Sciencemag.cz
Doporučujeme
Zvýšení trvanlivosti a odolnosti stavebních materiálů může přinést další výzkum týmu odborníků Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, Ústavu fyziky materiálů AV ČR a Fakulty stavební Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava. Vědci představili průlomovou metodologii pro charakterizaci materiálů, která odhaluje rozvoj poškození už během rané fáze tvrdnutí cementové malty. Využívají k tomu časosběrnou rentgenovou mikrotomografii.
Moderní betony se vyrábějí tak, aby splňovaly vysoké environmentální požadavky a zároveň zlepšovaly celkovou odolnost betonových konstrukcí. Jsou ale stále citlivé k tvorbě mikrotrhlin, které se v průběhu let mohou zvětšovat.
Beton se skládá z pojiva, plniva a vody, přičemž se jako pojivo stále používá portlandský cement kvůli svým předvídatelným vlastnostem. Smícháním těchto tří složek (pojiva, plniva a vody) vzniká cementová malta, která výrazně ovlivňuje výsledné mechanické vlastnosti betonu. A právě na ni se zaměřili odborníci z Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, Ústavu fyziky materiálů AV ČR a Fakulty stavební VŠB-TUO. Pomocí časosběrné rentgenové mikrotomografie (μXCT) pozorovali vývoj vnitřního poškození v čerstvé cementové maltě během 25 hodin tvrdnutí.
„Během μXCT snímkování jsme měřili změnu teploty vzorku způsobenou hydratací cementu, která odráží probíhající tuhnutí cementové malty a vývoj jejích mechanických vlastností. μXCT skenování navíc poskytuje i vhled do rozvoje poškození ve vztahu k pokračující hydrataci,“ přibližuje Petr Miarka z Ústavu fyziky materiálů AV ČR. „Celkem jsme provedli 20 CT skenů během tvrdnutí malty, což umožnilo kvantifikovanou charakterizaci rozložení pórů (pórovitosti) v materiálu a studium rozvoje poškození v mezostruktuře včetně jejich objemové a povrchové charakterizace,“ doplňuje Daniel Kytýř z Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR.
Teplota způsobuje poškození, póry vznikají už při přípravě vzorku
Měření teploty během tuhnutí malty ukázalo, že nárůst teploty je úzce spojen nejen s vývojem mechanických vlastností, ale i s rozvojem vnitřního poškození. Teplota získaná během experimentu byla porovnána s analytickým modelem, který ukázal relativně dobrou shodu a umožňuje tak přímé spojení rozvoje poškození s uvolněným teplem během hydratace cementu.
Časosběrné snímky také prokázaly, že se trhlina rozvíjí primárně v prvních šesti hodinách tuhnutí, poté se její růst výrazně zpomalil a postupně zastavil.
Znalost smršťování cementové malty pro vývoj nových materiálů
Výsledky studie zveřejněné v časopise Cement and Concrete Composites slouží jako vzorová metodologie pro budoucí charakterizaci materiálů. Uvedená inovativní metoda umožňuje detailní analýzu vnitřních defektů, jako jsou póry a trhliny, a nabízí komplexní pohled na heterogenitu materiálu.
Tato metodologie může být využita pro další výzkum a vývoj nových materiálů s vylepšenými vlastnostmi, které splňují vysoké environmentální požadavky a zároveň zlepšují trvanlivost betonových konstrukcí. Výzkumný tým plánuje, že bude pokračovat ve studiu poškození během hydratace nejen v případě pojiv na bázi portlandského cementu, ale i různých bezcementových pojiv, aby přispěl k lepšímu porozumění rozvoje poškození a k optimalizaci užitných vlastností stavebních materiálů.
