ArticlePDF Available

INFLUENCE OF MODIFIED BUILDING GYPSUM ON THE IMPROVEMENT OF THERMAL INSULATION OF BUILDING PARTITIONS AND ENERGY SAVING WPŁYW MODYFIKOWANEGO GIPSU BUDOWLANEGO NA POPRAWĘ TERMOIZOLACYJNOŚCI PRZEGRÓD BUDOWLANYCH I ENERGOOSZCZĘDNOŚĆ

Authors:

Abstract

Summary The work characterizes the modification of building gypsum by adding microspheres. The concept of the measuring station based on the measurement of thermal parameters by the hot wire method was presented. The effect of the applied micro-additive on the gypsum thermal parameters was investigated. The summary contains the interpretation of the results obtained and an assessment of the appropriateness of using the test additive in relation to the issue of energy saving Streszczenie. W pracy scharakteryzowano modyfikację gipsu budowlanego poprzez dodatek do niego mikrosfer. Przedsta-wiono koncepcję stanowiska pomiarowego działającego na zasadzie pomiaru parametrów cieplnych metodą "gorącego drutu". Zbadano wpływ zastosowanego mikrododatku na parametry cieplne gipsu. Podsumowanie zawiera interpretację otrzymanych wyników i ocenę zasadności stosowania badanego dodatku w odniesieniu do problematyki oszczędności energii.
Nr 5(150) - 2020 Rynek Energii Str. 51
WPŁYW MODYFIKOWANEGO GIPSU BUDOWLANEGO
NA POPRAWĘ TERMOIZOLACYJNOŚCI
PRZEGRÓD BUDOWLANYCH I ENERGOOSZCZĘDNOŚĆ
Karol Prałat, Justyna Ciemnicka, Katarzyna Buczkowska, Sławomir Torbus
Słowa kluczowe: mikrosfery, gips budowlany, budownictwo zrównoważone, współczynnik przenikania ciepła, współczynnik
przewodzenia ciepła
Streszczenie. W pracy scharakteryzowano modyfikację gipsu budowlanego poprzez dodatek do niego mikrosfer. Przedsta-
wiono koncepcję stanowiska pomiarowego działającego na zasadzie pomiaru parametrów cieplnych metodą „gorącego drutu”.
Zbadano wpływ zastosowanego mikrododatku na parametry cieplne gipsu. Podsumowanie zawiera interpretację otrzymanych
wyników i ocenę zasadności stosowania badanego dodatku w odniesieniu do problematyki oszczędności energii.
1. WSTĘP
Współczesne budownictwo, w którym spędzamy do
80% naszego życia, stanowi istotny element naszego
środowiska i krajobrazu. Bardzo ważne podczas pro-
jektowania i wykonywania budowli jest przede
wszystkim zapewnienie odpowiedniego stanu środo-
wiska wewnętrznego, zarówno pod kątem zdrowot-
nym jak też wygody użytkowania. Dla wielu, prioryte-
tem jest również poszanowanie środowiska natural-
nego.
W budynkach ekologicznych wprowadza się różne
metody redukcji energochłonności, mające na celu
zmniejszenie zużycia energii konwencjonalnej,
a w konsekwencji ochronę środowiska. Powyższy cel
jest osiągany głównie przez:
- wykorzystanie energii ze źródeł alternatywnych
(odnawialnych),
- stosowanie systemów odzyskujących ciepło,
- wprowadzanie niekonwencjonalnych metod pozy-
skiwania, magazynowania oraz konwersji energii.
Bardzo szeroką dziedziną nauki w ramach nowocze-
snych, ekologicznych pro-środowiskowych rozwiązań
materiałowych jest poszukiwanie izolacji oraz kompo-
zytów budowlanych o odpowiednich parametrach
cieplnych takich jak współczynnik przewodzenia cie-
pła i współczynnik przenikania ciepła. Wiele ośrod-
ków badawczych [4, 6, 9. 13] zajmuje się poszukiwa-
niem nowych metod oraz udoskonalaniem już istnieją-
cych stanowisk pomiarowych, pozwalających coraz
dokładniej wyznaczać wartości współczynników
oraz określić inne parametry cieplne materiałów bu-
dowlanych. Obecnie materiały budowlane wkraczają
w erę wytwarzania nowych kompozytów, w których
strukturę wbudowywane są mikro oraz nanomateriały
takie jak: polimery, aerożele, mikrosfery czy geopoli-
mery [2, 4, 7, 12]. Nowym i słabo jeszcze poznanym
sposobem poprawy parametrów cieplnych jest dodatek
do materiałów budowlanych nano i mikrosubstancji.
