vlastnosti 1 - K123-Katedra stavebních materiálů

Transkript

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE
VLASTNOSTI REÁLNÝCH STAVEBNÍCH HMOT
prof. Ing. Zbyšek Pavlík, Ph.D. – D1048a
Vlastnosti stavebních hmot – úvod, shrnutí
• podstat stavebních hmot
• základní stavební jednotkou látek jsou atomy – hmotné částice o
hmotnosti 10-22 – 10-24 g (velikost desetiny nanometrů)
• molekuly – tvarově definovatelné stabilní útvary (viz. přednáška č. 2)
• prvky – látky tvoření jedním druhem atomů
• sloučeniny – látky tvořené jedním druhem molekul (rozměry v
řádech nanometrů až makromolekuly)
• tvorba sloučenin z prvků, přeměna jednotlivých sloučenin a procesy
izolace prvků jsou chemické procesy označované jako chemické
reakce
při chemických reakcích se mění vazebné síly mezi
jednotlivými atomy, vznikají nebo zanikají chemické vazby
(přednáška č. 2)
Vlastnosti stavebních hmot
• vlastnosti stavebních hmot jsou určeny povahou a velikostí
soudružných sil, které působí mezi jednotlivými atomy, ionty
případně molekulami
Dělení materiálů:
anorganické materiály – kovové
– nekovové (keramika, sklo, anorganická
pojiva, povrchové povlaky, monokrystaly – NaCl, diamant)
organické materiály – syntetické (plasty), přírodní - dřevo, ovčí vlna,
papír, sláma
kompozitní materiály – matrice s výztuží (kombinace nejméně dvou
různých materiálů); sklokeramika, železobeton, cementové
kompozity s různým typem výztuže (GFRC, grafitová vlákna, apod.)
VNITŘNÍ TEXTURA A STRUKTURA MATERIÁLŮ (rozlišujeme podle
úrovně sledování)
textura popisuje vzájemné prostorové uspořádání částic a pórů na
makroskopické úrovni (od 0,1 mm)
struktura charakterizuje druh a skladbu jednotlivých fází látek bez
ohledu na prostorové uspořádání na mikroskopické úrovni ( 1m)
Idealizované mikrostruktury (Chemie ve stavebnictví – O. Henning,
V. Lach, SNTL, 1983)
A) polykrystalická s různě velkými zrny, B) polykrystalická s prakticky stejně
velkými zrny, C) polykrystalická s orientovanými zrny (mikrotextura), D)
mikrostruktura s malými póry, E) mikrostruktura s póry velikosti zrna, F)
mikrostruktura s velkými póry, G) mikrostruktura o dvou fázích, krystalické a
skelné (čárkovaná), H) mikrostruktura o dvou fázích, přičemž krystalická
nemá přímou vazbu
Schéma vzniku mikrostruktury keramického střepu
Surovinová směs
(disperzní soustava)
_______________________
směs různě velkých zrn minerálů (fází)
vlhčení, hnětení, lisování,
konsolidace, řezání
přechodná mikrostruktura (výlisku, výsušku)
_______________________
uspořádání a spojení zrn minerálů (fází)
mezimolekulárními silami, přítomnost pórů mezi zrny
slinování (výpal), kompaktace
výsledná mikrostruktura (vypáleného střepu)
_______________________
uspořádání a spojení zrn reakčními produkty - změna zrn a
pórů (fázového složení)
Schéma vzniku mikrostruktury zatvrdlé maltoviny
surovina nebo směs
(disperzní soustava)
_______________________
směs různě velikých zrn jednoho nebo více minerálů
tepelné zpracování, slinování
mikrostruktura maltoviny
kompaktní (např. slínek)
rozrušená (např. cement )
uspořádání a spojení zrn
oddělená a volná zrna
minerálů, póry
nebo shluky zrn minerálů
určité velikosti
+ H2O, hydratce, tuhnutí, tvrdnutí
mikrostruktura zatvrdlé maltoviny
_______________________
zrna hydratačních produktů maltoviny spojená v souvislou
tuhou fázi
SEM snímek mikrostruktury vápeno-cementové malty
- krystaly CH, hydratované cementové zrno a formace C-S-H na
korodovaných okrajích CH
SEM snímek mikrostruktury cementové malty
- amorfní síťovité a jehlovité C-S-H fáze cementové malty po 90 dnech,
krystaly CH jsou lokálně vázány
SEM snímek mikrostruktury vápeno-cementové malty
- hydratovaná struktura VPC malty po 90 dnech – klastry CH obklopené
amorfní fází CSH
