Stavební hmoty Přednáška 5

Transkript

1 Stavební hmoty Přednáška 5 1

2 Tepelné vlastnosti pokračování 2

3 Měrné teplo c = měrná tepelná kapacita množství tepla, které je potřeba na ohřátí 1 kg materiálu o 1 K jednotky: [J.kg -1.K -1 ] Závisí na: teplotě vlhkosti : c = c 0 + 0,42 w m 3

4 Měrné teplo některých materiálů Materiál C [ kj.kg -1.K -1 ] asfalt 0,92 beton 0,88 cihla 0,84 sklo 0,84 žula 0,79 sádra 1,09 voda 4,18 dřevo s vlákny 0,42 4

5 Tepelná akumulace stěny? 5

6 Zvyšování tepelné akumulace PCM phase change materials při teplotě okolo 25 C mění látkové skupenství zvýšení akumulace při nižší hmotnosti Materiály: parafinový vosk polyethylenglykol vysokohustotní polyetylen kyselina stearová hexahydrát chloridu vápenatého síran hlinitoamonný 6

7 Tepelná jímavost schopnost materiálu přijímat nebo vydávat teplo b.c. V jednotky: [ W 2.s.m -4.K -2 ] čím je b vyšší, tím látka působí na dotyk chladněji 7

8 Tepelná jímavost podlahy (ČSN ) jaký je materiál na omak (pocit) b 0, 5 b jednotky: [ W.s 0,5.m -2.K -1 ] 8

9 Tepelná jímavost podlahy podlahy velmi teplé - pokles povrchové teploty t 10 do 2,5 C / 10min. podlahy teplé - pokles povrchové teploty t 10 2,5 až 3,4 C / 10 min. podlahy méně teplé - pokles povrchové teploty t 10 3,4 až 5,0 C / 10 min. podlahy studené - pokles povrchové teploty t 10 5,0 C / 10 min. a více 9

10 Tepelná pohoda vnitřního prostředí SHR - Přednáška 5 teplota vzduchu povrchová teplota stěn vlhkost vzduchu rychlost proudění vnitřního vzduchu 10

11 Odrazivost Světelná = jaké množství světla dopadajícího na povrch je odraženo zpět 0 % 100 % 11

12 Tepelná odrazivost a pohltivost Odrazivost Pohltivost 1 k p celkové záření absolutně černé těleso k p =1 bílá k p = 0,5 12

13 Tepelná pohltivost? 13

14 Termoreflexní (termoizolační) nátěry? 14

15 TK -THERM balení 5 litrů 1300,- Kč R = d/λ = 0,001/0,02 = 0,05 m 2 K/W U = 1/R = 20 W/m 2 K 15

16 Reflexní ochrana tepelné izolace ve střechách a fasádách cca 30% tepla v izolaci se šíří sáláním omezení vlivu sálání v izolaci? SHR - Přednáška 5 16

17 Změna materiálu účinkem teploty 17

18 Teplotní roztažnost Lineární L.L. T 0 L... přírůstek délky [m]... součinitel lineární teplotní roztažnosti [K -1 ] L 0... původní délka [m] T... změna teploty [K] 18

19 Teplotní roztažnost Objemová 3 Hodnoty : běžné materiály... = K -1 plasty... = K -1 betonu = oceli = K -1 Ocel 1m, teplotní rozdíl 50 K: L = ( ) = = 0,5 mm/1 m 19

20 Prodloužení různých materiálů 20

21 Teplotní roztažnost 21

22 Teplotní roztažnost 22

23 Teplotní anomálie vody při zvyšování teploty od 0 C do 3,99 C se objem vody zmenšuje Hustota vody [kg/m 3 ] Teplota vody [ºC] 23

24 Hodnoty teplotní roztažnosti [.10-6 K -1 ]

25 Tepelná odolnost Odolnost vůči teplu změna mechanických vlastností s růstem teploty málo odolné materiály bod měknutí středně odolné materiály tvarová stálost za tepla vysoce odolné - žáruvzdornost 25

