Porušování jemnozrnného cementového kompozitu v blízkosti rozhraní plniva a matrice
Loading...
Date
Authors
Vyhlídal, Michal
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Přechodová oblast mezi zrnem kameniva/výztuží a matricí je považována za nejslabší článek cementových kompozitů a dle některých autorů přímo souvisí s jejich nelineárním (přesněji kvazikřehkým) chováním. Tato práce si klade za cíl ověřit tento obecně uznávaný předpoklad nejslabšího článku za pomoci lomových experimentů a jim odpovídajícím numerických simulací. V experimentální části práce byly vedle tradičních lomových testů využity moderní metody 3D skenování, rastrovací elektronové mikroskopie, chemické analýzy pomocí elektronové mikrosondy a metod měření mechanických vlastností malých objemů – nanoindentace. V numerické části práce byly využity modely založené na zobecněné lineární elastické lomové mechanice i modely moderní určené pro simulace cementových kompozitů, konkrétně model rozetřených trhlin a mikroploškový (Microplane) model. V návaznosti na dosažených výsledcích byla práce doplněna i o kohezivní model simulující chování rozhraní. Výsledky jsou diskutovány a dány do kontextu s již publikovanými pracemi. Hlavním závěrem práce je, že vlastnosti přechodové oblasti nemají na chování cementových kompozitů takový vliv jako samotná adheze mezi inkluzí a přechodovou oblastí, potažmo matricí.
The Interfacial Transition Zone (ITZ) between the aggregate grain/reinforcement bar and the matrix is considered to be the weakest element in cementitious composites and is, according to some authors, directly responsible for the nonlinear (more precisely, quasi-brittle) behavior of the composites. The aim of this work is verification of the generally accepted paradigm of the weakest element by means of fracture experiments and corresponding numerical simulations. In the experimental part, in addition to traditional fracture tests, modern methods of 3D scanning, scanning electron microscopy, chemical analysis using an electron microprobe and nanoindentation were used. In the numerical part, models based on generalized linear elastic fracture mechanics as well as modern models intended for the simulation of cement composites, namely crack band model with smeared cracks and the Microplane model, were used. Based on the results, the numerical part was complemented by the Cohesive Zone Material model simulating the behavior of the interface. All results are discussed and put into context with already published work. The main conclusion of the work is that the properties of the ITZ do not have such an influence on the behavior of cement composites as the adhesion between the inclusion and the ITZ, i.e. the matrix.
The Interfacial Transition Zone (ITZ) between the aggregate grain/reinforcement bar and the matrix is considered to be the weakest element in cementitious composites and is, according to some authors, directly responsible for the nonlinear (more precisely, quasi-brittle) behavior of the composites. The aim of this work is verification of the generally accepted paradigm of the weakest element by means of fracture experiments and corresponding numerical simulations. In the experimental part, in addition to traditional fracture tests, modern methods of 3D scanning, scanning electron microscopy, chemical analysis using an electron microprobe and nanoindentation were used. In the numerical part, models based on generalized linear elastic fracture mechanics as well as modern models intended for the simulation of cement composites, namely crack band model with smeared cracks and the Microplane model, were used. Based on the results, the numerical part was complemented by the Cohesive Zone Material model simulating the behavior of the interface. All results are discussed and put into context with already published work. The main conclusion of the work is that the properties of the ITZ do not have such an influence on the behavior of cement composites as the adhesion between the inclusion and the ITZ, i.e. the matrix.
Description
Keywords
Cementový kompozit, inkluze, přechodová oblast (ITZ), lomový test, tříbodový ohyb, lomová mechanika, numerická simulace, metoda konečných prvků, nanoindentace, elektronová mikroskopie., Cement-based composite, inclusion, the Interfacial Transition Zone (ITZ), fracture test, three-point bending, fracture mechanics, numerical simulation, finite element method, nanoindentation, electron microscopy.
Citation
VYHLÍDAL, M. Porušování jemnozrnného cementového kompozitu v blízkosti rozhraní plniva a matrice [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukce a dopravní stavby
Comittee
prof. Ing. Marcela Karmazínová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Lumír Miča, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Drahomír Novák, DrSc. (člen)
doc. Ing. Otto Plášek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Vejvoda, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Kabele, Ph.D (člen)
doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D. (člen)
prof. Dr.techn. Ing. Michal Varaus (člen)
Date of acceptance
2023-11-03
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení