CZ2024246A3 - Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití - Google Patents

Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití

Info

Publication number
CZ2024246A3
CZ2024246A3 CZ2024-246A CZ2024246A CZ2024246A3 CZ 2024246 A3 CZ2024246 A3 CZ 2024246A3 CZ 2024246 A CZ2024246 A CZ 2024246A CZ 2024246 A3 CZ2024246 A3 CZ 2024246A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
biochar
thermal insulation
insulation material
hollow building
building elements
Prior art date
Application number
CZ2024-246A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ310607B6 (cs
Inventor
Petr StehlĂ­k
Petr Stehlík
Original Assignee
INTECORES s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INTECORES s.r.o. filed Critical INTECORES s.r.o.
Priority to CZ2024-246A priority Critical patent/CZ310607B6/cs
Priority to EP25749598.6A priority patent/EP4720423A1/en
Priority to PCT/CZ2025/050054 priority patent/WO2025261543A1/en
Publication of CZ2024246A3 publication Critical patent/CZ2024246A3/cs
Publication of CZ310607B6 publication Critical patent/CZ310607B6/cs

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/18—Waste materials; Refuse organic
    • C04B18/24—Vegetable refuse, e.g. rice husks, maize-ear refuse; Cellulosic materials, e.g. paper, cork
    • C04B18/26—Wood, e.g. sawdust, wood shavings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • E04B2/02—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls built-up from layers of building elements
    • E04B2/14—Walls having cavities in, but not between, the elements, i.e. each cavity being enclosed by at least four sides forming part of one single element
    • E04B2/26—Walls having cavities in, but not between, the elements, i.e. each cavity being enclosed by at least four sides forming part of one single element the walls being characterised by fillings in all cavities in order to form a wall construction
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/7604—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only fillings for cavity walls
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C1/00—Building elements of block or other shape for the construction of parts of buildings
    • E04C1/40—Building elements of block or other shape for the construction of parts of buildings built-up from parts of different materials, e.g. composed of layers of different materials or stones with filling material or with insulating inserts
    • E04C1/41—Building elements of block or other shape for the construction of parts of buildings built-up from parts of different materials, e.g. composed of layers of different materials or stones with filling material or with insulating inserts composed of insulating material and load-bearing concrete, stone or stone-like material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/10—Burned or pyrolised refuse
    • C04B18/101—Burned rice husks or other burned vegetable material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B2001/742—Use of special materials; Materials having special structures or shape
    • E04B2001/745—Vegetal products, e.g. plant stems, barks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Předložené řešení se týká tepelně izolačního materiálu, který obsahuje biouhel a je vhodný pro plnění dutých stavebních prvků. Materiál obsahující biouhel je buď v sypkém stavu nebo ve směsi s pojidlem ve formě polotekuté až tekuté. Výhodný sypký tepelně izolační materiál obsahuje biouhel ve formě částic o velikosti 2,0 až 11,2 mm, popřípadě 2,8 až 11,2 mm. Výhodný polotekutý tepelně izolační materiál obsahuje biouhel a pojivo, kterým je výhodně sádra nebo cement. V polotekutém materiálu s pojidlem lze výhodně využít biouhel ve formě částic o velikosti 0 až 2,0 mm. Předložené řešení se dále týká způsobu výroby tepelně izolačního materiálu pro plnění dutých stavebních prvků, a dále dutého stavebního prvku, jehož alespoň jedna dutina je vyplněna tepelně izolačním materiálem obsahujícím biouhel.

Description

Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití
Oblast techniky
Předkládaný vynález se obecně týká stavebnictví, a zejména dutých stavebních prvků. Konkrétně se týká tepelně izolačního materiálu, který obsahuje biouhel a je vhodný pro plnění dutých stavebních prvků. Materiál obsahující biouhel je buďto v sypkém stavu neboje ve směsi s pojidlem ve formě polotekuté až tekuté. Dále se vynález týká zlepšení tepelně izolačních vlastností dutých stavebních prvků.
Dosavadní stav techniky
Duté stavební prvky, jako jsou zejména cihly/tvámice, jsou ve stavebnictví již dlouho užívány, vzduch v dutinách plní funkcí tepelného izolantu. Je známé a v praxi již mnoho let realizováno zlepšení tepelně izolačních vlastností těchto stavebních materiálů tím, že dutiny se plní pěnovým polystyrenem nebo minerální vatou, u velkoobjemových dutin např. vakuovými izolačními panely (vakuovaný aerogel vláken oxidu křemičitého). Přinejmenším experimentálně bylo vyzkoušeno plnění dutin perlitem, polyurethanem (Pavlík, Z. et al,, MONITORING THERMAL. PERFORMANCE OF HOLLOW BRICKS WITH DIFFERENT CAVIIY FILLERS IN DIFFERENCE CLIMATE CONDITIONS. Int. J. Thermophys. 36, 557-568, 2015) nebo slámou (Hou, S. et al., COUPLED HEAT AND MOISTURE TRANSFER IN HOLLOW CONCRETE BLOCK WALL FILLED WITH COMPRESSED STRAW BRICKS. Energy and Buildings 135, 74-84, 2017), Užitný vzor CZ30951U1 popsal keramickou tvarovku, kde velkoobjemové dutiny byly vyplněny textilními vlákny (polyester, bavlna) ve vakuovaném obalu. Polystyren, který se standardně využívá jako tepelně izolační materiál, je např. po zbourání stavby velice špatně separovatelný, a hrozí jeho vnášení do přírody. Další standardně používaný materiál, jako je minerální vata, je vláknitý a při bourání je prašný, uvolňuje jemná vlákna, která jsou zdravotně závadná.
V nedávné době se objevily úvahy i pokusy o využití zajímavého materiálu - biouhlu ve stavebnictví s cílem zlepšení uhlíkové bilance stavebnictví - snížení uhlíkové stopy a trvalého ukládání uhlíku. Biouhel jako takový totiž trvale ukládá uhlík, který odčerpala rostlina v podobě CO2 za dobu svého růstu z atmosféry. Při uložení biouhlu např. do stavebního materiálu dochází k trvalému odstranění uhlíku/CCE. Byly např. připraveny betony (tzv. uhlíkově negativní nebo klimaticky neutrální beton), zejména lehké porézní betony, kde biouhel nahradil písek a/nebo zčásti i cement (např. Chen, L. et al., BIOCHAR-AUGMENTED CARBON-NEGATIVE CONCRETE. Chemical Engineering Journal, 431 (1), 2022). Beton s obsahem biouhlu až do 50 % byl popsán v patentové přihlášce CN107586081A. Beton s obsahem biouhlu až do 30 %, kde biouhel je získán pyrolýzou odpadů z vepřína, byla popsán v patentu USU 104611B2. Patentová přihláška US20230002276A1 popsala uhlíkově negativní beton, kde až 26 % cementu je nahrazeno biouhlem. Byly také připraveny omítky (např. CN115784702A) obsahující příměs biouhlu. Tyto materiály vykazují menší tepelnou vodivost ve srovnání se stejným materiálem bez příměsi biouhlu. Materiály s biouhlem jsou často i ekonomicky výhodné. Biouhel (angl. biochar) je materiál podobný dřevěnému uhlí, získaný pyrolýzou organického materiálu při teplotách 400-700 °C a bez přístupu vzduchu. Klasické dřevěné uhlí spadá samozřejmě také do kategorie biouhlu, která je však širší v tom smyslu, že jako výchozí surovinu neužívá jen dřevo, ale různorodý organický materiál, často odpadní materiál (sláma, plevy, bagasa z cukrové třtiny, podestýlka z velkochovu drůbeže). Biouhel standardních vlastností lze získat pyrolýzou dřeva, výhodně z rychle rostoucích dřevin. Výhodou biouhlu, ve srovnání s polystyrenem nebo minerální vatou, je to, že je zdravotně nezávadný, lze jej po skončení životnosti stavby např. bez problémů zakopat do země, atím zlepšit její sorpci a zadržování vláhy aživin. Dalším pozitivem je i určitá míra absorpce
- 1 CZ 2024 - 246 A3 některých škodlivin z prostředí, její rychlost je závislá na vnitřní ploše biouhlu, která mj. závisí na způsobu jeho výroby.
Biouhel nebyl dosud využit pro zlepšení tepelně izolačních vlastností dutých stavebních prvků, např. cihel nebo tvárnic s dutinami. Přitom přetrvává potřeba zlepšování tepelně izolačních vlastností stavebních prvků vzhledem k nutnosti dobré tepelné izolace budov kvůli úsporám energie na vytápění, popřípadě ochlazování vnitřních prostor budov. Navíc jsou v současnosti vyhledávána taková řešení, která snižující uhlíkovou stopu ve stavebnictví.
Podstata vynálezu
Předložený vynález se týká tepelně izolačního materiálu, který obsahující biouhel. Dále se týká způsobu výroby tepelně izolačního materiálu obsahujícího biouhel, použití tohoto materiálu pro plnění dutin stavebních prvků, a nakonec se týká i stavebních prvků vyplněných tepelně izolačním materiálem obsahujícím biouhel. Tím předložený vynález řeší problém zlepšení tepelně izolačních vlastností dutých stavebních prvků a současně přispívá k řešení problému vysoké uhlíkové stopy stavebnictví, zejména výroby betonu a betonových materiálů, směrem k využití materiálů, které umožňují dlouhodobě ukládat uhlík a tím uhlíkovou stopu snižovat.
Biouhel pro použití podle předloženého vynálezu byl získán pyrolýzou dřevní hmoty a dále upraven drcením a/nebo mletím. Výchozím materiálem bylo měkké dřevo (měrná hmotnost 500600 kg/m3), reprezentované zde dřevem vrby a smrku, a také tvrdé dřevo (měrná hmotnost 700800 kg/m3) reprezentované zde dřevem z buku a dubu. Biouhel z vrby byl získán konvenční pyrolýzou při 600-700 °C bez přístupu vzduchu. Biouhel z buku-dubu je dřevěné uhlí ze směsi dřeva buku a dubu získané pyrolýzou při 400-800 °C bez přístupu vzduchu.
Publikace ve stavu techniky i předběžné experimenty původce ukázaly, že vlastnosti biouhlu jsou do jisté míry závislé na dvou základních parametrech, a sice na druhu dřeviny, která je zdrojem výchozího materiálu, a na způsobu výroby biouhlu. Ale další experimenty původce ukázaly, že tepelně izolační vlastnosti jsou závislé zejména na následném zpracování biouhlu, drcení nebo mletí, resp. na velikosti částic takto získaných. Biouhel z lehčích dřevin, např. vrby nebo topolu, má obecně lepší tepelně izolační vlastnosti, biouhel z tvrdých dřevin, například dubu nebo buku, zase ukládá více uhlíku na jednotku objemu. Způsobem výroby biouhlu lze do značné míry ovlivnit jeho vlastnosti - např. měrnou hmotnost a vnitřní strukturu.
Biouhel pro tepelně izolační materiál lze připravit výhodně z měkkého dřeva rychlerodtoucích dřevin, např. vrby nebo některých topolů, tyto dřeviny mají dobrou výtěžnost. Lze také použít smrkové dřevo, a ostatní listnaté dřeviny jako je např. lípa, topol osika a další. Výhodné bude využití dřevní hmoty z plantáží topolu japonského.
Pro příklady využití biouhlu podle vynálezu byl připraven biouhel pyrolýzou dřeva z vrby, smrku, buku a dubu. Biouhel by dále drcen /mlet a byly separovány 4 frakce s odlišnou velikostí částic; frakce 1: 0-2,0 mm, frakce 2: 2,0-2,8 mm, frakce 3: 2,8-11,2 mm a frakce 4: nad 11,2 mm. Měřením tepelného prostupu jednotlivých frakcí bylo zjištěno, že frakce 1 má horší tepelně izolační vlastnosti, zatímco frakce 2 a 3 mají v podstatě shodné tepelně izolační vlastnosti, a to lepší než frakce 1. Frakce s částicemi nad 11,2 mm měla nejhorší tepelně izolační vlastnosti a pro přípravu materiálů nebyla využita (byla opětovně drcena na frakce s menšími částicemi).
Drcením/mletím biouhlu se v podstatě homogenizují jeho vlastnosti nezávisle na druhu původní biomasy. Drcením se odstraňují větší dutiny (jejich velikost a množství jsou právě závislé na druhu původní biomasy). Drcený biouhel má pak velmi podobné vlastnosti bez ohledu na původní zdroj biomasy.
-2 CZ 2024 - 246 A3
Kromě drcení je možné použít pro pyrolýzu přímo materiál s určitou specifickou „částicovou“ strukturou, například piliny/hobliny ze zpracování dřeva. Byly například zpracovány smrkové piliny (z příčného řezu řetězovou pilou), které po pyrolýze poskytly částice jehlicovitého tvaru s velmi malým podílem jemných částic. Po pyrolýze si piliny zachovaly jehlicovitý tvar a vznikl velmi malý podíl jemných částic. Takto strukturovaný biouhel bude výhodný v hmotách s velkým podílem biouhlu, kde bude přispívat k vyšší soudržnosti (analogicky např. ke keramickým hmotám plněným šamotovým ostřivem).
Tepelně izolační materiál obsahující biouhel se výhodně užije k plnění dutých stavebních prvků, resp. dutin těchto dutých stavebních prvků. Dutým stavebním prvkem se zde míní jakékoliv, zejména keramické a betonové, stavební prvky obsahující alespoň jednu dutinu, jako např. cihly a tvarovky (tvárnice), stropní systémy typu miako nebo hurdis, ale také keramické a betonové překlady, které obsahují jednu nebo více dutin. Pojmem dutinaje myšlen jakýkoliv dutý prostor ve výše uvedených stavebních prvcích. Dutinou stavebního prvku ve smyslu vynálezu jsou i duté prostory vzniklé při 3D tisku budov nebo stavební prostory pro zásypy podlah a stropů.
Sypký tepelně izolační materiál obsahující biouhel
Byl připraven sypký tepelně izolační materiál obsahující drcený/mletý biouhel a tento materiál byl užit k plnění dutého stavebního prvku, v příkladném provedení betonové tvárnice. Jako výhodný tepelně izolační materiál se jevil materiál obsahující frakce 2 a 3 (2,0-11,2 mm) biouhlu z vrby a frakci 3 (2,8-11,2 mm) z buku-dubu. Bez ohledu na použitou frakci, tvárnice s výplní sypkým biouhlem vykazovala lepší tepelně izolační vlastnosti než kontrolní tvárnice bez výplně (tj. v dutině byl pouze vzduch).
Jedním z cílů vynálezu bylo připravit materiál, který by mohl nahradit polystyren nebo minerální vlnu, které se k výplni dutin standardně užívají ve stavu techniky. Biouhel v provedených experimentech nedosahoval ve všech provedeních tak vysokých tepelně izolačních hodnot jako minerální vata, ale biouhel frakce 2,0-11,2 mm z vrby nebo biouhel frakce 2,8-11,2 z buku-dubu použitý jako výplň duté tvárnice vykazoval hodnoty shodné s minerální vatou.
A) Plnění dutin stavebních prvků sypkým tepelně izolačním materiálem obsahujícím biouhel lze realizovat následujícími způsoby:
B) Plnění u výrobce, kdy se při výrobě dutý stavební prvek, např. cihla nebo jiná tvarovka, naplní a na vibračním stroji se třese, a poté se doplní tak, aby se již více výplň nesesedala.
Plnění přímo při stavbě, kdy se do dutin pomocí násypky nasype biouhel potřebné frakce. Tento způsob je vhodný zejména pro plnění vertikálních dutin. Dále lze takto plnit dutiny podlah a další dutiny kde je možné nasypat sypký materiál.
Pro fixování výplně v dutinách lze použít různé způsoby, např. lze překrýt otvory dutiny z obou stran pojivém, plnícím funkci „špuntu“, kdy lze použít pojivá na bázi sádry, cementu, vápna, polymerů, a další. Polymerem se míní jakýkoliv polymer vhodný pro stavebnictví, např. polyuretan, MS polymer apod. Pojivo lze popřípadě namíchat s biouhlem, a tím zmenšit tepelný most fixační vrstvy. Jako výhodné se jeví překrytí otvorů vyplněných dutin síťovinou, kdy síťovina zajistí, že při spojování stavebních prvků se nanášené pojivo dostane přímo na nosnou část výrobku. K fixaci síťoviny lze použít opět lepidla na bázi sádry, cementu, vápna, ale také lepidla na organickém základu.
C) Jinou výhodnou možností je plnění dutin biouhlem obaleným pojivém před plněním dutiny. Zvolená frakce biouhlu se obalí v předem připraveném pojivu, a následně se nasype do dutiny, po vytvrdnutí již pevně drží v dutině a nesype se ven. Není tedy třeba užívat žádné fixační překrytí dutin. Jako pojivo lze použít sádru, cement, vápno, polymer a další organická a
-3 CZ 2024 - 246 A3 anorganická pojivá. Výhodné je vápenné mléko nebo cementové mléko. Obalování se provádí běžným způsobem známým odborníkům v oboru stavebních materiálů.
Při všech výše uvedených způsobech plnění je možné sypký biouhel nebo obalený biouhel do dutin lisovat nebo pěchovat. V takovém případě se mírně zhorší izolační vlastnosti, naopak se zvýší množství uloženého uhlíku na jednotku objemu materiálu.
Tekutý/polotekutý tepelně izolační materiál obsahující biouhel
Dále byl připraven tekutý/polotekutý tepelně izolační materiál obsahující biouhel, který obsahuje vybranou frakci částic biouhlu a pojivo, přičemž je vytvořena tekutá až polotekutá směs, která je vhodná pro plnění dutin stavebních prvků, kde zatuhne do pevné hmoty. Taková směs se do dutin může výhodně nalévat. Pojivém je například sádra, cement, vápno, polymer, výhodně sádra nebo cement. Pro tepelně izolační výplň obsahující biouhel lze užít jakoukoliv frakci či frakce drceného/mletého biouhlu, výhodně lze takto zužitkovat nejjemnější frakce.
Při drcení biouhlu vzniká ve značně velkém podílu jemná frakce 0-2,0 mm (frakce 1), která může představovat až Ά hmotnosti drceného biouhlu. Tato jemná frakce, která se příliš nehodí v sypkém stavu k přímému plnění dutin, může být výhodně využita ve směsi s pojivém. Jemný biouhel může představovat až 35 % ve směsi se sádrou a vodou. Při kombinaci jemného a hrubého biouhlu (v poměru 1:1) tvořil biouhel až 44 % ve směsi se sádrou a vodou. Materiál obsahující 27 % jemné frakce biouhlu z buku-dubu, 20 % sádry a 1 % vodního skla (+ 52 % vody) byl vhodný pro nalévání do dutin, po ztuhnutí byl pevný, měl dobré tepelně izolační vlastnosti a relativně nízkou měrnou hmotnost (490 kg/m3). I velmi nízký obsah pojivá, 12-17 %, vedl po vytvrdnutí ke vzniku pevného tepelně izolačního materiálu.
Obdobně jako se sádrou byly připraveny směsi biouhlu a cementu. I při nejnižším obsahu biouhlu (28 %) byla tepelná vodivost materiálu významně menší než u čistého pojivá (cementu). Měrné hmotnosti cementových materiálů s obsahem jemného biouhlu byly srovnatelné se sádrovými materiály. Jeden z výhodných materiálů obsahujících jemný biouhel byl materiál obsahující 33 % biouhlu, 17 % cementu a 50 % vody. Velmi zajímavé materiály vznikly v případě, že biouhel byl převážně nebo výlučně hrubý biouhel (ze smrkových pilin, nedrcený, velikost částic délky až 5,0 mm). Tyto materiály měly dobré tepelně izolační vlastnosti, a navíc měly velmi nízkou měrnou hmotnost (230-330 kg/m3) blížící se měrné hmotnosti perlitu (200 kg/m3).
Zajímavý materiál vznikl smísením jemného (frakce 0-2,0 mm) a hrubého biouhlu (0-5,0 mm, připraven z pilin) s vodou (v poměru 1:1:2) bez jakéhokoliv pojivá. Po zatuhnutí (vyschnutí) vznikla v podstatě pevná hmota dobře soudržná, která má dobré tepelně izolační vlastnosti a je vhodná jako výplň dutých stavebních prvků
Předložený vynález se týká tepelně izolačního materiálu pro plnění dutých stavebních prvků, který obsahuje nadrcený, popřípadě namletý biouhel z dřevní hmoty. Výhodný biouhel byl připraven konvenční pyrolýzou dřevní hmoty při teplotě 300-700 °C bez přístupu vzduchu.
Výhodný tepelně izolační materiál obsahuje biouhel je ve formě částic o velikosti 0-11,2 mm, výhodně 2,0-11,2 mm.
Jiný výhodný tepelně izolační materiál kromě biouhlu dále obsahuje pojivo, kterým je sádra, cement, vápno nebo polymer, a vodu. Tento materiál v jiném výhodném provedení obsahuje biouhel je ve formě částic velikosti 0-2,0 mm.
Výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 25-35 hmoto. % biouhlu ve formě částic velikosti 0-2,0 mm, 15-25 hmota. % sádry a 40-60 hmota. %. vody.
-4 CZ 2024 - 246 A3
Další výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33-44 hmot. % biouhlu, 12-23 hmota. % sádry a 33-55 hmota. % vody, přičemž polovina množství biouhlu je ve formě jemných částic velikosti 0-2,0 mm a polovina množství biouhlu je ve formě hrubých částic velikosti 0-40 mm.
Jiný výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33 hmota. % biouhlu ve formě částic velikosti 0-2,0 mm, 17 hmota. % cementu a 50 hmota. % vody. A ještě jiný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33 hmota. % biouhlu ve formě částic velikosti 0-5,0 mm, 17 hmota. % cementu a 50 hmota. % vody.
Předložený vynález se dále týká použití nadrceného a/nebo namletého biouhlu z dřevní hmoty pro plnění dutých stavebních prvků.
A dále se týká způsob výroby tepelně izolačního materiálu pro plnění dutých stavebních prvků, který obsahuje kroky, kdy se a) připraví biouhel pyrolýzou dřevní hmoty při teplotě 300-700 °C bez přístupu vzduchu; b) biouhel z kroku a) se nadrtí a/nebo namele; c) z drceného/namletého boiuhlu z kroku b) se připraví zvolená(é) frakce; d) popřípadě se jedna nebo více frakcí smíchá s pojidlem a vodou.
Vynález se také týká způsobu zlepšení tepelně izolačních vlastností dutého stavebního prvku, při kterém se dutina nebo dutiny stavebního prvku vyplní tepelně izolačním materiálem, který byl popsán výše.
A také se týká dutého stavebního prvku, ve kterém je alespoň jedna dutina vyplněna tepelně izolačním materiálem popsaným výše.
Objasnění výkresů
Obr. 1. Elektronmikroskopický snímek příčného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 750x) Obr. 2. Elektronmikroskopický snímek příčného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 7500x) Obr. 3. Elektronmikroskopický snímek podélného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 75 Ox) Obr. 4. Elektronmikroskopický snímek podélného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 7500x) Obr. 5. Betonová tvárnice použitá jako příkladný dutý stavební prvek.
Obr. 6. Betonová tvárnice použitá jako příkladný dutý stavební prvek - ústí dutiny.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Biouhel a jeho výroba
Biouhel byl připraven v menším množství dostatečném pro ověřovací experimenty konvenční pyrolýzou dřevní hmoty z vrby, smrku, buku a dubu v muflové peci (vlastní konstrukce původce), bez přístupu vzduchu, při teplotě 500 - 700 °C. Vlastnosti biouhlu z dubu a buku se prakticky nelišily od vlastností biouhlu dostupného komerčně. Tento komerčně dostupný biouhel (dřevěné uhlí pro grilování, připravené pyrolýzou směsi dřeva dubu a buku v retortě bez přístupu vzduchu, při 300 -700 °C, značka: barbecue charcoal výrobce: Servis Les, Deblice-lesy, s.r.o., Dymokury, ČR) byl využit v experimentech ve větším měřítku. Smrkové dřevo bylo pyrolyzováno v podobě pilin (z příčného řezu řetězovou pilou).
Z hlediska tepelné vodivosti biouhlu je jeho důležitou vlastností porozita. Biouhel, zejména biouhel získaný z dřevní biomasy, obsahuje póry různých velikostí, od mikropórů (průměr menší než 1 nm) až po makropóry (průměr větší než 50 nm). Makropóry jsou zpravidla pozůstatkem
-5 CZ 2024 - 246 A3 původní struktury rostlinného pletiva (cév), menší póry, zejména mikropóry vznikají většinou v důsledku plynu vyvíjejícího se při pyrolýze. Na obr. 1 a 2 je snímek z elektronového mikroskopu příčného řezu „špalíkem“ biouhlu připraveného z dubového dřeva (viz výše), na obr. 3 a 4 je podélný řez. Snímky demonstrují „trubičkovitou“ strukturu biouhlu s póry různých velikostí.
Biouhel byl pro další využití dále drcen válcovým drtičem (vlastní konstrukce původce) nebo pro získání jemnějších frakcí v kulovém mlýnu (Jizerská porcelánka s.r.o., Děsná v Jizerských horách I, ČR, mlecí stolice vlastní konstrukce původce, vnitřní objem mlýnu cca 6 1, mlecí koule průměr 20-30 mm, materiál mlýnu a koulí - technický porcelán). Z nadrceného/namletého biouhlu byly pomocí analytických sít separovány 4 frakce s odlišnou velikostí částic; frakce 1: 0-2,0 mm, frakce 2: 2,0-2,8 mm, frakce 3: 2,8- 11,2 mm a frakce 4: nad 11,2 mm. Frakce s částicemi nad 11,2 mm měla v předběžných testech nejhorší tepelně izolační vlastnosti a pro přípravu tepelně izolačních materiálů nebyla dále využita (byla opětovně drcena na frakce s menšími částicemi).
V následující tabulce 1 jsou uvedeny charakteristiky frakcí biouhlu připraveného z různých zdrojů.
Tabulka 1: Vlastnosti biouhlu z různých zdrojů, měkkého dřeva - vrby, tvrdého dřeva - směsi buku a dubu a pilin smrkového dřeva
Č. frakce: velikost částic (mm) Násypná hmotnost (g/dm3) Setřesná hmotnost (g/dm3)
Vrba 1: 0-2,0 164,66 229,10
2: 2,0-2,8 150,31 177,35
3: 2,8-11,2 142,02 164,48
Směs buk-dub 1: 0-2,0 299,42 391,61
2: 2,0-2,8 236,37 271,35
3: 2,8-11,2 245,16 270,36
Smrk (piliny) 1: 0-2,0 135,45 166,82
2: 2,0-2,8 90 114,09
Z tabulky 1 je vidět, že nejjemnější frakce je těžší, má vyšší násypnou i setřesnou hmotnost ve srovnání s frakcemi 2 nebo 3 pro všechny druhy dřeva. Všechny frakce biouhlu z tvrdého dřeva (buk-dub) jsou významně „hutnější“ než odpovídající frakce biouhlu z měkkého dřeva. V předběžném experimentu bylo zjištěno, že u biouhlu z vrby a buku-dubu nebyl zásadní rozdíl v tepelném prostupu mezi frakcemi 2 a 3. Frakce 1 však vykazovala horší tepelně izolační vlastnosti. Násypná hmotnost různých druhů biouhlu leží mezi měrnou hmotností perlitu (200 kg/m3) a keramzitu (600 kg/m3), v některých případech je dokonce významně nižší (zejména smrk-piliny).
Příklad 2
Izolační vlastností stavebního prvku plněného sypkým bíouhlem
Byla použita betonová tvárnice (tzv. ztracené bednění, DITON s.r.o., Střítež, Česká republika) o vnějších rozměrech 500 x 250 x 100 mm s jednou dutinou (viz obr. 5), kde dutina (mírně kónická) má rozměr (plochu) 425 x 30 mm na jednom konci a 435 x 37 mm na druhém konci tvárnice (viz obr. 6).
CZ 2024 - 246 A3
Dutina byla naplněna sypkým biouhlem, resp. určitou frakcí (viz tabulky 2 a 3) nasypáním a setřesením (popř. doplněním biouhlu a opakováním setřesení, dokud náplň již nesedala), biouhel byl zafixován v dutině jutovou tkaninou namočenou v tekuté sádře (stejně byly uzavřeny dutiny kontrolních tvárnic). Jako kontrolní vzorky sloužila prázdná tvárnice (tj. v dutině byl vzduch) a tvárnice naplněná standardně zhutněnou minerální vatou (zn. ISOVER ORSIK, výrobce SaintGobain Construction Products CZ a.s.).
Tvárnice byla položena boční stěnou na elektricky vyhřívanou kovovou (měděnou) plotnu (vlastní konstrukce původce) a pomocí teplotního senzoru (termočlánek typu K, MAX6675 Modul, zapisovač vlastní konstrukce původce) umístěného na protilehlé stěně tvárnice byla měřena teplota této stěny v průběhu 24 hodin. Plotna byla vyhřívána na teplotu 87 °C ± 3 °C, teplota místnosti v průběhu experimentu byla 20 °C ± 2 °C. Výsledky měření jsou uvedeny v tabulce 2 a 3.
Výsledky ukázaly, že nejlepší tepelně izolační vlastnosti měl biouhel frakce 2,0-11,2 mm (frakce 2+3) z vrby (vit tabulka 2) a biouhel frakce 2,8-11,2 (frakce 3) z buku-dubu (viz tabulka 3), tyto výplně byly z hlediska prostupu tepla v podstatě shodné. Nevýznamně horší byl biouhel frakce ΟΙ 1,2 (tj. frakce 1+2+3, bez oddělení nejjemnější frakce 1) z vrby a biouhel frakce 2,0-2,8 mm (frakce 2) z buku-dubu.
Z biouhlu z vrby byla připravena také hrubá frakce, která obsahovala částice až do velikosti 40 mm, přičemž ale nebyla odstraněna jemná frakce, tedy velikost částic byly v rozmezí 0-40 mm. Tato frakce biouhlu z vrby vykazovala nejhorší tepelně izolační vlastnosti (ale přesto lepší, než vzduchová výplň), pravděpodobně v důsledku příliš velkých a vzájemně propojených vzduchových prostor. Překvapivě podobně se chovala i výplň frakcí 0-2,0 mm (frakce 1, nejjemnější) biouhlu z buku-dubu.
Ve všech testovaných případech se ukázalo, že tepelně izolační vlastnosti tvárnice naplněné sypkým biouhlem jsou významně lepší než u tvárnice bez výplně a (v závislosti na frakci) velmi blízké nebo shodné s tvárnicí naplněnou minerální vatou.
Tabulka 2. Výplň tvárnice biouhlem z vrby. Průběh teploty vnější stěny tvárnice protilehlé ke stěně vyhřívané za 20 hodin. U každé varianty je v levém sloupci teplota (°C) stěny, v pravém sloupci je teplota (°C) vyhřívací plotny. Kontrolní tvárnice byla vyplněna minerální vatou (kontrola 1) nebo byla bez výplně (kontrola 2).
čas KONTROLA 1 min. vata Vrba 2-11,2 mm Vrba 0-ll,2mm Vrba 0-40 mm KONTROLA 2 vzduch
0:00:00 18 87 18 87 31 92 41 89 16 86 24 89 18 87
4:00:00 32 89 32 89 38 86 48 86
8:00:00 41 89 42 92 47 89 57 87
12:00:00 44 89 46 89 48 92 51 91 61 87
16:00:00 47 82 49 91 51 91 53 89 62 90
20:00:00 50 90 50 91 53 90 54 87 63 86
Tabulka 3. Výplň tvárnice biouhlem z buku-dubu. Průběh teploty vnější stěny tvárnice protilehlé ke stěně vyhřívané za 20 hodin. U každé varianty je v levém sloupci teplota (°C) stěny, v pravém sloupci je teplota (°C) vyhřívací plotny. Kontrolní tvárnice byla vyplněna minerální vatou (kontrola 1) nebo byla bez výplně (kontrola 2).
-7 CZ 2024 - 246 A3
čas KONTROLA 1 min. vata Buk-dub 2,8-11,2 mm Buk-dub 2-2,8 mm Buk-dub 0-2 mm KONTROLA 2 vzduch
0:00:00 18 87 18 llillll 16 86 18 87 18 87
4:00:00 32 89 31 lilllll 32 89 30 92 48 86
8:00:00 41 89 41) 90 42 92 39 89 57 87
12:00:00 44 89 46 llillll 48 92 46 90 61 87
16:00:00 47 82 48 llillll 51 91 49 91 62 90
20:00:00 50 90 50 52 90 54 92 63 86
Příklad 3
Plnění stavebních prvků sypkým bíouhlem
A. Plnění bíouhlem při výrobě stavebního prvku
Při výrobě se dutá cihla/tvámice nebo jiná tvarovka naplní sypkým bíouhlem a na vibračním stroji se třese, a doplní tak, že se výplň již dále nesesedá. Lze plnit i dutiny, které jsou po montáži stavebního prvku v horizontální poloze, například stropní panely a tvarovky typu miako a hurdis, ale i další tvarovky s vnitřními dutinami jako například panely a další.
Pro zafixování výplně v dutinách lze použít několik způsobů.
a) Překrytí otvorů z obou stran pojivém, plnícím funkci „špuntu“, lze použít pojivá na bázi sádry, cementu, vápna, polymerů apod. Do pojivá lze také namíchat jemnou frakci (0-2,0 mm) biouhlu a tím zmenšit tepelný most fixační vrstvy. Příkladem výhodné směsi pro utěsnění sypké náplně biouhlu je směs 20 % frakce 1 biouhlu, 30 % sádry a 50 % vody (% jsou hmotnostní %).
b) Další možností je překrytí vyplněných otvorů síťovinou. Síťovina je zvolena proto, aby se tvořily kvalitní spoje a pojivo se dostalo přímo na nosnou část stavebního prvku. Toto zvláště platí u použití textilní síťoviny nebo síťoviny z papíru. Z ekologických důvodů je doporučeným materiálem síťoviny biologicky odbouratelný materiál jako textil, papír, ale lze použít i skelnou tkaninu, nebo síťovinu s jiných vláken. Velikost ok v síťovině by měla být menší než velikost vsypané frakce biouhlu. K fixaci síťoviny lze použít opět pojiva/lepidla na bázi sádry, cementu, vápna, ale také lepidla na organickém základu. Příkladem vhodné síťoviny je jutová tkanina v kombinaci se sádrou nebo lepidlem na bázi cementu.
c) Další možností je lisování nebo pěchování náplně do dutiny stavebního prvku. Při zhutnění biouhlu se sice mohou zhoršit tepelně izolační vlastnosti, ale naopak se zvýší množství uloženého uhlíku na jednotku objemu výsledného materiálu. Pro lisování se hodí spíše jemnější frakce 1 (0-2,0 mm). Pro zlepšení soudržnosti lze použít navlhčení biouhlu, popřípadě i navlhčení biouhlu s přídavkem pojivá. Výhodně lze použít např. vodní sklo.
d) Biouhel je možné opatřit pojivém před plněním dutiny. Biouhel se obalí v předem připraveném pojivu, a následně se nasype do dutiny. Po vytvrdnutí již pevně drží v dutině a nesype se ven. Jako pojivo lze použít sádru, cement, vápno, polymer, a další organická a anorganická pojivá.
B. Plnění stavebních prvků bíouhlem přímo při stavbě
-8CZ 2024 - 246 A3
Do dutin se pomocí násypky nasype biouhel potřebné frakce. Doporučuje se využít hrubší frakce a vynechat nejjemnější frakci 1, která je prašná a tepelně izolační vlastnosti biouhlu nezlepšuje. Během plnění dutiny může být zároveň použito hutnění, a to mechanické i vibrační. V případě plnění cihel nebo tvarovek po naplnění následuje čištění dosedových ploch, nanesením malty nebo jiného vazného materiálu a následuje položení další cihly, nebo tvarovky která se opět bude plnit stejným způsobem. Tento způsob je vhodný pro plnění vertikálních komor. Dále lze obdobně plnit dutiny podlah a další dutiny kde je možné nasypat sypký materiál.
Příklad 4
Příprava izolačního materiálu obsahujícího biouhel a pojivo
Při drcení biouhlu vzniká velký podíl jemné frakce 0-2,0 mm (frakce 1), a to až v množství Ά váhy drceného biouhlu. Tuto jemnou frakci lze výhodně využít pro přípravu tepelně izolační hmoty obsahující biouhel a pojivo.
Pro přípravu tepelně izolačního materiálu se smíchá biouhel frakce 1 (popřípadě i jiné frakce) s pojivém, například sádrou, cementem, vápnem a dalšími, a tato tekutá/polotekutá směs se nalije se do dutin. Je zde určitá nevýhoda v delším schnutí výplně, protože se zde musí použít větší množství rozdělávací vody, ale naopak výhodou je, že po vyschlé vodě vzniká porézní materiál, který má lepší tepelně izolační vlastnosti. Podílem biouhlu ku pojivu lze do jisté míry řídit tepelně izolační vlastnosti a tvrdost vzniklého materiálu.
Pro přípravu izolačního materiálu byla použita sádra Almond LC (Formula Saint Gobain) a Jemný biouhel“, tj. frakce 1 biouhlu z buku-dubu (mletého na kulovém mlýně, frakce 0 -2,0 mm) a „hrubý“ biouhel (ze smrkových pilin, nedrcený, velikost částic délky až 5,0 mm).
V kombinaci se sádrou bylo zkoušeno široké rozmezí obsahu biouhlu od 0,1 % (hmoto.) do 75 % vůči sádře, výhodný poměr byl 50-67 % biouhlu vzhledem k sádře. Pro míchání nejlépe vyhovovalo přidání přibližně 50 % vody vzhledem k hmotnosti suché směsi biouhel + sádra. Větší obsah vody vedl k tekutější směsi, ale po vytvrdnutí méně pevné, a menší obsah vody vedl ke směsi, která již nešla zalévat, ale bylo možné ji plnit do dutin a dusat. Příklady směsí, které vykazovaly dobré vlastnosti při zachování co největšího obsahu biouhlu jsou uvedeny v tabulce 4.
Výhodné složení směsi, kde byla přítomna jen jemná frakce biouhlu, bylo následující (vše hmota. %): biouhel jemný 25-35 %, sádra 15-25 % a voda 40-60 %. Největšího množství zapracovaného biouhlu bylo použito v kombinaci jemného a hrubého biouhlu, a to v rozmezí 33-44 % biouhlu (společně jemná i hrubá frakce), 12-23 % sádry a voda 33-55 % (viz vzorky 1 a 2 v tabulce 4). Množství sádry menší než 10 % poskytlo směs, která špatně tuhla a byla velmi měkká.
Tabulka 4. Izolační materiál obsahující biouhel a pojivo - sádru.
Vzorek č. biouhel jemný buk-dub (0-2.0 mm) biouhel hrubý smrkové piliny sádra voda
1 35 % - 15 % 50 %
2 25 % - 25 % 50 %
llllllilllii lilBiiiiiiiiiiiiŽ lilillllllllllllllllli liiiillllli
4 22 % 11 % 23 % 44 %
Dále byly testovány směsi obsahující biouhel, sádru a vodní sklo, kde přídavek vodního skla vedl ke vzniku tvrdší směsi (viz tabulka 5).
-9CZ 2024 - 246 A3
Tabulka 5. Izolační materiál obsahující biouhel, sádru a vodní sklo.
Č. vzork ,u Biouhel bt dub 0-2 mm sk- voda Vodní sklo sádra Měrná hmotnost (hustota) výsledného materiálu {kg dr.ť i
1 24 % 48 % 4% 24 % 0,57
20% 40 % 4% 36 % 0,67
17 % /llllllllll
4 27 % 52 % 1 % 20 % 0,49
Všechny uvedené směsi byly vhodné k plnění dutin. Měření tepelně izolačních vlastností (stejně jako v příkladu 2) výplně tvárnice z materiálů uvedených v tabulkách 4 a 5 ukázala, že i při nejnižším obsahu biouhlu (17-20 %) byla tepelná vodivost významně menší než u čistého pojivá (sádry). Větší obsah biouhlu ve směsi vedl jednoznačně ke zhoršení tepelné vodivosti, tedy zlepšení tepelně izolačních vlastností. Nejhorší tepelnou vodivost vykazoval vzorek s obsahem biouhlu 44 % (vzorek 3 v tabulce 4).
Měrná hmotnost výhodných materiálů (vzorek 3 a 4 v tabulce 5) je 490-500 kg/m3, což je hodnota vyšší než např. hodnota uváděná pro perlit (200 kg/m3), ale nižší než hodnota pro keramzit (600 kg/m3), srovnatelná je přibližně např. s heraklitem (450 kg/m3).
Obdobné směsi jako se sádrou byly namíchány s cementem jako pojivém Cement PortlandKalksteinzement CEM II/A-LL 42,55 N, výrobce SCHWENK, Ulm, SRN). Měření tepelně izolačních vlastností (stejně jako v příkladu 2) ukázala, že i při nejnižším obsahu biouhlu (28 %) byla tepelná vodivost významně menší než u čistého pojivá (cementu). S rostoucím obsahem biouhlu ve směsi se jednoznačně zhoršovala tepelná vodivost materiálu. Měrné hmotnosti cementových materiálů s obsahem jemného biouhlu byly srovnatelné se sádrovými materiály. Jeden z výhodných materiálů obsahujících jemný biouhel obsahoval 33 % biouhlu, 17 % cementu a 50 % vody. Velmi zajímavé materiály vznikly v případě, že biouhel byl převážně nebo výlučně hrubý biouhel (ze smrkových pilin, nedrcený, velikost částic délky až 5 mm). Tyto materiály měly dobré tepelně izolační vlastnosti, a navíc měly velmi nízkou měrnou hmotnost (230-330 kg/m3) blížící se měrné hmotnosti perlitu (200 kg/m3).
Tabulka 6. Izolační materiál obsahující biouhel a pojivo - cement.
Vz. č. biouhel jemný buk-dub (0-2,0 mm) biouhel hrubý smrkové piliny cement voda Měrná hmotnost (hustota) výsledného materiálu (kg/dm3)
1 19% 19% 9 % 53 % 0.45
7 28 % - 28% 44 % 0,67
3 33 % - 17% 50% 0,68
4 3 % 32 % 7% 58 % 0,23
5 - 33 % 17 % 50 % 0,33
Byly namíchány také směsi s vápnem jako pojivém. Tyto směsi jsou také v principu využitelné, ale jejich nevýhodou je dlouhá doba tuhnutí.
- 10CZ 2024 - 246 A3
Další zajímavý materiál vznikl smísením jemného a hrubého biouhlu (viz tabulka 7) s vodou bez jakéhokoliv pojivá. Po zatuhnutí (vyschnutí) vznikla v podstatě pevná hmota dobře soudržná, která má dobré tepelně izolační vlastnosti a je vhodná jako výplň dutých stavebních prvků.
Tabulka 7. Pevný izolační materiál obsahující pouze biouhel
Vz. č. biouhel jemný buk-dub (0-2,0 mm) biouhel hrubý smrkové piliny pojivo voda Měrná hmotnost (hustota) výslednéh 0 materiálu (kg.dm )
1 24 % 24 % - 52 % 0,31
Sádra a cement se ukázaly jako optimální pojivá pro tepelně-izolační materiály obsahující biouhel io a pojivo. Výsledné materiály obsahující biouhel a sádru nebo cement vykazovaly dobré tepelně izolační vlastnosti a měrnou hmotnost v rozmezí některých běžně užívaných izolačních materiálů. Z ekonomické hlediska se jeví jako vhodnější pojivo cement, který je levnější než sádra. Ekologicky je naopak výhodnější sádra, protože se zpracovává při nižších teplotách a výroba tedy produkuje méně CO2 v důsledku zahřívání suroviny. Navíc se při výrobě cementu uvolňuje velké 15 množství CO2 z vlastní suroviny, kdežto sádrovec při výrobě sádry uvolňuje jen vodu. Optimální variantou by tedy bylo využívat sádru z nej levnější zdroje, kterým může být např. odpadní sádrovec, tzv. energo sádrovec vznikající při odsiřování v uhelných elektrárnách.

Claims (13)

1. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků, vyznačující se tím, že obsahuje nadrcený, popřípadě namletý biouhel z dřevní hmoty.
2. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 1, vyznačující se tím, že biouhel byl připraven konvenční pyrolýzou dřevní hmoty při teplotě 300-700 °C bez přístupu vzduchu.
3. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že biouhel je ve formě částic o velikosti 0-11,2 mm, výhodně 2,0-11,2 mm.
4. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje pojivo, kterým je sádra, cement, vápno nebo polymer, a vodu.
5. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 4, vyznačující se tím, že biouhel je ve formě částic velikosti 0-2,0 mm.
6. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 5, vyznačující se tím, že obsahuje 25-35 hmota. % biouhlu, 15-25 hmota. % sádry a 40-60 hmota. %. vody.
7. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje 33-44 hmot. % biouhlu, 12-23 hmota. % sádry a 33-55 hmota. % vody, přičemž polovina množství biouhlu je ve formě jemných částic velikosti 0-2,0 mm a polovina množství biouhlu je ve formě hrubých částic velikosti 0-40 mm.
8. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje 33 hmota. % biouhlu ve formě částic velikosti 0-2,0 mm, 17 hmota. % cementu a 50 hmota. % vody.
9. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje 33 hmota. % biouhlu ve formě částic velikosti 0-5,0 mm, 17 hmota. % cementu a 50 hmota. % vody.
10. Použití nadrceného a/nebo namletého biouhlu z dřevní hmoty pro plnění dutých stavebních prvků.
11. Způsob výroby tepelně izolačního materiálu pro plnění dutých stavebních prvků vyznačující se tím, že obsahuje kroky, kdy se
a) připraví biouhel pyrolýzou dřevní hmoty při teplotě 300-700 °C bez přístupu vzduchu;
b) biouhel z kroku a) se nadrtí a/nebo namele;
c) z drceného/namletého boiuhlu z kroku b) se připraví zvolená(é) frakce;
d) popřípadě se jedna nebo více frakcí smíchá s pojidlem a vodou.
12. Způsob zlepšení tepelně izolačních vlastností dutého stavebního prvku, vyznačující se tím, že se dutina nebo dutiny stavebního prvku vyplní tepelně izolačním materiálem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9.
13. Dutý stavební prvek, vyznačující se tím, že alespoň jedna jeho dutina je vyplněna tepelně izolačním materiálem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9.
CZ2024-246A 2024-06-17 2024-06-17 Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití CZ310607B6 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2024-246A CZ310607B6 (cs) 2024-06-17 2024-06-17 Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití
EP25749598.6A EP4720423A1 (en) 2024-06-17 2025-06-16 Thermal insulation material comprising biochar for filling hollow building elements, method of its production and its use
PCT/CZ2025/050054 WO2025261543A1 (en) 2024-06-17 2025-06-16 Thermal insulation material comprising biochar for filling hollow building elements, method of its production and its use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2024-246A CZ310607B6 (cs) 2024-06-17 2024-06-17 Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2024246A3 true CZ2024246A3 (cs) 2025-12-24
CZ310607B6 CZ310607B6 (cs) 2026-01-21

Family

ID=96625944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2024-246A CZ310607B6 (cs) 2024-06-17 2024-06-17 Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4720423A1 (cs)
CZ (1) CZ310607B6 (cs)
WO (1) WO2025261543A1 (cs)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1920052A1 (de) * 1969-04-19 1970-10-29 Werner Dipl Ing Siegfried Leichtbeton und Verfahren zu dessen Herstellung sowie aus ihm gefertigtes Bauwerk oder Bauelement
CN110621634A (zh) * 2017-05-02 2019-12-27 新加坡国立大学 可持续的建筑材料及其制备方法和用途
CZ30951U1 (cs) * 2017-07-17 2017-08-21 Wienerberger cihlářský průmysl, a. s. Tepelněizolační zdicí keramická tvarovka zejména pro výstavbu nízkoenergetických a pasivních staveb
CN107586081A (zh) * 2017-08-18 2018-01-16 王震洪 一种生物炭混凝土
CN110357658A (zh) * 2019-07-01 2019-10-22 蚌埠市阿尔贝斯建材有限公司 一种轻质抗裂粘结砂浆
WO2023006136A1 (de) * 2021-07-30 2023-02-02 Axel Preuss Verfahren zum einsatz von biokohle bei der herstellung von beton mit einer verbesserten co2-bilanz
CN115872704B (zh) * 2022-12-29 2024-09-27 生物炭建材有限公司 一种自清洁碳负性生物炭隔热抹灰砂浆及其制备方法
CN115784702B (zh) * 2023-01-06 2024-05-17 生物炭建材有限公司 一种碳负性石膏基生物炭保温抹灰砂浆的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025261543A1 (en) 2025-12-26
EP4720423A1 (en) 2026-04-08
CZ310607B6 (cs) 2026-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bouchefra et al. Mechanical and thermophysical properties of compressed earth brick rienforced by raw and treated doum fibers
CN110621634A (zh) 可持续的建筑材料及其制备方法和用途
EP2543652B1 (en) Thermal insulator using closed cell expanded perlite
FR2615505A1 (fr) Procede pour fabriquer du sulfate de calcium semi-hydrate sous forme alpha a partir de sulfate de calcium bihydrate finement divise
Freidin et al. Bricks made of coal fly-ash and slag, cured in the open air
RU2403230C1 (ru) Способ получения гранулированного теплоизоляционного материала
Akanyeti et al. Geo-polymerization technique for brick production from coal ash and cigarette butts
RU2277520C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий (варианты)
CZ2024246A3 (cs) Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití
KR20170028236A (ko) 천연광석 분말을 포함하는 친환경 미장용 첨가제와 그것을 이용한 미장용 시멘트 및 몰탈
CZ38022U1 (cs) Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel
US2204581A (en) Insulating material and its manufacture
KR101611441B1 (ko) 천연광석 분말을 포함하는 친환경 미장용 첨가제와 그것을 이용한 미장용 시멘트 및 몰탈
RU2327666C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий с использованием осадочных высококремнеземистых пород, шихта для стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий
Amazal et al. Production and characterization of a composite based on plaster and Juncus maritimus plant fibers
CN121127125A (zh) 种植植被的方法和构建元件
CN118221409A (zh) 一种高流动性镁渣浆体和碳化轻骨料混凝土及其制备方法
Sungkono Characteristics of clay tile with rice husk ash on absorption and flexural strength
RU2203242C2 (ru) Способ изготовления арболита
EP2726431A1 (fr) Matière poreuse à base de silice et de portlandite pour le garnissage de briques d'isolation de structure contrôlée et procédé d'élaboration associé
JP7041918B2 (ja) 曲げ性能が高いジオポリマー硬化体及びその製造方法
US2958623A (en) Method of molding a low density high strength shaped body from a dilute slurry
CN1521372A (zh) 耐火隔热材料
RU2318772C1 (ru) Способ изготовления стеновых керамических изделий, сырьевая шихта для изготовления стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий
RU2858369C1 (ru) Композиция для изготовления тротуарной плитки