Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Freezing of fully and partly saturated cement paste

Koniorczyk Marcin, Bednarska Dalia, Wieczorek Alicja, Konca Piotr

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

383--396

EN

The main purpose of the present paper is to distinguish water located in various types of pores contained within cement paste. The water sorption isotherm is the starting point of the experimental analysis. The investigation was conducted employing the conventional gravimetric method on cement paste composed with w/c=0.5. The investigation was conducted for the following relative humidity values: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Once samples reached the equilibrium water content they were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), which enabled us to record exothermic peaks corresponding to the crystallization of different water portions. Moreover, we intended to investigate the thermodynamic characteristics of the liquid phase confined within cementitious materials. Hence, the artificial pore solution was prepared. In order to determine the phase transition temperature and the amount of formed ice, the solution was used to saturate silica gel, which is a chemically passive material. Then the thermal analysis was conducted.

PL

Materiały cementowe charakteryzują się złożoną strukturą wewnętrzną zawierającą pory o szerokim zakresie średnic. Głównym celem przedstawionych badań jest analiza właściwości termodynamicznych wody zlokalizowanej w poszczególnych obszarach matrycy cementowej. Rozważania oparte są na równaniu Gibbsa-Thompsona [1], które opisuje zależność pomiędzy temperaturą przejścia fazowego płynu, a promieniem wypełnionego pora. Wyniki zinterpretowano wykorzystując model mikrostruktury zaczynu cementowego zaproponowany przez Jenningsa [2]. Przedmiotem badań jest zaczyn cementowy wykonany z cementu Portlandzkiego CEM I 42.5N-NA o wskaźniku w/c=0.5. Pierwszym etapem analizy eksperymentalnej było wyznaczenie izotermy sorpcji badanego zaczynu. W tym celu zastosowano tradycyjną metodę eksykatorową. Technika polega na kondycjonowaniu próbek w eksykatorach wyposażonych w nasycone roztwory soli nieorganicznych, które zapewniają stabilne warunki wilgotnościowe. W przeprowadzonym badaniu zastosowano następujące wilgotności względne powietrza: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Po osiągnięciu przez próbki stanu równowagi, przeprowadzono analizę termiczną zaczynu za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Dodatkowo zbadano również próbki będące w stanie pełnego nasycenia. Dalsza analiza oparta została na termogramach zarejestrowanych w trakcie chłodzenia poszczególnych próbek do temperatury -65ºC z prędkością 0.5ºC/min, rys. 1.A. Uzyskane wyniki stanowią wartości średnie z trzech pomiarów. W przypadku próbek przechowywanych w powietrzu o wilgotności 11% i 54% nie odnotowano żadnej przemiany. W trakcie chłodzenia pozostałych próbek zarejestrowano dwa, wyraźnie oddzielone, egzotermiczne piki, z których pierwszy rozpoczyna się poniżej 0ºC, a drugi w temperaturze ok -35ºC. Pierwszy pik odzwierciedla przemianę fazową wody znajdującej się w porach kapilarnych badanego zaczynu. Jest on dominujący jedynie w przypadku próbek o pełnym nasyceniu oraz przechowywanych nad wodą (RH≈100%). Dla RH≈97% wydzielone ciepło jest znacznie mniejsze i główna część przemiany zachodzi w niższej temperaturze (ok. -5ºC), natomiast dla wilgotności RH≈93%, 84%, 75% pierwszy pik jest zaniedbywalnie mały. Ta tendencja jest potwierdzona przez zestawienie mas lodu powstałego w trakcie poszczególnych przemian fazowych, rys. 1.B. W porach kapilarnych próbki nasyconej powstało 0,035 grama lodu na gram suchej próbki. Masa lodu znacząco się zmniejsza wraz ze spadkiem wilgotności względnej powietrza, w którym próbki były przechowywane. Druga zarejestrowana przemiana rozpoczyna się w temperaturze ok. -35ºC, która, zgodnie z równaniem Gibbsa-Thompsona [1], odpowiada średnicy porów wynoszącej ok. 5-6nm. Drugi pik odzwierciedla zatem krystalizację wody wypełniającej pory żelowe materiału. Jego intensywność jest na niemal stałym poziomie dla w pełni nasyconych próbek oraz tych, przechowywanych w powietrzu o wilgotności od 84% do 100%. Uzyskane wyniki są zgodne z modelem mikrostruktury matrycy cementowej zaproponowanym przez Jenningsa [2]. W trakcie chłodzenia próbek o zróżnicowanej wilgotności zarejestrowano dwie główne przemiany fazowe wody wypełniającej badany materiał. Pierwsza przemiana (bezpośrednio poniżej 0ºC) zachodzi w wodzie kapilarnej, natomiast druga (poniżej 35ºC) w porach żelowych. Stosując techniki analizy termicznej należy pamiętać, iż niezamarzająca warstwa cieczy pokrywa ścianki porów nawet w bardzo niskich temperaturach [3]. Dlatego też, zgodnie z podziałem Jenningsa, najmniejsze pory, które można analizować za pomocą kalorymetrii skaningowej to tzw. duże pory żelowe, o średnicy powyżej 5nm. Niemniej jednak, kalorymetria skaningowa jest narzędziem pozwalającym na jakościową ocenę rozkładu wilgoci w próbkach zaczynu cementowego.

