Chování betonu při lomu je klíčové

Beton s cementovým pojivem je celosvětově nejběžněji používaný materiál ve stavebnictví. Jeho vlastnosti a odolnost jsou zásadní především u společensky významných staveb, jako jsou mosty či výškové budovy. Životnost těchto staveb často závisí na kvalitě betonu, který je jakožto kompozitní materiál s křehkou matricí náchylný na vznik a šíření trhlin. Právě jimi se dlouhodobě zabývá Ing. Hana Šimonová, Ph.D., z Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně (VUT).

„Zvyšující se nároky na snižování emisí CO2 nás motivují k hledání nových alternativních materiálů, které by vedly k výrobě betonu bez jediného zrnka cementu. V našem případě jsme pro tento účel vybrali vysokopecní strusku, která vzniká jako vedlejší produkt při výrobě železa. Struska se v současné době už do betonu přidává, a to především ve formě vysokopecních a směsných cementů. My jsme se rozhodli nahradit cement struskou úplně,“ přibližuje Hana Šimonová. „Aby se ve strusce plně probudily pojivové vlastnosti je potřeba k ní přidat vhodný alkalický, tedy zásaditý aktivátor. Nejčastěji se jedná o vodní sklo či hydroxid sodný. Pak přimícháme kamenivo a máme beton.“ Její projekt Pokročilý popis šíření trhlin v kompozitech na bázi alkalicky aktivované matrice podpořila Grantová agentura ČR.

Chování materiálu při zatěžování

Přestože se beton dlouhodobě zkoumá v celosvětovém měřítku, stále existují nepříliš probádané oblasti jeho chování, mezi které patří právě popis vzniku a šíření trhlin při zatěžování, což je zcela zásadní z hlediska jeho praktického využití. „Cílem projektu tedy bylo popsat mechanické, lomové a také únavové vlastnosti tohoto materiálu pomocí pokročilých experimentálních metod a matematických modelů, což obnášelo prohloubení a další rozvíjení mezioborové spolupráce s kolegy v Česku i v zahraničí,“ vysvětlila Hana Šimonová.


vzorky
Povrch vzorků ošetřovaných při relativní vlhkosti > 95 %; zvětšení 250×: a) Struska aktivovaná vodním sklem (viditelné trhliny); b) Struska aktivovaná hydroxidem sodným (bez trhlin).

Její tým při řešení projektu překvapilo odlišné chování použitého alkalicky aktivovaného materiálu ve srovnání s tradičním cementem, a to ani ne z hlediska lomových vlastností, kde se s rozdíly počítalo, ale spíše při běžné manipulaci se vzorky. Již na první pohled a poté i na omak byl patrný rozdíl, který se záhy projevil například tím, že na zkušebních tělesech najednou špatně držely senzory a další nalepené příslušenství nezbytné pro provedení plánovaných měření. Vzhledem k vyššímu pH tedy museli být výzkumníci při jakékoli práci se vzorkem opatrnější.

Výzvou byl i samotný návrh složení zkoumaného materiálu. „Obecně zde platí, že pokud chceme vyrobit materiál s vyšší pevností, musíme počítat s vyšší náchylností na smršťování doprovázené vznikem trhlin již během procesu tvrdnutí, tzn. bez účinků působení jakéhokoliv externího zatížení. S ohledem na to, že jsme se chtěli věnovat vzniku a rozvoji trhlin v materiálu během zatěžování, byl tento fakt pro účely projektu nepřípustný. Potřebovali jsme, aby tam ty trhliny nebyly předem. Nicméně i to se nám úpravou složení a vhodným ošetřováním zkušebních těles podařilo překonat,“ podotkla Hana Šimonová.


Testování betonu
Testování betonu

Cenná data

Z hlediska praktického jsou informace o chování materiálu při lomu klíčové pro návrh stavebních konstrukcí. Vzhledem k rozsahu provedených měření byl získán komplexní soubor materiálových vlastností včetně lomových a únavových, který zkoumané oblasti poskytuje dosud chybějící souvislosti.

