Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Dabīgo šķiedru energoefektīvi biokompozīti ar pazeminātu ietekmi uz vidi un to pielietojums

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Valsts budžeta finansējums izglītībai
Aizstāvēšana: 02.11.2018 14:00, RTU BIF, Ķīpsalas iela 6A, RĪga
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Dabīgo šķiedru energoefektīvi biokompozīti ar pazeminātu ietekmi uz vidi un to pielietojums
Nosaukums angļu valodā Energy-Efficient Natural Fiber Biocomposites with Reduced Environmental Impact and Their Applications
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.1. Būvniecības un transporta inženierzinātnes
Autori Māris Šinka
Atslēgas vārdi Biokompozīti, CO2, Dzīves cikla analīze, DCA, LCA, kaņepju betons
Anotācija Promocijas darba ietvaros tiek meklēti risinājumi, kā samazināt būvmateriālu industrijas ietekmi uz vidi, it īpaši kā samazināt siltumnīcas efekta gāzu daudzumu atmosfērā. Viens no risinājumiem ir izmantot dabīgo šķiedru energoefektīvus biokompozītus. Tiem ir zema siltumvadītspēja un ietekme uz vidi, taču stiprības un ilgmūžības īpašības liedz tos ieviest plašam patēriņam. Tādēļ promocijas darba ietvaros tika izstrādāti dabīgo šķiedru energoefektīvi biokompozīti ar uzlabotām mehāniskajām, fizikālajām un ilgmūžības īpašībām, kā arī samazinātu ietekmi uz vidi. Lai sasniegtu šo mērķi, darba ietvaros sākotnēji tika izstrādātas biokompozītiem piemērotas saistvielas uz kaļķa un magnija bāzes, izmantojot atkritumproduktus kā aktīvās mikropiedevas, lai minimizētu saistvielas ietekmi uz vidi. Turpmākajiem pētījumiem tika izvēlētas trīs veidu saistvielas – formulētā kaļķa saistviela ar atkritumu metakaolīna piedevu, kas stiprības ziņā sasniedz vismaz 10 MPa, kā arī divu veidu magnija bāzes saistvielas – magnija oksihlorīda cements un magnija fosfāta cements ar stiprību virs 50 MPa. Izmantojot izvēlētās saistvielas un dabīgo šķiedru pildvielu – kaņepju spaļus – tika izstrādāti biokompozīti un pētīta dažādu faktoru ietekme uz to mehāniskajām, fizikālajām bionoturības un ugunsreakcijas īpašībām. Izmantojot ātri cietējošās magnijā bāzes saistvielas, biokompozītiem iespējams nodrošināt atbilstošu stiprību pie zema blīvuma un siltumvadītspējas – ap 200 kg/m3 un 0,062 W/m·K. Biokompozītiem ir zema ugunsreakcijas klase (B klase saskaņā ar LVS EN 13501) un līdzvērtīgi augsta bionoturība, kā tradicionāli lietotiem būvmateriāliem, kas satur bioloģiskas izcelsmes pildvielas. Promocijas darba ietvaros tika pētīta dabīgo šķiedru biokompozītu darbība lauka apstākļos, izmantojot šim nolūkam īpaši izstrādātu mērsistēmu, kas sastāv no temperatūras, relatīvā mitruma un siltuma plūsmas sensoriem. Proti, vienlaicīgi mērot mitruma un temperatūras sadalījumu sienas biezumā, kā arī sienas siltumpretestību. Tika pielietota arī īpaši izstrādāta metode U vērtību aprēķinam dinamisku siltuma plūsmu gadījumos. Izstrādātā metode dzīves cikla aprēķināšanai ļauj izmantot eksperimentāli iegūtos biokompozītu siltumvadītspējas un stiprības rezultātus, lai izveidotu modeli funkcionālo vienību dabīgo šķiedru biokompozīta ietekmes uz vidi novērtēšanai un salīdzināšanai ar tradicionāli lietotajiem būvmateriāliem. Salīdzinot ietekmi uz vidi kaļķa bāzes saistvielām, var secināt, ka veldzētā kaļķa saistviela ar metakaolīnu (FHL) uz visiem faktoriem atstāj par 12 %–55 % mazāku ietekmi nekā komerciālā hidrauliskā kaļķa saistviela. No magnija bāzes saistvielu biokompozītiem, MOC dod ievērojami zemāku ietekmi uz vidi nekā MPC, neraugoties uz MPC augsto stiprības un blīvuma attiecību, kas saistīts ar tā cietinātāju - kālija fosfātu, kuram ir ļoti augsta enerģijas un resursu ietilpība. Salīdzinot ar citiem materiāliem, izstrādātie dabīgo šķiedru biokompozīti uzrāda 2–4 reizes zemākas emisijas un ir vienīgie CO2 neitrālie materiāli, kas pierāda to samazināto ietekmi uz vidi.
Anotācija angļu valodā Within the framework of the doctoral thesis, solutions for reducing the environmental impact of the construction materials industry were sought, in particular how to reduce the amount of greenhouse gases in the atmosphere. One of the solutions would be using energy-efficient natural fiber biocomposites, due to their low thermal conductivity and environmental impact, but their low strength and longevity properties prevent them from being widely used. Therefore, the objective of the doctoral thesis was to develop an energy-efficient natural fiber biocomposites with improved mechanical, physical and durability properties, as well as reduced environmental impact. In order to achieve this objective, lime and magnesium binders for biocomposites using waste products as active additives to minimize the environmental impact of the binder have been developed. Three types of binders have been chosen for the further research - formulated lime binder with a metakaolin additive reaching at least 10 MPa strength and two types of magnesium binders - magnesium oxychloride cement and magnesium phosphate cement with a strength over 50 MPa. Using selected binders and natural fiber aggreagates - hemp shives - biocomposites were developed and the influence of various factors on their mechanical, physical properties of biodegradability and reaction to fire has been studied. Using fast curing magnesium binders, biocomposites can reach the necessary strength at low density and thermal conductivity conditions - around 200 kg/m3 and 0.062 W/m·K. Compared to the conventional building materials containing bio-based aggregates, biocomposites have a low fire reaction - class B according to LVS EN 13501 – and equally high biodegradability. Within the framework of the doctoral thesis, natural fiber biocomposites have been studied under field conditions using a specially designed measuring system consisting of temperature, relative humidity and heat flow sensors, simultaneously measuring the distribution of moisture and temperature in the wall thickness, as well as the heat resistance of the wall. A specially developed method for calculating U values for dynamic heat flows had been used. The developed method for the life cycle allows the use of experimental results of the thermal conductivity and strength of biocomposites to create a model for assessing the environmental impact of natural fiber biocomposite functional units and compare them with conventional building materials. By comparing the environmental effects of lime-based binder, it can be concluded that the hydrated lime binder with metakaolin (FHL) for all factors have 12 % -55 % lower effect than a commercial hydraulic lime binder. Magnesium binder biocomposites, such as MOC, give a significantly lower environmental impact than MPC, despite the high strength and density ratio of MPC associated with its hardener - potassium phosphate, which is highly energy and resource-intensive. Compared to other materials, natural fiber biocomposites show 2-4 times lower emissions and are the only CO2 neutral materials that demonstrate their reduced environmental impact.
Atsauce Šinka, Māris. Dabīgo šķiedru energoefektīvi biokompozīti ar pazeminātu ietekmi uz vidi un to pielietojums. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2018. 121 lpp.
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 27931