O. Cizer, K. Van Balen, D. Van Gemert, J. Elsen, Blended lime-cement mortars for conservation purposes:
Microstructure and strength development, Structural Analysis of Historic Construction,
Taylor & Francis Group, London, 2008, pp. 965-972.
Vlastnosti stavebních hmot
- látkové složení materiálů (typy látek, pevné, kapalné, plynné –
amorfní, krystalické)
- chemické složení materiálů
- typ materiálu – porézní materiály, hutné materiály, homogenní a
nehomogenní materiály, isotropní materiály, anisotropní materiály
(ortotropní materiály – vláknové kompozity)
- heterogenní látky – v materiálu existují oblasti, které jsou ohraničené
vůči svému okolí a mají jiné vlastnosti nebo i složení než toto okolí –
typické pro většinu pevných látek (kromě některých slitin) – typickou
heterogenní oblastí jsou póry, kompozity, sypké látky, přechodové
zóny
- vliv vnějších podmínek na vlastnosti materiálů (teplota, vlhkost,
relativní vlhkost, tlak) !!!
Vlastnosti stavebních hmot – vývoj inteligentních
materiálů – materiálové inženýrství
- materiály (v zásadě i konstrukce), které mohou některou svou
vlastnost vhodně měnit v reakci na změnu okolního prostředí
- např. paropropustné fólie s proměnným difúzním odporem, vnitřní
omítky - schopné v teplých dnech akumulovat teplo (PCM), skla
reagující na intenzitu zabarvení (možnost využití i pro vytápění –
inteligentní fasády)
- ve vývoji jsou také materiály, které jsou schopny změny svých
vlastností na základě nejakého konkrétního signálu – např. lepidla s
ferofluidovými nanočásticemi na bázi oxidu železa (tyto částice
fungují jako antény, které jsou schopny zachytit mikrovlnné záření a
jeho působením se velmi rychle ohřát na teplotu potřebnou k
vytvrzení hmoty – lepení na povel)
- samočistící krytiny, samočistící obkladačky - potaženy speciálními
anorganicko-organickými povlaky, které odpuzují nečistotu,
mastnotu i oplachovou vodu
Delta cool 24 – chladící systém na bázi PCM
Micronal SmartBoard
Vlastnosti stavebních hmot – vývoj inteligentních materiálů –
materiálové inženýrství
- materiály s tvarovou pamětí, polymerní pěny – definování pevnosti
- vodivé polymery - spojují v sobě elektrické chování typické pro
polovodiče s materiálovými vlastnostmi umožňujícími jednoduché
zpracování, mohou měnit svou strukturu, a tedy – v závislosti na
odezvě okolního prostředí – i své fyzikální vlastnosti (V roce 2001
Nobelova cena - Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid a Hideki Širakawa)
Předpokladem pro rozvoj inteligentních materiálů je zvládnutí
nanotechnologických operací, které umožní vytvořit promyšleně
koncipované materiálové struktury na molekulové úrovni!!!
Ve stavebnictví se nanotechnologie uplatňují zatím především ve
vývoji nových typů izolačních materiálů (např. aerogely) a při vývoji
samočistících nátěrů fasád.
Baumit Nanopor omítka, zvětšeno 500x
Silně hydrofobizovaná omítka, zvětšeno 2000x
Baumit silikonová omítka, zvětšeno 500x
Baumit Nanopor omítka, zvětšeno 2000x
Princip PCM materiálů
Vlastnosti stavebních materiálů
 Základní fyzikální vlastnosti
 Vlhkostní a difúzní vlastnosti
 Mechanické vlastnosti
 Tepelné vlastnosti
 Akustické vlastnosti
 Radioaktivita
 Chemické vlastnosti
Základní fyzikální vlastnosti
• vlastnosti, k jejichž určení postačí stanovení hmotnosti a
rozměrů či objemu zkoušeného vzorku materiálu
• jsou to vlastnosti, které do jisté míry materiál charakterizují a
na nichž ostatní vlastnosti závisejí
• objemová hmotnost
• hustota (dříve specifická hmotnost), hustota matrice
• hutnost
• pórovitost
• zrnitost
Objemová hmotnost a hustota
• hustota a objemová hmotnost jsou jako fyzikální veličiny
definovány poměrem elementární hmotnosti ku elementárnímu
objemu (u hustoty se jedná o objem bez mezer a dutin, u
objemové hmotnosti včetně pórů)
dm
 
