Transport soli i wilgoci w stanie nieizotermicznym z uwzględnieniem kinetyki przemiany fazowej

• Autorzy: Koniorczyk M , Końca P

Warianty tytułu

EN

Salt and moisture transport in non-isothermal condition considering the kinetics of salt phase change

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Krystalizacja soli rozpuszczonej w cieczy porowej wpływa niekorzystnie na trwałość materiałów budowlanych. W poniższej pracy przedstawiono analizę eksperymentalną i teoretyczną tego zagadnienia. Zaprezentowano wyniki badań doświadczalnych, w których zmierzono zmiany temperatury podczas procesów krystalizacji i rozpuszczania się soli. Opracowano również model matematyczny i program komputerowy służący do analizy transportu energii, soli i wilgoci. Podczas modelowania uwzględniono kinetykę przemiany fazowej soli. Wytrącona sól wpływa na zmianę struktury wewnętrznej porów: porowatość, rozkład wielkości porów, przepuszczalność. Procesy krystalizacji i rozpuszczania wytrąconej soli są procesami odpowiednio egzo- i endotermicznymi. Podczas rozwiązywania modelu teoretycznego wykorzystano standardowe procedury numeryczne - MES do obliczenia całek przestrzennych oraz MRS do wyznaczenia całek czasowych. Symulacje komputerowe krystalizacji soli wykonano dla trzech różnych równań opisujących kinetykę przemiany fazowej. Dysponując wynikami eksperymentalnymi dla siarczanu sodu wyznaczono, przez rozwiązanie zagadnienia odwrotnego, współczynniki materiałowe występujące w równaniu kinetyki przemiany fazowej.

EN

Water and salt are wildly recognized as major factors of porous materials damage, therefore a lot of experimental and theoretical studies are devoted to them. One of the most adverse phenomenon which is related to the salt and moisture presence in the pore system of building materials is salt crystallization. The experimental setup was constructed to measure the changes of temperature due to the crystallization/dissolution process. The mathematical model of salt, moisture and energy transport was derived and based on it the computer code was developed. The salt phase change kinetics is taken into account while modelling. The crystallization process itself changes the internal structure of porous medium e.g. porosity, permeability, which must be taken into account while modelling the transport phenomena. Additionally the heat is released or consumed during the crystallization/dissolution process. To solve the set of governing, differential equations the finite element and finite difference methods are used. Salt phase change was calculated using three different rate laws. The comparison of experimental data and numerical results is presented for cooling-warming of brick containing sodium sulphate.

Słowa kluczowe

PL

sól; wilgoć; kinetyka; krystalizacja

EN

salt; moisture; kinetics; crystallization

• Wydawca: Instytut Fizyki Budowli Katarzyna i Piotr Klemm S.C.
• Czasopismo: Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 6, nr 3
• Strony: 37--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., 1 rys., wykr.

Twórcy

autor

Koniorczyk M

• Politechnika Łódzka, Katedra Fizyki Budowli i Materiałów Budowlanych, Al. Politechniki 6, 90-924 Łódź

autor

Końca P

• Politechnika Łódzka, Katedra Fizyki Budowli i Materiałów Budowlanych, Al. Politechniki 6, 90-924 Łódź

Bibliografia

• [1] Atkins, P., de Paula, J., 1999, Atkins’ Physical Chemistry, 6th edition, Oxford University Press, Oxford.
• [2] Bear, J., Bachmat, Y. 1991, Introduction to Modeling of Transport Pheneomena in Porous Media, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands.
• [3] Coussy, O. 2006, ‘Deformation and brittle fracture from drying-induced crystalisation of salts’, J Mech Phys Solids, 54, 1517-1547.
• [4] Espinosa R.M., Franke L., Deckelmann G. 2008, ‘Phase changes of salts in porous materials: Crystallization, hydration and deliquescence’, Construction and Building Materials, 22, 1758-1773.
• [5] Flatt, R.J. 2002, ‘Salt damage in porous materials: how high supersaturations are generated’ J Crystal Growth, 242, 435-454.
• [6] Flatt, R.J., Steiger, M, Scherer, G.W. 2007, ‘A commented translation of the paper by C.W. Correns and W. Steinborn on crystallization pressure’, Environ Geology, 52, 187-203.
• [7] Gawin, D., Schrefler, B.A., 1996, ‘Thermo-hydro-mechanical Analysis of Partially Saturated Porous Materials’, Engineering Computations, 13, 113-143.
• [8] Koniorczyk, M., Gawin, D. 2008, ‘Heat and moisture transport in porous building materials containing salt’, J Build Phys., 31, 279-300.
• [9] Koniorczyk, M., Wojciechowski, M. 2009, ‘Influence of salt on desorption isotherm and hygral state of cement mortar - Modelling using neural networks’, Construction and Building Materials, 23, 2988-2996.
• [10] Koniorczyk M. 2010, ‘Modelling the phase change of salt dissolved in pore water - Equilibrium and non-equilibrium approach’, Construction and Building Materials, 24, 1119-1128.
• [11] Lewis, R. W., Schrefler, B.A. 1998, ’The finite element method in the static and dynamic deformation and consolidation of porous media’, John Wiley & Sons, Chichester.
• [12] Marliacy P., Solimando R., Bouroukba M., Schuffenecker L. 2000, ‘Thermodynamics of crystallization of sodium sulphate decahydrate in H20-NaCl-Na2SO4: application to Na2SO4 10H2O-vased latent heat storage materials’, Thermodynamica Acta, 344, 85-94.
• [13] Pel L., Huinink H., Kopinga K, van Hees R.P.J., Adan O.C.G. 2004, ‘Efflorescence pathway diagram: understanding salt weathering’, Construction and Building Materials, 18, 309-313.
• [14] Scherer, G.W. 1999, ‘Crystallization in pores’, Cement and Concrete Research, 29, 1347-1358.