ÚVOD

V současné době je velký zájem o vývoj technologie využití přírodních vláknitých materiálů v cementových kompozitech. Přírodní vlákna existují v přiměřeně velkém množství po celém světě a přírodní rostlinná vlákna se vyrábějí ve většině rozvojových zemí. Přírodní vlákna se používají ke zpevnění anorganických materiálů již tisíce let. Příkladem je sláma na cihly, bláto a tyče, omítka a rákos. V tomto století se ve výrobcích na bázi cementu a písku používají i další vlákna, například kokosová, bambusová, dřevní celulózová vlákna, vlna nebo třísky, lýková vlákna, listová vlákna, vlákna ze semen a ovoce (Gram, 1983; Paramasivam et al., 1984; Sera et al., 1990; Duvaut et al., 2000; Brahmakumar et al., 2005; Asasutjarit et al., 2007; Ismail, 2007; Zain et al., 2010; Zain et al., 2011; Mulinari et al., 2011). Vlákna lze klasifikovat jako přírodní nebo umělá, přičemž přírodní vlákna se dále dělí do různých skupin (Fordos, 1989; Kelly-Yong et al., 2011; Feng et al., 2011). Použití přírodních vláken jako výztuže do betonu (cementovo-pískové matrice) bylo komplexně zkoumáno v mnoha zemích (Rehsi, 1991; Atnaw et al., 2011) Materiály vyztužené přírodními vlákny, které lze použít při výrobě stavebních materiálů, jsou v současné době především materiály na bázi kokosových, bambusových, třtinových, henequenových a sisalových vláken (Dawood a Ramli, 2011; Hamid et al., 2011). Hlavními důvody pro použití přírodních vláken jsou jejich hojná dostupnost a relativně nízká cena. Uvádí se také, že kompozity z přírodních vláken mají ekologické výhody, jako je snížení závislosti na neobnovitelných zdrojích energie/materiálů, nižší emise znečišťujících látek, nižší emise skleníkových plynů, lepší využití energie a biologická rozložitelnost komponentů na konci jejich životnosti (Joshi, 2003; Majeed, 2011; Hamzah et al., 2010). Vhodná metoda výroby střešních plášťů z přírodního vláknobetonu byla rychle vyvinuta a rozšířena do zemí Střední Ameriky, Afriky a Asie prostřednictvím IT Building Materials Workshop ve Velké Británii a dalších. Metoda, která zahrnuje vyztužení cementových nebo betonových výrobků přírodními vlákny, jako je kokosové vlákno, sisal a juta, byla použita nejméně ve 28 zemích. Při kombinaci těchto vláken s cementovou matricí se vlákna využívají dvěma způsoby. Na jedné straně vlákna v čerstvém betonu umožňují jednoduché tvarování výrobku. Na druhé straně vlákna zvyšují houževnatost materiálu, takže výrobek vydrží manipulaci a konstrukční zatížení.

Kokokosová vlákna jsou zemědělské odpadní produkty získané při zpracování kokosového oleje a jsou ve velkém množství k dispozici v tropických oblastech světa, především v Africe, Asii a Americe. Kokosová vlákna se ve stavebnictví běžně nepoužívají, ale často se skládkují jako zemědělský odpad. V souvislosti s hledáním systému cenově dostupného bydlení pro venkovské i městské obyvatelstvo v rozvojových zemích však byly navrženy různé programy zaměřené na snížení nákladů na konvenční stavební materiál. Jedním z návrhů, které stojí v popředí, je získávání, vývoj a využívání alternativních, nekonvenčních místních stavebních materiálů, včetně možnosti využití některých zemědělských odpadů a zbytků jako částečné nebo úplné náhrady konvenčních stavebních materiálů. V zemích, kde se hojně vypouštějí zemědělské odpady, lze tyto odpady využít jako potenciální materiál nebo náhradu materiálu ve stavebnictví (Olanipekun et al., 2006; Nor et al., 2010). Jednou z takových alternativ je kokosové vlákno, které se hojně produkuje, má potenciál být použito jako náhradní hrubé kamenivo do betonu (Adeyemi, 1998, Zain et al., 2010). Obrovské množství odpadu z kokosových vláken, které se produkuje v továrnách. Současná praxe likvidace odpadu spalováním v průmyslu se obvykle provádí nekontrolovaným způsobem a významně přispívá ke znečištění ovzduší. Likvidace těchto zbytků se tak stává nákladnou, protože splňuje požadavky předpisů na ochranu životního prostředí. Za této situace probíhají snahy o zlepšení využití těchto vedlejších produktů prostřednictvím vývoje výrobků s přidanou hodnotou. Jedním ze způsobů likvidace těchto odpadů je využití kokosových vláken na konstrukční stavební materiály. Skořápky palmy olejné (OPS) jsou tvrdý endokarp, který obklopuje palmové jádro.

