Ice-induced Damage of Cement Based Composites – Experimental and Numerical Study

AbstractThe paper considers water solidification in porous materials. Mathematical model describing heat and water transport in deformable porous materials considering the kinetics of water phase change was proposed. The crystallization pressure was determine using the volume averaged Everett's equation. The ice-induced destruction of concrete was modeled by means of the delayed damage approach. The numerical code was developed using finite element, finite difference and Newton-Raphson methods

Effect of titanium dioxide on the self-cleaning properties of paints for etics

The influence of a nano-particle addition on the self-cleaning properties of exterior paints for External Thermal Insulation Composite Systems is analyzed. The effect of UV radiation on the color change of paints containing normal pigments and the photo-catalyst titanium dioxide is laboratory tested. To evaluate self-cleaning properties of the paints and their color change due to accelerated weathering processes spectro-photometric tests were performed

Zamarzanie zaczynu cementowego w stanie częściowego nasycenia

The main purpose of the present paper is to distinguish water located in various types of pores contained within cement paste. The water sorption isotherm is the starting point of the experimental analysis. The investigation was conducted employing the conventional gravimetric method on cement paste composed with w/c=0.5. The investigation was conducted for the following relative humidity values: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Once samples reached the equilibrium water content they were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), which enabled us to record exothermic peaks corresponding to the crystallization of different water portions. Moreover, we intended to investigate the thermodynamic characteristics of the liquid phase confined within cementitious materials. Hence, the artificial pore solution was prepared. In order to determine the phase transition temperature and the amount of formed ice, the solution was used to saturate silica gel, which is a chemically passive material. Then the thermal analysis was conducted.Materiały cementowe charakteryzują się złożoną strukturą wewnętrzną zawierającą pory o szerokim zakresie średnic. Głównym celem przedstawionych badań jest analiza właściwości termodynamicznych wody zlokalizowanej w poszczególnych obszarach matrycy cementowej. Rozważania oparte są na równaniu Gibbsa-Thompsona [1], które opisuje zależność pomiędzy temperaturą przejścia fazowego płynu, a promieniem wypełnionego pora. Wyniki zinterpretowano wykorzystując model mikrostruktury zaczynu cementowego zaproponowany przez Jenningsa [2]. Przedmiotem badań jest zaczyn cementowy wykonany z cementu Portlandzkiego CEM I 42.5N-NA o wskaźniku w/c=0.5. Pierwszym etapem analizy eksperymentalnej było wyznaczenie izotermy sorpcji badanego zaczynu. W tym celu zastosowano tradycyjną metodę eksykatorową. Technika polega na kondycjonowaniu próbek w eksykatorach wyposażonych w nasycone roztwory soli nieorganicznych, które zapewniają stabilne warunki wilgotnościowe. W przeprowadzonym badaniu zastosowano następujące wilgotności względne powietrza: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Po osiągnięciu przez próbki stanu równowagi, przeprowadzono analizę termiczną zaczynu za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Dodatkowo zbadano również próbki będące w stanie pełnego nasycenia. Dalsza analiza oparta została na termogramach zarejestrowanych w trakcie chłodzenia poszczególnych próbek do temperatury -65ºC z prędkością 0.5ºC/min, rys. 1.A. Uzyskane wyniki stanowią wartości średnie z trzech pomiarów. W przypadku próbek przechowywanych w powietrzu o wilgotności 11% i 54% nie odnotowano żadnej przemiany. W trakcie chłodzenia pozostałych próbek zarejestrowano dwa, wyraźnie oddzielone, egzotermiczne piki, z których pierwszy rozpoczyna się poniżej 0ºC, a drugi w temperaturze ok -35ºC. Pierwszy pik odzwierciedla przemianę fazową wody znajdującej się w porach kapilarnych badanego zaczynu. Jest on dominujący jedynie w przypadku próbek o pełnym nasyceniu oraz przechowywanych nad wodą (RH≈100%). Dla RH≈97% wydzielone ciepło jest znacznie mniejsze i główna część przemiany zachodzi w niższej temperaturze (ok. -5ºC), natomiast dla wilgotności RH≈93%, 84%, 75% pierwszy pik jest zaniedbywalnie mały. Ta tendencja jest potwierdzona przez zestawienie mas lodu powstałego w trakcie poszczególnych przemian fazowych, rys. 1.B. W porach kapilarnych próbki nasyconej powstało 0,035 grama lodu na gram suchej próbki. Masa lodu znacząco się zmniejsza wraz ze spadkiem wilgotności względnej powietrza, w którym próbki były przechowywane. Druga zarejestrowana przemiana rozpoczyna się w temperaturze ok. -35ºC, która, zgodnie z równaniem Gibbsa-Thompsona [1], odpowiada średnicy porów wynoszącej ok. 5-6nm. Drugi pik odzwierciedla zatem krystalizację wody wypełniającej pory żelowe materiału. Jego intensywność jest na niemal stałym poziomie dla w pełni nasyconych próbek oraz tych, przechowywanych w powietrzu o wilgotności od 84% do 100%. Uzyskane wyniki są zgodne z modelem mikrostruktury matrycy cementowej zaproponowanym przez Jenningsa [2]. W trakcie chłodzenia próbek o zróżnicowanej wilgotności zarejestrowano dwie główne przemiany fazowe wody wypełniającej badany materiał. Pierwsza przemiana (bezpośrednio poniżej 0ºC) zachodzi w wodzie kapilarnej, natomiast druga (poniżej 35ºC) w porach żelowych. Stosując techniki analizy termicznej należy pamiętać, iż niezamarzająca warstwa cieczy pokrywa ścianki porów nawet w bardzo niskich temperaturach [3]. Dlatego też, zgodnie z podziałem Jenningsa, najmniejsze pory, które można analizować za pomocą kalorymetrii skaningowej to tzw. duże pory żelowe, o średnicy powyżej 5nm. Niemniej jednak, kalorymetria skaningowa jest narzędziem pozwalającym na jakościową ocenę rozkładu wilgoci w próbkach zaczynu cementowego

Geometry Optimalization of the Ventilated Insulating Panel

An EPS ventilated panel, which may be applied as an external insulation to humid walls, is investigated. Dimensions of the air channel sections have been determined using the ANSYS software. Afterwards, the drying rate of the walls externally insulated with EPS, mineral wool and EPS ventilated panel has been compared using the WUFI software. The ventilated panel increases the drying rate when compared with the standard polystyrene panel and increases the heat loss through the wall by less than 20%

A round robin campaign on the hygric properties of porous building materials

status: publishe

A round robin campaign on the hygric properties of porous building materials

The reliable determination of the hygric properties of porous building materials is important. In earlier round robin campaigns large discrepancies of measured hygric properties were found among different labs. Later studies indicated that differences in lab conditions and more importantly, personnel’s operation procedures and data processing methods, might have the greatest impact. To gain further insight, a new round robin campaign has been launched by KU Leuven (Belgium), to which another eight institutes contributed. A relatively stable and homogeneous ceramic brick is tested, and 3 standard tests are performed: the vacuum saturation test, the capillary absorption test and the cup test. During the campaign, two rounds of measurements are performed. In the 1st round, tests are performed according to participants’ respective experimental protocols. Next, a strict and detailed common protocol is prescribed. This paper reports on the results obtained in the 1st round of measurements. Results show that not much progress has been made since the EC HAMSTAD project: the vacuum saturation test leads to the most consistent results, while the cup test produces the largest discrepancies, most probably originating from sample sealing and humidity control

Hygric properties of porous building materials (VI) : a round robin campaign

Hygric properties of porous building materials are important for hygrothermal analysis. Their experimental determination is however not always reliable, shown by the discrepant results from different laboratories on the same materials. In this study, a recent round robin campaign initiated by KU Leuven (Belgium) and participated in by eight institutes from different countries is reported. Ceramic brick was selected as the target material. The bulk density and open porosity from vacuum saturation tests, the capillary absorption coefficient and capillary moisture content from capillary absorption tests, and the vapor permeability from cup tests were measured. Results were analyzed statistically and compared with a previous round robin project, EC HAMSTAD. The reproducibility errors for determining the capillary absorption coefficient were noticeably reduced when compared with the EC HAMSTAD project, and the different laboratories in the present study obtained similar results from vacuum saturation tests and capillary absorption tests without a common protocol. For cup tests, large inter-laboratory discrepancies still exist. However, with a stringent common protocol different laboratories achieved consistent results. For all properties a common protocol did not change the average results of all laboratories