Experimentálně získaná data jsou cenná pro vývoj matematických modelů, využívaných pro simulace skutečného chování materiálu v konstrukci během zatěžování. S ohledem na náročnost provedených měření je vývoj matematických modelů stěžejní. Hodnotě získaných výsledků přidává i fakt, že materiálové vlastnosti byly sledovány z dlouhodobého hlediska, což není zcela obvyklé.

Právě výsledky dlouhodobých zkoušek mohou lépe odhalit plný potenciál pro využití materiálu v praxi a jsou užitečné pro efektivní návrh konstrukcí z hlediska životnosti a udržitelnosti. V neposlední řadě lze mezi cenné přínosy zahrnout využití kombinovaného módu namáhání, který lépe vystihuje reálné namáhání konstrukcí v praxi.

Dobře fungující tým

Jako u většiny mezioborových projektů, i tady bylo největší výzvou složit dobře fungující tým, kdy někteří jeho členové se před začátkem projektu ani neznali. V tomto případě se navíc jednalo o kolektiv převážně mladých pracovníků na počátku jejich vědecké kariéry.


měření
Vybraná konfigurace lomového testu v kombinovaném módu namáhání s využitím video-extenzometru pro 2D analýzu pole deformací.

„Abychom téma tříletého projektu pokryli od pochopení samotné podstaty materiálu, přípravy zkušebních vzorků, přes jejich destruktivní i nedestruktivní testování až po vyhodnocení lomového chování a tvorbu výpočetního modelu byli do projektu zapojeni kolegové ze tří různých ústavů Fakulty stavební VUT: Ing. Lucie Malíková, Ph.D., doc. Ing. Barbara Kucharczyková, Ph.D., Ing. Petr Miarka, Ph.D., a doc. Mgr. Libor Topolář, Ph.D. S ohledem na složitost problematiky byl do týmu také zapojen kolega Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D., z Fakulty chemické VUT,“ dodala Hana Šimonová.

Experimentální i numerická část projektu byla také konzultována a diskutována s externisty z řad kolegů ze zahraničních institucí, ať už v rámci setkání na mezinárodních konferencích či v rámci individuálních návštěv partnerských univerzit.

 

Hana Šimonová
Ing. Hana Šimonová, Ph.D., je členkou Ústavu stavební mechaniky Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Po absolvování doktorského studia v oboru Konstrukce a dopravní stavby strávila více než rok na vědecké stáži na rakouské Technische Universität Wien. V rámci výzkumné činnosti se zabývá lomem a únavovými charakteristikami kvazikřehkých kompozitů. Spolupracuje s řadou pracovišť v České republice a zahraničí (Rakousko, Srbsko, Polsko, Španělsko a další) v oblasti lomové mechaniky materiálů s křehkou matricí.

Stipendia partnerské organizace MOST (Tchaj-wan) na podporu ukrajinských odborníků

To show concern for the crisis in Ukraine, the Ministry of Science and Technology, Taiwan (MOST) is providing academic grants for visiting Ukrainian scholars recruited by universities or research institutions.

Eligibility: Ph.D. research scholars with Ukrainian citizenship resided in Ukraine before the crisis.

Field of expertise: unrestricted

The academic grants will cover: 1) About $2250 (USD) per month (at least) for the recruited personnel’s living expenses, 2) a round trip airline ticket for the recruited personnel, their spouses, and two of his/her direct relatives will be subsidized (no more than 4 people including the recruited personnel).

Duration: 3 months (with the possibility of extension up to 1 year)

Notes: Advanced knowledge of English is expected. The qualified candidates will be invited for a short online interview. After that the MOST will assist the candidate in finding the host professor in Taiwan. There is only a very low possibility that there will be no suitable hosting professor for the candidate.

Every applicant needs to fill the following form and send his/her CV (up to 3 pages) to the following e-mail address: ccw@most.gov.tw

https://docs.google.com/forms/d/1-YNJda8P50kAEhjPFHJHiL0mn8vJwOONrbXLS01EaY4/edit?ts=6256b00c

 

poster of call

Zveřejněny protokoly hodnocení dílčích zpráv

V aplikaci pro podávání a správu grantových projektů (GRIS) byly zveřejněny protokoly hodnocení dílčích zpráv. Hodnocení najdete v detailu projektu v záložce „Progress Reports, Final Reports“ na řádku dílčí zprávy za rok 2021 (2021 Progress Report ) ve sloupci „Protocol (Public)“.