Po celém světě stále probíhá rozsáhlý výzkum a vývoj v oblasti poznání a využití vláknobetonových materiálů. Tyto aktivity zahrnují mimo jiné vývoj nových, pevnějších vláken, lepších kompozitů vyztužených vlákny a nových náhražek (Fordos, 1989). Mechanické vlastnosti polyesterových kompozitů vyztužených kokosovými vlákny provedl Mulinari et al. (2011). V této práci byla stanovena chemická modifikace kokosových vláken alkalickou úpravou za účelem jejich použití jako výztuže v polyesterové pryskyřici. Mechanické vlastnosti byly hodnoceny tahovými a únavovými zkouškami. Povrchy porušených vzorků byly zkoumány za účelem posouzení lomových mechanismů. Výsledky zkoušek prezentovaly snížení únavové životnosti kompozitů při použití většího tahu v důsledku mezifázové vazby, která nebyla dostatečná.

Gunasekaran a Kumar (2008) zkoumali možnosti použití kokosových skořápek jako kameniva do betonu. Ze zjištění vyplynulo, že nasákavost kameniva z kokosových skořápek byla vysoká asi 24 %, ale hodnota drcení a rázová hodnota byla srovnatelná s jinými lehkými kamenivy. Zjistili, že průměrná hustota čerstvého betonu a 28denní pevnost v tlaku v kostce betonu s použitím kameniva z kokosových skořápek byla 1975 kg m-1 a 19,1 N mm-1 . Došli k závěru, že drcené kokosové skořápky jsou vhodné při použití jako náhrada konvenčního kameniva při výrobě lehkého betonu.

Předchozí studie Olanipekun et al. (2006) ukázala, že kokosové skořápky jsou vhodné jako náhrada konvenčního kameniva při výrobě konstrukčního betonu. Výsledky rovněž naznačily snížení nákladů na beton vyrobený z kokosových skořápek o 30 %. Kromě použití při výrobě vláknitých střešních krytin nebyla další možnosti využití kokosových vláken jako kameniva při výrobě betonu věnována vážnější pozornost. Adeyemi (1998) však provedl pro jeden směsný poměr (1:2:4) zkoumání vhodnosti kokosových vláken jako náhrady jemného nebo hrubého kameniva při výrobě betonu. Zkoumalo se, že kokosová vlákna byla vhodnější jako lehké kamenivo poskytující nízkou pevnost při použití jako náhrada běžného hrubého kameniva při výrobě betonu. Kokosové vlákno je tvrdý kamenitý endokarp, ale lehký a přirozeně dimenzovaný. Díky tuhému povrchu organického původu se po navázání do betonové matrice neznečišťují ani nevyluhují za vzniku toxických látek. Kromě toho jsou kokosová vlákna lehčí než běžné hrubé kamenivo, takže výsledný beton bude lehký. Proto je lze použít jako vhodnou náhradu hrubého kameniva pro výrobu konstrukčního betonu ve stavebnictví.

Tato studie uvádí výsledky šetření provedeného v oblasti využití kompozitů z nasekaných kokosových vláken v betonu jako náhrady konvenčního hrubého kameniva. Byly také porovnány fyzikální a mechanické vlastnosti prostého betonu s betonem z kompozitů s kokosovými vlákny. Hlavním cílem bylo podpořit využití těchto zdánlivě odpadních produktů jako stavebních materiálů v nízkonákladovém bydlení a tam, kde jsou drcené kameny pro výrobu lehkého betonu nákladné. It was also expected to serve the purpose of encouraging housing developers in investing in house construction incorporating these low-cost materials.

