Projekty a granty

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie

SP2025/083

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie Mezi progresivní technologie rozvíjené v rámci průmyslu 4.0 patří aditivní technologie, které se označují často 3D tisk. Samotný princip aditivní technologie je založen na procesech při nichž se materiály přidávají vrstvu po vrstvě, aby vytvořily trojrozměrné objekty. Existuje celá řada technologických řešení samotného tisku i využívaných technologií. Mezi nejznámější technologie patří FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography), SLS (Selective Laser Sintering), Binder Jetting, Material Jetting a LDM (Liquid Deposition Modeling) [1-3]. Jednotlivé technologie jsou určeny pro specifické materiály, které jsou nejčastěji polymery, kovy, silikáty nebo kompozitní materiály. Z pohledu prezentovaného projektu je výzkumná oblast zaměřena na polymerní systémy s využitím technologie FDM pro případ využití polymerních materiálů (PLA - kyselina polymléčná, ABS - akrylonitrilbutadienstyren, PETG - modifikované polyethylentereftalátglykolem), TPU - termoplastický polyuretan, ASA - akrylonitrilstyrenakrylát, Nylon a řada dalších kompozitů) [4] v rámci velkoformátového tisku (rozměr >0,5 m) v kombinaci se silikátovými materiály. Ve stavební praxi patří do silikátových materiálů především cementy, přísady, příměsi, skelné a keramické materiály a alkalicky aktivované materiály. Zejména v případě alkalicky aktivovaných materiálů je výhodné ho využít pro hybridní a kompozitní struktury, kdy je možno omezit strukturní a reologické změny včetně omezených technologií možností zpracování. Alkalicky aktivované materiály (AAM) - alkali-activated materials) jsou progresivní stavební materiály, které vznikají reakčními procesy mezi oxidem křemičitým a alkalickými aktivátory. Tyto materiály mají potenciál nahradit tradiční cement a přinášejí řadu environmentálních a technických výhod [5,6]. Využití AAM pro hybridní nosníky v kombinaci s drátkobetonem bylo demonstrováno autory v [7]. Mezi základní složky AAM patří silikátové nebo aluminosilikátové zdroje, které často pocházejí z odpadu, jako je popílek z elektráren, struska z oceláren nebo jiné vedlejší produkty a alkalické aktivátory, kde nejčastěji používané jsou alkalické hydroxidy (např. hydroxid sodný nebo draselný) nebo alkalické silikáty [8]. S ohledem na pilotní zkoušky v projektu SP2024/084 se ověřila možnost zkušebních postupů v kombinaci s betonem, resp. řešenou oblastí AAM, kde pro vhodný návrh rozhraní je důležitá vhodná kombinace materiálové báze jak silikátu i polymeru včetně geometrie a tvaru kontaktních povrchů. Souhrnně je možno z uvedených informací nalézt potenciální výzkumnou oblast předloženého projektu. V kontextu uplatňování požadavků na snižování emisí CO2 a požadavky cirkulární ekonomiky bude předmět výzkumu zaměřen také na polymery s využitím recyklátu, resp. možnost recyklace a silikátu s využitím druhotných surovin. Do silikátů bude zařazen nejen AAM, ale i referenční materiál na bázi cementového kompozitu [9]. Pro samotné řešení problematicky je stěžejní nejen stanovení pevnostně/mechanických vlastností, ale zkoušky zaměřené na trvanlivost, zkoušky stavebně/konstrukčních prvků a studium mikrostruktury s využitím optické a elektronové mikroskopie a pro vyhodnocení mikrostrukturního porušení je doplňkově využít nedestruktivních diagnostických postupů, kde patří například ultrazvukové měření [10]. Na základě provedeného experimentálního programu se využije multikriteriálního hodnocení a kriteriální matice pro vyhodnocení vhodnosti aplikačního řešení, což se odrazí v návrhu aplikace v experimentální části dizertační práce hlavního rešitele. Klíčové slova: adheze, polymer-silikát, aditívni technologie, alkalicky aktivovaný materiál [1] Dizon J.R.C., Espera A.H., Jr., Chen Q., Advincula R.C. Mechanical characterization of 3D-printed polymers (2018) Additive Manufacturing, 20, pp. 44 - 67, DOI: 10.1016/j.addma.2017.12.002 [2] Bandyopadhyay A., Heer B. Additive manufacturing of multi-material structures (2018) Materials Science and Engineering R: Reports, 129, pp. 1 - 16, DOI: 10.1016/j.mser.2018.04.001 [3] Wang X., Jiang M., Zhou Z., Gou J., Hui D. 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective (2017) Composites Part B: Engineering, 110, pp. 442 - 458, DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.034 [4] Ahmed Y. A., Mohammed A. A., Marwan H. A. A., Muhammad S. Z. Advanced additive manufacturing in implant dentistry: 3D printing technologies, printable materials, current applications and future requirements (2024), Bioprinting, 42, DOI: 10.1016/j.bprint.2024.e00356 [5] Provis, J. L. Alkali-activated materials (2018), Cement and Concrete Research, 14, pp. 40-48 DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.02.009 [6] Provis, J.L. Geopolymers and other alkali activated materials: why, how, and what? (2014), Mater Struct, 47, pp. 11–25, DOI: 10.1617/s11527-013-0211-5 [7] Gandel, R., Jerabek, J., Marcalikova, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material (2023), Civil and Environmental Engineering, 19, pp. 348-356, DOI: 10.2478/cee-2023-0031 [8] Luukkonen, T., Abdollahnejad, Z., Yliniemi, J., Kinnunen, P., Illikainen, M. One-part alkali-activated materials: A review (201), Cement and Concrete Research, 103, pp. 21-34, DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.10.001 [9] Meyer, C. The greening of the concrete industry (2009), Cement and Concrete Composites, pp. 601-605, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2008.12.010 [10] Li, H., Xiao, H-g., Yuan, J., Ou. J. Microstructure of cement mortar with nano-particles (2004), Composites Part B: Engineering, 35, pp. 185-189, DOI: 10.1016/S1359-8368(03)00052-0 Zvolené metody řešení V rámci experimentálního programu je plánováno testování několika zkušebních sérií, specificky zaměřených na: • Silikátovou matrici: zahrnuje alkalicky aktivovaný materiál a referenční směsi s obsahem portlandského cementu. • Polymery: zahrnuje PLA, PETG, ABS, TPU a nylon, stejně jako jejich kompozity. Zkušební program se bude zaměřovat na následující oblasti: 1. Testování vlastností použitých surovin: analýza kameniva, pojivových systémů, příměsí a přísad (Gandel, Matýsková). 2. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi: zahrnuje zkoušky konzistence čerstvé směsi a monitorování jejího smrštění během tvrdnutí (Gandel, Matýsková). 3. Testování mechanických vlastností silikátové matrice: hodnocení pevnosti v tlaku, pevnosti v tahu za ohybu, a zkoušky odolnosti proti mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám (Gandel, Matýsková). 4. Specializované zkoušky pro kombinované vzorky: zkoušení variantních řešení silikátu a polymeru (Gandel, Matýsková). 5. Studium mikrostruktury: využití optické a elektronové mikroskopie pro analýzu rozhraní silikátové matrice s polymerem a pozorování vzniku a šíření mikrotrhlin (Gandel). Experimentální program bude zahrnovat přípravu forem, betonáž a odbedňování zkušebních těles, stejně jako čištění forem, jejich ošetřování, provádění zkoušek a následnou likvidaci zkušebních těles. Při realizaci zvolených metod řešení budeme postupovat v souladu se standardy a doporučeními: [1] ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2023. [2] ČSN EN 12350-2. Zkoušení čerstvého betonu – Část 2 Zkouška sednutím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [3] ČSN EN 12350-4: Zkoušení čerstvého betonu – Část 4: Stupeň zhutnitelnosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [4] ČSN EN 12350-5. Zkoušení čerstvého betonu – Část 5 Zkouška rozlitím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [5] ČSN 73 1371: Nedestruktívni zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [6] ČSN 73 1373: Nedestruktívni zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [7] ČSN EN 12390-3: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [8] ČSN EN 12390-5: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 5: Pevnost tahu ohybem zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [9] ČSN 73 1322, Stanovení mrazuvzdornosti betonu. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1968. Zdůvodnění finančních prostředků: Stipendia: 1. Ing. Radoslav Gandel – hlavní řešitel (3. ročník doktorského studia) – koordinace projektu, návrh složení receptur, specializované zkoušky, 3D tisk polymerů, technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, publikační činnost (20 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 145 hod téma DiP: Studium vlastnosti kvazi-křehkých kompozitů na bázi alkalicky aktivovaných materiálů (téma SGS souvisí s tématem autorovi DiP v oblasti aplikace bezcementových betonu v hybridních kompozitech) Dosavadní výsledky: 6x Jimp, 1x Jscopus 1. SUCHARDA, O., MARCALÍKOVÁ, Z., GANDEL, R. Microstructure, Shrinkage, and Mechanical Properties of Concrete with Fibers and Experiments of Reinforced Concrete Beams without Shear Reinforcement. Materials, 2022, 15, 5707. DOI: 10.3390/ma15165707 2. GANDEL, R., JERABEK, J., MARCALIKOVA, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material. Civil and Environmental Engineering, 2023, 19(1), pp. 348-356. DOI: 10.2478/cee-2023-0031 3. NEMEC, J., GANDEL, R., JERABEK, J., SUCHARDA, O., BILEK, V. Properties of Selected Alkali-Activated Materials for Sustainable Development, Civil and Environmental Engineering, 2024, 20(1), pp. 307-318. DOI: 10.2478/cee-2024-0024 4. MARCALIKOVA, Z., JERABEK, J., GANDEL, R., GABOR, R., BILEK, V., SUCHARDA, O. Mechanical Properties, Workability, and Experiments of Reinforced Composite Beams with Alternative Binder and Aggregate, Buildings, 2024, 14(7), 2142, DOI: 10.3390/buildings14072142 5. SUCHARDA, O., GANDEL, R., CMIEL, P., JERABEK, J., BILEK, V. Utilization of High-Performance Concrete Mixtures for Advanced Manufacturing Technologies, Buildings, 2024, 14(8), 2269, DOI: 10.3390/buildings14082269 6. GANDEL, R. Selected Mechanical Properties of Concrete with Regard to the Type of Steel Fibers. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 39-40, DOI: 10.4028/p-AG0dTe (Jscopus) 7. MARCALIKOVA, Z., GANDEL, R., JERABEK, J. AND VARAK, J. Selected Properties and Microstructure of Concrete with Tire Rubber Granulate as Recycled Material in Construction Industry. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 754-766. DOI: 10.2478/cee-2024-0057 2. Ing. Kateřina Matýsková – spoluřešitel (3. ročník doktorského studia) – technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, asistence při publikování, (15 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 110 hod. téma DiP: Vliv granulometrie cementu a příměsí na vlastnosti betonů s ternárními pojivy Dosavadní výsledky: 2x Jimp; 1x Jscopus 1. MATÝSKOVÁ, K., BÍLEK, V., PROCHÁZKA, L., HÉDLOVÁ, R., HORŇÁKOVÁ, M. Replacement of Fine Aggregates in Fine-Grained Concrete by Waste Material from Cetris Boards Production. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 31-38, DOI: 10.4028/p-sMCI67 (Jscopus) 2. BÍLEK, V., PESATA, M., MATYSKOVA, K., & MIARKA, P. (2024). Long-term development of mechanical properties of concrete with different water to cement ratio and internal curing ability. Fracture and Structural Integrity, 19, pp. 263–272. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.71.19 3. BILEK, V., PROCHAZKA, L., MATYSKOVA, K. AND SUCHARDA, O. Frost Resistance of Alkali-Activated Concrete with Different Compositions – Parametric Study. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 993-1001. DOI: 10.2478/cee-2024-0072 Náklady na stipendia celkem: 35 000 Kč Materiálové náklady: 1. Materiál pro výrobu zkušebních těles - silikátů, cca 100 zkušebních těles (kamenivo aktivátory, pojivo, stavební chemie) 25 000 Kč 2. Polymery pro výrobu vzorků – filament pro 3D tisk 10 000 Kč 3. Spotřební materiál pro účely laboratoře (nářadí, zednické náčiní, OOPP apod.) 3 000 Kč Náklady na materiál celkem: 38 000 Kč Drobné hmotný majetek – příslušenství pro 3D tiskárnu - Dual-Head pro multi-material tisk -15 000 Kč (pro duální tisk pro potřeby podpor při 3D tisku) Služby: 1. Časopis CEE (Jimp) 20 000 Kč 2. Náklady laboratoře stavebních hmot – dle zásad pravidel SGS (kalibrace, resp. opravy a údržba – služba – poměrná část nákladů, domluveno s VK223) – 1 990 Kč 3. Aktivní účast na semináři v Kobylí (Betony pro udržitelný rozvoj konstrukcí) – 5 000 Kč Náklady na Služby celkem: 26 990 Kč Cestovné: 1x Seminář – udržitelný beton: cestovné a ubytování – 3 000 Kč Náklady na cestovné celkem: 3 000 Kč Režie: 13 110 Kč Harmonogram prací: Leden-Únor Podrobná rešerše literatury týkající se problematiky silikátu a polymerních materiálů. Návrh zkušebních receptur, tvorba modelů pro 3D tisk vzorků polymeru. (Gandel: cca 10 hod.) Březen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (PETG, PLA). Specializované zkoušky jednotlivých surovinových složek silikátů. Referenční zkoušky polymerních vzorků. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky) Úprava navržených receptur s ohledem na zjištěné vlastnosti. (Gandel: úprava receptur cca 1 hod) Počátek testování pevnostních charakteristik silikátů a specializované zkoušky vzorků silkát a polymer. (Gandel: cca 7 hod pro testování pevnostních pevnostních charakteristik jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky silikát-polymerů) Duben-Květen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (ABS, nylon)). (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií) Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 2 hod) Testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování. (Gandel: cca 6 hod spolu (cca 1,5 hod pro 7, 14, 21 a 28 denní pevnosti)) Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Duben Vyhodnocení a analýza dosavadních provedených zkoušek experimentálního programu. (Gandel: cca 5 hod) Červen Další výroba zkušebních sérií – úprava povrhu a geometrie kontaktních ploch silikát/polymer). (Gandel + Matýsková: výroba a úprava, každý cca 6 hod) Červenec Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Počátek dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Srpen-Září Provedení dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Říjen–Listopad Finální statistické vyhodnocení naměřených dat. (Gandel: cca 8 hod) Příprava publikace (Jimp). (Gandel: cca 40 hod; Matýsková: cca 16 hod) Prosinec Účast na semináři v Kobylí Rozsah prací po optimalizaci testovaných receptur bude činit přibližně 3 až 4 testovací série, každá o minimálně cca 30 testovací tělesech/vzorcích.

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Gandel Radoslav Ing.

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie

SP2025/083

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie Mezi progresivní technologie rozvíjené v rámci průmyslu 4.0 patří aditivní technologie, které se označují často 3D tisk. Samotný princip aditivní technologie je založen na procesech při nichž se materiály přidávají vrstvu po vrstvě, aby vytvořily trojrozměrné objekty. Existuje celá řada technologických řešení samotného tisku i využívaných technologií. Mezi nejznámější technologie patří FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography), SLS (Selective Laser Sintering), Binder Jetting, Material Jetting a LDM (Liquid Deposition Modeling) [1-3]. Jednotlivé technologie jsou určeny pro specifické materiály, které jsou nejčastěji polymery, kovy, silikáty nebo kompozitní materiály. Z pohledu prezentovaného projektu je výzkumná oblast zaměřena na polymerní systémy s využitím technologie FDM pro případ využití polymerních materiálů (PLA - kyselina polymléčná, ABS - akrylonitrilbutadienstyren, PETG - modifikované polyethylentereftalátglykolem), TPU - termoplastický polyuretan, ASA - akrylonitrilstyrenakrylát, Nylon a řada dalších kompozitů) [4] v rámci velkoformátového tisku (rozměr >0,5 m) v kombinaci se silikátovými materiály. Ve stavební praxi patří do silikátových materiálů především cementy, přísady, příměsi, skelné a keramické materiály a alkalicky aktivované materiály. Zejména v případě alkalicky aktivovaných materiálů je výhodné ho využít pro hybridní a kompozitní struktury, kdy je možno omezit strukturní a reologické změny včetně omezených technologií možností zpracování. Alkalicky aktivované materiály (AAM) - alkali-activated materials) jsou progresivní stavební materiály, které vznikají reakčními procesy mezi oxidem křemičitým a alkalickými aktivátory. Tyto materiály mají potenciál nahradit tradiční cement a přinášejí řadu environmentálních a technických výhod [5,6]. Využití AAM pro hybridní nosníky v kombinaci s drátkobetonem bylo demonstrováno autory v [7]. Mezi základní složky AAM patří silikátové nebo aluminosilikátové zdroje, které často pocházejí z odpadu, jako je popílek z elektráren, struska z oceláren nebo jiné vedlejší produkty a alkalické aktivátory, kde nejčastěji používané jsou alkalické hydroxidy (např. hydroxid sodný nebo draselný) nebo alkalické silikáty [8]. S ohledem na pilotní zkoušky v projektu SP2024/084 se ověřila možnost zkušebních postupů v kombinaci s betonem, resp. řešenou oblastí AAM, kde pro vhodný návrh rozhraní je důležitá vhodná kombinace materiálové báze jak silikátu i polymeru včetně geometrie a tvaru kontaktních povrchů. Souhrnně je možno z uvedených informací nalézt potenciální výzkumnou oblast předloženého projektu. V kontextu uplatňování požadavků na snižování emisí CO2 a požadavky cirkulární ekonomiky bude předmět výzkumu zaměřen také na