Tým odborníků Ústavu teoretické a aplikované mechaniky AV ČR, Ústavu fyziky materiálů, AVČR a Fakulty stavební VŠB-TUO představili průlomovou metodologii pro charakterizaci materiálů, která se zaměřuje na detekci rozvoje poškození během rané fáze tvrdnutí cementové malty. Studie, publikovaná v odborném časopise, využívá in situ časosběrné rentgenové mikrotomografie (μXCT) k pozorování vývoje vnitřního poškození v čerstvé cementové maltě během 25 hodin tvrdnutí.
Metodologie a průběh studie: Výzkumný tým použil časosběrné μXCT zobrazování k detekci a sledování vývoje vnitřního poškození v cementové maltě. Během μXCT skenů byla měřena teplota během tuhnutí cementu, což odráží probíhající hydrataci cementu a vývoj mechanických vlastností malty. μXCT skenování navíc poskytuje i vhled do vývoje poškození ve vztahu k pokračující hydrataci. Celkem bylo provedeno 20 CT skenů během tvrdnutí malty, což umožnilo kvantifikovanou charakterizaci rozložení pórů(pórovitosti) v materiálu a studium rozvoje poškození v meso-struktuře včetně jejich objemové a povrchové charakterizace.
Klíčové výsledky:
- Teplotní měření: Měření teploty během hydratace cementu ukázalo, že nárůst teploty je úzce spojen nejen s vývojem mechanických vlastností, ale i s vývojem/rozvojem vnitřního poškození. Teplota získána během experimentu byla porovnána s analytickým modelem, který ukázal relativně dobrou shodu a umožňuje tak přímé spojení růstu trhliny s uvolněným teplem během hydratace cementu.
- Pórovitost/charakterizace pórů: Pomocí μXCT skenů byla získána detailní charakterizace porézního prostoru, což potvrdilo jejich vznik během přípravy vzorku nikoliv vnitřní chemickou reakcí pojiva s vodou.
- Růst trhliny: Časosběrné zobrazování umožnilo sledovat růst trhliny v meso-struktuře, včetně stanovení jejího objemu, povrchu a souřadnice těžiště. Bylo zjištěno, že trhliny se zvětšovaly hlavně během prvních 6 hodin hydratace, poté se jejich růst zpomalil.
Význam studie: Výsledky studie poskytují cenné poznatky o smršťování cementové malty a slouží jako vzorová metodologie pro budoucí charakterizaci materiálů. Tato inovativní metoda umožňuje detailní analýzu vnitřního poškození , jako jsou póry a trhliny, a nabízí komplexní pohled na heterogenitu materiálu. Studie také potvrzuje standardní chování hydratace cementu a následného tvrdnutí, což je klíčové pro zlepšení mechanických vlastností a trvanlivosti moderních betonových materiálů.
Budoucí aplikace: Tato metodologie může být využita pro další výzkum a vývoj nových materiálů s vylepšenými vlastnostmi, které splňují vysoké environmentální požadavky a zároveň zlepšují celkovou odolnost betonových konstrukcí. Výzkumný tým plánuje pokračovat ve studiu dalších aspektů hydratace nejen cementu, ale i různých bezcementových pojiv, a vývoje poškození, aby přispěl k lepšímu porozumění rozvoje poškození a optimalizaci stavebních materiálů.
