W artykule przedstawiono nową metodę pobierania materiału do przygotowania próbek w analizie FTIR, którą można wykorzystać do określenia postępu karbonatyzacji betonu. Uzyskane wyniki porównano ze stosowaną do tej pory metodą wiercenia próbki. Przeprowadzono analizę dwóch mieszanek betonu samozagęszczalnego. Badane próbki miały postać typowych sześciennych kostek oraz gruzu betonowego. Próbki były przechowywane przez 56, 112 i 168 dni w komorze karbonatyzacyjnej. Jednocześnie wykonano analizę termiczną TG/DTA. Uzyskane wyniki potwierdziły zalety zaproponowanej metody.
EN
The paper presents a new sampling method for the FTIR analysis, which might be used for the determination of the concrete carbonation progress.The obtained results were compared with the existing drillng method. In the research two self-compacting concretes were used. The tested samples were cubicones and concrete crushed rubble. Samples were kept for 56, 112 and 168 days in the carbonation chamber. To verify the obtained results, thermal analysis – TG/DTA was carried out for samples stored for 168 days in CO2 environment. The achieved results of thermal analysis, confirmed advantages of the proposed sampling method.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The main subject of this paper is the investigation of the influence of the alkali-silica reaction on the microstructure and the transport properties of the cement-based materials. In the experimental research, mortar bars prepared with two different aggregates and stored in conditions of various alkali content were examined. Influence of the reaction on the microstructure of the material was investigated using mercury intrusion porosimetry, water capillary suction test and water vapour adsorption test. Mathematical model of the alkali diffusion and the reaction development is presented. It allows to take into consideration the influence of alkali concentration and aggregate sizes on the reaction development. The numerical code was developed using the finite element, finite difference and Newton-Raphson methods. Good accordance of the results obtained using the proposed model with the experimental data available in literature was obtained.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań zależności pozornej wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ cegły pełnej od stopnia nasycenia wodą oraz roztworem siarczanu sodu. Badania przeprowadzono metodą stacjonarnego przepływu ciepła w przypadku następujących stopni nasycenia: 25, 50, 75, 100%. Wyniki eksperymentu potwierdzają negatywny wpływ wilgoci na przewodność cieplną materiału. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła λ rośnie wraz ze wzrostem stopnia nasycenia materiału wodą lub roztworem soli. Zaobserwowano, iż obecność roztworu Na2SO4 oraz kryształów dziesięciowodnego siarczanu sodu ma mniej negatywny wpływ na przewodność cieplną badanych próbek niż obecność czystej wody.
EN
This paper presents the experimental results concerning the relation between the apparent thermal conductivity coefficient of brick and its water or Na2SO4 solution content. The research is conducted using stationary technique for the dry specimens, as well as the ones containing 25%, 50%, 75% and 100% water or sodium sulphate solution. The experimental results confirm the negative influence of water or sodium sulphate solution on the thermal properties of material. The study shows that the presence of Na2SO4 solution mitigate the negative influence on brick’s thermal conductivity coefficient.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania dotyczące oceny wpływu degradacji mrozowej na właściwości transportowe i mechaniczne betonów. Przepuszczalność jest jedną z najistotniejszych właściwości materiału, które świadczą o trwałości kompozytu. Przedstawione badania dotyczą betonów nienapowietrzonych o różnym wskaźniku wodno-cementowym (w/c = 0,35, 0,4, 0,5). Wytrzymałość na ściskanie, moduł Younga i przepuszczalność gazu określone zostały po 0, 50, 100 i 150 cyklach mrozowych. Oszacowano wpływ zniszczenia mrozowego na przepuszczalność gazu. Następnie przepuszczalność gazu skorelowano z modułem sprężystości betonów narażonych na cykliczne zamarzanie wody.
EN
The presented research aims at the determination of the relationship between transport phenomena and durability of concrete. The permeability is an important factor influencing deterioration of concrete durability. The experimental study concerns the frost durability of an ordinary concrete without air-entraining admixtures with different water to cement ratio (w/c = 0,35, 0,4, 0,5). The damage is characterized by the reduction of elastic modulus, as well as the permeability evolution due to frost action, investigated after 0, 50, 100 and 150 freeze-thaw cycles. Finally the correlation between the permeability and the mechanical properties for the concrete under frost attack is discussed.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania dotyczące możliwości wykorzystania tynków lekkich jako tynków renowacyjnych. Bazując na wymaganiach zawartych w polskiej normie i instrukcji WTA, wykonano badania parametrów fizycznych tynku cementowo-wapiennego, trzech tynków lekkich wykonanych z perlitu oraz tynku renowacyjnego. Cechy mechaniczne oraz porowatość i paroprzepuszczalność wybranych tynków lekkich spełniają wymagania stawiane tynkom renowacyjnym. Zbyt duża adsorpcja wody wskutek podciągania kapilarnego może spowodować powierzchniową krystalizację soli, co wyklucza zastosowanie tynków lekkich jako tynków renowacyjnych. Istnieje możliwość stosowania tynków lekkich jako tynków podkładowych w systemie tynków renowacyjnych.
EN
The paper considers the possibility of application of mortar containing perlite as a part of renovation plaster system. Based on the requirements for renovation plaster defined in Polish Standard and WTA instruction we test the properties of cementlime mortar, three types of light mortar containing perlite and one renovation plaster. The mechanical properties as well as porosity and water vapor permeability fulfill the requirements of renovation plasters. Water absorption, due to capillary suction, determined for mortar containing perlite is too high. It could lead to the efflorescence of salt on the surface of the system. This excludes such mortars for possible application as a renovation plaster system. However we can see possibility of application the light mortar based on perlite as a underlay.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono rodzaje wzmocnień połączeń płyt gipsowo-kartonowych, tj. siatka szklana, flizelina, taśma papierowa i taśma tuff-tape. Przeanalizowano wyniki badania na zginanie połączeń wypełnionych masą szpachlową oraz z zastosowaniem taśm wzmacniających. Połączenie płyt wypełniono dyspersyjną masą szpachlową.
EN
The article presents the various types of reinforcement applied on plasterboard joints: glass fiber net, interfacing, paper tape, and Tuff tape. Bending strength values are examined for joints filled with compound and finished with reinforcement tape. Joints are in each case filled with dispersive compound.
Przedstawiono wybrane wyniki badań doświadczalnych i teoretycznych dotyczących obciążeń konstrukcji budowlanych cyklicznym zamarzaniem/rozmarzaniem wody, oddziaływaniem wysokiej temperatury w warunkach pożarowych i krystalizacją soli. Przedstawiono także model matematyczny sprzężonych zjawisk cieplno-wilgotnościowych i degradacji w porowatych materiałach budowlanych, zawierających wodę i sole w niej rozpuszczone, z uwzględnieniem przemian fazowych: woda – lód i sól rozpuszczona – sól krystaliczna. Opracowano program komputerowy HMTRA/COMES, który zastosowano do analizy procesów degradacji materiałów budowlanych.
EN
In this article some results of experimental and theoretical research, concerning three types of environmental loads on building structures, i.e.: cyclic freezing/thawing of water, effect of high temperature at fire conditions, and salt crystallization. There was presented mathematical model of coupled hygro-thermal phenomena and deterioration in a porous building materials containing water and dissolved salt, considering phase changes: water – ice and dissolved salt – crystallized salt. The computer code HMTRA/COMES was developed and used for the analysis of building material degradation processes.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania dotyczące ochrony konstrukcji murowych przed zniszczeniem wskutek krystalizacji soli. Omówiono mechanizmy destrukcji wywołanej solą i warunki, w jakich do niej dochodzi. Przedstawiono rodzaje soli najczęściej występujących w warunkach rzeczywistych, a także zjawiska towarzyszące migracji roztworu i procesowi krystalizacji. Zdefiniowano ciśnienie krystalizacji, jako funkcję przesycenia roztworu oraz wielkości i kształtu porów, w których aktualnie następuje krystalizacja. Następnie określono klasy zasolenia konstrukcji murowych oraz układ warstw tynków renowacyjnych i ich wymiary zgodnie z zaleceniami niemieckiego instytutu WTA. Podkreślono, iż tynk renowacyjny to w rzeczywistości system składający się z obrzutki, warstwy podkładowej - magazynującej, tynku renowacyjnego - nawierzchniowego oraz ewentualnych szpachli i farb. Takie rozwiązanie ma za zadanie przesunąć strefę krystalizacji poza lico muru. W ostatniej części pracy przedstawiono wyniki badań tynku lekkiego cementowo– wapiennego na bazie perlitu ekspandowanego oraz popularnego przemysłowego tynku renowacyjnego pod kątem spełnienia wymagań normowych będących warunkiem wprowadzenia produktu na polski rynek. Przeanalizowano również spełnienie przez badane tynki kryteriów stawianych przez instrukcję instytutu WTA. Sprawdzono parametry świeżej mieszanki, przede wszystkim konsystencję, gęstość, zawartość porów powietrza. Dla stwardniałej mieszanki określono między innymi gęstość, porowatość, parametry wytrzymałościowe, paroprzepuszczalność, absorpcje wody i odporność na sole. Badania pokazują, iż ostatnie dwie cechy stanowią zasadniczą przeszkodę dla stosowania tynku lekkiego do zasolonych murów.
EN
We present the research aims at the better protection of brick wall against salt crystallization induced damage. Damage mechanisms and conditions enable destruction were elaborated. We present salts, which are most destructive in real constructions. The formula defining crystallization pressure as a function of solution supersaturation ratio and the size and shape of pores, where the crystallization proceeds, is defined. Classes of salt content and the dimensions of composite layers due to German WTA Institute is given. It is also stressed that renovation plaster is actually a whole system containing rendering, ground plaster coat – as salt storage, renovation plaster – external protective layer and additional putties and paints. The paper is finished with the results of experimental research on the comparison of light lime-cement plaster with expanded perlite and popular commercial-made renovation plaster. Whole range of research of fresh and hardened mortars has been performed. For fresh mortar especially the consistence, density and content of air pores has been evaluated. The hardened product has been examined due to set density, porosity, compressive and bending strength, diffusion, water absorption coefficient and resistance to salts damage. Two last properties doesn’t allow to apply light plasters for salt attacked walls.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na uderzenie ciałem twardym warstwy zbrojonej siatką pancerną Bezspoinowych Systemów Ociepleń oraz przyczepności klejów do podłoża betonowego i styropianu. Otrzymane wyniki porównano z właściwościami mechanicznymi warstwy zbrojonej wykonanej z tradycyjnej siatki szklanej. Podczas badań zastosowano dwa kleje: tradycyjną zaprawę klejowo-szpachlową zbrojoną włóknami oraz klej dyspersyjny. Badany kompozyt poddano różnym warunkom kondycjonowania.
EN
The results of tests concerning hard body impact resistance in reinforcement layer of ETICS and bond strength between adhesive and concrete or thermal insulation layer are presented in the paper. In the tests two types of adhesives: cement mortar and dispersive binder as well as two types of glass fibre fabrics traditional and strengthened one were analyzed. The experimental research was performed for samples previously conditioned in various environment.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na zerwanie tkanin zbrojących i wytrzymałości na rozerwanie warstw zbrojonych w systemach ETICS wykonanych przy użyciu dwóch rodzajów klejów oraz tkanin zbrojących. Stosunkowo nowym rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. siatki pancernej. Przeanalizowano wpływ zastosowania różnych komponentów na parametry mechaniczne warstwy zbrojonej.
EN
The article presents the bursting strength test results for reinforced layers in ETICS systems, produced with two types of glue and reinforcement fibers. Use of the so-called reinforcing mesh is a relatively new solution. The analysis covers the effect of the use of various components on the mechanical properties of the reinforced layer.
W artykule przedstawiono model matematyczny procesów higrotermomechanicznych zachodzących w kapilarno-porowatych materiałach budowlanych z uwzględnieniem kinetyki przemiany fazowej woda-lód. Cyklicznie zamarzająca woda wywołuje powstanie naprężenia rozciągającego w kompozycie cementowym, co może skutkować rozwojem dodatkowych rys i pęknięć. Zmiany mikrostruktury zaprawy cementowej wskutek cyklicznego zamarzania wody analizowano za pomocą porozymetrii rtęciowej. Zastosowanie tej techniki pozwoliło na analizę rozkładu wielkości oraz udziału porów butelkowych. Opracowany model matematyczny rozwiązano przy zastosowaniu metody elementów skończonych, metody różnic skończonych oraz metody Newtona-Raphsona.
EN
The mathematical model of coupled mechano-higro-thermal processes taking place in porous building materials considering the kinetics of water freezing is presented in the article. Cycling freezing of water in the pore system causes the concentration of tensile stress, which could result in the cracks development. The change of microstructure was analysed by means of multi-cycling mercury porosimetry, which allows to investigate the cumulative pore size distribution and the contribution of ink-bottle type pores. The developed mathematical model was solved using finite element, finite difference and Newton-Raphson method.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W wyniku reakcji alkalia-krzemionka powstaje higroskopijny żel, który powodować może powstawanie naprężeń niszczących beton. Jednym z głównych czynników uwarunkowujących występowanie oraz wpływających na ewolucję tej reakcji jest stężenie alkaliów. Sformułowano model matematyczny opisujący transport powietrza, wody, energii oraz alkaliów w materiale. Uwzględniono adwekcyjny oraz dyfuzyjny transport alkaliów. Postęp reakcji alkalia-krzemionka oraz odkształcenia przez nią spowodowane opisane są w formie przyrostowej. Przedstawiono analizę wpływu współczynnika dyfuzji alkaliów na postęp reakcji alkalia-krzemionka w początkowym okresie reakcji.
EN
The alkali-silica reaction causes chemical degradation of concrete. One of the key factors influencing the reaction evolution is the alkali concentration in the material. A mathematical model describing transport of dry air, water, energy and alkalis in the material has been formulated. Both the diffusive and advective flows of alkalis have been included. The alkali-silica reaction extent and strains caused by it are described in a rate form. An analysis of the influence of the alkali diffusivity on the development of the reaction has been performed.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono zmianę struktury wewnętrznej zapraw cementowych w wyniku cyklicznego zamarzania wody. Przeanalizowano cztery zaprawy cementowe o różnym wskaźniku wodno-cementowym: w/c = 0,5 (seria 01) i w/c = 0,4 (seria 02, 03, 04) oraz z różną zawartością domieszki napowietrzającej, odpowiednio: 0% (seria 01, 02), 0,1% (seria 03) i 0,2% (seria 04) masy cementu. Zmiana struktury wewnętrznej materiałów określona została przez badanie porozymetrii rtęciowej oraz określenie współczynnika sorpcji wody próbek poddanych odpowiednio 25, 50 i 100 cyklom mrozowym.
EN
The paper considers the change of cement mortar microstructures due to cyclic water freezing. The deterioration of microstructure was investigated for four cement mortars with two different water/cement ratio: w/c = 0,5 (series 01) and w/c = 0,4 (series 02, 03, 04), and with different content of air -entraining admixture (AEA): 0%(series 01, 02), 0,1%(series 03) and 0,2%(series 04) of the cement mass. Change of internal pore structure was determined by multi-cycle mercury intrusion porosimetry test and determination of water sorption coefficient after 25, 50 and 100 freeze-thaw cycles.
Praca poświęcona jest zagadnieniom transportu i krystalizacji soli w porowatych materiałach budowlanych. Przedstawiono w niej podstawy teoretyczne i wyniki badań doświadczalnych wybranych parametrów opisujących strukturę wewnętrzną materiałów budowlanych. Praca składa się z dwóch części: w pierwszej opisano wyniki badań doświadczalnych związanych z transportem i krystalizacją soli w materiałach budowlanych. W drugiej - skoncentrowano się na omówieniu modeli matematycznych służących do opisu zjawisk towarzyszących obecności soli w porach materiałów budowlanych. W rozdziale drugim opisano cztery grupy doświadczeń, mających na celu analizę wpływu soli rozpuszczonej i wytrąconej w porach materiału na właściwości cieczy porowej i szkieletu ośrodka. Porozymetrię rtęciową wykorzystano do analizy zmian struktur wewnętrznych zaprawy cementowej i cegły ceramicznej, spowodowanych krystalizacją soli NaCl, Na2SO4, Ca1Cl2 Krystalizacja soli była skutkiem wysychania cieczy oraz chłodzenia materiału. Podczas badań wykonano dwa cykle intruzji-ekstruzji rtęci, dzięki czemu uzyskano informacje dotyczące całkowitej porowatości, rozkładu wielkości porów oraz udziału porów butelkowych w całkowitej porowatości. Następnie opisano wyniki badań dotyczące