dV
[kg/m3] pro homogenní materiál pak můžeme psát
 
m
 v
V
kde v je objemová hmotnost materiálu, definovaná poměrem
celkové hmotnosti vzorku ku celkovému objemu vzorku včetně
pórů a mezer.
Experimentální stanovení objemové hmotnosti a hustoty
• Gravimetrická metoda – ze změřených rozměrů daného vzorku a
jeho hmotnosti lze vypočítat objemovou hmotnost materiálu
• Metoda vakuové nasákavosti - z hmotnosti suchého vzorku ms,
hmotnosti vodou nasyceného vzorku mv a hmotnosti ponořeného
vodou nasyceného vzorku, tzv. Archimédovy hmotnosti ma, se
vypočítá objem vzorku dle rovnice
mv  ma
V
 l kde l je hustota kapaliny (vody)
základní vlastnosti, jako jsou obsah nasycené vlhkosti wc a
hustota materiálu ρmat se určují z následujících rovnic
mv  ms
wc   0  v 
V
 mat
ms

V 1   0 
Experimentální stanovení hustoty matrice
• určení objemu stavebních materiálů s nepravidelným tvarem a
povrchem je velmi obtížné, a proto se využívá nepřímé metody, tzv.
pyknometrické, kdy je měření objemu nahrazeno vážením vzorku v
pyknometru
• pyknometr je speciální nádoba se zátkou, ve které je kapilára pro
výtok přebytečné kapaliny, tudíž je objem pyknometru vždy shodný
   mat
m1

 l
m3   m2  m1 
[kg m-3]
kde m1 je hmotnost suchého vzorku [kg], m2 je hmotnost
zavřeného pyknometru se vzorkem a kapalinou [kg], m3 je hmotnost
pyknometru se zátkou naplněného zcela kapalinou [kg], l je
hustota měřené kapaliny [kg m-3]
Možnost využití plynových absorpčních pyknometrů – penetrace
např. Helia – vyplnění malých pórů
• stavební materiály většinou za homogenní považovat
nemůžeme
- vyskytuje se u nich pórovitost
- bývají často tvořeny směsí několika komponent (principy
homogenizace)
• zpravidla se však u všech materiálů pro dostatečně velké
objemy může uvažovat určitá objemová stejnorodost
(vzorky reprezentativního objemu)
proto se v
technické praxi pro charakteristiku daného materiálu zavádí
veličina zvaná objemová hmotnost
- objemová hmotnost látek je závislá na hustotě základních
složek daného materiálu, ale velmi silně i na jeho pórovitosti
- u sypkých látek (stěrk, písek) či stlačitelných látek (minerální
vlna, skelná vlna atd.) i na stlačitelnosti – míře zhutnění
(sypná hmotnost – zahrnuje celkový objem zrnité soustavy
včetně objemu mezi zrny).
Např. u pórovitého kameniva můžeme rozlišit celkem čtyři
různé veličiny:
• sypná hmotnost ve stavu volně sypaném (např. 400 kg/m3)
• sypná hmotnost ve stavu setřeseném (např. 600 kg/m3)
• objemová hmotnost zrn (např. 850 kg/m3) – nezapočítá se
objem mezer mezi zrny
• hustota zrna (např. 2550 kg/m3, dle typu kameniva)
! Objemová hmotnost se bude také měnit s vlhkostí materiálu,
neboť póry se budou plnit vodou a celková hmotnost, tedy i
objemová hmotnost, bude narůstat.
! Objemová vlhkost je veličina důležitá pro charakteristiku
stavebních materiálů nejenom z hlediska tíhových, ale i v
souvislosti s řadou tepelně-technických veličin (tepelná
vodivost, měrná tepelná kapacita), mechanických veličin a
akustických veličin.
Vztah mezi objemovou hmotností a pórovitostí – organické
materiály
Vztah mezi objemovou hmotností a pórovitostí – anorganické
materiály
Hutnost
• popisuje, jak je celkový objem materiálu vyplněn pevnou fází
(definuje se pouze u pevných látek)
• matematicky je vyjádřena jako poměr objemu pevné fáze k
celkovému objemu nebo poměrem objemové hmotnosti k hustotě
matrice
Vh v
h 

V
• v praxi se udává jako desetinné číslo nebo v procentech
• u sypkých látek se zavádí stupeň nebo také míra zhutnění
(poměr sypné hmotnosti při určitém zhutnění ku sypné hmotnosti při
dokonalém zhutnění)
Pórovitost
• pórovitost materiálu je definována jako poměr objemu pórů
(dutin) k celkovému objemu materiálu.
Vo

V
[-], [%]
Otevřená pórovitost
část celkové pórovitosti
zahrnující tzv. otevřené póry, tj. póry spojené s povrchem
látky či materiálu
- otevřené póry mohou vznikat např. únikem plynů během
výroby (lehčené materiály), postupným odpařováním
(vysušováním) vody z materiálů (beton, omítky, keramika,
cementové kompozity), záměrným provzdušněním (lehké
betony) a napěněním materiálů (perlit)
Otevřené póry díky spojení s vnějším prostředím, ve které
se materiál nachází, přímo ovlivňují:
• navlhavost a vysychavost materiálů
• schopnost difúze kapalin a plynů materiály
• zvukově izolační vlastnosti (schopnost pohlcovat zvuk)
• tepelně izolační vlastnosti (schopnost vést a akumulovat
teplo)
• mechanické vlastnosti (velmi důležité – přínos
materiálového inženýrství) – např. vývoj nových typů
vysokohodnotných a vysokopevnostních betonů
uzavřená pórovitost
část celkové pórovitosti zahrnující tzv.
uzavřené póry (nespojené s povrchem – neúčastní se
transportních procesů)
- uzavřené póry vznikají např. slinutím keramického střepu a
neumožňují přijímat do objemu materiálu vzdušnou vlhkost
- póry nejsou jednoduché kapiláry, ale jejich tvar je složitý a
proměnlivý - proto se pórovitost materiálu popisuje pomocí
distribuce pórů, což je funkce stanovující velikost a rozdělení
pórů
- pro její určení se používají různé metody, např. porozimetrie
rtuťová či sorpce plynů, elektronová či optická mikroskopie,
nasávání či vytěsňování kapalin
- pórovitost popisuje také měrný povrch, který se může stanovit
provzdušňovací metodou, nebo adsorpcí dusíku metodou BET
- celkovou pórovitost materiálu můžeme vypočítat dle rovnice
v
 c  100*(1 
)
 mat
Materiál
Pórovitost [% obj.]
Cihly pálené
20 - 37
Malta cementová
31
Malta vápenná
41
Sádra
51 - 66
Písek
39
Mramor
2-3
Pískovec
1 - 31
Vápenec
31
Břidlice
1,5 – 2,5
0.08
2.0
0.06
1.5
0.04
1.0
0.02
0.5
0.00
0.0
10000
1
10
100
Ř / nm
1000
d V /d Ř / c m 3 n m -1 g -1
·10-3
V P o re / cm 3 g -1
Z hlediska transportních procesů jsou porézní látky klasifikovány podle
velikosti pórů – distribuční křivky pórů
- velikost pórů ovlivňuje zaplňování pórů vodou či jinými látkami vlivem
působení absorpčních a kapilárních sil (zakřivení a tvary menisků
pórů)
příklad distribuční křivky pórů pro vzorek betonu (převládají kapilární
mikropóry)
Distribuce pórů – distribuční a kumulativní křivky