2

Wpływ wybranych wodnych roztworów chlorków na właściwości mechaniczne piasków drobnych

Meyer Z., Priesemann T., Machon J.

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2018

|

nr 4

296--302

PL

Badania laboratoryjne wpływu substancji powierzchniowo czynnych na właściwości mechaniczne gruntów niespoistych. Badania na drobnym piasku z małą zawartością frakcji piasku średniego i z małą zawartością pyłu. Określenie zmian właściwości mechanicznych podłoża pod wpływem użycia substancji aktywizujących na podstawie pomiarów zagęszczalności, ściśliwości i wytrzymałości gruntu na ścinanie. Substancje aktywizujące: chlorek sodu (NaCl), chlorek wapnia (CaCl2) i chlorek glinu (AlCl3).

EN

Laboratory study on the influence of surface-active substances on the mechanical properties of non-cohesive soils. Tests on soil samples consisting of fine sand with a small fraction of medium sand and low dust content. Variation of mechanical properties of soil samples determined by using compaction tests, measurements of consolidation properties and shear strengths. The active substances: sodium chloride (NaCl), calcium chloride (CaCl2) and aluminium chloride (AlCl3).

3

Fizyczne podstawy procesu krzepnięcia wody w wilgotnych budowlanych materiałach porowatych

Partyka J.

Przegląd Budowlany

|

2014

|

R. 85, nr 9

46--50

PL

W niniejszej pracy przedstawiono zagadnienia, dotyczące podstaw fizycznych procesu krzepnięcia wody w wilgotnych porowatych materiałach budowlanych. Wzrost zawartości wody w tych materiałach powoduje wzrost wartości współczynnika przewodzenia ciepła danego materiału, natomiast wpływa negatywnie na jego trwałość. W materiałach tych wzrost objętości tworzącego się lodu, występujący podczas przemiany fazowej, powoduje uszkodzenie struktury wilgotnych materiałów porowatych. Z tego powodu, zrozumienie i dokładne poznanie zjawiska zamarzania wody w wilgotnych porowatych materiałach budowlanych jest bardzo ważne, ponieważ stwarza możliwości opracowania i zastosowania metod skutecznego przeciwdziałania niekorzystnym następstwom, spowodowanym przez zjawisko krzepnięcia w wilgotnych materiałach porowatych.

EN

The following work focuses on issues connected with the physical foundations of water solidification in porous building materials in humid conditions. Increased water ratio in such building materials causes increased coefficient of thermal conductivity but also shortens usable life of these materials. During the transformation phase, the growing volume of freezing water causes damage to the structure of the porous material. Consequently, it is crucial to have the understanding and thorough knowledge of the process of water freezing in porous building materials. It gives the opportunity to find ways of preventing this process.

4

Makroskopowy model zamarzania i rozmrażania konstrukcji betonowych

Alsabry A.

Przegląd Budowlany

|

2010

|

R. 81, nr 3

30-33

PL

W skali makroskopowej nie ma równowagi termodynamicznej podczas cyklów zamarzania i odmrażania, jak to stwierdzono dla systemów mikroskopowych [Max]. Trwałość konstrukcji betonowych eksploatowanych w warunkach zimowych może być bardzo wysoka lub bardzo niska, przy tych samych lub zbliżonych parametrach jakościowych poszczególnych składników mieszanki betonowej. Konstrukcja betonowa narażona na oddziaływanie wilgoci i mrozu ulega uszkodzeniom. Trudne warunki eksploatacji występują w konstrukcjach narażonych na ciągły kontakt z wodą, takich jak: zapory, przelewy, falochrony, filary mostowe itp. Tematem tego artykułu jest makroskopowy opis procesów zachodzących w betonie na przykładzie dwuskładnikowego materiału porowatego nasyconego wodą.

EN

On a macroscopic scale there is no thermodynamic balance over freezing and thawing cycles, as has been found for microscopic systems [Max]. The durability of concrete structures used in winter conditions may be very high or very low, even when the ingredients of the concrete mix had the same or similar quality parameters. A concrete structure exposed to the action of damp and frost will experience damage. Difficult conditions of use are present in the case of structures which are in constant contact with water, such as dams, overfalls, breakwaters, bridge piers, etc. This paper contains a macroscopic description of processes occurring in concrete, based on the example of a porous material made of two ingredients, saturated with water.

5

Układy zabezpieczające nagrzewnice przed zamarznięciem wody w rurkach

Zawada B.

Chłodnictwo i Klimatyzacja

|

2007

|

nr 8

15-19

6

Podstawy fizyczne procesu zamarzania wody w porowatych materiałach budowlanych

Wyrwał J.

Roczniki Inżynierii Budowlanej

|

2006

|

z. 6

157--160

EN

Frost damages of porous building materials (such as concrete) have been observed in a number of structures that are exposed to water and subfreezing temperature. As the frost damages are associated with the freezing of water, so the physical properties of water and ice near freezing point are reviewed. The macroscopic process of the freezing of water has also been analysed.

7

Kronika

Ostrowski M., Mostowski J.

Postępy Fizyki

|

2005

|

T. 56, z. 5

236-239

PL

Tytuły profesorskie (Janusz Berdowski, Helena Maria Białkowska, Piotr Maria Kielanowski, Adam Antoni Lipowski, Rafał Leszek Abdank-Kozubski, Tomasz Józef Wojtowicz, Piotr Maria Żenczykowski). Członkowie zagraniczni PAU (James Daniel Bjorken, Jacek Prentki, Rolf Hendrik Siemssen). Ku powstaniu Europejskiej Rady Badań Naukowych. Komitet Fizyki PAN. Potrzeba badań podstawowych w Kosmosie. Nagrody EPS za fizykę wysokich energii [dla Heinricha Wahla, współpracy NA31 i Mathieu de Naurois]. ITER będzie w Europie. 36. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna. Woda zamarza w temperaturze pokojowej? Wskaźnik h - nowe kryterium oceny osiągnięć. Józef Rotblat (1908-2005).

8

Krytycznie o zjawisku stygnięcia i zamarzania wody według PN-EN ISO 12241

Zaborowska E., Zaborowski M.

Instal

|

2003

|

nr 6

61--66

PL

Norma PN-EN ISO 12241: 2001, będąca krajowym wdrożeniem odpowiedniej normy europejskiej, podaje m. in. metodykę obliczania czasu stygnięcia i zamarzania wody w przewodach. Przyjęty w niej model pierścieniowego przyrostu lodu jest zbytnim uproszczeniem, które ignoruje rzeczywisty przebieg procesu zamarzania. Zależnie od temperatury otoczenia, tempa stygnięcia, średnicy i materiału rury woda może również pozostawać w stanie przechłodzenia prowadzącym do wytworzenia lodu dendrytycznego. Natomiast maksymalna dopuszczalna objętość lodu uwarunkowana jest szeregiem czynników, takich jak długość zamarzającego odcinka przewodu czy temperatura zewnętrzna. Sama izolacja termiczna nie jest gwarancją bezpiecznego użytkowania instalacji i urządzeń, w których okresowo nie ma przepływu. W efekcie braku znajomości zjawisk towarzyszących stygnięciu i zamarzaniu oraz zdania się na naturę można oczekiwać konsekwencji w postaci uszkodzenia przewodu, i to zarówno na odcinku narażonym na bezpośrednie działanie temperatury ujemnej, jak i poza nim.

EN

Polish Standard PN-EN ISO 12241: 2001 is a domestic implementation of the proper European document and includes calculation methods of cooling and freezing time of water inside pipes. The model of annular ice layer growing is a simplification that ignores the real course of the freezing phenomena. According to the external temperature, cooling rate, material and dimension of pipe water can also remain supercooled and then dendritic ice will occur. Whereas maximum permitted value of ice depends on many conditions such as the length of a freezing section of pipe or external temperature. Thermal insulation itself does not guarantee safe utilizing of pipes and tanks with no main flow during some technological breaks. As the effect of weak knowledge about cooling and freezing phenomena bad consequences may occur. The installation may be destroyed both in the freezing section and behind it.

9

Badania eksperymentalne konwekcji naturalnej w zamarzającej wodzie

Rebow M., Domański R.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Konferencje

|

2002

|

T. 3, z. 22

991-1000

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych procesu zamarzania wody w warunkach konwekcji naturalnej przy występowaniu pojedynczego i dwustronnego frontu fazowego w kuwecie prostopadlościennej z dwoma pionowymi ściankami izotermicznymi. Do wyznaczenia ilościowych charakterystyk przepływu w funkcji czasu zostały wykorzystane współczesne techniki pomiarowe oparte o cyfrową akwizycję i obróbkę obrazu - PIV (anemometria) i PIT (termometria). Zastosowane techniki pomiarowe pozwoliły na uzyskanie wyników ilościowych w postaci chwilowych położeń granicy rozdziału faz, pól temperatury i prędkości w centralnym przekroju kuwety. Zaproponowano nowe zależności kryterialne opisujące zmiany udziału fazy stałej (lodu) w funkcji bezwymiarowego czasu (Fo-Ste).

EN

Comprehensive understanding of the complex physical mechanisms in the moving boundary problems can be increased by the development of a detailed experimental study that provide the detailed qualitative and quantitative information about fluid flow and heat transfer effects in the melt dynamics. Experimental set-up has been designed and constructed where the following full-field acquisition techniques were applied to get precise information on local temperatures (Particle Image Thermometry - PIT) technique and velocities (Particle Image Velocimetry - PIV) in a differentially heated cubic cavity, filled with distillate water (including the temperature of the water density anomaly). Freezing of water was studied extensively to get detailed data of local temperature and velocity fields. ). It turned out that variation of the solidified volume fraction (ice) for different Ste numbers and parameter A can be presented as a function of time (Fo-Ste) in the case of two-directional freezing of water in the differential heated cavity. Thus, the experimental benchmark was created, which can be used as a reference standard in comparisons of diverse numerical models results for e.g. crystal growth, thermal energy storage systems (ice storage) or environmental problems associated with ice creation.

10

Niszczące działanie lodu na przykładzie zaworu czerpalnego

Pocica A., Nowak A.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

1998

|

z. 57

55-58

11

Opis zamarzania wody w materiałach budowlanych

Grütz A., Kubik J.

Zeszyty Naukowe. Budownictwo / Politechnika Opolska

|

1998

|

z. 42

153-166

PL

W pracy analizuje sie problem zamarzania wody w sieci kapilar materiałów budowlanych. Omówiono skutki jakie to zjawisko fizyczne może wywołać w materiałach oraz podjęto próbę termomechanicznego opisu procesu wraz z podaniem wariacyjnego ujęcia problemu i konstrukcją równań MES

EN

This works presents the problem of the water freezing in porous building materials. There were some results discused that can happen in building materials and constructions during moisterising. There was a trial of thermodynamic description of this phenomenon together with giving variational frame of the problem and construction of FEM eguations.