SBORNÍK KONFERENCE. Nanomateriály a nanotechnologie ve stavebnictví 2013. Praha 2013 Fakulta stavební ČVUT v Praze

1

2

SBORNÍK KONFERENCE Nanomateriály a nanotechnologie ve stavebnictví 2013 2. ročník Praha 2013 Fakulta stavební ČVUT v Praze 1

Pořadatel konference: Katedra konstrukcí pozemních staveb a Centrum pro nanotechnologie ve stavebnictví, Fakulta stavební, České vysoké učení technické v Praze. Organizační výbor: Pavla Ryparová Zuzana Rácová Richard Hlaváč Pavel Tesárek Václav Nežerka Název: Nanomateriály a nanotechnologie ve stavebnictví 2013 Vydal: České vysoké učení technické v Praze Autor: Kolektiv Editoři: V. Nežerka, Z. Rácová, P. Ryparová, P. Tesárek Odborný garant: prof. RNDr. Pavel Demo, CSc. Počet stran: 114 Počet výtisků: Tisk: ISBN: Návrh loga: Marcel Militký Poděkování: Konference Nanomateriály a nanotechnologie ve stavebnictví 2013 byla financována za podpory grantu ČVUT v Praze pod číslem SVK 03/13/F1. 2

Tento sborník je věnovaný profesoru Zdeňku Bittnarovi k jeho vyznamnému životnímu jubileu. Profesor Zdeněk Bittnar je zakladatelem Centra pro nanotechnologie ve stavebnictví na Fakultě stavební ČVUT v Praze. Jak rikavali jiz stari Rimane: neni odvahou chodit po Via Appia. Odvahou je vyhledavat nove cesty... 3

OBSAH: SLOVO ÚVODEM 6 MODIFIKACE ESTERŮ KYSELINY KŘEMIČITÉ POMOCÍ NANOČÁSTIC SiO 2 Barbora BENETKOVÁ, Monika SLAVÍKOVÁ, Adéla PETEROVÁ, Petr KOTLÍK 7 VLIV NANOČÁSTIC TiO 2 NA VLASTNOSTI BETONOVÝCH POVRCHŮ Petr BÍLÝ, Josef FLÁDR 11 DEGRADACE DŘEVA NA ROZHRANÍ SE SILIKÁTOVÝMI MATERIÁLY Martin ČERNOHORSKÝ, Petra HROCHOVÁ, Michal HAVRLÍK, Zuzana RÁCOVÁ, Pavla RYPAROVÁ 16 REAKTIVNÍ IONTOVÉ LEPTÁNÍ POLYSTYRENOVÝCH KULIČEK Mária DOMONKOS, Tibor IŽÁK, Lucie ŠTOLCOVÁ, Jan PROŠKA, Alexander KROMKA 24 OCHRANA DŘEVA POMOCÍ NANOVLÁKNITÝCH TEXTILIÍ Michal HAVRLÍK 29 USE OF NANOFIBER TEXTILES FOR PROTECTION OF TIMBER STRUCTURES Richard HLAVÁČ 36 OCHRANA DŘEVA POMOCÍ PŘÍRODNÍCH MATERIÁLŮ Petra HROCHOVÁ, Martin ČERNOHORSKÝ, Michal HAVRLÍK, Zuzana RÁCOVÁ, Pavla RYPAROVÁ 43 VYUŽITÍ POZNATKŮ Z BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ PŘI APLIKACI NANOTECHNOLOGIÍ V POZEMNÍM STAVITELSTVÍ: ÚVOD DO PROBLEMATIKY Kateřina INDROVÁ, Pavel TESÁREK 49 IDENTIFICATION OF INELASTIC PROPERTIES FROM SPHERICAL INDENTATION: APPLICATION ON ALUMINUM FOAM Vlastimil KRÁLÍK, Jiří NĚMEČEK 55 ROZPLÝLENÉ ČÁSTICE V POLYVINYLALKOHOLOVÝCH (PVA) NANOTEXTILIÍCH: POROVNÁNÍ MAKRO MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ Václa NEŽERKA, Zuzana RÁCOVÁ, Pavla RYPAROVÁ, Kateřina INDROVÁ, Pavel TESÁREK 61 VYUŽITÍ ČÁSTIC PRO MODIFIKACI ORGANOKŘEMIČITÝCH KONSOLIDANTŮ Václav NIKENDEY, Adéla PETEROVÁ, Petr KOTLÍK 68 VYUŽITÍ NANOČÁSTIC HYDROXIDU VÁPENATÉHO PRO MODIFIKACI ORGANOKŘEMIČITÝCH KONSOLIDANTŮ Adéla PETEROVÁ, Petr KOTLÍK, Miroslav ŠLOUF 73 STANOVENÍ NANO A MIKROSTRUKTURÁLNÍCH A MIKROMECHANICKÝCH PARAMETRŮ STAVEBNÍHO DŘEVA Zdeněk PROŠEK, Zuzana RÁCOVÁ 78 4

RŮSTOVÉ KŘIVKY ESCHERICHIA COLI OVLIVNĚNÉ PŘÍDAVKEM NANODIAMANTU Zuzana RÁCOVÁ, Richard WASSERBAUER, Pavla RYPAROVÁ 84 ALGICIDNÍ VLASTNOSTI NANOVLÁKNITÝCH TEXTILIÍ DOPOVANÝCH KOVY Pavla RYPAROVÁ, Richard WASSERBAUER, Zuzana RÁCOVÁ 89 OCHRANA VNITŘNÍCH POVRCHŮ V HISTORICKY VÝZNAMNÝCH OBJEKTECH ZA POMOCÍ NANOTEXTILIE Jiří SOUČEK 95 POUŽITÍ SMĚSÍ S RECYKLOVANÝM BETONEM JAKO STABILIZOVANÉ VRSTVY Karel ŠEPS, Martin LIDMILA 104 KOMPOZITNÍ MATERIÁL NA BÁZI CEMENTU A PVA Jaroslav TOPIČ 109 5

SLOVO ÚVODEM Předkládaný sborník obsahuje 18 příspěvků, které byly presentovány na 2. ročníku povýtce studentské konference Nanomateriály a nanotechnologie ve stavitelství, která se uskutečnila 12. června 2013 na Fakultě stavební ČVUT v Praze. Příspěvky pokrývají tematicky poměrně široké spektrum materiálů (např. různé typy přetvořených polymerních nanovláken, krystalické nanodiamanty, nanočástice oxidu titaničitého, organokřemičitany s nanočásticemi oxidu křemičitého, polystyrénové mikrokuličky), a také způsoby jejich přípravy (např. nanosférická litografie, CVD, NANOSPIDER). Tyto materiály nové generace vykazují perspektivní aplikační potenciál ve stavitelství, tedy v oboru, který je zatím, bohužel, nejméně dotčený aplikací pokročilých nanotechnologií. Obzvláště je potěšitelné také to, že konference se aktivně zúčastnili nejenom doktorandi, ale také studenti magisterského studia ze šesti institucí (Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i., VŠCHT, FJFI, ÚMCH, FBMI) a zejména z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Nutno také zdůraznit, že většina příspěvků doktorandů z FSv ČVUT a FzÚ AV ČR vznikla v rámci Společné laboratoře technologií polymerních vláken FSv ČVUT a FzÚ AV ČR, v.v.i., která je součástí Centra pro nanotechnologie ve stavebnictví FSv ČVUT. Říká se, že první (a ani druhá) vlaštovka jaro nedělá. V našem případě, jak doufáme, znamená ale ukončení zimy... Pavel Demo FSv ČVUT v Praze/ FzÚ AV ČR 6

MODIFICATION OF SILICIC ACID ESTERS BY SiO 2 NANOPARTICLES Barbora BENETKOVÁ 1, Monika SLAVÍKOVÁ 1, Adéla PETEROVÁ 1, Petr KOTLÍK 1 1 VŠCHT Praha, Technická 5 166 28 Praha 6 Dejvice, barbora.benetkova@vscht.cz, monika.slavikova@vscht.cz, adela.peterova@vscht.cz, petr.kotlik@vscht.cz Abstract Silicic acid esters (alkoxysilanes) are the most frequently used consolidants for building materials of monuments. The silicon dioxide gel they form aids the original binder. However, this gel shrinks and cracks over the time and loses its bonding ability. This article discusses the modification of alkoxysilane by silicon dioxide nanoparticles, which could prevent the gel from cracking. An image analysis method was developed that was used to evaluate the degree of cracking. Keywords: Alkoxysilanes, image analysis, consolidant, building materials, nanoparticles. MODIFIKACE ESTERŮ KYSELINY KŘEMIČITÉ POMOCÍ NANOČÁSTIC SiO 2 Abstrakt Estery kyseliny křemičité (alkoxysilany) jsou nejčastěji používanými zpevňovacími prostředky pro stavební materiály památek. Pojivou funkci původního zdegradovaného pojiva u nich zastává gel oxidu křemičitého. Křemičitý gel však postupem času praská a jeho pojivá schopnost se tím snižuje. Tento příspěvek pojednává o modifikaci základního organokřemičitého konsolidantu pomocí nanočástic SiO 2, která by mohla praskání organokřemičitého gelu potlačit. Pro hodnocení míry popraskání konsolidačních směsí byla použita modifikovaná metoda obrazové analýzy. Klíčová slova: Alkoxysilany, obrazová analýza, konsolidant, stavební materiály, nanočástice. 7

1. ÚVOD Estery kyseliny křemičité (organokřemičitany) jsou látky, které se mimo jiné používají pro konsolidaci stavebních materiálů. Hydrolyzními a kondenzačními reakcemi vzniká uvnitř porézního systému gel oxidu křemičitého. Ten zastává funkci pojiva, které zdegradovalo. Postupem času a působením prostředí dochází k praskání gelu a jeho konsolidační schopnost klesá [1]. Praskání organokřemičitých konsolidantů je problém, kterým se zabývají technologové restaurování již řadu let. Cílem této práce bylo modifikovat základní organokřemičitou konsolidační směs nanočásticemi a tím toto praskání omezit. Nanočástice mají v modifikovaném systému plnit funkci mechanické zábrany šíření praskliny a současně mají upravovat vlastnosti porézního systému modifikovaného gelu tak, aby byl méně náchylný ke vzniku pnutí. Byl sledován vliv přídavku a velikosti nanočástic SiO 2 na míru popraskání a smrštění gelu. Jelikož bylo v literatuře [2] toto praskání doposud hodnoceno pouze subjektivně, nebylo možné porovnat výsledky z různých experimentů. V této práci jsme vyzkoušeli hodnocení míry popraskání a smrštění modifikovaných i nemodifikovaných směsí pomocí obrazové analýzy v grafickém programu ImageJ. Využití obrazové analýzy by mělo přispět k objektivnímu hodnocení popraskání a smrštění zkoumaných organokřemičitých směsí. 2. METODY A MATERIÁLY Základní konsolidant určený pro modifikaci byl Dynasylan 40 (oligomer tetraethoxysilanu, Evonik Industries), s neutrálním katalyzátorem dibutylcíndilaurátem (Sigma-Aldrich). Tato směs tvoří základ řady komerčně dostupných organokřemičitých konsolidantů. Systém Dynasylanu 40 s dibutylcíndilaurátem byl modifikován nanočásticemi SiO 2 o různé velikosti (Tab. 1). Každá směs byla připravena bez přídavku a s přídavkem methylenové modři, aby bylo možné pozorovat případný vliv barviva na chování gelů. Obarvené vzorky byly použity pro analýzu obrazu. Tab. 1: Souhrn připravených modifikovaných směsí s jejich zkráceným označením. množství nanočástic nanočástice velikost nanočástic [nm] 1 hm. % 5 hm. % 10 hm. % 25 hm. % SiO 2 5 15 S-M-1 S-M-5 S-M-10 S-M-25 60 70 S-S-1 S-S-5 S-S-10 S-S-25 200 300 S-V-1 S-V-5 S-V-10 S-V-25 2.1 Příprava směsí a vzorků Základní nemodifikovanou nebarvenou konsolidační směs tvořila směs Dynasylanu 40 s neutrálním katalyzátorem dibutylcíndilaurátem v množství 0,03 ml. % (D-L). Tato směs byla protřepána a na 2 hodiny byla umístěna v ultrazvukové lázni. Při přípravě modifikované nebarvené směsi byla směs D-L po promíchání rozdělena do prachovnic. Do nich byly přidány nanočástice v množství 1, 5, 10, 25 hm. % nanočástic vztažených na hmotnost Dynasylanu 40. Takto vytvořené směsi byly znovu protřepány a na 2 hodiny byly umístěny v ultrazvukové lázni. Pro obrazovou analýzu byly směsi obarveny 10% ethanolovým roztokem methylenové modři v množství 1 kapka (cca 0,018 g) na 7 ml konsolidační směsi D-L. Po vyjmutí z ultrazvuku byly odpipetovány 4 ml směsi na polystyrenové Petriho misky o průměru 6 cm. Takto byly připraveny vždy tři vzorky od každé směsi. 8