malty s částečnou náhradou
kameniva podroštovou
popelovinou
Vodní
Označení
Složení testovaných sanačních omítek
součinitel
VO
Vápenný hydrát, křemičitý písek frakce 0/2 mm
0,250
S1
Vápenný hydrát, portlandský cement, vápencová drť, přísady
0,175
S2
Bílý cement, vápencová drť, perlit, přísady
0,175
S3
Vápenný hydrát, cement, perlit, omítkový písek, přísady
0,330
S4
Vápenný hydrát, cement, perlit, omítkový písek, přísady
0,375
S5
Vápenný hydrát, cement, minerální plnivo, přísady
0,230
S6
Vápenný hydrát, cement, minerální plnivo, přísady
0,220
Objemová hmotnost
Typ omítky
Hustota
kg m-3
Otevřená pórovitost
%
VO
1 650
2 605
36,70
S1
1 671
2 674
37,50
S2
1 251
2 608
52,00
S3
1 030
2 464
58,20
S4
1 023
2 492
58,95
S5
1 199
2 504
52,10
S6
1 236
2 564
51,80
Rozdělení pórů dle velikosti
• submikroskopické (ultrakapilární) póry – poloměr < 10-9 m,
rozměry těchto pórů jsou porovnatelné s rozměry molekul,
mohou se zde vytvářet řetězce vody a voda se nemůže těmito
pór pohybovat
• kapilární póry – rozměr 10-9 – 10-3 m, voda a plyny se zde
chovají jako v soustavě kapilár, pohyb vody je vyvoláván
povrchovým napětím (kapilárními silami)
rozdělení kapilárních pórů (orietnační hodnoty):
• kapilární mikropóry: 2 . 10-9 – 2 . 10-6 m
• kapilární přechodové póry: 2 . 10-6 – 60 . 10-6 m
• kapilární makropóry: 60 . 10-6 – 2 . 10-3 m
• makropóry a vzdušné póry – již se neuplatňují kapilární síly
neboť dutiny (póry) jsou příliš rozsáhlé, převládá vliv gravitace
• Cementové pasty s částečnou náhradou cementu vypáleným kalem z
čistírny odpadních vod
Bulk
Matrix
Total open
Material
Substance
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
ZnO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
Cl
Σ
Amount
[mass %]
22.85
8.89
5.89
25.41
5.36
6.73
0.26
4.83
1.47
1.00
12.54
4.14
99.37
Model
Balshin
fc = a(1 – ψ)b
Ryshkewitch
fc = a exp–bψ
Schiller
fc = – a ln ψ –
b
Hasselmann
fc = a – bψ
density
[kg/m3]
1 686
1 597
1 560
1 494
1 350
GR-ref
GR-10
GR-20
GR-30
GR-60
density
[kg/m3]
2 197
2 168
2 199
2 203
2 211
porosity
[m3/m3]
0.23
0.26
0.29
0.32
0.39
Material
Compressive
strength
Bending
strength
Dynamic
Young’s
modulus
GR-ref
GR-10
GR-20
GR-30
GR-60
[MPa]
61.8
59.0
48.9
44.9
28.7
[MPa]
10.6
9.5
8.2
7.3
5.9
[GPa]
20.4
16.5
15.1
13.6
9.0
a
b
R2
151.3
3.24
0.9983
189.5
4.63
0.9978
66.3
32.2
0.9983
113.9
217.5
0.9990
60
10
50
40
compressive
strength
30
bending
strength
8
6
4
20
2
10
0
0.15
0.25
0.35
Porosity [-]
0
0.45
Bending strength [MPa]
12
Compressive strength [MPa]
70
Klasifikace pórů
Mezerovitost (M)
• vlastnost zjišťovaná u sypkých materiálů
• vyjadřuje poměr objemu mezer mezi zrny k celkovému
objemu určitého množství sypké látky
• veličina závislá na sypné hmotnosti
Vh  V p
Vm V  Vh  V p
s
M 
1
1
V
V
V
v
Vh – objem vlastního materiálu bez všech dutin, pórů a mezer
Vp – objem pórů
RD – objemová hmotnost zrn kameniva dle ČSN EN 1097-6
s – sypná hmotnost
Zrnitost a měrný povrch
• jedna ze základních vlastností sypkých látek
• poměrná skladba zrn jednotlivých velikostí – granulometrie (sítový
rozbor - křivka zrnitosti, malá zrna se většinou měří sedimentací
dle Stokesova zákona – měření rychlosti sedimentace a následný
výpočet poloměru částic, u malých zrn měření pomocí laserové
difrakce)
Zrnitost ovlivňuje následující parametry:
•
•
•
•
•
mezerovitost
sypnou hmotnost
propustnost
stlačitelnost a další mechanické parametry
tepelné a akustické vlastnosti
Měrný (specifický) povrch – vyjadřuje celkovou povrchovou plochu
všech zrn jednotkového množství látky, rozměr je udáván v (m2/kg),
použití např. při klasifikaci jemnosti mletí cementu (běžné cementy
250 – 350 m2/kg, zeolity 850 m2/kg) – BET izoterma, Blainův
přístroj
Distribuce velikosti částic
• možnost využití laserové difrakce – měření úhlu odrazu laserových
paprsků
• zařízení Analysette 22 Micro Tec plus (Fritsch), měřící rozsah 0.08
– 2000 m
• zelený laser slouží pro měření malých částic
• IR laser měří větší částice
distribuce velikosti částic pro cement CEM I 42.5 R a směsný cement
se zeolitem
100
90
80
70
Volume [%]
Sewage sludge
60
CEM I 42.5R
50
40
30
20
10
0
0.01
0.10
1.00
10.00
100.00
Particle size [m]
1 000.00
distribuce velikosti částic pro cement CEM I 42.5 R a tepelně
upravený kal z čistírny komunálního odpadu
10 000.00
Vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů
• vlhkost pórovitých materiálů, nasákavost, vzlínavost,
sorpční izotermy, retenční křivky vlhkosti, navlhavost,
vysychavost, součinitel difúze, faktor difúzního odporu,
ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu, propustnost
(permeabilita), vlhkostní vodivost
velmi důležité parametry, které mohou být při
nesprávném použití materiálů v konstrukcích zdrojem
poruch (vliv na hygienické parametry obytných prostor, na
náklady na vytápění a na životnost a trvanlivost konstrukce)
vlhkostní vlastnosti přímo ovlivňují další materiálové
vlastnosti jako je objemová hmotnost, mrazuvzdornost,
tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, pevnost,
deformace, dotvarování atd.
přímá vazba k porézní struktuře materiálů (velikost a
objem pórů), významné zejména pro následující typy
materiálů:
•
tepelně-izolační materiály
•
sádrové bloky, sádrokarton
•
keramické materiály
•
betony (betonové vany, podkladní betony), pórobetony
