Mineralization of Solid Construction Wood and Its Application in Order to Reduce Moisture Volume Changes

Předložená práce je zaměřena na problematiku modifikace vlastností dřeva umělou mineralizací. Obsahuje návrh a experimentální ověření komplexu analytických metod pro identifikaci a charakterizaci mineralizačních komponent ve dřevě různých druhů dřevin, včetně využití standardních metod používaných při diagnostice dřevěných konstrukcí. Jako efektivní analytický nástroj pro popis přirozené i umělé mineralizace je doporučena elektronová mikroskopie SEM, umožňující kvalitně zhodnotit charakter depozice minerálních částic ve struktuře dřeva a také hloubku penetrace mineralizačního roztoku do materiálu. Pro kvantifikaci minerální složky v ošetřeném dřevě byla navržena a ověřena aplikace metod termické analýzy, včetně odvození základních vztahů pro kvantitativní popis mineralizace. Pro potvrzení vazby mineralizačního roztoku na buněčnou stěnu dřeva byl navržen a proveden experiment založený na hodnocení objemových změn mineralizovaných vzorků. Byly vybrány a otestovány vhodné mineralizační látky, jejichž aplikace na dřevo vede k významné redukci příjmu kapalné vody do pórového systému materiálu, a tím také k redukci vlhkostních objemových změn. Nejlepších výsledků bylo dosaženo použitím přípravku obsahujícího methylsilanolát draselný jako účinnou složku, který vykazuje vysoký potenciál využití pro dřevěné materiály. Výsledky experimentů prokázaly, že rostoucí koncentrace mineralizačního roztoku významně omezuje příjem vody do ošetřeného dřeva. Byly získány nové poznatky o chování uměle mineralizovaného dřeva při jeho expozici v různých třídách použití. Získaná experimentální data ukázala, že u krátkodobě mineralizovaného dřeva je omezen příjem kapalné vody při zachování téměř konstantní hygroskopicity materiálu. Kromě vlastností, spojených s příjmem vody, byl prokázán také pozitivní vliv mineralizace na odolnost dřeva proti dřevokazným houbám a plísním. Významným zjištěním je negativní vliv mineralizace na pevnost dřeva. Dlouhodobá expozice dřeva v mineralizačním roztoku vede ke snížení pevnosti dřeva v tlaku a k mírnému zvýšení jeho hygroskopicity. Soubor získaných poznatků přispívá k pochopení procesů spojených s mineralizací dřeva a může být základem pro tvorbu technologických postupů mineralizace dřevěných konstrukčních prvků a jejich rozšíření ve stavební praxi.The submitted work is focused on modification of wooden properties by artificial mineralization. It contains design and experimental verification of analytical method complex for identification and characterization of mineralization component in the wood of various tree species, including application of standard methods used in the diagnosis of wooden structures. Electron microscopy SEM is recommended as an effective analytical tool for description of natural and artificial mineralization, allowing quality assessment of the nature of mineral particles deposition in the wood structure and also penetration depth of mineralization solution into the material. Application of thermal analysis methods was designed and confirmed for the quantification of mineral components in the treated wood, including the derivation of fundamental relation for quantitative description of the mineralization. Experiment, based on the evaluation of volume changes of the mineralized samples, was designed and performed to confirm binding of mineralization solution into wooden cell wall. Suitable mineralization substances were selected and tested so that their wooden application leads to a significant reduction of liquid water intake into pore system of the material and thus to reduce the moisture volume changes. The best results were achieved by using the preparation containing methyl-tripotassiumsilanol as an active ingredient, which has high potential for use in wooden materials. Experiment results demonstrated that increasing concentration of mineralization solution significantly reduces the intake of water into the treated wood. The new information was gained about the behavior of artificially mineralized wood during the exposition into different use classes. The obtained experimental data showed that the liquid water intake is limited for short term mineralized wood while nearly constant material hygroscopicity is maintained. In addition to the properties associated with the water intake, positive mineralization effect on wooden resistance against decaying fungi and mould was also demonstrated. Negative impact of the mineralization on wooden strength is further information. Long term exposure of wood in mineralization solution leads to a reduction in wooden compressive strength and a slight increase of its hygroscopicity. Set of gained knowledge contributes to understanding the processes associated with wooden mineralization and can be the basis for the creation of technological processes for mineralization of wooden structural elements and their distribution in building practice.223 - Katedra stavebních hmot a diagnostiky stavebvyhově

Stiffness analysis of glued connection of the timber-concrete structure

This paper presents results of experimental and mathematical analysis of stiffness characteristics of a composite timber-concrete structure. The composite timberconcrete structure presented herein is non-typical compared to similar types of building structures. The interaction between the timber and concrete part of the composite cross-section is not based on metal connecting elements, but it is ensured by a glued-in perforated mesh made of plywood. The paper presents results of experimental and mathematical analysis for material alternatives of the solution of the glued joint. The slip modulus values were determined experimentally. Data obtained from the experiment evaluated by means of regression analysis. Test results were also used as input data for the compilation of a 3D model of a composite structure by means of the 3D finite element model. On the basis of result evaluation, it can be stated that the stress-deformation behaviour at shear loading of this specific timber-concrete composite structure can be affected by the type of glue used. Parameters of the 3D model of both alternative of the structure represent well the behaviour of the composite structure and the model can be used for predicting design parameters of a building structure.Web of Science6124924