polymery s využitím recyklátu, resp. možnost recyklace a silikátu s využitím druhotných surovin. Do silikátů bude zařazen nejen AAM, ale i referenční materiál na bázi cementového kompozitu [9]. Pro samotné řešení problematicky je stěžejní nejen stanovení pevnostně/mechanických vlastností, ale zkoušky zaměřené na trvanlivost, zkoušky stavebně/konstrukčních prvků a studium mikrostruktury s využitím optické a elektronové mikroskopie a pro vyhodnocení mikrostrukturního porušení je doplňkově využít nedestruktivních diagnostických postupů, kde patří například ultrazvukové měření [10]. Na základě provedeného experimentálního programu se využije multikriteriálního hodnocení a kriteriální matice pro vyhodnocení vhodnosti aplikačního řešení, což se odrazí v návrhu aplikace v experimentální části dizertační práce hlavního rešitele. Klíčové slova: adheze, polymer-silikát, aditívni technologie, alkalicky aktivovaný materiál [1] Dizon J.R.C., Espera A.H., Jr., Chen Q., Advincula R.C. Mechanical characterization of 3D-printed polymers (2018) Additive Manufacturing, 20, pp. 44 - 67, DOI: 10.1016/j.addma.2017.12.002 [2] Bandyopadhyay A., Heer B. Additive manufacturing of multi-material structures (2018) Materials Science and Engineering R: Reports, 129, pp. 1 - 16, DOI: 10.1016/j.mser.2018.04.001 [3] Wang X., Jiang M., Zhou Z., Gou J., Hui D. 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective (2017) Composites Part B: Engineering, 110, pp. 442 - 458, DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.034 [4] Ahmed Y. A., Mohammed A. A., Marwan H. A. A., Muhammad S. Z. Advanced additive manufacturing in implant dentistry: 3D printing technologies, printable materials, current applications and future requirements (2024), Bioprinting, 42, DOI: 10.1016/j.bprint.2024.e00356 [5] Provis, J. L. Alkali-activated materials (2018), Cement and Concrete Research, 14, pp. 40-48 DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.02.009 [6] Provis, J.L. Geopolymers and other alkali activated materials: why, how, and what? (2014), Mater Struct, 47, pp. 11–25, DOI: 10.1617/s11527-013-0211-5 [7] Gandel, R., Jerabek, J., Marcalikova, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material (2023), Civil and Environmental Engineering, 19, pp. 348-356, DOI: 10.2478/cee-2023-0031 [8] Luukkonen, T., Abdollahnejad, Z., Yliniemi, J., Kinnunen, P., Illikainen, M. One-part alkali-activated materials: A review (201), Cement and Concrete Research, 103, pp. 21-34, DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.10.001 [9] Meyer, C. The greening of the concrete industry (2009), Cement and Concrete Composites, pp. 601-605, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2008.12.010 [10] Li, H., Xiao, H-g., Yuan, J., Ou. J. Microstructure of cement mortar with nano-particles (2004), Composites Part B: Engineering, 35, pp. 185-189, DOI: 10.1016/S1359-8368(03)00052-0 Zvolené metody řešení V rámci experimentálního programu je plánováno testování několika zkušebních sérií, specificky zaměřených na: • Silikátovou matrici: zahrnuje alkalicky aktivovaný materiál a referenční směsi s obsahem portlandského cementu. • Polymery: zahrnuje PLA, PETG, ABS, TPU a nylon, stejně jako jejich kompozity. Zkušební program se bude zaměřovat na následující oblasti: 1. Testování vlastností použitých surovin: analýza kameniva, pojivových systémů, příměsí a přísad (Gandel, Matýsková). 2. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi: zahrnuje zkoušky konzistence čerstvé směsi a monitorování jejího smrštění během tvrdnutí (Gandel, Matýsková). 3. Testování mechanických vlastností silikátové matrice: hodnocení pevnosti v tlaku, pevnosti v tahu za ohybu, a zkoušky odolnosti proti mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám (Gandel, Matýsková). 4. Specializované zkoušky pro kombinované vzorky: zkoušení variantních řešení silikátu a polymeru (Gandel, Matýsková). 5. Studium mikrostruktury: využití optické a elektronové mikroskopie pro analýzu rozhraní silikátové matrice s polymerem a pozorování vzniku a šíření mikrotrhlin (Gandel). Experimentální program bude zahrnovat přípravu forem, betonáž a odbedňování zkušebních těles, stejně jako čištění forem, jejich ošetřování, provádění zkoušek a následnou likvidaci zkušebních těles. Při realizaci zvolených metod řešení budeme postupovat v souladu se standardy a doporučeními: [1] ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2023. [2] ČSN EN 12350-2. Zkoušení čerstvého betonu – Část 2 Zkouška sednutím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [3] ČSN EN 12350-4: Zkoušení čerstvého betonu – Část 4: Stupeň zhutnitelnosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [4] ČSN EN 12350-5. Zkoušení čerstvého betonu – Část 5 Zkouška rozlitím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [5] ČSN 73 1371: Nedestruktívni zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [6] ČSN 73 1373: Nedestruktívni zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [7] ČSN EN 12390-3: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [8] ČSN EN 12390-5: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 5: Pevnost tahu ohybem zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [9] ČSN 73 1322, Stanovení mrazuvzdornosti betonu. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1968. Zdůvodnění finančních prostředků: Stipendia: 1. Ing. Radoslav Gandel – hlavní řešitel (3. ročník doktorského studia) – koordinace projektu, návrh složení receptur, specializované zkoušky, 3D tisk polymerů, technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, publikační činnost (20 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 145 hod téma DiP: Studium vlastnosti kvazi-křehkých kompozitů na bázi alkalicky aktivovaných materiálů (téma SGS souvisí s tématem autorovi DiP v oblasti aplikace bezcementových betonu v hybridních kompozitech) Dosavadní výsledky: 6x Jimp, 1x Jscopus 1. SUCHARDA, O., MARCALÍKOVÁ, Z., GANDEL, R. Microstructure, Shrinkage, and Mechanical Properties of Concrete with Fibers and Experiments of Reinforced Concrete Beams without Shear Reinforcement. Materials, 2022, 15, 5707. DOI: 10.3390/ma15165707 2. GANDEL, R., JERABEK, J., MARCALIKOVA, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material. Civil and Environmental Engineering, 2023, 19(1), pp. 348-356. DOI: 10.2478/cee-2023-0031 3. NEMEC, J., GANDEL, R., JERABEK, J., SUCHARDA, O., BILEK, V. Properties of Selected Alkali-Activated Materials for Sustainable Development, Civil and Environmental Engineering, 2024, 20(1), pp. 307-318. DOI: 10.2478/cee-2024-0024 4. MARCALIKOVA, Z., JERABEK, J., GANDEL, R., GABOR, R., BILEK, V., SUCHARDA, O. Mechanical Properties, Workability, and Experiments of Reinforced Composite Beams with Alternative Binder and Aggregate, Buildings, 2024, 14(7), 2142, DOI: 10.3390/buildings14072142 5. SUCHARDA, O., GANDEL, R., CMIEL, P., JERABEK, J., BILEK, V. Utilization of High-Performance Concrete Mixtures for Advanced Manufacturing Technologies, Buildings, 2024, 14(8), 2269, DOI: 10.3390/buildings14082269 6. GANDEL, R. Selected Mechanical Properties of Concrete with Regard to the Type of Steel Fibers. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 39-40, DOI: 10.4028/p-AG0dTe (Jscopus) 7. MARCALIKOVA, Z., GANDEL, R., JERABEK, J. AND VARAK, J. Selected Properties and Microstructure of Concrete with Tire Rubber Granulate as Recycled Material in Construction Industry. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 754-766. DOI: 10.2478/cee-2024-0057 2. Ing. Kateřina Matýsková – spoluřešitel (3. ročník doktorského studia) – technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, asistence při publikování, (15 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 110 hod. téma DiP: Vliv granulometrie cementu a příměsí na vlastnosti betonů s ternárními pojivy Dosavadní výsledky: 2x Jimp; 1x Jscopus 1. MATÝSKOVÁ, K., BÍLEK, V., PROCHÁZKA, L., HÉDLOVÁ, R., HORŇÁKOVÁ, M. Replacement of Fine Aggregates in Fine-Grained Concrete by Waste Material from Cetris Boards Production. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 31-38, DOI: 10.4028/p-sMCI67 (Jscopus) 2. BÍLEK, V., PESATA, M., MATYSKOVA, K., & MIARKA, P. (2024). Long-term development of mechanical properties of concrete with different water to cement ratio and internal curing ability. Fracture and Structural Integrity, 19, pp. 263–272. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.71.19 3. BILEK, V., PROCHAZKA, L., MATYSKOVA, K. AND SUCHARDA, O. Frost Resistance of Alkali-Activated Concrete with Different Compositions – Parametric Study. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 993-1001. DOI: 10.2478/cee-2024-0072 Náklady na stipendia celkem: 35 000 Kč Materiálové náklady: 1. Materiál pro výrobu zkušebních těles - silikátů, cca 100 zkušebních těles (kamenivo aktivátory, pojivo, stavební chemie) 25 000 Kč 2. Polymery pro výrobu vzorků – filament pro 3D tisk 10 000 Kč 3. Spotřební materiál pro účely laboratoře (nářadí, zednické náčiní, OOPP apod.) 3 000 Kč Náklady na materiál celkem: 38 000 Kč Drobné hmotný majetek – příslušenství pro 3D tiskárnu - Dual-Head pro multi-material tisk -15 000 Kč (pro duální tisk pro potřeby podpor při 3D tisku) Služby: 1. Časopis CEE (Jimp) 20 000 Kč 2. Náklady laboratoře stavebních hmot – dle zásad pravidel SGS (kalibrace, resp. opravy a údržba – služba – poměrná část nákladů, domluveno s VK223) – 1 990 Kč 3. Aktivní účast na semináři v Kobylí (Betony pro udržitelný rozvoj konstrukcí) – 5 000 Kč Náklady na Služby celkem: 26 990 Kč Cestovné: 1x Seminář – udržitelný beton: cestovné a ubytování – 3 000 Kč Náklady na cestovné celkem: 3 000 Kč Režie: 13 110 Kč Harmonogram prací: Leden-Únor Podrobná rešerše literatury týkající se problematiky silikátu a polymerních materiálů. Návrh zkušebních receptur, tvorba modelů pro 3D tisk vzorků polymeru. (Gandel: cca 10 hod.) Březen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (PETG, PLA). Specializované zkoušky jednotlivých surovinových složek silikátů. Referenční zkoušky polymerních vzorků. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky) Úprava navržených receptur s ohledem na zjištěné vlastnosti. (Gandel: úprava receptur cca 1 hod) Počátek testování pevnostních charakteristik silikátů a specializované zkoušky vzorků silkát a polymer. (Gandel: cca 7 hod pro testování pevnostních pevnostních charakteristik jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky silikát-polymerů) Duben-Květen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (ABS, nylon)). (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií) Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 2 hod) Testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování. (Gandel: cca 6 hod spolu (cca 1,5 hod pro 7, 14, 21 a 28 denní pevnosti)) Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Duben Vyhodnocení a analýza dosavadních provedených zkoušek experimentálního programu. (Gandel: cca 5 hod) Červen Další výroba zkušebních sérií – úprava povrhu a geometrie kontaktních ploch silikát/polymer). (Gandel + Matýsková: výroba a úprava, každý cca 6 hod) Červenec Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Počátek dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Srpen-Září Provedení dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Říjen–Listopad Finální statistické vyhodnocení naměřených dat. (Gandel: cca 8 hod) Příprava publikace (Jimp). (Gandel: cca 40 hod; Matýsková: cca 16 hod) Prosinec Účast na semináři v Kobylí Rozsah prací po optimalizaci testovaných receptur bude činit přibližně 3 až 4 testovací série, každá o minimálně cca 30 testovací tělesech/vzorcích.

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Gandel Radoslav Ing.

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie

SP2025/083

Studium adheze a rozhraní polymer-silikátového kompozitu s využitím aditivní technologie Mezi progresivní technologie rozvíjené v rámci průmyslu 4.0 patří aditivní technologie, které se označují často 3D tisk. Samotný princip aditivní technologie je založen na procesech při nichž se materiály přidávají vrstvu po vrstvě, aby vytvořily trojrozměrné objekty. Existuje celá řada technologických řešení samotného tisku i využívaných technologií. Mezi nejznámější technologie patří FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography), SLS (Selective Laser Sintering), Binder Jetting, Material Jetting a LDM (Liquid Deposition Modeling) [1-3]. Jednotlivé technologie jsou určeny pro specifické materiály, které jsou nejčastěji polymery, kovy, silikáty nebo kompozitní materiály. Z pohledu prezentovaného projektu je výzkumná oblast zaměřena na polymerní systémy s využitím technologie FDM pro případ využití polymerních materiálů (PLA - kyselina polymléčná, ABS - akrylonitrilbutadienstyren, PETG - modifikované polyethylentereftalátglykolem), TPU - termoplastický polyuretan, ASA - akrylonitrilstyrenakrylát, Nylon a řada dalších kompozitů) [4] v rámci velkoformátového tisku (rozměr >0,5 m) v kombinaci se silikátovými materiály. Ve stavební praxi patří do silikátových materiálů především cementy, přísady, příměsi, skelné a keramické materiály a alkalicky aktivované materiály. Zejména v případě alkalicky aktivovaných materiálů je výhodné ho využít pro hybridní a kompozitní struktury, kdy je možno omezit strukturní a reologické změny včetně omezených technologií možností zpracování. Alkalicky aktivované materiály (AAM) - alkali-activated materials) jsou progresivní stavební materiály, které vznikají reakčními procesy mezi oxidem křemičitým a alkalickými aktivátory. Tyto materiály mají potenciál nahradit tradiční cement a přinášejí řadu environmentálních a technických výhod [5,6]. Využití AAM pro hybridní nosníky v kombinaci s drátkobetonem bylo demonstrováno autory v [7]. Mezi základní složky AAM patří silikátové nebo aluminosilikátové zdroje, které často pocházejí z odpadu, jako je popílek z elektráren, struska z oceláren nebo jiné vedlejší produkty a alkalické aktivátory, kde nejčastěji používané jsou alkalické hydroxidy (např. hydroxid sodný nebo draselný) nebo alkalické silikáty [8]. S ohledem na pilotní zkoušky v projektu SP2024/084 se ověřila možnost zkušebních postupů v kombinaci s betonem, resp. řešenou oblastí AAM, kde pro vhodný návrh rozhraní je důležitá vhodná kombinace materiálové báze jak silikátu i polymeru včetně geometrie a tvaru kontaktních povrchů. Souhrnně je možno z uvedených informací nalézt potenciální výzkumnou oblast předloženého projektu. V kontextu uplatňování požadavků na snižování emisí CO2 a požadavky cirkulární ekonomiky bude předmět výzkumu zaměřen také na polymery s využitím recyklátu, resp. možnost recyklace a silikátu s využitím druhotných surovin. Do silikátů bude zařazen nejen AAM, ale i referenční materiál na bázi cementového kompozitu [9]. Pro samotné řešení problematicky je stěžejní nejen stanovení pevnostně/mechanických vlastností, ale zkoušky zaměřené na trvanlivost, zkoušky stavebně/konstrukčních prvků a studium mikrostruktury s využitím optické a elektronové mikroskopie a pro vyhodnocení mikrostrukturního porušení je doplňkově využít nedestruktivních diagnostických postupů, kde patří například ultrazvukové měření [10]. Na základě provedeného experimentálního programu se využije multikriteriálního hodnocení a kriteriální matice pro vyhodnocení vhodnosti aplikačního řešení, což se odrazí v návrhu aplikace v experimentální části dizertační práce hlavního rešitele. Klíčové slova: adheze, polymer-silikát, aditívni technologie, alkalicky aktivovaný materiál [1] Dizon J.R.C., Espera A.H., Jr., Chen Q., Advincula R.C. Mechanical characterization of 3D-printed polymers (2018) Additive Manufacturing, 20, pp. 44 - 67, DOI: 10.1016/j.addma.2017.12.002 [2] Bandyopadhyay A., Heer B. Additive manufacturing of multi-material structures (2018) Materials Science and Engineering R: Reports, 129, pp. 1 - 16, DOI: 10.1016/j.mser.2018.04.001 [3] Wang X., Jiang M., Zhou Z., Gou J., Hui D. 3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective (2017) Composites Part B: Engineering, 110, pp. 442 - 458, DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.034 [4] Ahmed Y. A., Mohammed A. A., Marwan H. A. A., Muhammad S. Z. Advanced additive manufacturing in implant dentistry: 3D printing technologies, printable materials, current applications and future requirements (2024), Bioprinting, 42, DOI: 10.1016/j.bprint.2024.e00356 [5] Provis, J. L. Alkali-activated materials (2018), Cement and Concrete Research, 14, pp. 40-48 DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.02.009 [6] Provis, J.L. Geopolymers and other alkali activated materials: why, how, and what? (2014), Mater Struct, 47, pp. 11–25, DOI: 10.1617/s11527-013-0211-5 [7] Gandel, R., Jerabek, J., Marcalikova, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material (2023), Civil and Environmental Engineering, 19, pp. 348-356, DOI: 10.2478/cee-2023-0031 [8] Luukkonen, T., Abdollahnejad, Z., Yliniemi, J., Kinnunen, P., Illikainen, M. One-part alkali-activated materials: A review (201), Cement and Concrete Research, 103, pp. 21-34, DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.10.001 [9] Meyer, C. The greening of the concrete industry (2009), Cement and Concrete Composites, pp. 601-605, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2008.12.010 [10] Li, H., Xiao, H-g., Yuan, J., Ou. J. Microstructure of cement mortar with nano-particles (2004), Composites Part B: Engineering, 35, pp. 185-189, DOI: 10.1016/S1359-8368(03)00052-0 Zvolené metody řešení V rámci experimentálního programu je plánováno testování několika zkušebních sérií, specificky zaměřených na: • Silikátovou matrici: zahrnuje alkalicky aktivovaný materiál a referenční směsi s obsahem portlandského cementu. • Polymery: zahrnuje PLA, PETG, ABS, TPU a nylon, stejně jako jejich kompozity. Zkušební program se bude zaměřovat na následující oblasti: 1. Testování vlastností použitých surovin: analýza kameniva, pojivových systémů, příměsí a přísad (Gandel, Matýsková). 2. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi: zahrnuje zkoušky konzistence čerstvé směsi a monitorování jejího smrštění během tvrdnutí (Gandel, Matýsková). 3. Testování mechanických vlastností silikátové matrice: hodnocení pevnosti v tlaku, pevnosti v tahu za ohybu, a zkoušky odolnosti proti mrazu a chemickým rozmrazovacím látkám (Gandel, Matýsková). 4. Specializované zkoušky pro kombinované vzorky: zkoušení variantních řešení silikátu a polymeru (Gandel, Matýsková). 5. Studium mikrostruktury: využití optické a elektronové mikroskopie pro analýzu rozhraní silikátové matrice s polymerem a pozorování vzniku a šíření mikrotrhlin (Gandel). Experimentální program bude zahrnovat přípravu forem, betonáž a odbedňování zkušebních těles, stejně jako čištění forem, jejich ošetřování, provádění zkoušek a následnou likvidaci zkušebních těles. Při realizaci zvolených metod řešení budeme postupovat v souladu se standardy a doporučeními: [1] ČSN EN 1097-6, Zkoušení mechanických a fyzikálních vlastností kameniva – Část 6: Stanovení objemové hmotnosti zrn a nasákavosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2023. [2] ČSN EN 12350-2. Zkoušení čerstvého betonu – Část 2 Zkouška sednutím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [3] ČSN EN 12350-4: Zkoušení čerstvého betonu – Část 4: Stupeň zhutnitelnosti. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [4] ČSN EN 12350-5. Zkoušení čerstvého betonu – Část 5 Zkouška rozlitím. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020. [5] ČSN 73 1371: Nedestruktívni zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [6] ČSN 73 1373: Nedestruktívni zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. [7] ČSN EN 12390-3: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 3: Pevnost v tlaku zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [8] ČSN EN 12390-5: Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 5: Pevnost tahu ohybem zkušebních těles. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2020 [9] ČSN 73 1322, Stanovení mrazuvzdornosti betonu. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, 1968. Zdůvodnění finančních prostředků: Stipendia: 1. Ing. Radoslav Gandel – hlavní řešitel (3. ročník doktorského studia) – koordinace projektu, návrh složení receptur, specializované zkoušky, 3D tisk polymerů, technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, publikační činnost (20 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 145 hod téma DiP: Studium vlastnosti kvazi-křehkých kompozitů na bázi alkalicky aktivovaných materiálů (téma SGS souvisí s tématem autorovi DiP v oblasti aplikace bezcementových betonu v hybridních kompozitech) Dosavadní výsledky: 6x Jimp, 1x Jscopus 1. SUCHARDA, O., MARCALÍKOVÁ, Z., GANDEL, R. Microstructure, Shrinkage, and Mechanical Properties of Concrete with Fibers and Experiments of Reinforced Concrete Beams without Shear Reinforcement. Materials, 2022, 15, 5707. DOI: 10.3390/ma15165707 2. GANDEL, R., JERABEK, J., MARCALIKOVA, Z. Reinforced Concrete Beams Without Shear Reinforcement Using Fiber Reinforced Concrete and Alkali-Activated Material. Civil and Environmental Engineering, 2023, 19(1), pp. 348-356. DOI: 10.2478/cee-2023-0031 3. NEMEC, J., GANDEL, R., JERABEK, J., SUCHARDA, O., BILEK, V. Properties of Selected Alkali-Activated Materials for Sustainable Development, Civil and Environmental Engineering, 2024, 20(1), pp. 307-318. DOI: 10.2478/cee-2024-0024 4. MARCALIKOVA, Z., JERABEK, J., GANDEL, R., GABOR, R., BILEK, V., SUCHARDA, O. Mechanical Properties, Workability, and Experiments of Reinforced Composite Beams with Alternative Binder and Aggregate, Buildings, 2024, 14(7), 2142, DOI: 10.3390/buildings14072142 5. SUCHARDA, O., GANDEL, R., CMIEL, P., JERABEK, J., BILEK, V. Utilization of High-Performance Concrete Mixtures for Advanced Manufacturing Technologies, Buildings, 2024, 14(8), 2269, DOI: 10.3390/buildings14082269 6. GANDEL, R. Selected Mechanical Properties of Concrete with Regard to the Type of Steel Fibers. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 39-40, DOI: 10.4028/p-AG0dTe (Jscopus) 7. MARCALIKOVA, Z., GANDEL, R., JERABEK, J. AND VARAK, J. Selected Properties and Microstructure of Concrete with Tire Rubber Granulate as Recycled Material in Construction Industry. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 754-766. DOI: 10.2478/cee-2024-0057 2. Ing. Kateřina Matýsková – spoluřešitel (3. ročník doktorského studia) – technická příprava a realizace experimentů v laboratoři, vyhodnocení dat, asistence při publikování, (15 000 Kč). Zapojení v projektu v rozsahu cca 110 hod. téma DiP: Vliv granulometrie cementu a příměsí na vlastnosti betonů s ternárními pojivy Dosavadní výsledky: 2x Jimp; 1x Jscopus 1. MATÝSKOVÁ, K., BÍLEK, V., PROCHÁZKA, L., HÉDLOVÁ, R., HORŇÁKOVÁ, M. Replacement of Fine Aggregates in Fine-Grained Concrete by Waste Material from Cetris Boards Production. Defect and Diffusion Forum, 2024, 432, pp. 31-38, DOI: 10.4028/p-sMCI67 (Jscopus) 2. BÍLEK, V., PESATA, M., MATYSKOVA, K., & MIARKA, P. (2024). Long-term development of mechanical properties of concrete with different water to cement ratio and internal curing ability. Fracture and Structural Integrity, 19, pp. 263–272. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.71.19 3. BILEK, V., PROCHAZKA, L., MATYSKOVA, K. AND SUCHARDA, O. Frost Resistance of Alkali-Activated Concrete with Different Compositions – Parametric Study. Civil and Environmental Engineering, 2024, 20, pp. 993-1001. DOI: 10.2478/cee-2024-0072 Náklady na stipendia celkem: 35 000 Kč Materiálové náklady: 1. Materiál pro výrobu zkušebních těles - silikátů, cca 100 zkušebních těles (kamenivo aktivátory, pojivo, stavební chemie) 25 000 Kč 2. Polymery pro výrobu vzorků – filament pro 3D tisk 10 000 Kč 3. Spotřební materiál pro účely laboratoře (nářadí, zednické náčiní, OOPP apod.) 3 000 Kč Náklady na materiál celkem: 38 000 Kč Drobné hmotný majetek – příslušenství pro 3D tiskárnu - Dual-Head pro multi-material tisk -15 000 Kč (pro duální tisk pro potřeby podpor při 3D tisku) Služby: 1. Časopis CEE (Jimp) 20 000 Kč 2. Náklady laboratoře stavebních hmot – dle zásad pravidel SGS (kalibrace, resp. opravy a údržba – služba – poměrná část nákladů, domluveno s VK223) – 1 990 Kč 3. Aktivní účast na semináři v Kobylí (Betony pro udržitelný rozvoj konstrukcí) – 5 000 Kč Náklady na Služby celkem: 26 990 Kč Cestovné: 1x Seminář – udržitelný beton: cestovné a ubytování – 3 000 Kč Náklady na cestovné celkem: 3 000 Kč Režie: 13 110 Kč Harmonogram prací: Leden-Únor Podrobná rešerše literatury týkající se problematiky silikátu a polymerních materiálů. Návrh zkušebních receptur, tvorba modelů pro 3D tisk vzorků polymeru. (Gandel: cca 10 hod.) Březen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (PETG, PLA). Specializované zkoušky jednotlivých surovinových složek silikátů. Referenční zkoušky polymerních vzorků. Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky) Úprava navržených receptur s ohledem na zjištěné vlastnosti. (Gandel: úprava receptur cca 1 hod) Počátek testování pevnostních charakteristik silikátů a specializované zkoušky vzorků silkát a polymer. (Gandel: cca 7 hod pro testování pevnostních pevnostních charakteristik jedné sérií; Matýsková: cca 8 hod pro specializované zkoušky silikát-polymerů) Duben-Květen Výroba zkušebních sérií (silikát + Polymer (ABS, nylon)). (Gandel + Matýsková: každý cca 5 hod pro výrobu jedné sérií) Testování vlastností čerstvé a zrající směsi. (Gandel + Matýsková: každý cca 2 hod) Testování vývoje pevnostních charakteristik v závislosti na čase a ošetřování. (Gandel: cca 6 hod spolu (cca 1,5 hod pro 7, 14, 21 a 28 denní pevnosti)) Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Duben Vyhodnocení a analýza dosavadních provedených zkoušek experimentálního programu. (Gandel: cca 5 hod) Červen Další výroba zkušebních sérií – úprava povrhu a geometrie kontaktních ploch silikát/polymer). (Gandel + Matýsková: výroba a úprava, každý cca 6 hod) Červenec Normové testování mechanických vlastností vyrobených zkušebních těles. (Matýsková: cca 10 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Počátek dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Srpen-Září Provedení dlouhodobých zkoušek s ohledem na trvanlivost a odolnost (stanovení mrazuvzdornosti a odolnosti proti chemickým rozmrazovacím látkám). (Gandel + Matýsková: každý cca 20 hod) Studium mikrostruktury. (Gandel: cca 5 hod) Říjen–Listopad Finální statistické vyhodnocení naměřených dat. (Gandel: cca 8 hod) Příprava publikace (Jimp). (Gandel: cca 40 hod; Matýsková: cca 16 hod) Prosinec Účast na semináři v Kobylí Rozsah prací po optimalizaci testovaných receptur bude činit přibližně 3 až 4 testovací série, každá o minimálně cca 30 testovací tělesech/vzorcích.

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Gandel Radoslav Ing.