje více než 50 % celkového množství oxidu křemičitého přítomného v této suspenzi.

Dále podstatou vynálezu je betonová směs kde poměr 1/d vláken je větší než 200, maximální velikost Dmax zrnitých částic (b) je větší než 6 mm, zrnité částice (b) jsou písky nebo směsi písků, proseté nebo drcené, přednostně obsahující křemičité písky, zvláště křemenný prach, zrnité částice (b) jsou přítomny v množství 20 až 60 %, přednostně 25 až 50 % hmotnosti cementové základní hmoty, pucolány jako částice (c) s hydraulickou reakcí zahrnují prvky zvolené mezi sloučeninami oxidu křemíku, obzvláště křemičitý prach, polétavé popílky, a vysokopecní strusky.

Dále je podstatou vynálezu betonová směs, kde hmotnostní procento vody E vůči spojené celkové hmotnosti cementu (a) a pucolánů jako částic (c) s hydraulickou reakcí je v rozsahu 13 až

20 %.

Podstatou vynálezu je získaný beton, který je předem předpjatým betonem a předpětí betonu je dodatečné, získaný beton je odolný k přímému tahu silou nejméně 12 MPa, je odolný k ohybu ve 4 bodech lámacího modulu silou nejméně 25 MPa a je odolný ke stlačení silou nejméně

150 MPa.

Dále je podstatou vynálezu to, že betonová směs vykazuje energii lomu nejméně 2 500 J/m², po ztvrdnutí je beton podroben zrání při teplotě blízké pokojové teplotě, například 20 °C a to po dobu nutnou k získání žádaných mechanických charakteristik a po ztvrdnutí je beton podroben tepelnému zpracování mezi 60 °C a 100 °C při normálním tlaku, přičemž doba tepelného zpracování je od 6 hodin do 4 dnů, obecně 6 h až 72 h.

Výhodou předkládaného vynálezu je betonová směs obsahujícího zesilující kovová vlákna a vykazujícího zlepšené vlastnosti vzhledem k podobným betonům zhotoveným dřívější technolo50 gíí.

Pod zlepšenými vlastnostmi se rozumějí jak mechanické charakteristiky lepší než mají známé betony zesílené vlákny, tak charakteristiky nejméně shodné s charakteristikami známých betonů

-4CZ 301900 B6 zesílených vlákny, avšak dosažitelné v průmyslovém měřítku konstantním a reprodukovatelným způsobem.

Další výhodou je zvýšení úrovně zátěže při které se objevuje první poškození betonu, např. mik5 roskopické praskliny a takto rozšířit oblast použití betonu, totiž rozšířením lineární oblasti elastického chování betonu, zlepšení zpevnění betonu nad úroveň prvního poškození a to kontrolou vzniku makroskopických prasklin. Vynález tedy směřuje k rozšíření oblasti použití betonu nad úroveň prvního poškození a to tím, že je zlepšena tažnost betonu.

Výhodou je i zlepšení chování betonu jak s ohledem na objevení mikroskopických prasklin, tak s ohledem na šíření makroskopických prasklin a to synergickým efektem mezi cementovou základní hmotou a vlákny.

„Cementovou základní hmotou“ se rozumí cementové pojivo ztvrdlé vně kovových vláken.

Ještě dalším výhodou, zvláště důležitou pro získání betonových těles, která v důsledku jejich rozměrů nebo podmínek staveniště nemohou být podrobena působení teploty, je získání zlepšených podmínek oproti předchozím technologiím a zvláště při teplotách blízkých pokojové teplotě (20 °C) u betonu s mechanickými vlastnostmi přinejmenším totožnými s těmi, které lze získat jen za cenu teplotního zpracování v případě nej lepších známých betonů zesílených vlákny. Cementová základní hmota dovoluje zhotovit beton, který zahrnují všechny nebo část složek nutných pro přípravu této hmoty nebo betonu.

Všeobecně se vynález týká betonu složeného ze ztvrdlé cementové základní hmoty ve které jsou dispergována kovová vlákna, vycházejícího ze směsi zahrnující komponenty s výjimkou kovových vláken.

Díky nové koncepci granulámího skeletu a jeho vztahu k zesilujícím vláknitým prvkům toto řešení odpovídá problémům vyvstalým vzhledem ke kompromisu mezi mechanickými vlast30 nostmi a reologií.

Vlastnosti betonu připraveného podle vynálezu nejsou podstatně změněny, jestliže použijeme jako základní hmotu také granulámí prvky (b) o velikosti zrna sice větší než 2 mm, ale v poměru, který nepřesáhne 25 % objemu všech složek (a) + (b) + (c) + (e).

Přítomnost částic takové třídy zrnitosti v uvedeném poměru můžeme považovat za přísadu, která nemá vliv na mechanické vlastnosti materiálu za předpokladu že:

- velikost částic D50 celého souboru složek (a), (b), (c) a (e) je nejvýše 200 pm přednostně 150jum, a

- poměr R mezi střední délkou vláken L a velikostí částic D75 celého souboru složek (a), (b), (c) a (d) je nejméně 5, přednostně nejméně 10.

Velikostí částic D75 a D50 rozumíme velikosti otvorů síta přes které propadl materiál představující 75 % a 50 % celkového objemu částic.

Pevnost základní cementové hmoty má být přednostně nejméně 15 J/m² a ještě výhodněji nejméně 20 J/m².

Pevnost se vyjadřuje buď v termínech namáhání jako faktor intensity namáhání: Ke, nebo v ter50 mínech energie jako kritický faktor energie: Gc, s použitím formulí „Lineární Mechaniky Zlomu“.

Měřicí metody použité ke stanovení pevnosti cementové základní hmoty budou popsány níže v části popisů příslušných k příkladům.

-5CZ 301900 B6

Pevnost cementové základní hmoty je výsledkem přidání do cementové směsi složek (e) o průměrné velikosti nejvýše I mm, přednostně nejméně 500μπι, vystupujících ve formě jehlicovité nebo destičkoví té. Jsou přítomny v objemovém poměru v rádu 2,5 % až 35 %, přednostně v rozsahu 5 % až 25 % kumulovaného objemu granulám ích prvků (b) a prvků o puzzolanické reakci (c).

Řečené prvky, s ohledem na jejich funkci při zlepšení odolnosti základní hmoty, budou vyjmenovány níže v části popisu „zpevňující prvky“.

„Velikostí“ zpevňujících prvků se rozumí velikost jejich největších rozměrů (pro jehlovité prvky zvláště délka).

Může se jednat o přírodní i syntetické produkty.

Zpevňující zpevňující složky (e) jehlovitého tvaru mohou být voleny z vláken wollastonitu, vláken bauxitu, vláken mulitu, vláken titanátu draselného, vláken karbidu křemíku, vláken celulosy nebo jejích derivátů, uhlíkových vláken, vláken uhličitanu vápenatého, vláken hydroxyapatitu a jiných fosfátu vápníku nebo derivátů získaných rozbitím uvedených vláken a směsí uvedených vláken.

Přednostně jsou užívány jako ztužující prvky zpevňující složky (e), jejichž destičkovitý tvar, vyjádřený poměrem délky k průměru, je minimálně 3 a přednostně minimálně 5.

Vlákna wollastonintu dávají dobré výsledky. Přítomnost vláken wollastonitu v cementové základní hmotě vede k omezení mikropórozity. Tento překvapující jev je zvláště patrný pro betony, které zrály v teplotě 20 °C, tak jak je popsáno dále.

Zpevňující složky (e) ve tvaru destiček mohou být voleny mezi destičkami slídy, destičkami talku, destičkami smíšených silikátů (jíly), destičkami vermikulitu, destičkami oxidu hlinitého a smíšených hlinitanů a krém ič i tanu a směsí uvedených destiček.

Destičky slídy dávají dobré výsledky.

Je možno používat kombinace těchto různých forem nebo typu zpevňujících složek ve složení betonu podle popisu vynálezu.

Alespoň část těchto zpevňujících složek může mít na povrchu polymemí organickou vrstvu z latexu nebo z některé následující sloučeniny: polyvinylalkohol, silany, silikonáty, siloxanové pryskyřice, polyorganosiloxany nebo produkt reakce mezi (1) nejméně jednou karboxylovou kyselinou obsahující 3 až 22 atomů uhlíku, (2) nejméně jedním polyfunkčním aromatickým nebo alifatickým polyfunkčním aminem Či substituovaným aminem, obsahujícím 2 až 25 atomů uhlíku, a (3) zesíťujícím agens, které je vodorozpustným komplexem kovu a obsahuje alespoň jeden z těchto kovů: zinek, hliník, titan, měď, chrom, železo, zirkon a olovo; tento produkt je podrobněji popsán v patentové přihlášce EM-A~0.372.804.

Tloušťka této povrchové vrstvy může variovat mezi 0.01 pm a 10 pm, přednostně mezi 0,1 a 1 μπι.