26 Bod měknutí (kroužek kulička) 26

27 Žároměrky Segerovy Ortonovy 27

28 Požární vlastnosti Reakce materiálů a konstrukcí na oheň 28

29 Nebezpečné jevy při hoření látek velký energetický výkon (velká rychlost hoření) deformace (ztráta pevnosti) odkapávání hořících kusů dým toxické zplodiny 29

30 Průběh požáru 30

31 Bod vzplanutí nejnižší teplota, při níž vzorek po přiblížení plamínku vzplane. 31

32 Hořlavé kapaliny 32

33 Bod vznícení teplota, při níž se materiál sám vznítí a hoří Papír:? 232,7777 C 33

34 Samozhášivost odolnost proti šíření plamene výrobek nebo materiál je samozhášivý, pokud po oddálení zdroje plamene za normou stanovený čas plamen zhasne. 34

35 Retardéry hoření impregnace a nátěry halogenové retardéry (Cl a Br sloučeniny) Sb retardéry (oxid antimonitý) borové retardéry (borax, kyselina boritá) zpěňující nátěry 35

36 Hořlavost norma ČSN (od r neplatná) Schopnost materiálu vzplanout a hořet A nehořlavé (beton, cihly) B nesnadno hořlavé (minerální vlna) C1 těžce hořlavé (desky EPS F) C2 středně hořlavé C3 lehce hořlavé Výsledky zkoušek platily do

37 Reakce na oheň Norma ČSN EN Schopnost materiálu, souvrství či konstrukce šířit požár a ohrožovat svým požárem okolí zhodnocení stavebních materiálů co nejobjektivněji z hlediska všech parametrů, které mají na jejich chování při požáru vliv Závisí i na: tloušťce materiálu poloze materiálu umístění výrobku jeden materiál může mít několik variant zatřídění 37

38 Reakce na oheň Vzrůst teploty ( T) Úbytek hmotnosti ( m) Plamenné období (t s ) Spalné teplo (PCS) Index rychlosti rozvoje požáru (FIGRA) Celkové uvolňování tepla (THR 600s ) Postranní šíření plamene (LFS) Rychlost vývinu kouře (SMOGRA) Celková tvorba kouře (TSP 600s ) Šíření plamene (F s ) 38

39 Reakce na oheň - převod na hořlavost Stupeň hořlavosti A B C1 C2 C3 Třída reakce na oheň A1 A2 B C nebo D E nebo F 39

40 Zkoušky: Reakce na oheň účinek jednotlivého hořícího předmětu (SBI test) zkouška malým zdrojem plamene chování při hoření užitím zdroje sálavého tepla 40

41 Třída reakce na oheň (A1, A2, B, C, D, E, F) Reakce na oheň Doplňková klasifikace pro tvorbu kouře (s1, s2, s3) Doplňková klasifikace pro plamenně hořící kapky/částice (d0, d1, d2) 41

42 Třída A1 bez zkoušení: 42

43 Přehled tříd reakce na oheň Požadavky dle EN Třída Tvorba Hořící požárních zkoušek FIGRA Typické materiály kouře kapky nehořlavost zdroj SBI malý W/s A1 - - x Kámen, beton A2 B C D s1, s2 nebo s3 s1, s2 nebo s3 s1, s2 nebo s3 s1, s2 nebo s3 E - d0, d1 nebo d2 d0, d1 nebo d2 d0, d1 nebo d2 d0, d1 nebo d2 - nebo d2 x x Sádrokarton, minerální vlna - x x 120 Protipožárně ošetřené dřevo - x x 250 Povrchové vrstvy na sádr. - x x x - F Dřevo, desky na bázi dřeva Některé polymery Vysoce hořlavé materiály 43

44 Požární odolnost doba, po kterou je stavební konstrukce schopna odolávat požáru, aniž by došlo k porušení její funkce (ztráta nosnosti a stability, poruchy celistvosti) Týká se konstrukce! 44

45 Třída požární odolnosti ČR:15, 30, 45, 60, a 180 minut. EU: + 10, 20, 240 a 360 minut 45

46 Třídy požární odolnosti R doba v min, po kterou zkušební prvek zachovává svou schopnost nést při zkoušce zkušební zatížení. E doba v min, po kterou zkušební prvek zachovává při zkoušce svoji dělicí funkci, aniž by došlo : a) ke vznícení přikládaného bavlněného polštářku na odvrácené straně od ohně; b) k umožnění průchodu měrek 6 mm nebo 25 mm; c) k souvislému plamennému hoření na odvrácené straně od ohně. I doba v min, po kterou zkušební vzorek zachovává svoji dělicí funkci, aniž by na neohřívané straně byly dosaženy teploty, které způsobí: a) vzrůst průměrné teploty nad počáteční průměrnou teplotou o více než 140 C b) vzrůst teploty v kterémkoliv místě nad počáteční průměrnou teplotou o více než 180 C. 46

47 Požární odolnost Nosné konstrukce zajišťující stabilitu stavby musí mít požární odolnost alespoň: 30 minut 3 a více NP (*) 60 minut 9 až 12 NP 90 minut 13 až 20 NP 120 minut více než 20 NP (*) NK (nosné konstrukce) a PDK (požárně dělící konstrukce), nestanoví-li ČSN vyšší požární odolnost - od

48 Požární odolnost konstrukce 48

49 Radioaktivita přirozená radioaktivita materiálů 40 K, 226 Ra, 228 Th 49

50 Zdroje radioaktivity ve stavbě 50

51 Radioaktivní materiály Radioaktivní může (ale nemusí!) být např.: kamenivo z uranových rud strusky škvára elektrárenský popílek Azbest není radioaktivní!! 51

52 Index hmotnostní aktivity Stavební materiál Index hmotnostní aktivity stavební kámen 1 písek, štěrk, kamenivo a jíly 1 popílek, škvára a struska, umělé kamenivo 1 keramické obkladačky a dlaždice 2 cihly a jiné výrobky z pálené hlíny 0,5 cement, vápno, sádra 1 výrobky z betonu, sádry a cementu, výrobky z pórobetonu výrobky z přírod. a umělého kamene 1 0,5 52

53 Akustické vlastnosti 53

54 Zdroje hluku 1. Vnější hluk z exteriéru (doprava, letadla, práce) 2. Hluk pocházející z ostatních prostor domu (konverzace, hudba, televize) 3. Hluk nesený konstrukcí (kročeje, padající předměty, dveře) 4. Hluk z technických zařízení (topení, ventilace, výtahy) 54

55 Hladina hluku 55

56 56

57 Základní akustické parametry Akustická pohltivost - schopnost materiálu pohltit část dopadajícího akustického výkonu - potlačení odrazu zvukových vln Zvuková neprůzvučnost - schopnost materiálu zmenšit přenášenou zvukovou energii potlačení přenosu zvuku 57

58 Vlnový odpor Z V.c V... objemová hmotnost [kg.m -3 ] c...rychlost šíření vln v materiálu [m.s -1 ] akusticky měkké materiály (Z Z vzduchu ) akusticky tvrdé materiály (Z Z vzduchu ) vzduch: Z = 4, N.s.m -3 beton: Z = 7, N.s.m -3 58

59 Zvuková neprůzvučnost Vzduchová neprůzvučnost zvuk šířící se vzduchem závisí na plošné hmotnosti celé konstrukce (min 350 kg.m -2 ) Kročejová neprůzvučnost hluku vznikající chůzí nebo rázy přerušení vedení zvuku materiály, které špatně vedou zvuk a tlumí kmitání konstrukce 59

60 Akustické vlastnosti potlačení odrazu zvuku - materiály pohltivé (akusticky měkké) porézní a perforované materiály potlačení přenosu zvuku materiály zvukově izolační (akusticky tvrdé) - s vysokou plošnou hmotností 60

61 Akustická pohoda v interiéru vyvážená doba dozvuku, hluk v pozadí a zvuková izolace v místnosti s dobrou akustikou je požadovaný zvuk zdůrazněn, zatímco nežádoucí zvuky jsou eliminovány nebo omezeny do té míry, že zanikne jejich rušivý účinek 61

62 Chemické vlastnosti Schopnost materiálů účastnit se chemických reakcí změny při zpracování (tvrdnutí pojiv, nadouvání materiálů) materiálová (ne)kompatibilita zrání stárnutí koroze (anorganických materiálů, kovů, biokoroze) 62

63 Materiálová nekompatibilita Reakce dvou materiálů na styku kovové materiály s rozdílným elektrickým potenciálem elektrochemická koroze (např. měď + ocel, olovo + ocel) hliník + alkálie (v betonu, omítce) EPS + rozpouštědla (v nátěrových hmotách) PVC + formaldehydy (v pěnových hmotách na bázi formaldehydu) 63

64 Materiálová nekompatibilita cement + dřevo (látky, obsažené ve dřevě zpomalují tuhnutí) beton + skleněná vlákna cement + některé druhy kameniva (ASR) sádra + ocel 64

65 Koroze degradace struktury a vlastností materiálu vlivem působení prostředí Nekovové materiály: keramika beton biokoroze plasty Kovové materiály: atmosférická koroze 65

66 Koroze nekovových materiálů Keramika šamotové cihly + spalování dřeva cihly + spalování zemního plynu Beton vyluhování hydroxidu vápenatého (hladová voda) tvorba rozpustných solí (kyselé vody) vznik objemnějších produktů (síranová koroze) 66

67 Způsobena: mikroorganismy houbami hmyzem ptáky rostlinami hlodavci Biokoroze Biodegradace nemusí být vždy nežádoucí! 67

68 Příklady biokoroze Dřevo Azbestocementová krytina Lepenkové vložky asfaltových pásů Střešní krytiny Hydroizolace Tepelné izolace Kámen 68

69 Koroze kovů korozní prostředí roztoky elektrolytů, půda, atmosféra, Škody způsobené korozí v ČR za rok: 25 mld. Kč 69

70 Typy koroze kovů Plošná Bodová Štěrbinová 70

71 Pasivace tvorba vrstvy korozního produktu, který chrání zbytek materiálu před korozí Al, Ti: pokrývají se na vzduchu kompaktní vrstvou oxidů (Al 2 O 3, TiO 2 ), která zabraňuje další korozi pasivní vrstva: 1 10 nm 71

72 Protikorozní ochrana kovových materiálů vhodná volba materiálu pro dané prostředí leštění méně nerovností na povrchu ochranné povlaky - nátěrové hmoty - povlak korozivzdorného kovu nebo anorganický (smalty, fosfátování) inhibitory koroze v korozním médiu elektrochemická ochrana - katodická - anodická omezení rozpustnosti kyslíku energetické vodní oběhy (teplárny, elektrárny) 72

73 Patinující ocel schopnost tvořit za vhodných atmosférických podmínek postupně na povrchu vrstvu oxidů (patiny), která významně zpomaluje rychlost koroze 73

74 Hygienické vlastnosti Hygienická nezávadnost: koncentrace škodlivin v ovzduší (styren, formaldehyd, změkčovadla) kontakt s pokožkou (biocidy, nátěry) respirabilní vlákna Obsah škodlivin může vzrůst i vlivem přesnějších analytických metod, nikoliv reálně! 74

75 Bezpečnostní štítek H věty H220 Extrémně hořlavý plyn H300 Při požití může způsobit smrt P věty P222 Zabraňte styku se vzduchem P PŘI POŽITÍ: Vypláchněte ústa. NEVYVOLÁVEJTE zvracení. 75

76 Ekologická nezávadnost Energetická náročnost výroby Nároky na neobnovitelné zdroje Možnost recyklace Náklady na likvidaci PVC obtížná recyklovatelnost, toxicita při spalování 76

