Domeniul Inginerie Civilă şi Instalaţii

TEZĂ DE DOCTORAT

Analiza multicriterială a materialelor

de construcţii pe bază de lână

Student-doctorand:

Tünde-Orsolya

Dénes

Conducător științific:

Prof. Dr. Ing. Daniela Lucia

MANEA

Comisia de evaluare a tezei de doctorat: Preşedinte: Prof. Dr. Ing. Ioan Pop - Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca; Conducător ştiinţific: Prof. Dr. Ing. Daniela Lucia Manea - Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca; Referenţi: - Conf. Dr. Ing. Daniela Roxana Tămaş-Gavrea - Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca; - CSII Dr. Ing. Henriette Szilagyi - Institutul Național de Cercetare Dezvoltare în Construcții, Urbanism şi Dezvoltare Teritorială Durabilă URBAN-INCERC; - Prof. Dr. Ing. Prenume Nume - Universitatea ……………….

– Cluj-Napoca – 2021

3

CUPRINS

INTRODUCERE ............................................................................................................... 7

I. Motivaţia şi obiectivele cercetării ................................................................... 7

II. Conţinutul tezei de doctorat ............................................................................ 8

STADIUL ACTUAL AL CUNOAŞTERII ..................................................................... 9

1. Dezvoltarea durabilă aplicată în domeniul materialelor de

construcţii .................................................................................................................... 9

1.1. Generalităţi ..................................................................................................... 9

1.1.1. Schimbarea climatică .......................................................................... 9

1.1.2. Epuizarea resurselor naturale ...................................................... 10

1.1.3. Deşeurile generate ............................................................................. 11

1.2. Conceptul de dezvoltare durabilă ........................................................ 13

1.3. Stadiul actual al conceptului dezvoltării durabile aplicat în

domeniul construcţiilor ................................................................................... 15

1.4. Stadiul actual al conceptului dezvoltării durabile în domeniul

materialelor de construcţii ............................................................................. 18

1.4.1. Caracterizarea principalelor materiale de construcţii din

perspectiva impactului asupra mediului natural .............................. 20

1.4.2. Deşeuri utilizate în domeniul materialelor de construcţii . 24

1.5. Concluzii ........................................................................................................ 29

2. Stadiul actual al utilizării lânii de oaie ................................................... 31

2.1. Proprietăţile lânii de oaie ........................................................................ 32

2.1.1. Proprietăţi fizice ................................................................................. 33

2.1.2. Proprietăţi chimice ............................................................................ 44

2.1.3. Proprietăţi mecanice......................................................................... 52

2.2. Domenii de utilizare a lânii de oaie ..................................................... 54

2.2.1. Pulberea din fibre de lână ............................................................... 54

2.2.2. Amendament agricol ......................................................................... 56

4

2.2.3. Sorbent pentru petrol ....................................................................... 58

2.2.4. Sorbent pentru metale grele .......................................................... 58

2.2.5. Fibre de carbon ................................................................................... 59

2.2.6. Cheratină ............................................................................................... 60

2.2.7. Alte materiale ...................................................................................... 61

2.3. Lâna de oaie ca material de construcţii ............................................. 61

2.3.1. Material termoizolant ....................................................................... 61

2.3.2. Material fonoabsorbant ................................................................... 64

2.3.3. Armătură dispersă ............................................................................. 66

2.4. Concluzii ........................................................................................................ 72

CONTRIBUŢIA PERSONALĂ .................................................................................... 73

3. Metode de investigare utilizate ................................................................ 73

3.1. Introducere ................................................................................................... 73

3.2. Caracteristici fizico-mecanice ale produselor ................................. 73

3.2.1. Analiză microscopică ........................................................................ 73

3.2.2. Rezistenţe mecanice ......................................................................... 74

3.2.3. Absorbţia de apă ................................................................................. 77

3.2.4. Acţiunea microorganismelor ......................................................... 78

3.3. Caracteristici chimice ale produselor ................................................. 79

3.4. Caracteristici higrotermice ale produselor ...................................... 80

3.4.1. Conductivitate termică şi rezistenţă termică .......................... 80

3.4.2. Transmisie la vapori de apă ........................................................... 82

3.4.3. Caracteristici de adsorbţie higroscopică ................................... 84

3.5. Caracteristici acustice ale produselor ................................................ 85

3.5.1. Absorbţie acustică.............................................................................. 85

3.5.2. Izolare la zgomot aerian .................................................................. 90

3.6. Concluzii ........................................................................................................ 93

4. Program experimental ................................................................................. 95

5

4.1. Introducere ................................................................................................... 95

4.2. Etapa I. Realizarea panoului sandwich .............................................. 96

4.2.1. Materiale utilizate .............................................................................. 97

4.2.2. Prepararea epruvetelor ................................................................ 101

4.2.3. Rezultate obţinute .......................................................................... 105

4.2.4. Concluzii ............................................................................................. 121

4.3. Etapa II. Optimizarea stratului exterior ......................................... 122

4.3.1. Materiale utilizate ........................................................................... 122

4.3.2. Prepararea epruvetelor ................................................................ 123

4.3.3. Rezultate obţinute .......................................................................... 127

4.3.4. Concluzii ............................................................................................. 148

4.4. Etapa III: Optimizarea stratului interior ........................................ 150

4.4.1. Materiale utilizate ........................................................................... 150

4.4.2. Prepararea epruvetelor ................................................................ 155

4.4.3. Rezultate obţinute .......................................................................... 161

4.4.4. Concluzii ............................................................................................. 190

5. Interpretarea rezultatelor şi discuţii generale ................................ 193

5.1. Introducere ................................................................................................ 193

5.2. Panou sandwich pe bază de mortar şi miez de lână .................. 193

5.2.1. Rezistenţă la compresiune........................................................... 193

5.2.2. Rezistenţă la încovoiere................................................................ 194

5.2.3. Conductivitate termică .................................................................. 195

5.2.4. Absorbţie acustică ........................................................................... 196

5.2.5. Izolare la zgomot aerian ............................................................... 197

5.3. Mortare pe bază de var şi fibre de lână .......................................... 198

5.3.1. Rezistenţă la compresiune........................................................... 198

5.3.2. Rezistenţă la încovoiere................................................................ 200

5.3.3. Absorbţie de apă .............................................................................. 200

6

5.4. Panouri compozite pe bază de lână şi lianţi ................................. 203

5.4.1. Conductivitate termică .................................................................. 203

5.4.2. Transmisie la vapori de apă ........................................................ 205

5.4.3. Caracteristici de adsorbţie higroscopică ................................ 206

5.4.4. Absorbţie acustică........................................................................... 207

5.5. Eficienţa optimizării stratului exterior al panoului sandwich

................................................................................................................................ 209

5.5.1. Rezistenţă la compresiune .......................................................... 210

5.5.2. Rezistenţă la încovoiere ............................................................... 210

5.6. Eficienţa optimizării stratului interior al panoului sandwich 211

5.6.1. Conductivitate termică .................................................................. 212

5.6.2. Absorbţie acustică........................................................................... 213

5.7. Concluzii ..................................................................................................... 214

6. Concluzii finale ............................................................................................. 217

6.1. Concluzii generale ................................................................................... 217

6.2. Originalitatea şi contribuţiile inovative ale tezei ........................ 219

6.3. Direcţii viitoare de cercetare .............................................................. 219

6.4. Valorificarea rezultatelor ..................................................................... 220

REFERINŢE ................................................................................................................. 223

LISTA FIGURILOR .................................................................................................... 249

LISTA TABELELOR .................................................................................................. 256

7

INTRODUCERE

Problematica dezvoltării durabile este un subiect important şi de actualitate în zilele noastre. Transformarea industriilor după obiectivele durabilităţii constituie o preocupare fundamentală a colectivelor de cercetare. Teza de doctorat intitulată “Analiza multicriterială a materialelor de construcţii pe bază de lână” se încadrează în domeniile de cercetare privind sustenabilitatea industriei construcţiilor prin faptul că aduce contribuţii originale în domeniul materialelor de construcţii.

I. Motivaţia şi obiectivele cercetării Principalul scop al tezei constă în identificarea unor modalităţi de valorificare a lânii de oaie, ţinând cont de ţintele dezvoltării durabile cu privire la sănătate, mediu, producţie şi consum de resurse. Având în vedere faptul că lâna este un produs secundar al sectorului agricol, cu aplicabilitate limitată, un alt scop al acestei lucrări este de a promova acest material, cu intenţia de a dovedi că lâna este la fel de performant ca şi materialele uzuale. S-a ales studiul lânii de oaie deoarece prin soluţii adecvate aduce multiple avantaje mediului natural: prin folosirea lânii neadecvate industriei textile mediul natural nu mai este încărcat cu acest tip de deşeu; prin aplicarea lânii ca material termoizolant se economiseşte o cantitate semnificativă de energie şi se reduce astfel emisia de CO2 asociat încălzirii clădirilor; optarea pentru materialele din lână faţă de materialele pe bază de resurse regenerabile contribuie la conservarea rezervelor limitate. Pe lângă avantajele aduse mediului natural, la fel, industria construcţiilor ar putea beneficia de proprietăţile lânii. În mediul construit, materialele din lână contribuie la reducerea consumului de energie şi crearea unui climat interior sănătos. Obiectivele tezei de doctorat sunt formulate după cum urmează: Realizarea unui studiu documentat privind dezvoltarea durabilă în

domeniul construcţiior; Realizarea unui studiu privind utilizarea lânii în diferite aplicaţii,

respectiv evidenţierea rolului ocupat în sectorul construcţiilor; Formularea unor reţete proprii, care au în compoziţie lână; Realizarea unui panou sandwich pe bază de lână, ce poate fi aplicat ca

element de compartimentare cu rol fonoizolant; Realizarea unui studiu privind optimizarea elementelor componente

ale panoului sandwich;

8

Studiul aprofundat al proprietăţilor materialelor rezultate, prin multiple metode de investigare;

Analizarea rezultatelor obţinute prin raportarea la rezultatele colectivelor de cercetare.

II. Conţinutul tezei de doctorat Teza de doctorat este structurată în şase capitole, care urmează o ordine logică. Capitolul 1 cuprinde studiul cu privire la dezvoltarea durabilă în domeniul materialelor de construcţii. În cadrul acestui capitol s-au caracterizat materialele uzuale din perspectiva impactului asupra mediului, după care sunt prezentate opţiunile de valorificare a anumitor deşeuri în compoziţia materialelor de construcţii. Capitolul 2 reprezintă sinteza literaturii de specialitate privind aspecte legate de lâna de oaie. Acest capitol cuprinde proprietăţile lânii, respectiv materialele ce se obţin în urma prelucrării. Capitolul 3 conţine descrierea metodelor de investigare aplicate în acest studiu. Fiecare tip de determinare relevantă conţine o descriere generală a proprietăţii ce urmează a fi stabilită, urmată de prezentarea aparaturii utilizate, iar în final sunt redate ecuaţiile şi formulele pe baza cărora se obţin rezultatele. Metodele de investigare sunt de patru categorii: fizico-mecanice, chimice, higrotermice şi acustice. Capitolul 4 redă descrierea programului experimental. Acest capitol este structurat în trei etape: prezentarea elementului central al studiului (panoului sandwich), urmat de două secţiuni privind modalităţi de optimizare al acestuia (privind stratul exterior şi cel interior). În cadrul fiecărei etape sunt descrise materialele, soluţiile tehnice şi rezultatele obţinute aferente. Capitolul 5 este alcătuit dintr-o analiză comparativă a rezultatelor obţinute în acest studiu şi cele identificate din analiza literaturii de specialitate. Comparaţia proprietăţilor relevante ale materialelor s-a realizat atât pentru panoul sandwich, cât şi pentru materialele obţinute prin procesul de optimizare. În final, acest capitol include şi analiza eficienţei optimizării stratului exterior şi interior. Capitolul 6 conţine concluziile finale ale acestei teze de doctorat. În cadrul capitolului sunt evidenţiate, de asemenea, direcţiile viitoare de cercetare, precum şi valorificarea rezultatelor obţinute.

9

STADIUL ACTUAL AL CUNOAŞTERII

1. Dezvoltarea durabilă aplicată în domeniul

materialelor de construcţii

1.1. Generalităţi

1.1.1. Schimbarea climatică

Efectul de seră este un fenomen natural ce constă în blocarea razelor solare de către atmosferă, razele fiind reflectate spre suprafaţa Pământului. Perturbarea stării naturale a atmosferei prin activităţile industriale se consideră a fi cauza schimbării climatice [1]. Schimbarea climatică, respectiv încălzirea globală este rezultatul acumulării CO2 în atmosferă, fenomen ce este cauzat în mare parte de procesul arderii combustibililor fosili. Concentraţia CO2 era aproape constantă înaintea revoluţiei industriale, după care a început să crească datorită cererii ridicate de energie. Evoluţia concentraţiei CO2 din atmosferă este prezentată în Fig. 1.1 [2]. Se observă că în secolul trecut concentraţia de dioxid de carbon a crescut cu 30%, fapt confirmat şi de Sonebi et al. [1].

a) b)

Fig. 1.1. a) Concentraţia medie a CO2 din atmosferă [2]; b) Temperatura globală medie

în perioada 1880-2009. Linia 0 corespunde valorii medii pentru perioada 1961-1990

[3].

10

Fenomenele ce indică avansarea schimbării climatice sunt condiţiile de vreme extremă, inundări şi secete în părţile diferite ale Terrei, sau evaporarea ridicată a apei datorită temperaturilor ridicate [3]. Variaţia temperaturii globale este prezentată în Fig. 1.1. Principalele gaze cu efect de seră, care contribuie la încălzirea globală sunt: dioxid de carbon, metan, oxd de azot, halocarburi, ozon. Aceste gaze au o durată de rezidenţă în atmosferă variabilă, de la 12-17 ani (metan) până la 50-200 ani (dioxid de carbon), ce este influenţată de concentraţia sau reactivitatea gazului [3]. Consecinţele majore ale schimbării climatice globale cuprind topirea calotelor glaciare, creşterea nivelului mării şi schimbări climatice regionale. Pentru a limita aceste consecinţe, s-au propus mai multe acţiuni de remediere, precum reducerea consumului de energie, sechestrarea şi stocarea CO2, reîmpădurirea, implicarea microorganismelor marine în absorbţia CO2, sau promovarea folosirii surselor de energie alternative şi regenerabile [2], [4].

1.1.2. Epuizarea resurselor naturale

Epuizarea resurselor naturale se dezvoltă atunci, când resursele sunt folosite într-un ritm mai accelerat decât durata necesară regenerării acestora. Cauzele epuizării resurselor sunt date de suprapopulare, supraconsum, despădurire, exploatare minieră, dezvoltare tehnologică şi industrială, eroziune, respectiv contaminarea resurselor. Resursele naturale a căror rezerve sunt în scădere sunt apa dulce, cărbunele, petrolul, gazul natural, peştii şi fosforul [5]. Fenomenul creşterii epuizării resurselor implică sporiri ale emisiilor de CO2 şi consumului de energie [6]. Legătura între resursele naturale şi dezvoltarea economică s-a studiat de Lashitew şi Werker [7]. S-a ajuns la concluzia că abundenţa resurselor favorizează creşterea economică, însă dependenţa totală de resursele naturale are efecte adverse ce se manifestă într-un mod indirect, prin mediul instituţional. Schanes et al. [8], din perspectiva eficienţei de resurse, au propus trei direcţii de dezvoltare eonomică. Modelele propuse s-au bazat pe diferite niveluri (global, regional şi local), fiecare atribuind un rol important colaborării, ajungând la concluzia că, în realitate, scenariul cel mai probabil ar putea să se bazeze pe o combinare a celor trei modele. Studiul efectuat de Lampert [9] arată că trecerea de la o economie bazată pe supraexploatare la una sustenabilă ar rezulta în reducerea

11

bunăstării sociale şi creşterii economice. Riekhof et al. [10] au subliniat faptul că epuizarea resurselor are ca efect limitarea creşterii consumului, iar măsurile preventive şi politica adoptată cu privire la utilizarea resurselor nu sunt capabile să prevină supraexploatarea depozitelor naturale. Conform Mirza et al. [11], supraexploatarea resurselor adeseori este asociată cu inegalitatea socială. Exploatarea necontrolată bazată doar pe creştere economică, fără luarea în considerare a factorului uman sau social, rezultă atât în colapsul ecosistemelor, cât şi în creşterea sărăciei. Foxon [12], în legătură cu sursele de energie pe bază de carbon, a atras atenţia asupra faptului că societatea trebuie să decidă ce fel de viitor îşi doreşte şi care îi sunt priorităţile. Parajuly et al. [13] au afirmat că manifestările şi comportamentul oamenilor sunt determinante pentru implementarea cu succes a politicilor sustenabile privind producţia şi consumul, însă acest aspect este mai puţin evaluat.

1.1.3. Deşeurile generate

Într-un flux tehnologic ideal cantitatea de deşeuri rezultate este zero, însă în realitate fluxurile tehnologice sunt de forma [14]:

𝐶𝑀𝑃 + 𝐶𝑀𝐼 − 𝐶𝑃𝐹 = 𝐷𝑀 (1)

unde: 𝐶𝑀𝑃 - materii prime; 𝐶𝑀𝐼 - materiale intrate; 𝐶𝑃𝐹 - produse finite; 𝐷𝑀 - deşeuri de materiale.

Cantitatea de deşeu generat în Uniunea Europeană pe persoană este prezentată în Fig. 1.2. Deşeurile generate pe activităţi se pot observa în Fig. 1.3. Majoritatea deşeurilor a fost generată de activitatea de construire şi demolare.

12

Fig. 1.2. Cantitatea de deşeu generat pe persoană în UE [15].

Fig. 1.3. Deşeuri generate în EU-27 pe activităţi economice şi gospodării, 2018 [16].

Fig. 1.4. Gestionarea deşeurilor în EU-27 [17].

Fig. 1.4 prezintă evoluţia gestionării deşeurilor în cadrul EU-27. Recuperarea deşeurilor prin reciclarea acestora sau prin valorificarea lor energetică arată o tendinţă crescătoare, în timp ce opţiunile de eliminare prin depozitare sau incinerare sunt în scădere. În anul 2018, conform

0

5000

10000

15000

20000

25000

2010 2012 2014 2016 2018D

eşeu

gen

erat

pe

pes

oan

ă [k

g] EU 27

Finlanda

Turcia

România

26.3%

10.6%

3.5%

36.0%

15.4%

8.2%Exploatarea minieră

Producţie

Sectorul energetic

Construcţii şi demolări

Alte activităţi economice

Gospodării

0.00

500.00

1,000.00

1,500.00

2,000.00

2,500.00

2010 2012 2014 2016 2018

Can

tita

te d

e d

eşeu

tra

tat

[mil

ioan

e to

ne]

Recuperare energetica Recuperat prin reciclare Total

Eliminat prin depozitare Eliminat prin incinerare

13

datelor Eurostat [16], în statele EU-27 aproximativ 54.2% din deşeurile tratate a fost valorificată prin diferite căi: reciclare (38.1% din totalul de deşeuri), refolosire ca material de umplutură (10.1%), şi valorificare energetică (6.0%). Din deşeurile nevalorificate aproximativ 45.1% a fost eliminat prin depozitare şi 0.7% era incinerat fără recuperare de energie. Reducerea cantităţii de deşeuri generate se poate obţine prin diferite căi. Implementarea unei economii circulare, care să reutilizeze produsele secundare şi deşeurile rezultate dintr-un proces de producţie ca noi materii prime, reprezintă o modalitate pentru reducerea generării deşeurilor [18]. Conform Barros et al. [19] aproximativ 9% din procesele economice este circulară. Evitarea obsolescenţei planificate prin proiectarea unui material cu o durată de viaţă ridicată prezintă mai multe beneficii, cum ar fi conservarea resurselor epuizabile sau reducerea cantităţilor de deşeuri produse [18]. Tratarea apei uzate cu microorganisme (Bacillus sp.) în vederea obţinerii de materiale bioplastice s-a studiat de [20]. Reutilizarea deşeurilor textile [21], a deşeurilor din construcţii şi demolări [22], a deşeurilor solide municipale [23], a deşeurilor din exploatarea minieră [24], a modulelor fotovoltaice [25], la fel, au fost investigate în vederea implementării unei economii circulare.

1.2. Conceptul de dezvoltare durabilă Conceptul de sustenabilitate s-a menţionat pentru prima dată în anul 1713 într-un document dedicat silviculturii, în care s-a atras atenţia asupra “folosirii continue, constante şi susţinute” a resurselor forestiere [26]. Conceptul dezvoltării durabile a fost reinventat după publicarea raportului Brundtland, în care ideea este definită ca o dezvoltare ce “corespunde cerinţelor prezentului fără să compromită posibilităţile generaţiilor viitoare de a-şi satisface propriile necesităţi” [27], respectiv după summitul din Rio de Janeiro (1992) [26]. Dezvoltarea durabilă are trei piloni principali, după cum urmează: economic (caracterizat prin eficienţă, creştere, stabilitate), social (caracterizat prin nivel de trai, dialog social), şi ecologic (caracterizat prin biodiversitate, resurse naturale, evitarea poluării) [28]. Pentru implementarea corectă a acestui concept, trebuie asigurat echilibrul economic-social-ecologic. Obiectivele dezvoltării durabile, formulate în cadrul “The 2030 Agenda for Sustainable Development” ale Naţiunilor Unite [29], sunt prezentate în Fig. 1.5. La nivel naţional, principiile fundamentale ale

14

sustenabilităţii sunt stabilite în Strategia Naţională pentru Dezvoltare Durabilă Orizonturi 2013-2020-2030 [30]. Regulile de bază ale dezvoltării durabile pot fi formulate astfel: conservarea vieţii umane, menținerea potențialului productiv al societății, respectiv păstrarea oportunităţii pentru dezvoltare [26]. Aceste reguli cuprind cei trei piloni de bază ai sustenabilităţii, bazându-se pe interacţiunea dintre aceştia.

Fig. 1.5. Obiectivele dezvoltării durabile [31].

Cu toate că dezvoltarea durabilă are obiectivele şi regulile bine definite, realizarea acestora pune mai multe probleme. Pentru a implementa cu succes o politică sustenabilă, conceptul de dezvoltare durabilă trebuie abordat ca un ansamblu [32]. În vederea implementării conceptului dezvoltării durabile, se poate acţiona sub diferite forme, precum conservarea biosferei [33], [34], gestionarea deşeurilor [32], [35] sau utilizarea unor tehnologii mai curate [2].

15

1.3. Stadiul actual al conceptului dezvoltării

durabile aplicat în domeniul construcţiilor Principiile dezvoltării durabile în domeniul construcţiilor se pot deriva din cele trei piloni ai dezvoltării durabile, şi anume ecologic, social şi economic. O industrie a construcţiilor sustenabilă trebuie să se sprijine pe trei principii de bază (Fig. 1.6): economia de resurse, proiectarea pentru întregul ciclu de viaţă, respectiv proiectarea pentru om [28]. Aceste trei principii se pot realiza urmând strategii stabilite.

Fig. 1.6. Principiile şi strategiile sustenabilităţii în construcţii [36].

Economia de resurse are ca scop realizarea la un nivel adecvat a clădirii utilizând în mod raţional resursele disponibile. Proiectarea pentru întregul ciclu de viaţă urmăreşte reducerea costului construcţiei, atât în stadiile de proiectare şi exploatare, cât şi după terminarea duratei de serviciu. Proiectarea pentru om se referă la crearea unui spaţiu interior sănătos şi confortabil, care să favorizeze activităţile desfăşurate [37]. Industria construcţiilor este aproape cel mai mare consumător de materii prime, folosind aproape 30-40% din resursele naturale disponibile [38], [39]. Sectorul este responsabil pentru 36-40% din consumul total de energie, 39% din emisiile CO2, 17-25% din consumul de apă, 25% din consumul materialului lemnos şi produce deşeuri care constituie între 45% şi 65% din deşeurile depozitate [40], [41], [39]. S-a înregistrat o creştere a emisiilor poluante asociate activităţilor din acest sector de 2%, respectiv o creştere a consumului de energie de 1% din 2017 până în 2018 [41]. Cercetări recente au dovedit că, în mediul construit, există o divergenţă crescătoare de la nivelul propus de reducere a emisiilor de

16

carbon. Reducerea emisiilor ar trebui să atingă procentul de 50% până în 2025, respectiv 80% până în 2050 faţă de nivelul măsurat în anul 1990. Însă, reducerea emisiilor în 2009 era de 17%, iar în 2012 avea valoare de doar 11%, rămânând până în 2025 diferenţa de 39% care trebuie atins. Sectorul construcţiilor este mai activ în ţările în curs de dezvoltare, astfel acestea generează mai mult de 50% din totalul de emisii. Astfel, industria construcţiilor este supus unor presiuni sociale şi economice în vederea acceptării unui mod de operare cu emisii reduse (sau zero) de carbon [42]. O clădire sustenabilă trebuie să contribuie la procesul dezvoltării durabile prin toate etapele ale ciclului de viaţă [43]. Principalele stadii din durata de viaţă sustenabilă a unei clădiri se pot observa în Fig. 1.7.

Fig. 1.7. Ciclul de viaţă sustenabil al clădirilor [36].

Ciclul de viaţă al unei clădiri se poate împărţi în trei etape: pre-construcţia, construcţia, şi post-construcţia. Fiecare implică o serie de metode prin care se poate îmbunătăţi sustenabilitatea clădirii. Pre-construcţia implică metodele următoare: alegerea terenului adecvat, proiectare flexibilă, şi alegerea materialelor şi produselor sustenabile. Metodele ce trebuie folosite în timpul etapei de construcţie includ minimizarea impactului şantierului, folosirea materialelor şi produselor non-toxice, şi gestionarea deşeurilor. Etapa de post-construcţie are următoarele metode sustenabile: refolosirea unei clădiri existente, refolosirea materialelor de construcţii, şi reciclarea materialelor [36]. Pentru cuantificarea gradului de sustenabilitate a unei construcţii s-au dezvoltat diferite sisteme şi metode. Cele mai cunoscute dintre

17

acestea sunt BREEAM [44], LEED [45], Green Star [46], DGNB [47], şi CASBEE [48]. Aceste metode au ca scop proiectarea de clădiri cu impact redus asupra mediului şi sănătăţii umane, însă partea economică şi socială a dezvoltării durabilă este rareori analizată. Principala categorie de evaluare în cadrul acestor metode este consumul de energie, care în comparaţie cu alte categorii, se îndeplineşte cel mai rar. Economia de apă sau calitatea aerului interior, pe de altă parte, este îndeplinită cel mai des [49]. Implementarea sustenabilităţii în domeniul construcţiilor pune mai multe probleme. După Darko şi Chan [39] principalele obstacole sunt date de lipsa de informaţii şi educaţie, preţul ridicat, lipsa încurajării şi suportului din partea autorităţilor, interesul scăzut, respectiv inexistenţa reglementărilor tehnice. Limitările tehnologice, riscurile sau lipsa furnizorilor de materiale sustenabile, de asemenea, împiedică avansarea industriei în acest sens. Chan et al. [50] au sintetizat cele mai importante măsuri pentru promovarea tehnologiilor durabile. Cele 12 strategii identificate au în vedere eliminarea obstacolelor prin suporturi financiare pentru adoptarea tehnologiilor sustenabile, transparenţa costurilor şi beneficiilor acestor tehnologii, actualizarea legislaţiei, respectiv dezvoltarea de sisteme de certificare şi reglementări tehnice. Goh et al. [51] au subliniat că o abordare pe întreaga durată de viaţă a clădirii ar îmbunătăţi eficacitatea politicilor de dezvoltare durabilă, iar analiza ar trebui să cuprindă cele trei dimenisuni ale sustenabilităţii. Pentru evaluarea sustenabilităţii s-au dezvoltat diferite metode, precum analiza cost-beneficiu, amprenta ecologică, analiza ciclului de viaţă sau analiza multi-criterială. Fiecare metodă are deficienţe, deoarece metodele nu implementează toate criteriile de evaluare ale sustenabilităţii [52]. Analiza ciclului de viaţă (Life Cycle Assessment - LCA) este o metodă de evaluare a impactului asupra mediului al unor procese sau produse, pe durata întregului ciclu de viaţă al acestora, reglementată de SR EN ISO 14040 [53] şi SR EN ISO 14044 [54]. În domeniul construcţiilor LCA se foloseşte din anul 1990, fiind un instrument important în evaluarea clădirilor [55]. Metodologia LCA constă din patru paşi [38]: definirea scopului, crearea inventarului, evaluarea impactului, şi interpretarea rezultatelor. Potrivit standardului SR EN 15804 [56], în cazul clădirilor se pot defini diferite stadii care alcătuiesc ciclul de viaţă al construcţiei, potrivit Fig. 1.8, ultimul (stadiul D) fiind opţional.

18

Fig. 1.8. Stadiile ciclului de viaţă ale unei clădiri, considerate în cadrul LCA.

1.4. Stadiul actual al conceptului dezvoltării

durabile în domeniul materialelor de construcţii Materialele de construcţii, din punct de vedere ecologic, se pot grupa în diferite categorii. După studiul efectuat de Omer şi Noguchi [57], au fost identificate materiale de construcţii verzi, alternative, locale, prietenoase faţă de mediu, eficiente energetic, cu energia înglobată redusă, avansate, durabile, respectiv obţinute în mod responsabil. Analizate din perspectiva obiectivelor dezvoltării durabile, aceste materiale aduc un aport semnificativ în îndeplinirea a 13 obiective din cele 17 stabilite. Pentru a putea stabili impactul ecologic al unui material, acesta trebuie evaluat luând în considerare mai mulţi factori din ciclul de viaţă al materialului considerat. Energia consumată în diferitele procese tehnologice şi transportul sunt factorii care au cea mai mare pondere în etapele ciclului de viaţă [58]. Alţi factori ce intervin în determinarea impactului materialului este gradul de poluare din tipul procesului

Material•A1: Furnizarea materiei prime•A2: Transport•A3: Fabricare

Construcţie•A4: Transport•A5: Construcţia propriu-zisă

Stadiul de exploatare

•B1: Exploatare•B2: Întreţinere•B3: Reparaţii•B4: Înlocuire•B5: Reabilitare•B6: Necesarul de energie operaţională•B7: Necesarul de apă operaţională

Terminarea duratei de viaţă

•C1: Demolare•C2: Transport•C3: Procesarea deşeurilor•C4: Eliminare

Beneficii şi sarcini peste limita de

sistem•D: Potenţialul de reutilizare, recuperare, reciclare

19

tehnologic, sursa şi disponibilitatea materiei prime, tipul de energie primară folosită în prelucrarea materiei prime, respectiv potenţiale efecte dăunătoare sănătăţii umane [59]. Pe baza acestor factori de evaluare se pot stabili unele criterii de evaluare a materialelor privind impactul ecologic asupra mediului, după cum urmează: criteriul resurselor, modificării topografice, deşeurilor şi al reciclării, poluării, criteriul energetic, respectiv biologic. Criteriul resurselor implică măsuri în vederea folosirii eficiente ale resurselor naturale, în scopul prevenirii epuizării lor. Criteriul modificării topografice ia în considerare activităţi, precum defrişarea sau exploatarea minieră, prin care mediul ambiant este compromis. Criteriul deşeurilor şi al reciclării urmăreşte reducerea cantităţii de deşeuri depozitate prin reutilizarea şi reprocesarea reziduurilor. Criteriul poluării se referă la ameliorarea efectului încălzirii globale şi acidificării (Fig. 1.9), precum şi conservarea stratului de ozon. Criteriul energetic implică reducerea cantităţii de energie înglobată şi operaţională. Criteriul biologic înglobează toate aspectele legate de mediul interior [60].

Fig. 1.9. Valorile încălzirii globale (stânga) şi acidificării (dreapta) pentru diferite

materiale [58].

Astfel, reducerea impactului materialelor de construcţii asupra mediului se poate obţine prin aplicarea următoarelor metode [60]:

reducerea energiei înglobate;

2.20

1.00

15.00

3.10

6.00

0.30

1.60

0.18

0.19

0.70

0.01

0.19

0.00 10.00 20.00

Oţel inoxidabil

Oţel reciclat

Aluminiu

Al 85% reciclat

Cupru

Lemn

Polietilenă

Beton

Cărămidă

Sticlă

Piatră

Ipsos

Încălzirea globală [kgCO₂eq/kg]

10.0

3.0

60.0

140.0

0.5

9.0

0.6

1.0

44.0

0.0

0.2

0.0 50.0 100.0 150.0

Oţel inoxidabil

Oţel reciclat

Aluminiu

Al 85% reciclat

Cupru

Lemn

Polietilenă

Beton

Cărămidă

Sticlă

Piatră

Ipsos

Acidificarea [gSO₂eq/kg]

20

reutilizarea clădirilor şi materialelor existente; reciclarea deşeurilor; utilizarea resurselor regenerabile.

Energia înglobată a unui material de construcţii (Fig. 1.10) reprezintă totalitatea intrărilor de energie necesare fabricării, exploatării, respectiv demolării şi eliminării. În funcţie de condiţii climatice şi geografice, respectiv de tehnologia aplicată, valoarea energiei înglobate poate fi diferită [61]. Există trei metode de măsurare a energiei înglobate ce au în vedere consumul de energie până la diferite stadii a materialului studiat, astfel: de la extragerea materiei prime până la poarta instalaţiei de procesare, de la extragerea materiei prime până la punerea în operă, respectiv de la extragerea materiei prime până la demolare şi eliminare [62]. În cadrul unei analize a ciclului de viaţă a unei clădiri, din totalul de energie necesară construirii, exploatării şi demolării, în jur de 20-50% [61] reprezintă energia înglobată.

Fig. 1.10. Energia înglobată pentru diferite materiale [58], [59].

1.4.1. Caracterizarea principalelor materiale de

construcţii din perspectiva impactului asupra mediului natural

În mediul construit, un metru pătrat de suprafaţă locuibilă poate să înglobeze până la 100 de tipuri de materiale de construcţii diferite, ce include cele mai uzuale dintre acestea (pământ, elemente de zidărie, lemn, beton sau metal). Factorii ce guvernează, în general, alegerea materialelor de construcţii se bazează pe cost, disponibilitate şi estetică. Pentru a urmări o politică sustenabilă, această abordare ar trebui să

0.529.0

2.5 1.525.0

9.0

200.0

45.0

85.0 70.0

153.0

12.0 0.5 1.00.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

En

ergi

a în

glo

bat

ă [M

J/k

g]

21

includă şi alţi factori, precum eficienţa faţă de resurse, energia înglobată, riscuri asupra sănătăţii umane şi mediului, aspecte sociale sau optarea pentru tehnologii prietenoase faţă de mediu [63].

Pământ compactat

Cele mai importante avantaje din perspectiva eficienţei ecologice şi economice ale construcţiilor de pământ (Fig. 1.11) sunt următoarele [58], [64–66], [67]:

pământul folosit este o resursă abundentă în aproape toate ţările, iar în cele mai multe cazuri materia primă poate fi excavată in situ;

clădirile necesită mai puţină energie în exploatare decât clădirile din beton sau argilă arsă;

emisiile de CO2 asociate proceselor de fabricaţie, respectiv energia înglobată sunt reduse;

structurile executate corespunzător au o durată de viaţă şi durabilitate ridicată;

sistemul este bazat pe metode de construcţie simple, iar întreţinerea clădirilor este uşoară, astfel costul construcţiei este redus;

clădirile asigură un climat interior sănătos şi confortabil datorită proprietăţilor de reglare a temperaturii şi umidităţii ale materialelor;

materialele din pământ nears pot fi returnate în mediul natural foarte uşor, comparativ cu alte materiale, generând cantităţi reduse de deşeu;

elementele sunt refolosibile.

Fig. 1.11. Clădiri tradiţionale din pământ în Yemen [58].

22

Materiale ceramice

Din punct de vedere ecologic, materialele din argilă arsă au următoarele caracteristici [60], [58], [68], [69]:

sunt materiale durabile, necesitând întreţinere minimă; nu emit substanţe toxice în timpul incendiilor; energia înglobată variază între 2.5-29 MJ/kg; aproape 90% din emisiile de carbon asociate elementului sunt

generate prin procesul de producţie; în timpul producţiei se generează deşeuri solide, apă uzată şi

emisii gazoase; arderea elementelor se realizează utilizând combustibili fosili, iar

aproximativ 80% din consumul total de energie revine acestui proces;

produsele nu au efecte negative asupra sănătăţii.

Lemn

Din punct de vedere ecologic, materialul lemnos şi produsele din lemn stratificat au următoarele caracteristici [38], [60], [70], [71], [72], [73]:

energia înglobată este redusă, însă substanţele aplicate (adezive, tratament termic şi chimic) cresc necesarul de energie;

procesarea materiei prime este uşoară, iar procesul de producţie nu poluează, emisiile de gaze cu efect de seră din acest proces sunt reduse;

provin din surse regenerabile; legarea carbonului din atmosferă prin fotosinteză este

permanentă, iar pe termen lung acest proces este benefic mediului natural;

nu au efecte negative asupra sănătăţii, dacă tratamentul utilizat este corespunzător;

reziduurile generate şi produsele finale pot fi reutilizate şi reciclate la realizarea de noi materiale, respectiv în vederea recuperării de energie.

Beton

Din punct de vedere ecologic, betoanele au următoarele caracteristici [58], [60], [1], [74], [75]:

energia înglobată este redusă, fiind un material eficient din punct de vedere energetic;

consumul de resurse naturale este ridicat; nu au efecte negative asupra sănătăţii;

23

sunt generate cantităţi ridicate de deşeuri prin demolarea structurilor;

prin procesul de carbonatare betonul neutralizează o parte din dioxidul de carbon emis, în proporţie de 10-15%, iar după demolarea structurilor acest proces se continuă;

principalul impact asupra mediului provine din utilizarea cimentului Portland, ce se manifestă prin efecte globale (contribuind cu 4% la schimbarea climatică), regionale (ploi acide) şi locale (emisii de praf, metale grele şi poluare sonoră);

emisiile de CO2 generate în timpul producerii cimentului reprezintă 5-8% din totalul de CO2 emis global, emisiile fiind datorate decarbonatării varului în timpul arderii (50-65%), asigurării temperaturii de calcinare (35-40%), transportului şi electricităţii (aproximativ 10%);

pe lângă CO2, manufacturarea cimentului generează poluanţi precum oxizi de azot, oxizi de sulf, metale grele şi praf;

necesarul de surse de energie precum cărbune, petrol nerafinat sau gaz natural pentru prepararea clincherului de ciment reprezintă 7% din consumul total de combustibil al domeniului industrial.

Metal

Din punct de vedere ecologic, metalele (oţel, aluminiu, cupru şi zinc) au următoarele caracteristici [76], [60], [58], [77], [78], [79], [80], [81], [82], [83], [84], [85], [86], [87], [88], [89]:

extragerea materiei prime implică perturbări ale ecosistemelor locale, activitatea de exploatare minieră, în total, este responsabilă pentru transformări ale terenului în procent de 0.3% din suprafaţa totală de teren;

materia primă utilizată are rezerve limitate; au impact major asupra mediului natural, prin transportul

materiei prime şi procesul de fabricaţie (care necesită temperaturi ridicare şi cantităţi mari de apă), aşadar energia înglobată a diferitelor metale este ridicată;

procesul de producţie implică emisii de gaze cu efect de seră, precum dioxid de carbon, monoxid de sulf, dioxid de sulf şi alţi compuşi ce conţin sulf, oxizi de azot, hidrocarburi poliaromatice, perfluorocarburi, fluoruri, respectiv emisii de praf, compuşi cu conţinut de metale grele (arsenic, mercur, cupru, cadmiu);

având în vedere producerea aluminiului, emisiile de gaze cu efect de seră constituie 1% din totalul de emisii la nivel global, iar

24

considerând procesul de producţie al zincului, acesta generează aproximativ 0.04 Gt de CO2;

nămolul rezultat din procesul tehnologic ce conţine fluoruri, hidrocarburi şi ioni de aluminiu, poate contamina pânza freatică în cazul eliminării nămolului prin depozitare;

deşeurile solide generate în timpul producerii aluminiului (căptuşeala rezervorului) şi cuprului (praf şi nămol acidic) sunt considerate deşeuri periculoase;

alte deşeuri solide generate sunt următoarele: roci, resturi de minereu, zgură, şi cenuşă;

materialele au o durata de viaţă ridicată (în jur de 100 de ani); sunt reciclabile în totalitate, procentul de metal reciclat este de

aproape 60-75% pentru fier şi oţel, 30-75% pentru aluminiu, 36-60% pentru cupru şi 20-30% pentru zinc;

în cazul aluminiului, prin reciclarea materialului se poate economisi 95% din necesarul de energie consumată în timpul procesului electrolitic, iar pentru producerea aluminiului primar aproximativ 50% din energia necesară provine din surse regenerabile (energie hidroelectrică);

în cazul cuprului, prin reciclarea materialului se poate economisi 85% din necesarul de energie consumată în timpul prelucrării cuprului primar şi se poate reduce emisia gazelor cu efect de seră cu 65%.

dioxidul de sulf generat în timpul proceselor de prelucrare poate fi folosit la prepararea acidului sulfuric.

1.4.2. Deşeuri utilizate în domeniul materialelor de

construcţii

Deşeuri din construcţii şi demolări

Deşeurile din construcţii şi demolări în general sunt alcătuite din beton, materiale ceramice, lemn, sticlă, materiale plastice, asfalt, metal, piatră, materiale izolante, carton şi gips [90]. Aceste materiale dacă nu sunt corespunzător eliminate pot cauza poluarea solului şi contaminarea apelor. Reciclarea deşeurilor din construcţii şi demolări nu pune probleme doar la sortarea materialelor, ci există posibilitatea ca aceste deşeuri să conţină substanţe toxice sănătăţii umane şi mediului natural. Un studiu realizat în Statele Unite a identificat urme de metale grele în probele provenite de la instalaţii de procesare a deşeurilor din

25

construcţii şi demolări, printre care cele mai ridicate concentraţii s-au măsurat pentru aluminiu, zinc şi plumb, însă s-au descoperit şi urme de arsenic, cadmiu, crom, cupru, mercur şi nichel [91]. Toate valorile măsurate s-au situat sub limita admsă de reglementările locale. Deşeurile din lemn pot fi reciclate în vederea realizării de noi materiale astfel: plăci aglomerate [92];panouri formate prin spumare [93]; înlocuirea paţială a agregatelor din compoziţia mortarelor [94]; adaos în compoziţia tencuielilor [95]; sau filer într-o matrice de polietilenă [96]. Deşeurile de cărămidă se reciclează în următoarele moduri: reutilizarea blocurilor; înlocuirea agregatelor din mortare cu cărămidă spartă [97]; realizarea substraturilor pentru pavaje [98]; producerea de noi elemente ceramice arse [96]; prepararea de blocuri nearse cu adaos de pulbere de cărămidă [99] sau înlocuirea parţială a cimentului cu pulbere fină de cărămidă [100]. Molozul rezultat din demolări se poate folosi pentru înlocuirea parţială a agregatelor din reţeta betonului [101], [102]; substrat în cazul drumurilor cu trafic redus [103]; producerea de blocuri de argilă nearsă [104], [105], [106], [107] sau adaos în compoziţia pastei de ciment [108]. Deşeurile de beton pot fi concasate şi refolosite ca agregat în producerea betonului nou [109], [110], [111]. Datorită rezistenţelor mecanice reduse ale betonului preparat cu agregate reciclate, este indicat folosirea acestuia în aplicaţii nestructurale [109]. Sticla reciclată poate fi utilizată în vederea producerii sticlei noi, fără pierderea calităţii [90]. Alte metode de valorificare includ: înlocuirea cimentului Portland din alcătuirea betonului cu pulbere de sticlă [112]; adăugarea în compoziţia cărămizilor arse [113]; turnarea blocurilor de pavaj [114]; realizarea unui compozit pe bază de gips [115]; producerea vatei de sticlă, respectiv în alcătuirea materialelor compozite pe bază de materiale polimerice [90].

Deşeuri industriale

Din categoria deşeurilor indusrtriale cele mai semnificative sunt deşeurile de carieră, cenuşa zburătoare, praful de silice, fosfogipsul, zgura de furnal, zgura de oţel şi anvelopele de cauciuc. Deşeurile de carieră se produc în timpul producţiei de agregate, ca urmare a concasării rocilor. Acestea pot fi valorificate ca strat de bază la pavaje [116], material de umplutură [117], înlocuirea cimentului Portland [118], [119]sau a nisipului [120], [121] din reţeta betonului şi adaos în compoziţia cărămizilor de argilă arsă [122].

26

Cenuşa zburătoare se generează în urma incinerării deşeurilor

urbane solide, respectiv în centrale electrice alimentate cu cărbune.

Acest deşeu poate fi valorificat în diferite aplicaţii, precum înlocuirea

cimentului Portland din beton [113], [123], înlocuirea agregatelor din

compoziţia betoanelor uşoare [124], sau în alcătuirea cărămizilor arse

[113].

Praful de silice sau silicea amorfă este generat în timpul

producerii ferosiliciului şi dioxidului de siliciu, substanţe folosite în

industria metalurgică, respectiv chimică. Se foloseşte în materiale,

precum blocuri de beton, ţigle de beton şi plăci de ciment [58].

Fosfogipsul rezultă din producţia îngrăşământului pe bază de acid fosforic. Acest produs conţine o cantitate ridicată de sulfat de calciu (92%), fiind potrivit înlocuirii parţiale sau totale a gipsului natural [125]. În sectorul construcţiilor aplicabilitatea fosfogispsului se limitează la stabilizarea solului [126], utilizarea ca filer în realizarea materialelor compozite termoplastice [127], realizarea de cărămizi autoclavizate [128], producerea cimentului Portland sau la prepararea tencuielilor [129]. Zgura de furnal se obţine în timpul topirii minereului de fier şi a altor materiale, în vederea obţinerii fierului, astfel are proprietăţi hidraulice inerente. Poate fi valorificată în compoziţia cimentului Portland, la prepararea de cărămizi nearse [113], în mixturile asfaltice [130], înlocuirea cimentului din reţeta betoanelor autocompactante [131] sau obişnuite [132], înlocuiriea agregatelor naturale din alcătuirea grinzilor prefabricate [133] sau din betonul obişnuit [134], şi prepararea uni material izolant fibros [135]. Zgura de oţel este un deşeu rezultat din prelucrarea minereului de fier în vederea obţinerii oţelului. Deşeurile de zgură de oţel pot fi folosite la prepararea blocurilor de zidărie [113], realizarea drumurilor, stabilizarea solurilor, ca materie primă la prepararea clincherului de ciment, înlocuirea cimentului Portland în pastele cimentoase [136], sau a agregatului fin din betoane [137], [138], respectiv prepararea mixturilor asfaltice [139], [140]. Anvelopele de cauciuc pot fi valorificate în betonul obişnuit, înlocuind pietrişul sau nisipul [113], [141], în betonul autocompactant [142] sau în betonul permeabil [143].

Deşeuri agricole

Paiele de grâu sunt abundente, datorită cultivării pe scară largă a seminţelor. Paiele şi baloţii de paie se folosesc în industria

27

construcţiilor mai ales cu rol termoizolant [144], [145], [146], [147], fonoabsorbant [148], [149], [150] sau structural. Baloţii de paie se pot folosi cu succes la realizarea clădirilor de locuit, fie ca elemente portante, fie ca umplutură de cadru. Proprietăţile mecanice ale baloţilor de paie depind de tipul de paie, densitatea balotului, procesul de balotare, orientarea balotului şi rata de încărcare. Având în vedere că densitatea şi dimensiunile baloţilor nu sunt controlate în mod riguros, proprietăţile mecanice ale baloţilor sunt variabile [151]. La încărcări ciclice, baloţii prezintă o capacitate bună de disipare a energiei, însă cantitatea de energie disipată scade pe măsură ce încărcarea progresează [152]. În cazul clădirilor din baloţi de paie (Fig. 1.12) pot apărea o serie de probleme din cauza proiectării incorecte [153], respectiv din lipsa documentaţiilor şi reglementărilor tehnice [154]. Pe lângă cele prezentate, fibrele individuale se mai pot folosi la o serie de aplicaţii în domeniul construcţiilor. Firele de paie (tratate cu alcool polivinilic modificat) şi varul se pot folosi la armarea solurilor saline, îmbunătăţind rezistenţele mecanice ale solului [155]. Compozitul pământ-nisip-paie poate fi folosit ca tencuială în cadrul clădirilor din baloţi de paie [156].

Fig. 1.12. Clădire din baloţi de paie construită în cadrul unui program experimental

[154].

Prin prelucrarea orezului anual se generează cantităţi mari de

deşeuri, paiele şi coaja de orez, care pot fi folosite la prepararea de

materiale termoizolante [157], [158] şi fonoabsorbante [159], [160],

[161], [162] cu aplicabilitate în domeniul construcţiilor. Cenuşa de coajă

de orez este un deşeu generat de industria prelucrării orezului, ce se

obţine prin arderea cojii orezului nedecorticat la o temperatură de 500-

800°C, ce produce o cenuşă amorfă non-cristalină, de culoare gri.

Particulele cenuşii au o structură celulară, cu suprafaţă specifică ridicată.

Cenuşa de coajă de orez conţine 90-95% siliciu amorf [113]. Cenuşa are

28

proprietăţi puzzolanice deosebite, însă acest efect depinde de fineţea de

măcinare, temperatura şi durata de ardere [163]. Deşeul poate fi

valorificat prin adăugarea lui în compoziţia betoanelor, crescând

durabilitatea compozitului [164]. Betoanele preparate cu acest adaos

necesită o cantitade de apă de amestecare mai ridicată [163].

Pulpa rămasă după procesarea trestiei de zahăr este generată în

cantităţi ridicate şi este considerată un deşeu. Densitatea pulpei este de

1.25 g/cm3, modulul de elasticitate al fibrelor este de 17 GPa, iar

rezistenţa la întindere este de 290 MPa [165]. S-a încercat valorificarea

pulpei în domeniul materialelor de construcţii cu rol fonoabsorbant

[166], [167], [168], termoizolant [169], şi în compoziţia materialelor

cimentoase ca ranforsant [170]. Cenuşa de trestie de zahăr se obţine în

urma arderii deşeurilor şi poate fi valorificată în compoziţia betoanelor

datorită proprietăţilor puzzolanice. Folosit ca adaos în reţeta benoanelor

autocompactante, într-un dozaj de 20%, se pot obţine valori ale

rezistenţelor mecanice, lucrabilităţii şi absorbţiei de apă optime [171].

Penele de pasăre au proprietăţi interesante, care permite

utilizarea acestora în materiale compozite, sau în aplicaţii ce necesită

termoizolare [172] sau protecţie acustică (Fig. 1.13) [173], [174], atât ca

ranforsant, cât şi ca matrice [175]. Densitatea fibrelor este de

aproximativ 1.14 g/cm3 [173].

a) b)

Fig. 1.13. a) Material realizat din pene-polietilenă [174] şi b) microstructura acestuia.

Fibrele de lână de oaie se utilizează cu preponderenţă în

industria textilă, însă datorită proprietăţilor termice fibrele mai aspre

pot fi utilizate şi în domeniul construcţiilor. Lâna se foloseşte mai ales ca

material termoizolant [176] (în exteriorul clădirilor, [177] sau în interior

29

[178]) fonoabsorbant şi fonoizolant [179], [180], însă mai poate fi

utilizată în diferite materiale compozite cu rol de armare [181], [182],

[183], [184].

1.5. Concluzii

Schimbarea climatică, epuizarea resurselor naturale şi creşterea cantităţii de deşeuri generate sunt problemele ecologice majore ale secolului actual. Industria construcţiilor, fiind responsabilă pentru impactul major produs asupra mediului natural, ar putea contribui într-o măsură ridicată la implementarea procesului dezvoltării durabile. În general dezvoltarea durabilă, cu privire la mediul natural, se poate obţine prin diferite căi, cum ar fi conservarea biosferei, gestionarea deşeurilor solide şi dezvoltarea proceselor tehnologice. În domeniul construcţiilor există trei principii de bază care definesc dezvoltarea durabilă, şi anume economia de resurse, proiectarea pentru întregul ciclu de viaţă şi proiectarea pentru om, care reflectă pilonii dezvoltării sustenabile (ecologic, economic şi social). Pentru evaluarea materialelor de construcţii din punct de vedere ecologic se foloseşte analiza ciclului de viaţă, metodă prin care se poate măsura impactul anumitelor materiale asupra mediul natural. Dintre materialele de construcţii uzuale unele sunt eficiente ecologic (pământ, lemn), iar altele sunt poluante (argilă, beton, metale) datorită proceselor de producţie. În vederea diminuării efectelor negative asupra mediului operaţiile, precum reutilizarea, reciclarea şi valorificarea unor deşeuri în alcătuirea materialului, trebuie să aibă prioritate. S-a constatat că unele deşeuri din construcţii şi demolări, industriale sau agricole pot fi utilizate în domeniul materialelor de construcţii în vederea dezvoltării durabile. În concluzie, sustenabilitatea industriei construcţiilor depinde, în mare parte, de materialele utilizate. Dacă aceste materiale pot fi îmbunătăţite din punct de vedere ecologic, fără compromiterea performanţelor mecanice, dezvoltarea durabilă poate fi atinsă.

30

31

2. Stadiul actual al utilizării lânii de oaie Domesticirea oilor s-a realizat la începutul Epocii Pietrei, în jurul anilor 8000-6700 î.e.n, în zonele Semilunii fertile şi Anatoliei. Oaia domestică timpurie (muflonul) a ajuns în Europa într-un prim val al colonizării, iar după un timp a devenit din nou sălbatică. Lâna acestora era scurtă, de culoare maro cu o porţiune albă pe burta animalului. Procesul de creştere selectivă a oilor pentru a obţine lână de culoarea albă, s-a început în Epoca Bronzului. Aceste animale timpurii anual şi-au pierdut lâna, astfel fibrele s-au obţinut prin smulgere [185]. În viaţa oamenilor primitivi, lâna era o sursă importantă de vestimentaţie, fiind folosită chiar dinainte de 10000 î.e.n [186]. Materialele textile din lână erau folosite de babilonieni încă din perioada târzie a Epocii Pietrei, aproximativ din anul 4000-3000 î.e.n [187], [188]. Unele studii arată că au apărut schimbări majore în dezvoltarea fibrelor de lână în perioada de trecere din Epoca Bronzului în Epoca Fierului [189]. Textilele şi blănurile de lână din Epoca Fierului erau mai variate, ceea ce priveşte pigmentarea şi calitatea, decât cele din Epoca Bronzului [190]. În timpul secolului al XI-lea şi XII-lea comerţul lânii a prosperat, englezii erau experţi în creşterea ovinelor, iar flamanzii aveau tehnici de procesare dezvoltate [191]. Oile şi lâna erau atât de importante din punct de vedere economic, încât între secolele XV-XVIII era interzis în unele ţări exportul acestora [186]. Primele materiale de constucţii izolante din lână de oaie au apărut abia în secolul al XX-lea [192]. Există mai multe animale care dispun de blană asemănătoare lânii, precum iepurele, capra sau cămila. Din familia oilor peste 500 de specii produc lână de culori, textură şi lungimi diferite, speciile fiind dependente de ţara de origine şi mediul înconjurător [193]. În anul 2017 numărul oilor crescute la nivel mondial era de 1.202 miliarde de capete, de la care s-au recoltat aproximativ 2.176 milioane de tone de lână brută [194]. Liderii mondiali cu privire la producţia lânii de oaie se pot observa în Fig. 2.1. Conform statisticii FAO [194], producţia de lână brută în România, între anii 2000-2017 era, în medie, de aproape 19 mii de tone/an.

32

Fig. 2.1. Producţia lânii de oaie brute la nivel mondial, valori medii considerate în

intervalul 2000-2017 [194].

Din totalul de lână recoltat, astăzi se procesează în ţară doar 15%, datorită calităţii slabe a materialului [195]. Pe lângă acest fapt, conform datelor unor centre de colectare, din cantitatea de lână colectată majoritatea (73%) fost exportată către Turcia, India, China şi Italia [196].

2.1. Proprietăţile lânii de oaie Lâna de oaie are proprietăţi deosebite. Câteva dintre acestea sunt prezentate în Tab. 2.1, făcând referire şi la alte tipuri de materiale, organice şi artificiale.

Tab. 2.1. Compararea proprietăţilor diferitelor materiale [197].

Ma

teri

al

De

nsi

tate

[k

g/

m3]

Ab

sorb

ţie

de

ap

ă

de

lu

ng

ă d

ura

tă

[%]

Re

zist

en

ţă l

a

înti

nd

ere

[k

Pa

]

Re

zist

en

ţă l

a

com

pre

siu

ne

[k

Pa

]

Re

zist

en

ţă l

a

înco

vo

iere

[k

Pa

]

Co

nd

uct

ivit

ate

te

rmic

ă

[W/

mK

]

Rig

idit

ate

d

ina

mic

ă

[MN

/m

3]

Plută 100-

220 ≤0.5* 30-50

100-

200

140-

200 0.037-0.060 50-120

In 20-80 - - - - 0.037-0.045 -

Cânepă 20-68 4.2* 180 - - 0.040-0.050 -

Balot de paie 80-120 4.3* - - - 0.038-0.072 -

46

40

35

.29

37

33

13

.64

20

29

18

.64

70

26

1.0

0

62

69

5.3

6

59

51

6.6

4

49

95

7.7

9

18

92

9.2

1

Au

stra

lia

Ch

ina

No

ua

Zee

lan

dă

Iran

Mar

ea B

rita

nie

Arg

enti

na

Mar

oc

Ro

mân

ia

Can

tita

te d

e lâ

nă

[To

ne/

An

]

33

Ma

teri

al

De

nsi

tate

[k

g/

m3]

Ab

sorb

ţie

de

ap

ă

de

lu

ng

ă d

ura

tă

[%]

Re

zist

en

ţă l

a

înti

nd

ere

[k

Pa

]

Re

zist

en

ţă l

a

com

pre

siu

ne

[k

Pa

]

Re

zist

en

ţă l

a

înco

vo

iere

[k

Pa

]

Co

nd

uct

ivit

ate

te

rmic

ă

[W/

mK

]

Rig

idit

ate

d

ina

mic

ă

[MN

/m

3]

Lână de

oaie 25-30

12.0*,

33.0 - - -

0.040-

0.045 -

EPS1 10-30 1.0-5.0 100-

300 30-300 50-150 0.032-0.040 7-40

XPS2 25-45 <0.7 200-

500

200-

700

100-

300 0.030-0.040 -

PUR3 30-100 1.5-3.0 40 100-

1000

250-

500 0.024-0.030 -

Vată

bazaltică 20-200 1.0* 5-20 15-80 - 0.035-0.045 7-35

Vată de

sticlă 15-150 1.0* 3.5 15-80 - 0.035-0.045 -

VIP4 150-

300 - - 45-120 - 0.002-0.008 -

* absorbţie de apă de scurtă durată prin imersie parţială, [kg/m2]; 1 polistiren

expandat, 2 polistiren extrudat, 3 spumă poliuretanică, 4 panou izolator vidat.

2.1.1. Proprietăţi fizice

Fibrele de lână (Fig. 2.2) cresc în grupuri de 5-80 de fibre, iar

numărul fibrelor ce alcătuiesc lâna depinde de rasa animalului, valoarea

variind între 16-120 de milioane [198]. Viteza de creştere a fibrelor, în

general, este de 1.25 cm pe lună [198].

Fig. 2.2. Imagine SEM a unor fibre; mărire de: x200, x750, x2300 [199].

34

Morfologia fibrelor

Fibrele de lână se compun din trei părţi distincte, după cum se

poate observa din Fig. 2.3, astfel:

Strat cuticular (exterior), alcătuit din celule cu aspect de

solzi;

Strat cortical (intermediar), alcătuit din celule alungite;

Strat medular (interior) [200].

Fig. 2.3. Structura fibrei de lână [201].

Stratul cuticular este stratul exterior al fibrei de lână şi este

format din celule suprapuse cu aspect de solzi. În cazul unei fibre fine de

lână, acest strat constituie 10-15% din greutatea fibrei, startul având

grosimea de o singură celulă [200], [202]. Fiecare celulă cuticulară este

compusă din trei straturi, numite epicuticulă, exocuticulă şi

endocuticulă. Datorită elasticităţii şi prezenţei stratului cuticular, fibrele

prezintă o contracţie ridicată [200]. Această contracţie apare în timpul

spălării, ca urmare a frecării dintre fibre [203]. Acest strat exterior

determină comportarea acestora faţă de acţiunea apei, respectiv unele

proprietăţi fizice, precum abilitatea de împâslire [204].

Atât celulele cuticulare, cât şi cele corticale sunt separate de un

complex de membrane celulare (Fig. 2.4), care se compune din lipide şi

proteine, fiind responsabil pentru legăturile intercelulare puternice

[205]. Acest complex este singura fază continuă ce se întinde de-a lungul

întregii fibre, astfel se poate presupune că are un rol important în

mecanismul de absorbţie a apei şi altor compuşi în masa fibrei [202].

Strat medular

Strat cortical

Strat cuticular

35

Fig. 2.4. Poziţia complexului de membrane celulare în interiorul fibrei [202].

Stratul cortical constituie aproximativ 80-90% din greutatea

fibrei de lână, având cea mai mare influenţă asupra proprietăţilor fizice

şi chimice. Acest strat este compus din trei tipuri de celule, numite orto-

corticale (60-90%), para-corticale (10-40%) şi mezo-corticale (apare

doar în cazul fibrelor aspre). Tipurile de celule au caracteristici diferite,

ceea ce conduce la aspectul creţ al fibrelor [200] şi implicit conferă

elasticitate şi rezilienţă acestora [201]. Celulele para-corticale conţin o

cantitate mai ridicată de sulf, decât cele orto-corticale, astfel acestea sunt

mai rezistente, iar în alcătuirea ondulaţiilor aceste celule sunt

poziţionate în partea interioară a curburii [205]. Numărul ondulaţiilor

depinde de fineţea fibrei, cele fine pot avea 38-40 pe centimetru, iar cele

aspre au mai puţine [204]. Fiecare celulă corticală este alcătuită din 5-20

macrofibrile, iar macrofibrilele se compun din legături de 500-800 de

microfibrile [205].

Stratul medular este o reţea de pereţi celulari umpluţi cu aer,

prezent în cazul fibrelor medii şi aspre. În general, fibrele fine nu dispun

de acest strat, însă în unele cazuri, acesta poate lipsi şi la fibrele aspre.

Stratul medular poate fi întrerupt sau fragmentat, respectiv neîntrerupt

[200]. Dacă acest canal este destul de dezvoltat, fibra are un luciu scăzut

şi este uşor creţ [201]. Prezenţa acestui canal nu influenţează rezistenţa

la întindere a fibrei, însă contribuie la creşterea izolării termice [202].

La nivel microscopic, fibrele sunt alcătuite din structuri complexe

(Fig. 2.5). Proteinele cu conţinut scăzut de sulf formează structuri α-

elicoidale. Aceste structuri sunt spiralate după regula de mână dreaptă.

Două structuri α-elicoidale răsucite împreună formează o structură

spiralată după regula de mâna stângă. Patru dintre aceste duble spirale

alcătuiesc un protofilament cu diametrul de 2 nm, iar ansamblul de opt

complex de membrane celulare celule corticale celule cuticulare

36

protofilamente alcătuiesc o microfibrilă având diametrul de 7 nm şi

lungimea de 1 μm. Microfibrilele sunt grupate de o matrice amorfă,

ansamblul astfel creat formând o macrofibrilă. În final, asamblarea de

mai multe macrofibrile formează o celulă corticală [202].

Fig. 2.5. Diagrama schematică a alcătuirii fibrelor de lână (fibre fine de merino) [206].

Dimensiunile fibrelor

În general, secţiunea transversală a fibrelor este eliptică.

Diametrul fibrelor variază între 15-100 μm. Lungimea fibrelor depinde

de rasa animalului, viteza creşterii şi frecvenţa tunderii [200], iar, în

general, are o valoare între 4-14 cm [207], dar fibrele pot atinge şi o

lungime de 37.5 mm [198].

Densitatea fibrelor uscate este de 1.307 g/cm3, iar în cazul

umidităţii relative de 100%, valoarea densităţii este de 1.266 g/cm3,

datorită faptului că, într-un mediu umed, fibrele îşi măresc volumul

[204].

Fibrele se pot clasifica după diametrul acestora, astfel [193]:

Fibre fine, cu diametrul fibrelor mai mic de 24.5 μm;

Fibre medii, cu diametrul fibrelor între 24.6-32.5 μm;

Fibre aspre, cu diametrul fibrelor mai mare de 32.5 μm.

Împâslirea

Fibrele de lână prezintă o proprietate unică în domeniul fibrelor

naturale de a se lega, utilizând doar forţă de frecare direcţională.

37

Fenomenul se produce atunci, când asupra fibrelor se aplică o forţă

exterioară, în urma căreia fibrele sunt obligate să se deplaseze într-o

singură direcţie [208]. Celulele cuticulare sau solzii sunt direcţionaţi în

jurul fibrei de la rădăcină către vârful acesteia. Astfel, efectul de frecare

direcţională este mai mare dacă fibrele sunt acţionate mecanic dinspre

vârf către rădăcină. În urma unei asemenea mişcări, fibrele independente

devin încurcate, efectuând mişcări elastice de alungire şi recuperare

[209]. S-a observat că diferenţa dintre coeficienţii de frecare direcţională

măsuraţi în cele două direcţii (dinspre vârf către rădăcină, respectiv

dinspre rădăcină către vârf) scade cu creşterea pH-ului apei [210].

S-a presupus că împâslirea este rezultatul unui mecanism de

clichet (Fig. 2.6) dintre stratul exterior al fibrelor, însă nu s-au descoperit

urme de celule cuticulare cuplate între ele. Însă mecanismul de clichet se

poate manifesta fără cuplarea celulelor cuticulare, caz în care

interacţiunea are loc între extremitatea unui solz şi suprafaţa rugoasă a

unei alte celule cuticulare. Această interacţiune are ca efect deformarea

vârfului solzului, după care acesta revine la poziţia iniţială în urma

îndepărtării suprafeţei rugoase [211].

Fig. 2.6. Mecanismul de clichet între fibrele de lână [212].

Împâslirea poate avea loc şi într-un mediu uscat, însă prezenţa

apei favorizează acest proces. Factorii ce influenţează gradul de

împâslire, pe lângă efectul de frecare direcţională, pot fi următorii:

diametrul, lungimea, elasticitatea şi ondulaţia fibrelor, temperatura şi

pH-ul apei [208].

Fibră de lână

Fibră de lână

Fibră de lână

Fibră de lână

38

Fenomenul de împâslire este ireversibil. Pentru a reduce gradul

de împâslire a ţesăturilor din lână folosite în industria textilă, asupra

fibrelor se pot aplica mai multe tratamente, cum ar fi cele oxidative sau

enzimatice, pe bază de radiaţii, procese ce au ca scop învelirea fibrelor cu

substanţe polimerice, sau tratamentele cu plasmă [212].

Absorbţia umidităţii

Fibrele de lână sunt higroscopice, acestea pot absorbi o cantitate

de umiditate de 33-40% din greutatea lor [213], [214]. Prin procesul de

absorbţie a umidităţii lâna devine mai caldă, cu aproximativ 7-8°C, astfel

se poate evita fenomenul de condens prin creşterea temperaturii de

rouă, în cazul folosirii acesteia cu rol termoizolant [213], [215]. Prin

stratul exterior al fibrelor, lâna poate absorbi vaporii de apă, însă în

contact cu apă lichidă, aceasta are un caracter hidrofob [201], datorită

prezenţei unui lipid (acid 18-metiloicosanoic) conectat cu legătură

covalentă de stratul exterior al fibrelor [202]. În timpul absorbţiei fibrele

se umflă, mai mult în direcţia radială cu aproximativ 16%, lungimea

fibrei rămâne aproape neschimbată [216], [202].

Fenomenul fizic al difuziei vaporilor de apă printr-un mediu

poros (precum materiale fibroase) a fost studiat de Padfield [217]. S-au

identificat trei procese principale al acestui mecanism (Fig. 2.7):

migrarea apei prin canalele de aer dintre fibre (procesul A), absorbţia

umidităţii de către fibre (procesul B), respectiv mişcarea apei absorbite

în masa materialului (procesul C). Dintre aceste fenomene, procesul A

este cel dominant.

a) b)

39

Fig. 2.7. a) Mecanismul difuziei vaporilor de apă printr-un mediu fibros [217]; b)

Sorbţia şi desorbţia umidităţii [216].

Proteinele ce alcătuiesc fibrele de lână conţin grupuri chimice

polare care atrag apa [216], [202]. Fenomenul de sorbţie a vaporilor de

apă este urmată de desorbţia acestora, procesul fiind guvernat de

schimbări ale umidităţii relative a aerului [208], [198]. Grafic, procesul

se poate observa în Fig. 2.7. Se poate constata că în condiţii atmosferice

standard (umiditate relativă de 65% şi temperatură de 20°C) adsorbţia

variază între 14-18% [216], iar desorbţia este mai accentuată decât

sorbţia, cu aproximativ 2% [208]. Ormondroyd et al. [218] au identificat

că la un conţinut de umiditate de 15-18% a fibrelor apare o aglomerare

a particulelor de apă pe fibre.

Se poate observa că adsorbţia umidităţii se manifestă cu

histerezis [216]. Natura cinetică a sorbţiei depinde de conţinutul iniţial

de apă al fibrelor, durata de timp la care fibrele erau expuse acelui

conţinut de apă [204] şi de temperatură [216]. Downes şi Mackay [219]

au identificat că mecanismul de histereză se datorează legăturilor

chimice metastabile ale lanţurilor de proteine, care se modifică în timpul

umflării fibrelor, ceea ce conduce la un fenomen de relaxare.

Datorită absorbţiei ridicate de umiditate, care poate fi stocată în

interiorul fibrelor fără a afecta capacitatea de termoizolare, lâna

contribuie la echilibrarea umidităţii interioare relative şi climatului

interior [201]. Lâna are o capacitate excelentă de transfer al vaporilor de

apă. Factorul μ desemnează rezistenţa la difuzia vaporilor de apă a unui

material, cu cât această valoare este mai ridicată, cu atât materialul este

mai impermeabil la acţiunea vaporilor de apă. În cazul lânii de oaie

această valoare variază între 1-5 [204] sau 2.6-9.7 [220]. Datorită acestor

două proprietăţi, materialele izolante din lână nu contribuie la formarea

condensului sau a culturilor de microorganisme [220].

Deoarece fibrele absorb umiditatea în mod natural din aer, lâna

nu colectează electricitate statică, astfel este un material antistatic [207],

însă în condiţii de umiditate redusă, stratul epicuticular hidrofob are

tendinţa de a dezvolta o încărcare statică prin frecare [221]. Mai mult,

datorită proprietăţii de a fi antistatică, lâna nu atrage nici praful [207].

Pentru a limita absorbţia umidităţii, fibrele pot fi pulverizate cu

silicon, care formează o barieră împotriva umidităţii, respectiv

contribuie la menţinerea performanţelor materialului [222]. La probele

40

de lână şi fibre de poliester astfel tratate, nu s-a observat o schimbare

semnificativă ceea ce priveşte absorbţia acustică şi conductivitatea

termică [222]. Adsorbţia umidităţii a variat între 5.01-5.58%.

Acţiunea microorganismelor şi insectelor

Microorganisme întotdeauna sunt prezente pe fibre, iar sub

condiţii favorabile (temperatură, umiditate relativă şi pH) acestea se pot

dezvolta şi pot ataca fibrele. Dintre microorganismele prezente pe fibre,

cele care pot dăuna lânii sunt următoarele: Proteus vulgaris,

Pseudomonas aeruginosa, Aspergillus şi Penicillium. Pe lângă

microorganisme, lâna poate fi atacată şi de molii şi alte insecte din

ordinul Lepidoptera şi Coleoptera [204].

Condiţiile optime de creştere ale microorganismelor sunt

următoarele: umiditate relativă de 64%, temperatură de 22-35°C,

nutrienţi (carbon şi azot), respectiv pH între 5-8. Există şi alţi factori care

influenţează dezvoltarea microorganismelor, precum radiaţiile, care pot

favoriza sau împiedica dezvoltarea lor, respectiv circulaţia aerului, care

încetineşte creşterea acestora [204].

Susceptibilitatea unor materiale de construcţii la atacul

diverselor culturi de mucegai s-a investigat de către [223]. S-a stabilit o

scară pentru evaluarea intensităţii creşterii, de la 0 (fără urme vizibile de

microorganisme sub microscop) la 5 (creştere pronunţată, acoperind

mai mult de 75% din suprafaţa probei). Dintre materialele testate, lâna

de oaie a prezentat cea mai redusă susceptibilitate, obţinând un punctaj

de 2 al intensităţii creşterii pentru contact direct cu microorganismele, 1

pentru contact indirect, respectiv 0.4 pentru condiţii suboptimale de

creştere (umiditate relativă de 60%). S-a constatat că, în cazul lânii, nu

există o corelare directă între intensitatea creşterii mucegaiului şi

coeficientul de absorbţie a apei, deoarece această valoare este destul de

ridicată.

Identificarea tipurilor de mucegai ce pot să apară pe fibrele de

lână în condiţii optime, a fost efectuată de [224]. Condiţiile de testare

asigurau următoarele: sursă de nutrienţi, temperatură de 25°C,

umiditate relativă peste 80%. Microorganismele identificate (Alternaria

alternata, Stachybotrys sp.) pot să prezinte diferite riscuri asupra

sănătăţii, precum alergie, astm, infecţii cutanate sau sinuzită paranazală.

Astfel, în cazul materialelor naturale este foarte importantă proiectarea

41

şi execuţia corespunzătoare a clădirii, pentru a evita apariţia condiţiilor

optime de dezvoltare a microorganismelor.

Posibilitatea utilizării varului stins ca protecţie împotriva acţiunii

microorganismelor s-a studiat de [201]. Studiul investiga apariţia

mucegaiului la probe de lână acoperite cu var şi expuse umidităţii

ridicate. Varul stins, datorită pH-ului ridicat (12.5) poate împiedica

dezvoltarea microorganismelor, care preferă o valoare a pH-ului scăzut,

între 2-11. S-a observat că lâna nu a fost atacată de mucegai, chiar dacă

nu a fost protejată cu var, fiind expusă la o umiditate de 94%.

În cazul insectelor, larva este cea care distruge fibrele. Cheratina

este o proteină greu de digerat, însă larvele secretă o substanţă capabilă

de a reduce legăturile disulfurice ale cheratinei, având ca efect creşterea

solubilităţii fibrelor, care pot fi atacate de enzimele digestive proteolitice.

Larvele preferă fibrele fine [198], [208].

Ciclul de viaţă a unei insecte este determinat de condiţiile de

mediu. În condiţii obişnuite, molia (Tineola bisselliella) va începe să-şi

depună ouăle după o zi din momentul apariţiei acesteia din pupă.

Depunerea oălor poate să dureze între 7-14 zile, iar molia adultă va trăi

înte 2 săptămâni şi o lună. Larvele ies din ouă în intervalul de 1-4

săptămâni şi pot rămâne în această formă până la 3 ani, înainte să se

transforme în pupă. Moliile adulte îşi părăsesc pupa la 10-44 zile [198].

Impactul asupra sănătăţii umane

Lâna de oaie nu este un material alergen. Toate tipurile de fibre

pot cauza o senzaţie de usturime pe piele, dacă fibrele sunt destul de

aspre (cu diametrul ≥30-32 μm). Eventualele reacţii alergice pot apărea

din cauza folosirii unor substanţe în timpul producerii materialelor

textile. În cazul apariţiei unor simptome în urma contactului cu fibrele de

origine animală, alergenul este saliva sau celulele de piele exfoliate ale

animalelor. Lâna folosită la diferite aplicaţii este curăţată în profunzime,

asfel probabilitatea apariţiei alergiei este scăzută [225], [226].

În timpul prelucrării lânii pot să apară unele probleme legate de

sănătatea umană. De obicei, oile se tratează anual cu pesticide,

operaţiune ce prezintă un risc asupra sănătăţii. În stagiul de tratare a

lânii, substanţele folosite pentru a creşte rezistenţa la foc sau împotriva

insectelor, pot fi toxice. Aceste substanţe sunt legate chimic de fibre şi au

o durată de viaţă ridicată, însă nu produc riscuri de sănătate pe durata

42

exploatării, iar fibrele inhalate accidental sunt dizolvate în corpul uman

în aproximativ patru zile [204].

După unele cercetări [227], particulele de praf rezultate din

producţa materialelor termoizolante din lână, pot cauza probleme de

sănătate, cu toate că rezultatele prezentate provin din activităţile

industriei textile, procesul de prelucrare a lânii este asemănător în cele

două cazuri. Praful de lână în foarte puţine cazuri afectează funcţionarea

plămânilor, dar dacă se folosesc diferite chimicale şi aditivi în timpul

prelucrării (spălare, vopsire), creşte riscul asupra sănătăţii. În plus,

praful acumulat poate produce un risc de explozii. Conform unor studii,

cauzele principale ale riscurilor de sănătate sunt contaminanţii biologici

şi inorganici ale fibrelor, ce se găsesc pe lâna brută. Observaţiile efectuate

pe şobolani indică faptul că praful colectat din facilităţile de prelucrare

ale lânii produce o inflamaţie a plămânilor, ce nu persistă mai mult de 7

zile.

Impactul asupra mediului

Impactul asupra mediului a unor materiale termoizolante se

poate observa în Fig. 2.8. Indicatorii s-au obţinut prin metoda analizei

ciclului de viaţă, luând în considerare durata de viaţă a materialului

termoizolant de la producţie până la punerea în operă a acestuia [228].

Fig. 2.8. Impactul asupra mediului a unor materiale termoizolante, pe bază de cânepă

şi bumbac (Isonat), fibre de sticlă (Knauf), vată minerală (Rockwool), respectiv lână de

oaie (Thermafleece) [228].

43

Din studiul efectuat de Murphy şi Norton [228] (Fig. 2.8) reiese că

materialul termoizolant pe bază de lână de oaie are o valoare a

indicatorului de încălzire globală (GWP, se referă la impactul emisiilor

asupra capacitatea atmosferei de a absorbi căldura radiată, mai numit şi

efectul de seră) negativă până în momentul punerii în operă. Acest aspect

indică faptul că în acest stagiu al ciclului de viaţă, materialul a consumat

mai mult CO2eq (un termen folosit pentru a descrie diferite gaze cu efect

de seră într-o măsură comună, însemnând cantitatea de CO2 care ar fi

avut acelaşi impact echivalent asupra încălzirii globale ca gazele

respective) decât cantitatea degajată provenită din consumul de energie

şi materiale necesare producerii şi transportului materialului.

Ceea ce priveşte eliminarea materialului după terminarea duratei

de viaţă, depozitarea pare a fi cea mai bună soluţie, cu referire la GWP.

Compostarea sau incinerarea conduc la reemiterea unei cantităţi de CO2

sechestrate, producând astfel un impact major în categoria încălzirii

globale [228].

Un studiu, realizat de [229], investiga emisiile de gaze cu efect de

seră provenite din producerea lânii de oaie brute. S-a constatat că

valoarea emisiilor totale era de 24.9 kgCO2eq pe kilogram de lână brută,

la poarta fermei de animale. Emisia dominantă era emisia directă de

metan (86%), urmată de oxidul de azot, emisă de deşeurile animale

(10%), respectiv descompunerea reziduurilor de nutreţ (1%). Din emisia

totală, doar 2% reprezentau emisiile legate de funţionarea fermei,

incluzând şi îngrăşămintele. S-a observat că valoarea calculată a emisiilor

este dependentă de mai mulţi factori, precum scopul creşterii oilor (o

scădere de 41% a emisiilor, dacă scopul principal se schimbă de la

producerea de lână la cea de carne), preţul lânii, diametrul fibrelor sau

greutatea lânii.

Emisiile de carbon asociate producerii de covoare din lână a fost

estimat de către Sim şi Prabhu prin metoda analizei ciclului de viaţă

[230]. Faţă de un produs din fibre sintetice, cel din lână necesită energie

şi generează emisii poluante mult mai reduse. Din analiza ciclului de

viaţă reiese că stadiul de exploatare şi prepararea materiei prime sunt

responsabili pentru ponderea cea mai ridicată a totalului de consum de

energie, respectiv emisiilor de carbon. Studiul atrage atenţia asupra

reducerii distanţei de transport a materiei prime în vederea reducerii

impactului asupra mediului.

44

2.1.2. Proprietăţi chimice

Compoziţia chimică a fibrelor

Tab. 2.2. Conţinutul de aminoacizi a unei fibre de lână merino [231], [211], [232].

Caracterul

aminoacidului Denumirea Catena laterală

Concentraţia

[μmol/g] [%mol]

Acidic Acid aspartic -CH2-COOH 200 6.0-6.5a

Acid glutamic -(CH2)2-COOH 600 11.9-12.1a

Asparagină -CH2-CONH2 360 -

Glutamină -(CH2)2-CONH2 450 -

Bazic Arginină -(CH2)3-NH-

C(NH2)=NH

600 6.9-7.2

Lizină -(CH2)4-NH2 250 2.3-3.0

Histidină

80 0.7-0.9

Triptofan

40 0.5-1.2

Conţine grupul

hidroxil în

catena laterală

Serină -CH2-OH 900 10.2-10.4

Treonină -CH(CH2)-OH 570 6.4-6.5

Tirozină -CH2-C6H4-OH 350 3.9-4.2

Conţie sulf Cisteină -CH2-SH 10 -

Tiocisteină -CH2-S-SH 5 -

Acid cisteic -CH2-SO3H 10 -

Cistină -CH2-S-S-CH2- 460 10.3-11.2

Lantionină -CH2-S-CH2- 5 -

Metionină -(CH2)2-S-CH3 50 0.5

45

Caracterul

aminoacidului Denumirea Catena laterală

Concentraţia

[μmol/g] [%mol]

Fără grupuri

reactive în

catena laterală

Glicină -H 760 8.1-8.4

Alanină -CH3 470 5.0-5.4

Valină -CH(CH3)2 490 5.1-5.6

Prolină

520 6.6-7.5

Leucină -CH2-CH(CH2)2 680 6.9-7.7

Izoleucină -CH(CH2)-CH2-CH3 270 2.8-3.1

Fenilalanină -CH2-C6H5 260 2.5-2.9

a valoarea include cantitatea de asparagină, respectiv glutamină.

Lâna brută, pe lângă fibre, care constituie aproximativ 60% din

lână, conţine umiditate (15%) şi impurităţi precum lanolina (10%),

transpiraţia animalului (10%), urme de pământ şi materie vegetală (5%)

[200], [233]. Fibrele de lână se compun din aproximativ 170 de tipuri de

proteine [204]. Cea mai importantă proteină a fibrelor este α-cheratina

(datorită proteinelor cu structură α-elicoidală), care constituie 82% din

compoziţia lor, urmată de alte proteine în procent de 17%, iar pe lângă

proteine, fibrele mai conţin 1% lipide şi polizaharide [234], [208].

Proteinele fibrelor sunt alcătuite din 18 aminoacizi diferiţi,

prezentaţi în Tab. 2.2, printre care cele mai importante sunt cistina,

glutamina şi serina [200]. În timpul descompunerii fibrei doi aminoacizi,

glutamina şi asparagina, prin hidroliză formează acizi (acid aspartic şi

acid glutamic), astfel se pot identifica 20 de tipuri de compuşi ce

alcătuiesc fibra de lână [211]. Pe lângă aceşti compuşi sunt prezenţi în

cantităţi reduse şi alţi 4 aminoacizi (cisteină, tiocisteină, acid cisteic şi

lantionină) [231]. La nivel atomic, fibrele se compun din carbon (50%),

oxigen (22-25%), azot (16-17%), hidrogen (7%) şi sulf (3-5%) [207],

[231].

Formula generală a aminoacizilor care se află la capetele lanţului

de proteine ce intră în compoziţia fibrelor este de COOH-CHNH2-R [204].

Grupul substituent R (catenă laterală) conferă fibrelor reactivitate

chimică faţă de diferite gaze sau metale [204], fiind format din grupuri cu

46

caracter acidic, alcalin, polar sau nepolar [211]. Datorită faptului că

catenele laterale de proteine conţin grupuri chimice cu caracter acidic şi

alcalin într-un număr aproximativ egal, fibrele au un caracter amfoter,

putând interacţiona cu un număr ridicat de baze şi acide [211].

Cistina conţine doi atomi de sulf care formează o legătură

disulfurică, aceasta fiind cea mai importantă legătură a fibrelor [205],

deoarece aceste legături formează o reţea reticulară care conferă fibrelor

stabilitate [211]. Aminoacizii interacţionează prin diferite alte legături,

precum cele peptidice, electrostatice (punte de sare), de hidrogen şi

hidrofobe [211].

Rezistenţa la acţiunea compuşilor chimici

Fibrele de origine animală, cum sunt cele de lână, sunt rezistente

la majoritatea acizilor organici, dar sunt atacate de bazele slabe şi

alcaliile puternice [188], grăsimi, rugină, petrol, uleiuri [235], acid

sulfuric, acid azotic [198]. Fibrele sunt reticulate de legături disulfurice,

astfel acestea sunt rezistente la majoritatea solvenţilor, cu excepţia

soluţiilor alcaline cu valoarea pH ≥11, în care fibrele se pot dizolva

complet [204].

Carbonatul de sodiu are un efect mai slab asupra fibrelor, iar

amoniacul este aproape inofensiv [204]. Carbonatul de amoniu, boraxul

şi fosfatul de sodiu, la fel, au un efect minim asupra fibrelor [198].

Din cauza faptului că stratul exterior al fibrelor, epicuticula, este

bogat în conţinutul de lipide, fibra este rezistentă la acizi, agenţi oxidanţi,

enzime şi unele alcalii, iar fibrele au un caracter hidrofob. Acest strat de

lipide poate fi îndepărtat cu soluţii alcoolice, alcaline sau de clor [200].

Datorită componenţei fibrelor, acestea nu se dizolvă în apa rece sau caldă

şi nu se descompun în substanţe solubile [204]. Săpunurile nu

deteriorează structura fibrelor, iar acizii minerali diluaţi pot chiar

proteja fibrele [204]. Fibrele sunt rezistente la solvenţii organici

obişnuiţi [198].

Adsorbţia compuşilor chimici

Dintre poluanţii comuni, lâna poate absori compuşi precum

formaldehida, oxizi de azot sau de sulf, aldehide, izocianaţi şi stiren fără

ca acestea să fie reintroduse în atmosferă, adică aceşti compuşi sunt

legaţi chimic şi neutralizaţi, îmbunătăţind astfel şi calitatea aerului

interior [213], [214], [204]. În schimb, există unele componente, care nu

47

sunt legate permanent de fibre, şi care, după un timp, sunt reemise în

atmosferă, cum ar fi toluol, fenol, compuşi organici volatili generali [204].

Calitatea aerului interior poate fi compromisă de existenţa în

concentraţii mari a compuşilor organici volatili, care pot produce

simptome, precum iritarea ochilor, piele uscată, dureri de cap, oboseală

şi dificultăţi de concentrare [236]. Printre compuşii organici volatili se

pot aminti formaldehida, toluenul, limonena şi dodecanul [236], [237].

Formaldehida este emisă, printre altele, de materialele de

construcţii pe bază de lemn, tratamente de suprafaţă, finisaje, materiale

izolante şi răşini sintetice, fiind un gaz dăunător sănătăţii umane,

provocând risc de cancer [238]. Se poate măsura cantitatea de

formaldehidă legată chimic de către fibrele de lână, prin monitorizarea

schimbării greutăţii fibrei. Astfel, cantitatea de formaldehidă ce poate fi

legată permanent de structura fibrelor se poate observa în Fig. 2.9. S-a

constatat că natura şi tipul fibrelor influenţează capacitatea de adsorbţie

a lânii, iar cu cât culoarea acesteia este mai închisă, cu atât adsorbţia este

mai ridicată [236]. Rata de emitere a gazului creşte cu temperatură şi

umiditate, astfel viteza de adsorbţie de către fibre creşte într-un mod

asemănător [208].

Fig. 2.9. Cantitatea de formaldehidă legată chimic de către diferitele tipuri de lână

[236].

Din studiile efectuate de [234] asupra unor panouri izolante,

reiese că lâna este capabilă de a reduce concentraţia formaldehidei din

aer cu 89.3% în mai puţin de trei zile. S-a observat că există o diferenţă

nesemnificativă între fibrele şi ţesăturile de lână în ceea ce priveşte

48

capacitatea acestora de a neutraliza formaldehida. În decursul a 195 de

minute fibrele au redus concentraţia gazului cu 69.3%, iar ţesătura a avut

o eficienţă de 74% [239].

Fenomenul de reducere a concentraţiei gazului toxic este

rezultatul unor procese fizice şi chimice care au loc pe suprafaţa fibrei,

respectiv în masa acesteia [234]. Adsorbţia fizică se datorează

microporilor prezenţi pe suprafaţa şi în interiorul fibrelor, iar adsorbţia

chimică este rezultatul reactivităţii formaldehidei faţă de proteine, mai

ales de lizină, arginină, glutamină şi asparagină. Astfel, adsorbţia fizică

este guvernată de temperatură şi presiune, iar fenomenul chimic

depinde de structura moleculară [239].

Pe lângă formaldehidă, lâna este capabilă de a lega şi toluenul,

limonena sau dodecanul în diferite proporţii. În Fig. 2.10 sunt prezentate

cantităţile de compuşi organici volatili (VOC) absorbite de diferite tipuri

de lână. Ca şi în cazul formaldehidei, cantitatea absorbită depinde de rasa

animalului şi procesarea lânii [237].

Fig. 2.10. Cantităţile de toluen, limonenă şi dodecan absorbite de către diferite tipuri

de lână [237].

Oxizii de azot sau de sulf sunt produsele secundare ale procesului

de combustie. Capacitatea lânii de a elimina aceşti compuşi din aerul

interior s-a prezentat în [240]. Din Fig. 2.11 se poate observa că fibrele

de lână, în comparaţie cu fibrele sintetice, pot neutraliza o cantitate mai

mare de poluanţi din aer.

49

Fig. 2.11. Comparaţie între adsorbţia unor contaminanţi din aerul interior de către

diferite tipuri de fibre [240].

Din studiul efectuat de [240] pe covoare de lână, reiese că lâna nu

emite substanţele odată absorbite, chiar dacă materialul este supus

temperaturilor ridicate, sau gradul emiterii este neglijabilă, iar durata de

serviciu a lânii, cu privire la purificarea aerului, este de aproximativ 30

de ani.

În plus, lâna este capabilă de a absorbi compuşii fumului de tutun,

iar desorbţia acestora este destul de lentă [204].

Reacţia la foc

Fibrele nu contribuie la alimentarea flăcărilor [214]. Lâna este

aproape singura fibră care se opune acţiunii flăcărilor în mod natural, iar

pentru ca fibrele să se aprindă este necesară o temperatură peste 560°C

[214]. Lâna nu se topeşte, nu arde cu picături şi nu se lipeşte de piele când

este supusă unor temperaturi ridicate, respectiv cantitatea de fum şi gaze

toxice produse în timpul arderii este redusă [241].

Proprietatea naturală a fibrelor de a se opune flăcărilor este

datorat mai multor factori, precum conţinutul ridicat de azot, conţinutul

ridicat de umiditate, temperatura ridicată de aprindere, puterea calorică

scăzută (20.5 kJ/g), temperatura redusă a flăcării (680°C), respectiv

cantitatea de oxigen necesară arderii complete, care este de 25-28%, în

timp ce atmosfera conţine doar 21% [204]. Prin încălzirea fibrelor

celulele cuticulare tind să se desprindă de cortex, iar datorită

conţinutului de sulf, celulele exterioare formează un strat carbonatat,

care separă majoritatea fibrei de oxigen [208].

50

În urma unor experimente conduse de [222] pe probe de lână şi

fibre de poliester s-a constatat că timpul de ardere al probelor este mai

ridicat faţă de probele de lână din cauza fibrelor sintetice. Probele nu

erau combustibile în momentul izbucnirii flăcărilor (temperatură de

400°C), după care s-au topit, au degajat fum şi au început să ardă

(temperatură de 750°C). Astfel, aceste probe pot împiedica, la un anumit

nivel, acţiunea flăcărilor.

Biodegradabilitatea

Lâna de oaie este biodegradabilă, astfel poate fi compostată [242],

iar eliberarea de compuşi organici pe bază de azot contribuie la creşterea

plantelor. Dacă fibrele sunt expuse umidităţii pentru perioade

îndelungate, cum ar fi în sol, fibrele vor începe să se descompune,

temperatura şi umiditatea ridicată contribuind la accelerarea

fenomenului [243]. Degradarea fibrelor se produce sub acţiunea

ciupercilor şi bacteriilor [243].

Studiul efectuat de [244] asupra unor geotextile din lână a

demonstrat degradarea lentă a materialului studiat (Fig. 2.12). Procesul

de degradare începe relativ rapid, având loc şi în condiţii de temperatură

scăzută. S-a observat o distrugere graduală a fibrelor, care implica

diminuarea parametrilor mecanici. Geotextilele confecţionate din lână s-

au dovedit eficiente pentru protecţia versanţilor. Folosirea fibrelor de

origine animală cu asemenea rol nu este justificată, având în vedere că

există diferite fibre vegetale care se pot aplica în acest scop [245].

a) b)

Fig. 2.12. Materialul studiat de [244]; a) înainte de expunere, b) după şase luni.

51

Fig. 2.13. Materialul alcătuit din lână şi fibre sintetice; înainte de expunere (stânga) şi

după 50 de zile (dreapta) [222].

Gradul de degradare al unui material confecţionat din lână şi fibre

de poliester s-a studiat de [222]. S-a observat că, după 50 de zile,

degradarea probelor era între 64.3-69.7%, o valoare mult mai redusă

faţă de cea obţinută pentru probele de lână, unde biodegradarea s-a

manifestat într-un procent de 83.0-88.3%. În cazul probelor compozite,

fibrele de lână au prezentat semne de degradare, în timp ce fibrele

sintetice au rămas aproape intacte (Fig. 2.13).

Modificări de suprafaţă

Modificările de suprafaţă ale fibrelor de lână au ca scop

modificarea proprietăţilor fizice, chimice şi mecanice ale fibrelor [200].

Aceste modificări se pot obţine prin diferite procese, cum ar fi reacţii

chimice oxidative sau reductive, tratamente cu enzime, radiaţii UV sau

tratamentul cu plasmă [200].

Reacţiile oxidative sau reductive, folosind compuşi chimici ca

fluor sau solvenţi polari, produc unele modificări de suprafaţă la nivel

molecular, având ca efect reducerea contracţiei fibrelor sau creşterea

rezistenţei la abraziune [200]. Tratamentul oxidativ deteriorează stratul

cuticular, cum se poate observa în Fig. 2.14, având o acţiune foarte

agresivă faţă de fibră, astfel aplicarea acestui tratament nu este potrivită

pentru toate domeniile de utilizare ale fibrelor [203].

52

a) b)

Fig. 2.14. a) Imagini SEM ale fibrei netratate, respectiv b) fibra supusă tratamentului

oxidativ timp de 9 ore [203].

Enzimele utilizate pentru tratarea lânii (protează şi lipază) se pot

aplica cu rol de curăţare a fibrelor sau pentru a îmbunătăţi unele

proprietăţi ale materialului textil rezultat din procesarea lânii.

Tratamentul cu plasmă are ca obiect creşterea hidrofiliei fibrelor, care

constituie un avantaj în timpul vopsirii acestora [200].

Tratarea fibrelor de lână cu o dispersie coloidală de argilă s-a

investigat în [246]. S-au identificat modificări ale fibrelor la nivel

molecular, influenţând în mod pozitiv absorbţia de umditate şi rezistenţa

la temperaturi ridicate ale acestora. Dezavantajul acestui tratament

constă în reducerea rezistenţei la întindere a fibrelor proporţională cu

concentraţia argilei.

În cazul folosirii fibrelor cu rol de armătură, acestea adeseori se

tratează cu o soluţie de NaOH, pentru a obţine o aderenţă mai ridicată

între matrice şi fibră, şi implicit valori sporite ale rezistenţelor mecanice

[247]. Tratamentul fibrelor cu apă sărată înainte de folosirea lor ca

ranforsant, de asemenea, contribuie la creşterea aderenţei dintre fibre şi

matrice [248].

2.1.3. Proprietăţi mecanice

Datorită rezilienţei fibrelor, materialul îşi menţine forma iniţială,

ceea ce constituie un avantaj în timpul transportului [242]. Fibra de lână

este mai rezistentă decât cea de oţel, considerând diametre egale [242].

Fibrele sunt capabile de a se reveni la forma iniţială de peste 20000 ori

fără a se rupe [249]. Proprietăţile fibrelor sunt influenţate de mai mulţi

53

parametri, cum ar fi compoziţia chimică, umiditate, acţiunea unor

compuşi chimici sau originea fibrelor.

Conţinutul de sulf al fibrei determină rezistenţele mecanice ale

acesteia, datorită legăturilor disulfurice prezente în cheratină [204].

Efectul bazelor şi acizilor are ca rezultat reducerea proprietăţilor

mecanice ale fibrelor [204].

Rezistenţa la întindere a unor fire de lână s-a studiat de [250]. S-a

constatat că această proprietate depinde de morfologia fibrelor, calitatea

lânii şi condiţiile geo-climatice. Astfel, dintre tipurile de fire analizate, cea

originată din Africa de Sud avea rezistenţa la întindere mai mare decât

cele provenite din Asia sau Marea Britanie. Valoarea rezistenţei la

întindere a fibrelor poate varia între 116.7-199.1 N/mm2 [198].

Conţinutul de umiditate are un efect major asupra rezistenţei la

întindere a fibrei. Elasticitatea fibrelor este influenţată în mod pozitiv de

umiditate, însă rezistenţa este compromisă cu creşterea conţinutului

acesteia [188]. O fibră uscată se rupe după o alungire de aproximativ

30%, însă o fibră cu umiditatea de 100% nu se rupe până la o alungire de

70-80%, iar fibra revine relativ rapid la lungimea iniţială [204], [202].

Dacă alungirea fibrei depăşeşte 70%, pot să apară fisuri pe fibră, astfel

umiditatea acţionează ca un plastifiant asupra fibrelor; la fel sunt

influenţate fibrele şi de temperatură [204]. În schimb, rezistenţa la

întindere a fibrelor variază între 200-250 MPa, valoare ce scade la 150-

200 MPa în cazul în care fibrele sunt saturate cu apă [202]. Modelarea

curbei efort-deformaţie este prezentată în Fig. 2.15.

Fig. 2.15. Curba efort-deformaţie pentru lână [202].

regi

un

e “H

oo

ke”

Efo

rt (

MP

a)

Deformaţie (%)

Palier de curgere Palier de post-curgere

54

Din diagramă (Fig. 2.15) se observă că prima regiune a curbei este

aproape liniară până la o deformaţie de 2%, regiunea urmând legea lui

Hooke. Acest segment este urmat de palierul de curgere,

corespunzătoare unei deformaţii de 2-30%. Creşterea efortului este

foarte redusă în această fază, recuperarea elastică a fibrei fiind încă

posibilă. A treia regiune, post-curgerea, este marcată de o deformaţie de

peste 30%, fibra devenind tot mai rigidă, după care se produce ruperea

acesteia [208].

Elasticitatea ridicată a fibrelor este însoţită de recuperare elastică

ridicată. La o întindere de 2% recuperarea este de 99%, iar la o întindere

de 20% recuperarea elastică are valoarea de 63%. Elasticitatea fibrelor

constă în alcătuirea lor moleculară. Moleculele de cheratină ale fibrelor

se află într-o formă elicoidală, iar când acestea sunt întinse, lanţul de

molecule se alungeşte (formând o configurare de tip β). Cheratina revine

la forma iniţială după anularea forţei de întindere [198], [208].

2.2. Domenii de utilizare a lânii de oaie

Lâna de oaie este un material versatil, putând fi utilizată în mai

multe aplicaţii, în domenii diferite. În afara industriei textile, fibrele de

lână mai pot fi utilizate în domeniul construcţiilor cu rol termoizolant şi

fonoabsorbant, cu rol de armătură dispersă în diferite materiale

compozite, în sectorul agricol sau pentru tratarea mediilor contaminate

cu petrol şi metale grele.

Din punct de vedere al stării fibrelor există două moduri de

valorificare a lânii de oaie [251], după cum urmează:

Aplicaţii care folosesc fibrele supuse unor tratamente

nedistructive, ca spălarea sau tăierea, astfel, încât integritatea

fizică a fibrei nu este afectată;

Aplicaţii care folosesc fibrele modificate chimic sau cheratina

extrasă din fibre.

2.2.1. Pulberea din fibre de lână

Pulberea din fibrele de lână se obţine prin măcinarea fibrelor. O

procedură de măcinare, descrisă de [252], constă în tăierea fibrelor la

55

lungimi mai reduse, amestecarea fibrelor tăiate cu apă, măcinarea

amestecului într-o moară specială şi uscarea mixturii. Un proces similar

a fost descris de Hou et al. [253], proces în care fibrele sunt supuse unei

acţiuni hidrotermice la 130°C, după care sunt măcinate. Supunerea

fibrelor la temperaturi scăzute şi măcinarea acestora este o altă metodă

eficientă pentru prepararea pulberii [254]. Fibrele se pot trata înainte de

măcinare în diferite soluţii (hipoclorit de sodiu - NaClO) [255] sau acest

tratament se poate neglija în vederea evitării folosirii substanţelor

dăunătoare [252]. Pentru reducerea dimensiunilor particulelor se mai

poate utiliza procesul de hidroliză indusă de enzime, urmat de un

tratament ultrasonic [256].

Dimensiunile particulelor obţinute variază, acestea pot avea

dimensiuni de 1.7 μm [257], 2 μm [255], 5 μm [252], 10-50 μm [254], 3-

15 μm, 25-150 μm [253] sau 137 nm [256] în funcţie de procedeul de

măcinare. De asemenea, forma particulelor diferă în funcţie de procesul

de măcinare, de la aciculară (Fig. 2.16) la o formă mai rotunjită (Fig.

2.17), sau neregulată (Fig. 2.17).

Fig. 2.16. Pulberea din fibră de lână având forma aciculară, măcinată timp de: (1) 5

minute, (2) 0.5 ore, (3) 3 ore [255].

a) b)

Fig. 2.17. a) Pulberea din fibră de lână având forma rotunjită [252]; b) Pulbere din

fibre de lână având formă neregulată, măcinată timp de 10 minute [253].

56

După analiza pulberii obţinute de [255] s-a constatat că nu existau

schimbări în compoziţia chimică a pulberii, cristalinitatea a scăzut puţin

cu micşorarea dimensiunilor particulelor, însă în structura moleculei de

cheratină nu s-au produs schimbări. În schimb, Hou et al. [253] au

observat că numărul legăturilor chimice disulfurice (de tip S-S) dintre

aminoacizi, respectiv structurile α-elicoidale s-au redus, ceea ce a condus

la obţinerea unor fibre mai fragile. Hassabo et al. [258], în urma unor

analize, au constatat că procesul de măcinare la temperatură scăzută a

fibrelor nu produce modificări chimice ale pulberii.

Pulberea obţinută se poate folosi în mai multe aplicaţii. Pulberea

s-a amestecat cu glicerol şi prin presare la cald s-a obţinut o peliculă

termoplastică (Fig. 2.18) [257]. Pulberea preparată de Eslahi et al. [256]

s-a folosit la prepararea unei pelicule pe bază de chitosan şi gelatină.

Pelicula obţinută poate fi valorificată cu scop biomedical sau în domeniul

ambalajelor. Salama et al. [254] a dezvoltat un material pe bază de

polipropilenă armată cu pulbere de lână reciclată. Îndepărtarea soluţiei

de albastru de metil din apă folosind pulberea de lână s-a studiat de

[259]. Pentru adsorbţia ionilor de Cu(II) şi Zn(II) din apă, s-a preparat o

pulbere de lână din fibre oxidate de către El-Sayed et al. [260]. Pulberea

de lână s-a folosit ca agent reducător pentru a sintetiza nanoparticule de

aur din ioni de aur [252].

Fig. 2.18. Peliculă termoplastică: (a), (b) morfologia suprafeţei; (c), (d) secţiune [257].

2.2.2. Amendament agricol

Sustenabilitatea sistemului agricol depinde în mare parte de tipul

de îngrăşământ utilizat. Există o gamă variată de sursă de nutrienţi

organici, care prezintă o alternativă competitivă în creşterea de plante de

cultură. Lâna de oaie poate fi folosită cu succes în acest scop. S-au

efectuat cercetări asupra cultivării de busuioc (Ocimum basilicum),

57

mentă (Mentha × piperita), salvie (Salvia officinalis) [261], mangold (Beta

vulgaris) [262], gălbenele (Calendula officinalis), valeriană (Valeriana

officinalis), degeţel roşu (Digitalis purpurea) [263], roşie (Lycopersicon

esculentum), ardei dulce (Capsicum annuum), vânătă (Solanum

melongena) [264] şi grâu (Triticum aestivum) [265] cu scopul de a studia

potenţialul fibrelor de lână de a îmbunătăţi caracteristicile solului şi

efectul acestora asupra plantelor. În România există o singură companie

care comercializează peleţi din lână cu rol de îngrăşământ organic [266].

Prezenţa fibrelor de lână în sol a condus la creşterea cantităţii de

azot amoniacal (NH3-N) şi a stimulat biomasa microbiană [261–263]. S-

a constatat că lâna se descompune relativ încet (Fig. 2.19), astfel se

menţine o eliberare lentă de sulf, azot, fosfor şi potasiu [261]. În schimb,

prezenţa fibrelor de lână în sol reduce pH-ul acestuia, ceea ce poate

reduce efectul benefic al azotului eliberat asupra producţiei [262].

a) b)

Fig. 2.19. Fibră de lână în proces de degradare: a) după 3 ani [263]; b) după 4 ani

[261].

S-a observat o creştere în producţia plantelor în toate cazurile

studiate, producţia fiind mai mare cu 1.6-5 ori [262], 1.7-3.5 ori [263] sau

cu 33% [264] faţă de cazul fără îngrăşământ. Conţinutul şi compoziţia

metaboliţilor secundari (uleiuri esenţiale sau alcaloizi) ai plantelor s-au

modificat uşor, însă aceste schimbări nu au depăşit limitele tipice ale

plantelor respective [261]. În ţesutul plantelor s-a înregistrat o creştere

a conţinutului de azot şi de proteine [261–263].

În consecinţă, cantitatea de lână necesară pentru îmbunătăţirea

proprietăţilor solului variază între 3 g/kg [265], 3.3 g/kg [261], 10 g/dm3

[264]. S-a constatat că fibrele de lână îşi manifestă efectul asupra

58

plantelor între 2-5 recolte în condiţii de seră, respectiv între 2-4 recolte

în condiţii obişnuite de câmp [261]. S-a subliniat faptul că trebuie

acordată atenţie optimizării aplicărilor de lână pentru a evita infiltrarea

excesului de azot în apele subterane [261].

Pe lângă inserarea fibrelor în masa solului, Bhavsar et al. [267] au

supus fibrele unui proces de hidroliză la temperatură ridicată, prin care

s-a obţinut un îngrăşământ lichid pe bază de azot. Lâna hidrolizată s-a

dovedit eficientă în procesul de germinare, fără a avea efecte fitotoxice.

2.2.3. Sorbent pentru petrol

Deversarea de petrol produce avarii semnificative mediului

înconjurător. S-a remarcat că rugozitatea suprafeţei fibrei de lână,

porozitatea acesteia, şi conţinutul de lanolină al lânii brute contribuie la

o adsorbţie eficientă a petrolului [268], [269], fiind un material hidrofob

şi oleofil [270]. Un material reciclat pe bază de lână şi poliester prezintă

o sorbţie eficientă faţă de diferite tipuri de produse petroliere şi uleiul

vegetal [271].

Lâna de oaie s-a dovedit a fi mai puţin eficientă în comparaţie cu

alte materiale naturale (rumeguş, paie, muşchi, turbă), deoarece

capacitatea lânii de retenţie a petrolului este scăzută şi se poate produce

desorbţia sorbatului. Din acest considerent, s-a recomandat folosirea

lânii în combinaţie cu alte materiale naturale (rumeguş sau turbă) pentru

a acoperi deficienţele materialelor individulale [272].

2.2.4. Sorbent pentru metale grele

Contaminarea mediului înconjurător de către metale grele este o

problemă serioasă, având efecte grave asupra ecosistemelor şi sănătăţii

umane. S-a studiat adsorbţia metalelor grele de către fibre de lână

modificate chimic. Metalele grele luate în considerare erau Cu(II), Hg(II),

Ni(II) [273], Pb(II) [274], Co(II) [275], Cr(III), Cd(II) [276], Cr(VI) [277],

As(III) şi Zn(II) [278].

Adsorbţia ionilor de metale grele din medii apoase s-a studiat de

mai mulţi autori. Procesul chimic de copolimerizare de grefă (este un

proces prin care lanţul principal al unui polimer este completat cu lanţuri

secundare care au compoziţia chimică diferită faţă de lanţul principal,

59

obţinându-se macromolecule cu două sau mai multe tipuri de lanţuri

chimice) a acrilatului de etil peste fibrele de lână naturale modifică

proprietăţile fibrei, acesta devenind un agent de chelare capabil de a lega

ionii de Cu(II), Hg(II), Ni(II) [273]. Acest proces de copolimerizare de

grefă se poate efectua şi cu alte soluţii, ca acidul acrilic, rezultând în

adsorbţia eficientă a ionilor de Cu(II) şi Pb(II) de către fibrele modificate

[274]. Fibrele obţinute se regenerau relativ rapid şi se puteau reutiliza.

Compusul organic numit acrilonitril s-a folosit cu succes în

transformarea fibrelor de lână într-un agent de chelare în vederea

adsorbţiei ionilor de Hg(II), Cu(II) şi Co(II) din medii apoase [275].

Procesul chimic de transformare al fibrelor de lână este unul laborios,

implicând diferite etape şi substanţe chimice.

În afara tratamentului chimic aplicat fibrelor de lână, acestea se

pot iradia cu fascicul de electroni accelerat [276], care produce variaţii

structurale în fibre. Această procesare a fibrelor ajută la adsorbţia ionilor

de Cr(III), Cd(II) şi Pb(II) din ape uzate. Aplicarea particulelor de bauxsol

pe suprafaţa fibrelor de lână este o metodă eficientă de a îndepărta ionii

de arsenic dintr-un mediu apos, conform Hassan şi Davies-McConchie

[278]. Balkaya şi Bektas [277] a studiat proprietăţile fibrelor de lână

netratate în sorbţia ionilor de Cr(VI). Lucrarea [279] investiga

aplicabilitatea lânii de a favoriza fitoextracţia metalelor grele, dintr-un

sol contaminat, prin intermediul plantei de tabac (Nicotiana tabacum).

2.2.5. Fibre de carbon

Materia primă sau precursorul cel mai des folosit pentru sinteza

fibrelor este poliacrilonitrilul, fiind folosit la mai mult de 90% din totalul

de fibre de carbon produse. Procesul de fabricaţie al fibrelor este

costisitor, lent şi presupune un consum ridicat de energie [280,281].

Fibrele de lână de oaie pot înlocui cele de poliacrilonitril în

vederea obţinerii fibrelor de carbon, însă calitatea fibrelor astfel obţinute

nu va permite folosirea acestora în toate domeniile de utilizare ale fibrei

de carbon pe bază de poliacrilonitril [282,283]. Fibrele obţinute de Zhu

et al. [284] s-au folosit în alcătuirea acumulatorilor Na-ion cu rol de anod,

având o eficienţă de 92% după 80 de cicluri de utilizare. Fibrele de

carbon rezultate din poliacrilonitril au un randament de aproximativ

50%, iar conţinutul de carbon al fibrei este de 90-100% [280]. În

60

comparaţie, din fibrele de lână rezultă fibre de carbon cu proprietăţi

puţin inferioare (Fig. 2.20). Randamentul fibrelor de carbon este de 16.7-

25.8%, cu un conţinut de carbon de 77%; valorile sunt în funcţie de

tratamentul chimic aplicat [283].

Fig. 2.20. Imagini SEM ale fibrelor de carbon produse (suprafaţă şi secţiune

transversală), probă control (C) şi probe cu diferite tratamente (T1, T2, T5) [283].

2.2.6. Cheratină

Cheratina este o proteină ce intră în alcătuirea lânii de oaie,

părului uman sau a penelor şi este un biopolimer regenerabil cu

proprietăţi valoroase. Extracţia cheratinei cu păstrarea proprietăţilor

dorite este dificilă, din cauza numeroaselor legături intra- şi

intermoleculare, dar aceasta se poate obţine prin diferite procese

chimice [285]. Oxidarea, reducerea, sulfitoliza şi sulfitoliza oxidativă sunt

procesele chimice care se aplică în mod uzual la obţinerea cheratinei

[286].

Cheratina obţinută se poate folosi în diferite aplicaţii, ca

membrană pentru ghidarea regenerării osoase [287], material compozit

pentru pansamente [288], peliculă antibacteriană fotoactivă [289],

soluţie colodială de cheratină pentru îndepărtarea ionilor de Pb(II) din

apă [290], nanofibre de cheratină pentru adsorbţia de Cu(II) din apă

[291], hidrolizat de proteină din lână pentru a suplimenta dieta

animalelor cu proteine şi antioxidanţi [292], pelicule de protecţie

împotriva radiaţiilor UV [293], nanofibre din cheratină şi poliamidă

pentru filtrarea apei sau aerului [294] sau alte materiale compozite

[295], [296].

61

2.2.7. Alte materiale

Filtrele realizate dintr-o structură de lână carbonizată şi împâslită

combinată cu polipropilenă se folosesc la purificarea aerului. Materialele

de lână nevopsite se pot folosi în scopul protecţiei împotriva radiaţiilor

solare, datorită amino acizior din structura cheratinei, care absorb

radiaţiile UV [208]. În domeniul medicinei se utilizează pielea de oaie

pentru a reduce frecvenţa dezvoltării escarei, obţinând o reducere de

58% [208]. Ţesăturile din lână pot fi tratate cu substanţe antimicrobiene

în vederea obţinerii unor textile cu efecte antibacteriane [297], [298].

Alte aplicaşii de valorificare includ ambalaje izolante pentru transportul

şi distribuirea vaccinelor sau altor medicamente, care necesită protecţie

împotriva temperaturilor extreme [299], utilizarea în procese

biotehnologice [300], sau la producerea biogazului [301].

2.3. Lâna de oaie ca material de construcţii

2.3.1. Material termoizolant

Un material termoizolant se caracterizează prin conductivitate

termică mai mică de 0.065 W/mK [302], rezistenţă termică mai mare de

0.50 m2K/W [302], densitate aparentă mai mică de 600 kg/m3 şi

rezistenţă la compresiune mai mare de 0.3 MPa [303].

În condiţii standard, conductivitatea termică a lânii de oaie

variază între 0.038 şi 0.054 W/mK, însă valoarea conductivităţii termice

se majorează cu creşterea conţinutului de umiditate din masa

materialului sau cu creşterea densităţii aparente [176].

Există diferite procese de fabricaţie prin care se poate obţine un

material termoizolant din lână de oaie. Procesul numit “wet felting”

constă în folosirea umidităţii şi a forţei de frecare pentru legarea fibrelor

în vederea obţinerii unui material mai dens [304]. Produsul obţinut prin

combinarea unor metode termice şi chimice pentru degradarea parţială

a fibrelor, în vederea obţinerii unui adeziv pe bază de proteine care să

lipească fibrele rămase, a fost prezentat în [305]. Metoda împâslirii cu

ace a unui amestec de fibre de lână şi fibre de poliester reciclate s-a

descris în [222]. Produsele comerciale, de obicei, folosesc un liant sintetic

62

precum poliesterul [306], care prin încălzire formează o matrice stabilă

[307], procentul de material sintetic fiind între 5-15% [208].

Având în vedere că lâna poate proteja animalul în condiţii

climatice severe, se poate afirma că are proprietăţi izolante deosebite

[192], datorită micro-cavităţilor formate între fibre, respectiv structurii

tubulare a fibrelor. În timpul sezonului rece contribuie la creşterea

temperaturii interioare, iar pe durata sezonului cald menţinte

temperaturi scăzute în interiorul clădirilor [214].

S-a dezvoltat un panou autoportant de către [308], folosind lână

de oaie locală, obţinută prin refolosire şi reciclare. Densitatea produsului

variază între 40-50 kg/m3, căldura specifică are valori între 1.3-1.7 kJ/kg,

iar factorul de rezistenţă la difuzia vaporilor (μ) poate avea valori de 5-

6. Conductivitatea termică a materialului poate varia între 0.040-0.054

W/mK. Panourile pot avea o durată de viaţă de 50-75 ani, putând fi

folosite la izolarea pereţilor, atât în interior, cât şi la exterior.

Valorile coeficientului de conductivitate termică a panourilor de

lână, studiate de [309], variază în intervalul 0.034-0.067 W/mK în funcţie

de densitate, care poate avea valori între 9.6-25.9 kg/m3. Folosirea

fibrelor de cânepă împreună cu cele de lână nu a avut o influenţă

semnificativă asupra proprietăţilor izolante ale materialului [309].

Proprietatea de termoizolare a panourilor din lână depinde în

mare parte de conţinutul de umiditate al materialului. Un conţinut scăzut

de umiditate nu influenţează în mod semnificativ valoarea

conductivităţii termice. Pentru un material cu o umiditate de 8.6%

conductivitatea termică creşte de la 0.039 W/mK (valoare ce corespunde

pentru 0% umiditate) la 0.040 W/mK [234].

Variaţia conductivităţii termice a unui material izolant din lână în

funcţie de grosime, densitate, temperatură şi umiditate s-a studiat de

[233]. Conductivitatea termică este invers proporţională cu densitatea,

adică creşterea densităţii produce scăderea conductivităţii. În schimb,

creşterea celorlalţi parametri are ca efect compromiterea capacităţii de

termoizolare. Valoarea conductivităţii variază între 0.034-0.050 W/mK,

pentru o variaţie a temperaturii între 10-40°C, a densităţii între 20-40

kg/m3, respectiv a grosimii între 40-80 mm. Cel mai pronunţat efect

asupra proprietăţii termice este dat de umiditate, care peste 20%

măreşte considerabil conductivitatea termică, iar în cazul unui conţinut

de 70% umiditate această valoare este de 0.081 W/mK.

63

Rezistenţa termică a unor panouri de lână s-a studiat de [309],

obţinând valori ce variază între 1.53-2.68 m2K/W în funcţie de densitate,

grosime şi orientarea probei. Valorile maxime ale rezistenţei termice se

pot obţine pentru grosimi mărite, cu condiţia ca densitatea să aibă valori

mai mari de 11 kg/m3. Cu toate că conductivitatea termică a lânii creşte

cu scăderea densităţii, acest aspect este compensat de beneficiile aduse

de creşterea gosimii materialului. Orientarea probei are o influenţă

nesemnificativă asupra rezistenţei termice. Fiind o valoare obţinută din

conductivitate termică, valoarea rezistenţei termice este influenţată de

umiditate. Un conţinut de 20% umiditate produce o scădere a rezistenţei

cu aproximativ 5%.

Pentru obţinerea unui material termoizolant, fibrele de lână se

pot amesteca cu fibre de poliester [222]. Materialul izolant s-a obţinut

prin pâslare. Densitatea materialului testat era între 58.82-62.50 kg/m3,

iar conductivitatea termică avea valori scăzute, între 0.032-0.033 W/mK.

S-au observat aceleaşi corelaţii între conductivitate termică, densitate şi

temperatură ca şi în cazul materialului confecţionat din lână. Prepararea

unor compozite din lână şi fibre de polipropilenă s-a prezentat de către

Guna et al. [310]. Materialul s-a preparat prin cardarea celor două tipuri

de fibre, urmată de presarea la cald a amestecului. Conductivitatea

termică a panourilor rezultate a variat între 0.058-0.083 W/mK.

Utilizarea deşeurilor texile de lână prin realizarea unui material

termoizolant compozit, în care fibrele textile sunt legate cu o soluţie de

chitosan s-a prezentat de către Rubino et al. [311]. Epruvetele s-au

preparat prin amestecarea fibrelor (40%) cu liant (60%).

Conductivitatea termică a probelor preparate varia între 0.049-0.060

W/m·K, iar densitatea lor era între 80-197 kg/m3. S-a constatat o

dependenţă liniară între conductivitate termică şi densitatea

materialului compozit.

Proprietăţile termice ale compozitului pe bază de argilă şi fibre de

lână, respectiv posibilitatea utilizării acestui material în domeniul

construcţiilor, s-a studiat de [312]. Aderenţa dintre fibrele de lână şi

matrice era acceptabilă. Conductivitatea termică a probei preparate cu

5% fibre era de 0.19 W/mK, pentru o densitate de 1779.5 kg/m3. S-a

constatat că valoarea conductivităţii termice, respectiv a densităţii scade

cu creşterea procentului de fibre.

64

Căldura specifică reprezintă cantitatea de căldură necesară

pentru a creşte cu 1 K temperatura unui material cu greutatea de 1 kg.

Pentru lâna de oaie, această valoare este în jur de 1720 J/kgK [204].

2.3.2. Material fonoabsorbant

În Tab. 2.3 sunt prezentate diferite materiale fonoabsorbante

evaluate din perspectiva coeficientului de reducere al zgomotului (NRC).

NRC este un indicator ce se calculează pe baza coeficienţilor de absorbţie

acustică, considerate pe frecvenţele de 250, 500, 1000 şi 2000 Hz,

conform relaţiei următoare:

NRC =α250 + α500 + α1000 + α2000

4 [−] (2)

Tab. 2.3. Caracteristicile diferitelor tipuri de materiale fonoabsorbante [150].

Material Grosime

[mm]

Densitate [kg/m3] NRC

Lână de oaie 60 25 0.52 Vată minerală 50 50 0.68 Polistiren expandat 50 28 0.50

După experimentele conduse de [179] s-a demonstrat că lâna de

oaie este un material potrivit pentru izolare acustică, la frecvenţe medii

şi înalte, acesta având proprietăţi de izolare comparabile cu cele ale vatei

minerale (Fig. 2.21). Lâna de oaie este un material fonoizolant excelent

datorită micro-cavităţilor din structura acesteia [180].

Fig. 2.21. Variaţia absorbţiei acustice pe benzi de frecvenţă pentru lâna de oaie şi vata

minerală [180], [313].

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

125 250 500 1000 2000

Ab

sorb

ţie

acust

ică

α[-

]

Frecvenţă [Hz]

Lână de oaie, d=40 mm

Vată minerală, d= 50 mm

65

Efectul fibrelor de cânepă din compoziţia materialului s-a studiat

de [314], ajungând la concluzia că utilizarea fibrelor de cânepă conduce

la creşterea absorbţiei acustice faţă de panouri de lână de oaie simple,

reduce astfel impactul materialului asupra mediului şi asigură rigiditate

mai mare panourilor pentru o instalare mai uşoară.

Panoul din lână de oaie, dezvoltat de [234], este un material

adecvat folosirii cu rol de tratament acustic în spaţii interioare. Indicele

de absorbţie acustică ponderată, αw, obţinută în urma măsurărilor în

camera de reverberaţie, are valoarea de 0.55. Absorbţia acustică are

valori ridicate la frecvenţe medii şi înalte, un aspect caracteristic

materialelor fibroase [234]. Coeficientul de reducere al zgomotului

pentru fibre de lână este între 0.55-0.70, variind în funcţie de grosimea

probei [180].

Absorbţia acustică a lânii depinde de grosimea probelor, valoarea

fiind aproape unitară la frecvenţe înalte, iar această valoare creşte cu

creşterea grosimii probei [233]. Valoarea indicelui de absorbţie acustică

ponderată, calculată din valori măsurate cu un tub Kundt, variază între

0.55-0.85 în funcţie de grosime, valoarea maximă obţinându-se pentru o

grosime de 60 mm.

Comparaţia dintre lâna brută şi lâna prelucrată, din punct de

vedere acustic, s-a efectuat de către [315]. S-a constatat că lâna brută s-a

comportat superior faţă de cea prelucrată, probabil din cauza disipării

mai ridicate de energie datorată fibrelor întreţesute.

Prepararea unor probe din lână prin metoda presării la cald şi

studiul acestora din privinţa absorbţiei acustice s-a studiat de Borlea et

al. [316]. S-a observat că valoarea coeficientului de absorbţie acustică a

probelor era mai mare de 0.7 în intervalul de frecvenţe de 800-3150 Hz.

Valorificarea deşeurilor texile de lână prin realizarea unui

material compozit, în care fibrele textile sunt legate cu o soluţie de

chitosan, respectiv gumă arabică, s-a prezentat de către Rubino et al.

[317]. Epruvetele s-au preparat prin imersia fibrelor în liant. Coeficientul

de absorbţie acustică avea valori mai mari de 0.5 la frecvenţe medii, iar

la frecvenţele înalte valorile erau peste 0.9.

În cazul unui material compozit, alcătuit din fibre de lână şi fibre

de poliester studiat de [222], absorbţia acustică era scăzută la frecvenţe

joase (50-1000 Hz), însă la frecvenţe medii (1000-2000 Hz) şi înalte

(2000-5700 Hz) avea valori ridicate. Cea mai ridicată valoare a absorbţiei

66

acustice ponderate era de 0.75. Absorbţia acustică a lânii în combinaţie

cu fibre de PET este comparabilă cu cea a vatei minerale [179], având

performanţe ridicate la frecvenţe medii şi înalte, cu valoarea absorbţiei

acustice ponderate de 0.75-0.85. Materialul realizat din fibre de lână şi

fibre de polipropilenă prezintă un coeficient de absorbţie acustică de

0.86 între frecvenţele de 1500-2500 Hz [310]. Coeficientul de absorbţie

acustică a unui material realizat dintr-un amestec de fibre de lână şi fibre

de poliamidă prin presare la cald era mai mare de 0.91 [318]. Fibrele de

lână în combinaţie cu fibre de cânepă (Fig. 2.22) sunt eficiente din punct

de vedere acustic, având valoarea indicelui de absorbţie acustică

ponderată de 0.65 [314].

Fig. 2.22. Panou de lână şi fibre de cânepă [314].

Pe lângă proprietate fibrelor de absorbţie acustică, acestea

contribuie la reducerea gradului de reverberaţie [213]. Lâna poate

îmbunătăţi izolarea acustică a pereţilor despărţitori cu până la 6 dB

[319]. Din cauza elasticităţii, fibrele se pot folosi în alcătuirea

pardoselilor flotante, având rigiditatea dinamică de 5 MN/m3 [176].

Izolarea la zgomot de impact a fibrelor are valoarea de 18 dB [320].

2.3.3. Armătură dispersă

Fibrele discontinue folosite la armarea diferitelor matrici pot fi

naturale sau artificiale. Există diferite condiţii ce trebuie îndeplinite de

fibre în vederea obţinerii unui material compozit cu proprietăţi sporite,

precum rezistenţa la întindere mai mare decât a matricii, o bună

aderenţă la matrice, compatibilitate cu matricea, respectiv să nu fie

toxice [321].

67

Materialele compozite care înglobează unul sau mai multe

materiale provenind din surse regenerabile sunt din ce în ce mai

răspândite deoarece astfel se reduce semnificativ folosirea

combustibilului fosil sau producerea gazelor cu efect de seră, în

comparaţie cu materialele compozite convenţionale. Astfel de materiale

compozite în care se poate folosi cu succes fibrele naturale includ

compozite pe bază de ciment, argilă şi polimeri.

Compozitele ce înglobează fibre de lână nu sunt răspândite din

cauza preţului ridicat al fibrelor, respectiv aceste fibre prezintă dificultăţi

în amestecarea lor cu alte materiale, dat de prezenţa stratului de lipid

exterior [208]

Matrice pe bază de ciment

Raţiunea armării disperse cu fibre a betonului porneşte de la

ideea de a creşte rezistenţa compozitului, pentru a evita fisurarea

acestuia. Astfel, prin încorporarea diferitelor fibre sintetice (oţel, sticlă,

polipropilenă, carbon) sau naturale (cânepă, celuloză, păr de animale) în

matrice, performanţele betonului cu privire la rezistenţa la întindere,

încovoiere, foc sau proprietăţile termice şi electrice se pot îmbunătăţi

substanţial [321].

Având în vedere că în timpul producerii cimentului Portland,

componetul principal al betoanelor şi mortarelor, o cantitate

semnificativă de dioxid de carbon este degajată în atmosferă [183], este

de dorit ca impactul asupra mediului al betoanelor să poate fi redus.

Această reducere se poate face prin diferite procedee, ca folosirea de

armături de origine naturală, cum ar fi cele de lână de oaie.

Armarea dispersă a betonului cu fibre de lână s-a studiat de mai

mulţi cercetători [183,184,248,322] cu dozaje şi lungimi de fibre diferite,

obţinând rezultate diferite. Dispersia fibrelor de lână în matricea de

ciment se poate observa în Fig. 2.23.

68

a) b)

Fig. 2.23. Epruvete cu diferite dozaje de fibre de lână: a) 5%; b) 7% [322].

Rezistenţa la compresiune a compozitului este influenţată de

dozajul şi lungimea fibrelor. S-a constatat că fibrele cu un dozaj de 0.35%

şi lungimi de 50-60 mm produc o scădere nesemnificatvă a rezistenţei la

compresiune faţă de proba de referinţă (fără fibre) [183]. În schimb, o

lungime mai mică de fibre (20-30 mm) sau un dozaj mai mare (0.80%)

produc o scădere majoră a rezistenţei, de până la 60% [183]. Scăderea

rezistenţei este mai pronunţată la dozaje mai mari de fibre, diferenţa

fiind de 88.2% pentru un conţinut de 5% de fibre [322].

Rezistenţa la încovoiere, la fel ca şi rezistenţa la compresiune,

depinde de dozajul şi lungimea fibrelor utilizate. Creşterea rezistenţei la

încovoiere de 7% s-a obţinut de [183] pentru un dozaj de 0.35% cu fibre

având lungimea de 50-60 mm. O creştere de 18-23% a rezistenţei a fost

raportată de [184], pentru un dozaj de 1% de fibre cu lungimea de 16

mm. Rezultatele obţinute de [322] arată că rezistenţa la încovoiere se

diminuează cu 81.8% pentru un dozaj de fibre de 5-7%, lungimea fibrelor

fiind de 10 mm.

Pentru a mări rezistenţele mecanice ale betonului armat, fibrele

se pot trata cu apă sărată înainte de folosirea lor ca ranforsant. În acest

mod, se poate obţine o creştere a proprietăţilor mecanice, datorită

aderenţei sporite dintre fibre şi matrice. Astfel, folosind fibre tratate se

pot obţine valori optime ale compozitului cu un dozaj de 0.5-1%, iar în

cazul fibrelor nemodificate, acest dozaj este de 2-3% [248].

S-a constatat că creşterea cantităţii de fibre produce scăderea

valorii conductivităţii termice. Conductivitatea termică a acestor tipuri

de materiale compozite pe bază de ciment şi fibre de lână poate atinge

valoarea de 0.107 W/mK, folosind un dozaj de fibre de 7% [322]. Cu

privire la proprietăţile betonului în stare proaspătă, s-a observat că prin

încorporarea fibrelor de lână în matricea de ciment, lucrabilitatea

betonului scade [248].

Performanţele mecanice mai slabe ale fibrelor de lână în

comparaţie cu fibrele sintetice se poate explica prin faptul că fibrele de

lână au un caracter hidrofil, iar acest fapt duce la adăugarea unei cantităţi

suplimentare de apă în masa compozitului, reducând astfel

performanţele acestuia. De asemenea, distribuţia fibrelor de lână în

69

matrice nu este uniformă la un dozaj de fibre mai mare de 0.8-1.0%, un

alt aspect care influenţează în mod negativ rezistenţele betonului.

Matrice pe bază de argilă

Blocurile de argilă nearsă au fost înlocuite de materiale moderne

odată cu evoluţia tehnologiei. Aceste blocuri se caracterizează prin

absorbţia ridicată a apei, însă în comparaţie cu materialele tradiţionale

pentru zidărie, acestea constituie o alternativă sustenabilă şi sănătoasă,

fapt pentru care, în ultimii ani, blocurile de argilă nearsă au fost

redescoperite.

Stabilizarea argilei cu polimeri şi fibre naturale pentru a obţine un

material compozit sustenabil şi din materiale locale s-a studiat de [323].

Materialul compozit era alcătuit din argilă, alginat (un polimer natural

obţinut din algă marină) şi fibre de lână brută. Rezultatele obţinute arată

că rezistenţa la compresiune a compozitului (4.44 MPa) s-a dublat faţă

de proba de argilă simplă (2.23 MPa). Dozajul de fibre de lână era de

0.25%, cu lungime fibrelor de 10 mm [323]. S-a observat că materialul

compozit avea contracţia la uscare şi timpul de întărire mai reduse prin

înglobarea fibrelor de lână [324]. Caracteristicile mecanice ale acestui tip

de material compozit (argilă, alginat, fibre) s-au studiat în [325]. S-a

observat că prezenţa unei cantităţi mai mari de fibre (0.50%) conduce la

reducerea densităţii aparente, rezistenţei la încovoiere şi a rezistenţei la

compresiune. S-a constatat că adsorbţia de apă a fibrelor depinde de

cantitatea de apă disponibilă, care depinde de caracteristicile de

plasticitate ale argilei. Cele mai bune rezultate s-au obţinut pentru o

argilă cu indicele de plasticitate de 15.7% şi un dozaj de fibre de 0.25%

[325]. Alga de mare şi pământurile argiloase sunt abundente în mai

multe părţi ale lumii, astfel stabilizarea pământurilor cu alginat ar putea

fi utilizat pentru a înlocui stabilizarea pământurilor cu ciment,

favorizând astfel o dezvoltare sustenabilă [323].

Pe lângă aceste proprietăţi, rezistenţa la fisurare şi ductilitatea s-

au studiat de [326]. Materialul compozit s-a preparat dintr-un sol

sedimentar, armat cu fibre de lână (2% şi 3%) cu lungimi diferite (1, 2 şi

3 cm). S-a constatat că prezenţa fibrelor (Fig. 2.24) îmbunătăţeşte

ductilitatea şi absorbţia de energie a compozitului, faţă de proba fără

fibre. Lungimea fibrelor are o influenţă semnificativă asupra răspunsului

materialului după fracturare.

70

Proprietăţile termice ale compozitului argilă-lână au fost studiate

de [327]. Dozajul de fibre de lână era de 3% şi de 5%. Materialul compozit

cu dozajul de 5% de fibre de lână s-a dovedit a fi cel mai eficient din punct

de vedere termic, având conductivitatea termică de 0.19 W/mK şi

transmitanţa termică de 0.57 W/m2K, pentru o grosime de perete de 30

cm.

a) b)

Fig. 2.24. a) Fibre de lână într-o matrice: polimerică [328] şi b) argiloasă [326].

Matrice pe bază de polimeri

Lâna s-a dovedit a fi un ranforsant eficace pentru polimeri, având

proprietăţi termice deosebite. Astfel, adăugarea fibrelor de lână într-o

matrice polimerică (polipropilenă) îmbunătăţeşte rezistenţa la foc a

compozitului prin creşterea stabilităţii termice, reducerea ratei de

eliberare a căldurii şi prin proprietatea fibrelor de a se carboniza în

prezenţa flăcării. Proprietăţile mecanice ale compozitului, ca rezistenţa

la întindere şi modulul de elasticitate sunt de asemenea sporite [181].

Prepararea materialului compozit polipropilenă-fibre de lână

(Fig. 2.24) şi comportarea acestuia s-a studiat de către [328]. Materialul

compozit s-a preparat prin amestecare într-un extruder, la o

temperatură de 175-179°C. Materialul era alcătuit din polipropilenă,

fibre de lână (în proporţie de 30%) şi polifosfat de amoniu cu rol de

creştere a rezistenţei la foc. Caracteristicile compozitului, precum

fenomenul de picurare în timpul arderii şi rezistenţa la întindere sunt

îmbunătăţite prin prezenţa fibrelor de lână.

Proprietăţile compozitului polipropilenă-lână, format prin

extrudare, şi efectul conţinutului de fibre s-au studiat de [182]. S-a

observat că creşterea dozajului de fibre de lână (până la un conţinut de

71

30%) conduce la scăderea vitezei de ardere, creşterea valorii modulului

de elasticitate şi reducerea rezistenţei la întindere. Prin analiză

microscopică s-a observat o dispersie uniformă a fibrelor, dar şi

necesitatea îmbunătăţirii legăturii dintre matrice şi fibră.

Rajkumar et al. [329] au investigat proprietăţile unui compozit

preparat cu fibre de polpropilenă, lână de oaie şi mătase. Materialul s-a

preparat prin scărmănarea a celor 3 tipuri de fibre, după care ansamblul

a fost presat la cald. S-a constatat că proprietăţile mecanice optime se

obţin pentru probele având un conţinut de 70% de fibre de mătase,

aceste fibre având rezistenţe mai ridicate decât cele de lână.

Santulli et al. [330] au studiat un material compozit pe bază de

răşină epoxidică, fibre de iută şi fibre de lână. Compozitele s-au preparat

prin dispunerea alternantă a 5 straturi de ţesături diferite (3 straturi de

iută şi 2 straturi de lână), materialele având un procent de armare de

45%. S-a constatat că prin această metodă de preparare, rezistenţa la

întindere şi încovoiere a compozitelor este sporită faţă de compozitele

preparate doar cu lână şi răşină epoxidică, datorită îmbunătăţirii

transferului eforturilor prin interfaţa iută-răşină. Cedarea compozitelor

ce nu conţineau fibre vegetale s-a produs prin dezvoltarea microfisurilor

şi smulgerea fibrelor din matrice.

Miriţoiu şi Burada [331] au efectuat cercetări cu privire la

caracteristicile unui material compozit preparat cu pâslă şi răşină

epoxidică. S-a constatat că acest material obţinut ar fi potrivit pentru

amortizarea vibraţiilor.

Yallew et al. [247] au preparat un material compozit pe bază de

polietilenă cu densitate scăzută, respectiv armături din fibre de lână şi

urzică, în forma unei ţesături hibride. Compozitele s-au preparat prin

presare la cald, dispunând în mod alternant straturile de ţesătură şi foile

de polietilenă cu densitate scăzută. S-a observat că dozajul optim de

armare este de 20%, peste care valorile rezistenţei la întindere şi

încovoiere sunt diminuate. Având în vedere caracterul polar al fibrelor

de lână şi urzică, tratarea lor cu NaOH contribuie la o aderenţă mai

ridicată între matrice şi fibră, fapt confirmat prin valori sporite ale

rezistenţelor mecanice.

Aldas Carrasco et al. [332] au dezvoltat un nou tip de compozit pe

bază de acid polilactic şi fibre scurte de lână. Prepararea materialului s-a

efectuat în mai multe etape: extrudarea amestecului de acid polilactic şi

72

lână, răcirea peleţilor şi măcinarea acestora, respectiv turnarea prin

injecţie. Pe lângă faptul că materialul rezultat este în totalitate

biodegradabil şi este alcătuit din componente ecologice, proprietăţile

mecanice ale acestuia nu s-au redus considerabil faţă de caracteristicile

matricii, iar alungirea la rupere a prezentat valori îmbunătăţite

comparativ cu varianta nearmată.

2.4. Concluzii În acest capitol s-au prezentat modalităţile de utilizare ale lânii în

diverse domenii. Rezultatele arată că aplicabilitatea lânii nu se limitează

doar la industria textilă, sau la cea a construcţiilor. Cu toate că în unele

domenii rezultatele obţinute pentru materialele din lână nu sunt

excepţionale, potenţialul de valorificare al fibrelor este ridicat.

Proprietăţile termice şi acustice ale fibrelor constituie motivul

pentru care acest material este folosit în domeniul construcţiilor. Fiind

un material natural, aceste proprietăţi ale lânii nu sunt constante, ci

variază în funcţie de mai mulţi parametri, cum ar fi specia animalului sau

condiţiile climatice. Însă, în general materialele de construcţii din lână au

caracteristici apreciabile.

73

CONTRIBUŢIA PERSONALĂ

3. Metode de investigare utilizate

3.1. Introducere În cadrul programului experimental produsele preparate s-au analizat prin mai multe metode de investigare. Cercetările conduse s-au concentrat asupra proprietăţilor fizico-mecanice, chimice, higrotermice şi acustice, conform Fig. 3.1.

Fig. 3.1. Testele efectuate.

3.2. Caracteristici fizico-mecanice ale produselor

3.2.1. Analiză microscopică

Analiza s-a efectuat folosind un microscop electronic cu baleiaj

(Scanning Electron Microscope - SEM), tip JSM-5600 LV (Jeol). Analiza

microscopică este cuplată cu o anliză chimică, numită EDX.

Principiul de funcţionare al SEM constă în folosirea unui fascicul

de electron accelerat pentru crearea imaginilor (Fig. 3.2). Prin iradierea

epruvetei cu fascicul de electroni se produc diferite reacţii între

electronii emişi şi atomii probei. Electronii care se ciocnesc cu atomii

•Analiză microscopică•Rezistenţe mecanice•Absorbţie de apă•Acţiunea microorganismelor

Caracteristici fizico-mecanice

•Analiză EDXCaracteristici chimice

•Conductivitate şi rezistenţă termică•Transmisie la vapori de apă•Adsorbţie higroscopică

Caracteristici higrotermice

•Absorbţie acustică•Izolare la zgomot aerian

Caracteristici acustice

74

materialului îşi schimbă direcţia de propagare cu 180° (electroni

retroîmprăştiaţi), sau înlătură un electron propriu al particulei întâlnite.

Acest electron înlăturat se numeşte electron secundar. Mişcarea

electronilor secundari se limitează la suprafaţa probei testate, generând

o imagine cu rezoluţie înaltă [333].

Fig. 3.2. Alcătuirea schematică a microscopului electronic cu baleiaj [334].

3.2.2. Rezistenţe mecanice

Determinările proprietăţilor mecanice s-au efectuat în cadrul

Facultăţii de Construcţii de la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

Rezistenţă la compresiune

În cazul panoului de tip sandwich, această determinare s-a

efectuat conform SR EN 826 [335], folosind o maşină de încercat

universală, tip ZD10-90 (Fig. 3.3). În timpul determinării s-a constatat că

epruveta prezintă o deformaţie relativă de 10% înainte de atingerea

ruperii.

tun electronic

fascicul de electroni

obiective magnetice

detector de electroni retroîmprăştiaţi detector de electroni

secundari

probă suport

anod

75

a) b)

Fig. 3.3. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la compresiune: a) pentru

panoul sandwich; b) pentru compozitele de var-lână.

Astfel, rezistenţa la compresiune se defineşte prin efortul de

compresiune la o deformaţie relativă de 10%, valoare ce se calculează cu

formula:

𝜎10 =𝐹10

𝐴0 [𝑀𝑃𝑎] (3)

unde:

F10 - forţa corespunzătoare unei deformaţii relative de 10% [N];

A0 - aria iniţială a secţiunii transversale a epruvetei [mm2].

În cazul compozitelor pe bază de var hidratat, această

determinare s-a efectuat conform SR EN 1015-11 [336], folosind presa

hidraulică (Fig. 3.3). Principiul metodei constă în calculul raportului

dintre forţa de rupere şi aria secţiunii transversale.

Valoarea rezistenţei la compresiune se calculează cu relaţia

următoare:

𝑓 =𝐹

𝐴[𝑁 𝑚𝑚2⁄ ] (4)

unde:

F - sarcina maximă aplicată epruvetei [N];

A - aria secţiunii transversale a epruvetei [mm2].

76

Rezistenţă la încovoiere

În cazul panoului de tip sandwich, această determinare s-a

efectuat conform SR EN 12089 [337], folosind o o maşină de încercat

universală, tip ZD10-90 (Fig. 3.4). Principiul metodei constă în aplicarea,

la viteză constantă, a unei forţe perpendiculare pe suprafaţa unei

epruvete dreptunghiulare, fixate pe două reazeme.

a) b)

Fig. 3.4. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la încovoiere: a) pentru

panoul sandwich; b) pentru compozitele de var-lână.

Valoarea rezistenţei la încovoiere s-a calculat cu relaţia:

𝜎 = 3 ∙𝐹𝑚 ∙ 𝐿

2 ∙ 𝑏 ∙ 𝑑2 [𝑀𝑃𝑎] (5)

unde:

• Fm - forţa maximă [N];

• L - distanţa dintre reazeme [mm];

• b - lăţimea epruvetei [mm];

• d - grosimea epruvetei [mm].

În cazul compozitelor pe bază de var hidratat, această

determinare s-a efectuat conform SR EN 1015-11 [336], folosind maşina

automată pentru încercare la încovoiere (Fig. 3.4). Principiul metodei

constă în aplicarea unei sarcini în trei puncte până la rupere pe epruvete

prismatice.

Valoarea rezistenţei la încovoiere s-a calculat cu relaţia Ec. (5).

Aderenţă la stratul suport

Această determinare s-a efectuat în cazul compozitelor pe bază de

var hidratat conform SR EN 1015-12 [338], folosind un dinamometru

77

digital pentru măsurarea forţei de legătură şi a rezistenţei la tracţiune

(Fig. 3.5). Principiul metodei constă în aplicarea unei forţe de întindere

perpendiculare pe suprafaţa unui mortar întărit pe un suport.

Fig. 3.5. Dinamometru digital.

3.2.3. Absorbţia de apă

În cazul compozitelor pe bază de var hidratat, această

determinare s-a efectuat conform SR EN 1015-18 [339]. Principiul

metodei constă în determinarea creşterii de masă a unor epruvete

imersate parţial în apă pe o perioadă de timp specificată. Determinarea

s-a efectuat în cadrul Facultăţii de Construcţii de la Universitatea Tehnică

din Cluj-Napoca.

Coeficientul de absorbţie datorată capilarităţii se poate calcula cu

una din relaţiile:

𝐶 = 0.1 ∙ (𝑚2 − 𝑚1) [𝑘𝑔/𝑚2 ∙ 𝑚𝑖𝑛1/2] (6)

𝐶 = 0.625 ∙ (𝑚3 − 𝑚0) [𝑘𝑔/𝑚2] (7)

unde:

m0 - masa în stare uscată a epruvetei [g];

m1 - masa epruvetei după o imersare de 10 minute [g];

m2 - masa epruvetei după o imersare de 90 de minute [g];

m3 - masa epruvetei după o imersare de 24 de ore [g].

În cazul panourilor pe bază de lână de oaie, determinarea

absorbţiei de apă de scurtă durată prin imersie parţială s-a determinat

78

conform SR EN 12087 [340]. Principiul metodei este asemănător cu cel

prezentat anterior. Determinarea s-a efectuat în cadrul Institutul

Național de Cercetare-Dezvoltare în Construcții, Urbanism și Dezvoltare

Teritorială Durabilă URBAN-INCERC, Cluj-Napoca.

Absorbţia de apă de scurtă durată prin imersie parţială se

calculează astfel:

𝑊𝑝 =𝑚24 − 𝑚0

𝐴𝑝 [𝑘𝑔/𝑚2]

(8)

unde:

m0 - masa iniţială a epruvetei [kg];

m24 - masa epruvetei după imersie parţială de 24 h [kg];

Ap - aria suprafeţei inferioare a epruvetei [m2].

3.2.4. Acţiunea microorganismelor

Determinarea acţiunii microorganismelor s-a efectuat conform SR EN ISO 846 [341]. Principiul metodei constă în condiţionarea epruvetelor într-un mediu favorabil dezvoltării microorganismelor şi evaluarea vizuală a intensităţii creşterii acestora. Determinarea s-a efectuat în cadrul Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Construcții, Urbanism și Dezvoltare Teritorială Durabilă URBAN-INCERC, Cluj-Napoca. Pentru evaluarea intensităţii creşterii microorganismelor s-a folosit scara redată în Tab. 3.1.

Tab. 3.1. Evaluarea creşterii microorganismelor.

Intensitatea creşterii

Evaluare

0 Fără urme vizibile la evaluarea cu microscopul 1 Fără creştere vizibilă cu ochiul liber, dar creşterea este vizibilă

la evaluarea cu microscopul 2 Creştere vizibilă cu ochiul liber, ce acoperă maxim 25% din

suprafaţa expusă 3 Creştere vizibilă cu ochiul liber, ce acoperă maxim 50% din

suprafaţa expusă 4 Creştere considerabilă, ce acoperă mai mult de 50% din

suprafaţa expusă 5 Creştere puternică, ce acoperă toată suprafaţa expusă

79

După evaluarea intensităţii creşterii microorganismelor şi încadrarea materialului într-o categorie, rezultatele determinării pot fi evaluate după datele prezentate în Tab. 3.2.

Tab. 3.2. Evaluarea rezultatelor.

Intensitatea

creşterii

Evaluarea probei

0 Materialul nu favorizează creşterea microorganismelor

1 Materialul conţine surse limitate de nutrienţi pentru

creşterea microorganismelor

între 2 şi 5 Materialul nu este rezistent la atacul microorganismelor şi

conţine substanţe nutritive pentru dezvoltarea acestora

3.3. Caracteristici chimice ale produselor

Determinarea analizei chimice elementare a probelor s-a efectuat

folosind microscopul electronic cu baleiaj echipat cu un spectrometru

EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy), datele fiind prelucrate în

programul Aztec (Oxford Instruments). Determinarea s-a efectuat în

cadrul Facultăţii de Ingineria Materialelor şi a Mediului de la

Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

Metoda EDX, cuplată cu analiza SEM, furnizează informaţii legate

de compoziţia chimică a epruvetei şi distribuţia elementelor într-o

anumită zonă. Principiul metodei constă în ionizarea atomilor prin

emiterea unui fascicul de electroni prin probă şi înregistrarea razelor X

generate. Fasciculul de electroni emis de aparat, în momentul în care

întâlneşte un electron de pe orbita cea mai mică al unui atom, înlătură

acel electron. Locul electronului dislocuit va fi preluat de un alt electron

de pe o orbită mai mare. Prin mişcarea electronului de pe orbita mai

mare la cea mică se generează o diferenţă de energie emanată sub forma

unui foton cu raze X, specifice elementului. Razele X generate sunt

detectate, măsurate şi interpretate de un program de calcul [342].

Fenomenul este ilustrat în Fig. 3.6.

80

Fig. 3.6. Principiul metodei EDX [343].

3.4. Caracteristici higrotermice ale produselor

3.4.1. Conductivitate termică şi rezistenţă termică

Generalităţi

Prin izolarea termică adecvată a unei clădiri se obţine o reducere

de 25-50% a consumului de combustibil [303], a emisiilor de CO2 şi a

necesarului de energie pentru încălzirea şi răcirea clădirii [344].

Conductivitatea termică, λ [W/mK], este un factor important în

alegerea tipului de material termoizolator, iar în cazul acestor materiale

valoare este mai mică de 0.065 W/mK. Pe lângă conductivitate termică

scăzută, un material termoizolant se caracterizează prin rezistenţă

termică mai mare de 0.50 m2K/W [302].

Cele trei mecanisme după care se produce fenomenul de transfer

de căldură într-un mediu poros sunt conducţia, convecţia şi radiaţia.

Transferul de căldură prin conducţie este caracteristic materialelor

solide, datorându-se mişcării electronilor liberi şi transferului vibraţiilor

dintre molecule. Convecţia presupune mişcări ale particulelor la scară

nucleu

fascicul de electron raze X

81

macroscopică, fiind caracteristic gazelor şi lichidelor şi, în mod natural,

este cauzată de apariţia diferenţelor de densitate locale, date de un

gradient de temperatură, ceea ce rezultă în fluxuri de curent. Radiaţia se

referă la energia emisă de către materiale sub formă de unde, care odată

absorbite de o materie se manifestă ca energie termică [345].

Conductivitatea termică, prin definiţie, este cantitatea de căldură

transferată prin conducţie prin unitatea de suprafaţă a unui material în

prezenţa unui gradient de temperatură perpendicular pe suprafaţă.

Astfel, conductivitatea termică înseamnă transport de energie într-un

solid sau lichid [346].

Valoarea conductivităţii termice este influenţată de alcătuirea

materialului, porozitatea şi caracteristicile porilor, umiditatea,

temperatura şi direcţia fluxului de căldură [303].

Aparatura necesară pentru determinarea experimentală a

coeficientului de conductivitate termică şi rezistenţei

termice

Determinarea s-a efectuat conform SR EN 12667 [347], folosind

un aparat de măsurare a fluxului termic, tip Lasercomp FOX 200 (TA

Instruments). Determinarea s-a efectuat în cadrul Facultăţii de

Construcţii de la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

Epruveta se aşează între cele două plăcuţe ale dispozitivului de

încercare şi se stabileşte un gradient de temperatură prin grosimea

materialului epruvetei. Plăcuţele sunt poziţionate în mod automat de

către aparat. Este măsurată grosimea epruvetei in-situ prin intermediul

a patru encodere optice. Aparatul stabileşte implicit următoarele

proprietăţi: densitatea de flux termic, rezistenţa termică şi

conductivitatea termică.