Latexy mohou být voleny mezi styrén-butadienovými latexy, akrylátovými latexy, metakrylátovými latexy kabonylovanými a fosfoniovánými latexy. Je dávána přednost latexům se skupinami komplexujícími vápník.

Povrchová organická vrstva může být získána zpracováním zpevňovacích složek v přítomnosti některé z výše uvedených sloučenin ve fluidisačním loži nebo v mixeru typu FORBERG.

-6CZ 301900 B6

Přednost mají následující sloučeniny: polyorganosiloxan H240, siloxanové pryskyřice Rhodorsil 878, 865 a 1830 PX, Manalox 403/60/WS et WB LS 14, všechny uvedeny na trh spol. Rhodia chimie, silikonáty draslíku.

Tento typ zpracování je zvláště doporučován pro zpevňující složky, které jsou přírodního původu.

Co se týče kovových vláken, může se jednat o kovová vlákna vybraná mezi ocelovými vlákny s vysokou mechanickou pevností, vlákny amorfní oceli, či vlákny nerezové ocelí. Ocelová vlákna lze případně potáhnout neželezným kovem jako je měď, zinek, nikl ajejich slitiny.

Individuální délka I kovových vláken je nejméně 2 mm a pohybuje se přednostně v rozsahu 10 až 30 mm. Poměr 1/0, přičemž 0 je průměr vláken, je nejméně 20 mm a přednostně více než 200 mm.

Je možno použít vlákna o proměnlivé geometrii: mohou být zoubkovaná, zakroucená nebo s háčky na koncích. Je možno také měnit drsnost povrchu vláken a/nebo používat proměnlivý profil příčného průřezu; vlákna mohou být získávána jakoukoli vhodnou technikou včetně poplétání, nebo spojováním více kovových vláken do kabelu tvořícího provazec.

Množství kovových vláken je takové, že jejich objem ve ztvrdlém betonu je 4 %, přednostně 3,5 %.

Střední napětí v přilnavosti kovových vláken v cementové základní hmotě je optimálně alespoň 10 MPa, přednostně alespoň 15 MPa. Toto napětí se stanovuje extrakční zkouškou jednotlivého vlákna zalitého v bloku betonu, která je popsána dále.

Bylo pozorováno, že betony zhotovené dle vynálezu, které měly zároveň takovouto hodnotu napětí v přilnavosti vláken a vysokou pevnost základní hmoty, přednostně 15 J/m² měly nej lepší mechanické vlastnosti a to díky synergickému efektu mezi těmito dvěma parametry.

Úroveň přilnavosti vlákna v základní hmotě je možno kontrolovat řadou prostředků, které lze použít izolovaně nebo současně.

Podle prvního způsobu je možno získat přilnavost vláken a základní cementové hmoty úpravou povrchu kovových vláken. Tuto úpravu lze provádět přinejmenším jedním z následujících postupů:

- chemickým působením na vlákna;

- navázáním minerální sloučeniny na povrch vláken, obzvláště křemíku nebo kovového fosfátu.

Chemické působení lze provádět například vystavením kovových vláken kyselině a její následnou neutralizací.

Navázání křemíku lze získat kontaktem kovových vláken se sloučeninami křemíku jako jsou sílaný, silikonáty a křemičité zeminy.

Navázání fosfátu kovu je obecně získáno procedurou fosfatace, která představuje vystavení kovových vláken, předem mořených ve vodném roztoku fosfátu kovu, přednostně fosfátu hořčíku nebo zinku a následnou filtraci roztoku k oddělení vláken. Potom jsou vlákna promyta, neutralizována a znovu promyta. Oproti obvyklému postupu fosfatace nejsou získaná vlákna podrobena namaštění; naproti tomu je možno vlákna případně impregnovat aditivem a to buď pro získání antikorosní ochrany nebo pro ulehčení jejich aplikace do cementového prostředí. Fosfataci je možno dosáhnout také obalením nebo nastříkáním roztoku fosfátu kovu na vlákna.

-7CZ 301900 B6

Je možno použít všechny typy procedury fosfatace, v této věci je možno se obrátit k postupům popsaným v Článku G. Lori na s názvem: „La phosphatation de Métaux“ (fosfátování kovů) (1973), Ed. Eyrolles.

Podle druhého způsobu je napětí v přilnavosti vláken v základní cementové hmotě možno získat tak, že do směsi dodáme nejméně jednu následující sloučeninu: sloučeniny oxidu křemičitého obsahující hlavně oxid křemíku, vy srážený uhličitan vápenatý, polyvinylalkohol ve vodném roztoku, latex, nebo směs těchto sloučenin.

Co do sloučeniny oxidu křemičitého obsahujícího hlavně tento oxid křemičitý zde rozumíme syntetické produkty vybrané mezi sraženinami oxidu křemičitého, zeminami s oxidem křemičitým, oxidy křemíku z pyrogenace (typ Aérosíl), siliko-alumináty jako například Tixosil 28 uvedený na trh firmou Rhodie Chimie, nebo produkty typu jílu, přírodního nebo derivátů: například smektity, silikáty hořčíku, sepiolity, montmorillonity.

Přednostně je používán některý srážený oxid křemičitý.

Co se týče sráženého oxidu křemičitého rozumí se oxid křemičitý získaný srážením při reakci alkalického silikátu kovu s kyselinou, obecně anorganickou, při pH adekvátním přecipitačnímu prostředí, obzvláště v basickém, neutrálním či slabě kyselém pH; způsob přípravy oxidu křemičitého může být různý, přidání kyseliny do silikátového sedimentu, současné úplné nebo částečné dodání kyseliny nebo silikátu k vodnému sedimentu nebo sedimentu ze silikátového roztoku, atd... a je zvoleno podle toho, který typ oxidu křemičitého chceme získat; po etapě srážení obecně následuje etapa oddělení oxidu křemičitého od reakčního směsi všemi známými prostředky jako je například filtrace tlakem nebo filtrace podtlakem; tím se tedy získá filtrační koláč, který je v případě nutnosti promyt; tento koláč je možno po případném rozdělení vrstev usušit všemi známými prostředky zvláště atomizací a potom případně rozbít a/nebo aglomerovat.

Obecně je množství vneseného sráženého oxidu křemičitého mezi 0,1 % a 5 % hmotnosti suché hmoty vůči celkové hmotnosti betonu. Nad 5 % je možno při přípravě obvykle pozorovat Theologické problémy.

Srážený oxid křemičitý je do směsi vnášen přednostně ve formě vodné suspenze. Může se konkrétně jednat o vodnou suspenzi obsahující:

- 10 až 40 % suché hmotnosti;

- viskozitu nižší než 4.10“² Pa.s pro smykové namáhání 50 s”¹;

- množství oxidu křemičitého obsaženého v tekuté fázi zmíněné suspenze větší než 50 % celkového oxidu křemičitého obsaženého v suspenzi a to při centrifugaci při 7 500 obr/min po dobu 30 min.

Tato suspenze je podrobněji popsána v patentové přihlášce WO-A-96/01787, Suspenze oxidu křemičitého Rhoxima CS 60 SL uvedená na trh spol. Rhodia Chimie je pro tento typ betonu zvláště vhodná.

Cement (a) ve směsi dle předkládaného vynálezu je nejlépe Portlandského typu, jako jsou cementy Portland CPA PMES, HP, HPR, CEMIPMES, 52,5 nebo 52,5R nebo HTS (HTS = vysoký obsah oxidu křemičitého).

Zrnité prvky (b) jsou v podstatě písky nebo směsi písků, přesáté nebo drcené, které mohou přednostně obsahovat křemité písky, obzvláště křemenný prach.

Maximální velikost zrna Dl 00 nebo Dmax těchto prvků je přednostně větší než 6 mm.

-8CZ 301900 B6

Tyto zrnité prvky jsou obecně přítomny v množství 20 až 60 % hmotnosti cementové základní hmoty, nejlépe 25 až 50 % hmotnosti této hmoty.

Pucolány, jako látky s hydraulickou reakci (c) vykazují velikost elementárních částic nejméně 0,1 pm a nejvíce 1 μτη, přednostně nejvíce 0,5 μνη. Mohou být zvoleny mezi křemičitými sloučeninami jako je křemičitý prach, polétavé popílky, vysokopecní strusky a deriváty jílů jako je kaolin. Oxid křemičitý má být raději ve formě křemičitého prachu, pocházejícího z průmyslu zpracování zirkonu než křemičitého prachu pocházejícího z průmyslu zpracování křemíku.

Hmotnostní poměr vody v cementu který je v betonářské technice konvencí, může být proměnlivý při použití náhražek cementu, obzvláště pucolánů s hydraulickou reakcí. Pro potřeby předloženého vynálezu byl tedy definován váhový poměr množství vody E vůči kumulované hmotnosti cementu a pucolánů. Takto definován je tento poměr v rozsahu okolo 8 % až 24 %, přednostně asi mezi 13 a 20 %. V popisu příkladů však bude používán výraz poměr vody k cementu E/C.