2.2 Obrazová analýza Vzorky byly ponechány stárnout po dobu 5 týdnů při laboratorních podmínkách. Během této doby byly pozorovány a fotografovány. U fotografií barvených vzorků bylo provedeno měření smrštění gelu a míry jeho fragmentace pomocí obrazové analýzy v programu ImageJ (Obr. 1). Nejdříve byla vybrána oblast pro obrazovou analýzu na fotografii gelu. Poté byl obraz převeden do stupňů šedi, a pokud to bylo potřeba, byly v této fázi ručně odděleny jednotlivé fragmenty. Dále byl obraz naprahován a byl vyhodnocen poměr označené (plocha gelu) a celkové vybrané plochy pro určení velikosti smrštění. Míra fragmentace byla vyhodnocena počtem vzniklých fragmentů (oddělených ploch). Obr. 1: Postup úpravy fotografií při obrazové analýze v programu ImageJ. 3. VÝSLEDKY A DISKUSE Na následujících fotografiích (Obr. 2) je možné pozorovat chování organokřemičitých gelů po 4-5 dnech a po 5 týdnech od přípravy. A B C D Obr. 2: A, B Nemodifikovaná konsolidační směs (D-L) po 5 dnech (A) a 5 týdnech (B) od přípravy; C, D Modifikovaná konsolidační směs S-S-10 po 4 dnech (C) a 5 týdnech od přípravy (D). Obr. 3: Časová závislost smrštění konsolidačních směsí S-M. Obr. 4: Časová závislost smrštění konsolidačních směsí S-S. 9

Obr. 5: Časová závislost smrštění konsolidačních směsí S-V. Obr. 6: Časová závislost průměrného počtu fragmentů konsolidačních směsí S-M. Časová závislost smrštění organokřemičitých gelů (Obr. 3 5) ukazuje smrštění gelů v závislosti na jejich složení. Pro některé vzorky bylo měření ukončeno dříve, protože se rozpadly na jemné fragmenty či vystřelovaly fragmenty do okolí, což znemožnilo měření. Po 5 týdnech vykazovaly menší smrštění vzorky s větším množstvím přidaných nanočástic. Velikosti směrodatných odchylek měření jsou dostatečně malé, aby bylo možné určit tento trend. Jedinou výjimku v chování tvoří směs S-S-25, u které zřejmě došlo k překročení kritické koncentrace plniva. Lze předpokládat, že u všech vzorků je pokles smrštění způsoben zaplněním volného objemu v polymerní síti částicemi plniva. Pro měření časové závislosti počtu fragmentů byla jako zástupce standardního chování vybrána směs S-M (Obr. 6). Směrodatné odchylky poukazují na různorodost praskání vzorků stejného složení. Všechny ostatní směsi se chovaly podobně. Měření míry fragmentace tímto způsobem tedy není dostatečně vypovídající. Subjektivním hodnocením bylo možné určit, že méně než nemodifikovaná směs praskaly gely S-M-25 a S-S-10. 4. ZÁVĚR Podařilo se nám připravit konsolidační směsi modifikované nanočásticemi SiO 2, které více odolávaly praskání než nemodifikovaná směs. Byla potvrzena možnost hodnocení míry smrštění pomocí obrazové analýzy. Hodnocení míry fragmentace pomocí obrazové analýzy je také možné, ale různorodé chování vzorků stejného složení znemožnilo porovnání průměrných hodnot. Nadále probíhá výzkum zabývající se vylepšením metodiky obrazové analýzy, který by měl umožnit lepší charakterizaci míry fragmentace. PODĚKOVÁNÍ Práce vznikla s podporou projektu č. DF11P01OVV012 Nové materiály a technologie pro konzervaci materiálů památkových objektů a preventivní památkovou péči programu Ministerstva kultury NAKI. Částečně financováno z účelové podpory na specifický vysokoškolský výzkum (MŠMT č. 20/2013). LITERATURA [1] KOTLÍK, P. Stavební materiály historických objektů, 2. vyd..: Vydavatelství VŠCHT Praha: Praha, 2007. [2] WHEELER, G. Alkoxysilanes and the Consolidation of Stone; Getty publications: Los Angeles, 2005. 10

