PL246388B1 - Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania - Google Patents

Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania Download PDF

Info

Publication number
PL246388B1
PL246388B1 PL446906A PL44690623A PL246388B1 PL 246388 B1 PL246388 B1 PL 246388B1 PL 446906 A PL446906 A PL 446906A PL 44690623 A PL44690623 A PL 44690623A PL 246388 B1 PL246388 B1 PL 246388B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
layer
thickness
amount
hemp
compacted
Prior art date
Application number
PL446906A
Other languages
English (en)
Other versions
PL446906A1 (pl
Inventor
Przemysław Brzyski
Tomasz Bujnowski
Piotr ŁAPKA
Piotr Łapka
Łukasz Cieślikiewicz
Original Assignee
Tomasz Bujnowski
Lubelska Polt
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 Tomasz Bujnowski, Lubelska Polt filed Critical Tomasz Bujnowski
Priority to PL446906A priority Critical patent/PL246388B1/pl
Publication of PL446906A1 publication Critical patent/PL446906A1/pl
Publication of PL246388B1 publication Critical patent/PL246388B1/pl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B13/00—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material
    • B32B13/02—Layered products comprising a a layer of water-setting substance, e.g. concrete, plaster, asbestos cement, or like builders' material with fibres or particles being present as additives in the layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • 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
    • C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/02—Cellulosic materials
    • 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
    • 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
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
    • C04B24/04—Carboxylic acids; Salts, anhydrides or esters thereof
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/05—5 or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/06—Vegetal fibres
    • B32B2262/062—Cellulose fibres, e.g. cotton
    • B32B2262/065—Lignocellulosic fibres, e.g. jute, sisal, hemp, flax, bamboo
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2419/00—Buildings or parts thereof
    • 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
    • C04B2111/00612—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as one or more layers of a layered structure
    • 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
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Panels For Use In Building Construction (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Abstract

Zgłoszeniem przedstawionym na rysunku jest wielowarstwowy bloczek ściennych izolacyjny oraz sposób jego wykonania. Bloczek składa się z warstwy wewnętrznej i zewnętrznej o podwyższonych gęstościach oraz warstwy środkowej o obniżonej gęstości. Bloczek charakteryzuje się tym, że wszystkie warstwy składają się z: tlenku magnezu, paździerzy konopnych, roztworu wodnego chlorku magnezu, kwasu cytrynowego i wody wodociągowej. Wszystkie warstwy różnią się zawartością wymienionych składników, w efekcie czego wykazują różne właściwości. Warstwa wewnętrzna dodatkowo zawiera materiał zmiennofazowy PCM. Mieszanki stanowiące warstwy bloczka zagęszczane są w kierunku prostopadłym do docelowej powierzchni zewnętrznej bloczka (b x h). Stosując taki kierunek zagęszczenia, włókna paździerzy konopnych ułożone są równolegle do tej powierzchni. Poszczególne warstwy zagęszczane są różną siłą.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny i sposób jego wykonania.
Dziedzina gospodarki jaką jest budownictwo odpowiada za 40% światowej emisji gazów cieplarnianych. Na ślad węglowy budynku, w ilości 30-40% składa się tzw. ślad węglowy wbudowany. Pochodzi on między innymi z produkcji materiałów budowlanych (poziomu zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych przy ich produkcji). Założeniem Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Zielonego Ładu jest redukcja emisji gazów cieplarnianych o 55% do 2030 (jeden z pakietów unijnych Fit for 55). Wiąże się to z koniecznością dekarbonizacji różnych sektorów gospodarki, w tym budownictwa. Popularne materiały termoizolacyjne takie jak styropian lub wełna mineralna z uwagi na niskie przewodnictwo cieplne ograniczają zapotrzebowanie na zużycie energii do ogrzewania w fazie użytkowania budynku, jednak ich produkcja jest energochłonna, w efekcie czego wykazują wysoki ślad węglowy wbudowany. Istotne jest zatem poszukiwanie materiałów budowlanych izolacyjnych, które będą wykazywały wysoką zdolność izolowania termicznego, ale również będą charakteryzowały się zerowym lub ujemnym śladem węglowym wbudowanym. Dobrym rozwiązaniem jest wykorzystanie materiałów opartych na składnikach roślinnych. Przykładem są paździerze konopne pozyskane z łodyg konopi przemysłowych. Konopie w trakcie wzrostu pochłaniają znaczne ilości dwutlenku węgla z atmosfery. Aby uzyskać 1 tonę paździerzy konopnych, roślina w czasie wzrostu pochłania około 1800 kg dwutlenku węgla wg Pervaiz M. Carbon storage potential in natural fiber Composites, Resources, Conservation and Recycling 39, 2003, s. 325-340. Paździerze wykorzystywane są jako wypełnienie organiczne kompozytu na bazie wapna (tzw. kompozyt wapienno-konopny), który stosowany jest jako izolacyjne wypełnienie ściennego szkieletu drewnianego. Paździerze charakteryzują się wysoką porowatością rzędu 79% oraz współczynnikiem przewodności cieplnej rzędu 0,049-0,052 W/(m^K) wg Kosiński P. et al. Thermal Properties of Hemp Shives Used as Insulation Materiałin Construction Industry, Energies 15(7), 2461,2022. Wartości tych parametrów wskazują, że zasadne jest wykorzystanie paździerzy jako materiału termoizolacyjnego.
Kompozyt wapienno-konopny oparty jest na spoiwie w postaci wapna hydratyzowanego z dodatkiem materiałów pucolanowych lub hydraulicznych lub na spoiwie w postaci wapna hydraulicznego. Wykorzystywany jest jako izolacja termiczna ścian w postaci monolitycznej (mieszanka układania w deskowaniu tymczasowym) lub w postaci bloczków.
Zgodnie z artykułami Benfratello S. et al. Thermal and structural properties of a hemp-lime biocomposite, Constr. Build. Mater. 48, 2013, s. 745-754; Walker. R. and Pavia. S. Moisture transfer and thermalproperties of hemp-lime concretes, Constr. Build. Mater. 64, 2014, s. 270-276 oraz Stevulova N. et al. Lightweight Composites Containing Hemp Hurds, Proced. Eng. 65, 2013, s. 69-74, współczynnik przewodności cieplnej kompozytu wapienno-konopnego, w zależności od m.in. proporcji spoiwa do paździerzy wynosi 0,074-0,138 W/(m^K). W związku z tym, przy grubości warstwy kompozytu około 40 cm możliwe jest spełnienie wymagań cieplnych stawianych przez Warunki Techniczne (WT 2021).