Směs podle předkládaného vynálezu obsahuje rovněž nejméně alespoň jedno dispergační činidlo. Obecně je touto disperguj ící složkou ztekucující látka. Tato ztekucující látka může být může být vybrána z: lignosulfonátů, kaseinu, polynaftalénů - obzvláště polynaftalén sulfonátů alkalických kovů, polykarboxylátů alkalických kovů a vázaných polyoxidů ethylenu. Obecně směs podle předkládaného vynálezu zahrnuje 0,5 až 2,5 hmotnostních dílů ztekucující částice na 100 hmotnostních dílů cementu.

Z ostatních aditivů je možno přidat do směsi podle předkládaného vynálezu například odpěňovadlo. Je možno použít odpěňovadla na bázi polydimetyl siloxanů nebo propylen glykolu.

Mezi těmito agens je možno uvést zvláště silikony ve formě roztoku, pevné látky a přednostně ve formě pryskyřice, oleje nebo emulse, přednostně vodné. Zvláště vyhovují silikony obsahující motivy M (RSiO 0,5) a D (R²SiO). V těchto vzorcích radikály R, totožné nebo různé, jsou voleny hlavně mezi vodíkem a alkylovými deriváty s 1 až 8 atomy uhlíku, přednost má methylový radikál. Počet opakujících se jednotek je přednostně 30 až 120.

Množství takových agens ve směsi je obecně nanejvýš 5 hmotnostních dílů na 100 dílů cementu.

Všechny velikosti částic jsou měřeny pomocí TEM (transmisní elektronový mikroskop) nebo REM (rastrovací elektronový mikroskop).

Základní hmota může obsahovat ještě další ingredíencie za podmínky, že tyto nebudou rušit očekávané vlastnosti betonu.

Beton lze získat všemi postupy známými odborníkům, zvláště smícháním pevných složek s vodou, aplikací do formy odléváním, litím, injektováním, pumpováním, extrusí, kalandrováním a následným tuhnutím.

Pro přípravu betonu například smícháme částice základní hmoty a zesilující vlákna s adekvátním množstvím vody.

Je výhodné dodržovat následující postup míšení:

- míšení práškovitých složek základní hmoty (například 2 minuty);

- přidání vody a části příměsí, například poloviny;

- míšení (například 1 minuta);

- přidání zbytku příměsí;

- míšení (například 3 minuty);

- přidání zesilujících vláken a dodatečných složek;

-9CZ 301900 B6

- míšení (například 2 minuty).

Beton je podroben zrání mezi 20 °C a 100 °C po dobu nutnou k získání žádaných mechanických vlastností.

Bylo překvapivě zjištěno, že zrání při teplotě blízké pokojové poskytuje dobré výsledky a toto díky výběru složek betonové směsi.

V tom případě necháváme zrát beton například při teplotě kolem 20 °C.

Zrání může rovněž zahrnovat tepelné působení mezi 60 a 100 °C při normálním tlaku na ztvrdlý beton.

Získaný beton může být obzvláště podroben tepelnému působení mezi 60 a 100 °C po dobu 6 hodin až 4 dnů s optimální dobou trvání v řádu 2 dnů a začátkem působení po konci ztuhnutí směsi nebo alespoň 1 den po začátku tvrdnutí. Všeobecně dostačují délky působení mezi 6 hodinami a 72 hodinami a to v rozsahu výše uvedených teplot.

Tepelné působení se provádí v suchém nebo mokrém prostředí nebo v cyklech ve kterých alternují tato dvě prostředí, například 24 hodin v mokrém prostředí a potom 24 hodin ve vlhkém prostředí.

Tepelné působení se provádí na betony jejichž tvrdnutí skončilo, přednostně staré alespoň 1 den a ještě lépe staré nejméně okolo 7 dnů.

Přidání křemenného prachu může být užitečné, jestliže je beton podrobován výše uvedenému tepelnému působení.

Beton může být napnut předpětím adherovanými dráty nebo adherovanými provaze i vláken či dodatečným napnutím namaštěnými neadherovanými táhly nebo opouzdřenými kabely či tyčemi, přičemž kabel je tvořen svazkem drátů neboje složen zjejich provazců.

Popsaná operace napnutí buď předpětím nebo dodatečným napnutím je zvláště vhodná pro výrobky z betonu popsaného v přihlášce vynálezu.

Ve skutečnosti mají kovové kabely používané pro napnutí vždycky vysoké a špatně využívané odpory ktahu, protože křehkost základní hmoty, ve které jsou uloženy, nedovoluje optimizovat rozměry strukturních prvků z betonu.

Bylo dosaženo pokroku v používání betonů vysoké kvality; v případě beto nu podle předkládaného vynálezu je materiál homogenně zesílen kovovými vlákny, což mu dává vysoké mechanické pevnosti zároveň s pružností. Napnutí tohoto materiálu kabely nebo provazci, provedené jakýmkoli způsobem, je tedy využíváno téměř úplně, což vede k prvkům z napnutého betonu, velmi odolným k tahu a ohybu a tedy optimizovaným.

Dosažené zmenšení objemu způsobené tímto zvýšením mechanických odporů může mít za výsledek velmi lehké prefabrikované prvky. Následkem toho je tedy možno získat betonové prvky vysoké nosnosti a lehce transporto vatě lne díky své lehkosti; to je zvláště vhodné pro zhotovení velkých prvků u kterých je namáhání dodatečným napnutím často používáno. Uvedené řešení poskytuje právě takovému typu staveb příhodné časové úspory co do montáže a celkového trvání stavby.

Navíc pri tepelném působení snižuje použití namáhání předpětím ČÍ dodatečným napnutím podstatně hodnoty smršťování.

-10CZ 301900 B6

Tato vlastnost je obzvláště vyhledávána a soubor výše uvedených výhod ve spojení s malou propustností produktu, velmi výhodnou pro trvanlivost a dlouhodobou údržbu výrobků, znamená možnost nahradit jím ocelové výrobky.

Druhy betonů, vyrobené podle přihlašovaného vynálezu, mají odolnost k přímému tahu Rt nejméně 12 MPa.

Mohou rovněž vykázat odolnost k ohybu ve 4 bodech, Rf, nejméně 25 MPa, odolnost ke stlačení Rc nejméně 150 MPa a zlomovou energii nejméně 2500 J/m².

Vynález se týká rovněž cementové základní hmoty určené k získání a zprovoznění betonu s výše definovanou základní hmotou.

Vynález se konečně týká předběžných směsí obsahujících všechny nebo některé ze složek nutných pro přípravu betonu ze základní hmoty definované výše.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je grafickým znázorněním ohybových zkoušek s hodnotami zátěže (v MPa) na ose y a s hodnotami ohybu (v mm) na ose x pro vzorky betonu s poměrem E/C = 0,24 a po zrání při 20 °C a to jednak s wollastonitem (křivky 12.1, 12.2, 12.3) a bez wollastonitu (křivky 11.1, 11.2, 11.3).

Obr. 2 je grafickým znázornění analogické s Obr. 1, ale pro vzorky betonu stejného složení po zrání při 90 °C: křivky 10.1, 10.2, 10.3 s wollastonitem a křivky 9.1,9.2,9.3 bez wollastonitu.

Obr. 3 je grafické znázornění tahových zkoušek vzhledem k neopracovaným ocelovým vláknům, s poměrem E/C = 0,20 a po tepelném zpracování při 20 °C a to se sráženým oxidem křemičitým (křivky 20.1, 20.2, 20.3) a bez něj (křivky 20.4, 20.5).

Obr. 4 je grafické znázornění ohybových zkoušek tří vzorků s poměrem E/C = 0,25 po tepelném zpracování při 90 °C a to jednak pro kovová vlákna povrchově opracovaná (křivky 16.1 a 16.2) a neopracovaná (křivka 15.1). Na ose y jsou vyneseny hodnoty ohybové zátěže (MPa) a na ose x hodnoty ohybu (v mm).

Obr. 5 až 7 představují pórozitu vzorků betonu stanovenou technikou pronikání rtuti: na ose y jsou kumulované objemy (v ml/g) a na ose x je vynesen průměr pórů (v mikrometrech).

Obr. 5 odpovídá vzorku betonu (příklad 1) který zrál při 20 °C.

Obr. 6 odpovídá vzorku betonu (příklad 2) který zrál při 90 °C.

Obr. 7 odpovídá vzorku betonu obsahujícího wollastonit (příklad 3), který zrál při teplotě 20 °C.

Obr. 8 je grafickým znázorněním analýzy ²⁹Si technikou nukleární magnetické resonance v betonu podle předloženého vynálezu a obsahujícího wollastonit po zrání při 20 °C (křivka 23), ve srovnání se dvěma stejnými betony o stejném složení, ale bez wollastonitu, z nichž jeden byt tepelně zpracován při 90 °C (křivka 22) a druhý při 20 °C (křivka 24). Je patrné, že křivky 22 a 23 se liší málo co se týče maxim Q2. Tato maxima, která se vztahují ke dvojným vazbám radikálů SiO₄ jsou intensivnější, jestliže jsou řetězce hydrátů (hydroxidů) delší. Je tedy možno učinit závěr, že přidání wollastonitu dovoluje získat při 20 °C prodloužení řetězce hydrátů (hydroxidů) stejného řádu jako je tomu při zpracování při 90 °C u směsi bez wollastonitu.