Modelul teoretic pentru determinarea coeficientului de

conductivitate termică şi rezistenţei termice

Principiul de bază al termofluxmetrului este dat de legea unidimensională a lui Fourier, astfel:

𝑞 = −𝜆𝑑𝑇

𝑑𝑥 (9)

unde: q - fluxul termic prin epruvetă [W/m2]; λ - conductivitatea termică [W/m·K]; dT/dx - gradient de temperatură [K/m].

82

În cazul în care epruveta este dispusă între două plăci având

temperaturi diferite, după stabilizarea câmpului de temperatură

uniformă şi unidimensională, câmpul de temperatură din interiorul

epruvetei, pe tot volumul acesteia, este uniformă. Astfel, gradientul de

temperatură se determină prin măsurarea diferenţei de temperatură a

celor două plăci, astfel: 𝑑𝑇

𝑑𝑥= −

∆𝑇

∆𝑥 (10)

∆𝑇 = 𝑇𝑐𝑎𝑙𝑑 − 𝑇𝑟𝑒𝑐𝑒 (11) unde:

Δx - grosimea epruvetei; Tcald şi Trece - temperaturile plăcilor.

Fluxul termic este proporţional cu semnalul electric al traductorului aparatului, astfel:

𝑞 = 𝜆𝑐𝑎𝑙(𝑇𝑐𝑎𝑙)∆𝑇𝑐𝑎𝑙

∆𝑥𝑐𝑎𝑙= 𝑆𝑐𝑎𝑙(𝑇𝑐𝑎𝑙) ∙ 𝑄 (12)

unde: λcal(Tcal) - conductivitate termică calibrată, având valoare

cunoscută; Scal(Tcal) - factor de calibrare dependent de temperatură,

caracteristic aparatului, calculat cu interpolări parabolice [W/m2·μV];

Q - semnal electric de la traductor [μV]. Calculul conductivităţii termice se realizează cu formula:

𝜆 = 𝑆𝑐𝑎𝑙(𝑇) ∙ 𝑄∆𝑥

∆𝑇 [𝑊/𝑚 · 𝐾] (13)

Valoarea finală a coeficientului de conductivitate termică este media aritmetică a două valori măsurate. Cunoscând valoarea conductivităţii termice, rezistenţa termică se calculează astfel:

𝑅 =∆𝑥

𝜆 [𝑚2𝐾/𝑊] (14)

3.4.2. Transmisie la vapori de apă

83

Generalităţi

Datorită diferenţei de presiune a vaporilor se instalează

transferul de vapori prin masa unui material. Printr-un material fibros,

difuzia vaporilor se manifestă prin porii deschişi şi prin fibre [348].

În domeniul construcţiilor determinarea transmisiei la vapori de

apă a unui material este importantă, în special pentru elementele de

închidere. În timpul sezonului rece vaporii de apă migrează din interior

către mediul exterior. În urma acestui fenomen vaporii de apă se pot

transforma din stare gazoasă în stare lichidă, dând naştere la condens.

Apariţia condensului este condiţionată de umiditatea relativă şi

temperatură [349].

Aparatura necesară pentru determinarea experimentală a

transmisiei la vapori de apă

Determinare s-a efectuat conform SR EN 12086 [350] în cadrul

Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Construcții, Urbanism și

Dezvoltare Teritorială Durabilă URBAN-INCERC, Cluj-Napoca.

Modelul teoretic pentru determinarea transmisiei la vapori

de apă

Se calculează modificarea masei epruvetelor, într-un interval de

timp, cu formula Ec. (15). Valoarea finală, G, se obţine ca media aritmetică

a 5 determinări succesive ai G1,2, pentru care deviaţia acestora faţă de

valoarea G nu este mai mare cu ±5%.

𝐺1,2 =𝑚2 − 𝑚1

𝑡2 − 𝑡1 [𝑚𝑔/ℎ] (15)

unde:

m1 - masa ansamblului de testare la timpul t1 [mg];

m2 - masa ansamblului de testare la timpul t2 [mg];

t1 şi t2 - timpii la care se efectuează cântăririle [h].

Se calculează viteza de transmisie a vaporilor de apă cu relaţia:

𝑔 =𝐺

𝐴 [𝑚𝑔/𝑚2 ∙ ℎ] (16)

unde: A - aria expusă a epruvetei [m2].

Permeanţa la vapori de apă se determină astfel:

𝑊 =𝐺

𝐴 ∙ ∆𝑝 [𝑚𝑔/𝑚2 ∙ ℎ ∙ 𝑃𝑎] (17)

84

unde: Δp - diferenţa presiunilor vaporilor de apă, dată de condiţiile de

testare [Pa].

Rezistenţa la vaporii de apă se obţine cu formula:

𝑍 =1

𝑊 [𝑚2 ∙ ℎ ∙ 𝑃𝑎/𝑚𝑔] (18)

În final, permeabilitatea la vapori de apă se calculează astfel:

𝛿 = 𝑊 ∙ 𝑑 [𝑚𝑔/𝑚 ∙ ℎ ∙ 𝑃𝑎] (19)

unde: d - grosimea epruvetei [m].

Cunoscând valoarea permeabilităţii la vapori de apă, factorul de

rezistență la difuzia vaporilor de apă se obţine cu formula:

𝜇 =𝛿𝑎𝑒𝑟

𝛿 [−] (20)

unde: δaer - permeabilitatea la vapori de apă a aerului [mg/m∙h∙Pa].

Grosimea stratului de aer echivalent difuziei vaporilor de apă se

poate calcula cu două formule:

𝑠𝑑 = 𝜇 ∙ 𝑑 [𝑚] (21)

𝑠𝑑 = 𝛿𝑎𝑒𝑟 ∙ 𝑍 [𝑚] (22)

3.4.3. Caracteristici de adsorbţie higroscopică

Generalităţi

Adsorbţia higroscopică este un proces caracteristic materialelor

cu structura poroasă deschisă. În funcţie de umiditatea relativă se

deosebesc trei tipuri de sorbţie fizică a moleculelor de apă: sorbţie în

strat monomolecular, în strat multimolecular şi condensare capilară,

conform Fig. 3.7 [351].

85

Fig. 3.7. Tipuri de adsorbţie [351].

Aparatura necesară pentru determinarea caracteristicilor

de adsorbţie higroscopică

Determinarea s-a efectuat conform SR EN ISO 12571 [352] la

Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Construcții, Urbanism și

Dezvoltare Teritorială Durabilă URBAN-INCERC, Cluj-Napoca. În cadrul

determinării s-a înregistrat atât curba de sorbţie, cât şi curba de

desorbţie.

Modelul teoretic pentru determinarea caracteristicilor de

adsorbţie higroscopică

Conţinutul de umiditate al epruvetelor se calculează cu relaţia:

𝑢 =𝑚 − 𝑚0

𝑚0 [𝑘𝑔/𝑘𝑔] (23)

unde:

m - masa epruvetei în echilibru la umiditatea relativă considerată [kg];

m0 - masa epruvetei după uscare [kg].

3.5. Caracteristici acustice ale produselor

3.5.1. Absorbţie acustică

Generalităţi

Absorbţia acustică reprezintă energia pierdută de către unda

sonoră când aceasta trece printr-un material cu o grosime dată. Unda

Por

Creşterea umidităţii relative

Suprafaţa

porului

Moleculă

de apă

Sorbţie în strat

monomolecular Sorbţie în strat multimolecular

Condensare capilară

86

sonoră în contact cu un material fonoabsorbant poate produce un

fenomen de reflecţie, absorbţie sau transmisie (Fig. 3.8) [353], [354].

Fig. 3.8. Reflexia undelor sonore.

Mecanismul absorbţiei acustice se bazează pe transformarea

undelor sonore în energie termică [353]. Materialele fonoabsorbante

sunt caracterizate printr-o structură poroasă, porii deschişi fiind

interconectaţi, formând astfel o reţea de canale. Fenomenul de absorbţie

implică trei procese [354]:

atenuarea energiei sonore şi transformarea acesteia în energie

termică în interiorul porilor umpluţi cu aer, ca urmare a unui

fenomen de viscozitate;

transfer de căldură datorită diferenţei de temperatură cauzată de

frecare;

vibrarea aerului din porii materialului.

Coeficientul de absorbţie acustică, α [-], reprezintă raportul dintre

energia sonoră absorbită de o suprafaţă şi energia incidentă. Astfel,

absorbţia acustică a unui material variază între 0 (material total

reflectant) şi 1 (material total absorbant) [355]. Un material poate fi

considerat fonoabsorbant, dacă media aritmetică a absorbţiei acustice

măsurate pe cele 6 benzi de frecvenţe standardizate (125 Hz, 250 Hz, 500

Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz) este mai mare de 0.20 [303].

Factorii ce influenţează absorbţia acustică a unui material fibros

sunt următorii: densitatea aparentă, grosimea probei, porozitatea,

diametrul fibrei, rezistivitatea la flux de aer, tortuozitatea, impedanţa

Aer Material

fonoabsorbant

Energie acustică incidentă

Energie acustică reflectată

Energie acustică absorbită

Energie acustică transmisă

Aer

87

suprafeţei, straturile de aer, numărul de straturi de materiale sau

folosirea a mai multor tipuri de fibre [212].

Creşterea densităţii, în general, are o influenţă nesemnificativă

asupra performanţei acustice [356], însă există cazuri care dovedesc că

sporirea densităţii conduce la mutarea coeficientului maxim de absorbţie

către frecvenţe mai ridicate [212]. Energia cinetică a undei sonore

incidente este transformată în energie termică, atunci când aceasta trece

printr-o structură. Un material mai gros absoarbe mai bine unda sonoră,

prin frecarea dintre undă şi fibre, amortizând efectul undei sonore [222],

mai ales la frecvenţe joase [212]. Absorbţia acustică este proporţională

cu porozitatea materialului [212]. Cu cât diametrul fibrei este mai mare,

cu atât absorbţia materialului este mai redusă, din cauza faptului că

fibrele mai groase se pot deplasa mai greu atunci când sunt supuse

mişcării cauzată de presiunea acustică [212]. Rezistivitatea la flux de aer

a unui material este direct proporţională cu disiparea energiei acustice

[212]. Tortuozitatea este raportul dintre lungimea porilor interconectaţi

şi grosimea materialului, contribuind la împiedicarea propagării undei

sonore, prin creşterea distanţei ce trebuie parcursă de unda sonoră când

trece prin material [222], fiind direct proporţională cu absorbţia

acustică. Impedanţa suprafeţei, în cazul materialelor fonoabsorbante,

este indicată să fie cât mai apropiată de impedanţa de undă a aerului,

deoarece cu cât diferenţa dintre cele două valori este mai mică, cu atât

absorbţia acustică este mai eficientă [212]. Prezenţa unui strat de aer în

spatele probei, proiectarea unui material multistrat sau combinarea a

mai multor tipuri de fibre au un efect benefic asupra absorbţiei acustice

[212]. Pe lângă aceste proprietăţi, structura fibrei poate contribui la

creşterea absorbţiei acustice, deoarece în cazul fibrelor de lână stratul

cuticular al fibrelor contribuie la crearea unui obstacol suplimentar

pentru propagarea undelor sonore [222].

Pentru materialele fonoabsorbante evaluarea absorbţiei acustice

se poate obţine prin diferite metode, conform C125-2013 [357]:

utilizarea coeficienţilor de absorbţie acustică, care se determină pentru benzile de frecvenţă standardizate;

utilizarea indicelui de absorbţie acustică ponderată, αw, care se defineşte ca fiind valoarea la 500 Hz a curbei de referinţă translatate faţă de curba coeficienţilor de absorbţie acustică;

încadrarea într-o clasă de absorbţie în funcţie de αw.

88

Un alt parametru de evaluare a absorbţiei acustice, descris în

standardul ASTM C423 [358], se referă la coeficientul de reducere al

zgomotului (noise reduction coefficient, NRC), care se calculează ca

media aritmetică a coeficienţilor de absorbtie acustică obţinute pentru

frecvenţele de 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz şi 2000 Hz.

Măsurarea absorbţiei acustice se realizează prin diferite căi,

precum metoda cu undă staţionară, metoda funcţiei de transfer sau

metoda camerei de reverberaţie [354].

Aparatura necesară pentru determinarea experimentală a

coeficientului de absorbţie acustică

Determinarea s-a efectuat conform SR EN ISO 10534-2 [359],

folosind un tub de impedanţă de tip 4206A (Brüel&Kjær), pe intervalul

de frecvenţde de 100 Hz - 3.2 kHz utilizând metoda funcţiei de transfer.

Pentru această determinare, s-au preparat epruvete cu diametrul de 63.5

mm. Determinările s-au efectuat în cadrul Institutului de Cercetări

pentru Echipamente și Tehnologii în Construcții - ICECON S.A. Bucureşti.

Schema de funcţionare a aparatului este redată în Fig. 3.9. Sursa

acustică este plasată la un capăt al tubului, iar proba de încercat se aşează

în celălalt capăt. Undele sonore generate de sursă se propagă de-a lungul

tubului, întâlnesc suprafaţa probei şi se reflectă. Câmpul de interferenţă

generat se descompune prin măsurarea presiunii acustice în două poziţii

fixe cu ajutorul a două microfoane montate pe peretele tubului. Se

calculează funcţia complexă de transfer acustic folosind un analizator de

semnal, cu ajutorul căreia se poate obţine coeficientul de absorbţie

acustică la incidenţă normală.

Fig. 3.9. Alcătuirea generală a sistemului pentru măsurarea absorbţiei acustice [360].

Proba Sursă acustică

Amplificator

Generator de semnal

Analizator de semnal

Suport rigid

Microfoane

Semnal incident

Semnal reflectat

PC

89

Modelul teoretic pentru determinarea coeficientului de

absorbţie acustică

Acest model teoretic este bazat pe faptul că valoarea

coeficientului de reflexie acustică la incidenţă normală ,r, poate fi

calculată din funcţia de transfer măsurată, H12, între două poziţii ale

microfonului.

Se determină presiunile acustice ale undei sonore incidente şi

undei reflectate, resectiv presiunile acustice în cele două poziţii ale

microfonului, astfel:

𝑝𝐼 = �̂�𝐼 ∙ 𝑒𝑗𝑘0𝑥 (24)

𝑝𝑅 = �̂�𝑅 ∙ 𝑒−𝑗𝑘0𝑥 (25)

�̂�𝑅 = 𝑟 ∙ �̂�𝐼 (26)

𝑝1 = �̂�𝐼 ∙ 𝑒𝑗𝑘0𝑥1 + �̂�𝑅 ∙ 𝑒−𝑗𝑘0𝑥1 (27)

𝑝2 = �̂�𝐼 ∙ 𝑒𝑗𝑘0𝑥2 + �̂�𝑅 ∙ 𝑒−𝑗𝑘0𝑥2 (28)

unde:

pI şi pR - presiunile acustice ale undei sonore incidente şi undei reflectate;

p1 şi p2 - presiunile acustice în cele două poziţii ale microfonului; p̂I şi p̂R - valorile lui pI şi pR în planul de referinţă (x=0); r - coeficient de reflexie acustică; k0 - număr de undă complex.

Funcţia de transfer pentru unda incidentă, respectiv pentru unda

reflectată se calculează astfel:

𝐻𝐼 =𝑝2𝐼

𝑝1𝐼= 𝑒−𝑗𝑘0(𝑥1−𝑥2) = 𝑒−𝑗𝑘0𝑠 (29)

𝐻𝑅 =𝑝2𝑅

𝑝1𝑅= 𝑒−𝑗𝑘0(𝑥1−𝑥2) = 𝑒−𝑗𝑘0𝑠 (30)

unde:

90

HI şi HR - funcţia de transfer pentru unda incidentă, respectiv reflectată;

x1 - poziţia microfonului 1; x2 - poziţia microfonului 2; s - distanţa dintre microfoane.

Funcţia de transfer pentru câmpul acustic total se poate obţine cu

relaţia:

𝐻12 =𝑝2

𝑝1=

𝑒𝑗𝑘0𝑥2 + 𝑟 ∙ 𝑒−𝑗𝑘0𝑥2

𝑒𝑗𝑘0𝑥1 + 𝑟 ∙ 𝑒−𝑗𝑘0𝑥1 (31)

Utilizând relaţiile Ec. (31), Ec. (29) şi Ec. (30) se poate calcula

coeficientul de reflexie acustică, r, astfel:

𝑟 =𝐻12 − 𝐻𝐼

𝐻𝑅 − 𝐻12𝑒2𝑗𝑘0𝑥1 (32)

Coeficientul de absorbţie acustică la incidenţă normală se

calculează astfel:

𝛼 = 1 − |𝑟| (33)

3.5.2. Izolare la zgomot aerian

Generalităţi

Izolarea la zgomot aerian, prin definiţie, urmăreşte reducerea

transmisiei zgomotului aerian între două încăperi prin intermediul

elementelor separatoare, precum pereţi sau planşee. Gradul de izolare la

zgomot aerian poate fi definit prin referire la diferenţa între nivelurile de

zgomot din două încăperii alăturate separate de elementul analizat,

respectiv prin referire la elementul de construcţie propriu-zis. Pentru

elemente de construcţie se determină următoarele parametri [357]:

indicele de izolare la zgomot aerian, Rw, care reprezintă valoarea

la 500 Hz a curbei de referinţă, faţă de valorile măsurate în

laborator ale indicelui de atenuare acustică, R, conform

metodologiei standardizate;

indicele de izolare la zgomot aerian in situ, R’w, care se determină

identic cu Rw, însă valorile sunt măsurate in situ, rezultatul fiind

influenţat de transmisia zgomotului pe căi colaterale.

91

Mecanismul izolării la zgomot aerian constă în transformarea

energiei acustice în energie termică. Sub influenţa undelor sonore

materialul izolant efectuează vibraţii de flexiune datorită presiunilor

acustice variabile. Aceste vibraţii de flexiune se propagă prin masa

materialului, iar datorită frecărilor interne enegia lor este disipată.

Astfel, prin atenuarea undelor sonore de un element izolant, vibrarea

aerului de la partea opusă a elementului se reduce [354].

Materialele folosite pentru izolare la zgomot aerian au densitate

ridicată pentru a împiedica vibraţiile austice în masa lor, astfel se reduce

intensitatea undelor sonore transmise [361].

Atenuarea acustică este influenţată de factori precum frecvenţă,

masa elementului izolant, rigiditatea şi amortizarea acestuia, fenomenul

de rezonanţă, efectul de coincidenţă sau punţile acustice. [354].

Dependenţa dintre masa elementului izolant şi atenuarea acustică

este denumită “legea masei”, ceea ce determină o variaţie direct

proporţională între cei doi parametri. Astfel, în mod teoretic, prin

dublarea masei elementului izolant sau dublarea frecvenţei, se obţine o

creştere a atenuării acustice cu 6 dB, însă, în mod practic, această

creştere este de aproximativ 4 dB [362].

Măsurarea izolării la zgomot aerian se realizează prin metoda

camerei de reverberaţie sau folosind un tub de impedanţă.

Aparatura necesară pentru determinarea experimentală a

indicelui de izolare la zgomot aerian

Determinarea s-a efectuat conform SR EN ISO 10140-2 [363].

Testarea s-a efectuat în cadrul Institutului de Cercetări pentru

Echipamente și Tehnologii în Construcții - ICECON S.A. Bucureşti.

În cadrul acestei determinări sunt utilizate două încăperi

adiacente orizontal, una fiind desemnată cameră de emisie şi cealalta

cameră de recepţie, conform Fig. 3.10. Elementul testat se montează într-

o deschidere din peretele de separaţie dintre aceste camere. În camera

de emisie se generează un câmp acustic difuz de către o sursă acustică

omidirecţională. În camerele de emisie şi recepţie se măsoară cu

sonometrele instalate nivelurile de presiune acustică medii. Aria de

absorbţie acustică echivalentă în camera de recepţie se calculează din

rezultatele măsurărilor duratei de reverberaţie. Din diferenţa nivelului

de presiune acustică dintre cele două camere se obţine indicele de

atenuare acutică.

92

Fig. 3.10. Alcătuirea generală a sistemului pentru determinarea indicelui de atenuare

acustică.

Modelul teoretic pentru determinarea indicelui de izolare la

zgomot aerian

Indicele de atenuare acustică, Ri, determinat prin măsurări de

laborator folosind presiunea acustică, se calculează cu următoarea

relaţie [363]:

𝑅𝑖(𝑓) = 𝐿1 − 𝐿2 + 10 ∙ 𝑙𝑜𝑔𝑆

𝐴 [dB] (34)

unde:

L1 - nivelul de presiune acustică în camera de emisie [dB];

L2 - nivelul de presiune acustică în camera de recepţie [dB];

S - suprafaţa elementului testat [m2];

A - aria de absorbţie echivalentă în camera de recepţie [m2].

Aria de absorbţie acustică echivalentă în camera de recepţie se

calculează cu relaţia:

𝐴 =0.163 ∙ 𝑉

𝑇 [𝑚2] (35)

unde:

V - volumul camerei de recepţie [m3];

T - durată de reverberaţie [sec].

Indicele de izolare la zgomot aerian, Rw [dB], s-a calculat conform

SR EN ISO 717-1 [364] pornind de la valorile curbei Ri(f) calculate prin

compararea acestei curbe cu o curbă de referinţă prevăzută în [364].

93

Această comparare presupune translatarea curbei de referinţă faţă de

curba măsurată. Translatarea presupune mutarea curbei cu increment

de 1dB, până când suma abaterilor defavorabile dintre valorile de

referinţă şi cele măsurate este maximă, dar nu depăşeşte 32 dB. Prin

definiţie, valoarea indicelui de izolare acustică este egală cu valoarea

curbei de referinţă translatate la 500 Hz.

Pe lângă valoarea indicelui de izolare la zgomot aerian, s-a

determinat valoarea a doi factori de corecţie spectrală: C (zgomot roz) şi

Ctr (zgomot din trafic urban), pentru a ţine cont de influenţa spectrelor

unor surse de zgomot.

3.6. Concluzii În acest capitol au fost descrise metodele de investigare utilizate pentru determinarea anumitor proprietăţi ale materialelor pe bază de lână de oaie. În cadrul acestui studiu s-au ales metode de investgaţie tradiţionale (rezistenţe mecanice, aderenă la stratul suport, absorbţie de apă, conductivitate termică), dar şi metode de investigaţie de o complexitate mai ridicată (SEM, EDX, adsorbţie higroscopică, absorbţie acustică şi izolare la zgomot aerian). Metodele au fost selectate astfel, încât să se obţină o imagine cât mai largă despre proprietăţile materialelor de construcţii studiate: proprietăţi fizico-mecanice, chimice, higrotermice şi acustice.

94

95

4. Program experimental

4.1. Introducere În acest capitol este prezentată derularea programului experimental, respectiv descrierea materialelor utilizate, a modului de preparare a epruvetelor şi a rezultatelor obţinute în urma efectuării determinărilor. Materialele utilizate în acest studiu sunt:

lână de oaie; var hidratat; lianţi organici naturali; răşină acrilo-poliuretanică; lapte de cauciuc natural.

În prima etapă a programului experimental folosind aceste materiale s-a realizat şi analizat un panou de tip sandwich alcătuit din două straturi exterioare din plăci pe bază de var hidratat, care delimitează o saltea din fibre de lână de oaie amplasată la interior, dezvoltat în cadrul proiectului de cercetare “Soluţii inovative privind asigurarea confortului acustic în birourile open space”, Granturi Naționale (GNaC 2018 ARUT), nr. 3223/06.02.2019, derulat în perioada Februarie 2019 - Februarie 2020. Panoul de tip sandwich se propune a fi utilizat cu rol de compartimentare la clădiri de locuit ca perete despărţitor sau pentru delimitarea spaţiilor cu plan deschis ca perete modular între unităţile de lucru. Pentru utilizarea panoului în scopul menţionat s-a urmărit determinarea proprietăţilor mecanice, termice şi acustice. În etapele II şi III ale programului experimental s-a urmărit optimizarea straturilor componente ale panoului prin efectuarea unui număr de 60 de reţete, dinte care 27 de reţete în scopul stabilirii straturilor exterioare ale panoului (etapa II din programul experimental) şi 33 reţete privind stratul interior (etapa III din programul experimental). S-a urmărit ca mortarele de var propuse şi analizate în etapa II sub formă de plăci (finisaj uscat pentru placare) să fie utilizate și ca finisaj umed. Pentru aceasta, este necesară cunoaşterea unor proprietăţi specifice, precum rezistenţe mecanice, absorbţie de apă sau aderență la start suport.

96

Pentru stratul interior cu rol termoizolant şi fonoabsorbant, în etapa III, s-au efectuat teste privind comportarea higrotermică şi acustică a acestuia. În Tab. 4.1 sunt prezentate determinările efectuate pentru panoul sandwich si straturile componente ale acestuia.

Tab. 4.1. Determinări efectuate.

Determinari efectuate Etapa I:

Panou

sandwich

Etapa II:

Optimizare

strat

exterior

Etapa III:

Optimizare

strat

interior

Analiză microscopică

Rezistenţă la compresiune şi

încovoiere

Aderenţă la stratul suport

Absorbţie de apă

Acţiunea microorganismelor

Analiză chimică

Conductivitate termică şi rezistenţă

termică

Transmisie la vapori de apă

Adsorbţie higroscopică

Absorbţie acustică

Izolare la zgomot aerian

- testul a fost efectuat; - testul nu a fost efectuat

4.2. Etapa I. Realizarea panoului sandwich

În vederea implementării conceptului dezvoltării durabile, s-a propus realizarea unui panou multistrat folosind doar materiale de origine naturală, care să corespundă cerinţelor Legii nr. 10/1995 (republicată în M.O. nr. 765/2016) [365] privind protecţia împotriva zgomotului şi utilizarea sustenabilă a resurselor naturale.

97

Materialele utilizate la realizarea panoului sandwich din acest studiu sunt:

lână de oaie; var hidratat; lianţi organici naturali.

Posibilitatea integrării unor materii prime organic-naturale are ca scop rezolvarea optimă a multiplelor probleme existente: diminuarea poluării sonore, creşterea confortului higrotermic, utilizarea raţională a resurselor naturale şi limitarea efectelor nocive asupra omului şi mediului. Panoul sandwich realizat se propune a fi utilizat cu rol de compartimentare.

4.2.1. Materiale utilizate

Lână de oaie

Lâna folosită, disponibilă comercial, s-a obţinut de la oi din rasa

“ţigaie”. Acest tip de fibră fiind caracterizată prin fineţe şi un grad ridicat

de ondulare, este utilizat mai ales în industria textilă. În timpul

prelucrării, lâna a fost spălată şi scărmănată, însă nu s-a tratat cu nici o

substanţă chimică din considerente ecologice.

În alcătuirea panoului sandwich fibrele sunt prezente în două

forme: tăiate la o lungime de 1-3 mm, înglobate în placări şi saltele tăiate

la dimensiunea finală a panoului, alcătuind miezul ansamblului. Cele

două tipuri de fibre sunt prezentate în Fig. 4.1.

a) b)

Fig. 4.1. Fibrele de lână folosite pentru panoul sandwich: a) în placare, b) în realizarea

miezului.

În Fig. 4.2 şi Fig. 4.3 sunt prezentate imaginile analizei SEM,

respectiv EDX ale fibrelor de lână studiată în cadrul acestei lucrări.

98

a)

b) c)

Fig. 4.2. Imagini SEM ale fibrelor de lână: a) x200; b) x750; c) x1000.

Din analiza EDX se observă elementele componente ale fibrelor şi

distribuţia acestora în proba studiată. Astfel, elementele detectate sunt:

carbon, oxigen, aluminiu, sulf, siliciu şi calciu.

99

100

Fig. 4.3. Imagine EDX a fibrei de lână, x1000.

Liant anorganic - Var hidratat

Liantul mineral folosit este var calcic hidratat tip CL80-S,

disponibil comercial. Caracteristicile varului hidratat sunt redate în Tab.

4.2.

Tab. 4.2. Caracteristicile varului hidratat conform producătorului.

CaO + MgO min. 80%

Var liber min. 65%

MgO max. 5%

CO2 max. 15%

SO3 max. 2%

Fineţe rest pe 0.2 mm max. 2%

rest pe 0.09 mm max. 7%

Apă liberă max. 2%

Densitate aparentă 300-600 kg/m3

Lianti organici naturali - Pastă organică

Pastă de orez: Prin măcinarea boabelor de orez s-a obţinut o

pulbere cu dimensiunea maximă a granulelor de 1 mm. Pulberea

rezultată s-a amestecat cu apă potabilă, raportul de pulbere/apă fiind de

0.125. Mixtura s-a încălzit până când s-a atins temperatura de fierbere a

101

acestuia. Pasta astfel obţinută s-a folosit cu rol de aditiv la prepararea

compozitelor în stare caldă (având temperatura de aproximativ 89°C).

4.2.2. Prepararea epruvetelor

În vederea reducerii transmisiei zgomotului în spaţiile cu plan deschis, respectiv între încăperi, s-a propus construirea unui panou de tip sandwich, având structura triplu stratificată: un miez alcătuit din lână, amplasat între două placări pe bază de var. Pentru a obţine un perete, opt panouri s-au fixat într-un cadru de lemn (Fig. 4.4).

Fig. 4.4. Panoul final preparat, folosit pentru determinarea izolării acustice.

Prepararea epruvetelor s-a efectuat în trei etape. În primul rând,

s-a preparat miezul panourilor. Saltelele de lână s-au distribuit uniform

pe o suprafaţă plană, după care au fost tăiate la dimensiunea finală a

panoului, obţinând 8 saltele. S-a preparat prin amestecare un liant din

var hidratat şi apă. Amestecul astfel rezultat a fost strecurat printr-o

ţesătură de bumbac, pentru captarea reziduurilor care ar putea îngreuna

procesul de pulverizare. Această substanţă lichidă s-a amestecat cu făină

de grâu. Peste fibrele pregătite s-a pulverizat jumătate din cantitatea de

liant rezultat, folosind un pulverizator sub presiune. Saltelele au fost

întoarse cu grijă, cu faţa nepulverizată în sus, peste care s-a pulverizat

cantitatea de liant rămasă. Amestecul de fibre-liant s-a aşezat în cofraje

102

cu dimensiuni de 595x350x30 mm, iar pentru a obţine un miez cu

densitate adecvată, cofrajul a fost presat. Epruvetele au fost întoarse

periodic (la intervale de 2-3 zile) pentru a favoriza ventilarea şi procesul

de uscare ale acestora. Miezul astfel preparat s-a păstrat în condiţii

standard până la turnarea primei placări, fiind menţinute pe plăci

perforate amplasate pe distanţieri. Etapele realizării miezului sunt

redate în Fig. 4.5.

a) b)

c) d)

Fig. 4.5. Fluxul tehnologic al preparării miezului: a) aranjarea saltelelor de lână; b)

pulverizarea saltelelor cu liant; c) aşezarea saltelelor pulverizate în cofraj; d)

păstrarea miezului până la turnarea placărilor.

Etapa a doua a presupus turnarea primei feţe exterioare, cele

două placări fiind turnate separat. S-a început turnarea placării în

momentul în care miezul a devenit destul de uscat şi era posibilă

manipularea acestuia. Mortarul s-a preparat prin amestecarea mecanică

a materialelor componente. S-a pregătiti un cofraj cu dimensiuni de

595x350x50 mm, în care s-a turnat un strat cu grosimea de 10 mm.

Miezul, având grosimea de 30 mm, s-a aşezat deasupra compozitului

proaspăt turnat. Suprafaţa de contact a miezului cu placarea s-a

pulverizat în prealabil cu liantul folosit pentru prepararea miezului în

vederea îmbunătăţirii aderenţei dintre cele două straturi. Peste miez s-a

103

prevăzut o foaie rigidă cu grosimea de 10 mm pentru a umple în totalitate

cofrajul, după care cofrajul a fost presat.

a) b)

c) d)

e)

Fig. 4.6. Prepararea panourilor sandwich: a) turnarea feţei inferioare în cofraj; b)

dispunerea foii rigide şi a miezului peste faţa turnată; c) turnarea feţei superioare

peste miez; d) presarea structurii sandwich; e) panou decofrat.

A treia etapă a constat în finalizarea panoului sandwich prin

realizarea celeilalte feţe exterioare. La turnarea placării foaia rigidă şi

presiunea aplicată panoului erau îndepărtate. Înainte de a turna a doua

placare suprafaţa miezului a fost din nou pulverizată cu liantul folosit

104

pentru miez, urmând ca un strat cu grosimea de 10 mm să fie uniform

distribuit deasupra miezului. Structura sandwich a fost încă odată

presată. Panourile s-au decofrat şi presiunea s-a îndepărtat după 3 zile.

În perioada următoare panourile au fost periodic întoarse pentru a

favoriza uscarea acestora. Procesul complet de realizare al panourilor

sandwich este prezentat în Fig. 4.6. Panourile finale se pot observa în Fig.

4.7. Reţeta şi cantităţile de materiale folosite sunt redate în Tab. 4.3.

a)

b)

Fig. 4.7. Panourile sandwich: a) după decofrare; b) secţiune transversală.

Tab. 4.3. Reţeta panoului sandwich.

Element Var hidratat

[g]

Fibre de lână [g]

Pastă de orez [g]

Apă [ml]

Făină de grâu [g]

Placare 2395.3 61.2 821.1 1317.5 - Miez 609.0 600.0 - 2878.0 263.0

Din acest tip de produs s-au pregătit probe dreptunghiulare, prin

metoda descrisă, şi probe cilindrice. Probele cilindrice s-au preparat cu

aceeaşi metodă, dar cu o singură diferenţă. Dintre probele preparate, 3

specimene erau prevăzute cu perforaţii pe una dintre placări, în vederea

evaluării absorbţiei acustice. Procentele de perforare erau: 10%, 20% şi

30%, iar diametrul de perforare era de 10 mm. Pe baza studiilor realizate

în cadrul cererii de brevet “a 2018 00288”/24.04.2018 s-a constatat că

epruvetele având diametrul perforaţiilor mai mare erau caracterizate

105

prin absorbţie acustică ridicată pe toată gama de frecvenţe [366]. S-a

preparat, de asemenea, şi o probă de control, neperforată. Probele

preparate sunt prezentate în Fig. 4.8.

a) b) c) d)

Fig. 4.8. Probele cilindrice: a) cu placare neperforată; b) cu 10% perforaţii; c) cu 20%

perforaţii; d) cu 30% perforaţii.

În vederea evaluării izolării la zgomot aerian a structurii

sandwich, respectiv efectuării măsurărilor in situ, s-a construit un panou

cu dimensiunile de 1500x1250 mm. Opt panouri preparate s-au fixat

într-un cadru de lemn cu dimensiunile necesare. Pentru a evita punţile

acustice create de cadru, sub şipci şi în jurul panourilor s-a prevăzut o

bandă elastică. Detaliile cadrului de lemn sunt prezentate în Fig. 4.9.

Panoul final se poate observa în Fig. 4.4.

a) b)

Fig. 4.9. Cadrul de lemn: a) prezentare generală; b) poziţia benzilor elastice.

4.2.3. Rezultate obţinute

4.2.3.1. Caracteristici fizico-mecanice

106

Analiză microscopică

Analiza s-a efectuat folosind un microscop electronic cu baleiaj, tip JSM-5600 LV (Jeol). Aparatul este prezentat în Fig. 4.10. Determinarea s-a efectuat în cadrul Facultăţii de Ingineria Materialelor şi a Mediului de la Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

a) b)

Fig. 4.10. a) Microscopul electronic cu baleiaj; b) Aparat de pulverizare catodică cu

cameră de vidare.

Epruvetele folosite la determinare au fost preluate din secţiuni

caracteristice ale probelor, evitând suprafeţele exterioare şi marginile

acestora. Probele preluate s-au lipit prin intermediul unei benzi dublu

adezive de carbon pe suporturi metalice. Din cauza faptului că fibrele de

lână nu conduc semnalul electric şi fiind sensibile la radiaţii, era necesară

modificarea probelor prin metalizare (Fig. 4.11). Procesul constă în

depozitarea pulberii de carbon pe suprafaţa probei folosind un aparat de

pulverizare catodică cu cameră de vidare tip Desk V (Denton Vacuum),

prin evaporarea unui filament de carbon, prezentat în Fig. 4.10.

a) b)

Fig. 4.11. Probele preparate pentru determinare: a) înainte de metalizare; b) după

metalizare.

107

În Fig. 4.12 sunt prezentate imaginile SEM ale placării de var şi

miezului de lână ce alcătuiesc panoul sandwich. Din Fig. 4.12 a, c şi d, cu

referire la placarea exterioară, se observă ancorarea fibrelor de lână în

matricea de var. În Fig. 4.12 b, d şi f sunt redate imagini ale miezului

panoului sandwich, din care se observă particule de liant de pe suprafaţa

fibrelor de lână.

a) b)

c) d)

108

e) f)

Fig. 4.12. Imagini SEM ale panoului sandwich: a) placare x100; b) miez x100; c)

placare x750; d) miez x750; e) placare x1000; f) miez x1000.

Rezistenţă la compresiune

Această determinare s-a efectuat folosind o maşină de încercat

universală, tip ZD10-90 (Fig. 4.13). Dimensiunile epruvetelor preparate

erau de 150x150x50 mm. S-au măsurat dimensiunile epruvetei, după

care aceasta s-a poziţionat între cele două platane ale maşinii de

încercare la compresiune. Valoarea preîncărcării aplicate era de 250±10

Pa. Epruveta a fost comprimată la o viteză constantă de deplasare de

către platanul mobil.

Rezultatele determinării rezistenţei la compresiune (Fig. 4.13)

sunt prezentate în Fig. 4.14 şi Tab. 4.4. Se poate observa din Fig. 4.14 că

structura sandwich are un comportament elastic. Variaţia deplasării în

funcţie de forţa aplicată este aproape liniară între 1-4 mm. În plus, după

încetarea aplicării forţei, panoul sandwich a revenit la 80% din grosimea

lui iniţială.

a) b)

109

c)

Fig. 4.13. Determinarea rezistenţei la compresiune, cu epruveta: a) înainte de

încercare; b), c) în timpul încercării.

Fig. 4.14. Variaţia deplasării în funcţie de forţa de compresiune aplicată.

Tab. 4.4. Rezultatele determinării rezistenţei la compresiune.

Parametru Valoare

Deplasare relativă de 10% [mm] 5.0

Forţa aplicată aferentă deplasării relative de 10% [kN] 1.559

Efortul de compresiune aferent deplasării relative de 10%

[MPa] 0.208

110

Rezistenţă la încovoiere

În cazul panoului de tip sandwich, această determinare s-a

efectuat folosind o o maşină de încercat universală, tip ZD10-90 (Fig.

4.15). Dimensiunile epruvetei preparate erau de 150x300x50 mm. S-au

măsurat dimensiunile epruvetei, după care aceasta s-a poziţionat şi

centrat pe cele două reazeme, aflate la o distanţă de 250 mm. Viteza de

aplicare a forţei, menţinut constantă, era de 10 mm/min.

Fig. 4.15. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la încovoiere.

Rezultatele determinării rezistenţei la încovoiere sunt prezentate

în Fig. 4.16 şi Tab. 4.5. Se poate observa că rezistenţa la încovoiere are

valoarea de 0.042 MPa, iar deplasarea maximă este de 7.5 mm.

111

Fig. 4.16. Variaţia deplasării în funcţie de forţa de încovoiere aplicată.

Tab. 4.5. Rezultatele determinării rezistenţei la încovoiere.

Parametru Valoare

Forţa maximă [kN] 0.042

Deplasare [mm] 7.5

Distanţa dintre reazeme [mm] 250.0

Rezistenţa la încovoiere [MPa] 0.042

4.2.3.2. Caracteristici chimice

Determinarea analizei chimice elementare a probelor s-a efectuat

folosind echipamentele prezentate în Fig. 4.17: un microscop electronic

cu baleiaj echipat cu un spectrometru EDX, respectiv unitatea de

prelucrare a datelor.

a) b)

Fig. 4.17. a) Spectrometrul EDX; b) unitate de prelucrare a datelor.

Epruvetele testate sunt identice cu cele folosite pentru

determinarea microstructurii. Analiza compoziţiei chimice s-a

înregistrat pentru gradele de mărire de x200 şi x1000. Având în vedere

că elementele hidrogen şi heliu nu produc raze X, acestea nu pot fi

detectate de această metodă. Metalizarea epruvetelor cu carbon,

respectiv prezenţa bandei dublu adezive, de asemenea, induce unele

erori în determinarea compoziţiei chimice.

În Fig. 4.18 sunt redate rezultatele analizei EDX ale placărilor şi

miezului panoului sandwich. În cazul placărilor s-au identificat următorii

112

compuşi chimici: calciu, oxigen, carbon, sulf, siliciu, aluminiu, şi

magneziu. Miezul panoului este compus din: calciu, carbon, oxigen, sulf,

aluminiu, şi siliciu.

113

a)

114

115

b)

Fig. 4.18. Imagini EDX ale panoului sandwich: a) placare x1000; b) miez x1000.

Pe baza imaginilor prezentate se observă distribuţia omogenă a liantului peste fibrele de lână în cazul miezului, confirmat prin prezenţa elemetelor Ca, O şi C pe suprafaţa fibrei. Ceea ce priveşte placarea panoului, se observă ancorarea fibrei de lână în matrice, respectiv aderenţa bună dintre fibră-matrice, confirmat de prezenţa particulelor matricii pe fibra de lână. Pe baza acestor aspecte se observă că pulverizarea liantului peste fibrele de lână în cazul miezului este o metodă eficientă de realizare.

4.2.3.3. Caracteristici higrotermice

Conductivitate termică şi rezistenţă termică

Determinarea s-a efectuat folosind un aparat de măsurare a

fluxului termic (Fig. 4.19). Pentru această determinare s-au pregătit

epruvete cu dimensiunile de 150x150 mm. Epruveta s-a uscat într-o

etuvă, uscarea considerându-se completă atunci, când diferenţa dintre

două cântăriri succesive era mai mică de 0.1 g. Proprietăţile termice s-au

evaluat la o diferenţă de temperatură de 10°C.

116

Fig. 4.19. Aparat de măsurare a fluxului termic.

Rezultatele determinării conductivităţii termice şi a rezistenţei

termice a panoului sandwich sunt prezentate în Tab. 4.6. Se poate

observa că valoarea rezistenţei termice îndeplineşte criteriul impus de

normativul în vigoare (C107/2-2005 [302]), însă valoarea

conductivităţii termice depăşeşte limita precizată.

Tab. 4.6. Parametrii termici ai panoului testat.

Material Parametru U.M. Valoare

Panou sandwich Conductivitate termică W/mK 0.0769

Densitate aparentă g/cm3 0.5460

Rezistenţa termică m2K/W 0.6056

Placare exterioară

de var

Conductivitate termică W/mK 0.1570

Densitate aparentă g/cm3 0.9100

Rezistenţa termică m2K/W 0.1350

Miez de lână Conductivitate termică W/mK 0.0405

Densitate aparentă g/cm3 0.2240

Rezistenţa termică m2K/W 0.6920

4.2.3.4. Caracteristici acustice

117

Absorbţie acustică

Determinarea s-a efectuat folosind un tub de impedanţă (Fig.

4.20) de tip 4206A (Brüel&Kjær), pe intervalul de frecvenţde de 100 Hz

- 3.2 kHz utilizând metoda funcţiei de transfer.

Fig. 4.20. Tubul de impedanţă.

Probele analizate aveau diametrul de 63.5 mm şi grosimea de 50

mm pentru structurile sandwich, 30 mm pentru miez, şi 20 mm pentru

placare. Pentru a evalua absorbţia acustică a panoului sandwich (Fig.

4.21), s-au analizat 4 tipuri de epruvete sandwich, cu una dintre placări

având diferite procente de perforaţii, după cum urmează: P0 -

neperforat, P1 - 10% perforaţii, P2 - 20% perforaţii, P3 - 30% perforaţii.

S-a determinat şi absorbţia acustică a miezului (PM) şi a placării (PP).

Variaţia absorbţiei acustice în funcţie de frecvenţă se poate observa în

Fig. 4.22.

Din rezultatele obţinute (Fig. 4.22 şi Tab. 4.7) se poate observa că

valoarea maximă a absorbţiei acustice (αmax) scade cu creşterea

procentului de perforare în cazul probelor P0-P2, însă pentru proba P3

valoarea maximă este mai mare faţă de variantele anterioare.

Curba de absorbţie înregistrată în cazul miezului (proba PM) este

aproape liniară la frecvenţe mai mari de 916 Hz, frecvenţă la care apare

absorbţia acustică maximă. Curbele obţinute pentru P0 şi P1 arată valori

de vârf în jurul frecvenţei de 500 Hz, după care absorbţia are o tendinţă

descrescătoare. În cazul probelor P2 şi P3 vârful de absorbţie este

deplasat către frecvenţa de 3000 Hz, dar s-au înregistrat valori ridicate

şi la frecvenţele mai joase. Din curba obţinută pentru placare (proba PP)

reiese că la frecvenţele joase şi cele medii absorbţia este redusă, valoarea

coeficientului fiind mai mică de 0.20, valoare care este atinsă abia la

118

frecvenţa de 1800 Hz, după care valoarea coeficientului creşte, atingând

valoarea maximă de 0.93 la frecvenţa de 2360 Hz.

Ceea ce priveşte valorile NRC, proba PM are cea mai ridicată

valoare, fiind urmată de P1, însă toate probele prezintă valori similare cu

cea a miezului.

Fig. 4.21. Determinarea coeficientului de absorbţie acustică.

119

Fig. 4.22. Variaţia absorbţiei acustice a probelor testate.

Astfel, influenţa perforaţiilor şi procentelor de perforare este

semnificativă. În primul rând, prin aplicarea perforaţiilor coeficientul de

absorbţie acustică maximă scade. În al doilea rând, prin creşterea

procentului de perforare vârful absorbţiei acustice se deplasează către

frecvenţele mai înalte. În al treilea rând, nu s-a observat un impact

semnificativ al procentului de perforare asupra NRC, totodată efecul

pozitiv al acestuia este evident în cazul P0-P1.

Tab. 4.7. Coeficientul de absorbţie acustică (αmax), frecvenţa corespunzătoare

absorbţiei acustice maxime, respectiv coeficientul de reducere al zgomotului (NRC)

pentru probele testate.

Parametru P0 P1 P2 P3 PM PP

αmax [-] 0.903 0.822 0.780 0.853 0.809 0.93

Frecvenţa

αmax [Hz]

524 536 3036 3200 916 2360

NRC [-] 0.521 0.543 0.512 0.521 0.590 0.130

Izolare la zgomot aerian

Proba analizată avea dimensiunile de 1250x1500x50 mm.

Rezultatele s-au înregistrat pentru domeniul de frecvenţele între 100 Hz

- 5 kHz, pe benzi de 1/3 octavă. Rezultatele determinării izolării la

zgomot aerian (efectuarea determinării se poate observa în Fig. 4.23)

sunt prezentate în Fig. 4.24.

Pe lângă valorile măsurate ale indicelui de atenuare acustică, Ri,

este prezentată şi curba de referinţă, respectiv curba de referinţă

translatată.

Valoarea indicelui de izolare la zgomot aerian este guvernată de

“legea masei”, cu cât masa elementului de izolare este mai mare, cu atât

izolarea la zgomot aerian este mai ridicată. Pentru a obţine un panou cu

masa cât mai ridicată, nu s-au mai prevăzut perforaţii pe placările

elementelor.

120

a) b)

Fig. 4.23. Determinarea izolării la zgomot aerian: a) panoul izolant; b) efectuarea

determinării.

Fig. 4.24. Valorile indicelui de atenuare acustică măsurate, curba de referinţă,

respectiv curba de referinţă translatată, în funcţie de frecvenţă.

Panoul testat are valoarea indicelui de izolare la zgomot aerian, Rw (C; Ctr) egală cu 38 (-2;-8) dB.

0

10

20

30

40

50

60

50

63

80

10

0

12

5

16

0

20

0

25

0

31

5

40

0

50

0

63

0

80

0

10

00

12

50

16

00

20

00

25

00

31

50

40

00

50

00

Ind

icel

e d

e at

enu

are

acu

stic

ă [d

B]

Frecvenţă [Hz]

Valori Rᵢ măsurate Curba de referinţă

Curba de referinţă translatată

121

4.2.4. Concluzii

Pe baza rezultatelor prezentate în acest capitol se pot formula următoarele concluzii:

Rezistenţa la compresiune a panoului sadwich este de 0.208 MPa, iar rezistenţa la încovoiere are valoarea de 0.042 MPa;

Conductivitatea termică a panoului sandwich este de 0.07699 W/mK;

Coeficientul de absorbţie acustică a panoului sandwich depinde de procentul de perforaţii al placării, valorile maxime variind între 0.708-0.903;

Indicele de izolare la zgomot aerian are valoarea de 38 dB. Cu toate că panoul sandwich are performanţe acustice şi termice corespunzătoare s-a constatat că rezistenţele mecanice sunt reduse. În forma curentă a panoului, proprietăţile mecanice permit manipularea şi punerea lui în operă doar în condiţii maxime de atenţie. Straturile exterioare de mortar, având grosimea de 10 mm sunt susceptibile la fisurare. Pe lângă acest aspect, s-a observat că miezul de lână al panoului nu este destul de coerent, şi există posibilitatea ca straturile miezului să se desprindă. Pe baza acestor observaţii s-a ajuns la concluzia că este necesară optimizarea caracteristicilor panoului sandwich prezentat în subcapitolul 4.2.

122

4.3. Etapa II. Optimizarea stratului exterior Pornind de la structura panoului sandwich, s-au dezvoltat două tipuri de materiale în vederea optimizării caracteristicilor panoului. În acest capitol este prezentată derularea programului experimental privind prima categorie de element optimizat: straturile exterioare. Materialele utilizate în acest studiu sunt:

lână de oaie; var hidratat; lianţi organici naturali.

Folosind aceste materiale, s-au preparat mortare pe bază de var hidratat cu adaos organic şi fibre de lână. S-a urmărit ca mortarele de var propuse pentru optimizarea stratului exterior al panoului sandwich să poată fi utilizate și ca finisaj umed. În acest sens, s-a propus determinarea unor proprietăţi specifice, precum rezistenţe mecanice, absorbţie de apă sau aderență la strat suport.

4.3.1. Materiale utilizate

Lână de oaie

În alcătuirea mortarelor pe bază de var, pentru o distribuţie mai

uniformă în matrice, fibrele de lână au fost tăiate la o lungime de 1-3 mm,

5-6 mm, respectiv 10-11 mm, lungimea fiind greu de controlat din cauza

fineţei fibrelor. Fibrele utilizate la turnarea epruvetelor sunt redate în

Fig. 4.25.

a) b) c)

Fig. 4.25. Fibre de diferite lungimi: a) 1-3 mm, b) 5-6 mm, c) 10-11 mm.

123

Lianti organici naturali - Paste organice

Pastă de grâu: Făina albă de grâu disponibilă comercial de tip

“000” având cea mai fină granulaţie, s-a amestecat cu apă potabilă,

raportul de făină/apă fiind de 0.125. Mixtura s-a încălzit până când s-a

atins temperatura de fierbere a acestuia. Pasta astfel obţinută s-a folosit

cu rol de aditiv la prepararea compozitelor (Fig. 4.26).

Pastă de orez: Pasta prezentată în subcapitolul anterior privind

panoul sandwich, (Fig. 4.26) s-a folosit cu rol de aditiv la prepararea

compozitelor în stare caldă (având temperatura de aproximativ 89°C) şi

rece (având temperatura mediului ambant, 24°C).

Pastă de orez fermentată: Prepararea pastei de orez s-a efectuat

conform procedurii descrise anterior. Pasta obţinută s-a amestecat cu

microorgnisme din regnul Fungi, specia Saccharomyces cerevisiae

(drojdie alimentară), în raport de pulbere de orez:microorganisme de

2.5:1. Amestecul astfel obţinut s-a păstrat în recipiente închise timp de 7

zile, până la prepararea mortarului.

Pastă de porumb: Spărtură de porumb, disponibilă comercial, s-

a amestecat cu apă potabilă, raportul de spărtură/apă fiind de 0.125.

Mixtura s-a încălzit până când s-a atins temperatura de fierbere a

acestuia. Pasta astfel obţinută (Fig. 4.26) s-a folosit cu rol de aditiv la

prepararea compozitelor.

a) b) c)

Fig. 4.26. Pastele organice preparate: a) pastă de grâu, b) pastă de orez, c) pastă de

porumb.

4.3.2. Prepararea epruvetelor

Amestecarea materialelor s-a efectuat cu un malaxor, iar

procedeul de amestecare era identică pentru toate reţetele. În vasul

124

malaxorului s-a introdus pasta organică corespunzătoare reţetei, la care

s-a adăugat o cantitate mică de apă, conform observaţiilor [367]. S-a

amestecat mixtura la viteză redusă, după care s-a introdus în vas o

cantitate mică de var, apă şi fibre, menţinând viteza de amestecare

redusă. Adăugarea fibrelor la compoziţie s-a efectuat în două etape,

urmând ordinea de introducere a materialelor în vasul malaxorului

descrisă anterior. După această etapă, cantitatea de var şi apă rămase s-

au adăugat alternant la compoziţie. Odată ce toate materialele

componente erau introduse în vasul malaxorului, s-a mărit viteza de

amestecare, care s-a menţinut timp de 30 de secunde. S-a oprit malaxorul

şi s-a amestecat manual mixtura pentru a verifica dispersia fibrelor de

lână în matrice, după care s-a repetat din nou amestecarea la viteză

ridicată timp de 30 de secunde. În cazul reţetei etalon amestecarea s-a

efectuat în mod identic cu celelalte reţetele, cu excepţia fibrelor de lână.

Cantităţile de materiale utilizate la prepararea unei reţete sunt

prezentate în Fig. 4.27.

Fig. 4.27. Materialele utilizate la realizarea reţetei folosite la prepararea stratului

exterior al panoului sandwich.

Metoda de amestecare este bazată pe metoda descrisă în SR EN

1015-2 [368], însă era necesară modificarea timpilor şi paşilor de

amestecare, deoarece s-a constatat că omogenitatea mixturii nu era

satisfăcătoare. Compozitele amestecate în stare proaspătă, respectiv

dispersia omogenă a fibrelor în matrice este redată în Fig. 4.28.

125

a) b)

Fig. 4.28. Disperia omogenă a fibrelor în matricea de var, reţeta: a) procent de fibre

0.75% şi adaos organic de pastă de porumb; b) lungime de fibre 1-3 mm şi adaos

organic de pastă de orez caldă.

Turnarea epruvetelor în matriţe s-a efectuat în două straturi,

fiecare strat fiind compactat mecanic, cum este redat în Fig. 4.29. Pentru

determinările mecanice s-au turnat prisme cu dimensiuni de 40x40x160

mm. Epruvetele s-au decofrat după 3 zile şi s-au menţinut în condiţii

standard până la încercare (temperatură de 20±4°C şi umiditate relativă

de 60±5%).

Fig. 4.29. Turnarea epruvetelor in cofraje în două straturi.

Setul A de probe

În total s-au realizat două seturi de probe. Primul set (setul A)

constă din 6 variante de reţete (V0-V5), în cazul cărora s-a variat

cantitatea de fibre de lână. Cantitatea maximă de fibră folosită era

impusă de condiţii de lucrabilitate, fiind raportată la masa compozitului,

aceasta având valori de 0%, 0.15%, 0.45%, 0.75 %, 1.05% si 1.35%, iar

126

lungimea fibrelor era între 1-3 mm. Cantităţile de fibre sunt prezentate

în Fig. 4.30. În cadrul fiecărei variante s-au preparat câte 3 reţete (R1-

R3) cu trei paste organice prezentate, şi anume: pastă de grâu, pastă de

orez caldă şi pastă de porumb. Raportul apă/var s-a stabilit astfel, încât

să se obţină o lucrabilitate corespunzătoare a mixturii (0.55 pentru toate

reţetele). Reţetele setului A sunt prezentate în Tab. 4.8.

Fig. 4.30. Cantităţile de fibre folosite pentru variantele V1-V5: 0.15%, 0.45%, 0.75%,

1.05% şi 1.35%.

Dintre reţetele preparate, V5-R2 s-a folosit la realizarea placărilor

panoului de tip sandwich.

Tab. 4.8. Reţetele din setul A de mortare pe bază de var.

Reţetă

Var hidratat

[g]

Pastă de

grâu [g]

Pastă de orez

[g]

Pastă de

porumb [g]

Apă

[ml]

Fibre de lână

[g] [%wt]

V0 R1 1409 483 - - 775 - - R2 1409 - 483 - 775 - - R3 1409 - - 483 775 - -

V1 R1 1409 483 - - 775 4 0.15 R2 1409 - 483 - 775 4 0.15 R3 1409 - - 483 775 4 0.15

V2 R1 1409 483 - - 775 12 0.45 R2 1409 - 483 - 775 12 0.45 R3 1409 - - 483 775 12 0.45

V3 R1 1409 483 - - 775 20 0.75 R2 1409 - 483 - 775 20 0.75 R3 1409 - - 483 775 20 0.75

V4 R1 1409 483 - - 775 28 1.05 R2 1409 - 483 - 775 28 1.05 R3 1409 - - 483 775 28 1.05

V5 R1 1409 483 - - 775 36 1.35 R2 1409 - 483 - 775 36 1.35 R3 1409 - - 483 775 36 1.35

127

Setul B de probe

Pornind de la rezultatele obţinute pentru primul set de reţete, s-a

propus ca al doilea set de reţete (setul B) să se formuleze cu procentul

maxim de fibre de lână (1.35%) şi adaos de pastă de orez. Setul B este

alcătuit din 4 variante de reţete (V0, L1-L3), în cazul cărora s-a variat

lungimea fibrelor de lână, acestea s-au stabilit a fi între 1-3 mm, 5-6 mm,

respectiv 10-11 mm. În cadrul variantelor s-au realizat câte 3 reţete

diferite (R, C, F) înglobând pastă de orez sub trei forme: în stare caldă,

rece, şi fermentată. Raportul apă/var al reţetelor s-a stabilit în funcţie de

lucrabilitate. Trebuie menţionat faptul că unele reţete din acest set sunt

identice cu cele din setul anterior, şi anume V0-C corespunde reţetei V0-

R2 din setul A, iar L1-C corespunde reţetei V5-R2 din setul A. Reţetele din

setul B sunt prezentate în Tab. 4.9.

Tab. 4.9. Reţetele din setul B de mortare pe bază de var.

Reţeta

Var hidratat

[g]

Pastă de orez Fibre de lână Apă

[ml]

Rece

[g]

Caldă

[g]

Fermen-tată [g]

1-3 mm [g]

5-6 mm [g]

10-11 mm [g]

V0 R 1409 483 - - - - - 686 C 1409 483 - - - 775 F 1409 - - 483 - - - 507

L1 R 1409 483 36 495 C 1409 483 36 775 F 1409 - - 483 36 - - 667

L2 R 1409 483 - - - 36 - 495 C 1409 - 483 - - 36 - 706 F 1409 - - 483 - 36 - 667

L3 R 1409 483 - - - - 36 495 C 1409 - 483 - - - 36 775 F 1409 - - 483 - - 36 667

4.3.3. Rezultate obţinute

4.3.3.1. Caracteristici fizico-mecanice

Rezistenţă la compresiune

Această determinare s-a efectuat folosind presa hidraulică (Fig.

4.31). Încercarea s-a efectuat pe resturile de prismă rezultate din

determinarea rezistenţei la încovoiere. Rezistenţa la compresiune s-a

determinat la o vârstă a epruvetelor de 3, 7, 14, 28 şi 90 de zile pentru

128

toate reţetele preparate. Sarcina de testare s-a aplicat fără şocuri, cu o

creştere progresivă până când s-a produs ruperea epruvetei.

Fig. 4.31. Presa hidraulică utilizată pentru determinarea rezistenţei la compresiune.

1) Setul A de probe

Probele analizate au constat din resturile prismelor cu dimensiunile de 40x40x160 mm, testate la încovoiere. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.10.

Tab. 4.10. Notaţiile reţetelor preparate în setul A şi explicaţia acestora.

Codul reţetei Procent de fibre Adaos organic

V0

R1 0% grâu

R2 0% orez

R3 0% porumb

V1

R1 0.15% grâu

R2 0.15% orez

R3 0.15% porumb

V2

R1 0.45% grâu

R2 0.45% orez

R3 0.45% porumb

V3

R1 0.75% grâu

R2 0.75% orez

R3 0.75% porumb

129

V4

R1 1.05% grâu

R2 1.05% orez

R3 1.05% porumb

V5

R1 1.35% grâu

R2 1.35% orez

R3 1.35% porumb

Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.11.

Tab. 4.11. Rezistenţa la compresiune a compozitelor din setul A.

Reţeta Rezistenţa la compresiune [N/mm2]

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

V0

R1 - 0.28 0.32 0.33 0.46

R2 - 0.36 0.38 0.46 0.56

R3 - 0.32 0.29 0.30 0.33

V1

R1 - 0.61 0.95 1.04 1.72

R2 0.11 0.93 1.65 2.13 2.06

R3 - 0.58 0.86 1.53 1.56

V2

R1 0.28 0.52 0.86 1.37 1.79

R2 0.38 0.54 0.86 1.35 1.77

R3 0.29 0.55 0.65 1.15 1.11

V3

R1 0.26 0.41 0.88 1.28 1.34

R2 0.38 0.59 1.01 1.35 1.25

R3 0.31 1.31 0.98 1.23 1.60

V4

R1 0.29 0.42 0.62 0.83 0.95

R2 0.39 0.61 1.02 1.51 1.23

R3 0.37 0.65 0.88 1.25 1.28

V5 R1 0.36 0.63 1.13 1.28 1.54

130

R2 0.37 0.97 1.50 1.73 1.73

R3 0.42 0.78 1.48 1.50 1.64

Fig. 4.32. Rezistenţa la compresiune pentru cele 6 variante la 90 de zile.