Przypuszcza się, że ich obecność może mieć znaczący
wpływ na krystalizację siarczanu wapnia (gipsu), na
szybkość i sposób wiązania w nim wody oraz powsta-
wanie porów. Ważnym aspektem jest wpływ mikrodo-
datków na wartość przewodnictwa cieplnego goto-
wych materiałów budowlanych na przykład gipsów,
a w dalszej konsekwencji przenikania ciepła.
Uchwała Rady Ministrów z dnia 22 czerwca 2015 roku
w sprawie przyjęcia „Krajowego planu mającego na
celu zwiększenie liczby budynków o niskim zużyciu
energii” zawiera definicję „budynku o niskim zużyciu
energii”. W ustawie „Prawo budowlane” jest to taki
budynek, który spełnia miedzy innymi wymogi zwią-
zane z oszczędnością energii, izolacyjnością cieplną
oraz zrównoważonym wykorzystaniem zasobów natu-
ralnych.
Aby ilość energii cieplnej potrzebnej do użytkowania
budynku utrzymać na racjonalnie niskim poziomie na-
leży tak projektować przegrody w budynku aby warto-
ści współczynników przenikania ciepła U odpowiadały
wymaganiom w zakresie izolacyjności. Obecnie dąży
się w budownictwie energooszczędnym aby te warto-
ści były możliwie jak najniższe.
Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa
i Gospodarki Morskiej zmieniające rozporządzenie
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać budynki i ich usytuowania (DzU z 2013 r.
poz. 926) przedstawia zmiany wartości maksymalnych
współczynników przenikania ciepła Umax. W tabeli 1
przedstawiono zmieniające się w ostatnich latach
(2013-2020) wytyczne dla maksymalnych wartości
współczynnika przenikania ciepła dla ścian zewnętrz-
nych.
Str. 52 Rynek Energii Nr 5(150) - 2020
Tabela 1.
Maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła Umax stawiane ścianom zewnętrznym,
zmieniające się w latach 2013-2020
Rodzaj przegrody oraz temp.
w pomieszczeniu
Współczynnik przenikania ciepła Umax, W/(m2K)
do 31.12.2013r.
od 1.01.2014r.
od 1.01.2017r.
od 1.01.2021r.
Ściany
zewnętrzne
ti 16C 0,28 0,25 0,23 0,20
Na przestrzeni lat zaostrzeniom ulegają wartości mak-
symalnych współczynników przenikania ciepła. Wy-
nika to z potrzeby oszczędności i poszanowania ener-
gii, ochrony środowiska w tym redukcji gazów cieplar-
nianych.
W pracy podjęto próbę oceny modyfikowanych mate-
riałów budowlanych o niższych wartościach współ-
czynnika przewodzenia ciepła λ na wartości współ-
czynnika przenikania ciepła U. Dokonano analizy, czy
zmodyfikowane mikrosferami materiały gipsowe spo-
wodują obniżenie współczynnika U do wymaganych
od 2021 roku wartości 0,20 [W/(m2K)].
2. MATERIAŁY STOSOWANE
W BADANIACH
W pracy jako materiał wyjściowy zastosowano gips
budowlany (Dolina Nidy, Pińczów) oraz mikrododa-
tek, którym były mikrosfery. Mikrosfery lekkimi,
cienkościennymi pustymi kulkami, które są produk-
tami ubocznymi spalania sproszkowanego węgla
w elektrowniach cieplnych. Ze względu na swoje wła-
ściwości są potencjalnie interesującym wypełniaczem
i mogą być wykorzystywane do produkcji kompozy-
tów na bazie cementu [8]. Niewiele jest natomiast
wzmianek, o zastosowaniu tych mikrododatków do
gipsów.
Wielkość cząstek mikrosfer z popiołu lotnego, stoso-
wanych w badaniach była w zakresie 50-150μm.
Główny skład chemiczny zastosowanych mikrosfer to:
Al2O3 (34-38%), Fe2O3 (1-3%), SiO2 (50-60%), CaO
(1-4%), MgO (0,2-2%) oraz TiO2 (0,5-3%). Mikrodo-
datki nowymi i jeszcze mało poznanymi materia-
łami stosowanymi w budownictwie. Istnieją dane na
temat właściwości termicznych czystego gipsu. Nie ma
jednakże wielu badań eksperymentalnych i analiz,
zwłaszcza porównań nowatorskich kompozytów gip-
sowych modyfikowanych mikrosferami.
Gips jest tradycyjnym materiałem budowlanym o sto-
sunkowo niskiej gęstości. Głównym składnikiem han-
dlowego gipsu zastosowanego w badaniach, był pół-
wodzian siarczanu wapnia (CaSO4·0,5H2O) występu-
jący w ilości 91%. Resztę tworzył gips bezwodny - an-
hydryt (CaSO4) oraz zanieczyszczenia. Produkt wypa-
lania w zmielonej postaci to gips budowlany. W zależ-
ności od zawartości składu i sposobu produkcji otrzy-
muje się różniące właściwościami odmiany gipsu,
z których najczęściej spotyka się: gips budowlany, gips
szpachlowy i gips tynkarski. W praktyce różnią się one
między sobą czasem wiązania i stopniem zmielenia.
Wiązanie gipsu polega na jego ponownym połączeniu
się z wodą i przejściu w gips dwuwodny
(CaSO4·2H2O).
Gips wapniowy może być otrzymywany w dwóch
głównych fazach:
oraz
. Gipsy
często stoso-
wane w budownictwie. Faza
osiąga pewien poziom
płynności przy znacznie mniejszej ilości wody.
Ze względu na lepszą urabialność i wyższą wytrzyma-
łość, gipsy
zostały zastosowane w formowaniu, spe-
cjalnych systemach wiążących i materiałach denty-
stycznych [1], [3].
Chcąc poznać strukturę gipsu oraz mikrosfer wyko-
nano zdjęcia wykorzystanych substancji za pomocą la-
boratoryjnego mikroskopu stereoskopowego, przy za-
stosowanym powiększeniu 100x i użyciu kamery Mo-
ticam, umożliwiając obserwację szczegółów o wymia-
rze do 20μm rys. 1 [10].
a
b
Rys. 1. Zdjęcia mikroskopowe substancji wykorzystanych
w badaniach: a) gips, b) mikrosfery
Właściwości bloków gipsowych scharakteryzowano
wyznaczając ich gęstość ρ, przewodnictwo cieplne λ
oraz porowatość po 35 dniach inkubacji do stanu su-
chej masy. Modyfikowane próbki, zostały wykonane
stosując czysty gips wymieszany z wodnym roztwo-
rem mikrosfer. Zastosowane dodatki zostały wyprodu-
kowane przez firmę Eko Export (Bielsko-Biała).
Mieszaninę przygotowano z 2 kg proszku gipsowego
zmieszanego z mikrododatkiem z 1,5 litra wody po-
chodzącej z sieci miejskiej. Składniki mieszano przy
użyciu wolnoobrotowego mieszadła obrotowego przez
Nr 5(150) - 2020 Rynek Energii Str. 53
1 minutę w temperaturze 20°C. Założono stały stosu-
nek wody do gipsu wynoszący w/g=0,75. Zawiesinę
gipsową zmodyfikowano przez dodatek mikrosfer
w ilości 5%, 10% oraz 15% masowych w stosunku do
masy suchego proszku gipsowego. Po zakończeniu
mieszania, mieszaninę wlano do formy w kształcie
prostopadłościanu. Na rysunku 2 przedstawiono zdję-
cia mikroskopowe stałego gipsu oraz gipsu z dodat-
kiem mikrosfer po 35 dniach procesu dojrzewania
próbki. Zauważono, iż dodatek mikrosfer (rysunek 2b)
spowodował zwiększenie porowatości, w porównaniu
z próbką gipsową bez ich dodatku (rysunek 2a) [10].
a
b
Rys. 2. Zdjęcia mikroskopowe próbek
wraz z wykorzystanymi w badaniach mikrododatkami:
a) gips, b) gips+mikrosfery
3. STANOWISKO POMIAROWE
Metoda gorącego drutu”, bazująca na nieustalonej wy-
mianie ciepła, należy do jednej z najbardziej interesu-
jących metod z powodu swojej prostoty i łatwości rea-
lizacji oraz dokładności. Polega ona na ulokowaniu
drutu grzejnego wewnątrz badanego materiału i po-
miarze jego temperatury w funkcji czasu. Idea ekspe-
rymentu zakłada umieszczenie w materiale źródła cie-
pła, zasilanego prądem elektrycznym w taki sposób, że
wydzielający się w czasie strumień ciepła jest stały.
Pomiar odbywa się, zatem w warunkach nagrzewania
materiału pośrednio poprzez określenie tempa nagrze-
wania. W układzie T-lnt po tzw. okresie przejściowym
zależność przyjmuje charakter liniowy [9,4].
Na potrzeby pomiarów przewodności cieplnej
wyko-
nano sterowane komputerowo stanowisko ekspery-
mentalne opisane dokładnie w pracy [11]. Podstawo-
wym jego elementem była próbka gipsowa o wymia-
rach 50x50x305mm, zawierająca osiowo umieszczony
grzejnik z drutu oporowego Kanthal, o średnicy
0,2mm. Do grzejnika zamocowany został w sposób
trwały miniaturowy rezystancyjny czujnik temperatury
typu Pt100. Charakterystyczną cechą platynowych
czujników rezystancyjnych jest przyrost ich rezystan-
cji w funkcji temperatury. W niewielkim przedziale
temperatur przyrost ten traktować można jako liniowy.
Do obsługi stanowiska zostało napisane dedykowane
oprogramowanie w środowisku LabView. Oprogramo-
wanie umożliwiało zadawanie napięcia i ustawianie
ograniczenia prądu zasilającego, a więc pośrednio
mocy grzejnej, odczyt rzeczywistych parametrów,
a także ich zapis na dysk komputera. Program umożli-
wiał również wybór odpowiednich sekwencji czaso-
wych zasilania i rejestracji danych [11].
4. WYNIKI
Przeprowadzone badanie próbek gipsowych metodą
gorącego drutu umożliwiło określenie współczynnika
przewodzenia ciepła dla poszczególnych kompozytów.
Wartości te zostały przestawione w tabeli 2.
Tabela 2.
Współczynniki przewodzenia ciepła dla kompozytów
gipsowych modyfikowanych mikrosferami
Próbka
, W/(m·K)
gips + 5% mikrosfer 0,2083
gips + 10% mikrosfer 0,2797
gips + 15% mikrosfer 0,2027
gips 0,3465
W celu zbadania wpływu zastosowanych mikrododat-
ków na współczynnik przenikania ciepła w przegro-
dach pionowych zewnętrznych budynków, zamodelo-
wano przegrodę składającą się z warstw jednorodnych
opisanych w tabeli 3. Przedstawiona przegroda (rys.3)
stanowiła odniesienie do dalszych modyfikacji i roz-
ważań.
Tabela 3.
Warstwy modelowanej przegrody
Warstwa przegrody Grubość
,
cm
, W/(m·K)
Tynk cementowo-wapienny
wewnętrzny
1,5 0,82
Mur z betonu komórkowego 24 0,21
Płyta styropianowa 12 0,04
Tynk mineralny
cienkowarstwowy
0,5 0,82
Bloczek gipsowy 8/10/15 0,3441
Rys. 3. Układ warstw materiałowych analizowanej prze-
grody; 1 – tynk cementowo-wapienny wewnętrzny, 2 –
mur z betonu komórkowego, 3 – bloczki gipsowe, 4 – płyty
styropianowe, 5 – tynk mineralny cienkowarstwowy
Str. 54 Rynek Energii Nr 5(150) - 2020
Dla przedstawionej ściany obliczono całkowity opór
cieplny RC oraz współczynnik przenikania ciepła U.
Następnie parametry te obliczono dla ściany w której
bloczek gipsowy zastąpiono bloczkiem z kompozytu
gipsowego zawierającego 5%, 10% lub 15% mikros-
fer. Otrzymane wartości przedstawiono w tabelach 4
oraz 5.
Tabela 4.
Całkowity opór cieplny RC przegród
Całkowity opór cieplny przegrody RC,
(m2·K)/W
Grubość
bloczka
, cm
Gips
Gips
+ 5%mikrosfer
Gips
+10%mikrosfer
Gips
+15%mikrosfer
8
4,4269
4,5784
4,4804
4,5891
10
4,4850
4,6745
4,5519
4,6877
12
4,5431
4,7705
4,6234
4,7864
Tabela 5.
Współczynnik przenikania ciepła U przegród
Współczynnik przenikania ciepła U
przegrody
,
W/(m
2
·
K)
Grubość
bloczka
, cm
Gips
Gips
+ 5%mikrosfer
Gips
+ 10%mikrosfer
Gips
+ 15%mikrosfer
8
0,2259
0,2184
0,2232
0,2179
10
0,2230
0,2139
0,2197
0,2133
12
0,2201
0,2096
0,2163
0,2089
Zastąpienie bloczków gipsowych bloczkami kompo-
zytowymi poprawia parametry cieplne przegrody. Naj-
lepszy efekt uzyskuje się stosując kompozyt zawiera-
jący dodatek 15% masowych mikrosfer względem su-
chego proszku gipsowego. Zbliżony efekt można uzy-
skać stosując bloczki zawierające 5% opisanego mi-
krododatku (rys. 4 oraz rys. 5).
Rys. 4. Opór cieplny przegrody RC w zależności od
zastosowanego bloczka gipsowego oraz jego grubości
Rys. 5. Współczynnik przenikania ciepła U przegrody
w zależności od zastosowanego bloczka gipsowego
oraz jego grubości
Dla analizowanej przegrody, stosując kompozyt za-
wierający 15% masowych mikrosfer uzyskano zmniej-
szenie wartości współczynnika przenikania ciepła
o 5,1%. Taki współczynnik na przestrzeni lat pozwoli
zaoszczędzić wiele energii dostarczanej dla celów
grzewczych. Oprócz aspektów ekonomicznych ma to
duże znaczenie w kwestii niskiej emisji spalin
i ochrony środowiska.
5. PODSUMOWANIE
W pracy zbadano wpływ modyfikacji bloczków gipso-
wych poprzez dodatek mikrosfer w ilościach 5%, 10%
i 15% w stosunku do suchej masy proszku gipsowego
stosowanego do produkcji bloczków.
Na podstawie wyników uzyskanych w badaniu para-
metrów cieplnych kompozytów gipsowych metodą
„gorącego drutu” obliczono współczynniki przewo-
dzenia ciepła bloczków gipsowych z mikrododatkiem.
Następnie zamodelowano matematycznie teoretyczną
przegrodę pionową i zbadano wpływ stosowanych ma-
teriałów gipsowych na całkowity opór cieplny oraz
współczynnik przenikania ciepła przegrody. Stwier-
dzono, że zastosowanie bloczków z mikrosferami po-
zwoli na oszczędności ponad 5% energii. Ponadto za-
gospodarowanie mikrosfer pozwoli na ich redukcję na
składowiskach odpadów po procesie spalania.
Należy jednak zauważyć, że mimo poprawy współ-
czynnika przenikania ciepła dla przegrody, nie spełnia
ona warunków zawartych w Rozporządzeniu Ministra
Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej
zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki
i ich usytuowania (DzU z 2013 r. poz. 926). Uzyskane
wyniki są jedynie zachętą do dalszych badań zastoso-
wania mikrosfer jako mikrododatku poprawiającego
parametry cieplne materiałów budowlanych.
Nr 5(150) - 2020 Rynek Energii Str. 55
LITERATURA
[1] Baspinar, M. S., and Kahraman, E. (2011). Modifications in the properties of gypsum construction element
via addition of expanded macroporous silica granules. Constr. Build. Mater., 25, 3327–3333.
[2] Chen, J. J., Ng, P. L., Li, L. G., and Kwan, A. K. H. (2017). Production of high-performance concrete by
addition of fly ash microsphere and condensed silica fume. Procedia Engineering, 172, 165-171.
[3] Hand, R. J. (1997). Calcium sulphate hydrates. Brit. Ceram. Trans., 96(3), 116–120.
[4] Heim, D., Mrowiec, A., and Prałat, K. (2016). Analysis and interpretation of results of thermal conductivity
obtained by the hot wire method. Experimental Techniques, 40(2), 513-519.
[5] Heim, D., Mrowiec, A., Prałat, K., and Mucha, M. (2018). Influence of Tylose MH1000 Content on Gypsum
Thermal Conductivity. Journal of Materials in Civil Engineering, 30(3), 4018002.
DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002177.
[6] Kim, S. S., and Bhowmik, S. R. (1997). Thermophysical properties of plain yogurt as functions of moisture
content. Journal of Food Engineering, 32(1), 109-124.
[7] Pernica, D., Reis, P. N. B., Ferreira, J. A. M., and Louda, P. (2010). Effect of test conditions on the bending
strength of a geopolymer-reinforced composite. Journal of materials science, 45(3), 744.
[8] Pichór, W. (2009). Properties of fiber reinforced cement composites with cenospheres from coal ash., Proc.
Int. Symp. Brittle Matrix Composites 9, Editors: Brandt A. M., Olek J., Marshall I. H., 245–254.
[9] Prałat, K. (2016). Research on thermal conductivity of the wood and analysis of results obtained by the hot
wire method. Experimental Techniques, 40(3), 973-980.
[10] Prałat, K., Grabowski, M., Kubissa, W., Jaskulski, R., Ciemnicka, J. (2019). Application of experimental
setup for the thermal conductivity measurement of building materials using the "hot wire" method. Scien-
tific Review Engineering and Environmental Sciences, 28(1), 153-160.
[11] Prałat, K., Kubissa, W., Jaskulski, R., Ciemnicka, J., & Pilarczyk, S. (2019). Wpływ wybranych mikrodo-
datków na przewodnictwo cieplne oraz mikrostrukturę powierzchni modyfikowanych gipsów. Acta Scien-
tiarum Polonorum. Architectura, 18(1), 69-75.
[12] Strzałkowski, J., and Garbalińska, H. (2016). Thermal and strength properties of lightweight concretes
with the addition of aerogel particles. Advances in Cement Research, 28(9), 567-575.
[13] Yamasue, E., Susa, M., Fukuyama, H., and Nagata, K. (2002). Thermal conductivities of silicon and ger-
manium in solid and liquid states measured by non-stationary hot wire method with silica coated probe.
Journal of crystal growth, 234(1), 121-131.
INFLUENCE OF MODIFIED BUILDING GYPSUM ON THE IMPROVEMENT
OF THERMAL INSULATION OF BUILDING PARTITIONS AND ENERGY SAVING
Key words: microspheres, building plaster, sustainable construction, recycling, environmental protection, reduc-
tion of energy demand, heat transfer coefficient, heat conduction coefficient
Summary. The work characterizes the modification of building gypsum by adding microspheres. The concept of
the measuring station based on the measurement of thermal parameters by the hot wire method was presented. The
effect of the applied micro-additive on the gypsum thermal parameters was investigated. The summary contains
the interpretation of the results obtained and an assessment of the appropriateness of using the test additive in
relation to the issue of energy saving.
Karol Prałat, dr hab. inż. profesor Politechniki Warszawskiej, pracownik na Wydziale Budownictwa, Mechaniki
i Petrochemii Politechniki Warszawskiej Filia w Płocku, kierownik Zakładu Inżynierii Sanitarnej i Ochrony
Środowiska. E-mail: karol.pralat@pw.edu.pl
Justyna Ciemnicka, dr inż., studentka kierunku Inżynieria Środowiska na Wydziale Budownictwa, Mechaniki
i Petrochemii Politechniki Warszawskiej Filia w Płocku. W 2019 roku obroniła doktorat w dyscyplinie inżynieria
lądowa i transport. E-mail: justyna.ciemnicka@gmail.com
Katarzyna Buczkowska, dr inż., adiunkt w Katedrze Technologii Materiałowej i Systemów Produkcji Politech-
niki Łódzkiej oraz adiunkt na Politechnice w Libercu, na Wydziale Inżynierii Mechanicznej w Katedrze Materia-
łoznawstwa, Kierownik Laboratorium geopolimerów. E-mail: katarzyna.buczkowska@p.lodz.pl
Sławomir Torbus, dr inż., adiunkt, Politechnika Warszawska.
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
Full-text available
Prezentowana praca zawiera dane eksperymentalne dotyczące wpływu mikrododatków na wartość przewodnictwa cieplnego gipsu. W badaniach wykorzystano: mikrosfery, aerożel oraz polimer hydroksyetyloetylocelulozę (HEMC). Polimer i aerożel zastosowano jako dodatek w ułamku wagowym 1%, a mikrosfery w ułamku wagowym 10% w stosunku do zawartości gipsu. Do pomiaru przewodnictwa cieplnego wyko-rzystano metodę niestacjonarną z układem doświadczalnym Isomet 2114. Zaobserwowano spadek przewodności cieplnej i gęstości wraz z dodatkiem mikroproduktów ze względu na modyfikacje struktury produktu gipsowego. Wykonano ponadto zdjęcia mikroskopowe przełomów modyfikowanych gipsów.
Article
Full-text available
With reference to the packing model of concrete materials, addition of fly ash microspheres (FAM) to fill the voids between cement grains, followed by addition of condensed silica fume (CSF) to further fill the voids between FAM would reduce the water content to achieve the desired flowability. This could allow the adoption of lower water/cementitious materials (W/CM) ratio to produce High-Performance Concrete (HPC). This study was aimed to evaluate the effects of FAM and CSF on the packing density of cementitious materials and the flowability and strength of cement paste. The results showed that the addition of FAM and CSF can significantly increase the packing density, thereby enhancing flowability and strength performance concurrently.
Article
Full-text available
The aim of this work was to examine the influence of the addition of aerogel particles on the properties of cement composites manufactured using fly ash aggregate. The composites were tested at three different concentrations of water saturation of the coarse aggregate. Moreover, two methods of aerogel particle application were used – plasticising the mix with superplasticiser and aerating with an air-entraining admixture. An assessment of the thermal properties was made during the first 28 d of curing of the composites and compressive strength tests were conducted after 7 and 28 d. For pore structure characterisation, mercury pore structure analysis was carried out on the pure aerogel, the cement composites and the composites with the addition of granulate. The data obtained indicate that adding aerogel particles to concrete composites is an appropriate method of improving thermal parameters: thermal conductivity coefficients were two times smaller compared with control samples without aerogel and, simultaneously, the volumetric specific heat was comparable to that of the control samples. However, the addition of aerogel resulted in a reduction in compressive strength to approximately only 30% of that of the control samples.
Article
The presented work focuses on the influence of a water-soluble derivative of cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC), on gypsum thermal properties. The polymer is used as an additive in the weight fraction, up to 1% of pure gypsum. The water-to-gypsum ratio was taken at a level of 0.74. The study of hemihydrate calcium sulphate hydration of ß crystalline form was observed using own-made apparatus measuring the temperature of the system during hydration. The presence of the polymer leads to a retardation of the hydration and setting process of gypsum paste. For the purpose of conductivity measurements, an improved method with a "hot wire" setup was used. A decrease of thermal conductivity and density with added HEMC was observed because of structure modifications of the gypsum product. It was concluded that adding HEMC influences not only the water retention coefficient and the rate of setting of gypsum, it also changes the morphological structure of gypsum-polymer composite, which is reflected in the density and thermal conductivity of the final product.
Conference Paper
Cenospheres are lightweight, thin-walled hollow spheres which are by-products of the combustion of pulverized coal at thermal power plants. Due to their properties they are a potentially interesting filler and may be used for lightweight cement-based composites production. Several works show that the cement based composites with addition of cenospheres have good properties. These researches are focused on the properties of such composites with addition of relatively large amount of synthetic fibers. The main effect is manifested by an improvement of flexural behavior after cracking of cement matrix. The results of studies concerning the fiber reinforced cement composites with cenospheres as filler up to 60% of volume are presented in this paper. The influence of cenospheres content on the main mechanical properties (flexural strength, modulus of rupture), water sorption and thermal conductivity of fiber reinforced cement composites with different types of fibers is shown. The SEM observations of interfacial zone between cenosphere-cement matrix and fiber-cement matrix are presented. The results show that an usage of the cenospheres as lightweight filler may be a way to obtain fiber reinforced cement composites of low or moderate density.
Article
The evidence for and against various possible calcium sulphate hydrates is reviewed. The hydrates that exist are calcium sulphate dihydrate CaSO4.2H2O, calcium sulphate hemihydrate CaSO4.l/2H2O, and three anhydrous phases soluble calcium sulphate anhydrite, insoluble calcium sulphate anhydrite, and a high temperature calcium sulphate anhydrite phase. The α- and β-hemihydrates, and the corresponding soluble anhydrites, are not true polymorphs as they differ only in crystallite size. Although the evidence is conflicting, it seems likely that under conditions of water high partial pressures another subhydrate, with the probable for-mula CaSO4.3/5H2O, also existS.
Article
The results of experimental research determining the coefficient of thermal conductivity λ of selected species of wood have been presented in this article. During measurements, “hot wire” method was used, which belongs to one of the most interesting methods due to its simplicity, easiness of realization, and accuracy. Platinum Pt500 sensor was used during measurements, which along with the measuring system creates precise temperature measuring converter with voltage output. Temperature analogue converter was developed individually for the needs of this experiment, connected to the computer measuring system that consists of multifunctional output of 14-bit converter A/C type NI USB-6009 produced by National Instruments together with interactive software for registration and measurements of voltage signals. Measurements were registered using computer measuring system, with sampling time every 0.1 s. In this study,methods of interpretation measurement data are proposed. The biggest challenge in “hot wire” method is to find the time range (t 1 –t 2) to estimate the thermal conductivity of studied sample. For the needs of experiment, a computer program was written that enables fast calculation of values of thermal conductivity coefficients in different time intervals. Value of thermal conductivity for six species of wood was calculated. Calculated values were within the range 0.126–0.225 (W/(m K)) and were not different than literature values by 10 %. The lowest values were obtained for pine wood, the highest for hornbeam wood. General dependency of calculating the value λ of the wood on the basis of known value of density is proposed.
Article
The results of experimental research determining the coefficient of thermal conductivity λ of selected liquids have been presented in this article. During measurements, a “hot wire” method was used, which belongs to the most interesting method because of its simplicity, easiness of realization, and precision. Platinum Pt500 sensor was used during measurements, which along with the measuring system creates precise temperature measuring converter with voltage output. Temperature analog, novel converter was developed individually for the needs of this experiment, connected to the computer measuring system that consists of multifunctional output of 14-bit converter A/C type NI USB-6009 produced by National Instruments together with interactive software for registration and measurements of voltage signals. Measurements were registered with the help of computer measuring system, with sampling time every 0.1 s. In this study, three methods of interpretation measurement data are proposed. Furthermore, for the needs of experiment, a computer programwas written that enables fast calculation of values of thermal conductivity coefficients in different time intervals. The biggest challenge in “hot wire”method is to find the time range (t min ÷t max) to estimate the thermal conductivity. The study attempts to find the proper range for six liquids with known thermal conductivity. Finally, authors proposed a general relation to estimate thermal conductivity of liquids based on the known parameters: density and specific heat.
Article
The present study is focused on the production of light weight silicate based macroporous filler for hardened gypsum and its effect on the product properties. Highly porous, durable foam like silica granules were produced from the relatively low cost material of silica gel desiccant. Swelling behaviour and mineralogical structure of the granules after swelling were examined. Different sample series were produced by replacing gypsum by expanded silica gel. Physical properties of the hardened gypsum were improved by the addition of expanded silica gel granules. Thermal conductivity of the gypsum decreased significantly when the expanded silica gel granules introduced into the gypsum. Expanded silica gel addition also improved the high temperature durability of gypsum. Much better integrity was observed after the testing of samples at 700°C when compared to control series.
Article
This paper presents the results obtained for the effects of the loading rate and of the testing temperature on the mechanical properties, particularly on the stiffness and on the ultimate tensile strength, of a geopolymer reinforced with glass or carbon fibres. HIGH-SILICA geopolymer powder from CLUZ- CYECH and two reinforcement fibres (glass fibres—type AR and carbon fibre - HTS 5631) were used. The displacement rate is varied from 0.02 until to 2mm/s and the testing temperature is increased from the room temperature until the temperature of 300°C. For the case of geopolymers reinforced with carbon fibres and glass fibres, the increase of the displacement rate from 0.002 to 2mm/s led to an improvement on the ultimate flexure strength of about 33 and 31%, respectively. The same dependency was observed for the stiffness, with variations of loading rate of 39 and 53%, for carbon fibres and glass fibres, respectively. Increasing the room temperature until the temperature of 300°C decreases significantly both the ultimate strength and the flexure stiffness for both reinforcements. However, a major drop on both the stiffness and the strength occurred up to 150°C.