This diploma thesis deals with fiber-cement composites. Input materials are investigated for the production of fiber cement, are examined, the production and parameters of the pulp were monitored. Further, Hatschek's production technology and requirements for corrugated fiber-cement roofing are described. In the practical part the individual input materials and parameters of ground pulp were verified. The problem with production of samples and difference in the fineness of pulp milling in fiber cement products has been solved.

As telhas de cimento-amianto são utilizadas mundialmente nas construções comerciais, residenciais e industriais. O amianto foi a primeira aplicação de fibra natural em escala industrial. Esta fibra foi incorporada na forma do mineral (asbesto) como reforço de matrizes à base do cimento. O processo de fabricação de telhas de cimento-amianto mais utilizado mundialmente foi patenteado em 1900 por Ludwig Hatschek, recebendo o mesmo nome. O objetivo deste trabalho foi a melhoria do processo industrial (Hatschek) de fabricação de telha de cimento-amianto, com o uso de métodos estatísticos. Inicialmente as variáveis mais influentes no processo foram identificadas empregando-se o teste de correlação de Pearson e o Cp de Mallows que permitiu a escolha do melhor subconjunto da regressão (R², R²ajustado, Cp de Mallows e o desvio padrão do modelo). A seleção dessas variáveis permitiu a construção de modelos de regressão para o processo, para as respostas resistência mecânica e densidade da telha. Devido à análise de duas respostas, foi realizada uma otimização numérica por meio da função desejabilidade (desirability function), que é baseada na idéia de que a qualidade de um produto ou processo que tem múltiplas respostas depende de encontrar as variações do processo que atendem a todas as restrições impostas, sejam elas econômicas ou normas aplicáveis ao produto final. Com o resultado da otimização estabeleceram-se faixas de variação das variáveis mais influentes, que permitissem a operação do processo sob controle. Também, pode ser concluído que para a densidade de ambas as telhas (5 mm e 6 mm) encontraram-se modelos coerentes para serem usados mesmo após alguma modificação na máquina, enquanto que para a resistência os parâmetros dos modelos devem ser reajustados sempre que houver alguma modificação durante a parada da máquina. / Roofing tiles of the asbestos cement composites are used world-wide in the commercial, residential and industrial constructions. Asbestos was the first natural fiber application in industrial scale. This fiber was incorporated into the cimentitious matrices to overcome this weakness. The manufacturing process of asbestos-cement tiles most commonly used worldwide was patented in 1900 by Ludwig Hatschek, which gave his own name to this procedure. Considering that, this study aimed to improve the manufacturing process of roofing tiles of the asbestos cement composites, using several statistical methods. Firstly, the most influent variables were identified using the Pearson Correlation test and the Mallows Cp test, which provided the choice of the best subsets regression (R ², R ² adjusted, Mallows Cp and the standard deviation of this empirical model). The selection of these variables allowed the construction of regression models for the mechanical resistance and tile density responses. In order to fulfill the requirement of an appropriate analysis for two responses, a numerical optimization by means of desirability function was applied. This optimization is based on the premise that a product quality or process having multiple responses depends on finding all the variations that fulfill the imposed constraints. Even if these constraints were economic or norms applied to the final product. The optimization results established ranges of variation including the most influents variables, i.e., the ones that allow the process to run under control. Also, we conclude that for the density of both tiles (5 mm and 6 mm) were found consistent models to be used even after some eventual change in machine. For the resistance, however, the parameters of the models must be readjusted whenever it has some modification during the shutdown of the machine.

As telhas de cimento-amianto são utilizadas mundialmente nas construções comerciais, residenciais e industriais. O amianto foi a primeira aplicação de fibra natural em escala industrial. Esta fibra foi incorporada na forma do mineral (asbesto) como reforço de matrizes à base do cimento. O processo de fabricação de telhas de cimento-amianto mais utilizado mundialmente foi patenteado em 1900 por Ludwig Hatschek, recebendo o mesmo nome. O objetivo deste trabalho foi a melhoria do processo industrial (Hatschek) de fabricação de telha de cimento-amianto, com o uso de métodos estatísticos. Inicialmente as variáveis mais influentes no processo foram identificadas empregando-se o teste de correlação de Pearson e o Cp de Mallows que permitiu a escolha do melhor subconjunto da regressão (R², R²ajustado, Cp de Mallows e o desvio padrão do modelo). A seleção dessas variáveis permitiu a construção de modelos de regressão para o processo, para as respostas resistência mecânica e densidade da telha. Devido à análise de duas respostas, foi realizada uma otimização numérica por meio da função desejabilidade (desirability function), que é baseada na idéia de que a qualidade de um produto ou processo que tem múltiplas respostas depende de encontrar as variações do processo que atendem a todas as restrições impostas, sejam elas econômicas ou normas aplicáveis ao produto final. Com o resultado da otimização estabeleceram-se faixas de variação das variáveis mais influentes, que permitissem a operação do processo sob controle. Também, pode ser concluído que para a densidade de ambas as telhas (5 mm e 6 mm) encontraram-se modelos coerentes para serem usados mesmo após alguma modificação na máquina, enquanto que para a resistência os parâmetros dos modelos devem ser reajustados sempre que houver alguma modificação durante a parada da máquina. / Roofing tiles of the asbestos cement composites are used world-wide in the commercial, residential and industrial constructions. Asbestos was the first natural fiber application in industrial scale. This fiber was incorporated into the cimentitious matrices to overcome this weakness. The manufacturing process of asbestos-cement tiles most commonly used worldwide was patented in 1900 by Ludwig Hatschek, which gave his own name to this procedure. Considering that, this study aimed to improve the manufacturing process of roofing tiles of the asbestos cement composites, using several statistical methods. Firstly, the most influent variables were identified using the Pearson Correlation test and the Mallows Cp test, which provided the choice of the best subsets regression (R ², R ² adjusted, Mallows Cp and the standard deviation of this empirical model). The selection of these variables allowed the construction of regression models for the mechanical resistance and tile density responses. In order to fulfill the requirement of an appropriate analysis for two responses, a numerical optimization by means of desirability function was applied. This optimization is based on the premise that a product quality or process having multiple responses depends on finding all the variations that fulfill the imposed constraints. Even if these constraints were economic or norms applied to the final product. The optimization results established ranges of variation including the most influents variables, i.e., the ones that allow the process to run under control. Also, we conclude that for the density of both tiles (5 mm and 6 mm) were found consistent models to be used even after some eventual change in machine. For the resistance, however, the parameters of the models must be readjusted whenever it has some modification during the shutdown of the machine.