INFLUENCE OF TiO 2 NANOPARTICLES ON CONCRETE SURFACE PROPERTIES Petr BÍLÝ 1, Josef FLÁDR 2 1 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, petr.bily@fsv.cvut.cz 2 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, josef.fladr@fsv.cvut.cz Abstract The article summarizes current state-of-art in the area of titanium dioxide nanoparticles (n-tio 2 ) exploitation for modification of surface properties of concrete structures. Utilization of n-tio 2 enhanced cement enables fabrication of photocatalytic, self-cleaning or biocide surfaces. Principles of these phenomena are explained and examples of first applications in real structures are presented. In the end, authors outline their plans for further research in this area. Keywords: Concrete, titanium dioxide, nanoparticles, photocatalysis, self-cleaning effect. VLIV NANOČÁSTIC TiO 2 NA VLASTNOSTI BETONOVÝCH POVRCHŮ Abstrakt Příspěvek shrnuje současný stav problematiky na poli využití nanočástic oxidu titaničitého (n-tio 2 ) pro úpravu povrchových vlastností betonových konstrukcí. Použití cementu s příměsí n-tio 2 umožňuje získat povrchy, které jsou fotokatalytické, samočistící anebo biocidní. Přítomnost n-tio 2 ovlivňuje rovněž proces hydratace cementu. Jsou představeny principy těchto jevů a příklady prvních aplikací v reálných stavbách. V závěru autoři nastiňují možnosti dalšího výzkumu v této oblasti. Klíčová slova: Beton, oxid titaničitý, nanočástice, fotokatalýza, samočistící efekt. 11

1. INTRODUCTION Generally speaking, titanium dioxide (TiO 2 ) has a wide range of applications in paints, sunscreens, glass manufacturing, food-colouring or jewellery. Photocatalytic properties of TiO 2 were discovered in 1972 by Fujishima and Honda [1]. They exposed TiO 2 electrode in an aqueous solution to strong light, which lead to decomposition of water to hydrogen and oxygen. Initially they wanted to utilize this phenomenon to extract hydrogen, a clean energy source, from water using sunlight, but experiments showed that the efficiency of the method was too low for commercial use. In 1989, Fujishima, Hashimoto and Watanabe realized that photocatalysts could be used another way to decompose trouble-making materials. After they covered the walls and floor of a hospital operating room with tiles coated with TiO 2 paint, concentration of bacteria and pollutants in the room fell sharply. Finally, in 1995, scientists from Toto s Research Institute employed photocatalysis to create superhydrophillic glass surfaces with a self-cleaning function [1]. As concrete is a material whose properties are often being modified by admixtures, it is no surprise that these discoveries quickly attracted concrete researchers and since the end of 1980s they experimented with TiO 2 -enriched cement matrices. In these days, the focus is on titanium dioxide nanoparticles (n-tio 2 ), because they exhibit increased reactivity compared to ordinary TiO 2 thanks to their high specific surface area. 2. PRINCIPLES OF PHOTOCATALYSIS AND SELF-CLEANING EFFECT The process of decomposing air pollutants by UV-radiation from sunlight is a natural phenomenon called photolysis. It helps us to get rid of smog in our cities. This reaction proceeds very slowly, but we can accelerate it by a catalyst. Then we call it photocatalysis. The catalyst is usually a semiconductor in our case n-tio 2. Being activated by UV-radiation, an electron is transported from valence-band to semiconductor-band of an atom. When oxygen (O 2 ), gets in contact with such an electron, a radical with high oxidation ability called active oxygen or superoxidion (O 2 ) is created. In case of water (H 2 O), hydroxyl radicals (HO ) are generated. Both are highly reactive agents which are able to oxidize most organic compounds and also pollutants such as nitrogen oxides (NO x ) [2, 3]. The process of NO x oxidation on n-tio 2 additised surface is graphically illustrated by fig. 1. Fig. 1: NO x removal process scheme, adapted from [4]. At this point, it is apposite to stress that the UV-radiation is necessary for the reaction to take place and that n-tio 2 serves only as a catalyst and therefore is not consumed during the reaction. To maintain long-term 12

