Глиняная штукатурка

Глиняная штукатурка изготавливается из глины , песка и часто смешивается с растительными волокнами. Материал часто используется в качестве эстетически приятного финишного покрытия, а также имеет несколько функциональных преимуществ. Этот натуральный штукатурный слой известен своей воздухопроницаемостью, способностью регулировать влажность и способностью способствовать созданию здоровой среды в помещении. В контексте более строгих правил качества воздуха в помещениях , глиняная штукатурка демонстрирует большой потенциал из-за своих свойств как строительного материала.

Физический состав

Все штукатурки и лепнины имеют несколько общих черт: все они содержат структурный компонент, связующий элемент и некоторую форму волокна. Обычно термин «штукатурка» относится к настенному покрытию, сделанному из земли , извести или гипса , в то время как штукатурка использует цемент или синтетический связующий элемент.

Глина: связующее вещество[1][2]

Глина , важный компонент почвы с частицами размером менее 2 микрометров, проявляет клееподобные свойства в присутствии воды из-за чрезвычайно малого размера частиц и высокого отношения поверхности к объему. Это позволяет ей эффективно связываться с песком и волокнами , играя ключевую роль в удерживании смеси вместе и закреплении ее на стене. Кроме того, когда глина влажная, ее пластичность повышает обрабатываемость штукатурных смесей.

В области глиняных строительных материалов частицы глины выступают в качестве первичных связующих веществ. Эти частицы не только обеспечивают обрабатываемость во время пластической фазы, но и обеспечивают сцепление после высыхания, способствуя структурной целостности конструкции. Известные глинистые минералы, участвующие в этом процессе, включают монтмориллонит , хлорит и иллит , каждый из которых добавляет различные свойства к составу. Несмотря на химические различия среди глин, их преобладающие кристаллические фазы в основном состоят из филлосиликатов, таких как упомянутые глинистые минералы. Коллоидный компонент также включает плохо кристаллизованные водные алюмосиликаты , а также оксиды железа и алюминия.

Пропорция глины существенно влияет на характеристики смеси, ударную прочность, усадку и требования к воде для смешивания. Однако важно отметить, что рекомендуемое максимальное содержание глины в смеси грунта составляет 25%.

Песок: структурная прочность

Песок, зернистый скелетный компонент, обеспечивает структуру, прочность и объем глиняным штукатуркам. Состоящий из мельчайших минеральных частиц, полученных из его исходного горного материала, песок в основном состоит из диоксида кремния ( кварца ) и считается нереактивным веществом.

Песок вводится в штукатурную смесь не только для структурных целей, но и играет важную роль в минимизации вероятности трещин в процессе высыхания. Более того, присутствие песка не только помогает предотвратить трещины, но и приводит к снижению сорбционной способности смеси. Это двойное воздействие указывает на тщательное балансирование, необходимое в составе почвы для достижения как структурной целостности, так и контролируемого поглощения влаги.

Учитывая, что песок естественным образом встречается в различных подпочвах , существует вероятность, что весь необходимый песок уже содержится в почве.

Волокно: прочность на разрыв и армирование[3][4][5][6][7][8]

В контексте улучшения адгезии и совместимости с различными основаниями волокна могут быть введены в глиняные штукатурки без ущерба для их экологического профиля. Различные натуральные волокна, такие как сухая солома, пенька, рогоз, кокосовое волокно, ракушки и шерсть животных, оказываются подходящими вариантами для армирования глиняных штукатурок.

Исследования показывают, что включение натуральных волокон умеренно увеличивает открытую пористость, способствуя улучшению взаимосвязи пор. Внутри штукатурки образуется сетка, которая усиливает сцепление и обеспечивает гибкость высушенной смеси.

Глина имеет тенденцию к усадке и растрескиванию во время высыхания, добавленные волокна эффективно противодействуют этим проблемам. Наличие волокон в смеси значительно снижает усадку при высыхании, причем более крупные волокна проявляют более выраженный эффект, чем более мелкие. Это снижение объясняется повышенным содержанием воды, необходимым для обрабатываемости при добавлении большего количества и более тонких волокон.

Изучение изменений физических характеристик в результате добавления натуральных волокон показывает снижение плотности материала. Насыпная плотность уменьшается с более высоким содержанием волокон, в то время как прочность адгезии испытывает положительную тенденцию с добавлением волокон, особенно при включении большего количества и более тонких волокон.

Добавление волокон в штукатурки, как было отмечено, имеет различные преимущества, включая снижение плотности, минимизацию усадочных трещин и улучшение прочности сцепления. Хотя общее влияние на прочность на сжатие и прочность на растяжение может варьироваться в зависимости от базовых материалов и волокон, общий вывод исследования подтверждает положительное влияние добавления волокон в глиняные штукатурки. Это улучшение включает снижение теплопроводности, снижение усадки при высыхании и улучшение гигиенической буферной способности.

Вода: вязкость[9]

Вода играет решающую роль в формулировании и нанесении глиняной штукатурки, влияя как на ее обрабатываемость, так и на структурную целостность. Как упоминалось ранее, глина проявляет адгезионные свойства в присутствии воды, подчеркивая важную роль воды в обеспечении структурной поддержки. Количество добавляемой воды определяется конкретными характеристиками глины и общими пропорциями смеси.

Однако баланс между содержанием воды и эксплуатационными характеристиками штукатурки становится очевидным в прочности материала на сжатие. Увеличение начального содержания воды может отрицательно повлиять на прочность на сжатие. Достижение баланса имеет решающее значение. Для оптимальной пластичности потребность в воде для штукатурки должна находиться в пределах текучести и пластичности почвы. Выбор содержания воды и глины, близкого к границе текучести, может повысить простоту нанесения и смягчить растрескивание поверхности. Рекомендуемый подход заключается в поддержании начального содержания воды между 30% и 40% от веса глины.

Примечательно, что по мере увеличения содержания глины в смеси увеличивается и потребность в воде. Однако необходимо поддерживать тонкое равновесие, чтобы предотвратить возможные усадочные трещины, связанные с более высоким содержанием воды. Достижение оптимального соотношения вода-глина имеет решающее значение для использования преимуществ глиняной штукатурки при сохранении ее структурной целостности.

Добавки

Добавки могут быть включены в состав глины, песка, воды и волокна для улучшения различных свойств штукатурки. В зависимости от применения эти добавки могут быть выборочно нанесены на финальный слой или включены во все слои. Многие обычно используемые добавки происходят либо из природных источников, либо являются результатом промышленных и сельскохозяйственных процессов, обеспечивая экономически эффективные средства для улучшения характеристик глиняной штукатурки. Разнообразие добавок позволяет смешивать их в различных пропорциях, каждая из которых вызывает различные изменения в штукатурке. Из-за отсутствия всеобъемлющей теоретической модели, объясняющей эти эффекты, прогнозирование воздействия конкретной добавки в конкретной штукатурной смеси зависит от эмпирического тестирования для каждой комбинации.

Основное применение добавок вращается вокруг устранения присущих глиняной штукатурке недостатков, таких как сухая усадка, механическая прочность или адгезия. Кроме того, некоторые добавки направлены на улучшение свойств, важных для применения внутри помещений, включая термостойкость и способность буферизации влаги.

Биополимеры

Биополимеры представляют собой широкую группу добавок, которые производятся из растений или животных. Они могут служить многим целям: некоторые биополимеры могут действовать как клей, удерживающий матрицу вместе, в то время как другие помогают заполнять полости и дополнять распределение частиц, оба увеличивают сцепление. Это может привести к многочисленным преимуществам: повышенная плотность часто приводит к повышению общей прочности, в то время как менее пористые штукатурки оказываются более водостойкими и долговечными. Некоторые биополимеры также влияют на вязкость и обрабатываемость штукатурки, требуя меньше воды и, следовательно, уменьшая сухую усадку. ^[8]

Некоторые из наиболее распространенных биополимерных добавок - это пшеничная мука , навоз, сок кактуса, казеин (молочный белок) и различные натуральные масла, такие как льняное масло . Другие добавки включают: стеарат , жир , танин , листья и кору некоторых деревьев, натуральные смолы и клеи, ламинарии , сухое молоко или кровь скота.

Мучная паста

Вареная мучная паста — это дешевый натуральный клей , который легко приготовить из обычных ингредиентов. Водная и мучная кашица варится до тех пор, пока клейковина не свяжет элементы смеси, создавая прочный клей. В гипсе мучная паста служит связующим веществом и отвердителем.

Навоз

Навоз служит связующим веществом и придает штукатурке большую плотность. ^{[ неопределенно ]} Навоз также содержит небольшие натуральные волокна, которые обеспечивают дополнительную прочность на разрыв , а также уменьшают растрескивание и водную эрозию . Различные виды навоза оказывают разное действие. Конский навоз имеет высокое содержание микроволокон, но коровий навоз имеет больше затвердевающих ферментов. Люди сообщали об успешном использовании навоза ламы и альпаки . Навоз должен быть свежим или ферментированным при смешивании с штукатуркой, так как компостированный навоз теряет свои ферменты и адгезионные свойства. Навоз следует просеивать перед использованием.

Сок кактуса опунция

Жидкость из кактуса опунции раньше была одной из самых распространенных добавок в Америке . ^{[10] [11]}

Сок из листьев кактуса опунции выполняет множество функций. Согласно некоторым источникам, он помогает штукатурке застывать и увеличивает ее липкость или адгезию . Сок кактуса также служит стабилизатором, помогая сделать глиняную штукатурку более водостойкой и долговечной. Он также предотвращает пыление.

Кактусовый сок может повысить обрабатываемость штукатурки и ее способность формоваться в желаемую форму. Обрабатываемость зависит от содержания воды, формы и распределения размеров ее заполнителя (например, камня, песка, натурального волокна и т. д.), возраста штукатурки и количества других натуральных связующих веществ (например , извести , пшеничной пасты , кактусового сока, затвердевающего растительного масла , казеина и других белков и т. д.) Изменение содержания воды, изменение смеси заполнителей, замачивание глины или изменение связующих веществ увеличат или уменьшат обрабатываемость штукатурки. Избыток воды приведет к повышенному кровотечению (поверхностная вода) и/или разделению заполнителей (когда натуральное связующее вещество и заполнители начнут разделяться), в результате чего качество полученной штукатурки ухудшится. Использование заполнителя с нежелательным градационным составом может привести к очень жесткой конструкции смеси с очень низкой обрабатываемостью, которую нельзя легко сделать более обрабатываемой путем добавления разумного количества воды или связующего вещества.

Кактусовый сок хорошо работает, потому что он содержит пектин , водорастворимый длинноцепочечный углевод , который действует как связующее вещество для увеличения адгезии глиняной штукатурки. Пектин также отвечает за повышение водостойкости глиняной штукатурки и использовался для усиления известковых штукатурок как в Мексике, так и на юго-западе США в течение сотен лет.

Сок кактуса получают путем погружения срезанных листьев в воду на срок до двух недель. ^[12]

Другие добавки

Промышленные отходы

Некоторые промышленные побочные продукты могут быть добавлены для достижения лучших механических свойств, а именно прочности и усадки. Исследователи протестировали летучую золу, известняковый шлам, гидравлическую известь и декстрин и их воздействие на штукатурку. Добавление известнякового шлама и гидравлической извести привело к снижению усадки при высыхании, что помогает предотвратить трещины и улучшить адгезию к поверхности нанесения. Летучая зола и декстрин оба улучшили механическую прочность штукатурки. Однако следует отметить, что дозировка оказалась очень важной для конечных свойств, причем каждая добавка показывала разные результаты в зависимости от количества, которое было смешано. ^[3]

Бумажные отходы

Бумажные отходы также могут быть включены в штукатурку для улучшения ее гигротермических свойств. Поскольку это отходы, продукт часто очень дешев и широко доступен. Исследования показывают, что добавление бумажных отходов улучшает способность глиняной штукатурки удерживать влагу, а также снижает ее плотность. Это снижение плотности также означает, что штукатурка становится лучшим теплоизолятором. ^[13]

Внутренняя глиняная штукатурка

Глиняные штукатурки становятся все более популярными в дизайне интерьера благодаря своим устойчивым и экологически чистым характеристикам. Штукатурка положительно влияет на тепловой комфорт, качество воздуха в помещении и энергоэффективность. Однако в процессе высыхания происходит усадка, которая влияет на ее способность должным образом прилипать к поверхности. ^[3]  Эту проблему можно решить, используя различные типы проволочных сеток, используя композитные штукатурки или другие добавки. Другая возможность — нанести смесь песка и пшеничной пасты на поверхность, на которую будет наноситься штукатурка.

