Mineralizace rostlého konstrukčního dřeva a její aplikace za účelem redukce vlhkostních objemových změn

Tereza Majstríková

Doctoral thesis

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

Anotácia:

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.

Abstract:

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.

Kľúčové slová

Mineralizace dřeva, hydrofobizace, organosilany, SEM, termická analýza, vlhkostní chování, odolnost proti biologickým činitelům, mechanické parametry

Keywords

Wooden mineralization, water-repellent effect, organosilanes, SEM, thermal analysis, moisture behavior, biological resistance, mechanical parameters

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 14. 12. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 13. 6. 2017
• Vedúci: Jiří Ščučka
• Oponent: Ladislav Reinprecht, Jan Vaněrek, Petr Martinec

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / odbor:
Stavební inženýrství / Teorie konstrukcí