Zkoušky ohybem a diagramy odolnosti vláknobetonů s recykláty
Článek se zabývá ohybovou zkouškou vláknobetonových trámců při čtyřbodovém podepření a především výsledkem této zkoušky v podobě diagramu odolnosti. Trámce o rozměrech 150x150x700 mm jsou zatíženy dvojicí sil ve vzdálenosti jedné třetiny teoretického rozpětí od podpor. Použitý vláknobeton se skládá ze čtyř základních složek. Plnivo tvoří recykláty ze stavebního a demoličního odpadu, jako pojivo je použit portlandský cement, dále jsou ve směsi syntetická vlákna a voda. Jsou zde ukázány rozdíly v diagramech odolnosti při použití různého množství vláken, vliv rychlosti zatěžování při provádění ohybové zkoušky a vliv, jaký mají syntetická vlákna různých délek na schopnost materiálu přenášet tahová napětí i po vzniku makrotrhliny.
1. Tahová pevnost vláknobetonů
Jednou z nejdůležitějších vlastností, pro které se vláknobetony vyrábějí, je jejich tahová pevnost, která je ovlivněna celou řadou faktorů. Jedná se především o množství vláken, druh vláken a spolupůsobení vláken s cementovou matricí. Z důvodu, že v dnešní době není dostupná zkouška pevnosti v prostém tahu vláknobetonů a je přitom potřeba tahovou pevnost těchto materiálů zjišťovat pro jejich zatřídění do pevnostních tříd a umožnit tak správný návrh vláknobetonu do konstrukce, jeví se jako nejlepší způsob zkoušení tahové pevnosti ohybová zkouška s čtyřbodovým podepřením. Je možné také použít zkoušku vláknobetonu v příčném tahu, ale jedná se především o orientační hodnoty při výrobě. Ohybová zkouška lépe vystihuje homogenitu vláknobetonu a jeho působení v konstrukci.
Jak již je napsáno výše, jedná se o ohybovou zkoušku se čtyřbodovým podepřením, která podrobí, na rozdíl od ohybové zkoušky s tříbodovým podepřením (Obrázek 1), zkoušený prvek maximálnímu ohybovému momentu v celé jeho vnitřní třetině a je tak možné zjistit nejslabší místo na vláknobetonovém prvku.
Obrázek 1.: Zatížení ohybovým momentem u tříbodového a čtyřbodového podepření ohybové zkoušky na vzorcích 150x150x700 mm s teoretickým rozpětím L=600 mm
Výstupem ohybové zkoušky s čtyřbodovým podepřením je diagram odolnosti nebo-li graf závislosti zatěžovací síly na průhybu prvku (Obrázek 2).
Obrázek 2.: Diagram odolnosti na trámci z vláknobetonu s cihelným recyklátem a 0,5% objemového ztužení vlákny
2. Příklady diagramů odolnosti
2.1. Množství vláken
Obrázek 3.: Diagram odolnosti na trámci z vláknobetonu s cihelným recyklátem a 0; 0,5 a 1% objemového ztužení vlákny
Z obrázku 3 je zřejmé, že čím je vyšší procento ztužení vlákny, tím roste reziduální pevnost a schopnost vláknobetonu přenášet zatížení i s narůstajícím průhybem. Množství vláken je však omezeno schopností zpracovat čerstvou vláknobetonovou směs a zajistit homogenitu materiálu.
2.2. Rychlost zatěžování
Obrázek 4.: Diagramy odolnosti trámků z vláknobetonu s 1% vláken BeneSteel délky 110 mm při rychlosti zatěžování 0,5 mm/min (VŠB TU Ostrava)
Obrázek 5.: Diagramy odolnosti trámků z vláknobetonu s 1 % vláken BeneSteel délky 110 mm při rychlosti zatěžování 0,2 mm/min (FSv ČVUT)
Z uvedených záznamů zkoušek je vidět, že rychlost zatěžování při zkoušce ohybem ovlivní výsledky zkoušek, i přestože uvedené výsledky zkoušek byly získány při použití rozdílného betonového recyklátu jakožto plniva vláknobetonu.