efficiency, the reaction products (nitrates, NO 3 ) should be from time to time washed off the surface, for example, by rain. Self-cleaning effect is another benefit we can get from photocatalysis. UV-light partially removes oxygen atoms from the surface of the n-tio 2. The areas where oxygen atoms are missing are hydrophilic, while the areas with no oxygen atoms taken away are hydrophobic. As both types of areas exist side by side on the surface (their size is several hundreds or thousands nm 2 ), water droplets do not remain spherical but became flat forming a uniform film as water spreads through the hydrophilic areas. If the dirt is already present on the surface, the water penetrates under the dirt and removes it [1]. Fig. 2: Self-cleaning effect of n-tio 2 additised concrete surface. 3. PHOTOCATALYTIC CONCRETE IN PRACTICE Photocatalytic, self-cleaning and biocide n-tio 2 -additised concrete surfaces were already applied in real structures, which makes them pioneering material of nanotechnology in concrete. So far, there are two companies producing commercially available cement with n-tio 2 admixture: Mitsubishi Corp. with its NOxer and Italcementi SA, manufacturer of TioCem. The price of these cements is significantly higher than the price of ordinary portland cement, 5 to 10 times depending on supplier and exact type of cement used. The impact on the total price of the structure can be milder, as not the whole volume of the element has to containt n-tio 2 -additised cement. In precast elements like acoustic barriers, cladding panels, paving blocks etc., it is possible to make only surface layer from photocatalytic material. As a result, primary costs of the elements are increased by some 20 %, which can be justified by positive impact on the environment, architectural needs and reduction of long-term maintenance costs [5], [6]. Following examples should serve as a support for this statement. Probably the most well-known application of n-tio 2 -additised cement is Dives in Misericordia church in Rome built in 2003. American architect Richard Meier, the author of this building, wanted to secure longtime whiteness of the church as a symbol of purity and perfection very challenging demand in the conditions of three-million agglomeration with heavily polluted air. Periodical measurements of coloring of selected panels have shown that the white color is very stable, the only problem was found on windward side of the building, where the panels became slightly yellow due to the effect of fine Saharan sand that is often carried by wind from North Africa to Italy [7]. 13

Fig. 3: Dives in Misericordia church (left) and Umberto I. road tunnel (right), reprinted from [7]. Also in Rome, the reconstruction of road tunnel Umberto I. was performed in 2007. The tunnel reveal was treated with cement painting containing n-tio 2, the lights with high ratio of UV radiation were installed. The aim was to reduce the emissions of NO x. Subsequent study showed that the emissions were reduced by almost 50 % [7]. Very promising is application of photoactive cement in acoustic barriers along the roads and interlock pavement blocks. Trial photocatalytic pavements were constructed in Paris, Bergamo and Malmö in previous years. Results of laboratory experiments and in-situ measurements summarized in [8] present reduction of NO x concentration between 25 and 80 % in the surroundings of the pavement or acoustic wall, depending on UV-light intensity, air circulation rate and concentration of the pollutants. In St. Louis, Missouri, USA, 500 meters of a road were paved by 5 cm thick layer of photocatalytic concrete in 2011 (see fig. 4). The influence on air quality will be monitored for one year by experts from Iowa State University and the University of Missouri at Kansas City. If successful, this in-situ experiment could lead to massive application of photocatalytic surfaces in transportation structures. Fig. 4: Construction of a road with photocatalytic surface in St. Louis (left). The lower layer made of standard application concrete was experimentally covered by 5 cm of photocatalytic concrete (right). Reproduced from [9]. 4. PLANS FOR FURTHER RESEARCH Currently the authors are starting their own research project focused on self-cleaning concrete surfaces. The goal is to reduce the price and increase the efficiency of these materials. The idea is to incorporate the TiO 2 nanoparticles into the polyvinylalcohol (PVA) fabric created by Nanospider device and to attach this fabric to concrete surface. Using this approach, amount of n-tio 2 required will be significantly reduced, resulting in decreased material costs. As the PVA nanofibres are able to carry only the nanoparticles up to certain size (ca 20 nm) during the spinning process, one can be absolutely sure that no clusters of nanoparticles will be present in the surface. 14