MATERIÁLY A METODY

Zkoumání materiálů
Kokosová vlákna: Kokosová vlákna byla získána z obchodu, který pocházel ze Srí Lanky. Byla získána po extrakci oleje v továrně z vnějšího obvodu plodu kokosového ořechu. Skořápky byly následně řádně omyty a sušeny na vzduchu po dobu pěti dnů při pokojové teplotě a později tříděny v souladu s normou ASTM C330 (2009). Vlákna byla nastříhána ostrými nůžkami při zachování délky od 15 do 35 mm. Nasekaná vlákna se sušila v sušárně při 80 °C po dobu 5 hodin a k chlazení se použily exsikátory. Nasekaná vlákna byla použita ke stanovení délky, průměru, tloušťky, přirozené vlhkosti, schopnosti absorpce vody a hustoty vláken.

Agregáty: Hrubé kamenivo ve formě drcené žuly bylo odebráno z vyvřeliny. Velikost použitých částic se pohybovala v rozmezí 5 až 20 mm. Jako jemné kamenivo byl pro míchání betonu použit říční písek podle normy ASTM C33 (2006). Všechny částice prošly sítem ASTM č. 4 s aperturou 4,75 mm, ale zůstaly zachovány na sítu č. 230 s aperturou 63 μm.

Cement a voda:

Příprava zkušebních vzorků: Pro míchání betonu byl použit obyčejný portlandský cement, jehož vlastnosti odpovídají požadavkům normy ASTM typ I, a voda byla odebrána z laboratorního stojanu: Pro stanovení různých vlastností betonu byly odlity betonové kostky o rozměrech 100x100x100 mm a hranoly o rozměrech 100x100x300 mm jak pro prostý beton, tak pro beton vyztužený kokosovými vlákny. Pro odlití vzorků byl použit hmotnostní poměr směsi 1:2:3 běžného portlandského cementu, říčního písku, drceného kamene a kokosových vláken. Pro směs byl použit poměr vody a cementu 0,4. Poměr vody a cementu byl udržován konstantní při všech různých objemových procentech vláken. Pro rychlé tuhnutí betonu bylo použito také lepidlo s názvem seal frost. Na 1 kg cementu bylo použito 70 g seal frostu. Při přípravě vzorků se nejprve ve stroji řádně promíchal písek a cement a poté se přidaly drcené kameny. V případě betonu vyztuženého vlákny byla do směsi přidána také vlákna, tzv. metoda premix. Všechny složky byly řádně promíchány pomocí stroje na výrobu betonové směsi. Zpracovatelnost čerstvého betonu byla zkoumána bezprostředně po konečném smíchání betonu pomocí zkoušky poklesu. Aby se zabránilo vzniku dutin, bylo ke zhutnění použito kladivo a vibrátor. Kostky a hranoly byly odlity naplněním každé formy ve třech vrstvách; každá vrstva byla před zalitím další vrstvy normálně zhutněna 25 údery ocelovou tyčí o průměru 16 mm a pro hranoly byl použit vibrátor. Hodnoty poklesu byly dosaženy 54 a 38 mm pro prostý beton a beton s kokosovými vlákny, což představuje vysokou a střední zpracovatelnost. Všechny vzorky byly ponechány ve formách po dobu 24 h, aby ztvrdly při okolní teplotě. Poté byly vyjmuty z formy a přeneseny do vytvrzovací nádrže. Teplota vytvrzování byla 30 ± 2 °C. Betonové směsi a vzorky byly připraveny v souladu s ustanoveními norem ASTM C330 (2009), ASTM C469, (1987) a BS 8110-1.

