4. Program, użyte materiały i metody badań laboratoryjnych
4.3. Sprzęt i procedury badawcze
4.3.1. Formy i próbki laboratoryjne z rozmieszczeniem czujników pomiarów
Przyjęto następujący wachlarz wymiarów form drewnianych i próbek
Rys. 4.6. Widok formy wypełnionej mieszanką betonową (źródło własne)
Rozmieszczenie czujników kontrolujących przebieg temperatury wewnątrz
wykonanych elementów pokazano na rys. 4.7 a samych czujników na rys.4.7 i 4.8.
1. 0,50 x 0,50 x 0,20 m 2. 0,50 x 0,50 x 0,15 m 3. 0,50 x 0,50 x 0,12 m 4. 0,50 x 0,50 x 0,10 m.
Rys. 4.7. Rozmieszczenie czujników w betonowanym elemencie
Rys. 4.8. Widok przygotowanych czujników do zamieszczenia w płycie 4.3.2.Przebieg temperatury w pierwszych dniach dojrzewania młodego betonu według wykresu pobranego z rejestratora LOGOSCREEN
Rejestrowano temperaturę w komorze oraz wielopunktowo w betonie według schematu jak na rys. 4.9.
a/2
a/2
a
a/4
a/4
Rys.4.9. Wyniki pomiaru temperatur w komorze ( kolor zielony) i w próbce betonowej na różnych wysokościach, zgodnie z rysunkiem 4.7
4.3.3. Badania wytrzymałości betonu na ściskanie, nasiąkliwości, ścieralności i wodoprzepuszczalności
4.3.3.1 Wytrzymałość betonu na ściskanie
Przyjęto normowe oznaczenia właściwości stwardniałego betonu wg [4.3].
Próbki do kolejnych oznaczeń uzyskano drogą odwiertów rdzeniowych pobranych bezpośrednio z płyt wyjściowych o wymiarach jak w punkcie 4.3.1 zgodnie z procedurą określoną wartość wytrzymałości, która odpowiada wytrzymałości próbki sześciennej o boku 150 mm wykonanej i dojrzewającej w tych samych warunkach;
- badanie odwiertu o nominalnej średnicy nie mniejszej niż 100 mm i nie większej niż 150 mm oraz długości równej dwukrotnej średnicy daje wartość wytrzymałości, która odpowiada wytrzymałości próbki walcowej o wymiarach 150 mm na 300 mm wykonanej i pielęgnowanej w tych samych warunkach.
Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcji, dla danego miejsca pomiarowego, powinna być oparta na badaniu co najmniej 3 odwiertów.
Charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie w konstrukcji oceniana jest albo z wykorzystaniem przypadku A albo przypadku B.
Przypadek A ma zastosowanie w sytuacji, gdy dysponuje się nie mniej niż 15 odwiertami rdzeniowymi. Przypadek B dotyczy sytuacji, gdy jest do dyspozycji od 3 do 14 odwiertów. W badaniach zawartych w tym rozdziale zastosowanie ma miejsce przypadek B. W tym przypadku wartość charakterystyczna wytrzymałości betonu na ściskanie jest mniejsza z dwóch poniższych wartości:
fck, is = fm(n), is – k Lub
fck, is = fis,lowest + 4
gdzie:
fck, is – charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie w konstrukcji
fm(n), is – średnia wartość wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcji uzyskana w n wyników pomiaru
fis,lowest – najmniejsza z oznaczonych wartości wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcji
Zmienna k zależy od liczby wyników badań n, jej właściwą wartość przyjmuje się z tablicy 4.7.
Tabela 4.7 – zmienna k przy małej liczbie wyników badań
n k
od 10 do 14 od 7 do 9 od 3 do 6
5 6 7
Rys. 4.10. Widok wywiercania próbek z wykonanej płyty do badań (źródło własne)
Odwierty wykonano za pomocą zestawu wiertniczego Hilti z oprzyrządowaniem Hilti, DD-160-E, 1996 – przedstawionego na poniższym rysunku 4.10, 4.11.