- 11 CZ 301900 B6

Obr. 9 je grafickým znázorněním zkoušek adheze ocelových vláken s upraveným nebo neupraveným povrchem. Na ose y jsou vyneseny hodnoty síly trhání (kN) a na ose x jsou hodnoty posunu vlákna (v mm).

Obr. 10 je grafickým znázorněním zkoušek adheze ocelových vláken o různém průměru. Na ose y jsou vyneseny hodnoty trhací síly (kN) a na ose x hodnoty posunu vlákna (v mm).

Obr. 11 je grafickým znázorněním zkoušek adheze ocelových vláken různé délky zakotvených v betonu dle popsaného vynálezu. Na ose y jsou vyneseny hodnoty zátěže při zániku kohese io (MPa) a na ose x hodnoty délky zakotvení (v mm).

Obr. 12 je grafickým znázorněním ohybových zkoušek betonu dle popsaného vynálezu v přítomnosti a nepřítomnosti odpěňovadla. Na ose y jsou hodnoty zátěže (MPa) a na ose x jsou hodnoty průhybu (v mm) pro vzorky betonu s poměrem E/C = 0,24.

Obr. 13 ukazuje granulometrické křivky* součtu složek (a) + (b) + (c) + (d) pro různé betony podle popsaného vynálezu.

Obr. 14 a 15 ukazují vlastnosti betonů s různými granulometrickými poměry.

Obr. 16 je grafickým znázorněním uplatnění jevu synergie mezi přítomností adherovaných vláken a základní hmotou o vysoké pevnosti.

Bude ještě pozorováno, že důležitá charakteristika popisovaného vynálezu dovoluje získání beto25 nů s vylepšenými vlastnostmi a presto obsahujících nižší množství kovových vláken, než je obsahovaly dříve popisované technické návrhy. Podle vynálezu ve skutečnosti dostačují množství kovových vláken menší než 4 %, přednostně 3,5 % objemu betonu po ztuhnutí a toto množství může klesnout až na 2 % objemu betonu po ztuhnutí, jak to ukazují výše uvedené příklady, k tomu aby byly získány betony se zlepšenými mechanickými vlastnostmi. Tento překvapující efekt je pokud známo způsoben výběrem složek betonu a jejich vzájemných poměrů v jeho směsi.

Příklady provedení vynálezu

Složky

Proto aby měla provedená srovnání plnou platnost, byly v příkladech použity totožné částice následovně uvedené:

Portlandský cement (a): o vysokém obsahu oxidu křemičitého, typ HST, pocházející ze společnosti SIFRACO (FRANCE).

Písek (b): křemenný písek BE31 Společnosti SIFRACO (FRANCE)

Křemenný prach (b): kvality C400 s 50 % zrn menších než 10 mikronů dodaný společností SIFRACO (FRANCE) nebo kvality C500 s 50 % zrn menších než 5 mikronů dodaný stejnou společností SIFRACO (FRANCE).

Průhledné křemičité sklo (c): mikroskopický oxid křemičitý pocházející z výrobního procesu zirkonu, typu „MST“ s povrchem „BEP‘ 18 m²/g pocházející od Společnosti SEPR (FERANCE). Zpevňující prvky jehlovitého tvaru (e): Wollastonite (CaSiO³).

Použitý výrobek je komercializován Společností NYCO: NYCO minerals lne., Wilsboro, N.Y. 55 USA, pod označením NYAD G., jehož charakteristiky jsou:

- 12CZ 301900 B6 velikost:

- faktor tvaru:

- granulometrie = 300 mikronů průměrně (50 mikronů až 500 mikronů) d = 20 mikronů 1/d = 15 <100 US Mesh (%): 99 <200 US Mesh (%): 87 < 325 US Mesh (%): 65

- specifická hustota: 2,9

Zpevňující prvek typu „drceného“ Wollastonitu (e):

Použitý produkt je WollastonitNYCO 1250.

Wollastonit NYCO 1250 má střední velikost částice 8 mikronů, s faktorem tvaru (1/d) rovným 3 a velikostí částic:

< 20 mikronů (%): 100 < 10 mikronů (%): 96

Zpevňující prvky destičkové (e): slída (Muscovite: hydratovaný silikát At a K)

Použitý produkt je komercializován Společností KAOLINS D ARVOR, F 56270 Pleoemeur, France, pod názvem Micarvor MG 160, jehož charakteristiky jsou:

- velikost: = v průměru 75 mikronů (10 mikronů - 200 mikronů)

- tloušťka destiček: několik mikronů

- granulometrie: < 0,160 mm (%): 98 < 0,040 mm (%): 30

- specifická hustota: 2,75

Pomocné přísady:

- dispergační činidlo (d) tekuté X 404 dodávané Spoi. MAPE1 (ITÁLIE) nebo SSP104 vyráběné společností TAKEMOTO OIL (JAPAN) a distribuované Spoi. MITSUBISHI nebo činidlo OPTIMA 100 vyráběné a distribuované Spoi. CHRYSO.

- dispergační činidlo práškovité RHOXIMAT B36 uvedené na trh RHODIA CHIMIE; odpěňovadlo RHOXIMAT 6352DD uvedené na trh Spoi. RHODIA CHIMIE; křemičitý prach RHOXIMAT CS90SL uvedené na trh Spoi. Rhodia CHIMIE.

Vlákna: Kovová vlákna jsou vlákna z oceli o délce 13 mm, průměru 200 mikronů a odolnosti k prasknutí v tahu = 2 800 MPa, dodávané SpoL BEKAERT (Belgie). Pokud jsou použita, jsou přidána v množství 2 % objemu nebo ve hmotnostním poměru k cementu rovnajícím se 0,222. Příprava betonových zkušebních prvků

V uváděných případech je výrobní postup těchto zkušebních prvků založen na použití míchacího zařízení o vysoké turbulenci s rotací nádoby, typu EIRICH R02 o objemu 75 litrů nebo míchačka se slabým střihovým namáháním typu HOBART nebo PERRIER.

Hodnota pohlceného vzduchuje v průměru nižší než 3,5 %.

Zrání

Pro testy byly použity dvě metody zpracování ztvrdlého betonu, jednou bylo zrání při 20 °C a druhé bylo tepelné zpracování při 90 °C.

-13CZ 301900 B6

Zrání při 20 °C: Testované kusy jsou vyjmuty z formy za 48 hodin po odlití. Potom jsou uloženy do vody při 20 °C po dobu nejméně 14 dnů. Kusy jsou opracovány (pokud je to podle druhu testu nutné) 26 dní po odlití a test je realizován 28 dní po odlití.

Tepelné zpracování při 90 °C: Testované kusy jsou vyjmuty z formy za 48 hodin po odlití. Potom jsou podrobeny tepelnému zpracování, které spočívá v jejich uložení při 90 °C ve vlhkém vzduchu a potom 24 hodin v suchém vzduchu. Případné opracování se provede 6 dnů po odlití a test je proveden nejdříve na sklonku 7 dnů po odlití.

Měření

Měření se týkají mechanických charakteristik základní hmoty, hlavně její pevnosti a mechanických charakteristik finálních materiálů obsahujících kovová vlákna a to co se týče ohybu, tahu a tlaku.

Zkoušky jsou prováděny s testovanými kusy jejichž rozměry odpovídají měřicímu zařízení.

Pevnost

Metody měření odolnosti základní cementové hmoty jsou následující:

Testy jsou prováděny ohybem ve 3 bodech a to na vrubovaných hranolech 40x40x250 mm nebo 70x70x280 mm, tedy na vzorcích s geometrií SENB (Procedura ASTM - E 399-83). Na těchto hranolech je za sucha provedeno vrubování o profilu tvaru v a to pomocí frézky s diamantovým kotoučem (přesný disk s kontinuálním okrajem). Relativní hloubka zářezů je 0,4 (a: hloubka zářezu, w: výška vzorku).

Kritický faktor intensity namáhání Kc je získán na základě zatížení nutného pro vznik prasknutí F a z délky praskliny v bodu nestability (test kontroly posunu, při IO^-2 mm/s, na universálním měřicím zařízení SCHENCK).

Kc = (3 Fl/2 dw²) · VaY kdy:

I představuje úsečku mezi tlakovými body (ohybová vzdálenost) = 200 mm, d a w jsou hloubka a výška vzorku, a je délka zářezu v okamžiku prasknutí,

Y je rozměr tvaru, který závisí na délce praskliny (a = a/w). V tříbodové flexi je přednostně užíván následující parametr Y (SRAWLEY, J.E., International Journal of Fracture (1976), sv. 12, str. 475 a 476):

Y= 1,99-α(1-α)(2.15-3,93α+2,7α²)/(1 + 2α)(1-α)^3/2

V případě nelineárního chování odpovídá síla F, použitá pro odhad pevnosti, konci lineární části diagramu vyjadřujícího poměr síly/posunu; bod nestability tedy odpovídá počátku praskliny.