Существуют различные способы нанесения глиняной штукатурки. Штукатурку можно наносить в три слоя, это испанский процесс, известный как «alisando». Первый слой — это наждачный слой, который обеспечивает сцепление для второго слоя — коричневого слоя или выравнивающего слоя. Последний слой — это цветной слой или финишный слой. Этот слой обычно представляет собой глину с песком, но без волокон. Другие производители наносят только цветной/финишный слой. Этот одинарный слой обеспечивает меньше преимуществ, обсуждаемых далее, но он все еще имеет преимущества по сравнению с гипсовой штукатуркой.

Влияние на микроклимат в помещении

В принципе, все настенные покрытия оказывают влияние на климат помещения: паропроницаемые покрытия, разработанные как капиллярно-проводящие, позволяют слоям стены за ними впитывать влагу и снова ее отдавать. Благодаря свойству глиняных штукатурок впитывать влагу, на стене создается буфер, который впитывает влагу и снова ее отдает, когда влажность воздуха низкая. Площадь и толщина оштукатуренной стены оказывают наибольшее влияние на способность глиняной штукатурки действовать как климатический буфер. Большая часть влаги удерживается в верхнем слое глиняной штукатурки, поэтому этот слой является наиболее важным для эффекта климатического буфера. Глина также имеет высокую удельную теплоемкость, что позволяет глиняной штукатурке компенсировать колебания температуры в помещении.

Буферизация влаги^[14][15][16]

Влага оказывает значительное влияние на внутреннюю среду здания. Избыточная влажность может привести к росту плесени, ухудшению качества воздуха и структурным повреждениям. И наоборот, слишком сухая среда может вызывать дискомфорт, влияя как на здоровье, так и на сохранность материалов. Поэтому эффективное регулирование влажности имеет решающее значение для здоровой, устойчивой и комфортной среды проживания. Глина славится своей замечательной способностью регулировать влажность, свойством, известным как буферизация влаги.

Глина обладает уникальной способностью как адсорбировать, так и поглощать воду. Адсорбция относится к удержанию влаги на поверхности частиц глины, тогда как абсорбция относится к поглощению влаги в поры материала. По мере повышения влажности в помещении глина может поглощать избыточную влагу. При более низких уровнях влажности глина постепенно выделяет поглощенную влагу путем испарения.

Пористая природа глины и ее высокая удельная площадь поверхности способствуют ее буферным свойствам влаги. Поры действуют как резервуары, где влага может удерживаться и высвобождаться. Кроме того, содержание глины играет роль в буферизации влаги. Глина естественным образом притягивает и удерживает молекулы воды. Следовательно, более высокое содержание глины приводит к улучшенной буферизации, хотя это не обязательно означает улучшение глиняной штукатурки. Однако глина имеет недостаток в том, что она дает усадку при высыхании. Более высокое содержание глины в глиняной штукатурке может привести к повышенной усадке, что потенциально может вызвать образование трещин.

Не только содержание глины, но и минералогический состав играют решающую роль. Глина считается гигроскопичной, что указывает на ее способность поглощать воду из окружающей среды. Это способствует регулированию относительной влажности в пространстве. Однако различные глинистые минералы проявляют различную гигроскопичность. Например, глинистый минерал монтмориллонит демонстрирует высокую гигроскопичность, тогда как каолинит проявляет низкую гигроскопичность. Глиняные штукатурки с различным составом и соотношением будут, следовательно, иметь различные буферные способности для влаги.

Озон^{[17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27]}

Общая информация

Озон реагирует со многими материалами в помещении, а также с соединениями в воздухе помещения. Реакции между озоном и поверхностями зданий способны генерировать и выделять аэрозоли и раздражающие канцерогенные газы, они могут быть раздражающими или вредными для жителей здания. Качество воздуха в помещении очень важно, поскольку известно, что большинство людей в развитых странах проводят почти 90% своей жизни в помещении. В организме человека озон реагирует с клетками тканей, которые способствуют воспалению и повышению проницаемости жидкости эпителиальной выстилки, что обеспечивает большее проникновение загрязняющих веществ из воздуха легких в кровоток. Несколько исследований показывают, что существуют некоторые PRM, пассивные материалы для удаления, которые пассивно, без использования энергии, удаляют озон из воздуха помещения, не создавая вредных побочных продуктов. Глиняная штукатурка для стен представляется перспективным пассивным материалом для удаления озона из-за ее относительно высокой вероятности реакции с озоном.

Производство озона

Озон вырабатывается на открытом воздухе, но существуют также источники озона в помещениях, например, лазерные принтеры, копировальные машины. Различные измерения показывают, что концентрация озона в помещении тесно связана с концентрацией на открытом воздухе и зависит от скорости воздухообмена. Концентрация озона в помещении, деленная на концентрацию озона на открытом воздухе (I/O), остается относительно постоянной.

Загрязнение воздуха внутри помещений

Многие источники способствуют загрязнению воздуха внутри помещений. Существуют загрязнители, поступающие извне, и загрязнители, которые поступают из материалов внутри помещений. Загрязнители наружного воздуха классифицируются как биологические загрязнители (UOB), такие как озон, оксиды серы, оксиды азота, бензол и соединения свинца... Загрязнители, поступающие из внутренней части здания, - это строительные соединения и химикаты, выделяемые из материалов внутри помещений, а также загрязнители, образующиеся в результате деятельности человека и машин. Они рассматриваются в трех категориях. Первая категория включает загрязнители, вторичные газы и химикаты, последние частицы и волокна. Существует два типа загрязнителей воздуха внутри помещений. Первичные загрязнители или ЛОС могут выделяться непосредственно с поверхности. Вторичные загрязнители или ЛОС вызываются газофазными превращениями или окислением поверхности. Важное различие между первичными и вторичными ЛОС - это временная эволюция. Выбросы первичных ЛОС снижаются с предсказуемой скоростью и снижаются до более низких уровней в течение года. Выбросы вторичных ЛОС более продолжительны и могут продолжаться в течение нескольких лет. Примерами вторичных загрязнителей, которые наносят больший вред здоровью человека, являются альдегиды, кетоны и SOA.  