wpływu soli NaCl oraz CaCl2 na sorpcję wilgoci w cegle oraz zaprawie cementowej. Wilgotność względna powietrza nad roztworem soli równa się aktywności wody i jest niższa niż nad czystą wodą. Wykonano badania izoterm adsorpcji i desorpcji wilgoci w eksykatorze metodą nasyconych roztworów soli. Otrzymane wyniki potwierdzają fakt, że wilgotność materiału znacząco zależy od zawartości w nim soli, przy czym im wyższe jest stężenie soli, tym wilgotność materiałów jest wyższa, przy danej wilgotności względnej otaczającego powietrza. Kolejne badania poświęcone były zjawiskom cieplnym towarzyszącym krystalizacji soli. Krystalizacja Na2SO4 jest procesem egzotermicznym. Pomiar ciepła wydzielanego podczas krystalizacji soli zastosowany został do oszacowania parametrów równania definiującego kinetykę wzrostu kryształów. Opisano również dyfuzyjny i adwekcyjny strumień masy, z uwzględnieniem zjawiska osmozy, oraz przewodzenie ciepła w porowatych materiałach budowlanych zawierających wilgoć oraz sól, na podstawie odpo¬wiednio rozszerzonego prawa Ficka, Darcy’ego oraz Fouriera. Uwzględniono w nich wzajemne sprzężenia pomiędzy strumieniem wilgoci i soli oraz fakt, że materiał o bardzo drobnych porach może działać jako membrana półprzepuszczalna. Część teoretyczna pracy obejmuje trzy rozdziały. W pierwszym opisano model krystalizacji soli, który bazuje na sformułowaniu zaproponowanym przez Steigera (2005a,b). Krystalizacja soli następuje z przesyconego roztworu, którego stopień wyznaczany jest za pośrednictwem aktywności jonowej. Kinetyka wzrostu kryształów soli opisana jest izotermą Freundlicha, która uwzględnia zarówno proces krystalizacji, jak również rozpuszczanie istniejących kryształów soli. Ciśnienie, które towarzyszy wzrostowi kryształów soli, wyznaczane jest na podstawie stopnia przesycenia roztworu i uwzględnia wpływ wielkości oraz kształtu porów, które ograniczają wzrost kryształów. Ciśnienie krystalizacji uwzględnione jest podczas wyznaczania naprężeń w ośrodku porowatym jako oddziaływanie jednej z faz wypełniających pory, przy zastosowaniu teorii naprężeń efektywnych. W kolejnym rozdziale części teoretycznej przedstawiono najważniejsze etapy formułowania modelu matematycznego opisującego sprzężony transport soli, wilgoci i energii w odkształcalnym ośrodku porowatym z uwzględnieniem krystalizacji soli oraz jego rozwiązanie numeryczne. Stosując metodę uśredniania objętościowego, z równania zachowania uogólnionej wielkości termodynamicznej w skali „mikro” wyprowadzono pięć równań bilansu w skali „makro”: równania bilansu masy wilgoci, soli i suchego powietrza oraz równania zachowania energii i pędu w ośrodku wielofazowym. W pracy podano metodykę rozwiązania zaproponowanego modelu matematycznego przy wykorzystaniu następujących metod numerycznych: metody Eulera wstecz, metody elementów skończonych, metody Newtona-Raphsona. W ostatnim rozdziale przedstawiono wyniki symulacji numerycznych, pewnych praktycznych problemów dotyczących procesów higrotermicznych oraz trwałości przegród wykonanych z materiałów, w porach których obecna jest sól. Pierwszym zadaniem jest analiza stanu wilgotnościowego przegrody zawierającej sól. W opisie izoterm sorpcji wyniki badań doświadczalnych aproksymowano przy pomocy sztucznych sieci neuronowych. W kolejnym rozważanym zadaniu modelowano proces krystalizacji siarczanu sodu wywołany ochładzaniem oraz rozpuszczanie kryształów spowodowane ogrzewaniem materiału. Rozwiązując zadanie odwrotne, oszacowano parametry opisujące kinetykę krystalizacji siarczanu sodu w cegle ceramicznej. Kolejne zadanie dotyczyło symulacji podciągania kapilarnego roztworu chlorku sodu w wodzie, w zaprawie cementowej i piaskowcu. Wyniki symulacji numerycznych porównano z danymi uzyskanymi przez Černego i in. (2004) oraz Ruckera i in. (2003). Rozwiązany problem stanowi jednocześnie weryfikację eksperymentalną modelu matematycznego i rozwiązania numerycznego. Podczas analizy podciągania kapilarnego wodnego roztworu chlorku sodu w zaprawie istotna okazała się składowa osmotyczna adwekcyjnego strumienia masy. Ostatnim rozważanym problemem była analiza krystalizacji soli podczas wysychania betonu i cegły ceramicznej. Wyniki symulacji numerycznych wskazują na istnienie niebezpieczeństwa uszkodzenia powierzchniowych warstw cegły ceramicznej w wyniku krystalizacji soli.