Concrete will be covered solely by nanoparticles, resulting in increased relative surface area of the photocatalyst. This should further improve the efficiency of the reaction. To prove these expectations, experimental program will be carried out that will compare the photocatalytic performance of n-tio 2 -fabriccovered concrete samples with the specimens made of commercially available photocatalytic cement and reference plain concrete samples. Testing procedures will be based on Italian standard for photocatalytic hydraulic binders UNI 11259. The main problem standing before the researchers is how to transfer the fabric from spanbond to concrete surface. Some techniques were already tried in Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, but all of them have their drawbacks. Therefore, finding new better methods will be one of the challenges in the planned research project. Fig. 5: Nanospider (left, reprinted from www.ft.tul.cz). Powder of 7 nm titanium dioxide nanoparticles (right). ACKNOWLEDGEMENTS The author is indebted to the support of Studentská grantová soutěž ČVUT 2013 (SGS 2013) under grant SGS13/120/OHK1/2T/11 Cementitious composites in extreme conditions. RESOURCES [1] FUJISHIMA, A. Discovery and applications of photocatalysis Creating a comfortable future by making use of light energy. In: Japan Nanonet Bulletin, 44 th Issue (2005) [2] Bolte, G. Innovative Building Material Reduction of Air Pollution through TioCem. In: Nanotechnology in Construction 3 Proceedings of the NICOM 3 (2009), pp. 55 61 [3] FOLLI, A. Inovativní fotokatalytický cement obsahující nanočástice TiO 2. In: Beton TKS 6/2011, pp. 28 32 [4] ALLEN, G.C. et al.: Photocatalytic oxidation of NO x gases using TiO 2: a surface spectroscopic approach. In: Environmental Pollution 120 (2002), pp. 415 422 [5] Questions and answers on photocatalytic products, Italcementi Group (2006). Available online at http://blog.antaeus.com/downloads/ta_qna.pdf [6] Interview with Ing. Ondřej Hranička, managing director of Liadur s.r.o. (2011). Available online at http://www.bezsmogu.cz/clanky/rozhovory/rozhovor-hranicka/ [7] http://www.bezsmogu.cz [8] HUBERTOVÁ, M., MATĚJKA, O.: Protihlukové stěny Liadur s technologií TX Active. Časopis Stavebnictví 09/2009, pp. 20 23 [9] Highway Research Project Paving Way to Cleaner Environment. Available online at http://www.txactive.us/pdf/7654-modot_profile.pdf 15

DEGRADATION OF WOOD AT BOUNDARY WITH SILICATE MATERIALS Martin ČERNOHORSKÝ 1, Petra HROCHOVÁ 2, Michal HAVRLÍK 3, Zuzana RÁCOVÁ 4, Pavla RYPAROVÁ 5 1 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, martin.cernohorsky@fsv.cvut.cz 2 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, petra.hrochova@fsv.cvut.cz 3 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, Michal.havrlik@fsv.cvut.cz 4 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, zuzana.racova@fsv.cvut.cz 5 Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague, Thákurova 7, 166 29 Prague, pavla.ryparova@fsv.cvut.cz Abstract The degradation of wood nowadays appears in the discussions of engineers more and more often, given the increased interest in timber construction. An effective protection of timber elements has not been developed to increase their durability. Nanotechnology is currently investigated for this purpose and it is definitely most extensively developing for enhancement of silicates (brick, mortar, concrete). The silicate-based materials are in some detail in direct contact with timber. In that case, there is an increased risk of degradation of timber structure. The typical example can be found in every building the contact of jamb wall and wall plate, or less frequent foundation of wood structures on concrete or stone basement. The presented study deals with the evolution degradation of timber elements in contact with the silicate-based materials. As a model organism there were used two fungi Serpula lacrymans and Gleophyllum sepiarium, because these are commonly found in the Czech Republic.The study also focuses on the growth of fungi through the interface, while protected by commonly available antifungal agents and nanofibre fabrics (with the mixture of active substances of silver nitrate or copper sulphate). Keywords: Wood degradation, wood structure, timber-concrete composite buildings, nanofiber textiles. DEGRADACE DŘEVA NA ROZHRANÍ SE SILIKÁTOVÝMI MATERIÁLY Abstrakt Téma degradace dřeva se objevuje v současné době ve stavebních kruzích čím dále častěji, což je dáno zvýšeným zájmem o dřevostavby. Dosud není vyvinuta funkční ochrana dřeva, která by byla účinná a trvanlivá. Jedním z nových směrů ochrany dřeva je ochrana pomocí nanotechnologií. Jednoznačně nejpoužívanějšími materiály ve stavebnictví jsou materiály na bázi silikátů (cihly, malty, beton). Tyto materiály se v některých detailech dostávají do přímého kontaktu se dřevem, v tomto případě zde existuje zvýšené riziko degradace dřevěných konstrukcí. To se vyskytuje typicky v kontaktu půdní nadezdívky a pozednice, kontaktu základového prahu u dřevostaveb nebo v rekonstrukcích u hrázděných staveb. Toto studium se zabývá rozvojem napadení dřevěných prvků ve styku s běžnými stavebními materiály. Jako modelový organismus je použita dřevomorka domácí a trámovka plotní, které se běžně vyskytují na území 16