Пассивные материалы для удаления являются альтернативным методом удаления озона из помещений. Пассивные материалы для удаления характеризуются удалением озона из помещений без потребления энергии, удалением озона в течение длительного времени, минимальным образованием продуктов реакции, покрытием большой площади поверхности при сохранении эстетической привлекательности. PRM для озона являются неорганическими материалами, включая кирпичи и штукатурку на основе глины.

Реакции озона

Происходят два типа реакций. Газофазные или гомогенные реакции происходят между озоном и некоторыми химическими веществами, которые выбрасываются в воздух внутри помещений. Например, алкены, выбрасываемые из строительных материалов, мебели и многочисленных чистящих и потребительских товаров. Эти гомогенные реакции могут производить вторичные органические аэрозоли (SOA), а также ряд газообразных окисленных продуктов. Существуют также поверхностные или гетерогенные реакции, которые могут происходить на мебели, пыли, коже человека.

В результате этих реакций могут образовываться карбонилы, дикарбонилы и гидроксикарбонилы C1-C10, которые могут вызывать раздражение или быть вредными для находящихся в здании людей.

Влияние загрязнения воздуха внутри помещений на здоровье человека

Важные вещи, которые следует учитывать при обсуждении влияния загрязнения воздуха в помещениях на здоровье человека, — это способ воздействия загрязняющих веществ, взаимодействие загрязняющих веществ с окружающей средой и определение источника. Нос и легкие — это части человеческого тела, которые больше всего подвержены загрязнению воздуха в помещениях, что логично, поскольку дыхательная система больше всего страдает от загрязнения воздуха в помещениях. Размер загрязняющих веществ также является важным фактором. Частицы диаметром более 10 микрон задерживаются во рту и носу, более мелкие частицы могут проходить через рот и нос в дыхательную систему. Самые маленькие частицы размером 2–3 микрона могут проходить через легкие и прилипать к альвеолам.

Количественные параметры озона

Скорость осаждения

Скорость осаждения = — коэффициент массопереноса, связывающий концентрацию озона в объеме воздуха с потоком озона к поверхности.

1. Скорость осаждения = — коэффициент массопереноса, связывающий концентрацию озона в объеме воздуха с потоком озона к поверхности.

Глиняная штукатурка и глиняная краска для стен имеют очень высокую скорость осаждения. В целом, ворсистые и пористые материалы демонстрируют более высокую скорость осаждения, чем гладкие герметичные поверхности. Высокие скорости осаждения, демонстрируемые глиняной штукатуркой или краской для стен, могут быть вызваны катализируемым железом или алюминием разложением озона.

${\displaystyle v_{d}={\frac {\lambda V}{A}}{\Bigl (}{\frac {C_{in}}{C_{e}}}-1{\Bigr )}-v_{d,w}{\Bigl (}{\frac {A_{w}-A}{A}}-1{\Bigr )}}$

Вероятность реакции

2. Вероятность реакции - это вероятность реакции при столкновении молекулы озона с поверхностью. Где < > - скорость Больцмана ( для озона при 296К) ${\displaystyle v_{d}}$ ${\displaystyle 1,30\cdot 10^{-6}mh^{-1}}$

${\displaystyle \gamma ={\frac {4}{<v_{b}>}}{\Bigl (}{\frac {1}{v_{d}}}-{\frac {1}{v_{t}}}{\Bigr )}^{-1}}$

Вероятность реакции для глиняной краски по сравнению с глиняной штукатуркой выше. Глиняная краска статистически более реактивна, чем глиняная штукатурка, поскольку содержит целлюлозу и спиртовые эфиры, два компонента, которые реагируют с озоном. Вероятность реакции глиняной штукатурки обусловлена ​​ее основным компонентом, каолинитом. Каолинит — это водный алюмосиликатный минерал, который составляет 50% глиняной штукатурки. В соответствии с тенденцией к скорости осаждения, ворсистые и пористые материалы демонстрируют более высокую вероятность реакции, чем гладкие, непористые материалы.

урожай

3. Выход = молярный выход определяется как молярная скорость эмиссии карбонильных соединений, образующихся в результате реакций между материалом и озоном, деленная на молярный поток озона между поверхностью материала.

${\displaystyle Y={\frac {C_{iO_{3}}-C_{iO}}{C_{O_{3}in}-C_{O_{3}e}}}}$

Из высокореактивных материалов только штукатурка на основе глины сочетает в себе очень низкую производительность с высокой скоростью удаления озона.

Глиняная штукатурка для стен показала очень высокую скорость осаждения и незначительный выход. Глина и материалы, содержащие глину (например, кирпичи), легко поглощают озон, возможно, из-за реакции, катализируемой металлами, присутствующими в глине. Глиняная штукатурка с очень высокой скоростью поглощения озона имеет определенную шероховатость поверхности и пористость. Несколько исследований предполагают, что высокое содержание алюминия или железа и большая площадь поверхности в совокупности делают глиняную штукатурку особенно хорошим строительным материалом, поглощающим озон. Полевые испытания показывают, что такие материалы, как глиняная краска и ковер, становятся менее реактивными с течением лет, вероятно, из-за медленного окисления органических покрытий. Этот процесс называется «старением озона». Глина, по-видимому, не становится существенно менее реактивной. Глиняная штукатурка обладает способностью «регенерироваться» после периодов без большого воздействия озона. Материалы, состоящие из глины, не обязательно хорошо удаляют озон. Несмотря на то, что они состоят из глины, керамическая плитка демонстрирует низкую скорость осаждения.

Удаление поверхности

Скорость удаления озона с поверхности материала ( ) зависит от скорости осаждения озона ( ), площади поверхности (A) и объема (V) замкнутого пространства, в котором находится материал. ${\displaystyle k_{sr,O_{3}}}$ ${\displaystyle K_{d,O_{3}}}$

${\displaystyle k_{sr,O_{3}}=k_{d,0_{3}}\left[{\frac {A}{V}}\right]}$

Появляются новые данные, указывающие на альтернативные материалы для помещений, которые можно использовать для снижения концентрации озона в помещении (газовая фаза) с минимальными последствиями окисления продуктов. Эти материалы называются PRM. Предполагается, что эффективность удаления озона PRM может достигать 80% в зависимости от площади поверхности панели и скорости воздуха через панель.

Нормы выбросов

Краска на основе глины имеет более высокие показатели эмиссии n-альдегидов по сравнению с глиняной штукатуркой. Наличие продуктов реакции n-альдегидов, бензальдегида и толуальдегида привело к более низкой оценке воспринимаемого качества воздуха. ${\displaystyle {\ce {C5-C10}}}$ ${\displaystyle {\ce {C5-C10}}}$

Относительная влажность и температура

Доказательства показали, что параметры воздуха в помещении: относительная влажность, температура и концентрация озона влияют на результаты испытаний. Более высокие концентрации озона могут привести к снижению вероятности реакции и снижению выхода. Вероятности реакции также могут колебаться, если есть изменения поверхности материала (например, отложение кожных масел, кулинарных масел), тогда наблюдается повышенная реактивность. При более высоких температурах скорость осаждения озона немного выше. Чем выше относительная влажность, тем больше скорость осаждения озона на различные поверхности и тем больше скорость удаления поверхности. Чем более гидрофильна поверхность, тем больше эффект.

«очистка воздуха» (М)

Озонирование помещений используется для освежения воздуха в помещениях уже более 100 лет. Несколько компаний предлагают генераторы озона, которые, по их словам, удаляют химические загрязнители из воздуха в помещениях. Они утверждают, что озон может окислять находящиеся в воздухе газы и твердые частицы до простого углекислого газа и водяного пара, а также может удалять неприятные запахи. Несколько исследований показали, что использование генератора озона для улучшения качества воздуха в помещениях — не лучший вариант. Концентрации озона менее 100 ppb оказывают незначительное воздействие на большинство газообразных загрязнителей. Существуют некоторые загрязнители воздуха в помещениях, которые реагируют с озоном со значительной скоростью, но эти соединения обычно составляют менее 10 % процентов от общего количества загрязнителей в газовой фазе. Использование генераторов озона также может быть опасным. Сложно контролировать концентрацию озона, а высокие концентрации могут привести к нескольким жалобам.

Заключение

Глина является очень перспективным пассивным материалом для удаления озона во многих исследованиях. Учитывая очень высокие скорости осаждения, она существенно снизит концентрацию озона в помещении без образования побочных продуктов. Вероятность реакции глиняной штукатурки обусловлена ​​ее основным компонентом, каолинитом. Каолинит — это водный алюмосиликатный минерал, который составляет 50% глиняной штукатурки. Глиняная штукатурка для стен может помочь улучшить качество воздуха в помещении, что очень важно в наши дни, поскольку большинство людей проводят 90% своей жизни в помещении.

Восприятие комфорта

Производители глиняных штукатурок часто стремятся привлечь внимание к положительному влиянию своей продукции на качество воздуха, подчеркивая улучшения, которые может принести глиняная штукатурка. В научной литературе ссылки на благоприятное влияние глиняной штукатурки на качество воздуха в помещении часто поверхностны, при этом многие исследования в первую очередь сосредоточены на гигроскопичности или абсорбции глиняной штукатурки. ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$

Исследование Дарлинга и др. (2012) ^[17] пришло к выводу, что глиняная штукатурка оказывает положительное влияние на качество воздуха в помещении, особенно в присутствии озона, с наличием или без наличия ковра. Самые высокие уровни принятия качества воздуха наблюдались, когда присутствовала только глиняная штукатурка или когда присутствовали и глиняная штукатурка, и ковер без озона. Введение глиняной штукатурки в менее благоприятную ситуацию (ковер + озон) привело к значительно более низким концентрациям как озона, так и альдегида, тем самым значительно улучшив качество воздуха в помещении.

Крайне важно сохранять критическую позицию относительно утверждения, что глиняные штукатурки должны улучшать качество воздуха в помещении. Хотя исследование Дарлинга и др. (2012) ^[17] предполагает положительные результаты, необходимы дополнительные исследования для подтверждения этих результатов.

Минералы

Компоненты

Глиняные штукатурки состоят из различных глинистых минералов, которые могут влиять на свойства и производительность штукатурки различными способами. Эти минералы включают каолинит, галлуазит, монтмориллонит, бентонит, сапонит, вермикулит, иллиит, сепиолит и палыгорскит, цеолиты (чаще используемые в качестве добавки), хлорит и смектит. ^[28]

Глобальное распределение глинистых минералов в современных океанах выявляет закономерности. Каолинит и смектит концентрируются в тропических зонах, в то время как хлорит и иллит преобладают в умеренных и высоких широтах. Смектит, который обладает высокой поглощающей способностью для органических веществ, существенно влияет на адсорбцию органических материалов в осадочных средах, потенциально влияя на геологические явления, такие как образование углеводородов и разведка нефти и газа. ^[29] Некоторые из этих минералов обеспечивают определенные преимущества в отношении качества воздуха в помещениях. Наиболее важные из них перечислены ниже.

Бентониты : Активированные кислотой бентониты демонстрируют повышенную адсорбцию газа, особенно , из-за важных поверхностных свойств. Однако процесс может снизить pH и высвободить катионы. ${\displaystyle {\ce {SO2}}}$

Каолиниты : Хотя смектиты, как правило, обладают превосходными свойствами адсорбции газов, каолиниты можно улучшить с помощью модификаций, таких как замена аморфного каолинита щелочными металлами.