Zkouška pevnosti v tlaku: Pro stanovení pevnosti v tlaku betonu vyztuženého kokosovými vlákny byly použity dva typy univerzálních zkušebních strojů. Zkušební stroj Avery Denison se vyrábí ve Velké Británii. Rychlost zatěžování tohoto stroje je 10-3000 kN min-1. Experimenty byly provedeny na tomto stroji s rychlostí zatěžování 136 KN min-1. Jednou za rok je třeba provést kalibraci tohoto stroje. Ke stanovení pevnosti v tlaku betonu vyztuženého kokosovými vlákny byl rovněž použit zkušební stroj Dartec. Tento stroj dokáže automaticky vykreslit graf závislosti zatížení na vzdálenosti. Z daného grafu nebo údajů je možné sestavit graf napětí a deformace konkrétního vzorku. Zatížitelnost tohoto stroje je až 500 KN. Rychlost stlačování tohoto stroje je od 0,00015 do 2,0 mm s-1. Experiment byl proveden na tomto stroji s rychlostí stlačování 0,00015 mm s-1. Zkouška pevnosti v tlaku prostého betonu a betonu vyztuženého kokosovými vlákny byla provedena za účelem zjištění mezního zatížení při porušení, pevnosti v tlaku, počtu trhlin a jejich délky a šířky a nakonec za účelem pozorování vztahu napětí a deformace. Statická zatěžovací zkouška byla provedena na zkušebním stroji DARTEC. Experimentální zkouška pevnosti v tlaku byla provedena v laboratoři, jak je znázorněno na obr. 1.

Skenovací elektronový mikroskop (SEM): Ke stanovení tloušťky a průřezu vláken byl použit rastrovací elektronový mikroskop. SEM je schopen vytvářet snímky povrchu vzorku s vysokým rozlišením. SEM dokáže rozlišit mnohem menší rysy než standardní mikroskop, a to až na téměř 2 nanometry. V klasickém rastrovacím elektronovém mikroskopu (SEM) jsou elektrony termionicky emitovány z katody z wolframu nebo hexaboridu lanthanu (LaB6) a jsou urychlovány směrem k anodě, případně mohou být emitovány prostřednictvím polní emise (FE). Wolfram se používá proto, že má ze všech kovů nejvyšší teplotu tání a nejnižší tlak par, což umožňuje jeho zahřívání pro emisi elektronů. Při interakci primárního svazku elektronů se vzorkem ztrácejí elektrony energii opakovaným rozptylem a absorpcí v objemu vzorku ve tvaru slzy, známém jako interakční objem, který sahá od méně než 100 nm do přibližně 5 μm do povrchu.

Zkouška pevnosti v tahu kokosového vlákna: Ke stanovení pevnosti v tahu kokosového vlákna byl použit Hounsfieldův tahový zkušební stroj. Tento stroj dokáže automaticky vykreslit graf závislosti zatížení na roztažení. Z daných údajů lze stanovit napětí a deformaci do porušení kokosových vláken. Zkouška pevnosti v tahu kokosových vláken byla provedena za účelem zjištění chování vláken při tahovém zatížení, maximálního prodloužení vláken při tahovém zatížení a bodu přetržení. K provedení tohoto experimentu byl použit Hounsfieldův tahový zkušební stroj. Po dokončení zkoušky může tento stroj automaticky vykreslit graf závislosti zatížení na prodloužení. Z údajů o zatížení a roztažení lze získat následující hodnoty napětí a deformace:

Při zkoušce pevnosti v tahu byly testovány čtyři různé tloušťky vláken. Vlákna se umístila do čelistí tahového zkušebního stroje s měrnou délkou (světlá délka vlákna od jedné čelisti ke druhé) 35 mm. Po pevném uchycení do čelistí se stroj rozjel a pokračoval ve zkoušce. Čelisti obecně táhnou vlákno ve dvou protilehlých směrech. Vlákno se automaticky přeruší, jakmile dosáhne své mezní roztažnosti. Bod, ve kterém se vlákno zlomí, se nazývá bod zlomu. Všechny zkoušky se prováděly rychlostí 15 mm min-1.

VÝSLEDKY A DISKUSE

Fyzikální struktura kokosového vlákna: K pozorování fyzikální tvorby kokosových vláken byl použit skenovací elektronový mikrograf (SEM). Na obrázcích 2-4 je zobrazena fotografie SEM svazku vláken, povrchu vláken a příčného řezu vláken.