České republiky. Studium je změřeno na rozvoj dřevokazných hub přes rozhraní silikátový materiál dřevo. Pro ochranu sterilního materiálu jsou použity antifungicidní přípravky dostupné na trhu nebo nanovláknité textilií (s příměsí účinné látky dusičnanu stříbrného, síranu měďnatého). Klíčová slova: Degradace dřeva, dřevostavba, hrázděná stavba, nanotextilie. 17

1. ÚVOD DO PROBLÉMU Ve stavebnictví jsou materiály na bázi silikátů a dřeva, jedny z nejpoužívanějších materiálů. Úkolem práce je lokalizovat nejčastější výskyt vybraných dřevokazných hub, a to především detailů, kde dochází k přímému kontaktu těchto materiálů. Hlavním úkolem je pozorovat rozvoj přes tuto hranici při různých použitých materiálech resp. ochraně dřeva například i pomocí nanovláknitých textilií. Výsledkem studie bude vyhodnocení rychlosti rozvoje dřevokazných hub přes hranici materiálů při daných podmínkách a prorůstání do nenapadeného materiálu. 1.1. Použité dřevokazné houby Dřevomorka domácí (Serpula lacrymans) Typický výskyt: nejběžnější houba pod střechou, ve sklepích, pod podlahou, na záklopech a stropních trámech, méně v krovu (nesnáší střídání teplot), napadá nejvíce staré jehličnaté dřevo, mimo budovu se nevyskytuje. Vhodné podmínky: teplota do 30 C, při zatékání do staveb, přítmí, vlhkost nad 20 %. Typické znaky: tvoří provazce (rhizomorfy), kterými přivádí vodu i ze vzdálenosti několika metrů, teplota nad 35 C dřevomorku ničí, tvoří bílé až šedobílé povlaky, plodnice červenohnědá, dřevo se rozpadá v kostkách (hnědou hnilobou) [1]. Trámovka plotní (Gleophyllum sepiarium) Typický výskyt: venkovní jehličnaté dřevo s trvalým zatékáním, okna, půdy. Vhodné podmínky: snáší vysoké teploty (teplota 5-45 C) a periodické střídání sucha a vlhka, optimální hmotnostní vlhkost dřeva 35-40 %. Typické znaky: rozvíjí se v trhlinách a dovnitř dřeva, kdy povrch zůstává nepoškozen i při velkém ztrouchnivění vnitřního dřeva, způsobuje hnědou hnilobu, klobouk je rezavý až kaštanové hnědý, později černohnědý [2]. 1.2 Použité materiály Dřevo Ke studii je použito nejpoužívanější stavební dřevo, tedy smrkové dřevo. Specifické vlastnosti tohoto dřeva jsou experimentálně zjišťovány. Při 100% relativní vlhkosti vzduchu byla zjištěna hmotnostní vlhkost dřeva 39 %. Silikátové materiály Jako zástupci silikátové materiálové báze jsou použity pálené a nepálené cihly, beton, pískovec. Specifické vlastnosti těchto materiálů budou dále zjišťovány. 2 REÁLNÉ PROBLÉMY Typickými stavebními detaily, kde se styk těchto materiálu objevuje je např. zakládání dřevostaveb na základové desce (beton, dříve kámen), uložení pozednice na pozedním věnci, vyzdívání akumulačních stěn ve dřevostavbách nebo použití zateplovacího systému s tepelnou izolací z dřevovláknitých desek. Styk těchto dvou materiálů byl používaný u historických staveb, kde byl styk těchto dvou materiálů ještě častější. Typický je tento kontakt pro hrázděné stavby. 18