Mechanical and thermal properties of hemp-lime composites

• Autorzy: Barnat-Hunek D. , Smarzewski P. , Fic S.

Warianty tytułu

PL

Mechaniczne i termiczne właściwości kompozytów wapienno-konopnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of research concerning lightweight, ecological composites produced on the basis of building lime, cement and metakaolin, which are binders, as well as hemps used as a renewable raw material of agriculture. Tests of the physical and mechanical properties of lime-hemp composites were performed and their basic characteristics were determined, i.e.: absorptivity, bulk density, thermal conductivity, compressive and flexural strength, as well as the dynamic modulus of elasticity. The study was conducted to determine the use of lime-hemp composites to construct walls or to fill the frames of a wooden house. The results show that the lime-hemp composites produced are lightweight and have low thermal conductivity and apparent density. On the other hand, they are characterized by very low strength properties compared to traditional building materials. The dynamic mechanical properties of the shives reinforcing the composites depend on various factors such as shives loading, orientation and the nature of the shives-matrix interface region. The addition of ethylene-vinyl acetate copolymer as a plasticizing and strengthening admixture caused a considerable increase in the strength parameters of the composites.

PL

Przedstawiono wyniki badań lekkich, ekologicznych kompozytów wyprodukowanych na bazie wapna budowlanego, cementu i metakaolinu, stanowiących środki wiążące, oraz konopi wykorzystanych jako surowiec odnawialny z rolnictwa. Wykonano badania fizyczne i mechaniczne właściwości kompozytów wapienno-konopnych oraz wyznaczono ich podstawowe charakterystyki, tj.: nasiąkliwość, gęstość objętościową, współczynnik przewodzenia ciepła, wytrzymałości na ściskanie i zginanie, dynamiczny moduł sprężystości. Badania przeprowadzono w celu określenia możliwości wykorzystania kompozytów wapienno-konopnych do wznoszenia ścian lub też do wykonania z nich wypełnienia szkieletu drewnianego domu. Otrzymane wyniki dowodzą, że wytworzone kompozyty wapienno-konopne są lekkie i charakteryzują się niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła oraz małą gęstością pozorną. Z drugiej strony cechują je bardzo niskie parametry wytrzymałościowe w porównaniu z tradycyjnymi materiałami budowlanymi. Dynamiczne właściwości kompozytów wzmocnionych paździerzami konopnymi zależą od różnych czynników, m.in. sposobu obciążenia, ich zorientowania w matrycy oraz naturalnego połączenia między paździerzami a osnową. Dodatek kopolimeru octanu winylu jako domieszki plastyfikująco-wzmacniającej spowodował znaczny wzrost parametrów wytrzymałościowych kompozytów.

Słowa kluczowe

EN

hemp-lime composites; ecological building; thermal conductivity; compressive strength; flexural strength

PL

kompozyty wapienno-konopne; budownictwo ekologiczne; przewodność cieplna; wytrzymałość na ściskanie; wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 21--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barnat-Hunek D.

• Pope John II State School of Higher Education in Biała Podlaska, Faculty of Economics and Technical Sciences Institute of Technical Sciences, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska, Poland

autor

Smarzewski P.

• Pope John II State School of Higher Education in Biała Podlaska, Faculty of Economics and Technical Sciences Institute of Technical Sciences, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska, Poland

autor

Fic S.

• Pope John II State School of Higher Education in Biała Podlaska, Faculty of Economics and Technical Sciences Institute of Technical Sciences, ul. Sidorska 95/97, 21-500 Biała Podlaska, Poland