Z obr. 2 bylo zjištěno, že vlákno obecně při pohledu otevřenýma očima je nakonec spojeno 5/6 jednotlivých vláken. Levá strana obr. 2 znázorňuje jednotlivá vlákna, kterých je 5 až 6krát méně než ostatních vláken. Bylo také zjištěno, že povrch kokosového vlákna není hladký, viz obr. 3. V matrici tak může vytvořit pevnou vazbu s jinými materiály. Na příčném řezu vláknem je zřetelně vidět otvor uprostřed a malé otvory kolem něj, jak je znázorněno na obr. 4. Zhruba se odhaduje, že ve srovnání s jedním příčným řezem vlákna existuje 15-20 % otvorů.

Fyzikální vlastnosti vlákna
Délka kokosového vlákna: Obecně se přirozená délka kokosových vláken pohybuje v rozmezí 60-230 mm. Délky vláken byly měřeny pomocí ocelového pravítka a pro zjištění délky kokosového vlákna bylo náhodně vybráno 30 kusů. V této studii však byla použita nasekaná kokosová vlákna o velikosti 15-35 mm.

Průměr kokosového vlákna: K určení průměru kokosového vlákna byl použit mikrometr s přesností 0,01 mm. Bylo zjištěno, že průměr kokosového vlákna se pohybuje v rozmezí 0,17-0,24 mm.

Přirozená vlhkost kokosového vlákna: Pro stanovení přirozené vlhkosti byla vlákna nejprve sušena na volném vzduchu po dobu 5 dnů a poté byla stejná vlákna sušena v sušárně při 80 °C po dobu 5 h. Hmotnost vláken byla měřena pomocí elektronických stolních vah s přesností 0,01 g. Přirozená vlhkost H byla vypočtena pomocí rovnice 1 a bylo zjištěno, že přirozená vlhkost kokosového vlákna je 12,2 %. Je vidět, že procenta vlhkosti jsou u různých typů vzorků kokosových vláken téměř podobná:

kde, Wd a WO jsou hmotnosti vláken sušených na vzduchu a sušených v peci, resp: Během míchání a sušení matrice vlákna absorbují vodu a rozpínají se. Bobtnání vláken vytlačuje beton, přinejmenším na mikroúrovni. Na konci procesu sušení pak vlákna ztrácejí vlhkost a smršťují se zpět téměř na své původní rozměry, přičemž kolem sebe zanechávají velmi jemné dutiny. Nasákavost W byla vypočtena pomocí rovnice 2:

kde Wsw a Wad jsou hmotnost nasáklých vláken v pitné vodě, resp. hmotnost vláken vysušených na vzduchu. Měření byla prováděna v intervalech 24 h po dobu 7 dnů. Experimentální údaje ukázaly, že k maximální absorpci vody kokosovým vláknem dochází během prvních 24 h a do zvýšení až do 120 h.

Po 120 h se vlákno dostane do plně nasyceného stavu a tento stav trvá naposledy, jak je znázorněno na obr. 5.

Hustota vlákna: Hustota každého vlákna je důležitým parametrem. U kompozitních materiálů má hustota vláken významný vliv. Hmotnost vláken v kompozitní matrici závisí na hustotě vláken. Hustota kokosového vlákna ρf byla vypočtena pomocí rovnice 3 a bylo zjištěno, že hustota kokosového vlákna je 1,18 g cm-3 . Bylo zjištěno, že hustoty kokosových vláken jsou pro různé typy vzorků téměř stejné:

kde mf je hmotnost vlákna, mw je hmotnost vody, mw* je hmotnost vody redukovaná objemem vlákna, ρw je hustota vody.

Mechanické vlastnosti vlákna
Pevnost v tahu kokosového vlákna: Zkouška pevnosti v tahu kokosového vlákna byla provedena za účelem zjištění chování vlákna při tahovém zatížení, maximálního prodloužení vláken při tahovém zatížení a bodu přetržení. K provedení tohoto experimentu byl použit Hounsfieldův tahový zkušební stroj. Byly odebrány čtyři různé tloušťky vláken a získány následující výsledky uvedené v tabulce 1. Na obr. 6 a 7 je znázorněna závislost zatížení na prodloužení kokosových vláken pro vzorky 2 a 3.