Upřesnění: Zveřejněny byly protokoly hodnocení dílčích zpráv pro skupiny grantových projektů Standardní projekty, Mezinárodní (bilaterální) projekty, Lead agency projekty (CEUS/WEAVE) a Juniorské granty. Protokoly hodnocení dílčích zpráv projektů EXPRO, JUNIOR STAR a Lead agency (GA ČR partnerská organizace) budou zveřejněny později.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Výzva k podávání návrhů kandidátů na člena/ku předsednictva – Společenské a humanitní vědy

Rada pro výzkum, vývoj a inovace (RVVI) vypsala výzvu k podávání návrhů doplnění předsednictva GA ČR. Návrhy na člena/členku předsednictva se zaměřením na společenské a humanitní vědy je možné podávat do 2. května 2022. Nový člen předsednictva nahradí na této pozici prof. Ing. Stanislavu Hronovou, CSc., dr.h.c.

Funkční období členů předsednictva je čtyřleté s možností jmenování nejvýše na dvě po sobě následující období .

Předpokládané zahájení výkonu funkce je 1. října 2022.

Podívejte se na podrobnosti výzvy na stránkách RVVI.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY

Oblasti technických věd se ujímá prof. Martin Hartl

Profesor Ing. Martin Hartl, Ph.D., se stal členem předsednictva GA ČR, ve kterém ponese další čtyři roky zodpovědnost za oblast technických věd. Nahrazuje tak prof. Ing. Rostislava Drochytku, CSc., MBA, dr. h. c., který rezignoval na pozici v předsednictvu po té, co se stal děkanem Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně (VUT). Funkční období členů předsednictva může být nanejvýš jednou opakováno.

prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.Prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D., v orgánech GA ČR působil od roku 2011, nejprve jako člen hodnoticího panelu a od roku 2018 jako člen vědecké rady. Vystudoval strojní inženýrství na VUT v Brně. Vědeckou, výzkumnou a vývojovou činnost směřuje do oblasti tribologie, biotribologie a reologie. Působí jako ředitel Ústavu konstruování Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně, který transformoval v mezinárodně uznávanou výzkumně vzdělávací instituci. Je řešitelem několika strategických projektů. Nejvýznamnějších výsledků dosáhl v oblasti elastohydrodynamiky, za které byl oceněn např. cenou Society of Tribologists and Lubrication Engineers nebo Japanese Society of Tribologists. Na VUT v Brně působí jako pedagog, garant dvou studijních programů, školitel a předseda oborové rady doktorského studijního programu. Ve výuce dlouhodobě rozvíjí badatelsky orientované pojetí výuky.

O předsednictvu GA ČR

Předsednictvo GA ČR je jmenováno vládou ČR na návrh Rady pro výzkum, vývoj a inovace. Je složeno z pěti členů, kteří zastupují pět základních vědních oborů – technické vědy (prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D.), vědy o neživé přírodě (RNDr. Alice Valkárová, DrSc.), lékařské a biologické vědy (prof. MUDr. Mgr. Milan Jirsa, CSc.), společenské a humanitní vědy (prof. Ing. Stanislava Hronová, CSc., dr. h. c.) a zemědělské a biologicko-environmentální vědy (doc. RNDr. Petr Baldrian, Ph.D.). Funkční období členů předsednictva je čtyřleté s možností jmenování nejvýše na dvě funkční období po sobě následující. Statutárním orgánem GA ČR je její předseda.

Předsednictvo schvaluje vyhlášení veřejných soutěží ve výzkumu a vývoji a rozhoduje o uzavření smluv o poskytnutí podpory, tedy o udělení grantů vědeckým projektům na základě hodnocení oborových komisí a panelů GA ČR. Předsednictvo dále koordinuje činnost těchto poradních orgánů, jmenuje a odvolává jejich členy.

SOUVISEJÍCÍ ČLÁNKY