Rys. 4.11. Zestaw wiertniczy Hilti z oprzyrządowaniem Hilti, DD-160-E, 1996
Rys. 4.12. Widok maszyny wytrzymałościowej oraz próbki po badaniu (źródło własne) 4.3.3.2 Badanie nasiąkliwości betonu
Nasiąkliwość betonu to jest stosunek masy wody, którą zdolny jest wchłonąć beton, do jego masy w stanie suchym. Badanie nasiąkliwości wykonano w oparciu o normę [4.6] (na dzień dzisiejszy norma ta została wycofana), ponieważ w normie [4.7] trudno znaleźć określenie „nasiąkliwość betonu”.
Natomiast inne normy np. [4.8] - stawia wymagania, że maksymalna nasiąkliwość to 5%, z kolei norma [4.9] - mówi, że nasiąkliwość nie powinna być większa niż 4%.
Badania przeprowadzono na próbkach sześciennych o boku 10 cm i 15 cm oraz na próbkach walcowych o średnicy 15 cm i 10 cm, wywierconych z wykonanych płyt.
Oczywiście badania przeprowadzono po 28 dniach dojrzewania próbek.
Badania nasiąkliwości przeprowadzono w następujący sposób - badane kostki układano w naczyniu wannowym. Naczynie wypełniono wodą o temperaturze około 20°C do takiego poziomu, aby lustro wody znajdowało się minimum 20 mm nad górną powierzchnią próbek. Co drugi dzień próbki były wyjmowane z naczynia, wycierane do sucha i ważone na wadze laboratoryjnej o dokładności 1 g. Nasycanie próbek trwało tak długo, aż kolejne wyniki ważenia nie wykazywały zmian masy. Po zakończeniu nasycania próbki ważono i umieszczano w suszarce laboratoryjnej Binder (Model FED 720). Próbki osuszano przez kilka dni w suszarce do sucha i ważono. Następnie obliczono nasiąkliwość wagową, która jest stosunkiem masy wchłoniętej wody do masy próbki materiału suchego. Określa się ją wzorem:
gdzie:
mn – masa próbki materiału w stanie nasycenia wodą [kg], ms – masa próbki materiału w stanie suchym [kg].
4.3.3.3 Badania wodoprzepuszczalności
Badania wodoprzepuszczalności zostały wykonane zgodnie z normą [4.10], która mówi, że badania należy wykonać, gdy próbka ma co najmniej 28 dni. Powinna ona być sześcianem, walcem lub prostopadłościanem o minimalnym wymiarze badanej powierzchni nie mniejszym niż 150 mm i pozostałych wymiarach nie mniejszych niż 100 mm.
Na powierzchnię betonu „próbki” wywierane jest działanie wody pod cieśnieniem. Próbka jest umieszczona w urządzeniu i przyłożone jest ciśnienie wody równe (500 ± 50) kPa na (72 ± 2) h. W czasie badania należy regularnie obserwować wygląd tych powierzchni próbki, które nie zostały poddane działaniu ciśnienia wody, pod kątem zawilgocenia.
Następnie po upływie określonego czasu działania cieśnienia, próbkę wyjęto z urządzenia. Wytarto powierzchnię, na którą było przekazywane cieśnie wody, w celu usunięcia jej nadmiaru. Próbkę należy rozłupać na pół w kierunku prostopadłym do powierzchni, na którą było przekazywane ciśnienie wody. W czasie rozłupywania próbki oraz w czasie badania przełomu, próbkę należy ustawić w taki sposób, aby powierzchnia, na którą oddziaływało ciśnienie wody, znajdowała się od dołu. Jak tylko powierzchnia przełomu wyschnie na tyle, że zasięg penetracji wody będzie wyraźnie widoczny, wtedy trzeba zaznaczyć go na próbce. Zmierzyć maksymalną głębokość penetracji poniżej badanej powierzchni z dokładnością do 1 mm.
Rys. 4.13. Widok próbek w czasie badania wodoprzepuszczalności (źródło własne) Próbki do badań suszono za pomocą urządzenie Binder Model FED 720, która widnieje na poniższym rysunku 4.14. Posiada port USB do rejestrowania danych, a zakres temperatury od 12 do 300 °C
Rys. 4.14 Suszarka Binder Model FED 720 (źródło własne)
4.3.3.4 Badania ścieralności na tarczy Boehmego
Próbki do badania powinny być sześcianami o krawędziach długości 71 ± 1,5 mm lub prostopadłościanami z kwadratową podstawą o boku 71 ± 1,5 mm[4.11]. Z jednej partii należy wybrać co najmniej trzy próbki do badania. Czołowa stykowa powierzchnia i przeciwległa powierzchnia próbki powinny być równoległe i płaskie.
Próbki do badania powinny być czyste i wysuszone w temperaturze 70 ± 5°C do stałej masy. Każda próbka do badania powinna być pobrana z co najmniej trzech różnych próbek lub tego samego rodzaju obrabianych elementów.
Przed badaniem ścieralności oraz po każdych czterech cyklach należy zważyć próbkę z dokładnością do 0,1 g. Wysypać na tor badawczy 20 g standardowego ścierniwa. Zamocować próbkę do badania w uchwycie i, po ustawieniu powierzchni czołowej na torze, obciążyć osiowo siłą (294 ± 3) N. Próbkę w czasie badań należy poddawać 16 cyklom ścierania, każdy po 22 obroty. Po każdym cyklu wyczyścić
zarówno tarcze, jak
i powierzchnię czołową, obrócić w tym samym kierunku próbkę do badania o 90°
i ponownie wysypać na tor 20 g standardowego ścierniwa.
Przebieg badania:
przygotowanie próbki o wymiarach 71×71×71 mm
suszenie próbki do stałej masy,
wykonanie pomiaru wysokości próbki suwmiarką z dokładnością do 0,1 mm,
umieszczenie próbki w uchwycie urządzenia i dociskanie do tarczy stałą siłą równą 294 N,
rozsypanie na tarczy 20 g proszku korundowego przed każdym cyklem ścierania,
wykonanie 16 cykli ścierania każdy po 22 obroty,
po każdym cyklu obrót próbki o 90°, w celu uniknięcia nierównomierności ścierania,
po 16 cyklach ścierania wykonanie pomiaru wysokości próbek suwmiarką
z dokładnością do 0,1 mm,
obliczenie zmiany objętości lub wysokości próbki.
Rys.4.15 Ścieranie próbek na tarczy Boehmego
Zgodnie z normą klasyfikacja betonu na ścieralność ze względu na zmianę wysokości jest dokonana na podstawie poniższej tabeli 4.8.
Tabela 4.8 Klasyfikacja kamienia - ze względu na ścieralność
Klasa Średnia strata wysokości
h [mm]
o bardzo dużej ścieralności o dużej ścieralności
o średniej ścieralności
> 10,0 7,5 ÷ 10,0
5,0 ÷ 7,5
o małej ścieralności
o bardzo małej ścieralności
2,5 ÷ 5,0
< 2,5
Literatura
4.1 https://www.basf.com/gb/en/media/news-releases/2013/11/PCM-Mark.html.
4.2 https://www.rubitherm.eu/.
4.3 PN-EN 12390-3:2011 Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań.
4.4 PN-EN 13791:2008 Ocena wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcjach i prefabrykowanych wyrobach betonowych.
4.5 PN-EN 12504-1 Badania betonu w konstrukcjach. Część 1: Odwierty rdzeniowe – Wycinanie, ocena i badanie wytrzymałości na ściskanie.
4.6 PN-88/B-06250 – beton zwykły.
4.7 PN-EN 206-1 „Beton. Część 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność”.
4.8 PN-S-10040:1999 Obiekty mostowe - Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone -Wymagania i badania.
4.9 PN-S-10042:1991 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Projektowanie, PKN, Warszawa 1992.
4.10 PN-EN 12390-8 – Badania betonu. Część 8: Głębokość penetracji wody pod cieśnieniem.
4.11 PN EN 13892-3 Metody badania materiałów na podkłady podłogowe. Część 3:
Oznaczanie odporności na ścieranie według Böhmego.
5. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA
Część I – Badania i analizy dotyczące wymiany ciepła w komorze 5.1 Badania wstępne wykonane w firmowej komorze klimatycznej
Zgodnie z zapisem podanym w rozdziale 4 eksperymenty obejmują badania wstępne i badania zasadnicze.
Badania wstępne, w ramach których wykonano dziesięć partii badań „pełnych wsadów”, zawierają opis cykli pełnych i niepełnych zrealizowanych w czasie tych badań.
Cykle pełne oznaczają, że proces symulacji klimatu zwrotnikowego suchego w firmowej komorze klimatycznej pokazanej na fot.4.1. przebiegał bez żadnych zakłóceń, przerw czy awarii. Cykle niepełne oznaczają, że proces symulacji w komorze klimatycznej był przerywany z różnych powodów, takich jak awarie sprzętu, braku prądu czy błędu ludzkiego.
Spośród wykonanych dziesięciu cykli w badaniach wstępnych tylko trzy spełniały definicję pełnych cykli i dlatego będą w pełni opisane. Pozostałe siedem cykli będzie opisane w skróconej formie i zostaną przeniesione do załącznika nr 1. Dla autora pracy cykle te były równie pracochłonne jak cykle pełne i stanowiły doskonały poligon doświadczalny, umożliwiający testowanie aparatury oraz analizę zachowań betonu z dodatkiem PCM. Na tej podstawie wyciągnięto wnioski odnośnie wykonania nowej komory i możliwości usprawnienia technik pomiarowych.
W pierwszym etapie badań wstępnych dokonano przeglądu dostępnych na rynku materiałów zmiennofazowych, które mogą być zastosowane w budownictwie.
Analiza ta obejmowała także opisane w literaturze przedmiotu materiały PCM. Po wnikliwej analizie wybrano materiał zmiennofazowy o nazwie DS 5001X (jego właściwości zostały podane w rozdziale czwartym) – tj. Micronal kapsułkowany, mający postać suchego proszku.
W materiale PCM znajdują się mikroskopijne sfery z polimerów, które zawierają woskowy czynnik magazynujący ciepło. Kiedy otoczenie nagrzewa się,
wosk zawarty w zbiorniczkach topi się, a podczas spadku temperatury krzepnie.
W ten sposób mikrokapsułki regulują temperaturę mieszanki betonowej.
Poniżej zostaną przedstawione trzy pełne cykle, o których była mowa na początku rozdziału.
Cykl pierwszy badań wstępnych obejmował szereg eksperymentów w celu określenia optymalnej ilości PCM, którą należy dodać do mieszanki betonowej, aby uzyskać postawione cele, m.in. redukcję powstającego gradientu termicznego w dojrzewającym betonie. Na podstawie badań ustalono minimalną i maksymalną ilość PCM - (minimalna ilość to 3%, a maksymalna to 7%), ponieważ poniżej 3% nie widać żadnych efektów z zastosowanego dodatku. Natomiast powyżej 7% powoduje ogromne problemy z urabialnością mieszanki i duży spadek wytrzymałości na ściskanie.
Na podstawie powyższego przystąpiono do realizacji kolejnych badań.
W wykonanych badaniach uwzględniono różne kryteria, między innymi grubość elementu betonowanego, temperaturę wyjściową oraz ilość dodanych materiałów zmiennofazowych.
W drugim cyklu badań wstępnych wykonano mieszankę betonową z dodatkiem materiałów zmiennofazowych w ilości 3% i wykonano z niej próbkę o wymiarach 0,50 x 0,50 x 0,15 m. W próbce tej umieszczono cztery czujniki: na dnie próbki, w środku i pod jej powierzchnią. Czwarty czujnik mierzył temperaturę panującą w komorze klimatycznej. Dla porównania równolegle wykonano identyczną próbkę o takich samych wymiarach, lecz bez dodatku materiałów zmiennofazowych. Obie próbki umieszczono
w komorze klimatycznej. Temperatura wyjściowa dla obu próbek wynosiła 25°C.
Przebieg temperatur w obu próbkach przedstawiają poniższe wykresy.
Rys. 5.1. Przebieg temperatury w betonie z dodatkiem 3% PCM (źródło: własne)
Na podstawie powyższego wykresu można stwierdzić, że dzięki zastosowaniu materiałów zmiennofazowych uniknięto dużego piku termicznego w początkowym okresie dojrzewania betonu, który prowadzi do nadmiernych różnic naprężeń wewnętrznych oraz do powstawania rys. Można zauważyć, że temperatura nie przekroczyła 34°C w pierwszym dniu tężenia betonu, a z czasem malała i kształtowała się w granicach 22 – 32°C. Stwarza to akceptowalne warunki dla dojrzewającego betonu w warunkach suchego i gorącego klimatu. Jednak zastosowanie tych materiałów ma również negatywną stronę, gdyż powodują one zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie betonu.
Drugi wykres przedstawia przebieg temperatury w mieszance bez dodatku PCM.
[h]
Rys. 5.2. Przebieg temperatury w betonie bez dodatku PCM (źródło: własne)
Rysunek 5.3. przedstawia przesunięcie pojawienia się piku termicznego wraz z opisem relacji temperatury betonu, a temperaturą komory na przestrzeni trzech dni, a szczegółowe zestawienie tych danych zawiera Tabela 5.1.
Rys. 5.3. Przesunięcie i różnice temperatur pomiędzy płytą a komorą (źródło: własne)
Tabela 5.1. Przesunięcie czasowe piku termicznego i różnice temperatur Opis relacji temperatura
betonu – temperatura w
komorze w ciągu 3 dób 1 doba 2 doba 3 doba średnio [h]
[h]
Przesunięcie na osi czasu piku betonu w stosunku do temp. w
komorze; °C
Można zauważyć, że temperatura mieszanki bez materiałów zmiennofazowych, we wstępnej fazie dojrzewania osiągnęła prawie 40°C, co powoduje pojawienie się naprężeń termicznych i negatywnie wpływa na końcową wytrzymałość betonu.
Trzeci cykl badań przedstawia wykresy przebiegu temperatury w trzech płytach z identycznym poziomem dozowania PCM (3,5%) oraz równą temperaturą wyjściową dla wszystkich płyt (wynoszącą 33°C), ale o różnych grubościach tj. 0,20 m, 0,15 m i 0,10 m.
W każdej z wykonanych płyt zostały umieszczone trzy czujniki, w celu kontroli przebiegu temperatury na różnych wysokościach płyty. Pierwszy z czujników został umieszczony na wysokości dwóch trzecich płyty, drugi w połowie wysokości, a trzeci czujnik na wysokości jednej trzeciej płyty.
Poniżej przedstawiono rysunek płyty o wysokości 0,10 m z dodatkiem 3,5% PCM.
[h]
Rys.5.4. Wykres przebiegu temperatury w płycie o grubości 0,10 m z dodatkiem 3,5% PCM (źródło: własne)
Rysunek 5.5. przedstawia przesunięcie pojawienia się piku termicznego wraz z opisem relacji temperatury betonu a temperaturą komory na przestrzeni trzech dni (Tabela 5.2).
Rys. 5.5. Przesunięcie i różnice temperatur pomiędzy płytą a komorą (źródło: własne) Tabela 5.2. Przesunięcie czasowe piku termicznego i różnice temperatur Opis relacji temperatura
betonu – temperatura w komorze w ciągu 3 dób
1 doba 2 doba 3 doba średnio Przesunięcie na osi czasu piku
temperatury betonu w stosunku temperatur betonu w stosunku do
temp. w komorze; °C
+ 6,5°C + 13,1°C + 9,3°C 9,63°C
Na poniższym wykresie przedstawiono przebieg temperatury w płycie o grubości 0,15 m.
Rys. 5.6. Wykres przebiegu temperatury w płycie o grubości 0,15 m z dodatkiem 3,5% PCM (źródło: własne)
Na rysunku 5.7. przedstawiono przesunięcie pojawienia się piku termicznego wraz z opisem relacji temperatury betonu a temperaturą komory na przestrzeni trzech dni, a Tabela 5.3. zestawienie ilościowe oznaczonych danych
Rysunek 5.7. Przedstawia przebieg temperatury w płycie o wysokości 0,20 m Tabela 5.3. Przesunięcie czasowe piku termicznego i różnice temperatur
Opis relacji temperatura betonu – temperatura w
komorze w ciągu 3 dób
1 doba 2 doba 3 doba średnio Przesunięcie na osi czasu piku
temperatury betonu w stosunku do temp. w komorze ; godziny i
321 min 5 h 21 min
267 min 4 h 27
min
213 min 3h 33min
267 min 4 h 27min [h]
min.
Przewyższenie na osi temperatury maksymalnego piku temperatury
betonu w stosunku do temp. w komorze; °C
+1°C - 5,0°C - 7,9°C - 3,97°C Przewyższenie na osi temperatury
minimalnych temperatur betonu w stosunku do temp. w komorze;
°C
+ 4,9°C + 13,9°C + 10,3°C 9,70°C
Rysunek 5.8 przedstawia przebieg temperatury w płycie o wysokości 0,20 m.
Rys. 5.8. Wykres przebiegu temperatury w płycie o grubości 0,20 m z dodatkiem 3,5% PCM (źródło: własne)
Na rysunku 5.9. przedstawiono przesunięcie pojawienia się piku termicznego wraz z opisem relacji temperatury betonu a temperaturą komory na przestrzeni trzech dni, a dane ilościowe w Tabeli 5.4.
[h]
Rys. 5.9. Przesunięcie i różnice temperatur pomiędzy płytą a komorą (źródło: własne)
Tabela 5.4. Przesunięcie czasowe piku termicznego i różnice temperatur Opis relacji temperatura betonu –
temperatura w komorze w ciągu 3 dób
1 doba 2 doba 3 doba średnio Przesunięcie na osi czasu piku
temperatury betonu w stosunku do temp. w komorze ; godziny i min.
435 min 7 h 15
min
245 min 4h5 min
189 min
3 h 9 min 289,67min 4 h 27min Przewyższenie na osi temperatury
maksymalnego piku temperatury betonu w stosunku do temp.
komorze; °C
-9,4°C - 7,4°C - 10°C - 8,93°C Przewyższenie na osi temperatury
minimalnych temperatur betonu w
stosunku do temp. w komorze; °C + 3,6°C + 6,5°C + 6,7°C 5,60°C Na poniższym wykresie przedstawiono porównanie przebiegu temperatury w poszczególnych płytach, na podstawie rejestru z czujnika środkowego każdej z płyt.
Rys.5.10. Wykres porównawczy przebiegu temperatury w połowie wysokości każdej z płyt (źródło: własne)
Analizując powyższe wykresy można zauważyć, że działanie materiałów zmiennofazowych rozpoczyna się z pewnym opóźnieniem. Kiedy w betonie podlegającym działaniu dynamicznie zmiennej temperatury otoczenia oraz wydzielającego się ciepła hydratacji temperatura dochodziła do zakresu przemiany fazowej materiałów zmiennofazowych. Wówczas następowało ich uaktywnienie, co spowodowało opóźnienie zmian temperatury na wykresie. Ponieważ procentowe dozowanie PCM oraz temperatura wyjściowa dla wszystkich płyt są identyczne, to przesunięcia te są mniej lub bardziej widoczne w zależności od grubości płyty, tzn.
im płyta jest wyższa, tym te przesunięcia są bardziej widoczne. Na rysunku 5.8 w okolicy godziny 11.34 (licząc od momentu rozpoczęcia pomiarów) można zaobserwować stabilizację temperatury w badanej płycie o grubości 0,20 m wynikającą z uaktywnienia zastosowanego materiału zmiennofazowego. Efekt ten można zaobserwować także na rysunku 5.10, na którym przedstawiono wykres porównawczy dla czujników umieszczonych w połowie wysokości poszczególnych płyt. Opisane efekty można przypisać działaniom PCM (temperatura przemiany fazowej), ponieważ płyta o wysokości 0,20 m zawiera ich (ilościowo) najwięcej.
Przedstawione założenia teoretyczne oraz wyniki badań pozwalają na wyciągnięcie następujących wniosków:
[h]
a) zastosowanie materiału PCM redukuje gradienty termiczne i ujednolica temperaturę wewnątrz mieszanki betonowej,
b) przeprowadzone badania dowodzą, że materiały zmiennofazowe mają korzystny wpływ na warunki dojrzewania betonu w podwyższonej temperaturze,
c) badania potwierdziły tendencję do redukcji wytrzymałości na ściskanie R28 wraz ze wzrostem ilości PCM dodawanego do mieszanki,
d) dozowanie PCM redukuje przyrost wewnętrznej temperatury, która spowodowana jest ciepłem hydratacji i wpływem otoczenia oraz opóźnia pojawienie się maksymalnej wartości temperatury.
Wyniki powyższego eksperymentu zostały opublikowane w międzynarodowym czasopiśmie znajdującym się na liście MNiSW – (7 punktów)[5.1].
Na podstawie dotychczas wykonanych badań dostrzeżono problem, który wymagał rozwiązania. Okazało się, że komora klimatyczna, wykazała się bezwładnością , przez co nie była w stanie wygenerować odpowiednich warunków do tych panujących w klimacie zwrotnikowym suchym.
Drugi problem jest również związany z komorą, a mianowicie ma ona ograniczony zakres regulacji zmiany temperatury – (można dokonać 10 zmian temperatury w ciągu doby).
Program naprawczy polegał na zbudowaniu nowej komory klimatycznej, która spełnia postawione wymagania w celu kontynuacji badań, zaszła więc konieczność wykonania nowego stanowiska badawczego.
5.2. Badania zasadnicze wykonane w nowej komorze klimatycznej
W rozdziale 4 przyjęto taki podział: cykle badawcze (1 do 3) mają charakter wstępny – rozpoznawczy, a dopiero kolejne (4 do 8) związane są z badaniami zasadniczymi.
W ramach badań zasadniczych wykonano cztery cykle badań zgodnie z programem podanym w rozdziale 4. Badania zasadnicze wykonano przy użyciu nowej, specjalnie zbudowanej w tym celu komory klimatycznej, która spełniała postawione wymagania, a mianowicie ( rys. 4.2 , 4.3 ):
- umożliwiała regulację temperatury otoczenia w zakresie (-50°C do + 100°C) , - utrzymywała wilgotności od 0% RH do 100%,
- pozwalała na regulację temperatury 24 razy w ciągu doby.
Warto podkreślić, że z powodu wyczerpania zapasów PCM zamówiono nową dostawę materiału. Producent dostarczył nowego materiału, nieco ulepszonego (o większej pojemności cieplnej), o nazwie „DS 5038 X”. Materiał ten miał podobne parametry co poprzedni, lecz nieco ulepszoną strukturę, tzn. kapsułki przechowujące PCM zostały wzmocnione, tak aby nie zostały uszkodzone podczas mieszania składników), którego właściwości i parametry zostały podane w czwartym rozdziale.
W czwartym cyklu badań (zasadniczych) została przygotowana mieszanka betonowa z dodatkiem materiałów zmiennofazowych w ilości 3,5% i wykonano z niej płytę o wymiarach 0,50x0,50x0,20 m . W próbce tej umieszczono trzy czujniki: na dnie płyty, w środku i blisko jej powierzchni. Czwarty czujnik mierzył temperaturę panującą w komorze klimatycznej. Dla porównania równolegle wykonano identyczną próbkę o takich samych wymiarach, też z dodatkiem materiałów zmiennofazowych oraz opóźniacza. Trzecia próbka miała te same wymiary, lecz była bez żadnych dodatków.
Temperatura wyjściowa wszystkich płyt wynosiła około 30°C. Grubość wszystkich płyt była jednakowa i wynosiła 0,20 m. Wszystkie płyty umieszczono w komorze klimatycznej. Przebieg temperatur w trzech płytach przedstawiają poniższe wykresy.
Pierwszy wykres (rys. 5.11) przedstawia przebieg temperatury w płycie z dodatkiem materiału zmiennofazowego. Drugi wykres (rys. 5.13) przedstawia przebieg temperatury w płycie z dodatkiem materiału zmiennofazowego wraz z opóźniaczem.
Trzeci wykres (rys. 5.15) przedstawia przebieg temperatury w płycie bez żadnych dodatków. Porównanie przebiegu temperatury w poszczególnych płytach, na postawie danych uzyskanych ze środkowego czujnika każdej z płyt przedstawiono na rys. 5.17
Rysunek 5.11. Przebieg temperatury w płycie z dodatkiem 3,5% PCM (źródło: własne)
Rysunek 5.11. Przebieg temperatury w płycie z dodatkiem 3,5% PCM (źródło: własne)