Experimentální údaje ukázaly, že průměrná pevnost kokosových vláken je 19,51 MPa a deformace do porušení je 2,83. Na obr. 7 je znázorněna závislost zatížení na prodloužení kokosových vláken pro vzorek 2 a 3. Bylo také zjištěno, že pevnost a deformace do porušení nezávisí na ploše vlákna. Ne vždy platí, že čím větší je plocha vlákna, tím větší je pevnost a deformace do porušení. 7:

Pevnost vláken závisí především na jejich a chemickém složení, procesu separace vláken, ošetřování, vlhkosti, teplotě atd.

Hustota prostého betonu a betonu vyztuženého kokosovými vlákny: Před zkouškou pevnosti v tlaku byla změřena hmotnost a objem prostého betonu a betonu vyztuženého vlákny. Získaná hmotnost každého betonu byla vydělena jeho objemem, aby se zjistila hustota. Obrázek 8 znázorňuje hustotu prostého betonu a betonu vyztuženého kokosovými vlákny. Výsledek experimentu ukázal, že hustota prostého betonu je větší než betonu vyztuženého vlákny. Rovněž bylo zjištěno, že hustota betonu klesá s nárůstem objemu kokosových vláken v běžném hrubém kamenivu, jak je znázorněno na obr. 8.

Srovnání vlastností prostého betonu a betonu vyztuženého vlákny: Pro zjištění meze pevnosti v tlaku betonu s různým objemem vláken byl při statickém zatížení zatížen prostý beton a beton vyztužený vlákny, jak je znázorněno na obr. 9. Na obr. 9 je znázorněno porovnání vlastností prostého betonu a betonu vyztuženého vlákny. U prostého betonu i betonu vyztuženého kokosovými vlákny byly po zatížení statickým zatížením rovněž změřeny počty, délka a šířka trhlin, jak je znázorněno na obr. 10 až 12. Také závislost napětí na deformaci a modul pružnosti prostého betonu a betonu vyztuženého kokosovými vlákny jsou uvedeny na obr. 13, resp. 14.

Z výsledků zkoušek (obr. 9) bylo zjištěno, že pevnost v tlaku postupně klesá v důsledku zvyšování objemového podílu vláken v konvenčním betonu. U konvenčního betonu s 0 % objemu vláken mají nejvyšší hodnoty pevnosti v tlaku pro uvedený směsný poměr. V případě počtu, délky a šířky trhlin vykazuje beton vyztužený vlákny optimistické chování ve srovnání s prostým betonem. Z toho vyplývá, že pevnost betonu závisí na pevnosti, tuhosti a hustotě hrubého kameniva. Obecně platí, že nižší hustota způsobuje nižší pevnost. Zvýšený objemový podíl kokosových vláken snižuje hustotu betonu, a tím dává menší pevnost v tlaku.

Počty, délka a šířka trhlin byly měřeny jak u prostého betonu, tak u betonu vyztuženého kokosovými vlákny po zatížení statickým zatížením. Trhliny byly počítány na těch plochách, kde se vyvinuly více než na ostatních plochách. Experimentální údaje ukázaly, že u betonu vyztuženého kokosovými vlákny je rozvoj trhlin menší. U sedmiprocentního betonu vyztuženého vlákny se objevilo nejméně trhlin z ostatních betonů vyztužených vlákny. Obrázek 10 ukazuje počet trhlin u prostého betonu a betonu s různým objemovým podílem vláken. U prostého betonu vzniklo více trhlin ve srovnání s betonem vyztuženým vlákny. Obecně se trhliny v betonu objevují, když napětí dosáhne modulu přetvárnosti betonu. U všech vzorků se trhliny objevily ve střední výškové poloze betonových kostek. Svislá struktura trhlin naznačuje, že se jednalo o ohybové trhliny. Ze zkoušky je patrné, že rozteč trhlin u prostého betonu byla největší, pak u různých objemových procent vláken vyztuženého betonu.

Experimentální data ukázala, že délka trhliny je menší u betonu vyztuženého vlákny ve srovnání s prostým betonem. Mezi délkou trhliny a charakterem zatížení existuje lineární závislost. U všech betonů byla zjištěna větší délka trhliny při 80% statickém zatížení. Proto může beton vyztužený kokosovými vlákny omezit délku trhliny. Délka trhlin v prostém betonu a betonu vyztuženém vlákny je znázorněna na obr. 11.