77 Trvanlivost materiálů Schopnost odolávat prostředí po celou dobu předpokládané funkce stárnutí koroze vyšší teploty UV záření zatížení chemické změny povětrnostní účinky (mráz) 77

78 Životnost stavebních děl let - průmyslové objekty let - obytné a občanské stavby let - mosty a monumentální objekty speciální dlouhé životnosti 2 5 tisíciletí - kontaminovaná úložiště v jaderné energetice 78

79 Životnost staveb a výrobků Předpokl. životnost staveb roky Předpokládaná životnost stavebních výrobků Opravitelné či snadno vyměnitelné Opravitelné či vyměnitelné s urč. úsilím Po celou dobu životnosti Krátká Střední Norm Dlouhá

80 Životnost některých materiálů Pálená krytina Betonová krytina Plechová krytina Asfaltový šindel Oxidované asfalty Modifikované asfalty Kaučuková folie PVC Střešní krytina 100 let 100 let 50 let méně než 50 let Hydroizolace 15 let 100 let (předp.) 70 let 25 let 80

81 RADIOAKTIVITA (NEJEN) STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ radioaktivní materiál ionizující záření 81

82 Radioaktivita přirozená radioaktivita: spontánní rozpad některých atomů radionuklidů na jiné prvky tedy se změnou atomového čísla dále se uvolňuje ionizující záření alternativní názvy: radioaktivní přeměna, radioaktivní rozpad nukleonové číslo atomové číslo radium - kov Ra radon - plyn 4 2 Rn + He jádro helia (bez elektronového obalu) částice jeden z druhů ionizujícího záření umělá radioaktivita: radioaktivní přeměna se uměle vyvolá pomocí vnějšího vlivu (jaderné elektrárny, jaderné bomby) 82

83 Ionizující záření uvolňuje se při radioaktivních přeměnách definuje se podle energie je vysokoenergetické má schopnost ionizovat z atomů a molekul vytvářet ionty (nabité částice), tedy dodávat jim, nebo odebírat, elektrony ionizované částice jsou vysoce reaktivní dopad na živé organismy: usmrcení buňky, popáleniny, poškození DNA mutace, rakovinové bujení buněk, dědičné poruchy Přirozené zdroje ionizujícího záření: vesmírné záření sluneční záření přirozené radioaktivní přeměny v zemské kůře Umělé zdroje ionizujícího záření: rentgen počítačová tomografie (CT) odpad z jaderné elektrárny výbuch jaderné bomby 83

84 Druhy ionizujícího záření č á s t i c e 4 alfa záření částice jádra helia (bez elektronů) 2He silné ionizační účinky lze snadno odstínit kůže, list papíru problematické je vnitřní záření alfa vyzařují ho radioaktivní přeměny probíhající v plicích beta záření proud elektronů (-) nebo pozitronů (+) větší pronikavost a rychlost, než alfa neutrony - uvolňují se hlavně v jaderných reaktorech ionizují nepřímo vyvolávají gama emisi vysoké zdravotní riziko odstínění lehkými sloučeninami - vodou, uhlovodíky, vodou vázanou v betonu gama záření fotony o vysoké energii vzniká při radioaktivních přeměnách jako způsob vyzáření energie vysoce pronikavé stínění: vysoká hustota, prvky s vysokým protonovým číslem: olovo, beton zejména s těžkým plnivem (Fe granule, baryt, magnentit) méně ionizující než alfa a beta, přesto nebezpečné 84

85 Krok stranou: elektromagnetické vlnění gama rentgen ultrafialové viditelné infračervené radiové vlnové délky 85

86 Měření radioaktivity intenzita radioaktivity: množství radioaktivních přeměn za 1 s v 1 m 3 (nebo kg) látky jednotka Becquerel Bq/m 3 (Bq/kg) přístroj Geigerův počítač absorbované množství radioaktivity (se zohledněním různé ionizační schopnosti): ekvivalentní dávka za čas jednotka Sievert Sv (za den, rok ) přístroj - dozimetr přírodní pozadí v ČR: 3 msv/rok let letadlem přes oceán 40 msv pobyt v okolí jaderné elny 0,1 msv/rok snězení banánu 0,1 msv CT hlavy 2 msv 86