EN
The presented work is devoted to the analysis of salt transport and crystallization in porous building materials. The experimental results considering the influence of salt on the internal structure of porous materials are shown. The presented research might be divided into two parts. The first one contains the results of research aiming at the experimental analysis of salt transport and crystallization and the processes related. The second part is devoted to the theoretical and mathematical description of the coupled mass and energy transport in deformable porous media. The first experimental part considers four groups of physical phenomena which are related with salt transport and crystallization. Mercury intrusion porosimetry was used to analyze the influence of NaCl, Na2SO4, Ca1Cl2 crystallization on the porous structure of ceramic brick and cement mortar. The salt crystallization was induced by water drying and material cooling. Two mercury intrusion-extrusion cycles were applied in order to investigate the total porosity, pore size distribution and the pore shape (contribution of ink-bottle type pores). In the next section the influence of NaCl and CaCl2 on adsorption and desorption isotherms of ceramic brick and cement mortar was investigated. The relative humidity of air above the salt in water solution is equal to water activity and is lower than the value above the pure water. The samples were placed in desiccators, where the conditions were set using the salt solution method. The obtained results indicate that the salt has an significant influence on the moisture content of porous materials. The higher salt content is the more moisture is absorbed by the material at the same boundary conditions. The crystallization process is accompanied with thermal effects. Measurement of the heat, which is released during the crystallization process, might be helpful while estimation of salt crystallization kinetics parameters. The last chapter of that part is devoted to the description of mass and energy fluxes. The advective, diffusive mass flow, considering the osmotic terms, and the heat conduction are described by means of extended Darcy, Fick and Fourier law appropriately. The material with well developed pore structure may act as a semi-permeable membrane, which allows water migration but partly blocks salt transport. The theoretical part contains three parts. The first one is devoted to the derivation of salt crystallization model. The proposed model is based on the formulation proposed by Steiger (2005a,b). The salt crystallizes from the supersaturated solution. The salt crystallization ratio is described by means of ion activities, which are calculated using the Pitzer model. The kinetics of salt phase change is described by the Freundlich isotherm, which considers both salt crystallization and dissolution. Salt crystallization starts from the largest pores. The pressure, which is released during the crystal growth, depends on the solution supersaturation ratio and on the pore diameter. The effective stress principle is applied in order to take into account both the external load and the pressure, which is induced by the phases occupying the air voids. The next chapter contains the milestone description of mathematical model description. Firstly the conservation equation is derived in the micro-scale. Then using the Volume Averaging Theory the balance equation in the macro-scale is derived. The mathematical model consists of five balance equations: moisture, dry air and salt mass conservation, energy and momentum balance equations, which are supplemented by the crystals evolution equation. The numerical methods used to solve the governing PDE are shortly described: the finite difference method, the final element method, the Newton-Raphson scheme. In the last chapter the verification and validation of mathematical and numerical model are presented. The capillary suction experiment (Rucker et al. 2003, Černy et al. 2004) was chosen to compare the experimental and numerical results considering moisture and salt concentration. The osmotic salt flow was observed while investigating the mass transport in cement based materials. Solving the appropriate inverse problem the kinetics parameters of NaCl salt and ceramic brick were estimated. The influence of salt on the drying rate of concrete wall was investigated. The experimental results, presented in chapter two, were approximated using artificial neural networks. The last analyzed problem considers the pressure which is induced by the salt crystallization in concrete and ceramic brick during drying. The starting point of the analysis is the microstructure of the materials. Concrete has very fine pore structure and very low intrinsic permeability, while ceramic brick has relatively large pores and intrinsic permeability coefficient. The simulation result indicates that the damage of the ceramic brick surface layer is very likely. The experimental results are very helpful for better understanding of the physical processes related with salt presence in porous building materials. The developed computer code enables to investigate the durability and assess the damage of materials caused by the salt crystallization.