Experimentální data ukázala, že šířka trhliny je menší u betonu vyztuženého vlákny ve srovnání s prostým betonem, jak je znázorněno na obr. 12. V případě betonu vyztuženého vlákny je šířka trhliny menší. V případě betonu s objemovým podílem vláken 1 % se šířka trhliny s klesajícím zatížením zmenšuje. Na druhé straně šířka trhliny u 3, 5 a 7 % vykazovala při statickém zatížení odlišné výsledky. Bylo jasně zjištěno, že šířka prostého betonu je větší než u všech objemových obsahů vláken. Beton vyztužený kokosovými vlákny tedy může omezit šířku trhliny. Uzavřené trhliny nebo větší počet trhlin navíc vedou k menší šířce trhliny. Důvodem tohoto chování je skutečnost, že rozteč trhlin je funkcí pevnosti v tahu i pevnosti vazby betonu. Snížení pevnosti betonu v tahu je způsobeno poklesem jeho pevnosti za přispění objemového procenta vláken a poté poklesem pevnosti betonu ve vazbě. Při přídavku různého objemového procenta vláken na běžný beton, tedy poloze trhliny je zapotřebí kratší vzdálenost, aby se tahová síla ve vláknech přenesla zpět na okolní beton, což znamená kratší vzdálenost mezi trhlinami.

Pomocí grafu zatížení (KN) vs. vzdálenost (mm) a dat byla vynesena křivka napětí a deformace pro prostý beton i beton vyztužený vlákny. Na obrázku 13 je znázorněna závislost napětí na deformaci pro prostý beton a beton vyztužený vlákny. 11:

Je patrné, že prostý beton vykazuje vyšší napětí než beton s objemovou příměsí vláken. V důsledku toho vykazuje beton s objemem vláken vyšší hodnoty deformace než běžný beton. Z toho vyplývá, že vláknoobjemový beton nemůže odolat většímu zatížení a v mezních fázích zatížení vykazuje křehké porušení.

Modul pružnosti je sklon křivky napětí a deformace. Křivky napětí a deformace často nejsou přímkovými grafy, což naznačuje, že modul pružnosti se mění s velikostí deformace. V takovém případě se jako modul pružnosti obvykle používá počáteční sklon. Modul pružnosti se také nazývá Youngsův modul. Pro stanovení modulu pružnosti byly vypočteny tečny ke křivce napětí a deformace prostého a kokosovými vlákny vyztuženého materiálu. Na obrázku 14 je znázorněn modul pružnosti prostého betonu a betonu vyztuženého kokosovými vlákny. Experimentální výsledky rovněž ukázaly, že modul pružnosti je mírně vyšší u prostého betonu ve srovnání s betonem vyztuženým vlákny. Je pozoruhodné, že beton s 3 % objemu vláken vykazuje větší modul pružnosti než beton s 1 % objemu vláken. To lze přičíst především menší hodnotě tuhosti kokosových vláken ve srovnání se štěrkem. Na vývoj hodnot E betonu má vliv druh hrubého kameniva, druh cementu, poměr w/c směsi, velikost kameniva a stáří vytvrzování (Alexander a Milne, 1995). Obecně modul pružnosti betonu závisí na tuhosti hrubého kameniva. Také mezifázová zóna mezi kamenivem a pastou a elastické vlastnosti složkových materiálů ovlivňují modul pružnosti betonu.

ZÁVĚR

Tato studie představila výsledky experimentálního programu zkoumajícího fyzikální a mechanické vlastnosti vyztuženého betonu obsahujícího různé objemové procento kokosových vláken. Na základě experimentálních výsledků a pozorování lze konstatovat následující závěry:

PODĚKOVÁNÍ

Tato studie byla provedena v laboratoři těžkých konstrukcí, School of Computing, IT and Engineering, University of East London, Velká Británie a School of Civil Engineering, Linton University College, Legenda Education Group, Malajsie a autoři by rádi poděkovali technikům v laboratoři za pomoc při výrobě a testování vzorků.