The work deals with the summarization of knowledge concerning issues of fiber cement. There are characterized feedstock, production technologies, properties and surface finish corrugated fiber covering. Furthermore, the paper describes the normative requirements for Corrugated Sheets, affecting the quality of manufactured roofing. In the practical part of the thesis were sampled corrugated sheets, which have been investigated possible influences affecting the quality of the surface finish. Was also solved the issue of insufficient adhesion of acrylic paint on selected plates in the factory CEMBRIT a.s. in Šumperk.

O presente estudo mostra que o conceito de materiais com gradação funcional (MGF) pode ser aplicado no desenvolvimento de componentes de fibrocimento mais econômicos e com desempenho mecânico melhorado. Primeiramente, este trabalho estabelece o conceito de fibrocimento com gradação funcional. Depois, modelam-se, em elementos finitos, as tensões em telhas onduladas sob flexão estática e cargas de vento e mostra-se que, para esses tipos de carregamento, regiões específicas das telhas são submetidas a tensões de baixa intensidade justificando a aplicação do conceito de MGF para a otimização da distribuição da resistência em tais componentes. A parte experimental deste trabalho é constituída de quatro estudos: a) produção de fibrocimentos com o teor de fibras variando ao longo da espessura; b) desenvolvimento de um método de escolha de formulações para fibrocimentos com gradação funcional; c) desenvolvimento de compósitos cimentícios para extrusão em altas velocidades, destinados a gradação de fibrocimentos; e d) aplicação pré-industrial para avaliar a aplicabilidade de técnica de modificação local das propriedades de telhas com gradação funcional. Mostra-se, experimentalmente, que fibrocimentos contendo 1,0% de fibras de PVA, em massa, estrategicamente distribuídas ao longo da espessura, apresentam módulo de ruptura (MOR) similar ao dos fibrocimentos homogêneos com 1,8% de fibras, comprovando a eficácia deste tipo de gradação na redução do custo de placas de fibrocimento. O segundo trabalho experimental avalia formulações de fibrocimento constituídas de seis matérias-primas empregando-se a estratégia screening, uma metodologia promissora para gerar regras de mistura, otimizar custos e desempenho e facilitar a escolha de formulações locais para fibrocimentos com gradação funcional. Compósitos cimentícios com fibras de PVA ou vidro álcali resistente (AR), destinadas à extrusão em altas velocidades, foram desenvolvidos para aplicação pré-industrial. Aqueles contendo 4,0% de fibra de vidro, em volume, apresentaram resistência à tração média igual a 12,0 MPa, enquanto compósitos com 3,0% de fibras de PVA apresentaram resistência igual a 7,5 MPa. A aplicação destas misturas entre as camadas de telhas onduladas de fibrocimento, durante o experimento pré-industrial, resultou em melhoras substanciais do desempenho local. / The present study applies the functionally graded materials (FGM) concept on the development of fiber cements as an alternative to improve the mechanical performance and reduce cost of production of asbestos-free corrugated sheets. Primarily, this work establishes the concept of functionally graded fiber cement. Then, finite element modeling (FEM) is applied in the evaluation of the stresses distributions in corrugated sheets under bending and static wind loads. The simulations show that for these load cases, some regions of corrugated sheets are submitted to low stress intensities what justify the application of FGM concept for optimization of the strength distribution in such components. The experimental part of this work consists of four different studies: a) production of functionally graded fiber cements with gradation through thickness; b) development of a method for choosing formulations in functionally graded fiber cements; c) development of fiber reinforced cementitious composites for high speed extrusion and; d) pre-industrial application to evaluate the suitability of functionally graded fiber cements production. The first experimental study shows that functionally graded cementitious composites with 1.0% of PVA fibers, in mass, strategically distributed through thickness, presented similar modulus of ruptures (MORs) to that homogeneous ones with 1.8% of PVA fibers what proves that gradation of fiber content through thickness is a good approach to reduce cost of fiber cement pads without affecting the mechanical performance of the composite. The second experimental work examines sixcomponent fiber cement formulations employing the screening strategy which is a promising methodology to generate coherent mixture rules, optimize cost and performance and even facilitate the choosing of formulations for functionally graded fiber cements. PVA fibers and glass fiber reinforced cementitious composites for high speed extrusion were developed forpre-industrial application. Composites with 4.0% of alkali-resistant (AR) glass fiber, in volume, presented average tensile strength of 12.0 MPa while composites with 3.0% of PVA fibers presented 7.5 MPa. The application of these mixtures between layers of fiber cement corrugated sheets results in improvement of the performance of the product.