Kritickou hodnotu deformační energie Gc můžeme získat z křivek vyjadřujících poměr síly/posunu za podmínky, že vyloučíme příspěvky způsobené parasitními deformacemi a jestliže vyjádříme rozptýlenou energii v hodnotách průřezu ligamentu: (w-a) x d.

Při rovinné deformaci existuje mezi Kc a Gc jednoduchý vztah:

- 14CZ 301900 B6

G_c = Kc²(I—υ²)/Ε

E je modul elasticity, υ představuje Poissonovský koeficient.

E získáme experimentálně vibrací hranolovitého vzorku opřeného ve dvou bodech, na základě základní energie (metoda GRINDOSONIC)

Adheze

Co se týče adheze kovových vláken v základní cementové hmotě, je hodnota zatížení určována zkouškou vytržení jediného vlákna zalitého do betonového bločku.

Testy byly provedeny na kontinuálním ocelovém drátu o průměru d 200 pm.

Pokud jsou dráty upravovány, byly předem pečlivě odmaštěny (alkohol/aceton) a následně leptány (zředěnou kyselinou chlorovodíkovou). Potom je provedeno moření typu fosfátování (manganové nebo zinkové fosfátování). Obzvláštní péče je věnována dokončení: neutralizaci, promytí a usušení.

Dráty jsou zality do bločků betonu o rozměru 4x4x4 cm. Jeho složení je stejné jako u zkušebních vzorků podrobených mechanickým zkouškám (ohyb, komprese, trakce: poměr voda/cement je určen na 0,25.

Dráty zalité v délce 10 mm jsou vytrženy pomocí universálního zkušebního stroje (SCHENK.) a to při rychlosti 0,1 mm/min.

Vynaložená síla je měřena přizpůsobeným senzorem síly a pohyb drátu (vůči vzorku) je měřen senzorem extenzometru.

Průměrná hodnota adheze je stanovena pomocí následujícího zjednodušeného vzorce:

τ<( = F max/πΦΙβ kde Fmax je nejvyšší změřená síla, Oje průměr drátu a l_e je délka zalitého úseku drátu.

Odolnost k přímému tahu: Rt

Jedná se o hodnotu získanou pri přímém tahu na vzorky tvaru činky (piškotu) vyrobené z hranolů 70x70x280 mm, s užitečným průřezem 70x50 mm ve výšce 50 mm. Vzorky jsou pečlivě vyrovnány a připevněny na zkušebním rámu (UTS) s jediným stupněm volnosti:

R_t = Fmax/70 x 50 kde Fmax je maximální síla v N (vrcholek) pro zlom v rámci centrální části 70 x 50 mm. Připevnění vzorku do čelistí přístroje se provede nalepením a stažením Šrouby.

Odolnost k ohybu: Rf

Rf je veličina získaná pri ohybu ve 4 bodech na hranolovitých vzorků 70x70x280 mm připevněných na kulovitých dotykových prvcích podle normy NFP18-411 a NFP 18-409 a ASTMC 1018.

Rf= (3/2) , Fmax (l—T)/dw²

-15CZ 301900 B6

Kde Fmax představuje maximální sílu N (vrcholek), 1 = 210 mm a Γ = 1/3 a d=w=70 mm.

Odolnost ke stlačení: Rc

Reje veličina získaná při přímém stlačení rektifíkovaného válcovitého vzorku (průměr 70 mm/výška 140 mm).

Rc = 4 F/πό² to kde F představuje sílu při prasknutí; d představuje průměr vzorků (70 mm).

Energie zlámání: Wf

Wf je hodnota získaná stanovením celkové plochy pod křivkou vyjadřující poměr síla/průhyb, během zkoušek ohybu ve 4 bodech na hranolech 70x70x280 mm. Změřený průhyb je korigován za účelem určení skutečného posunu vzorku.

Wf=ZF8c/dw

Kde F je uplatněná síla, óc je skutečný posun (korigovaný průhyb) a dw je řez vzorkem.

Příklady 1 až 17: vliv zpevňujících prvků (e)

Za účelem srovnávání byly prezentovány výsledky získané s betony, ve kterých byly měněny poměry obsahu složek směsi a, pro některé z nich, jestliže v nich byly vynechány určité částice, jako například vlákna, byly výsledky prezentovány tak, aby vynikly překvapující výhody získané použitím kombinace složek směsi betonu dle předloženého vynálezu.

Výsledky příkladů 1 až 17 byly shromážděny v následující Tabulce I, která ukazuje složení vzorků zhotovených betonů a jejich jednotlivé parametry.

Množství zesilujících prvků (e) je uvedeno v objemových procentech vůči kumulovanému obje35 mu granulám ích prvků (b) a prvků s puco lan ickou reakcí (c).

Množství dalších složek betonu (a, b, c, přísad, voda) jsou vyjádřeny ve váhových dílech.

Přísada použitá v příkladech 1 až 17 je dispergační činidlo.

Použitý písek je typu BE31 a jeho distribuce zrnitostí je uvedena v příkladu 24.

-16CZ 301900 B6

Tabulka I

m CM ©

g rn ©’

§ ©

©

©

<n xř

0,015

© m CM ©

©

CM

g

O\ CM

tT m

-

m CM

g

0

©

©

o m

m

© m

©

CM

g

CM

MD CM

m

rn

χ,

©

CM

O

O

-Γ

©

©“

V)

wn CN

s

©

©

©

O m

© *C|

CM

©

g

<N t—»

Ch

m

m

©

CM^

o

O“

wl

O

o

<n

O

©

©

©

W~i

>n

©

CM

©

g

M·

CM

O

CM

1—M

0

CM

CM

m

ΓΠ

CM

CM

O

m

O

0

θ'

cT

θ'

rn

wn

©

©

©

O

©

ví

o

CM

O

g

a\

cm

©

m

©

<*M

m

rn

©n

rn

O

θ'

©

θ'

ťM

-

m CM

g

0

©

©

*Cl

m

O ^4-

CM

©

s

© CM

in CM

<*>

m

CM

CM

©

cM

©'

©“

©“

0“

O*

—

W1 CM

g

O

©

©

© m

CM

$

CM

O

g

0 e—4

ι/γ 00

m

m

©

CM

r**

0'

o~

--

θ'

©‘

0

w-i CM m

g m

©

©

«Λ CM

o CM ©

O 'ř (N

CM

g

Γ- CM

oď CM

©, rn

m 0 00

O

θ'

©“

·

θ'

o

r-l

σ*

«η CM rn

g m

©

©

©

© rn

© ©

CM

g

©

rn »—« CM

00 θ'

rn cm 00

θ'

©

o

©

00

W)

0

O

©

©

O

©

©

©

g

CM

V)

O\

CM

«Λ

r—M

m

m

f-H

ΓΜ

©

CM

0

©

O

^-T

o

θ'

r-

m CM

g

s

O CM

©

•Γ»

© CM

g

©

g

CM CM

m

CO

Λ

CM

CM

©

m

©

o“

θ'

©

©“

©

ό

v>

©

o

©

©

on

©

©

©

©

w-1

cm

©

cm

wn

CM

m

m

<N

©

CM

O

0

o

©

<n

—

m CM

g

g

©

©

© m

0 CM

©

©

g

m

m

rn

m

e

©Λ

CM

©*

cT

©

·—'

o

θ'

<9

1Λ CM

g

g

O

0

0 r-

0 CM

O c~

©

g

s

rn

MO

!»

m

rn

m

©^

©

CM

©

o“

©

©

θ'

©*

CM

ί*ϊ

m

g

O

©

©

O

©

©

O

©

O

<O

CM

c-

CM

c-

CM

CM

MO

m

O

©^

CM

o“

©

©~

©

M

«Λ CM m

g m

O

O

©

© m τζ

© O

g CM

©

g

O

<n

C' o

CM 00 CN

©“

O

—

O

©

wM

«Λ

Q

O

©

©

©

©

O

O

O

O

Ό

CM m

8

m

©

© CM

CM

cG

©

©

©

©*

U 0

_a

0

ΧΛ 3

CA

a1

. _.

O W

§

a

5

a

a

O

8

i

*Si

g

1 i 0 OJ

3 w a § v 0 £ 3 a s

O 3 aa '§ £

g ua w Λ ba o. ->> »3 1

s 1 1 ·? i

í

3 a 1 i 1 u

3 g

£ a jg 5 ;a >3 a KJ 6 8, (A

3 e

δ et 5 Mi a Sř 2 a a 41

§ δ ? a s

1 'a Ϊ J 41 fl

□ 3 6

'ei a s i u 1λ

¢2 S .c « > X!

JS w í

04

a

3Í

0

(C

Q

>

Z

□

a

Z

z

referenční a rovné jednomu hmotnostnímu dílu, toto však mimo vlákna která, pokud jsou přítomna, jsou udávána jako procento celkového objemu směsi. D50 = 75 μπι a D75 = 350 gm.