2.2. Délka vláken
Obrázek 6.: Diagramy odolnosti trámků z vláknobetonu s 1 % vláken BeneSteel délky 55 mm, při rychlosti zatěžování 0,2 mm/min (FSv ČVUT)
Obrázek 7.: Diagramy odolnosti trámků z vláknobetonu s 1 % vláken BeneSteel délky 110 mm při rychlosti zatěžování 0,2 mm/min (FSv ČVUT)
Se změnou délky vlákna je vidět výrazný rozdíl v záznamech zkoušek při užití stejného složení vláknobetonu. Prodloužení tahové odolnosti vzorku je tak třeba přisoudit délce zakotvení vlákna, neboť v obou případech bylo použito stejného betonového recyklátu s totožnou velikostí maximálního zrna.
3. Závěr
Z výsledků diagramů odolnosti vzorků při různé rychlosti zatěžování (Obrázek 4 - 5) jasně vyplývá, že je nutné sjednotit nejen uspořádání (tříbodové x čtyřbodové podepření) ohybové zkoušky, ale i rychlost zatěžování při této zkoušce. Sjednocení je třeba provézt z důvodu přesného a správného zatřídění vláknobetonu do pevnostní třídy. Zatřídění je nutné pro návrh vláknobetonové konstrukce.
Ze záznamů zkoušky ohybem vzorků s různě dlouhými vlákny (Obrázek 6 a 7) můžeme vyvodit, že délka vláken příznivě ovlivňuje deformační charakteristiky vláknobetonu po vzniku makrotrhliny. Při použití delších vláken je vláknobetonový kompozit schopen déle přenášet tahová namáhání, a to i při velkých průhybech zkušebních vzorků. Čím je vlákno delší, tím má lepší soudržnost s cementovou matricí a tím získáme lepší výsledky. Je však třeba také přihlédnout k možnosti zamíchání dlouhých vláken do směsi. Délku vlákna je nutné volit také v závislosti na maximální velikosti zrna užitého recyklátu. Délka vlákna by měla být přibližně trojnásobná vzhledem k velikosti maximálního zrna recyklátu.
Poděkování
Příspěvek byl vypracován za finanční podpory grantového projektu GAČR 104/10/1128 Identifikace materiálových charakteristik cementovláknových kompozit s plným využitím recyklátu.
Literatura
[1] Vodička J., Lukš J., Krátký J., Šeps K.: Vliv délky polymerových vláken na vlastnosti vláknobetonů vyrobených výhradně s využitím recyklátů, Sborník 8. konference Speciální betony, Skalský Dvůr, říjen 2011, s. 150-158, ISBN 978-80-86604-54-1
[2] TP FC 1-1 Technické podmínky 1: Vláknobeton – Část 1 Zkoušení vláknobetonu – Vyhodnocení destruktivních zkoušek a stanovení charakteristického pracovního diagramu vláknobetonu pro navrhování vláknobetonových konstrukcí (ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Praha 2007)
[3] Lukš J., Krátký J., Vodička J., Fládr J.: Výsledky měření trámků dlouhodobě zatížených, Sborník 8. konference Speciální betony, Skalský Dvůr, říjen 2011, s. 129-135, ISBN 978-80-86604-54-1
[4] Fládr J., Krátký J., Vodička J., Lukš J., Šeps K.: Chování trámových prvků z vláknobetonu s polymerovými vlákny při dlouhodobém zatížení, Sborník recenzovaných příspěvků z konference zkoušení a jakost ve stavebnictví, Brno, říjen 2011, s.73-78, ISBN 978-80-214-4338-9
Kontakt
Ing. KAREL ŠEPS, tel: +420 224 354 624, e-mail: karel.seps@fsv.cvut.cz, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Fakulta stavební ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6
Doc. Ing. JAN VODIČKA, CSc., tel: +420 224 354 622, e-mail: jan.vodicka@fsv.cvut.cz, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Fakulta stavební ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6
The article deals with four-point bending test of beams made from fibre reinforced concrete with recycled aggregate and output of this test the load-deflection diagram. The differences between long and short fibres, quick and slow bending test and variation of amount of fibres are showed here.