O presente estudo mostra que o conceito de materiais com gradação funcional (MGF) pode ser aplicado no desenvolvimento de componentes de fibrocimento mais econômicos e com desempenho mecânico melhorado. Primeiramente, este trabalho estabelece o conceito de fibrocimento com gradação funcional. Depois, modelam-se, em elementos finitos, as tensões em telhas onduladas sob flexão estática e cargas de vento e mostra-se que, para esses tipos de carregamento, regiões específicas das telhas são submetidas a tensões de baixa intensidade justificando a aplicação do conceito de MGF para a otimização da distribuição da resistência em tais componentes. A parte experimental deste trabalho é constituída de quatro estudos: a) produção de fibrocimentos com o teor de fibras variando ao longo da espessura; b) desenvolvimento de um método de escolha de formulações para fibrocimentos com gradação funcional; c) desenvolvimento de compósitos cimentícios para extrusão em altas velocidades, destinados a gradação de fibrocimentos; e d) aplicação pré-industrial para avaliar a aplicabilidade de técnica de modificação local das propriedades de telhas com gradação funcional. Mostra-se, experimentalmente, que fibrocimentos contendo 1,0% de fibras de PVA, em massa, estrategicamente distribuídas ao longo da espessura, apresentam módulo de ruptura (MOR) similar ao dos fibrocimentos homogêneos com 1,8% de fibras, comprovando a eficácia deste tipo de gradação na redução do custo de placas de fibrocimento. O segundo trabalho experimental avalia formulações de fibrocimento constituídas de seis matérias-primas empregando-se a estratégia screening, uma metodologia promissora para gerar regras de mistura, otimizar custos e desempenho e facilitar a escolha de formulações locais para fibrocimentos com gradação funcional. Compósitos cimentícios com fibras de PVA ou vidro álcali resistente (AR), destinadas à extrusão em altas velocidades, foram desenvolvidos para aplicação pré-industrial. Aqueles contendo 4,0% de fibra de vidro, em volume, apresentaram resistência à tração média igual a 12,0 MPa, enquanto compósitos com 3,0% de fibras de PVA apresentaram resistência igual a 7,5 MPa. A aplicação destas misturas entre as camadas de telhas onduladas de fibrocimento, durante o experimento pré-industrial, resultou em melhoras substanciais do desempenho local. / The present study applies the functionally graded materials (FGM) concept on the development of fiber cements as an alternative to improve the mechanical performance and reduce cost of production of asbestos-free corrugated sheets. Primarily, this work establishes the concept of functionally graded fiber cement. Then, finite element modeling (FEM) is applied in the evaluation of the stresses distributions in corrugated sheets under bending and static wind loads. The simulations show that for these load cases, some regions of corrugated sheets are submitted to low stress intensities what justify the application of FGM concept for optimization of the strength distribution in such components. The experimental part of this work consists of four different studies: a) production of functionally graded fiber cements with gradation through thickness; b) development of a method for choosing formulations in functionally graded fiber cements; c) development of fiber reinforced cementitious composites for high speed extrusion and; d) pre-industrial application to evaluate the suitability of functionally graded fiber cements production. The first experimental study shows that functionally graded cementitious composites with 1.0% of PVA fibers, in mass, strategically distributed through thickness, presented similar modulus of ruptures (MORs) to that homogeneous ones with 1.8% of PVA fibers what proves that gradation of fiber content through thickness is a good approach to reduce cost of fiber cement pads without affecting the mechanical performance of the composite. The second experimental work examines sixcomponent fiber cement formulations employing the screening strategy which is a promising methodology to generate coherent mixture rules, optimize cost and performance and even facilitate the choosing of formulations for functionally graded fiber cements. PVA fibers and glass fiber reinforced cementitious composites for high speed extrusion were developed forpre-industrial application. Composites with 4.0% of alkali-resistant (AR) glass fiber, in volume, presented average tensile strength of 12.0 MPa while composites with 3.0% of PVA fibers presented 7.5 MPa. The application of these mixtures between layers of fiber cement corrugated sheets results in improvement of the performance of the product.