Цеолиты : Цеолиты, выступающие в роли молекулярных сит , используются для селективной адсорбции в зависимости от размера, а также для улавливания и очистки воды. ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$

Столбчатые глины : благодаря термической стабильности и большой площади поверхности столбчатые глины используются для адсорбции газов, включая водород ( ) и оксиды азота ( ). ^[30] ${\displaystyle {\ce {H2}}}$ ${\displaystyle {\ce {NOx}}}$

При адсорбции загрязняющих веществ, вкрапленная глина образует связи с другими веществами тремя способами: через связи Si-O, группы OH и силы Ван-дер-Ваальса. Глинистые минералы, включая смектит, иллит и каолинит, демонстрируют различные слои глины с определенной конфигурацией групп Si-O и групп OH, определяющих как физические, так и химические свойства. ^[31]

Эти естественные адсорбционные качества могут быть улучшены путем улучшения определенных параметров. Это тот случай, когда текстурные качества улучшаются путем увеличения пористости и удельной площади поверхности. Это может быть достигнуто путем кислотной обработки или путем добавления добавок, таких как другие минералы или органические вещества.

Добавки

Цеолиты

Цеолиты оказывают доказанное влияние на эффективность удаления ЛОС в воздухе внутри помещений. Особенно при использовании фотокатализатора реакция адсорбции может быть очень эффективной (эффективность удаления до 90%) согласно некоторым исследованиям, для улучшения качества воздуха в помещении и обонятельного комфорта. Как возможная добавка к гипсу цеолиты также дали очень многообещающие результаты в многочисленных исследованиях, особенно при использовании природных цеолитов. ^[32] Тем не менее, концентрация ЛОС, адсорбированных гипсом, частично высвобождалась позже. Чем выше температура, тем больше этот эффект, по-видимому. ^[33]

Активированный уголь

Активированный уголь также может быть встроен в гипсовую матрицу и показал положительное влияние на качество воздуха в помещении. Гипсовая матрица может быть использована для формирования модульной раковины, которую можно очень легко установить и снять. Большим преимуществом этого является минимальная адаптация и реконструкция, которые необходимо провести существующей конструкции для достижения этого пассивного эффекта. Скорость удаления штукатурки, содержащей активный уголь, увеличивается с увеличением внешней поверхности и толщины раковины. Увеличение концентрации активного углерода, содержащегося в штукатурке, также в некоторой степени увеличит эффективность удаления. Выше определенной концентрации углерода эта скорость больше не увеличится (выше 20% для низких концентраций и выше 50% для высоких концентраций). ^[34]   К сожалению, в случае активного угля адсорбция ЛОС не может быть легко обращена вспять, что означает, что адсорбционный потенциал штукатурки на основе активного углерода конечен. На данный момент активный срок службы такой штукатурки остается неизвестным. Некоторые исследования показывают возможный срок службы 20, но это может быть большим преувеличением. Необходимы дополнительные исследования по этому вопросу. ^[35]

Другие возможности

Различные модификации глинистых минералов, включая органомонтмориллониты, демонстрируют обратимое улавливание при комнатной температуре. Неорганические-органические композитные сорбенты также подходят для улавливания. Другие исследования также доказали, что глина как компонент может оказывать положительное влияние на скорость удаления органических кислот. Необходимы дополнительные исследования в этой части. ^[36] ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$ ${\displaystyle {\ce {CO2}}}$

Преимущества и недостатки глиняной штукатурки

Преимущества

Земляные штукатурки имеют много преимуществ. Состоящие в основном из глины, песка и, возможно, соломы, они являются 100% возобновляемым продуктом и не содержат вредных веществ. По сравнению с другими настенными покрытиями они менее токсичны и энергоемки, так как для добычи, производства и обработки требуется мало энергии, что делает их привлекательными для экологически сознательных людей. Кроме того, их легче ремонтировать и они дешевы. Кроме того, земляные заплатки могут улучшить PAQ (воспринимаемое качество воздуха). Они оказывают небольшое воздействие на окружающую среду и обладают способностью регулировать гидротермальные условия внутренней среды, что может привести к улучшению здоровья населения. При разложении глиняная штукатурка не оставляет экологического следа, и поскольку она не содержит синтетических добавок, ее можно перерабатывать и использовать повторно неограниченное количество времени. Это цикличный продукт. Суглинок также может выполнять свою роль регулятора влажности, и их можно применять для большинства типов опор для ремонта или строительства. Это проницаемый для водяного пара материал, обладающий высокой способностью к накоплению/выделению тепла, что способствует тепловому комфорту, улучшению качества воздуха и энергоэффективности. Это материал на биологической основе, обладающий высокой воздухопроницаемостью благодаря своей гигроскопичной пористой структуре, что также способствует удержанию влаги.

Недостатки

Однако недостатком является их механическая прочность и устойчивость к воздействию климатических факторов, их пониженная степень совместимости с классическими отделочными материалами, имеющимися в настоящее время на рынке. Кроме того, глиняные штукатурки имеют высокий риск растрескивания в процессе высыхания из-за их значительной усадки и высокой чувствительности к воде. Если смесь не имеет правильных пропорций компонентов, может возникнуть множество других проблем, таких как образование пыли и трещины. Они часто более трудоемки (высоки), чем другие виды настенных покрытий, и имеют зернистую текстуру, которая при контакте оставляет пятна. Запах, оставляемый материалом, также часто оказывается неприятным. Наконец, многие вопросы, связанные с глиняными штукатурками, все еще не определены или часто читаются как предположения, а не факты. Это показывает, что материал, таким образом, имеет потенциал, но вокруг него еще предстоит провести много испытаний.

Смотрите также

• Строительство зданий
• Система внешней изоляции и отделки
• Экологическое строительство
• Естественное строительство
• Штукатурка
• Таделакт
• Плетень и мазанка
• Зеллиге

Примечания

1. Монтана, Г.; Рандаццо, Л.; Саббадини, С. (январь 2014 г.). «Геоматериалы в практике зеленого строительства: сравнительная характеристика коммерчески доступных штукатурок на основе глины». Environmental Earth Sciences . 71 (2): 931–945. Bibcode :2014EES....71..931M. doi :10.1007/s12665-013-2499-4. ISSN  1866-6280. S2CID  128750925.
2. Lagouin, M; Laborel-Préneron, A; Magniont, C; Aubert, JE (2019-11-01). "Разработка глиняной штукатурки с высоким содержанием глины". Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 660 (1): 012068. Bibcode : 2019MS&E..660a2068L. doi : 10.1088/1757-899X/660/1/012068 . ISSN  1757-8981.
3. Hegyi, Андреа; Петку, Кристиан; Чобану, Адриан Александру; Калатан, Габриэла; Браду, Аурелия (9 июля 2023 г.). «Разработка глиняно-композитных штукатурок, объединяющих промышленные отходы». Материалы . 16 (14): 4903. Бибкод : 2023Mate...16.4903H. дои : 10.3390/ma16144903 . ISSN  1996-1944 гг. ПМЦ 10381511 . ПМИД  37512178. 
4. Рандаццо, Л.; Монтана, Г.; Хайн, А.; Кастилья, А.; Родоно, Г.; Донато, Д.И. (ноябрь 2016 г.). «Влагопоглощение, теплопроводность и шумоподавление штукатурок на основе глины: влияние минералогических и текстурных характеристик». Applied Clay Science . 132–133: 498–507. Bibcode :2016ApCS..132..498R. doi :10.1016/j.clay.2016.07.021.
5. Люуцци, Стефания; Рубино, Кьяра; Стефаницци, Пьетро; Петрелла, Андреа; Богетич, Адриано; Касавола, Катерина; Паппалеттера, Джованни (январь 2018 г.). «Гигротермические свойства глинистых штукатурок с оливковыми волокнами». Строительство и строительные материалы . 158 : 24–32. doi :10.1016/j.conbuildmat.2017.10.013.
6. Лима, Хосе; Фариа, Паулина (2016), Фангейру, Рауль; Рана, Сохель (ред.), «Экологически эффективные глиняные штукатурки: влияние добавления натуральных волокон», Натуральные волокна: достижения в науке и технике на пути к промышленному применению , т. 12, Дордрехт: Springer Netherlands, стр. 315–327, doi : 10.1007/978-94-017-7515-1_24, hdl : 10362/14878 , ISBN 978-94-017-7513-7, получено 2023-12-14
7. Laborel-Préneron, A.; Aubert, JE; Magniont, C.; Tribout, C.; Bertron, A. (май 2016 г.). «Растительные агрегаты и волокна в строительных материалах из земли: обзор». Строительство и строительные материалы . 111 : 719–734. doi :10.1016/j.conbuildmat.2016.02.119.
8. Losini, AE; Grillet, AC; Bellotto, M.; Woloszyn, M.; Dotelli, G. (октябрь 2021 г.). «Природные добавки и биополимеры для стабилизации строительства из сырой земли — обзор». Строительство и строительные материалы . 304 : 124507. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2021.124507. hdl : 11311/1203755 .
9. Эмироглу, Мехмет; Ялама, Ахмет; Эрдогду, Ясемин (октябрь 2015 г.). «Характеристики готовых глиняных штукатурок, изготовленных с использованием различных соотношений глины и песка». Applied Clay Science . 115 : 221–229. Bibcode : 2015ApCS..115..221E. doi : 10.1016/j.clay.2015.08.005.
10. Cedar Rose. "Пластыри и соломенные тюки". Архивировано из оригинала 2014-05-28 . Получено 2012-03-18 .
11. Афина и Билл Стин. "The Straw Bale Earthen House". Архивировано из оригинала 2014-05-28 . Получено 2012-03-18 .
12. Guelberth, Cedar Rose; Dan Chiras (2003). Книга о натуральной штукатурке: земля, известковые и гипсовые штукатурки для натуральных домов . New Society Publishers.
13. Nutt, N; Kubjas, A; Nei, L (2020). «Добавление макулатуры в глиняную штукатурку для повышения ее способности удерживать влагу». Труды Эстонской академии наук . 69 (3): 179. doi : 10.3176/proc.2020.3.01 . ISSN  1736-6046.
14. Люуцци, Стефания; Рубино, Кьяра; Стефаницци, Пьетро; Петрелла, Андреа; Богетич, Адриано; Касавола, Катерина; Паппалеттера, Джованни (январь 2018 г.). «Гигротермические свойства глинистых штукатурок с оливковыми волокнами». Строительство и строительные материалы . 158 : 24–32. doi :10.1016/j.conbuildmat.2017.10.013.
15. Эмироглу, Мехмет; Ялама, Ахмет; Эрдогду, Ясемин (октябрь 2015 г.). «Характеристики готовых глиняных штукатурок, изготовленных с использованием различных соотношений глины и песка». Applied Clay Science . 115 : 221–229. Bibcode : 2015ApCS..115..221E. doi : 10.1016/j.clay.2015.08.005.
16. Лима, Хосе; Фариа, Паулина; Сантос Силва, Антонио (17.02.2020). «Земляные штукатурки: влияние глиняной минералогии на свойства штукатурок». Международный журнал архитектурного наследия . 14 (7): 948–963. doi : 10.1080/15583058.2020.1727064. hdl : 10362/93697 . ISSN  1558-3058. S2CID  213002204.
17. Darling, Erin K.; Cros, Clement J.; Wargocki, Pawel; Kolarik, Jakub; Morrison, Glenn C.; Corsi, Richard L. (ноябрь 2012 г.). «Влияние глиняной штукатурки на качество воздуха в помещении, оцененное с помощью химических и сенсорных измерений». Строительство и окружающая среда . 57 : 370–376. Bibcode : 2012BuEnv..57..370D. doi : 10.1016/j.buildenv.2012.06.004.
18. Дарлинг, Э.; Корси, Р.Л. (16.11.2016). «Полевой и лабораторный анализ глиняных настенных покрытий как пассивных материалов для удаления озона в зданиях». Indoor Air . 27 (3): 658–669. doi : 10.1111/ina.12345 . ISSN  0905-6947. PMID  27859627.
19. Дарлинг, Эрин; Моррисон, Гленн К.; Корси, Ричард Л. (сентябрь 2016 г.). «Пассивные материалы для удаления озона в помещениях». Строительство и окружающая среда . 106 : 33–44. Bibcode : 2016BuEnv.106...33D. doi : 10.1016/j.buildenv.2016.06.018. ISSN  0360-1323.
