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 výsledná mikrostruktura (vypáleného střepu) slinování (výpal), kompaktace 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 mikrostruktura maltoviny kompaktní (např. slínek) rozrušená (např. cement ) uspořádání a spojení zrn oddělená a volná zrna minerálů, póry nebo shluky zrn minerálů mikrostruktura zatvrdlé maltoviny tepelné zpracování, slinování určité velikosti + H 2 O, hydratce, tuhnutí, tvrdnutí 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 m V [kg/m 3 ] pro homogenní materiál pak můžeme psát 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 V Gravimetrická metoda ze změřených rozměrů daného vzorku a jeho hmotnosti lze vypočítat objemovou hmotnost materiálu Metoda vakuové nasákavosti - z hmotnosti suchého vzorku m s, hmotnosti vodou nasyceného vzorku m v a hmotnosti ponořeného vodou nasyceného vzorku, tzv. Archimédovy hmotnosti m a, se vypočítá objem vzorku dle rovnice m v m a l kde l je hustota kapaliny (vody) základní vlastnosti, jako jsou obsah nasycené vlhkosti w c a hustota materiálu ρ mat se určují z následujících rovnic w c m m v s s v 0 mat V 1 0 V m
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 m 1 mat l m3 m2 m1 [kg m -3 ] kde m 1 je hmotnost suchého vzorku [kg], m 2 je hmotnost zavřeného pyknometru se vzorkem a kapalinou [kg], m 3 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/m 3 ) sypná hmotnost ve stavu setřeseném (např. 600 kg/m 3 ) objemová hmotnost zrn (např. 850 kg/m 3 ) nezapočítá se objem mezer mezi zrny hustota zrna (např. 2550 kg/m 3, 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 h V h v 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. V o 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 c v 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
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) V Pore / cm 3 g -1 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.0 1 10 100 1000 10000 Ř / nm příklad distribuční křivky pórů pro vzorek betonu (převládají kapilární mikropóry) 2.0 10-3 1.5 1.0 0.5 dv/dř / cm 3 nm -1 g -1
Distribuce pórů distribuční a kumulativní křivky malty s částečnou náhradou kameniva podroštovou popelovinou
Označení Složení testovaných sanačních omítek Vodní 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 Typ omítky Objemová hmotnost Hustota Otevřená pórovitost kg m -3 % 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 Substance Amount [mass %] SiO 2 22.85 Al 2 O 3 8.89 Fe 2 O 3 5.89 CaO 25.41 MgO 5.36 SO 3 6.73 ZnO 0.26 Na 2 O 4.83 K 2 O 1.47 TiO 2 1.00 P 2 O 5 12.54 Cl 4.14 Σ 99.37 Material Material Bulk density Matrix density [kg/m 3 ] [kg/m 3 ] [m 3 /m 3 ] GR-ref 1 686 2 197 0.23 GR-10 1 597 2 168 0.26 GR-20 1 560 2 199 0.29 GR-30 1 494 2 203 0.32 GR-60 1 350 2 211 0.39 Compressive strength Bending strength Total open porosity Dynamic Young s modulus [MPa] [MPa] [GPa] GR-ref 61.8 10.6 20.4 GR-10 59.0 9.5 16.5 GR-20 48.9 8.2 15.1 GR-30 44.9 7.3 13.6 GR-60 28.7 5.9 9.0 Model a b R 2 Balshin f c = a(1 ψ) b 151.3 3.24 0.9983 Ryshkewitch f c = a exp bψ 189.5 4.63 0.9978 Schiller f c = a ln ψ 66.3 32.2 0.9983 b Hasselmann f c = a bψ 113.9 217.5 0.9990