87 Krok stranou: poločas rozpadu radioaktivita klesá v čase exponenciálně poločas rozpadu: čas, za který aktivita (koncentrace) radionuklidu klesne na polovinu počet poločasů 87

88 Krok stranou: rozpadové řady jak probíhají samovolné radioaktivní přeměny radionuklidů, při nichž se uvolňuje ionizující záření 88

89 Radioaktivita stavebních materiálů obvykle se sleduje hmotnostní aktivita radia 226 Ra v Bq/kg dokladuje výrobce mezní hodnoty pro stavby s pobytovou místností/bez pobytové místnosti kámen, písek, kamenivo, cement, škvára, popílek 300/1000 cihly, beton, pórobeton, sádra 150/500 v materiálech pro stěny a stropy pobytových staveb se sledují 40 K, 226 Ra a 228 Th a jejich aktivity se přepočítávají na Index hmotnostní aktivity I I = a K a Ra a Th 3000 směrné hodnoty I cihly, beton, sádra 0,5 kámen, kamenivo, popílek, škvára 1 keramické obklady 2 Vyhláška Státního úřadu pro jadernou bezpečnost č. 307/2002 Sb. o radiační ochraně 89

90 Problematické stavby v ČR radioaktivita stavebních materiálů je dnes velmi ostře sledovaná, na trhu nemůže být výrobek, který by nesplňoval normové požadavky potenciálně nebezpečné stavební materiály: elektrárenský popílek a škvára, kamenivo vznikající jako odpad z těžby uranových rud Jáchymov starší domy používaly jako kamenivo hlušinu ze zdejších dolů výrazné překračování dnešních směrných hodnot Indexu hmotnostní aktivity Rynholecká škvára (u Kladna) tvárnice a panely pro starší sídliště (50. léta), později ( ) rodinné domy Start: 3000 domků ve středních Čechách, překročení směrných hodnot I cca o 20 % Pórobeton z popílku elektrárny Trutnov-Poříčí ( ) RD překročení směrných hodnot je náhodné (záviselo na aktuálním složení popílku), stačí větrat 90

91 Radon nezapáchající plyn, několik radioaktivních izotopů poločas rozpadu 3,8 dne tedy rychlý rozpad vzniká jako produkt radioaktivních rozpadů v zemské kůře rozpadá se na pevné a radioaktivní produkty (bismuth, olovo) usazují se v plicích a září lokální ozáření rakovina plic 91

92 Pronikání radonu do budov 1. trhliny v podlaze 2. spáry mezi částmi konstrukce 3. trhliny ve stěnách 4. propustné podlahy 5. otvory ve stěnách 6. instalace 7. okna, dveře do exteriéru 92

93 Radonový index pozemku vyjadřuje míru radonového rizika zjišťuje se měřením koncentrace radonu v půdním vzduchu závisí i na plynopropustnosti zeminy 93

94 Převažující radonový index pozemku nízký (přechodný) střední vysoký tektonika 94

95 Protiradonová ochrana staveb pozemky s nízkým radonovým indexem stačí běžná hydroizolace stavby pozemky se středním radonovým indexem hydroizolace se musí provádět protiradonovou izolací kvalitní hydroizolace, s dlouhou životností, se stanoveným součinitelem difuze radonu, pečlivě provedená i v oblastech spojů, průchodů instalací materiál asfaltové pásy (ideálně s vložkou z minerálních nebo polymerních vláken), PVC a PE folie, nátěry - epoxidové, polyurethanové, asfaltové 95

96 Protiradonová ochrana staveb pozemky s vysokým radonovým indexem protiradonová izolace se doplňuje odvětráváním prostoru mezi podložím a obytnými místnostmi 96

97 charakterizujte jednotlivé druhy ionizujícího záření vysvětlete princip protiradonových opatření 97