IssueJournal/Yearbook Volume Issue Page Issues Volume 61 (2013) Issue 1 (Mar 2013) , pp. 5-286 Volume 60 (2012) Issue 4 (Dec 2012) , pp. 673-859 Issue 3 (Sep 2012) , pp. 371-667 Issue 2 (Jun 2012) , pp. 185-368 Issue 1 (Mar 2012) , pp. 3-178 Volume 59 (2011) Issue 4 (Dec 2011) , pp. 371-579 Issue 3 (Sep 2011) , pp. 247-366 Issue 2 (Jun 2011) , pp. 125-243 Issue 1 (Mar 2011) , pp. 3-115 Volume 58 (2010) Issue 4 (Dec 2010) , pp. 463-716 Issue 3 (Sep 2010) , pp. 347-458 Issue 2 (Jun 2010) , pp. 217-342 Issue 1 (Mar 2010) , pp. 3-207 Volume 57 (2009) Issue 4 (Dec 2009) , pp. 297-398 Issue 3 (Sep 2009) , pp. 195-292 Issue 2 (Jun 2009) , pp. 123-188 Issue 1 (Mar 2009) , pp. 3-116 Most Downloaded Articles Joint reactions in rigid or flexible body mechanisms with redundant constraints by Wojtyra, M. and Frączek, J. Modified current differencing transconductance amplifier – new versatile active element by Malcher, A. Particle swarm optimization of artificial-neural-network-based on-line trained speed controller for battery electric vehicle by Ufnalski, B. and Grzesiak , L.M. Laser modification of the materials surface layer – a review paper by Kusinski, J./ Kac, S./ Kopia, A./ Radziszewska, A./ Rozmus-Górnikowska, M./ Major, B./ Major, L./ Marczak, J. and Lisiecki, A. Gas sensors based on nanostructures of semiconductors ZnO and TiO2 by Pustelny, T./ Procek, M./ Maciak, E./ Stolarczyk, A./ Drewniak, S./ Urbańczyk, M./ Setkiewicz, M./ Gut, K. and Opilski, Z. View Top 20 Most Downloaded Articles Previous Article Next Article Go to table of contents Download full text pdf (PDF, 1 MB) Modelling of hydro-thermo-chemo-mechanical phenomena in building materials D. Gawin1 / M. Koniorczyk1 / F. Pesavento2 1Department of Building Physics and Building Materials, Lodz University of Technology, 6 Politechniki Ave., 90-924 Lodz, Poland 2Department of Civil, Architectural and Environmental Engineering, University of Padova, Via Marzolo 9, 35131 Padova, Italy Citation Information: Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences. Volume 61, Issue 1, Pages 51–63, ISSN (Print) 0239-7528, DOI: 10.2478/bpasts-2013-0004, May 2013 Publication History: Published Online: 2013-05-01 Abstract A general approach to modelling chemical degradation processes in building materials, due to combined action of variable hydrothermal, chemical and mechanical loads, is presented. Mechanics of multiphase porous media and damage mechanics are applied for this purpose, and kinetics of degradation processes is described with evolution equations based on thermodynamics of chemical reactions. The mass-, energy - and momentum balances, as well as the evolution equations, constitutive and physical relations are briefly summarized. Then, the model governing equations are numerically solved with the finite element method. Three examples of the model application for analyzing degradation processes of building materials are presented and discussed. The first one deals with capillary suction of the salt solution by two different building materials, the second one with the salt crystallization during drying of a brick wall, and the third one concerns calcium leaching from a concrete wall due to the chemical attack of pure water under pressure gradient at two different temperatures.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie przedstawiono model matematyczny procesów higro-chemo-termo-mecha- nicznych zachodzących w porowatych materiałach budowlanych, zawierających sól podczas ich wysychania. Sól obecna w porach materiałów budowlanych zmienia ich strukturę we-wnętrzną. Kryształy soli zajmują część porów, zmniejszając tym samym efektywną porowa- tość oraz przepuszczalność właściwą. Materiały zawierające sól charakteryzują się wyższą wilgotnością niż te same materiały bez soli. Podczas badań eksperymentalnych przeanalizo-wano wpływ soli na izotermy desorpcji wilgoci wybranych materiałów budowlanych. W matematycznym opisie zjawisk transportowych uwzględniono kinetykę przemiany fazowej soli, która modelowana jest za pomocą nierównowagowej izotermy Freundlicha. Ciśnienie krystalizacji soli zależy od stopnia przesycenia roztworu, które jest funkcją aktywności jono-wej elektrolitu. Aktywność jonowa wyznaczona jest przy zastosowaniu modelu Pitzera, który uwzględnia zarówno oddziaływania krótkiego, jak również długiego zasięgu. Ciśnienie kry-stalizacji uwzględnione jest jako dodatkowe obciążenie wewnętrzne działające na szkielet ośrodka. Stosując metodę elementów skończonych i metodę różnic skończonych rozwiązano równania rządzące modelu oraz opracowano program komputerowy, za pomocą którego wy-konano symulacje transportu masy oraz krystalizacji soli podczas izotermicznego wysychania wybranych materiałów budowlanych.