Bibliografia

• [1] Asprone D., Durante M., Prota A., Manfredi G., Potential of structural pozzolanic matrix-hemp fiber grid composites, Construction and Building Materials 2011, 25, 2867-2874.
• [2] Ip K., Miller A., Life cycle greenhouse gas emissions of hemp-lime wall constructions in the UK, Resources, Conservation and Recycling 2012, 69, 1-9.
• [3] Bevan R., Woolley T., Hemp Lime Construction - a Guide to Building with Hemp Lime Composites, Bracknell, UK: IHS BRE 2008.
• [4] Singh B., Gupta M., Tarannum H., Jute sandwich composite panels for building applications, Journal Biobased Materials Bioenergy 2010, 4:4, 397-407.
• [5] Silva S.P., Sabino M.A., Fernandas E.M., Correlo V.M., Boesel L.F., Reis R.L., Cork: properties, capabilities and applications, International Materials Reviews 2005, 50, 6, 345-365.
• [6] Paivaa A., Pereiraa S., Sá A., Cruz D., Varum H., Pinto J., A contribution to the thermal insulation performance characterization of corn cob particleboards, Energy and Buildings 2012, 45, 274-279.
• [7] Kodah Z.H., Jarrah M.A., Shanshal N.S., Thermal characterization of foam-cane (Quseab) as an insulant material, Energy Conversion and Management 1999, 40, 4, 349-367.
• [8] Ren Q., Li J.Z., Lu Z.Y., Studies on the wood fiber-rock wool composites, Beijing Linye Daxue Xuebao/Journal of Beijing Forestry University 2007, 29, 2, 161-164.
• [9] Nicolajsen A., Thermal transmittance of a cellulose loose-fill insulation material, Building and Environment 2005, 40, 7, 907-914.
• [10] Dalmay P., Smith A., Chotard T., Sahay-Turner P., Gloaguen V., Krausz P., Properties of cellulosic fibre reinforced plaster: influence of hemp or flax fibres on the properties of set gypsum, Journal of Materials Science and Technology 2010, 45, 3, 793-803.
• [11] Kymäläinen H.R., Sjöberg A.M., Flax and hemp fibres as raw materials for thermal insulations, Building and Environment 2008, 43, 7, 1261-1269.
• [12] Ashour T., Georg H., Wu W., Performance of straw bale wall: a case of study, Energy and Buildings 2011, 43, 8, 1960-1967.
• [13] Arnaud L., Gourlay E., Experimental study of parameters influencing mechanical properties of hemp concrete, Construction and Building Materials 2012, 28, 1, 50-56.
• [14] Summerscales J., Dissanayake N.P.J., Virk A.S., Hall W., A review of bast fibres and their composites. Part 1 - Fibres as reinforcements, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2010, 41, 1329-1335.
• [15] Stikute A., Kukle S., Shakhmenko G., Ecological Materials for Frame Housing 2011, 6, 43-48.
• [16] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002 r. (Dz.U. Nr 75, poz. 690 wraz z późniejszymi zmianami).
• [17] Allin S., Building with Hemp. Kenmare: SEED Press 2005.
• [18] Collet F., Caractérisation hydrique et thermique de matériaux de Génie Civil à faibles impacts environnementaux. Ph.D. thesis. INSA de Rennes 2004 [in French]
• [19] Stevulovaa N., Kidalovaa L., Cigasovaa J., Junaka J., Sicakovaa A., Terpakovaa E., Lightweight composites containing hemp hurds, Procedia Engineering 2013, 65, 69-74.
• [20] Li A., Gacoin A., Mai T., H., Performance of hemp-starch concrete composite, Advanced Materials Research 2013, 724-725, 1531-1534.
• [21] Reddy M.I., Srinivasa Reddy V., Dynamic mechanical analysis of hemp fiber reinforced polymer matrix composites, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) 2014, 3, 9, 410-415.
• [22] Gomes M.I., Diaz Gonçalves T., Faria P., Earth-based repair mortars: experimental analysis with different binders and natural fibers, Procceding of the 1st International Conference on Rammed Earth Conservatio, eds. C. Mileto, F. Vegas and V. Cristini, Valencia, Spain 2012, 21-23.
• [23] Barnat-Hunek D., Klimek B., Franus W., The influence of zeolite additive on the physical and mechanical properties of renovation plasters, Izolacje 2014, 9, 58-64.