-17CZ 301900 B6

Komentář k Tabulce 1

Srovnání příkladu 1 a 2 (vzorky bez wollastonitu) s příklady 3 a 4 (vzorky se 17 % jehlovitého wollastonitu) ukazuje, že u betonu bez kovových vláken se pevnost téměř zdvojnásobila. Podobné výsledky získáme srovnáním příkladu 5 (vzorek bez wollastonitu) a příkladem 6 (vzorek s 10 % jehlovitého wollastonitu) opět pro beton bez vláken. Toto zlepšení pevnosti (přidáním wollastonitu) záleží na kvalitě a druhu cementu.

Pevnost betonu s kovovými vlákny bez wollastonitu je 10J/m² (příklad 9) a jestliže inkorporujeme 10% wollastonitu vzrůstá odolnost na 27J/m² (příklad 10).

Celková energie zlomuje výsledkem kumulativního účinku energie spotřebované základní hmotou (odolnost Gc) a energie rozptýlené kovovými vlákny.

Je možno konstatovat, že přítomnost zpevňujících jehlovitých prvků, zvláště wollastonitu, v obzvláště málo porésní cementové základní hmotě zvyšuje přenos sil mezi vlákny a betonem a tím dovoluje díky jevu synergie zvolit optimální poměr vláken, která jsou přidávána v malých množstvích vůči množství betonu a tím zlepšovat tažnost materiálu.

Tato kombinace porózity cementové základní hmoty, jehlovitých nebo destičkovitých zpevňujících částic a kovových vláken přítomných v poměru k betonu v malých množstvích, vytváří důležitou a původní charakteristiku předkládaného vynálezu.

An izotropní zpevňující prvky hrají také důležitou roli v kontrole tvorby mikroskopických prasklin a přenosu tlaků mezi základní hmotou a kovovými vlákny. Je rovněž konstatováno zlepšení mechanických charakteristik materiálu v ohybu, tahu a stlačení.

Použití destičkovitých zpevňujících prvků typu slídy (příklad 7) rovněž zřetelně zlepšuje pevnost.

Použití zpevňujících prvků typu drceného wollastonitu (příklad 8) působí příznivě na pevnost základní hmoty, ale v menší míře než použití jehlovitého wollastonitu.

Zavedení jehlovitého zpevňujícího prvku vede k signifikantnímu zvýšení pevnosti; toto zvýšení je menší, jestliže faktor jehlovitosti (nebo velikost) klesá.

Podobná pozorování je možno učinit i pro jiné mechanické charakteristiky. Takto zlepšuje použití jehlovitého wollastonitu ohybový odpor: srv. příklady 11 (bez wollastonitu) a 12 (s jehlovitým wollastonitem). To platí také pro zpevňující prvky typu slídy: srv. příklady 13 (bez slídy) a 14 (se slídou).

Obecně má tepelné zpracování při 90 °C kladný účinek na ohybový odpor, který se jím zvyšuje.

Ohybový odpor však roste i po přidání jehlovitého wollastonitu a při zrání ve 20 ° (příklad 12 srovnaný s příkladem 11, který ukazuje směs bez wollastonitu).

Přidání jehlovitého wollastonitu podstatně zlepšuje odolnost ktahu při zrání ve 20 °C jakož i při zrání v 90 °C: v tomto smyslu je možno srovnat příklady 11 a 15 bez jehlovitého wollastonitu (kontrola) s příklady 12 a 17 týkajícími se 10 % jehlovitého wollastonitu.

U betonu obsahujícího vlákna je možno konstatovat zlepšení vnitřní odolnosti k přímému tahu v průměru o 25 % a to díky přidání wollastonitu.

Ve všech příkladech jsou hodnoty odolnosti ke stlačení vyšší než 150 MPa pro ty směsi betonu, u kterých jsou hodnoty E/C nižší než 0,27.

-18CZ 301900 B6

Přidání jehlovitého wollastonitu nadto zlepšuje pravidelnost průběhu mechanických charakteristik betonů.

Tato výhodná vlastnost je ilustrována křivkami Obr. 1, které reprezentují dříve uvedené ohybové zkoušky tří vzorků betonů, obsahujících vlákna (E/C = 0,24, zrání při 20 °C) totožné ve všech bodech mimo přítomnosti nebo nepřítomnosti zpevňujících prvků typu jehlovitého wollastonitu. Směsi bez wollastonitu, odpovídající příkladu 11, poskytují podstatně posunuté křivky distribuce hodnot (křivky 11.1, 11.2. 11.3), což odpovídá značnému rozptylu hodnot ohybu. Naproti tomu u směsí obsahujících wollastonit, například 10% jehlovitého wollastonitu podle příkladu 12, jsou tři získané křivky (12.1, 12.2, 12.3) navzájem velmi blízké, takže se téměř shodují, což znamená téměř úplné vyloučení mechanických vlastností materiálu.

Stejná pozorování lze aplikovat u křivek Obr, 2, týkajících se vzorků betonu bez wollastonitu podle příkladu 9 (křivky 9.1, 9.2, 9.3) a betonu s wollastonitu podle příkladu 10 (křivky 10.1, 10.2, 10.3), přičemž testované betony obsahovaly vlákna s hodnotou E/C = 0,24 a byly zpracovány při teplotě 90 °C.

Příklad 17 se týká betonu obsahujícího zároveň jehlovitý wollastonit a upravená (kovová) vlákna. Je možno konstatovat, že takový beton má nej lepší hodnoty pevnosti a odolnosti k ohybu. Je tedy lepší než beton podle příkladu 10, který obsahuje pouze jehlovitý wollastonit a neupravená vlákna a je také lepší než beton podle příkladu 16, který obsahuje pouze upravená vlákna a nikoli jehlovitý wollastonit.

Kombinace základní hmoty o vysoké pevnosti a vázaných vláken značně zlepšuje výsledky.

Křivky na Obr. 5 (příklad 1), 6 (příklad 2) a 7 (příklad 3) jasně ukazují, že v případě vzorků betonu bez wollastonitu je možno malou pórozitu získat pouze tepelným zpracováním. Naproti tomu přidání zesilujících částic typu wollastonitu do těchto betonů překvapivě vede kmalé pórozitě a to i u betonů, které zrály při 20 °C.

Přidání wollastonitu tedy dovoluje získat prospěšné zhuštění (omezení pórozity) betonu a to i u betonů, které zrály při 20 °C.

Příklady 18-23: vliv materiálu vláken

Předchozí příklady 15 a 16 ilustrují vliv zlepšení úpravy vláken. Takto Obr. 4 ukazuje zlepšení adheze vlákna se základní hmotou, získané povrchovou úpravou (fosfatací) vláken (křivky 16.1, 16.2) a to vzhledem k neupraveným vláknům (křivka 15.1), přičemž jsou vlákna inkorporované do základní hmoty definované v Tabulce I v příkladech 15 (neupravená vlákna) a 16 (upravená vlákna).

Přiklad 18 - upravené nebo neupravené tyčinky

Tento příklad se týká zkoušek adheze tyčinek provedených obecnou metodou uvedenou výše přičemž ocelový drát je nahrazen ocelovou tyčinkou o průměru d = 5 mm.

Tyto tyčinky jsou zavedeny do vzorků betonu bez vláken.

Složení betonu ve váhových díl ech je následující:

Portlandský cement HTS: 1

Průhledné křemičité sklo 0,325

Křemenný prach C400 0,300

Písek BE31 1.43

- 19CZ 301900 B6

Disperguj ící činidlo (sušina) 0,02

Voda 0,25

Zkoušky adheze byly prováděny s tyčinkami, z nichž jedna byla z neupravené oceli a druhá z oceli upravené manganovou fosfatací dle výše uvedeného obecného protokolu s tou změnou, že se nejedná o ocelové dráty, ale o ocelové tyčinky.

Pro neupravenou tyčinku byla střední hodnota napětí v přilnavosti 10 MPa zatím co pro tyčinku povrchově upravenou byla 15 MPa.

Příklad 19 - ocelový drát upravený nebo neupravený

Tento příklad se týká zkoušek adheze ocelového drátu a nikoli tyčinek, provedených obecnou, výše uvedenou metodou. Ocelové dráty jsou zavedeny do bločků betonu bez jiných vláken o stejném složení, jaké je uvedeno v příkladu 18.

Zkoušky adheze byly provedeny jednak s neupravenými dráty z oceli a jednak s dráty z oceli upravenými zinkovou fosfatací podle výše uvedeného protokolu.

Výsledky jsou shrnuty v Obr. 9. Na tomto případě je jasně patrné, že provedená úprava povrchu (fosfatace) způsobí vysokou úroveň adheze: střihové napětí vzroste z 10 MPa (u standardního drátu) na 25 MPa (u upraveného drátu).

