Materiálové inženýrství

Garant předmětu:

Zbyšek Pavlík

Přednášející:

Zbyšek Pavlík

Cvičící:

Zbyšek Pavlík, Adam Pivák, Vojtěch Pommer

Předmět zajišťuje:

katedra materiálového inženýrství a chemie

Anotace:

Stavba hmoty, pohled na konfiguraci atomů, periodickou tabulku a její zákonitosti, povaha soudržných sil. Skupenské stavy látek, struktura pevných látek a fázové přechody. Vlastnosti reálných stavebních hmot, základní fyzikální vlastnosti stavebních materiálů, vztah mezi strukturou a vlastnostmi stavebních materiálů. Stavební kámen, jeho vlastnosti, význam ve stavebnictví, konzervace a konsolidace degradovaných kamenných prvků. Dřevo, jeho struktura, vlastnosti, ochrana a aplikace ve stavebnictví. Sklo a plasty, jejich struktura, vlastnosti a použití ve stavebnictví. Beton, jeho struktura a vlastnosti, vliv vnitřních a vnějších faktorů na vlastnosti a chování betonu, speciální typy betonů a degradační vlivy. Kompozitní materiály, jejich struktura, chování a typy. Degradace stavebních materiálů a metody zjišťování struktury a složení stavebních materiálů.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky materiálového inženýrství ? etapy vývoje materiálů pro stavebnictví, základní úlohy materiálového inženýrství

2. Stavba hmoty ? stavba atomu, rozdělení prvků podle elektronové konfigurace, PTP a její zákonitosti, chemické vazby, povaha a velikost soudržných sil

3. Skupenství látek ? látky plynné, kapalné, pevné ? krystalické a amorfní látky, krystalové mřížky, poruchy krystalových mřížek, heterogenní látky, fázové přechody ? prof. Pavlíková

4. Vlastnosti reálných stavebních hmot I ? textura, struktura, idealizované mikrostruktury, základní fyzikální vlastnosti materiálů, pórovitost otevřená uzavřená, distribuce pórů, vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů ? vlhkost, nasákavost, vzlínavost, sorpční izotermy, retenční křivky vlhkosti, součinitel difúze, faktor difúzního odporu, propustnost

5. Stavební kámen ? význam stavebního kamene z pohledu historie stavitelství a současných možností uplatnění, vztah mezi strukturou kamenů a jejich fyzikálními vlastnostmi, faktory degradace stavebních kamenů, konzervace a konsolidace narušených kamenů

6. Vlastnosti reálných stavebních hmot II ? tepelné vlastnosti stavebních hmot ? mechanismy transportu tepla, normové veličiny, tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, délková a objemová teplotní roztažnost, tepelný odpor, součinitel prostupu tepla, metody měření, příklady vlastností materiálů, akustické vlastnosti stavebních hmot ? vlnový odpor, akustická tvrdost, činitel zvukové pohltivosti, šíření zvuku, vlastnosti běžných stavebních materiálů, mechanické vlastnosti ve vztahu k vlhkosti a teplotě

7. Dřevo - vztah mezi strukturou a vlastnostmi, růst dřeva ? definice dřeva, rozdělení dřevin, molekulární, anatomická a makroskopická stavba dřeva ? geometrická struktura, složení dřeva, fyzikální vlastnosti dřeva ? vlhkost, hustota, tepelné vlastnosti, elektrické

vlastnosti, akustické vlastnosti, mechanické parametry (tvrdost dřeva), chemické vlastnosti ? mez nasycení buněčných stěn, řezy dřeva, zkoušení dřeva ? anizotropie dřeva, materiály na bázi dřeva ve stavebnictví, příklady aplikace dřeva ve stavebnictví, biologická koroze dřeva, ochrana dřeva

8. Sklo a plasty ? vztah mezi strukturou a vlastnostmi, rozdělení, chemické složení

9. Beton - vztah mezi strukturou a vlastnostmi ? chemie cementu, vznik porézní struktury betonu, hydratace cementu, struktura betonu, voda v hydratované cementové mikrostruktuře, póry v hydratované cementové mikrostruktuře, vnitřní a vnější faktory ovlivňující porézní strukturu betonu

10. Beton ? vliv porozity na vlastnosti betonu ? pevnost, permeabilita, tepelná vodivost, vliv vnějších podmínek na vlastnosti betonu ? působení vysokých teplot, vliv nízkých teplot, destrukce betonu vlivem působení agresivních látek

11. Vysokopevnostní a vysokohodnotný beton ? vývojové etapy výroby betonů vysokých pevností, vztah pórovitosti a pevnosti hydratovaného cementového pojiva, jemnost mletí, plastifikační přísady ? princip ztekucování, teplota hydratace, přísady a příměsi slínku, principy výroby vysokohodnotného betonu

12. Kompozitní materiály ? formování struktury, synergické působení, vliv matrice a výztuže na chování kompozitů, kovové, silikátové a polymerní matrice

13. Degradace stavebních materiálů ? chemická, fyzikální, fyzikálně-chemická a biologická degradace, příčiny degradace a koroze, degradace betonu, degradace vápenato-uhličitanových pojiv, degradace vlivem vodorozpustných solí, degradace teplotou, koroze výztuže

Osnova cvičení:

1+2. Laboratorní cvičení 1: Úvod, bezpečnost práce, základní pravidla práce v laboratoři, vzorový laboratorní protokol. Sítový rozbor rozdělení velikosti částic sypkých materiálů - stanovení velikosti částic, prosévací zkouška, laserový analyzátor velikosti částic.

3+4. Laboratorní cvičení 2: Základní materiálové parametry porézních stavebních materiálů - experimentální určení objemové hmotnosti, hustoty matrice, nasyceného obsahu vlhkosti, celkové otevřené pórovitosti ? gravimetrická metoda, metoda vakuové nasákavosti, pyknometrie.

5+6. Laboratorní cvičení 3: Transport kapalné vlhkosti - vodorovná nasákavost, metody měření obsahu vlhkosti ? kapacitní metody, odporové metody, elektromagnetické metody inverzní analýza koncentračních profilů vlhkosti.

7+8. Laboratorní cvičení 4: Transport vodní páry porézním prostředí, misková metoda bez teplotního spádu, stanovení součinitele difúze vodní páry a faktoru difúzního odporu.

9+10. Laboratorní cvičení 5: Tepelné vlastnosti stavebních materiálů ? stanovení součinitele tepelné vodivosti a objemové měrné tepelné kapacity pro suché materiály a v závislosti na narůstajícím obsahu vlhkosti ? aplikace impulsních metod.

11+12. Laboratorní cvičení 6: Dynamická viskozita, kapaliny newtonovské, ne-newtonovské, Stokesův vztah. Praktické stanovení viskozity kapalin.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

Pavlíková, M., Pavlík, Z., Hošek, J. Materiálové inženýrství I. Praha, ČVUT v Praze, 2012.

Doporučená literatura:

Collepardi, M., Moderní beton. Praha, ČKAIT, 2009.

Aitcin, P.-C., Vysokohodnotný beton. Praha, ČKAIT, 2005.

Illston, J.M., Domone, P.L.J., Construction materials – their nature and behaviour. New York, Spon Press, 2007.

Claisse, P.A., Civil Engineering Materials. Butterworth-Heinemann, 2016.

Poznámka:

KD

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: