Věda a výzkum v Experimentálním centru

Experimentální centrum (EC) fakulty stavební ČVUT v Praze se zabývá vývojem a výzkumem cementových kompozitů jakými jsou například ultra vysokohodnotné vlákny vyztužené betony (UHPFRC – Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete). UHPFRC nabývají stále na větším významu v povědomí odborné společnosti a jejich použití v praxi se tak v poslední době velmi dynamicky prosazuje. UHPFRC je možno klasifikovat jako cementový kompozit s velmi nízkým vodním součinitelem, velkým množstvím použitých superplastifikačních přísad, kamenivem s maximální velikostí zrna nepřesahující 1 mm a rozptýlenou výztuží v podobě vysokopevnostních ocelových vláken. Takový materiál dodává konstrukcím výjimečnou odolnost vůči nahodilým zatížením při zachování běžných konstrukčních rozměrů, neboť disponuje mnohonásobně větší schopností disipace energie a absorbuje tak velké energetické pulsy.

Beton typu UHPFRC se vyznačuje velmi hutnou mikrostrukturou, což přirozeně vede k výborné odolnosti vůči klimatickým vlivům. Jeho přirozenou vlastností je samozhutnitelnost a typické jsou velmi vysoké pevnosti i v raných stádiích tuhnutí a tvrdnutí. Beton vyvinutý a používaný v EC přesahuje pevnost 150 MPa v prostém tlaku a pevnosti v přímém tahu se pohybují kolem 10 MPa.

V Experimentálním centru je UHPFRC testován na rázové zatížení na speciálně vyvinutém kyvadle při dopadu závaží s dopadovou rychlostí okolo 5 m/s. Toto zařízení umožňuje díky použití moderní instrumentace detailní popis chování materiálu při rázu. Celý měřicí systém je navržen tak, aby umožňoval použití vzorkovací frekvence 1 MHz, což je v tomto oboru unikátní. Dále je UHPFRC podrobován sérii zkoušek, které simulují náraz rychle letícího projektilu či fragmentu s dopadovou rychlostí přes 700 m/s.

Vlastní numerická analýza rázových jevů je vytvořena v programu AUTODYN, jež je přímo předurčen pro simulace takovýchto extrémních dynamických zatížení probíhajících ve velkých rychlostech a krátkých časových úsecích. Detailní modely experimentu jsou vytvořeny s pomocí síťových i bezsíťových metod diskreditace prostoru, a to jak ve 2D, tak i ve 3D. Mimo to jsou vytvořeny rovněž vlastní materiálové modely UHPFRC na základě experimentálně stanovených mechanických vlastností.