70 60 50 40 30 20 10 0 0.15 0.25 0.35 0.45 Porosity [-] 12 10 8 6 4 2 0 Compressive strength [MPa] Bending strength [MPa] compressive strength bending strength
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 M V V V V m h p h p 1 1 V V V V V s v V h objem vlastního materiálu bez všech dutin, pórů a mezer V p 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 (m 2 /kg), použití např. při klasifikaci jemnosti mletí cementu (běžné cementy 250 350 m 2 /kg, zeolity 850 m 2 /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 Volume [%] 70 60 50 40 Sewage sludge CEM I 42.5R 30 20 10 0 0.01 0.10 1.00 10.00 100.00 1 000.00 10 000.00 Particle size [ m] distribuce velikosti částic pro cement CEM I 42.5 R a tepelně upravený kal z čistírny komunálního odpadu
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 mw md mk wh 100% 100% md md - m w hmotnost vlhkého vzorku materiálu [kg, g], m d hmotnost vysušeného materiálu [kg, g], m k hmotnost vody [kg, g], w h hmotnostní vlhkost [%hm.] Objemová vlhkost Vw ( mw md) wh d wv 100% vol. 100% vol. 100% vol. V V d w d w -V w objem vody [m 3 ], V d objem suchého materiálu [m 3 ], w objemová hmotnost vody [kgm -3 ], d objemová hmotnost suchého materiálu [kgm -3 ]
DEFINICE A KLASIFIKACE OBSAHU VLHKOSTI II Parciální hustota vody w m w V [kg/m 3 ] - m w je hmotnost vody v měřeném vzorku[kg],v je objem vzorku [m 3 ] Stupeň nasycení w w h sat [%,-] - w h je hmotnostní vlhkost a w sat 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
Salt Temperature/Relative humidity 20 C 23 C 25 C Number of references Silica gel 0.05 0.05 0.05 1 LiCl 0.113±0.0031 0.113±0.0028 0.113±0.0027 1,3,4 0.111-0.111 2 MgCl 2.6H 2 O 0.3307±0.0018 0.329±0.0017 0.3278±0.0016 1,2,3,4 K 2 CO 3 0.441-0.440 1 NaNO 2 0.654-0.643 2,3 NaCl 0.7547±0.0014 0.7536±0.0013 0.7529±0.0012 1,2,4 - - 0.751 3 NH 4 Cl 0.7923±0.0044 0.7883±0.0042 0.7857±0.0040 1 KCl 0.8511±0.0029 0.8465±0.0027 0.8434±0.0026 1,4 - - 0.842 3 KNO 3 0.932-0.920 4 K 2 Cr 2 O 7 0.970-0.970 1 0.979-0.976 2 K 2 SO 4 - - 0.97 3 Příklady roztoků solí pro simulaci specifických hodnot relativní vlhkosti.
Příklad výstupu DVS analýzy
0,1 0,08 BRI AACI CML u[kg kg -1 ] 0,06 0,04 0,02 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 f[-] Sorpční izoterma pálené cihly, pórobetonu a opuky.
DVS Isotherm Plot Cycle 1 Sorp Cycle 1 Desorp Cycle 2 Sorp 2.5 2 Change In Mass (%) - Ref 1.5 1 0.5 0-0.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 DVS - The Sorption Solution Target % P/Po Sorpční a desorpční izoterma Micronalu DS 5008 x Temp: 20.0 C Meth: 20C_Step10_0_0004 _120_min_3cycles.sa o MRef: 0.126871 Surface Measurement Systems Ltd UK 1996 2009
5 Date: 10 Jan 2011 Time: 8:01 pm File: P2_400_H1_20C - Mon 10 Jan 2011 20-01-52.xls Sample: P2_400_H1_20C DVS Isotherm Plot Cycle 1 Sorp Temp: 20.3 C Meth: 20C_Step10_0_0004 _120_min_98%.sao MRef: 0.681122 4 Change In Mass (%) - Ref 3 2 1 0-1 0 20 40 60 80 100 120 DVS - The Sorption Solution Target % P/Po Sorpční a desorpční izoterma pórobetonu P2 400 Surface Measurement Systems Ltd UK 1996 2009
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.