•
omítky (sanační, tepelně-izolační)
•
nátěry a další povrchové vrstvy a úpravy
•
materiály pro hydroizolace
Vlhkost pórovitých materiálů
• pórovité stavební materiály se prakticky v suchém stavu
nevyskytují – i v případě, že jsou trvale zabudovány v
konstrukcích
Formy vlhkosti v materiálech:
• volná voda (vyplňuje velké póry a dutiny)
• fyzikálně vázaná (van der Waalsovy síly) – fyzikální sorpce
• kapilární voda (tvoří výplň malých pórů a kapilár)
• adsorbovaná voda (vyplňuje nejmenší póry a pokrývá stěny
porézního prostoru)
• chemicky vázaná voda (tvoří součást základní mřížky
materiálů, např. jako voda krystalová, sádra – vysoušení,
anhydrit) - chemisorpce
Rozdělení vlhkosti v materiálu podle zdroje vlhkosti:
o vlhkost výrobní (technologická, počáteční), dána mokrými
procesy při výrobě materiálu
o vlhkost zemní – transportována do materiálu na principu
kapilárního vzlínání (významná v objektech bez horizontální
izolace nebo s nefunkční hydroizolací)
o sorpční vlhkost – přijímána materiály z okolního vzduchu
o zkondenzovaná voda, která se sráží jak na povrchu tak
uvnitř materiálu (konstrukcí) – vodní páry z interiérového
vzduchu, vodní páry prostupující konstrukcemi obvodových
plášťů
o provozní vlhkost – závislá na typu využití prostorů, vytápění
a větrání (chladící haly, toalety, mokré průmyslové provozy,
atd.)
Rozdělení vlhkosti v z pohledu jejího časového vývoje –
vlhkost se mění nejen během výroby, ale i po celou dobu
životnosti materiálu či konstrukce
o výrobní vlhkost – po krátkém čase (v případě mokrých
výrobních procesů) významně klesá
o skladovací vlhkost – ovlivňuje způsob následného
zpracování materiálu
o trvalá vlhkost – trvalá vlhkost je charakteristická pro
materiály zabudované do konstrukce – kritická vlhkost –
maximální přípustná vlhkost materiálu zabudovaného do
konstrukce, po překročení této hodnoty materiál podstatně
mění své vlastnosti (pevnost, objem, tepelnou vodivost,
chemické vlastnosti apod.) do té míry, že jeho další použití
je nevhodné a nebezpečné
DEFINICE A KLASIFIKACE OBSAHU VLHKOSTI
Hmotnostní vlhkost
wh 
mw  md
m
100%  k  100%
md
md
- mw hmotnost vlhkého vzorku materiálu [kg, g], md hmotnost
vysušeného materiálu [kg, g], mk hmotnost vody [kg, g], wh
hmotnostní vlhkost [%hm.]
Objemová vlhkost
Vw
(mw  md )
wh d
wv  100%vol. 
100%vol. 
100%vol.
Vd
 w Vd
w
- Vw objem vody [m3], Vd objem suchého materiálu [m3], w
objemová hmotnost vody [kgm-3], d objemová hmotnost
suchého materiálu [kgm-3]
DEFINICE A KLASIFIKACE OBSAHU VLHKOSTI II
Parciální hustota vody
w 
mw
V
[kg/m3]
- mw je hmotnost vody v měřeném vzorku[kg],V je objem vzorku
[m3]
Stupeň nasycení