Příklad 20 - použití sraženiny oxidu křemičitého pro zvýšení adheze

Tento příklad má ukázat zlepšení adheze vláken a základní hmoty, získané změnou složení cementové základní hmoty dle příkladu 18 přidáním sraženiny oxidu křemičitého, kterážto základní hmota byla použita v betonu s neupravenými kovovými vlákny o hodnotě E/C = 0,2 a při tepelném zpracování pri 90 °C, po dobu celých 24 h.

Výsledky jsou znázorněny na Obr. 3, který ukazuje grafické křivky získané tahovými zkouškami vzorku 7x7x28 cm pro beton obsahující 2 % neupravených ocelových vláken, jehož základní hmota byla nebo nebyla upravena přidáním suspenze oxidu křemičitého SHOXIMAT CS60SL vyrobeného RHODIA CHIMIE v množství 1,9 % hmotnostního dílu sušiny vůči cementu (tedy 0,65 % hmotnosti v poměru k betonu).

Na Obr. 3 představuje osay hodnotu napětí při vzniku praskliny vyjádřenou v MPa a osa x velikost posunu v mm. Křivky (20.1, 20.2, 20.3) dávají výsledky pro tři vzorky s oxidem křemičitým a křivky 20.4, 20.5 dávají výsledky pro dva stejné vzorky bez oxidu křemičitého. Je patrný malý rozptyl výsledků. Mimo jiné značně narůstá rozptyl energie nad hodnotou maximálního napětí.

Příklad 21 - vliv průměru vláken

Tento příklad je určen k ilustrování vlivu průměru vláken na adhezi vlákno/Základní hmota.

Složení cementové základní hmoty je jako v příkladech 18 a 19. Do této základní hmoty byla přidána ocelové dráty o průměru 100 a 200 μπι, zakotvené do základní hmoty v délce 5 mm.

Výsledky jsou znázorněny na Obr. 10. Pro délku zakotvení v délce 5 mm je adheze jasně vyšší, když se průměr drátu změní z 0,1 mm na 0,2 mm.

-20CZ 301900 B6

Příklad 22 - Vliv délky zakotvení vláken

Tento příklad je určen k ilustrování vlivu délky zakotvení vláken na adhezi vlákno/základní hmo5 ta.

Složení cementové základní hmoty je jako v příkladech 18 a 19. Do této základní hmoty byla přidána ocelové dráty o průměru 100 a 200 pm a zakotveny v různé délce.

io Výsledky jsou znázorněny na Obr. 11, Pro drát daného charakteru je hladina adheze (soudržného napětí) konstantní pro délky zakotvení od 5 do 15 mm.

Příklad 23 - přidání odpěňovacího činidla

Prostředkem ke zvýšení adheze vláken je rovněž přidání odpěňovacího činidla do betonové směsi. Takto byl zopakován příklad 16 a bylo přidáno 1 % práškovitého odpěňovacího činidla.

Výsledky jsou znázorněny na Obr. 12. Je možno pozorovat zisk na úrovni maximálního napětí a 20 zvláště vyšší energii prasknutí způsobené lepší kvalitou rozhraní vláken se základní hmotou.

Příklady 25-29: vliv zrnitosti složek betonu

Podle předloženého vynálezu bylo připraveno 5 betonových směsí na základě složek (a), (b), (c) a (d), které měly různou distribuci zrnitosti. Tyto distribuce jsou uvedené na Obr. 13

Je možno pozorovat, že pro těchto 5 betonů ověřují částice (a), (b), (c) a (e) následující podmínku: velikost zrna D75 je vždy nižší než 2 mm a velikost zrna D50 je nižší než 150 pm. Distribuce zrnitosti se rozlišují podle hodnoty maximální velikosti zrna Dl00 nebo Dmax, která se pohybuje mezi 600 pm a 6 mm.

Betony jsou vyrobeny na základě těchto 5 distribucí zrnitosti. Jejich složení je uvedeno v Tabulce 2. Složení je vyjádřeno v objemových procentech celé směsi.

-21 CZ 301900 B6

Tabulka 2

Příklad	25	26	27	28	29
D max (mm)	0,6	1	2,5	4	6
Cement HTS (a)	23	23	23	22	23
SiO2 MST (c)	10	10	10	10	10
Křemen C 500 (b)	7	7	7	7	7
Písek BE31 (b)*	37	14	13	8	11
Písek NI 0,4/1,3 (b)*	0	24	0	0	0
Písek BB 0,5/2,5 (b)*	0	0	25	10	7
Písek BB 2/4 (b) *	0	0	0	21	0
Písek SK 3/6 (b) **	0	0	0	0	20
Wolastonite NYADG (e)	5	5	5	5	5
Vlákna BEKAERT	2	2	2	2	2
Dispersant OPTIMA 100	3	3	3	3	3
Voda	13	12	12	12	12

* SIFRACO ** Oxid křemičitý a kaolin

Změnami druhu a množství písku dosáhneme změny distribuce zrnitosti.

Odolnost ke stlačení a odolnost k ohybu ve 3 bodech pro 3 různé vzorky každého z betonů 25 až 29 je uvedena na Obr. 14 a 15.

io Je možno pozorovat, že bez ohledu na distribuci zrnitosti a zvláště na Dmax zůstává odolnost ke stlačení vyšší než 150 MPa a odolnost k ohybu zůstává vyšší než 30 MPa.

Příklady 30 až 33 - Vliv synergie pevnosti základní hmoty a adheze vláken 15

Jak je uvedeno v příkladu 17, existuje jev synergie mezi přítomností adhezivních vláken, vázaných na základní hmotu o vysoké pevnosti.

Příklady 30 až 33 ukazují tuto synergii. Základní vzorek těchto příkladů je uveden v Tabulce 3:

V příkladu 30 se jedná o vlákna oceli, wollastonit nebyl přidán.

V příkladu 31 se jedná o vlákna oceli a wollastonit byl přidán.

V příkladu 32 se jedná o vlákna oceli upravená zinkovou fosfatací, wollastonit není přítomen.

V příkladu 33 se jedná o vlákna oceli upravená zinkovou fosfatací, wollastonit je přítomen.

-22CZ 301900 B6

Betony byly podrobeny působení teploty 90 °C.

Betony uvedené v příkladech 30 a 33 byly zkoušeny na ohyb ve třech bodech, výsledky se objevují v křivkách 30 až 33 Obr. 16 a klíčové hodnoty jsou shromážděny v Tabulce 3, kde jsou hod5 noty obsahu složek vyjádřeny ve váhových % vůči cementu.

Tabulka 3

Příklad číslo	30	31	32	33
Portlandský cement (a)	1	1	1	1
Křemičité sklo (c)	0,325	0,325	0,325	0,325
Křemenný prach (b)	0,3	0,3	0,3	0,3
Jehlovitý Wollastnit (e)	0	0,24	0	0,24
Písek (b)	1,43	1,215	1,43	1,215
Dispergační činidlo (sušina)	0,118	0,118	0,118	0,118
Voda (v/c)	0,19	0,22	0,19	0,22
Neupravená vlákna (% objemu)	2	2	0	0
Upravená vlákna (% objemu)	0	0	2	2
Tepelné zpracování (90 0 C)	90	90	90	90
Elastická mez (MPa)	16	28	29	36
Maximum tlaku (MPa)	25	35	37,5	50
Maximum ohýbu (mm)	0,8	0,8	1	1,2

Nej lepší mechanické vlastností byly získány při použití upravených kovových vláken a základní hmoty obsahující wollastonit podle příkladu 33. Mimo jiné bylo zaznamenáno podstatné zpevnění a mechanismus poškození vytvořením násobných prasklin paralelní sítě prasklin a nikoli jednotlivých prasklin.

Claims (37)

1. 20 PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Betonová směs, sestávající ze ztvrdlé cementové základní hmoty, ve které jsou rozptýlena kovová vlákna, získaná smícháním vody se směsí, kromě vláken obsahující:

   25 (a) cement, (b) zrnité částice přísad do betonu, (c) pucolány, jako látky s hydraulickou reakcí, (d) alespoň jedno dispergační činidlo, vyznačující se tím, že dále obsahuje

   30 (e) složky schopné zlepšit pevnost hmoty, zvolené mezi jehlovitými nebo destičkoví tým i tělesy o průměrné velikosti nejvýše 1 mm a přítomné v objemovém poměru mezi 2,5 až 35 % cel-23CZ 301900 B6 kového objemu zrnitých částic přísad do betonu (b) a pucolánů jako látek s hydraulickou reakcí (c); přičemž směs odpovídá následujícím podmínkám:

   (1) zrnité Částice přísad do betonu s částicemi o maximální velikosti Dmax zrn nejvýše 2 mm, přednostně nejvýše 1 mm, (2) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí o velikosti částic nejvýše 1 μηι, přednostně nejvýše 0,5 μπι, (3) procentový obsah vody W vůči celkové hmotnosti cementu (a) a částic (c) se pohybuje mezi 8% až 24%, (4) délka 1 jednotlivých vláken činí nejméně 2 mm a poměr 1/d nejméně 20, přičemž d je průměr vláken, (5) poměr R mezi průměrnou délkou vláken L a maximální velikostí Dmax zrna zrnitých složek přísad je nejméně i 0, (6) množství vláken je takové, že jejich objem je nižší než 4 %, přednostně 3,5 % objemu betonu po ztvrdnutí.
2. 2. Betonová směs sestávající ze ztvrdlé cementové základní hmoty, ve které jsou rozptýlena kovová vlákna, získaná smícháním vody se směsí, kromě vláken obsahující:

