Materiálové inženýrství

Garant předmětu:

Zbyšek Pavlík

Přednášející:

Milena Pavlíková

Cvičící:

Milena Pavlíková, Adam Pivák, Vojtěch Pommer

Předmět zajišťuje:

katedra materiálového inženýrství a chemie

Anotace:

Předmět poskytuje informace o charakterizaci stavebních materiálů a principech navrhování a vývoje nových typů materiálů s cílenými vlastnostmi pro konkrétní stavební aplikace a konstrukce.

Požadavky:

Získání zápočtu: vypracování protokolů ze cvičení a absolvování testu (min. 50%).

Zkouška: písemná část (min. 50%) a ústní pohovor

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky materiálového inženýrství, základní úlohy MI.

2. Stavba hmoty, stavba atomu, rozdělení prvků podle elektronové konfigurace.

3. Skupenství látek. Krystalické a amorfní látky, krystalové mřížky a jejich poruchy, fázové přechody.

4. Vlastnosti reálných stavebních hmot I, textura, struktura, základní fyzikální vlastnosti, vlhkostní vlastnosti.

5. Vlastnosti reálných stavebních hmot II, tepelné, mechanicke a akustické vlastnosti, vliv teploty a vlhkosti.

6. Konstrukční sklo a polymery - vztah mezi strukturou a vlastnostmi, rozdělení plastů, chemické složení a tvar makromolekul, změkčování, zpracování plastů, plastbetony.

7. Dřevo - vztah mezi strukturou a vlastnostmi, růst dřeva, anatomická a makroskopická stavba dřeva, ochrana.

8. Stavební kámen a malty - vztah mezi strukturou a jejich fyzikálními vlastnostmi, faktory degradace, konsolidace.

9. Kompozitní materiály -- formování struktury, synergické působení, vliv matrice a výztuže na chování kompozitů, kovové, silikátové a polymerní matrice, beton, HPC, HSC, UHP

10. Beton - vztah mezi strukturou a vlastnostmi, porézní struktura betonu, hydratace cementu, vliv vnějších podmínek na vlastnosti betonu, LCA.

11. Lehčené stavební materiály a izolace - vztah mezi strukturou a vlastnostmi, lehčený beton, polymerní pěny, izolační materiály, zkoušení a aplikace.

12. Metody zjišťování struktury, složení a vlastností materiálů.

13. Degradace stavebních materiálů - příčiny a principy, degradace betonu a vápenato-uhličitanových pojiv, koroze výztuže, mazní stavy materiálů.

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:

Cílem předmětu je seznámit posluchače se základními principy tvorby struktury stavebních hmot, od které se následně vyvíjejí jejich vlastnosti. Studenti získají informace o struktuře hmot, o chemických, fyzikálních a fyzikálně-chemických vazbách, které k formování struktury materiálků vedou. Následně si osvojí znalosti o vlastnostech materiálů ve vztahu k jejich struktuře. Dále získají informace o jednotlivých nejčastěji používaných stavebních materiálech, možnostech cílené změny jejich vlastností jak při výrobě tak při samotném materiálovém návrhu. Hlavním cílem předmětu je, aby studenti pochopili základní chování materiálů ve vztahu k jejich struktuře a uvědomili si, jak mohou specifické vlastnosti materiálů cíleně měnit.

Studijní materiály:

! Pavlíková, M., Pavlík, Z., Hošek,J.: Materiálové inženýrství 1, ČVUT v Praze, 2011, ISBN 978-80-01-04932-7.

! Collepardi, M.: Moderní beton, ČKAIT, 2009., ISBN 978-80-87093-75-7.

! Aitcin, P.C.: Vysokohodnotný beton, ČKAIT, Praha, 2005, ISBN 80-86769-39-9.

? Wessel, J.K.: The Handbook of Advanced Materials: Enabling New Designs, Wiley-Interscience 2004, ISBN 978-0-471-45475-5.

?Claisse, P.A.: Civil Engineering materials, Elsevier Ltd., 2016, ISBN 978-0-08-100275-9.

?Illstone,J.M., Domone, P.L.J.: Construction materials - their nature and behaviour, CRC Press, 2010, ISBN 9781498759595.

?Černý R., Rovnaníková P.: Transport Processes in Concrete,CRC Press 2002, ISBN 9781482289107.

? Wasserbauer, R.: Biologické znehodnocení staveb, ABF a.s., ARCH, 2000, ISBN 80-86165-30-2.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Stavební inženýrství, obor Konstrukce pozemních staveb (povinný předmět)
• Stavební inženýrství, specializace Pozemní stavby (povinný předmět programu)
• Stavební inženýrství, specializace Pozemní stavby (povinný předmět programu)