wh
wsat
[%,-]
- wh je hmotnostní vlhkost a wsat je hmotnostní vlhkost v
saturovaném stavu (při plném nasycení)
Transport vlhkosti:
• sorpcí vodní páry
• difúzí vodní páry
• kapilárními silami– vlhkostní vodivostí
Sorpce vlhkosti:
- přijímání vlhkosti pohlcováním vodní páry ze vzduchu
adsorpce – způsobena mezimolekulárními van der
Waalsovými silami, kterými se navzájem přitahují molekuly
pevných látek a vodní páry, adsorpce vede ke vzniku
molekulárních vrstev vodní páry na stěnách pórů
absorpce – kapalná nebo plynná fáze se vstřebává difúzí a
vedením vlhkosti dovnitř tuhé fáze
chemisorpce – uplatnění chemických vazeb vody a tuhé
fáze materiálu
- rovnovážná sorpční vlhkost – materiál nevykazuje v čase
přírůstek ani úbytek vlhkosti
- hygroskopická vlhkost – vzniká v materiálu v případě, že
okolní vzduch je plně nasycen vodními parami (maximální
rovnovážná sorpční vlhkost)
Stanovení sorpční izotermy – parametr akumulace plynné
vlhkosti
- vyjadřuje závislost mezi obsahem vlhkosti v materiálu a
relativní vlhkostí (princip vodní aktivity)
sorpční proces má tři fáze:
- povrchová adsorpce při nižších hodnotách relativní vlhkosti
(Lagmuirova oblast adsorpce)
- multimolekulární adsorpce
- kapilární kondenzace – relativní vlhkost více než 40%, u
pórů o rozměru 2 – 50nm (Thomson-Lord Kelvin)
Monomolekulární
adsorpce
Multimolekulární
adsorpce
Kapilární
kondenzace
Měření sorpčních izoterem
Temperature/Relative humidity
Salt
20°C
23°C
25°C
0.05
0.05
0.05
1
0.113±0.0031
0.113±0.0028
0.113±0.0027
1,3,4
0.111
-
0.111
2
MgCl2.6H2O
0.3307±0.0018
0.329±0.0017
0.3278±0.0016
1,2,3,4
K2CO3
0.441
-
0.440
1
NaNO2
0.654
-
0.643
2,3
0.7547±0.0014
0.7536±0.0013
0.7529±0.0012
1,2,4
-
-
0.751
3
0.7923±0.0044
0.7883±0.0042
0.7857±0.0040
1
0.8511±0.0029
0.8465±0.0027
0.8434±0.0026
1,4
-
-
0.842
3
KNO3
0.932
-
0.920
4
K2Cr2O7
0.970
-
0.970
1
0.979
-
0.976
2
-
-
0.97
3
Silica gel
Number of
references
LiCl
NaCl
NH4Cl
KCl
K2SO4
Příklady roztoků solí pro simulaci specifických hodnot relativní
vlhkosti.
Příklad výstupu DVS analýzy
0,1
BRI
0,08
AACI
u[kg kg -1]
CML
0,06
0,04
0,02
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
f[-]
Sorpční izoterma pálené cihly, pórobetonu a opuky.
0,9
1
DVS Isotherm Plot
Cycle 1 Sorp
Cycle 1 Desorp
Cycle 2 Sorp
2.5
Change In Mass (%) - Ref
2
1.5
1
Temp: 20.0 °C
Meth:
20C_Step10_0_0004
_120_min_3cycles.sa
o
MRef: 0.126871
0.5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-0.5
DVS - The Sorption Solution
Target % P/Po
© Surface Measurement Systems Ltd UK
1996 2009
Sorpční a desorpční izoterma Micronalu DS 5008 x
DVS Isotherm Plot
Date: 10 Jan 2011
Time: 8:01 pm
File:
P2_400_H1_20C Mon 10 Jan 2011 2001-52.xls
Sample:
P2_400_H1_20C
5
Temp: 20.3 °C
Meth:
20C_Step10_0_0004
_120_min_98%.sao
MRef: 0.681122
Cycle 1 Sorp
Change In Mass (%) - Ref
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
-1
DVS - The Sorption Solution
Target % P/Po
© Surface Measurement Systems Ltd UK
1996 2009
Sorpční a desorpční izoterma pórobetonu P2 400
omítka s materiálem s tepelnou fázovou změnou
Pavlík, Z. - Trník, A. - Keppert, M. - Pavlíková, M. - Žumár, J. – Černý, R., Experimental Investigation
of the Properties of Lime-Based Plaster-Containing PCM for Enhancing the Heat-Storage Capacity of
Building Envelopes, International Journal of Thermophysics. 2014, vol. 35, no. 3-4, pp. 767-782.

vlastnosti 1 - K123-Katedra stavebních materiálů

Transkript

Podobné dokumenty

Použití tepelně aktivovaných panelů se sádrovou omítkou s PCMs

Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí

Ceník laboratorních vyšetření

Literatura - Vysoká škola chemicko

primárních - Nemocnice Strakonice

Asfalt 1

Kodex zemědělské praxe