W artykułach m.in. Brzyski P. et al. Influence of Hemp Shives Size on Hygro-Thermal and Mechanical Properties of a Hemp- Lime Composite, Materials 2020, 13(23), 5383 oraz Brzyski P. et al. Composite Materials Based on Hemp and Flax for Low- Energy Buildings, Materials 2017, 10(5), 510 wykazano, że wytrzymałość na ściskanie kompozytów wapienno-konopnych mieści się w przedziale od 0,24 MPa do 0,85 MPa. Wpływ na wytrzymałość ma proporcja wagowa paździerzy do spoiwa, rodzaj spoiwa oraz stopień zagęszczenia. Wraz ze wzrostem udziału wagowego spoiwa w stosunku do paździerzy, wytrzymałość wzrasta, ale współczynnik przewodności cieplnej również wzrasta, co jest niekorzystnym efektem. W przytoczonej literaturze, kompozyt o wytrzymałości 0,70 MPa charakteryzował się dość znaczną wartością współczynnika przewodności cieplnej, rzędu 0,151 W/(m^K). Dlatego też w przypadku kompozytu na bazie wapna, aby uzyskać wytrzymałość, która zapewniałaby możliwość zastosowania go w prefabrykacji, nieunikniony były spadek zdolności izolowania termicznego.
Kompozyt wapienno-konopny na bazie wapna hydratyzowanego z dodatkami charakteryzuje się powolnym i nierównomiernym procesem wiązania. Wiązanie i twardnienie następują w wyniku procesu karbonatyzacji. Dostęp do dwutlenku węgla potrzebnego do związania spoiwa mają jedynie przypowierzchniowe warstwy ściany monolitycznej lub bloczka, natomiast wewnętrzne obszary materiału pozostają nieskarbonatyzowane, czego efektem jest ich słaba mechaniczne struktura. Spoiwo to nie jest w związku z tym odpowiednie do zastosowań w prefabrykacji, gdzie istotna jest szybkość wiązania, sztywność, jednorodność pod względem stopnia zaawansowania procesu wiązania na całym przekroju elementu, a także odpowiednia wytrzymałość mechaniczna - kompozyty na bazie wapna mają zbyt małą wytrzymałość, w związku z tym prefabrykaty z nich wytworzone są kruche i łatwo ulegają uszkodzeniom.
Alternatywą jest spoiwo magnezowe na bazie kalcynowanego tlenku magnezu oraz soli w postaci sześciowodnego chlorku magnezu. Spoiwo to wiąże i twardnieje na powietrzu. Proces wiązania jest jednorodny na całym przekroju próbki materiału. Jest to spoiwo o wystarczającej wytrzymałości, szybkości wiązania i sztywności, aby zastosować je w prefabrykacji. Wystarczającą wytrzymałość można uzyskać przy zdecydowanie mniejszych gęstościach w porównaniu z kompozytem na bazie wapna, a tym samym przy mniejszych wartościach współczynnika przewodności cieplnej.
Przykładem są płyty magnezowe MgO produkcji Geo-Industrial S.A, składające się ze spoiwa magnezowego, włókien celulozowych, perlitu, innych dodatków oraz siatki z włókna szklanego. Płyty o grubości 12 mm osiągają wytrzymałość na zginanie do 16 MPa. Z kolei płyta MgO produkcji Fasada System® przy grubości 10-12 mm osiąga wytrzymałość na zginanie powyżej 8 MPa. Płyty MgO wykazują również wysoki poziom pH (zasadowy), przez co są odporne na rozwój pleśni. Jest to korzystna właściwość w połączeniu spoiwa MgO z paździerzami konopnymi.
Znane są z literatury badania nad kompozytami na bazie paździerzy konopnych i spoiwa magnezowego stosowanymi jako wypełnienie szkieletu drewnianego lub jako prefabrykowanej płyty. W pracy autorstwa Zorica J. et al. Hemp Biocomposite Boards Using Improved Magnesium Oxychloride Cement, Energies 2022, 15(19), 7320 opisano badania nad płytą opartą na paździerzach i spoiwie zawierającym tlenek magnezu, chlorek magnezu, popiół lotny, nanokrzemionkę, kwas cytrynowy. Autorzy dowiedli, że spoiwo magnezowe jest odpowiednie dla zastosowania w prefabrykowanych płytach na bazie paździerzy. Wytrzymałość na ściskanie kompozytu o gęstości 810-850 kg/m3, po 7 dniach wyniosła 2,6-3,6 MPa, natomiast po 28 dniach 3,8-4,8 MPa. Są to wartości znacząco większe niż przytoczone wcześniej wartości wytrzymałości kompozytów na bazie spoiwa wapiennego. Kompozyt o takiej gęstości charakteryzował się współczynnikiem przewodności cieplnej równym 0,275 W/(m^K). Dzięki podwyższonej wytrzymałości, możliwe jest zredukowanie udziału spoiwa względem paździerzy. W efekcie, kompozyt będzie wykazywał mniejszą gęstość oraz niższe przewodnictwo cieplne, co jest również istotne w zastosowaniu kompozytu jako materiał izolacyjny ścienny.
W pracy autorstwa M. Sinka et al. Comparative life cycle assessment of magnesium binders as an alternative for hemp concret, Resour. Conserv. Recycl. 2018, 133C, 288-299 wykazano, że zmniejszając gęstość kompozytu magnezowo-konopnego do 380 kg/m3 zredukowano współczynnik przewodności cieplnej do 0,085 W/(m^K), co jest wartością porównywalną do charakterystyki kompozytu wapienno-konopnego, jednak zachowano wytrzymałość na ściskanie około 2-3 krotnie większą porównując do kompozytu na bazie spoiwa wapiennego, co jest korzystne w prefabrykacyjnych zastosowaniach.
W pracy autorstwa M. Sinka et al. Bio-based construction panels for low carbon development, Energy Procedia, 147 (2018), s. 220-226 zademonstrowano przykład zastosowania kompozytu magnezowo-konopnego w prototypowych wielowarstwowych panelach ściennych opartych na drewnianej ramie. Wewnętrzna warstwa o grubości 50 mm składała się z kompozytu o gęstości 330 kg/m3 i współczynniku przewodności cieplnej 0,077 W/(m^K), natomiast zewnętrzna warstwa o grubości 30 mm składała się z kompozytu o gęstości 450 kg/m3, współczynniku przewodności cieplnej 0,112 W/(m^K) i wytrzymałości na ściskanie 1,2 MPa. Środkowa izolacyjna warstwa o grubości 290 mm składała się z kompozytu o gęstości 210 kg/m3 i współczynniku przewodności cieplnej 0,062 W/(m^K).
Kompozyty na bazie wapna zawierające paździerze konopne charakteryzują się dobranymi właściwościami związanymi z transportem wilgoci. Przykładowo Łapka et al. Hygro- thermal characterization of the hemp concrete modified with the gum Arabic admixture, Constr Build Mater 368 (2023) 130392, Walker i Pavia Moisture transfer and thermal properties of hemp- lime concretes, Constr Build Mater 64 (2014) 270-6 oraz Collet i Pretot Experimental investigation of moisture buffering capacity of sprayed hemp concret, Constr Build Mater 36 (2012) 58-65 raportowali paroprzepuszczalności takich kompozytów w zakresie 2-7Ί0- 11 kg/m/s/Pa. W przypadku krzywych sorpcji, kompozyty wapienne mogły wiązać do 0,1 g wody na 1 g suchego materiału przy wilgotności względnej otoczenia równej 90%. Są to duże ilości wody akumulowanej w kompozycie, które pomagają regulować mikroklimat w budynku. Zastosowanie spoiwa magnezowego ma wpływ zarówno na paraprzepuszczalność, jaki i na krzywą sorpcji. Ww. parametry są unikalną cechą zaproponowanego wielowarstwowego bloczka ściennego.
Znane są z opisu zgłoszenia patentowego EP1765560 (A2) bloczki kompozytowe z paździerzy konopnych i wapna stosowane do budowy ścian, jak również znana jest mieszanka kompozytowa z granulowanych konopi, spoiwa wapiennego oraz metakaolinowego i wody. Ochroną kompozytów przed wodą opadową mogą być tynki zewnętrzne lub inne okładziny. Jednakże wykonanie tynku na placu budowy wiąże się z wysoką pracochłonnością oraz wprowadzaniem sporej ilości wody w ułożony wcześniej kompozyt wapienno-konopny.
W opisie patentowym PL241823B1 przedstawiona jest pływa elewacyjno-izolacyjna składająca się z dwóch warstw: wewnętrznej izolacyjnej, wykonanej z kompozytu wapienno-konopnego oraz z zewnętrznej wykończeniowej, wykonanej z tynku na bazie wapna hydratyzowanego i dodatków/domieszek.
W opisie zgłoszenia patentowego EP3277751A1 przedstawiono materiał kompozytowy zawierający konopie lub len połączone żywicą termoplastyczną.
Zgodnie z Krajową Oceną Techniczną ICiMB- KOT- 2022/0170 wydanie 1 znane są prefabrykowane elementy termoizolacyjne o nazwie handlowej HEMPCRETE DOMIR będące mieszanką paździerzy konopnych, wapna hydratyzowanego i hydraulicznego w postaci prostopadłościennych bloczków jednowarstwowych w różnych konfiguracjach wymiarowych. Przeznaczone są do wypełnienia ścian w drewnianej konstrukcji szkieletowej.
Znane są jednowarstwowe prostopadłościenne bloczki ścienne o nazwie handlowej ISOHEMP, jak również jednowarstwowe bloczki ścienne produkcji firmy Schonthaler oraz bloczki jednowarstwowe BIOSYS, łączone na zaprawę lub pióro wpust w różnych wariantach wymiarowych. Bloczki te oparte są na paździerzach konopnych oraz spoiwie na bazie wapna hydratyzowanego z dodatkami.
Niezależnie od rodzaju zastosowanego spoiwa w kompozycie na bazie paździerzy konopnych, stosując ten materiał w postaci monolitycznej na budowie jako wypełnienie szkieletu drewnianego, problemem jest długotrwały proces wysychania ścian, ich twardnienia oraz duża pracochłonność wypełniania ścian. Rozwiązaniem są gotowe elementy ścienne takie jak bloczki, które wbudowywane są w postaci stwardniałej i wysuszonej, a ich wymiary skutkują szybszym wykonaniem 1 m2 ściany.
W przypadku bloczków jednowarstwowych wykonanych z kompozytu wapienno-konopnego, aby uzyskać odpowiednio niską wartość współczynnika przewodności cieplnej, konieczne jest zredukowanie ilości spoiwa, co w przypadku zastosowania jako spoiwa wapna hydratyzowanego skutkuje kruchością materiału, zwłaszcza przy krawędziach bloczków. Rozwiązaniem, które poprawiłoby sztywność bloczków przy możliwie jak największej redukcji ilości spoiwa może być zastosowanie spoiwa magnezowego oraz zastosowanie dodatkowych warstw zewnętrznych o większej gęstości i wytrzymałości. Warstwy zewnętrzne będą zabezpieczały lekką, izolacyjną warstwę środkową przed uszkodzeniami np. w transporcie i podczas wbudowywania w ścianę. Dodatkowo warstwa usytuowana od wewnątrz z uwagi na podwyższoną gęstość oraz pojemność cieplną poprzez zastosowanie materiału zmiennofazowego może pełnić funkcję akumulacyjną i stabilizującą temperaturę wewnątrz budynku, poprawiając stateczność cieplną pomieszczeń. Z kolei zewnętrzna warstwa, również wykonana z kompozytu o większej gęstości, z uwagi na mniejszą porowatość niż izolacyjna warstwa środkowa, może stanowić dodatkowe zabezpieczenie przed przemoczeniem wodą deszczową warstwy izolacyjnej. Brakuje na rynku bloczków wielowarstwowych, zawierających warstwy o różnych parametrach, pełniących różne funkcje.
Problemem technicznym do rozwiązania jest wykonanie prefabrykowanego bloczka wielowarstwowego ściennego izolacyjnego przeznaczonego zwłaszcza do wypełnienia drewnianego szkieletu ściennego. Jedna warstwa bloczków ma zapewniać spełnienie wymagań cieplnych stawian ych przez Warunki Techniczne (U< 0,2 W/(m2K)). Bloczki mają zapewniać łączenie spoiną poziomą i pionową, ciepłochronną opartą np. na spoiwie wapiennym, kruszywie w postaci perlitu ekspandowanego oraz paździerzy konopnych drobnej frakcji (długość max. 5 mm).
Przedmiotem wynalazku jest wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny wykonany z tlenku magnezu, paździerzy konopnych, roztworu wodnego chlorku magnezu, kwasu cytrynowego i wody wodociągowej oraz sposób jego wykonania. Istotą prefabrykowanego bloczka wielowarstwowego ściennego izolacyjnego jest to, że składa się z:
a. warstwy wewnętrznej o grubości od 0,15 do 0,175 grubości całego bloczka oraz o podwyższonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 130 kg/m3 do 135 kg/m3, korzystnie 132,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 240,5 kg/m3 do 249,8 kg/m3, korzystnie 245,1 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1, w ilości od 151,5 kg/m3 do 157,3 kg/m3, korzystnie 154,4 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 1,203 kg/m3 do 1,249 kg/m3, korzystnie 1,226 kg/m3;
- materiału zmiennofazowego - PCM o temperaturze przemiany fazowej od 18 do 28 st. C, korzystnie od 21 do 25 st. C w ilości od 24,1 kg/m3 do 25 kg/m3, korzystnie 24,5 kg/m3, przy czym do produkcji pierwszej warstwy wykorzystano wodę wodociągową w ilości od 214,5 kg/m3 do 222,8 kg/m3, korzystnie 218,6 kg/m3
b. warstwy środkowej o grubości od 0,675 do 0,725 grubości całego bloczka oraz o obniżonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 115 kg/m3 do 120 kg/m3, korzystnie 117,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 77,1 kg/m3 do 80,4 kg/m3, korzystnie 78,7 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1, w ilości od 48,5 kg/m3 do 50,7 kg/m3, korzystnie 49,6 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 0,385 kg/m3 do 0,402 kg/m3, korzystnie 0,394 kg/m3, przy czym do produkcji drugiej warstwy wykorzystano wodę wodociągową w ilości od 189,8 kg/m3 do 198,0 kg/m3, korzystnie 193,9 kg/m3
c. warstwy zewnętrznej o grubości od 0,125 do 0,15 grubości całego bloczka oraz o podwyższonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 130 kg/m3 do 135 kg/m3, korzystnie 132,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 240,5 kg/m3 do 249,8 kg/m3, korzystnie 245,1 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1 w ilości od 151,5 kg/m3 do 157,3 kg/m3, korzystnie 154,4 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 1,203 kg/m3 do 1,249 kg/m3, korzystnie 1,226 kg/m3, przy czym do produkcji trzeciej warstwy wykorzystano wodę wodociągową w ilości od 223,6 kg/m3 do 232,2 kg/m3, korzystnie 227,9 kg/m3 tudzież włókna paździerzy konopnych ułożone są równolegle do docelowej powierzchni zewnętrznej bloczka.
Korzystnie w każdej z trzech warstw długość paździerzy konopnych wynosi od 5 do 30 mm.
Korzystnie, gdy zagęszczenie warstwy środkowej jest mniejsze niż warstwy wewnętrznej i zewnętrznej.
Istotą sposobu wykonania prefabrykowanego wielowarstwowego bloczka ściennego izolacyjnego poprzez łączenie i utwardzanie poszczególnych warstw jest to, że przygotowuje się materiał wewnętrznej materiał warstwy, w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1,
- nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1, po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy i miesza się z materiałem zmiennofazowym PCM,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki.
Dodatkowo przygotowuje się materiał środkowej warstwy, w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1,
- nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1 po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki.
Przygotowuje się materiał zewnętrznej warstwy, w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1,
- nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1 po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki.
Wkłada i zagęszcza się warstwy w następującej kolejności:
Układa się pierwszą część wewnętrznej warstwy i zagęszcza się ją poprzez nacisk płytą z siłą w zakresie od 5 do 5,5 kN/m2 do uzyskania grubości od 0,75 do 0,83 grubości warstwy wewnętrznej. Następnie wsypuje się luźną drugą część wewnętrznej warstwy o docelowej grubości od 0,17 do 0,25 warstwy wewnętrznej oraz pierwszą część warstwy środkowej o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej. W dalszej kolejności zagęszcza się poprzez nacisk płytą z siłą od 3,8 do 4,2 kN/m2 luźno usypaną drugą część warstwy wewnętrznej wraz z pierwszą częścią warstwy środkowej o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej. Następnie zasypuje się kolejne części, warstwy środkowej każda o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej i zagęszcza się je poprzez nacisk płytą z siłą od 3,8 do 4,2 kN/m2. W dalszej kolejności zasypuje się luźną ostatnią część warstwy środkowej o docelowej grubości od 0,03 do 0,04 warstwy środkowej. Następnie układa się warstwę zewnętrzną o docelowej grubości od 0,125 do 0,15 grubości całego bloczka i zagęszcza się ją wraz z wcześniej usypaną luźną ostatnią częścią warstwy środkowej o docelowej grubości od 0,03 do 0,04 warstwy środkowej, poprzez nacisk płytą z siłą w zakresie od 5 do 5,5 kN/m2. Wszystkie warstwy zagęszczane są w kierunku prostopadłym do docelowej powierzchni zewnętrznej bloczka.
Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny w przykładzie wykonania przedstawiono na schematycznym rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:
Fig. 1 - Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny w widoku izometrycznym, Fig. 2 - Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny w widoku izometrycznym z zaznaczoną kolejnością układania warstw.
Zaletą trójwarstwowego układu, spośród którego jedna warstwa zawiera materiał zmienno-fazowy jest to, że bloczek może być układany w płaszczyźnie poziomej w dwóch kierunkach. W zależności od oczekiwanych rezultatów związanych z magazynowaniem ciepła oraz w zależności od charakterystyki pracy zastosowanego PCM, warstwa zawierająca PCM może być wyeksponowana na zewnątrz lub do wewnątrz pomieszczenia. Jeżeli materiał zmiennofazowy będzie w warstwie zewnętrznej należy użyć PCM o temperaturę przemiany fazowej od 0 do 20 st. C, korzystnie od 5 do 15 st. C, Przykład wykonania
Do wytworzenia mieszanek na wielowarstwowy bloczek izolacyjny zastosowano:
- Odpad przemysłu rolniczego - paździerze konopne odmiany Białobrzeskie, które zostały wyprodukowane przez firmę Podlaskie Konopie. „Białobrzeskie” jest to odmiana dopuszczona na rynku polskim, nie zawierająca substancji psychoaktywnej THC w ilościach większych niż 0,2% w suchej masie kwiatu, przy czym kwiat nie jest wykorzystywany do produkcji mieszanek kompozytu. Długość paździerzy mieści się w przedziale od 5 do 30 mm. Paździerze zostały oczyszczone z nadmiaru włókna i pyłu.
- Tlenek magnezu kaustyczny kalcynowany o zawartości MgO 78%, CaO 6%, Fe2O3 2,7%, SiO2 6%. Charakteryzuje się wskaźnikiem pH 12, gęstością nasypową 0,7-0,8 kg/dm3, początkiem czasu wiązania od 20 do 250 min i końcem czasu wiązania od 40 do 280 min (produkcji GrayWolf W. Szwaja).
- Sześciowodny chlorek magnezu MgCl2x6H2O w płatkach zawierający 47% MgCl2. Charakteryzuje się wskaźnikiem pH max. 8. Wyprodukowany przez firmę GrayWolf W. Szwaja.
- kwasek cytrynowy (produkcji Biomus). Został zastosowano jako opóźniacz czasu wiązania.
- mikrokapsułki PCM (materiał zmiennofazowy produkcji MikroCaps). Zostały zastosowane w jednej z warstw w celu podniesienia zdolności akumulowania ciepła przez kompozyt. Jest to bezformaldehydowa, skoncentrowana wodna dyspersja wosku parafinowego w mikrokapsułkach.
Zawartość PCM w dyspersji to 41-45% wagowo. Zawartość PCM w suchej kapsułce to 82-86% wagowo. Zawartość suchej masy w dyspersji: 49-52% wagowo. Obszar topnienia PCM to 21-25°C. Pojemność cieplna (suszonych mikrokapsułek) to 140-175 J/g.
- wodę wodociągową.
Składniki ilościowe potrzebne do wykonania trzech mieszanek do produkcji wielowarstwowego bloczka ściennego izolacyjnego przedstawiono w Tabelach 1-3. Przedstawiono przykłady mieszanek opierając się na różnych zawartościach paździerzy, ponieważ paździerze konopne są materiałem niejednorodnym i w zależności od partii dostawy (zróżnicowane rozmiary paździerzy), ich gęstość nasypowa może się różnić. Ilości pozostałych składników przyjęte zostały jako proporcja masowa w stosunku do masy paździerzy.
Przyjęto następującą kolejność dodawania składników do mieszalnika przy wykonywaniu próbek kompozytu stanowiącego poszczególne warstwy:
W pierwszej kolejności wymieszano paździerze konopne z częścią wody (masowo w stosunku 1:1). Miało to na celu ograniczenie efektu wchłaniania wody potrzebnej do prawidłowego zajścia procesu wiązania. Następnie wymieszano nasączone paździerze z tlenkiem magnezu. Kolejno przygotowano roztwór chlorku magnezu oraz rozpuszczono w nim kwas cytrynowy (w mieszance na warstwę wewnętrzną dodano również PCM i wymieszano). Otrzymany roztwór dodano do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym wymieszano. W ostatnim etapie dodano pozostałą część wody i mieszano aż do uzyskania homogenicznej mieszanki. Do przygotowania mieszanki wykorzystano mieszalnik o pojemności 600 I, z pionową osią obrotu, o mocy 4,5 kW. Próbki zagęszczano warstwowo elementem o powierzchni 50 mm x 50 mm, warstwami o grubości nieprzekraczającej 50 mm. Kierunek zagęszczanie próbek był prostopadły do największej powierzchni próbki. Próbki kompozytu stanowiącego warstwę wewnętrzną i zewnętrzną w docelowym wielowarstwowym bloczku zagęszczano siłą w zakresie 13-14 N czyli 5-5,5 kN/m2, natomiast próbki kompozytu stanowiącego warstwę środkową w docelowym bloczku zagęszczano siłą w zakresie 10-11 N, czyli 3,8-4,2 kN/m2. Po zagęszczeniu próbek, zdjęto boczne ścianki formy, a próbki pozostawiono do wysychania w warunkach naturalnych pod zadaszeniem.
Po upływie 28 dni wykonano badania cech fizycznych i mechanicznych trzech warstw kompozytu, których wyniki przedstawiono w Tabelach 4-6.
Gęstość objętościową zbadano zgodnie z normą PN-EN 12390-7. Przed pomiarami próbki wysuszono do stałej masy. Próbki o nominalnych wymiarach 100 mm x 100 mm x 100 mm zmierzono za pomocą suwmiarki z dokładnością do 0,1 mm. Przy pomocy wagi laboratoryjnej próbki zostały zważone z dokładnością do 0,5 g. Gęstość objętościową obliczono jako masę w stanie suchym podzieloną przez objętość próbki. Wynikiem była średnia z pomiarów trzech próbek.
Do wyznaczenia przewodności cieplnej badanych próbek użyto aparat Bocka - Lasercomp FOX314. Badanie polegało na umiejscowieniu próbki o wymiarze 50 mm x 250 mm x 250 mm w aparacie, pomiędzy płytą chłodzącą, a grzewczą. Pomiar polegał na wyznaczeniu energii przekazywanej przez badany materiał w kierunku od płyty grzejnej do chłodzącej po uzyskaniu przez płyty stałej, określonej temperatury.
Przy pomiarze każdej z próbek na płycie chłodzącej ustawiono temperaturę równą 0°C a na płycie grzejnej 25°C. Przepływ ciepła podczas badania następował równolegle do kierunku zagęszczania. Wynik stanowi średnia z pomiarów trzech próbek.
Badanie nasiąkliwości polegało na zanurzeniu w wodzie próbek sześciennych o wymiarach 100 mm x 100 mm x 100 mm i pomiarze przyrostu masy w określonych odstępach czasu, aż do momentu braku przyrostu masy. Wynik stanowi procentowa zawartość wody w próbce względem jej masy w stanie stałym. Do badań wykorzystano po trzy próbki z każdej receptury. Wynikiem była średnia z pomiarów trzech próbek.
Test wzrostu kapilarnego przeprowadzono na próbkach o wymiarach: 60 mm x 120 mm x 240 mm. Podstawa próbki miała wymiary 60 mm x 120 mm. Przed badaniem próbki suszono do stałej masy. Następnie boczne powierzchnie próbek zabezpieczono dyspersyjną masą asfaltowo-kauczukową (Disprobit, Tytan) w celu ograniczenia parowania wody i zapewnienia, że jedynie podstawa próbek będzie wchłaniała wodę. Po wyschnięciu masy asfaltowo-gumowej próbki ponownie zważono. Próbki zanurzono w wodzie na głębokość około 10 mm. Następnie próbki ważono w określonych odstępach czasu aż do ustabilizowania masy. Przed pomiarem masy próbki odpowiednio odsączono, a następnie wytarto w celu usunięcia nadmiaru wody z zewnętrznych powierzchni próbek. Jako miarodajny wynik przedstawiono wartość współczynnika podciągania kapilarnego po 24 godzinach absorpcji. Wynikiem była średnia z pomiarów trzech próbek.
Badanie wytrzymałości na ściskanie wykonano przy wykorzystaniu prasy hydraulicznej MTS 809. Podczas testu rejestrowano siłę ściskającą oraz przemieszczenie głowicy. Siłę przyłożono w kierunku prostopadłym do kierunku zagęszczania. Przyjęto przemieszczenie głowicy ściskającej równe 5 mm/min. Do badań kompozytu na bazie paździerzy wykorzystano po 3 próbki o wymiarach 100 mm x 100 mm x 100 mm z każdej receptury (z trzech warstw). Wynikiem była średnia z pomiarów trzech próbek.
Badanie wytrzymałości na rozciąganie metodą trójpunktowego zginania wykonano przy wykorzystaniu prasy hydraulicznej MTS 809. Przyjęto przemieszczenie głowicy równe 0,5 mm/min. Przemieszczenie głowicy było liczone od momentu przyłożenia siły (kontaktu rolki z próbką), dlatego też wartość przemieszczenia można traktować jako wartość ugięcia próbki. Podczas testu rejestrowano siłę oraz
PL 246388 Β1 przemieszczenie głowicy. Siłę przyłożono w kierunku prostopadłym do kierunku zagęszczania. Do badań wykorzystano po 3 próbki o wymiarach 100 mm x 100 mm x 500 mm z każdej receptury (z trzech warstw). Wynikiem była średnia z pomiarów trzech próbek.
Następnie wykonano wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny charakteryzujący się wymiarami: a = 400 mm, b = 600 mm, h = 240 mm (Fig. 1). Bloczki składają się z trzech warstw o różnych grubościach: warstwy wewnętrznej w1 = 60 mm, warstwy środkowej w2 = 290 mm warstwy zewnętrznej w3 = 50 mm (Fig. 1). Kolejność dozowania składników do przygotowania mieszanek na poszczególne warstwy była taka sama jak w przypadku przygotowania próbek kompozytu do badań, opisana wyżej. Bloczek uformowano w rozbieralnej formie ze sklejki wodoodpornej. Warstwy bloczka są zagęszczane płytą ze sklejki wodoodpornej o wymiarze przekroju poprzecznego 120 mm x 120 mm o różnej sile w zależności od danej warstwy. Kierunek zagęszczania był prostopadły do powierzchni bloczka o wymiarach b x h. Na Fig. 2 przedstawiono schematycznie kolejność dozowanych warstw. Można ją opisać następująco (opis cyfr od 1 do 8):
1+2: Warstwa wewnętrzna o grubości 60 mm: W pierwszej kolejności ułożona i zagęszczona siłą 72-80 N, 5-5,5 kN/m2 warstwa 1 o docelowej grubości 50 mm, następnie wsypana luźno warstwa 2 o docelowej grubości 10 mm.
3-7: Warstwa środkowa o grubości 290 mm: W pierwszej kolejności ułożona i zagęszczona siłą 55-60 N, czyli 3,8-4,2 kN/m2 warstwa o grubości około 75 mm wraz z luźną warstwą 2 o grubości 10 mm. Następnie zasypywane i zagęszczane o docelowej grubości warstwy 75 mm siłą 55-60 N, czyli 3,8-4,2 kN/m2, aż do uzyskania grubości 280 mm. Następnie zostaje luźno usypana warstwa 7 o docelowej grubości 10 mm.
8: Warstwa zewnętrzna o grubości 50 mm zostaje ułożona i zagęszczona siłą 72-80 N, 5-5,5 kN/m2.
Następnie, bezpośrednio po zakończeniu procesu zagęszczania zdjęto ściany boczne formy, a uformowany bloczek odstawiono na podstawie do wysychania w warunkach naturalnych pod zadaszeniem. W procesie zagęszczania, celowe jest pozostawienie 10 mm warstwy luźnej 2 i 7 oraz zagęszczenie ich wraz z warstwą kolejną/poprzednią, w celu skuteczniejszego powiązania warstw z materiałów o różnej zawartości spoiwa.
Tabela 1 - Składniki ilościowe potrzebne do wykonania wewnętrznej warstwy bloczka
Składnik Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Paździerze konopne (kg/m3) 115,0 117,5 120,0
MgO (kg/m3) 77,1 78,7 80,4
Roztwór H2O + MgCL w stosunku masowym 1:1 (kg/m3) 48,5 49,6 50,7
Woda (kg/m3) 189,8 193,9 198,0
Kwas cytrynowy (kg/m3) 0,385 0,394 0,402
Tabela 2 - Składniki ilościowe potrzebne do wykonania środkowej warstwy bloczka
Składnik Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Paździerze konopne (kg/m3) 115,0 117,5 120,0
MgO (kg/m3) 77,1 78,7 80,4
Roztwór H2O + MgCL w stosunku masowym 1:1 (kg/m3) 48,5 49,6 50,7
Woda (kg/m3) 189,8 193,9 198,0
Kwas cytrynowy (kg/m3) 0,385 0,394 0,402
PL 246388 Β1
Tabela 3 - Składniki ilościowe potrzebne do zewnętrznej warstwy bloczka
Składnik Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Paździerze konopne (kg/m3) 130,0 132,5 135,0
MgO (kg/m3) 240,5 245,1 249,8
Roztwór H2O + MgCl2 w stosunku masowym 1:1 (kg/m3) 151,5 154,4 157,3
Woda (kg/m3) 223,6 227,9 232,2
Kwas cytrynowy (kg/m3) 1,203 1,226 1,249
Tabela 4 - Właściwości kompozytu stanowiącego warstwę wewnętrzną bloczka
Parametr Rodzaj kompozytu
Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Gęstość objętościowa (kg/m3) 434 441 447
Porowatość całkowita (%) 77,6 77,8 77,9
Współczynnik przewodności cieplnej (W/(mK)) 0,103 0,106 0,108
Nasiąkliwość masowa (%) 84,7 85,5 86,1
Współczynnik podciągania kapilarnego po 24 godzinach (kg/(m2 h°·5)) 2,72 2,78 2,83
Współczynnik przepuszczalności pary wodnej (kg/m/s/Pa) 7,21 -10 11 4,52-1011 6,65-10 11
Zawartość wilgoci w warunkach równowagi z otoczeniem 0 temperaturze 23°C i wilgotności względnej 90% (g wody /g suchego kompozytu) 0,3237 0,3237 0,3237
Wytrzymałość na ściskanie (MPa) 1,38 1,41 1,43
Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu (MPa) 0,41 0,43 0,44
Tabela 5 - Właściwości kompozytu stanowiącego warstwę środkową bloczka
Parametr Rodzaj kompozytu
Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Gęstość objętościowa (kg/m3) 205 212 217
Porowatość całkowita (%) 87,8 88,0 88,1
Współczynnik przewodności cieplnej (W/(mK)) 0,065 0,067 0,068
Nasiąkliwość masowa (%) 158,4 157,5 157,0
Współczynnik podciągania kapilarnego po 24 godzinach (kg/(m2 h0·5)) 3,29 3,23 3,20
PL 246388 Β1
Parametr Rodzaj kompozytu
Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Współczynnik przepuszczalności pary wodnej (kg/m/s/Pa) 1,07-10-10 1,07-10-10 8,95-10-11
Zawartość wilgoci w warunkach równowagi z otoczeniem o temperaturze 23°C i wilgotności względnej 90% (g wody / g suchego kompozytu) 0,3903 0,3903 0,3903
Wytrzymałość na ściskanie (MPa) 0,18 0,19 0,19
Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu (MPa) 0,071 0,074 0,076
Tabela 6 - Właściwości kompozytu stanowiącego warstwę zewnętrzną bloczka
Parametr Rodzaj kompozytu
Przykład 1 Przykład 2 Przykład 3
Gęstość objętościowa (kg/m3) 452 460 468
Porowatość całkowita (%) 77,3 77,5 77,6
Współczynnik przewodności cieplnej (W/(mK)) 0,112 0,114 0,115
Nasiąkliwość masowa (%) 82,6 83,4 83,9
Współczynnik podciągania kapilarnego po 24 godzinach (kg/(m2-h0·5)) 2,51 2,55 2,57
Współczynnik przepuszczalności pary wodnej (kg/m/s/Pa) 7,28-10'11 4,59-1011 6,73-10'11
Zawartość wilgoci w warunkach równowagi z otoczeniem o temperaturze 23°C i wilgotności względnej 90% (g wody/g suchego kompozytu) 0,3557 0,3557 0,3557
Wytrzymałość na ściskanie (MPa) 1,45 1,48 1,5
Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu (MPa) 0,48 0,5 0,51
W przypadku mieszanek konopnych układanych monolitycznie w deskowaniu ściennym, mieszanka zagęszczana jest równolegle do wysokości ściany i prostopadle do przepływu ciepła przez ścianę, przy czym kierunek przepływu ciepła jest prostopadły do zewnętrznej/wewnętrznej powierzchni ściany. W rozwiązaniu według niniejszego wynalazku przyjęto sposób zagęszczania w kierunku prostopadłym do kierunku wbudowania bloczka w ścianę i w równoległym do przepływu ciepła w realnych warunkach pracy bloczka w ścianie. Stosując takie rozwiązanie włókna paździerzy konopnych mają tendencję do układania się prostopadle (w poprzek) do kierunku zagęszczania oraz do kierunku przepływu ciepła. Kompozyty na bazie paździerzy konopnych wykazują właściwości anizotropowe. Takie ułożenie paździerzy w bloczku jest korzystniejsze z uwagi na obniżone przewodnictwo cieplne. Zgodnie z wynikami badań współczynnika przewodności cieplnej kompozytów wchodzących w skład proponowanego bloczka, współczynnik lambda kompozytu zagęszczanego równolegle do przepływu ciepła był niższy o 17% w porównaniu z kierunkiem prostopadłym. Analogię i potwierdzenie można zauważyć w normie PN-EN ISO 10456 Materiały i wyroby budowlane - Właściwości cieplno-wilgotnościowe PL 246388 B1
Tabelaryczne wartości obliczeniowe i procedury określania deklarowanych i obliczeniowych wartości cieplnych. Zgodnie z jej treścią, wartość współczynnika lambda materiału włóknistego jakim jest drewno sosnowe jest niższa w przypadku przepływu ciepła w poprzek włókien w porównaniu z przepływem wzdłuż włókien. Rozwiązanie to pozwala na redukcję grubości warstw bloczka. Zgodnie z przeprowadzonymi badaniami, takie ułożenie paździerzy konopnych skutkuje również większą sztywnością materiału, przy obciążaniu w kierunku prostopadłym do kierunku zagęszczania, a więc zgodnym z pracą statyczną bloczka wbudowanego w ścianę. Kierunek zagęszczania w stosunku do wymiarów bloczka przedstawiono na Fig. 2.

Claims (4)

1. Prefabrykowany wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny wykonany z tlenku magnezu, paździerzy konopnych, roztworu wodnego chlorku magnezu, kwasu cytrynowego i wody wodociągowej, znamienny tym, że składa się z:
a . warstwy wewnętrznej (w1) o grubości od 0,15 do 0,175 grubości całego bloczka oraz o podwyższonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 130 kg/m3 do 135 kg/m3, korzystnie 132,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 240,5 kg/m3 do 249,8 kg/m3, korzystnie 245,1 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1, w ilości od 151,5 kg/m3 do 157,3 kg/m3, korzystnie 154,4 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 1,203 kg/m3 do 1,249 kg/m3, korzystnie 1,226 kg/m3;
- materiału zmiennofazowego - PCM o temperaturze przemiany fazowej od 18 do 28 st. C, korzystnie od 21 do 25 st. C w ilości od 24,1 kg/m3 do 25 kg/m3, korzystnie 24,5 kg/m3,
- i wody wodociągowej w ilości od 214,5 kg/m3 do 222,8 kg/m3, korzystnie 218,6 kg/m3 b . warstwy środkowej (w2) o grubości od 0,675 do 0,725 grubości całego bloczka oraz o obniżonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 115 kg/m3 do 120 kg/m3, korzystnie 117,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 77,1 kg/m3 do 80,4 kg/m3, korzystnie 78,7 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1, w ilości od 48,5 kg/m3 do 50,7 kg/m3, korzystnie 49,6 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 0,385 kg/m3 do 0,402 kg/m3, korzystnie 0,394 kg/m3, - i wody wodociągowej w ilości od 189,8 kg/m3 do 198,0 kg/m3, korzystnie 193,9 kg/m3 c. warstwy zewnętrznej (w3) o grubości od 0,125 do 0,15 grubości całego bloczka oraz o podwyższonej gęstości, zagęszczonej w kierunku prostopadłym do podstawy warstwy, składającej się z:
- paździerzy konopnych w ilości od 130 kg/m3 do 135 kg/m3, korzystnie 132,5 kg/m3;
- tlenku magnezu MgO w ilości od 240,5 kg/m3 do 249,8 kg/m3, korzystnie 245,1 kg/m3;
- roztworu wodnego chlorku magnezu w stosunku masowym 1:1 w ilości od 151,5 kg/m3 do 157,3 kg/m3, korzystnie 154,4 kg/m3;
- kwasu cytrynowego w ilości od 1,203 kg/m3 do 1,249 kg/m3, korzystnie 1,226 kg/m3, - i wody wodociągowej w ilości od 223,6 kg/m3 do 232,2 kg/m3, korzystnie 227,9 kg/m3 tudzież włókna paździerzy konopnych ułożone są równolegle do docelowej powierzchni zewnętrznej bloczka (b x h).
2. Bloczek według zastrz. 1, znamienny tym, że w każdej z trzech warstw długość paździerzy konopnych wynosi od 5 do 30 mm.
3. Bloczek według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczenie warstwy środkowej (w2) jest mniejsze niż warstwy wewnętrznej (w1) i zewnętrznej (w3).
4. Sposób wykonania prefabrykowanego wielowarstwowego bloczka ściennego izolacyjnego określonego w zastrz. 1 poprzez łączenie i utwardzanie poszczególnych warstw, znamienny tym, że przygotowuje się materiał wewnętrznej warstwy (w1), w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1, - nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1, po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy i miesza się z materiałem zmiennofazowym PCM,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki, dodatkowo przygotowuje się materiał środkowej warstwy (w2), w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1,
- nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1 po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki, oraz przygotowuje się materiał zewnętrznej warstwy (w3), w ten sposób, że:
- miesza się paździerze konopne z wodą masowo w stosunku 1:1,
- nasączone paździerze miesza się z tlenkiem magnezu,
- przygotowuje się roztwór chlorku magnezu rozpuszczając chlorek magnezu w wodzie w stosunku masowym 1:1 po czym rozpuszcza się w nim kwas cytrynowy,
- otrzymany roztwór dodaje się do mieszanki paździerzy i tlenku magnezu, po czym miesza się wszystkie składniki,
- dodaje się pozostałą część wody i miesza aż do uzyskania homogenicznej mieszanki, po czym układa i zagęszcza się warstwy w następującej kolejności:
- układa się pierwszą część (1) wewnętrznej warstwy (w1) i zagęszcza się ją poprzez nacisk płytą z siłą w zakresie od 5 do 5,5 kN/m2 do uzyskania grubości od 0,75 do 0,83 grubości warstwy wewnętrznej (w1), następnie wsypuje się luźną drugą część (2) wewnętrznej warstwy (w1) o docelowej grubości od 0,17 do 0,25 warstwy wewnętrznej (w1) oraz pierwszą część (3) warstwy środkowej (w2) o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej (w2), w dalszej kolejności zagęszcza się poprzez nacisk płytą z siłą od 3,8 do 4,2 kN/m2 luźno usypaną drugą część (2) warstwy wewnętrznej (w1) wraz z pierwszą częścią (3) warstwy środkowej (w2) o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej (w2), po czym zasypuje się kolejne części (4), (5), (6) warstwy środkowej (w2), każda o docelowej grubości od 0,24 do 0,26 grubości warstwy środkowej (w2) i zagęszcza się je poprzez nacisk płytą z siłą od 3,8 do 4,2 kN/m2, następnie zasypuje się luźną część (7) warstwy środkowej (w2) o docelowej grubości od 0,03 do 0,04 warstwy środkowej (w2) w dalszej kolejności układa się warstwę (8) równą warstwie zewnętrznej (w3) o docelowej grubości od 0,125 do 0,15 grubości całego bloczka i zagęszcza się ją wraz z wcześniej usypaną luźną częścią (7) warstwy środkowej (w2) o docelowej grubości od 0,03 do 0,04 warstwy środkowej (w2), poprzez nacisk płytą z siłą w zakresie od 5 do 5,5 kN/m2, przy czym warstwy zagęszczane są w kierunku prostopadłym do docelowej powierzchni zewnętrznej bloczka (b x h).
PL446906A 2023-11-30 2023-11-30 Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania PL246388B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446906A PL246388B1 (pl) 2023-11-30 2023-11-30 Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL446906A PL246388B1 (pl) 2023-11-30 2023-11-30 Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL446906A1 PL446906A1 (pl) 2024-06-17
PL246388B1 true PL246388B1 (pl) 2025-01-20

Family

ID=91539557

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL446906A PL246388B1 (pl) 2023-11-30 2023-11-30 Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL246388B1 (pl)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL212663B1 (pl) * 2001-06-21 2012-11-30 Bcb Beton lub zaprawa na bazie konopi i zastosowanie betonu lub zaprawy
WO2020114645A1 (en) * 2018-12-03 2020-06-11 I4F Licensing Nv Decorative panel, and decorative floor covering consisting of said panels

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL212663B1 (pl) * 2001-06-21 2012-11-30 Bcb Beton lub zaprawa na bazie konopi i zastosowanie betonu lub zaprawy
WO2020114645A1 (en) * 2018-12-03 2020-06-11 I4F Licensing Nv Decorative panel, and decorative floor covering consisting of said panels

Also Published As

Publication number Publication date
PL446906A1 (pl) 2024-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dhakal et al. Hygrothermal performance of hempcrete for Ontario (Canada) buildings
Sathiparan et al. Effect of moisture condition on mechanical behavior of low strength brick masonry
Merabti et al. Thermo-mechanical and physical properties of waste granular cork composite with slag cement
US8273174B2 (en) Method of making a fiber cement board with improved properties and the product
Sinka et al. Enhancement of lime-hemp concrete properties using different manufacturing technologies
Ahmad et al. Physical and mechanical properties of sustainable vegetal concrete exposed to extreme weather conditions
Sinka et al. Hemp thermal insulation concrete with alternative binders, analysis of their thermal and mechanical properties
Pietruszka et al. Characterization of hemp-lime bio-composite
Bubenik et al. Behavior and properties of ultra-lightweight concrete with foamed glass aggregate and cellulose fibres under high temperature loading
US20230303440A1 (en) Hemp-based bio-composite masonry units, compositions, methods of making and using
Barnat-Hunek et al. Mechanical and thermal properties of hemp-lime composites
Brzyski et al. Physical and mechanical properties of composites based on hemp shives and lime
Dehkordi et al. Application of pre-fabricated geopolymer permanent formworks (PGPFs): A novel approach to provide durability and mechanical strength of reinforced concrete
US20230286865A1 (en) Composition comprising a binder and bio-based aggregates and the binder therof
Brzyski et al. The influence of partial replacement of hemp shives by expanded perlite on physical properties of hemp-lime composite
PL246388B1 (pl) Wielowarstwowy bloczek ścienny izolacyjny oraz sposób jego wykonania
JP7476447B2 (ja) 木質系耐火被覆用石こう組成物の調合方法
Gołębiewski et al. Risk of interstitial condensation in outer walls made of hemp-lime composite in Polish climatic conditions
RU2617819C2 (ru) Гипсоволокнистая плита и способ ее изготовления
Abdullah et al. Development and behaviour of interlocking compressed earth bricks in Universiti Malaysia Sabah, Malaysia
Sahmenko et al. Production Technology of Ecological High Performance Fibre Composite Construction Materials
Pinkos The effectiveness of hempcrete as an infill insulation in the Prairies compared to a standard building based on power consumption
Glass et al. Investigation of mix composition hemp concrete on transport properties, mechanical properties and durability
Brzyski et al. Selected properties of thermal-insulating clay mortars with an admixture of casein
PL241823B1 (pl) Płyta prefabrykowana elewacyjno-izolacyjna