EN
A mathematical model of chemo-hydro-thermo-mechanical behaviour of porous building ma-terials considering salt transport and crystallization during drying of building materials is pre-sented. The experimental study concerns the influence of salt contained in the pores on the effective porosity, intrinsic permeability and desorption isotherms of two building materials. An additional pressure due to salt crystallization is taken into account by means of the effec-tive stress principle. The Pitzer ion interaction model and the Freundlich non-equilibrium iso-therms are used to define the kinetics of salt crystallization/dissolution. The solution proper-ties and magnitude of crystallization pressure depend on the internal pore structure of the ma-terial. The model equations are solved by means of the finite element and finite difference method. Using the developed software the drying process of some building materials and po-tential damage due to salt crystallization is analysed.
W artykule przedstawiono model matematyczny procesów chemo-higro-termomechanicznych i naprężeń w porowatych materiałach budowlanych z uwzględnieniem transportu i krystalizacji soli. W opisie uwzględniono kinetykę przemiany fazowej soli, która modelowana jest za pomocą nierównowagowej izotermy Freundlicha. Ciśnienie krystalizacji soli zależy od stopnia przesycenia roztworu, które jest funkcją aktywności jonowej, wyznaczonej przy zastosowaniu modelu Pitzera. Ciśnienie krystalizacji uwzględnione jest jako dodatkowe obciążenie wewnętrzne działające na szkielet. Przy zastosowaniu metody elementów skończonych i metody różnic skończonych wyznaczono pochodne przestrzenne oraz czasowe. Opracowany program komputerowy może służyć do prognozowania zniszczenia materiałów budowlanych wywołanych krystalizacją soli.
EN
This article presents a mathematical model for chemo-hygro-thermomechanical processes and stresses in porous construction materials taking account of the movement and crystallization of salt. The description includes the kinetics of the phase transformation of salt, modelled using a non-equilibrium Freundlich isotherm. The salt crystallization pressure depends on the degree of saturation of the solution, which is a function of ionic activity determined using a Pitzer model. The crystallization pressure is taken into account as an additional internal load acting on the framework. With the use of finite element and finite difference methods, the spatial and time derivatives were determined. A computer program was developed which can be used to predict damage to construction materials caused by salt crystallization.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono wyniki badań wpływu sposobu ułożenia tkanin szklanych na wytrzymałość warstwy zbrojonej w BSO. Określono wytrzymałość, siły niszczące i odkształcenia dwóch rodzajów siatek oraz warstwy zbrojonej. Zbadano zależność cech wytrzymałościowych kompozytów złożonych z zaprawy cementowej i zbrojenia szklanego od liczby warstw tkaniny szklanej oraz kierunku jej ułożenia.
EN
The results of laboratory tests concerning the effect of the glass fibre fabric on the strength characteristics of reinforcing layer in External Thermal Insulation Composite Systems are presented and discussed in the paper. The tensile strength, destructive force and deformation for two types of fabric and two types of reinforcing layer were tested.
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.
Sól obecna w porach materiałów budowlanych wpływa niekorzystnie na trwałość konstrukcji. W poniższym artykule analizowano zjawiska wilgotnościowe zachodzące w zaprawie cementowej zawierającej czystą wodę oraz różne stężenia roztworu NaCl w wodzie. Wyznaczono eksperymentalnie izotermy sorpcji jako funkcję wilgotności względnej oraz stężenia soli. Wyniki badań ekstrapolowano przy pomocy sztucznych sieci neuronowych o topologii 2-4-1 w wyniku czego otrzymano ciągły rozkład zarówno izoterm sorpcji jak również jej dwóch pochodnych cząstkowych. Wykonano symulacje numeryczne wysychania zaprawy cementowej zawierającej czystą wodę oraz różne stężenia soli NaCl.
EN
The durability of most porous building materials is strongly related with moisture and salt transport mechanisms. The main storage parameter, which describes the hygral state of any porous material, is the sorption isotherm. The degree of saturation of pores with moisture phase as a function of relative humidity and salt concentration was determined by means of saturated salt solution method for cement mortar. Then using neutral network the relation was approximated for the whole range of arguments. Moreover, both partial derivatives were calculated using neutral network. It turned out, that a surprisingly simple, layered network (2-4-1) fits well the experimental data. The appropriate subroutines were implemented in HAMTRA_SALT code. Using it the examples of drying of the wall with and without salt were calculated and the results were analysed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.