   (a) cement, (b) zrnité Částice přísad, (c) pucolányjako látky s hydraulickou reakcí, (d) alespoň jedno dispergační Činidlo;

   vyznačující se tím, že dále obsahuje (e) složky schopné zlepšit pevnost hmoty, zvolené mezi jehlovitými nebo destičkovitými tělesy o průměrné velikosti nejvýše 1 mm a přítomné v objemovém poměru mezi 2,5 až 35 % celkového objemu zrnitých částic přísad do betonu (b) a pucolánů jako látek s hydraulickou reakcí (c); přičemž směs odpovídá následujícím podmínkám:

   (1) pucolány jako látky s hydraulickou reakcí o velikosti částic nejvýše 1 μηι, přednostně nejvýše 0,5 μτη, (2) přičemž hmotnostní procento vody W vůči celkové hmotnosti cementu (a) a složek (c) se pohybuje v rozsahu 8 % až 24 %, (3) vlákna mají individuální délku 1 nejméně 2 mm a poměr 1/d nejméně 20, přičemž d je průměr vláken, (4) poměr R mezi průměrnou délkou L vláken a velikostí D75 zrna souboru částic ( a), (b), (c) a (e) je neméně 5, přednostně nejméně 10, (5) množství vláken je takové, že jejich objem je menší než 4 %, přednostně než 3,5 % objemu betonu po ztvrdnutí, (6) soubor složek (a), (b), (c) a (e) vykazuje velikost D75 zrn nejvýše 2 mm, přednostně nejvýše 1 mm a velikost D50 zrn nejvýše 200 //m, přednostně nejvýše 150 μιη.
3. 3. Betonová směs podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že pevnost cementové základní hmoty je nejméně 15 J/m², přednostně nejméně 20 J/m².
4. 4. Betonová směs podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zpevňující složky (e) mají průměrnou velikost nejméně 500μηι.
5. 5. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zpevňující složky (e) jsou přítomny v objemovém poměru v rozsahu 5 % až 25 % celkového objemu zrnitých Částic (b) a pucolánů (c).
6. 6. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zpevňující složky (e) jako zpevňující prvky jehlovitého tvaru jsou zvoleny mezi vlákny wollasto-24CZ 301900 B6 n i tu, vlákny bauxitu, vlákny mullitu, vlákny titanátu draselného, vlákny karbidu křemíku, vlákny celulózy nebo derivátů celulózy, vlákny uhlíky, vlákny fofsforečňanu vápníku, zvláště hydroxyapatitu HAP, vlákny uhličitanu vápenatého nebo jejich derivátů získaných rozbitím uvedených vláken a směsí uvedených vláken.
7. 7. Betonová směs podle nároku 6, vyznačující se tím, že zpevňující složky (e) jsou vlákna wollastonitu.
8. 8. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že jehlicovité zpevňující složky (e) mají poměr rozměru délky vůči průměru minimálně 3 a nejlépe minimálně 5.
9. 9. Betonová směs podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že destičkovité zpevňující složky (e), jako zpevňující prvky jsou zvoleny mezi destičkami slídy, destičkami talku, destičkami směsi silikátů (jílů), destiček vermikulitu, destiček oxidu hlinitého nebo směsi hlinitanů nebo křemičitanu a směsi uvedených destiček.
10. 10. Betonová směs podle nároku 9, vyznačující se tím, že zpevňující složky (e) jsou destičky slídy.
11. 11. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že nejméně část zpevňujících složek (e) je na povrchu opatřena povlakem z organického polymeru zahrnujícím latex nebo získaným na základě nejméně jedné z následujících látek: polyvinylalkohol, silany, silikonáty, siloxanové pryskyřice, polyorganosiloxany nebo získaným na základě produktu reakce mezi (i) nejméně jedné karboxylové kyseliny obsahující 3 až 22 atomů uhlíku, (ii) nejméně jedním aromatickým nebo alifatickým polyfunkčním aminem nebo substituovaným aminem, obsahujícím 2 až 25 atomů uhlíku, a (iii) síťující činidlo které je komplexem hydrosolubilního kovu, obsahující nejméně jeden z kovů jako je zinek, hliník, titan, měď, chrom, železo, zirkon a olovo.
12. 12. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že střední hodnota napětí v přilnavosti kovových vláken ve ztvrdlé základní cementové hmotě je nejméně 10 MPa, přednostně nejméně 15 MPa.
13. 13. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kovová vlákna jsou vlákna ocelová.
14. 14. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vlákna vykazují proměnlivou geometrii.
15. 15. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kovová vlákna byla podrobena chemické reakci, která způsobila zvýšení adheze vlákna v cementové základní hmotě.
16. 16. Betonová směs podle kteréhokoli z nároků lažl4, vyznačující se tím, že kovová vlákna jsou vlákna, na která byla navázána minerální sloučenina jako je oxid křemičitý nebo fosfát kovu, mající za následek zvýšení adheze vlákna v základní cementové hmotě.
17. 17. Betonová směs podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že kovová vlákna mají velikost v rozmezí 10 až 30 mm.
18. 18. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že cementová základní hmota obsahuje navíc nejméně jednu z následujících složek, které mají za účel zvýšit adhezi vláken v základní hmotě: sloučeniny oxidu křemičitého obsahující hlavně oxid

    -25CZ 301900 B6 křemičitý, sražený uhličitan vápenatý, polyvinylalkohol ve vodném roztoku, latex nebo směs uvedených složek.
19. 19. Betonová směs podle nároku 18, vyznačující se tím, že sloučenina oxidu křemičitého je sraženina oxidu křemičitého přidaná v rozsahu mezi 0,1 % a 5 % hmotnosti vyjádřené v sušině vůči celkové hmotnosti betonu.
20. 20. Betonová směs podle nároku 19, vyznačující se tím, že sraženina oxidu křemičitého je do směsi přidána ve formě vodné suspenze.
21. 21. Betonová směs podle nároku 20, vyznačující se tím, že vodná suspenze

    - obsahuje sušinu v rozsahu 10 až 40 % hmotnosti;

    - má viskozitu nižší než 4.10² Pa.s pro tvorbu střihů 50 s

    - supematant této suspenze po centrifugaci po dobu 30 min při 7500 obr/min obsahuje více než 50 % celkového množství oxidu křemičitého přítomného v této suspenzi.
22. 22. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že poměr 1/d vláken je větší než 200.
23. 23. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že maximální velikost Dmax zrnitých částic (b) je větší než 6 mm.
24. 24. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zrnité částice (b) jsou písky nebo směsi písků, proseté nebo drcené, přednostně obsahující křemičité písky, zvláště křemenný prach.
25. 25. Betonová směs podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že zrnité částice (b) jsou přítomny v množství 20 až 60 %, přednostně 25 až 50 % hmotnosti cementové základní hmoty.
26. 26. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že pucolány jako částice (c) s hydraulickou reakcí zahrnují prvky zvolené mezi sloučeninami oxidu křemíku, obzvláště křemičitý prach, polétavé popílky, vysokopecní strusky.
27. 27. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že hmotnostní procento vody E vůči spojené celkové hmotnosti cementu (a) a pucolánů jako částic (c) s hydraulickou reakcí je v rozsahu 13 až 20 %.
28. 28. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že získaný beton je předem predpjatým betonem.
29. 29. Betonová směs podle nároků 1 až 27, vyznačující se tím, že předpětí betonu je dodatečné.
30. 30. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že získaný beton je odolný k přímému tahu silou nejméně 12 MPa.
31. 31. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že získaný beton je odolný k ohybu ve 4 bodech lámacího modulu silou nejméně 25 MPa.
32. 32. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že získaný beton je odolný ke stlačení silou nejméně 150 MPa.

    -26CZ 301900 B6
33. 33. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vykazuje energii lomu nejméně 2500 J/m .
34. 34. Betonová směs podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že 5 po ztvrdnutí je beton podroben zrání při teplotě blízké pokojové teplotě, například 20 °C a to po dobu nutnou k získání žádaných mechanických charakteristik.
35. 35. Betonová směs podle kteréhokoli z nároků 1 až 33, vyznačující se tím, že po ztvrdnutí je beton podroben tepelnému zpracování mezi 60 °C a 100 °C při normálním tlaku, io
36. 36. Betonová směs podle nároku 35, vyznačující se tím, že doba tepelného zpracování je od 6 hodin do 4 dnů, obecně 6 h až 72 h.
37. 37. Cementová základní hmota obsahující složky betonové směsi definované v některém z náro15 kůlaž36, vyznačující se tím, že neobsahuje vlákna.