20. Fadeyi, Moshood Olawale (ноябрь 2015 г.). «Озон в помещениях: прогресс в исследованиях за последние 15 лет». Sustainable Cities and Society . 18 : 78–94. doi : 10.1016/j.scs.2015.05.011. ISSN  2210-6707.
21. Галл, Эллиотт Т.; Корси, Ричард Л.; Сигел, Джеффри А. (июнь 2011 г.). «Барьеры и возможности для пассивного удаления озона в помещениях». Atmospheric Environment . 45 (19): 3338–3341. Bibcode : 2011AtmEn..45.3338G. doi : 10.1016/j.atmosenv.2011.03.032. ISSN  1352-2310.
22. Lamble, SP; Corsi, RL; Morrison, GC (декабрь 2011 г.). «Скорости осаждения озона, вероятности реакций и выходы продуктов для зеленых строительных материалов». Atmospheric Environment . 45 (38): 6965–6972. Bibcode : 2011AtmEn..45.6965L. doi : 10.1016/j.atmosenv.2011.09.025. ISSN  1352-2310.
23. Ван, Х.; Моррисон, Г. (2010-02-06). «Озоно-поверхностные реакции в пяти домах: вероятности поверхностных реакций, выходы альдегидов и тенденции». Indoor Air . 20 (3): 224–234. Bibcode : 2010InAir..20..224W. doi : 10.1111/j.1600-0668.2010.00648.x . ISSN  0905-6947. PMID  20408899.
24. WESCHLER, CHARLES J. (декабрь 2000 г.). «Озон в помещениях: концентрация и химия». Indoor Air . 10 (4): 269–288. Bibcode : 2000InAir..10..269W. doi : 10.1034/j.1600-0668.2000.010004269.x. ISSN  0905-6947. PMID  11089331.
25. Круза, М.; Льюис, А.С.; Моррисон, Г.К.; Карслоу, Н. (12.04.2017). «Влияние взаимодействий поверхностного озона на химию воздуха в помещении: модельное исследование». Indoor Air . 27 (5): 1001–1011. Bibcode :2017InAir..27.1001K. doi : 10.1111/ina.12381 . ISSN  0905-6947. PMID  28303599.
26. Özdamar, Melek (2017). «Исследование теплового комфорта и качества воздуха в помещении: пример офисного здания». MEGARON / Йылдызский технический университет, Факультет архитектуры, электронный журнал : 27–40. doi : 10.5505/megaron.2017.02259 . ISSN  1309-6915.
27. Бёнигер, Марк Ф. (июнь 1995 г.). «Использование устройств, генерирующих озон, для улучшения качества воздуха в помещениях». Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены . 56 (6): 590–598. doi :10.1080/15428119591016827. ISSN  0002-8894. PMID  7778526.
28. Wal, Katarzyna; Rutkowski, Piotr; Stawiński, Wojciech (декабрь 2021 г.). «Применение глинистых минералов и их производных при адсорбции из газовой фазы». Applied Clay Science . 215 : 106323. Bibcode : 2021ApCS..21506323W. doi : 10.1016/j.clay.2021.106323. ISSN  0169-1317. S2CID  243960856.
29. Чжао, Тунсюй; Сюй, Шан; Хао, Фан (ноябрь 2023 г.). «Дифференциальная адсорбция глинистых минералов: последствия для обогащения органическими веществами». Earth-Science Reviews . 246 : 104598. Bibcode : 2023ESRv..24604598Z. doi : 10.1016/j.earscirev.2023.104598. ISSN  0012-8252. S2CID  264413442.
30. Ворасит, Нирамон; Гудман, Бернард А. (сентябрь 2023 г.). «Продукты из глиняных минералов для улучшения качества окружающей среды». Applied Clay Science . 242 : 106980. Bibcode : 2023ApCS..24206980W. doi : 10.1016/j.clay.2023.106980. ISSN  0169-1317. S2CID  259391297.
31. Чжао, Нань; Цзюй, Фэн; Сун, Цюаньвэй; Пань, Хуэй; Лин, Хао (май 2022 г.). «Простая эмпирическая модель адсорбции фенантрена на глинистых минералах почвы». Журнал опасных материалов . 429 : 127849. doi : 10.1016/j.jhazmat.2021.127849. ISSN  0304-3894. PMID  35236031. S2CID  244485158.
32. Чжао, Нань; Цзюй, Фэн; Сун, Цюаньвэй; Пань, Хуэй; Лин, Хао (май 2022 г.). «Простая эмпирическая модель адсорбции фенантрена на глинистых минералах почвы». Журнал опасных материалов . 429 : 127849. doi : 10.1016/j.jhazmat.2021.127849. ISSN  0304-3894. PMID  35236031. S2CID  244485158.
33. Гуншера, Ян; Маркевиц, Дорин; Коберски, Ульрих; Салтхаммер, Тунга (май 2013 г.). «Катализированные реакции на минеральных штукатурных материалах, используемых для очистки воздуха в помещениях». CLEAN – Soil, Air, Water . 41 (5): 437–446. Bibcode : 2013CSAW...41..437G. doi : 10.1002/clen.201100665. ISSN  1863-0650.
34. Ламплуг, А.; Нгуен, А.; Монтойя, Л. Д. (июнь 2020 г.). «Оптимизация удаления ЛОС с использованием новых недорогих сорбентов-поглотителей и активных потоков». Строительство и окружающая среда . 176 : 106784. doi : 10.1016/j.buildenv.2020.106784. ISSN  0360-1323. S2CID  216163034.
35. Seo, Janghoo; Kato, Shinsuke; Ataka, Yuji; Chino, Satoko (январь 2009 г.). «Испытание производительности для оценки снижения содержания летучих органических соединений в помещениях и оценки срока службы сорбционных строительных материалов». Строительство и окружающая среда . 44 (1): 207–215. Bibcode : 2009BuEnv..44..207S. doi : 10.1016/j.buildenv.2008.02.013.
36. Смедемарк, Сигне Хьеррильд; Рил-Свендсен, Мортен; Тофтум, Йорн (03 июля 2020 г.). «Очистка воздуха помещений музейных запасников от органических кислот методами активной и пассивной сорбции». Исследования в области сохранения . 65 (5): 251–261. дои : 10.1080/00393630.2020.1754057. ISSN  0039-3630. С2КИД  219012013.

Источники

• МакГенри, Пол Грэм-младший. Adobe: Создайте его сами . Издательство Университета Аризоны: Тусон. 1974.
• Нортон, Джон. Строительство с землей: Справочник . Intermediate Technology Publications Limited: Лондон, 1997.