CZ38022U1 - Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel - Google Patents
Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel Download PDFInfo
- Publication number
- CZ38022U1 CZ38022U1 CZ2024-42048U CZ202442048U CZ38022U1 CZ 38022 U1 CZ38022 U1 CZ 38022U1 CZ 202442048 U CZ202442048 U CZ 202442048U CZ 38022 U1 CZ38022 U1 CZ 38022U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- biochar
- thermal insulation
- filling
- fraction
- gypsum
- Prior art date
Links
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims description 53
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 title claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 50
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 45
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 42
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 25
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 23
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 4
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 25
- 241000124033 Salix Species 0.000 description 18
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 16
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 14
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 240000007313 Tilia cordata Species 0.000 description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 10
- 241001070947 Fagus Species 0.000 description 9
- 235000010099 Fagus sylvatica Nutrition 0.000 description 9
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 9
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 6
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 5
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 4
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 3
- 241000219492 Quercus Species 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 240000000491 Corchorus aestuans Species 0.000 description 2
- 235000011777 Corchorus aestuans Nutrition 0.000 description 2
- 235000010862 Corchorus capsularis Nutrition 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 239000011464 hollow brick Substances 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001278099 Populus maximowiczii Species 0.000 description 1
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 1
- 240000000111 Saccharum officinarum Species 0.000 description 1
- 235000007201 Saccharum officinarum Nutrition 0.000 description 1
- 241001014730 Salix glabra Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 235000021168 barbecue Nutrition 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 chaff Substances 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000144977 poultry Species 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Building Environments (AREA)
Description
Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel
Oblast techniky
Předkládané technické řešení 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 nebo je ve směsi s pojidlem ve formě polotekuté až tekuté.
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 CAVITY 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 CZ 30951 UI 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/CCK 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 CN 107586081 A. Beton s obsahem biouhlu až do 30 %, kde biouhel je získán pyrolýzou odpadů z vepřína, byla popsán v patentu US 11104611 B2. Patentová přihláška US 20230002276 Al popsala uhlíkově negativní beton, kde až 26 % cementu je nahrazeno biouhlem. Byly také připraveny omítky (např. CN 115784702 A) 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 až 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 neužívájen 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, a tím zlepšit její sorpci a zadržování vláhy a živin. Dalším pozitivem je i určitá míra absorpce některých škodlivin z prostředí, její rychlost je závislá na vnitřní ploše biouhlu, která mj. závisí na způsobu jeho výroby.
-1 CZ 38022 U1
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 technického řešení
Předložené technické řešení se týká tepelně izolačního materiálu, který obsahující biouhel. Dále se týká stavebních prvků vyplněných tepelně izolačním materiálem obsahujícím biouhel. Tím předložené technické řešení 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 technického řešení byl získán pyrolýzou dřevní hmoty a dále upraven drcením a/nebo mletím. Výchozím materiálem bylo měkké dřevo (měrná hmotnost 500 až 600 kg/m3), reprezentované zde dřevem vrby a smrku, a také tvrdé dřevo (měrná hmotnost 700 až 800 kg/m3) reprezentované zde dřevem z buku a dubu. Biouhel z vrby byl získán konvenční pyrolýzou při 600 až 700 °C bez přístupu vzduchu. Biouhel z buku-dubu je dřevěné uhlí ze směsi dřeva buku a dubu získané pyrolýzou při 300 až 700 °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 rychlerostoucích 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 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 až 2,0 mm, frakce 2: 2,0 až 2,8 mm, frakce 3: 2,8 až 1,2 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.
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
- 2 CZ 38022 U1 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 dutina je myšlen jakýkoliv dutý prostor ve výše uvedených stavebních prvcích. Dutinou stavebního prvku ve smyslu předloženého technického řešení 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 až 11,2 mm) biouhlu z vrby a frakci 3 (2,8 až 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 předloženého technického řešení 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 až 11,2 mm z vrby nebo biouhel frakce 2,8 až 11,2 mm z buku-dubu použitý jako výplň duté tvárnice vykazoval hodnoty shodné s minerální vatou.
Plnění dutin stavebních prvků sypkým tepelně izolačním materiálem obsahujícím biouhel lze realizovat následujícími způsoby:
A) 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.
B) 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 pojivem, plnícím funkci „špuntu“, kdy lze použít pojiva 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 pojivem 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 anorganická pojiva. Výhodné je vápenné mléko nebo cementové mléko. Obalování se provádí běžným způsobem známým odborníkům v oboru stavebních materiálů.
- 3 CZ 38022 U1
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. Pojivem 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 až 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 pojivem. Jemný biouhel může představovat až 35 % hmotn. ve směsi se sádrou a vodou. Při kombinaci jemného a hrubého biouhlu (v poměru 1:1) tvořil biouhel až 44 % hmotn. ve směsi se sádrou a vodou. Materiál obsahující 27 % hmotn. jemné frakce biouhlu z buku-dubu, 20 % hmotn. sádry a 1 % hmotn. vodního skla (+ 52 % hmotn. 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 pojiva, 12 až 17 % hmotn., 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 % hmotn.) byla tepelná vodivost materiálu významně menší než u čistého pojiva (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 % hmotn. biouhlu, 17 % hmotn. cementu a 50 % hmotn. 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 až 330 kg/m3) blížící se měrné hmotnosti perlitu (200 kg/m3).
Zajímavý materiál vznikl smísením jemného (frakce 0 až 2,0 mm) a hrubého biouhlu (0 až 5,0 mm, připraven z pilin) s vodou (v poměru 1:1:2) bez jakéhokoliv pojiva. Po zatuhnutí (vyschnutí) vznikla v podstatě pevná hmota dobře soudržná, která má dobré tepelně izolační vlastnosti a je vhodná jako výplň dutých stavebních prvků.
Předložené technické řešení 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 až 700 °C bez přístupu vzduchu.
Výhodný tepelně izolační materiál obsahuje biouhel je ve formě částic o velikosti 0 až 11,2 mm, výhodně 2,0 až 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 až 2,0 mm.
Výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 25 až 35 % hmotn. biouhlu ve formě částic velikosti 0 až 2,0 mm, 15 až 25 % hmotn. sádry a 40 až 60 % hmotn. vody.
Další výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33 až 44 % hmotn. biouhlu, 12 až 23 % hmotn. sádry a 33 až 55 % hmotn. vody, přičemž polovina
- 4 CZ 38022 U1 množství biouhlu je ve formě jemných částic velikosti 0 až 2,0 mm a polovina množství biouhlu je ve formě hrubých částic velikosti 0 až 40 mm.
Jiný výhodný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33 % hmotn. biouhlu ve formě částic velikosti 0 až 2,0 mm, 17 % hmotn. cementu a 50 % hmotn. vody. A ještě jiný tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahuje 33 % hmotn. biouhlu ve formě částic velikosti 0 až 5,0 mm, 17 % hmotn. cementu a 50 % hmotn. vody.
Předložené technické řešení se také 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 7.500x) Obr. 3 Elektronmikroskopický snímek podélného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 750x) Obr. 4 Elektronmikroskopický snímek podélného řezu biouhlu ze dřeva dubu (zvětšení 7.500x) Obr. 5 Betonová tvárnice použitá jako příkladný dutý stavební prvek.
Obr. 6 Betonová tvárnice použitá jako příkladný dutý stavební prvek - ústí dutiny.
Příklady uskutečnění technického řešení
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 až 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 až 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 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., Desná v Jizerských horách I, ČR, mlecí stolice vlastní konstrukce původce, vnitřní objem mlýnu cca 6 l, mlecí koule průměr 20 až 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 až 2,0 mm, frakce 2: 2,0 až 2,8 mm, frakce 3: 2,8 až 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).
- 5 CZ 38022 UI
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 vlastnosti stavebního prvku plněného sypkým biouhlem
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).
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 Saint-Gobain 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.
CZ 38022 UI
Výsledky ukázaly, že nejlepší tepelně izolační vlastnosti měl biouhel frakce 2,0 až 11,2 mm (frakce 2+3) z vrby (vit tabulka 2) a biouhel frakce 2,8 až 11,2 (frakce 3) zbuku-dubu (viz tabulka 3), tyto výplně byly z hlediska prostupu tepla v podstatě shodné. Nevýznamně horší byl biouhel frakce 0 až 11,2 (tj. frakce 1+2+3, bez oddělení nejjemnější frakce 1) z vrby a biouhel frakce 2,0 až 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 až 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 až 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 | 16 | 86 | 24 | 89 | 18 | 87 |
| 4:00:00 | 32 | 89 | 31 | 92 | 32 | 89 | 38 | 86 | 48 | 86 |
| 8:00:00 | 41 | 89 | 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 |
-7 CZ 38022 UI
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).
| 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 | 87 | 16 | 86 | 18 | 87 | 18 | 87 |
| 4:00:00 | 32 | 89 | 31 | 88 | 32 | 89 | 30 | 92 | 48 | 86 |
| 8:00:00 | 41 | 89 | 40 | 90 | 42 | 92 | 39 | 89 | 57 | 87 |
| 12:00:00 | 44 | 89 | 46 | 90 | 48 | 92 | 46 | 90 | 61 | 87 |
| 16:00:00 | 47 | 82 | 48 | 90 | 51 | 91 | 49 | 91 | 62 | 90 |
| 20:00:00 | 50 | 90 | 50 | 89 | 52 | 90 | 54 | 92 | 63 | 86 |
Příklad 3
Plnění stavebních prvků sypkým biouhlem
A. Plnění biouhlem při výrobě stavebního prvku
Při výrobě se dutá cihla/tvámice nebo jiná tvarovka naplní sypkým biouhlem 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 až 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 až 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
-8 CZ 38022 U1 a nesype se ven. Jako pojivo lze použít sádru, cement, vápno, polymer, a další organická a anorganická pojiva.
B. Plnění stavebních prvků biouhlem přímo při stavbě
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 tepelně izolačního materiálu obsahujícího biouhel a pojivo
Při drcení biouhlu vzniká velký podíl jemné frakce 0 až 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 pojivem, 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 až 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 % hmotn. do 75 % hmotn. vůči sádře, výhodný poměr byl 50 až 67 % hmotn. biouhlu vzhledem k sádře. Pro míchání nejlépe vyhovovalo přidání přibližně 50 % hmotn. 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 % hmotn.): biouhel jemný 25 až 35 %, sádra 15 až 25 % a voda 40 až 60 %. Největšího množství zapracovaného biouhlu bylo použito v kombinaci jemného a hrubého biouhlu, a to v rozmezí 33 až 44 % biouhlu (společně jemná i hrubá frakce), 12 až 23 % sádry a voda 33 až 55 % (viz vzorky 1 a 2 v tabulce 4). Množství sádry menší než 10 % poskytlo směs, která špatně tuhla a byla velmi měkká.
- 9 CZ 38022 UI
Tabulka 4: Izolační materiál obsahující biouhel a pojivo - sádru (uvedená % jsou % hmota.).
| Vzorek č. | biouhel jemný buk-dub (0-2,0 mm) | biouhel hrubý smrkové piliny | sádra | voda |
| 1 | 35 % | - | 15 % | 50% |
| 2 | 25 % | - | 25 % | 50% |
| 3 | 22% | 22% | 12% | 44% |
| 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).
Tabulka 5: Izolační materiál obsahující biouhel, sádru a vodní sklo (uvedená % jsou % hmota.).
| Č. vzorku | Biouhel bukdub 0-2 mm | voda | Vodní sklo | sádra | Měrná hmotnost (hustota) výsledného materiálu (kg/dm3) |
| 1 | 24% | 48% | 4% | 24% | 0,57 |
| 2 | 20% | 40% | 4% | 36% | 0,67 |
| 3 | 17% | 66% | - | 17% | 0,50 |
| 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 až 20 % hmota.) 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 % hmota, (vzorek 3 v tabulce 4).
Měrná hmotnost výhodných materiálů (vzorek 3 a 4 v tabulce 5) je 490 až 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 % hmota.) 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 % hmota, biouhlu, 17 % hmota, cementu a 50 % hmota, 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 až 330 kg/m3) blížící se měrné hmotnosti perlitu (200 kg/m3).
- 10CZ 38022 UI
Tabulka 6: Izolační materiál obsahující biouhel a pojivo - cement (uvedená % jsou % hmota.).
| 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 |
| 2 | 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.
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 ((uvedená % jsou % hmota.).
| Vz. č. | biouhel jemný buk-dub (0-2,0 mm) | biouhel hrubý smrkové piliny | pojivo | voda | Měrná hmotnost (hustota) výslednéh 0 materiálu (kg/dm3) | |
| 1 | 24% | 24% | - | 52% | 0,31 |
Sádra a cement se ukázaly jako optimální pojivá pro tepelně-izolační materiály obsahující biouhel 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 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 (9)
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 je ve formě částic o velikosti 0 až 11,2 mm, výhodně 2,0 až 11,2 mm.
3. 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.
4. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 3, vyznačující se tím, že biouhel je ve formě částic velikosti 0 až 2,0 mm.
5. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje 25 až 35 % hmotn. biouhlu, 15 až 25 % hmotn. sádry a 40 až 60 % hmotn. vody.
6. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje 33 až 44 % hmotn. biouhlu, 12 až 23 % hmotn. sádry a 33 až 55 % hmotn. vody, přičemž polovina množství biouhlu je ve formě jemných částic velikosti 0 až 2,0 mm a polovina množství biouhlu je ve formě hrubých částic velikosti 0 až 40 mm.
7. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje 33 % hmotn. biouhlu ve formě částic velikosti 0 až 2,0 mm, 17 % hmotn. cementu a 50 % hmotn. vody.
8. Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje 33 % hmotn. biouhlu ve formě částic velikosti 0 až 5,0 mm, 17 % hmotn. cementu a 50 % hmotn. vody.
9. Dutý stavební prvek, vyznačující se tím, že alespoň jedna jeho dutina je vyplněna tepelně izolačním materiálem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-42048U CZ38022U1 (cs) | 2024-06-17 | 2024-06-17 | Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-42048U CZ38022U1 (cs) | 2024-06-17 | 2024-06-17 | Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ38022U1 true CZ38022U1 (cs) | 2024-07-30 |
Family
ID=92107884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2024-42048U CZ38022U1 (cs) | 2024-06-17 | 2024-06-17 | Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ38022U1 (cs) |
-
2024
- 2024-06-17 CZ CZ2024-42048U patent/CZ38022U1/cs active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bouchefra et al. | Mechanical and thermophysical properties of compressed earth brick rienforced by raw and treated doum fibers | |
| Su et al. | Influence of different fibers on properties of thermal insulation composites based on geopolymer blended with glazed hollow bead | |
| Mazhoud et al. | Mechanical properties of hemp-clay and hemp stabilized clay composites | |
| CN110621634A (zh) | 可持续的建筑材料及其制备方法和用途 | |
| Baduge et al. | Performance of lightweight hemp concrete with alkali-activated cenosphere binders exposed to elevated temperature | |
| TWI408040B (zh) | Inorganic plate and manufacturing method thereof | |
| Sinka et al. | Enhancement of lime-hemp concrete properties using different manufacturing technologies | |
| Baronins et al. | Pore distribution and water uptake in a cenosphere-cement paste composite material | |
| Piątkiewicz et al. | Influence of hemp-lime composite composition on its mechanical and physical properties | |
| Anandaraju et al. | Experimental investigation of papercrete brick | |
| RU2277520C1 (ru) | Способ изготовления стеновых керамических изделий (варианты) | |
| Martins et al. | Mechanical behavior of self-compacting soil-cement-sisal fiber composites | |
| CZ38022U1 (cs) | Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel | |
| Fernando et al. | Synthesis and characterization of clay brick using waste groundnut shell ash | |
| Falana et al. | Comparative effect of woodflour and granulated rice husk on the thermal insulation of termite hill clay | |
| RU2231505C1 (ru) | Керамическая масса для изготовления стеновых и облицовочных изделий | |
| CZ310607B6 (cs) | Tepelně izolační materiál pro plnění dutých stavebních prvků obsahující biouhel, způsob jeho výroby a jeho použití | |
| Amazal et al. | Production and characterization of a composite based on plaster and Juncus maritimus plant fibers | |
| 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 | |
| RU2858369C1 (ru) | Композиция для изготовления тротуарной плитки | |
| RU2318772C1 (ru) | Способ изготовления стеновых керамических изделий, сырьевая шихта для изготовления стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий | |
| RU2379258C1 (ru) | Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционной строительной керамики и состав для ее изготовления | |
| RU2318771C1 (ru) | Способ изготовления стеновых керамических изделий с использованием измельченных кристаллизованных стекол, шихта для стеновых керамических изделий и заполнитель для стеновых керамических изделий | |
| Sisman et al. | Effects of rice husk ash on characteristics of the briquette produced for masonry units | |
| Zamri et al. | The effect of oil palm shells on the mechanical and physical properties of composite brick |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20240730 |