În urma analizării rezultatelor obţinute se poate constata faptul că rezistenţa la compresiune a probelor variază atât în funcţie de cantitatea de fibre folosite, cât şi în funcţie de tipul de adaos organic. Comparaţia dintre valorile minime şi maxime se va face doar pentru probele având vârsta de 90 de zile. Astfel, valorile minime s-au obţinut pentru reţetele din varianta fără fibre (0.33 N/mm2 pentru reţeta cu pastă de porumb), iar dintre variantele armate valoarea minimă de 0.95 N/mm2 aparţine reţetei cu 0.75% fibre şi adaos de pastă de porumb. Valoarea maximă s-a înregistrat pentru 0.15% fibre şi pastă de orez (2.06 N/mm2) aşa cum se poate observa şi din Fig. 4.32. Din Fig. 4.32 se poate constata că rezistenţa la compresiune a compozitelor este îmbunătăţită de prezenţa fibrelor de lână. Rezistenţa are o tendinţă descrescătoare cu creşterea cantităţii de fibre utilizate, pentru variantele V1-V4. Însă în varianta V5 rezistenţa creşte, fără a se depăşi valorile obţinute în varianta V1. Ceea ce priveşte reţetele individuale, dintre cele trei reţete R2 are cele mai ridicate valori în cadrul compozitelor preparate fără fibre, cu 0.15% fibre şi cu 1.35% fibre; R3 este maximă în variantele preparate cu 0.75% şi 1.05% fibre, iar R1 prezintă valoarea maximă în varianta preparată cu 0.45% fibre. În următoarele figuri sunt prezentate variaţiile rezisteţelor la compresiune în funcţie de vârsta epruvetelor, astfel: în Fig. 4.33 pentru

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.2

V0 V1 V2 V3 V4 V5

Rez

iste

nţa

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m2]

Reţeta

R1 R2 R3

131

varianta V0, în Fig. 4.34 pentru varianta V1, iar în Fig. 4.35 pentru varianta V5. Din Fig. 4.33, Fig. 4.34 şi Fig. 4.35 se poate observa că în majoritatea cazurilor rezistenţa la compresiune creşte cu creşterea vârstei epruvetelor. În varianta V0 creşterea rezistenţelor nu este foarte semnificativă în primele 14 zile. Pentru reţeta R3 rezistenţele măsurate la 7, 14, 28 şi 90 de zile sunt aproape constante. În schimb, R1 şi R2 prezintă o creştere mai pronunţată, diferenţa fiind mai semnificativă pentru reţeta R2. În varianta V1 reţeta R2 a înregistrat cele mai ridicate valori, însă, la vârsta de 90 de zile s-a produs o diminuare a rezistenţei la compresiune faţă de valoarea măsurată la 28 de zile. Ceea ce priveşte celelalte două reţetele, evoluţia rezistenţelor este una lineară. Cu privire la varianta V5, toate reţetele aveau rezistenţe iniţiale (la 7 zile) mai ridicare decât cele obţinute în V1. La 14 zile R1 şi R2, la 28 de zile doar R1, iar la 90 de zile R3 prezentau valori mai ridicate decât cele măsurate în varianta V1.

Fig. 4.33. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta fără fibre în funcţie de vârsta

epruvetelor.

0

0.2

0.4

0.6

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m2]

R1 R2 R3

132

Fig. 4.34. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta cu 0.15% fibre în funcţie de

vârsta epruvetelor.

Fig. 4.35. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta cu 1.35% fibre în funcţie de

vârsta epruvetelor.

Modul de cedare al epruvetelor nu este influenţat semnificativ de tipul de adaos organic, însă efectul cantităţii de fibre utilizate este mai pronunţat. În varianta nearmată, în timpul determinării, proba s-a dezintegrat complet. În varianta V1, prin folosirea fibrelor, desprinderea cu aspect de solzi a stratului exterior a probelor este mai redusă, de asemenea, proba nu s-a dezintegrat. Prin creşterea cantităţii de fibre (V5) s-a observat că desprinderea stratului exterior şi mărimea fisurilor se reduc considerabil.

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

22.22.4

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m2

]

R1 R2 R3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m2]

R1 R2 R3

133

2) Setul B de probe

Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.12.

Tab. 4.12. Notaţiile reţetelor preparate în setul B şi explicaţia acestora.

Codul reţetei Lungime de fibre Adaos organic

V0

R 0 mm orez rece

C 0 mm orez cald

F 0 mm orez fermentat

L1

R 1-3 mm orez rece

C 1-3 mm orez cald

F 1-3 mm orez fermentat

L2

R 5-6 mm orez rece

C 5-6 mm orez cald

F 5-6 mm orez fermentat

L3

R 10-11 mm orez rece

C 10-11 mm orez cald

F 10-11 mm orez fermentat

Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.13 şi Fig. 4.36.

Tab. 4.13. Rezistenţa la compresiune a compozitelor din setul B.

Reţeta Rezistenţa la compresiune [N/mm2]

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

V0

R 0.43 0.39 0.49 0.57 1.91

C - 0.36 0.38 0.46 0.56

F 0.33 0.34 0.29 0.47 0.94

L1 R 0.34 1.15 1.04 1.27 2.59

C 0.37 0.97 1.50 1.73 1.73

134

F 0.19 0.42 0.51 0.84 0.74

L2

R 0.37 0.58 1.57 2.32 2.43

C 0.24 0.46 1.01 1.42 1.43

F - 0.45 1.00 0.78 1.07

L3

R 0.43 1.22 0.93 1.73 2.80

C 0.23 0.52 0.48 0.57 0.69

F - 0.60 0.70 1.28 1.58

Fig. 4.36. Rezistenţa la compresiune pentru cele 4 variante la 90 de zile.

După evaluarea rezultatelor obţinute în cadrul acestei determinări s-a remarcat dependenţa similară a rezistenţelor mecanice de tipul adaosului organic şi de lungimea fibrei. Influenţa fibrelor mai lungi asupra rezistenţei la compresiune în cadrul categoriilor preparate cu adaos de pastă de orez rece şi fermentată este pozitivă, în timp ce o situaţie inversă se poate observa în cadrul categoriei C realizate cu adaos de pastă de orez caldă. Valorile cele mai ridicate s-au înregistrat pentru reţetele categoriei cu adaos de pastă de orez rece, varianta fără fibre (cu valoarea minimă din această categorie) având valoare mai ridicată decât valorile celorlalte epruvete testate.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

V0 L1 L2 L3Rez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m²]

Reţeta

R C F

135

Fig. 4.37. Variaţia rezistenţei la compresiune la L1 în funcţie de vârsta epruvetelor.

Analiza evoluţiei rezistenţei mecanice a probelor din grupul L1 (cu lungimea minimă de fibre) în funcţie de vârsta epruvetelor este prezentată în Fig. 4.37. Influenţa tipului de adaos organic este cel mai evidentă la vârsta de 90 de zile. Probele preparate cu adaos de pastă de orez rece(R) prezintă o creştere liniară a rezistenţei până la vârsta de 90 de zile. În schimb, celelalte două tipuri de probe, C şi F, au atins valoarea maximă a rezistenţei la vârsta de 28 de zile. Ordinea descrescătoare privind rezistenţa la compresiune pentru probele din această categorie în funcţie de tipul de adaos organic este: rece, cald, fermentat.

Fig. 4.38. Variaţia rezistenţei la compresiune la L3 în funcţie de vârsta epruvetelor.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m²]

R C F

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[N/m

m²]

R C F

136

În Fig. 4.38 este prezentată variaţia rezistenţei mecanice în cazul grupului de probe L3 (cu lungime de fibră maximă), în funcţie de vârsta epruvetelor. Cele trei tipuri de epruvete prezintă o creştere liniară a rezistenţei la compresiune până la vârsta de 90 de zile. Faţă de grupul de epuvete L1, în acest grup ordinea descrescătoare privind rezistenţa la compresiune în funcţie de tipul de adaos organic este: rece, fermentat, cald. Astfel, se observă influenţa lungimii fibrei de lână asupra rezistenţei la compresiune.

Rezistenţă la încovoiere

Această determinare s-a efectuat folosind maşina automată

pentru încercare la încovoiere (Fig. 4.39). Încercarea s-a efectuat pe

prisme cu dimensiuni de 40x40x160 mm. Rezistenţa la încovoiere s-a

determinat la o vârstă a epruvetelor de 3, 7, 14, 28 şi 90 de zile pentru

toate reţetele preparate. Reazemele s-au fixat la distanţa de 100 mm, iar

sarcina s-a aplicat la o viteză uniformă până la ruperea epruvetei.

Fig. 4.39. Maşina automată pentru încercare la încovoiere.

1) Setul A de probe

Probele analizate aveau dimensiunile de 40x40x160 mm. Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.14. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.10.

Tab. 4.14. Rezistenţa la încovoiere a compozitelor din setul A.

Reţeta Rezistenţa la încovoiere [N/mm2]

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

V0 R1 - 0.29 0.27 0.28 0.68

R2 - 0.19 0.30 0.42 0.75

137

R3 - 0.12 0.26 0.32 0.63

V1

R1 0.21 0.45 0.56 0.61 0.52

R2 0.33 0.45 0.62 0.84 0.55

R3 0.32 0.38 0.59 0.69 0.47

V2

R1 - 0.33 0.54 0.56 0.47

R2 0.25 0.32 0.42 0.64 0.56

R3 - 0.30 0.54 0.53 0.47

V3

R1 0.33 0.41 0.56 0.57 0.63

R2 0.35 0.42 0.70 0.61 0.68

R3 0.33 0.38 0.68 0.56 0.57

V4

R1 0.21 0.35 0.46 0.59 0.63

R2 0.32 0.39 0.59 0.66 0.70

R3 0.29 0.46 0.55 0.67 0.67

V5

R1 0.45 0.53 0.76 0.89 0.98

R2 0.42 0.64 1.01 1.32 1.23

R3 0.45 0.61 1.03 1.15 1.31

Fig. 4.40. Rezistenţa la încovoiere pentru cele 6 variante la 90 de zile.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

V0 V1 V2 V3 V4 V5

Rez

iste

nţa

la

înco

vo

iere

[N

/mm

2]

Reţeta

R1 R2 R3

138

În urma analizării rezultatelor obţinute se poate constata faptul că rezistenţa la încovoiere a probelor variază atât în funcţie de cantitatea de fibre folosite, cât şi în funcţie de tipul de adaos organic. Comparaţia dintre valorile minime şi maxime se va face doar pentru probele având vârsta de 90 de zile. Astfel, valoarea minimă (0.47 N/mm2) s-a obţinut pentru reţetele realizate cu 0.15% fibre şi adaos de pastă de porumb, 0.45% fibre şi adaos de pastă de grâu, respectiv porumb, aşa cum se poate observa şi din Fig. 4.40. Valoarea maximă s-a înregistrat pentru reţeta preparată cu 1.35% fibre şi adaos de pastă de porumb, V5-R3, aceasta fiind de 1.31 N/mm2. Din Fig. 4.40 se poate constata că rezistenţa la încovoiere are o tendinţă crescătoare cu creşterea cantităţii de fibre utilizate. Între variantele V1, V2, V3 şi V4 nu există o diferenţă semnificativă din punct de vedere al rezistenţei, însă în varianta V5 rezistenţa creşte considerabil. Trebuie remarcat faptul că valorile rezistenţei în varianta V0 sunt destul de ridicate, iar aceste valori scad în varianta V1 cu adăugarea fibrelor. Valorile rezistenţei la încovoiere obţinute în varianta etalon sunt depăşite abia în varianta V5 pentru toate reţetele. În ceea ce priveşte reţetele individuale, reţeta R2 prezintă cele mai ridicate valori în variantele V0-V4, totuşi valoarea maximă s-a obţinut pentu R3 în varianta V5. În următoarele figuri sunt prezentate variaţiile rezisteţelor la încovoiere în funcţie de vârsta epruvetelor, astfel: în Fig. 4.41 pentru varianta V0, în Fig. 4.42 pentru varianta V1, iar în Fig. 4.43 pentru varianta V5.

Fig. 4.41. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V0 în funcţie de vârsta epruvetelor.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

înco

vo

iere

[N

/mm

2]

R1 R2 R3

139

Fig. 4.42. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V1 în funcţie de vârsta epruvetelor.

Fig. 4.43. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V5 în funcţie de vârsta epruvetelor.

Din figurile anterioare (Fig. 4.41, Fig. 4.42, Fig. 4.43) se poate observa că, în majoritatea cazurilor, rezistenţa la încovoiere creşte cu vârsta probelor. În varianta de referinţă (V0) se poate observa o creştere semnificativă a rezistenţei la încovoiere la 90 de zile faţă de valorile măsurate la 28 de zile. În cazul variantei V1 rezistenţa la încovoiere are o tendinţă crescătoare până la vârsta de 28 de zile, după care s-a înregistrat o scădere a valorilor la 90 de zile. S-a constatat că valorile obţinute la 28 de zile pentru R2 şi R3 erau mai ridicate decât cele măsurate în cadrul variantei V0 la 90 de zile. Variaţia rezistenţei la încovoiere pentru varianta V5, în general, are un caracter crescător, cu

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

înco

vo

iere

[N

/mm

2]

R1 R2 R3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţa

la

înco

vo

iere

[N

/mm

2]

R1 R2 R3

140

excepţia reţetei R2, care prezintă o valoare mai scăzută la 90 de zile comparativ cu cea obţinută la 28 de zile. Dintre reţetele individuale, în majoritatea cazurilor reţeta R2 prezintă cele mai ridicate valori. S-a observat că tipul de adaos organic nu influenţează modul de cedare al epruvetelor. În schimb, cantitatea de fibre utilizate are un efect major asupra comportării materialelor. În cazul probei nearmate (V0) la atingerea forţei maxime proba s-a rupt pe reazemul central al aparatului. Folosind o cantitate de 0.15% fibre (V1) s-a observat că ruperea are un caracter ductil, iar proba s-a fisurat aproape pe întreaga ei grosime. Mărind cantitatea de fibre la 1.35% (V5) s-a constatat că deschiderea şi lungimea fisurii se reduce considerabil.

2) Setul B de probe

Probele analizate aveau dimensiunile de 40x40x160 mm. Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.15 şi Fig. 4.44. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.12. În urma analizării rezultatelor obţinute s-a observat faptul că rezistenţa la încovoiere a prismelor testate depinde atât de tipul adaosului organic, cât şi de lungimea fibrelor. Astfel, în categoriile R (preparat cu pastă de orez rece) şi F (preparat cu pastă de orez fermentată) valorile rezistenţei au o tendinţă crescătoare prin folosirea fibrelor cu lungime mai mare, însă epruvetele din categoria C (preparat cu pastă de orez caldă) sunt caracterizate printr-o proporţionalitate inversă dintre lungimea de fibră şi valoarea rezistenţei. Valori maxime s-au obţinut atât în cadrul categoriei realizate cu adaos de pastă de orez rece, pentru reţetele având fibre cu lungimea de 5-6 mm şi 10-11 mm, cât şi în cadrul categoriei realizate cu adaos de pastă de orez caldă, pentru reţetele în varianta fără fibre şi reţete având fibre cu lungimea de 1-3 mm.

Tab. 4.15. Rezistenţa la încovoiere a compozitelor din setul B.

Reţeta Rezistenţa la încovoiere [N/mm2]

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

V0

R 0.28 0.32 0.45 0.41 0.63

C - 0.19 0.30 0.42 0.75

F 0.26 0.30 0.51 0.43 0.61

L1 R 0.34 0.45 0.55 0.80 0.94

C 0.42 0.64 1.01 1.32 1.23

141

F 0.25 0.36 0.89 0.59 0.53

L2

R - 0.56 0.70 1.03 1.20

C - 0.56 0.55 0.70 0.77

F - 0.42 0.46 0.61 0.74

L3

R - - 0.56 1.03 1.29

C - - 0.40 0.48 0.46

F - 0.58 - 0.63 0.81

Fig. 4.44. Rezistenţa la încovoiere pentru cele 4 variante la 90 de zile.

Analizând Fig. 4.44, privind rezistenţa la încovoiere a epruvetelor la 90 de zile, se observă faptul că rezistenţa la încovoiere a prismelor testate depinde atât de tipul adaosului organic, cât şi de lungimea fibrelor. Astfel, în categoriile R şi F valorile rezistenţei au o tendinţă crescătoare prin folosirea fibrelor cu lungime mai mare, însă epruvetele din categoria C sunt caracterizate printr-o proporţionalitate inversă dintre lungimea de fibră şi valoarea rezistenţei.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

V0 L1 L2 L3

Rez

iste

nţă

la

înco

vo

iere

[N

/mm

²]

Reţeta

R C F

142

Fig. 4.45. Variaţia rezistenţei la încovoiere la L1 în funcţie de vârsta epruvetelor.

Din Fig. 4.45, în urma analizării rezultatelor, reiese că valorile rezistenţei pentru probele din gupul R şi C variază aproape liniar până la vârsta de 90 de zile. În schimb, în cazul probelor din grupul F, maximul valorii este atins la vârsta de 14 zile, după care valorea scade cu înaintarea vârstei de încercare. Ordinea descrescătoare a valorii rezistenţei pentru diferite categorii la 90 de zile în funcţie de tipul de adaos oranic este: cald, rece, fermentat.

Fig. 4.46. Variaţia rezistenţei la încovoiere la L3 în funcţie de vârsta epruvetelor.

Din cauza unor defecţiuni tehnice, determinarea rezistenţei la încovoiere pentru grupul L3 s-a efectuat pentru toate 3 reţetele doar în cazul vârstei de 28 şi 90 de zile. Din Fig. 4.46 se observă că ordinea

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

3 zile 7 zile 14 zile 28 zile 90 zile

Rez

iste

nţă

la

înco

vo

iere

[N

/mm

²]

R C F

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

28 zile 90 zile

Rez

iste

nţă

la

înco

vo

iere

[N

/mm

²]

R C F

143

descrescătoare a valorii rezistenţei pentru diferite categorii la 90 de zile în funcţie de tipul de adaos oranic este: rece, fermentat, cald.

Aderenţă la stratul suport

Această determinare s-a efectuat folosind un dinamometru digital

pentru măsurarea forţei de legătură şi a rezistenţei la tracţiune.

Încercarea s-a efectuat pentru suporturi din beton celular autoclavizat

(BCA) şi cărămidă (Fig. 4.47). Aderenţa la stratul suport s-a determinat

la o vârstă a epruvetelor de 28 şi 90 de zile.

a) b)

Fig. 4.47. Probele preparate pentru suporturi de: a) BCA, b) cărămidă.

Înainte de aplicarea materialului compozit, suporturile s-au umezit pentru a evita absorbţia rapidă a apei din compozit. Stratul de compozit aplicat pe suporturi orizontale avea grosimea de 10 mm. În stratul de compozit proaspăt s-au efectuat incizii circulare cu diametrul de 50 mm. Înainte de a efectua determinarea, discurile de testare metalice s-au lipit cu adeziv bicomponent de suprafaţa de testare. Folosind dinamometrul digital forţa de tracţiune s-a aplicat la o viteză constantă, iar ruperea s-a produs sub 60 de secunde. Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.16 şi Fig. 4.48. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.12. În urma prelucrării datelor obţinute s-a remarcat faptul că aderenţa în cazul suporturilor din cărămidă era mai ridicată atunci când fibrele încorporate în reţetă aveau lungime medie (L2). În cazul suporturilor din BCA valorile cele mai ridicate s-au măsurat fibrele de lungime maximă (L3). În ceea ce priveşte tipul de adaos organic, în cazul suporturilor din cărămidă, se obţin valori mai reduse pentru reţetele din categoria C. Dacă se analizează cazul stratului suport din BCA se poate

144

observa că, în general, valorile obţinute pe categorii de reţete nu prezintă diferenţe foarte mari.

Tab. 4.16. Aderenţa la stratul suport a compozitelor.

Reţeta

R [N/mm2]

28 zile 90 zile

Cărămidă BCA Cărămidă BCA

V0

R - - - -

C - - - -

F - - - -

L1

R - - - -

C 0.055 0.065 0.100 0.125

F 0.030 - 0.080 0.095

L2

R 0.150 0.135 0.180 0.145

C 0.140 0.150 0.125 0.170

F 0.110 0.075 0.155 0.135

L3

R 0.040 0.115 0.105 0.170

C 0.040 0.045 0.065 0.060

F 0.135 0.130 0.125 0.175

145

a) pentru cărămidă b) pentru BCA

Fig. 4.48. Variaţia aderenţei la stratul suport la vârsta epruvetelor de 90 de zile.

S-a remarcat faptul că indiferent de stratul suport se pot obţine valori maxime ale aderenţei atât pentru suporturi din cărămidă, cât şi pentru cele de BCA. Totuşi, numărul epruvetelor având rezistenţe maxime în cazul suporturilor mai poroase (BCA) este mai mare decât în cazul suportului din cărămidă.

Absorbţia de apă

Încercarea s-a efectuat pe resturile de prismă rezultate din

determinarea rezistenţei la încovoiere. Absorbţia de apă s-a determinat

la o vârstă a epruvetelor de 90 de zile.

Pe cele 4 laturi lungi ale resturilor de prismă s-a aplicat un

material de etanşare (parafină), după care s-a înregistrat masa fiecărei

probe. Epruvetele s-au aşezat într-un recipient cu suprafaţa de rupere a

prismelor sparte către bază. În timpul încercării epruvetele erau

imersate în apă la o adâncime de 10 mm, nivelul apei fiind menţinut

constant pe durata determinării (Fig. 4.49). După 10 minute epruvetele

au fost luate din recipient, suprafeţele lor au fost şterse cu un material şi

au fost cântărite. După 90 de minute şi 24 de ore operaţiile anterioare au

fost repetate, înregistrând masa epruvetelor.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

L1 L2 L3

Ad

eren

ţă l

a st

ratu

l su

po

rt

[N/m

m²]

R C F

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

L1 L2 L3

Ad

eren

ţă l

a st

ratu

l su

po

rt

[N/m

m²]

R C F

146

Fig. 4.49. Efectuarea determinării absorbţiei de apă.

Această determinare s-a efectuat pentru epruvetele din setul B.

Rezultatele încercării sunt prezentate în Tab. 4.17. Codurile folosite

pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.12.

Pe baza rezultatelor obţinute (cu referire la datele din Fig. 4.50)

se poate observa că prezenţa fibrelor în reţetele studiate favorizează

procesul de absorbţie a apei prin capilaritate. Indiferent de tipul de adaos

organic, în general, valoarea absorbţiei este mai pronunţată în cazul

fibrelor cu lungime mai mare. Valorile înregistrate în categoria C

(realizate cu adaos de orez cald), în afara reţetei cu lungime de fibre

minimă, prezintă cele mai reduse valori ale absorbţiei de apă. Pentru

reţeta cu lungime minimă de fibre valoarea cea mai redusă s-a măsurat

în cadrul categoriei R (realizate cu adaos de orez rece). În plus, s-a

constatat că, pentru reţetele din categoria F (preparate cu adaos de orez

fermentat), diferenţele între valorile obţinute sunt cele mai reduse,

indicând faptul că prezenţa şi lungimea fibrelor de lână au un efect mai

redus asupra acestei categorii.

Tab. 4.17. Coeficienţii de absorbţie datorată capilarităţii a compozitelor.

Reţeta M0

[g]

M1

[g]

M2

[g]

M3

[g]

C

[kg/(m2·min1/2)]

C

[kg/m2]

V0

R 97.3 121.7 144.8 145.7 2.31 30.25

C 87.5 121.8 130.1 132.8 0.83 28.31

F 88.9 109.7 134.0 135.0 2.43 28.81

L1 R 156.3 177.0 193.7 216.8 1.67 37.81

147

C 99.7 119.5 149.5 151.0 3.00 32.06

F 90.5 109.9 135.0 136.1 2.51 28.50

L2

R 105.1 121.1 150.5 153.3 2.94 30.13

C 75.1 95.8 113.0 114.0 1.72 24.31

F 96.1 118.0 145.5 146.7 2.75 31.63

L3

R 110.2 128.2 157.7 160.0 2.95 31.13

C 93.7 125.1 149.3 149.8 2.42 35.06

F 100.0 120.4 149.8 151.0 2.94 31.88

Fig. 4.50. Variaţia coeficientului de absorbţie, c [kg/(m2·min1/2)], la vârsta epruvetelor

de 90 de zile.

În ceea ce priveşte datele evaluate din perspectiva mortarelor de

reparaţii (Fig. 4.51), reţetele din categoria F (realizate cu pastă de orez

fermentată), similar cazului precedent, prezintă diferenţele cele mai

reduse între valorile obţinute. Fibrele de lungime medie (L2) determină

valori ale absorbţiei de apă cele mai reduse din categoriile R şi C

(preparate cu adaos de pastă de orez rece, respectiv caldă), obţinând

valori mai mici decât în cazul epruvetelor fără fibre.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

V0 L1 L2 L3

Co

efic

ien

t d

e ab

sorb

ţie

[kg/

(m²·

min

¹′²)

]

R C F

148

Fig. 4.51. Variaţia coeficientului de absorbţie, c [kg/m2], la vârsta epruvetelor de 90 de

zile.

4.3.4. Concluzii

Pe baza rezultatelor prezentate în acest capitol se pot formula următoarele concluzii:

Proprietăţile mecanice ale probelor depind de tipul de adaos organic, cantitatea de fibre utilizate şi lungimea fibrelor;

Rezistenţele mecanice pentru setul A (realizat cu procente variabile de fibre şi diferite tipuri de adaos organic) de probe, în general, sunt îmbunătăţite prin adăugarea fibrelor în matrice, cu toate că prin creşterea dozajului de fibre rezistenţele scad iniţial, la un dozaj mai mare de fibre valoarea rezistenţelor creşte;

Valoarea maximă a rezistenţei la compresiune din setul A s-a obţinut pentru V1-R2 (procent de fibre de 0.15%, adaos organic de pastă de orez): 2.06 MPa, iar în cazul rezistenţei la încovoiere valoarea maximă s-a măsurat pentru V5-R3 (procent de fibre de 1.35%, adaos organic de pastă de porumb): 1.31 MPa;

Valorile rezistenţelor mecanice (încovoiere şi compresiune) pentru setul B (realizat cu lungimi variabile de fibre şi diferite tipuri de adaos pe bază de orez) de probe sunt direct proporţionale cu lungimea fibrelor în cazul pastelor de orez rece şi fermentată, respectiv invers proporţionale cu lungimea fibrelor în cazul pastei de orez calde;

0

5

10

15

20

25

30

35

40

V0 L1 L2 L3Co

efic

ien

t d

e ab

sorb

ţie

[kg/

m²]

R C F

149

În setul B, valoarea maximă a rezistenţei la compresiune s-a înregistrat pentru L3-R (lungime de fibre de 10-11 mm, adaos organic de pastă de orez rece): 2.8 MPa, la fel şi rezistenţa la încovoiere maximă, 1.29 MPa;

Aderenţa la stratul suport este mai ridicată în cazul suporturilor mai poroase;

Absorbţia de apă prin capilaritate este favorizată de prezenţa fibrelor cu lungime mai mare, valorile fiind minime pentru epruvetele preparate cu pastă de orez caldă.

150

4.4. Etapa III: Optimizarea stratului interior În această etapă este prezentată derularea programului experimental, privind cea de-a doua categorie de element optimizat: stratul interior. Materialele utilizate în acest studiu sunt:

lână de oaie; răşină acrilo-poliuretanică; lapte de cauciuc natural.

Folosind aceste materiale, s-au preparat panouri compozite pe bază de lână de oaie şi lianţi care pot fi folosite ca elemente individuale sau elemente componente din cadrul panoului sandwich cu rol termoizolant şi fonoabsorbant. În acest sens, s-au efectuat teste privind comportarea higrotermică şi acustică ale compozitelor.

4.4.1. Materiale utilizate

Lână de oaie

În alcătuirea panourilor pe bază de lână şi liant saltelele de lână

au fost tăiate la dimensiunea finală a panoului, după cum se poate

observa în Fig. 4.52.

a) b)

Fig. 4.52. Fibrele folosite pentru panourile compozite pe bază de lână: a) realizate prin

pulverizare, b) realizate prin amestecare.

Liant anorganic - Răşină acrilo-poliuretanică

Răşina folosită este o soluţie monocomponentă pe bază de răşină

acrilo-poliuretanică şi apă, disponiblă comercial. Conform datelor

producătorului [369], nu degajă vapori toxici sau inflamabili, respectiv

151

nu conţine şi nu elimină formaldehidă după uscare. Caracteristice răşinii

sunt prezentate în Tab. 4.18.

Tab. 4.18: Caracteristicile răşinii acrilo-poliuretanice conform producătorului.

Aspect Lichid omogen, vâscos, fără

impurităţi mecanice

pH 7.5-8.0

Solubilitate în apă Da

Densitate 1.035-1.045 g/cm3

Conţinut de substanţe nevolatile 30±1%

Conţinut de compuşi organici volatili 70 g/l

În Fig. 4.53 este prezentată analiza EDX a liantului. Din analiza

EDX se identifică elementele componente ale răşinii poliuretanice:

carbon, oxigen, siliciu şi sulf. În Fig. 4.54 este prezentat distribuţia

procentuală a fiecărui element din masa probei analizate.

152

Fig. 4.53. Imagine EDX a răşinii acrilo-poliuretanice, mărire x1000.

153

Fig. 4.54. Distribuţia procentuală a elementelor ce intră în alcătuirea răşinii.

Liant organic natural - Lapte de cauciuc natural

Laptele de cauciuc natural (latex) folosită este o soluţie

monocomponentă, disponibilă comercial. Conform datelor

producătorului [370], este un produs prevulcanizat, saturat cu amoniac

şi stabilizat cu antioxidanţi, fiind o soluţie solidă în procent de 61%.

Caracteristice latexului sunt prezentate în Tab. 4.19. În vederea obţinerii

unei lucrabilităţi corespunzătoare, laptele de cauciuc a fost diluat cu apă

potabilă, în raport de latex:apă de 1:2.

Tab. 4.19. Caracteristicile laptelui de cauciuc conform producătorului.

Aspect Emulsie lichidă alb-lăptoasă

pH 9.8-10.8

Solubilitate în apă Da

Densitate 0.976 g/cm3

Conţinut de solide 60.5%

Conţinut de amoniac 0.6%

În Fig. 4.55 este prezentat rezultatul analizei EDX. Elementele

componente identificate ce intră în alcătuirea latexului sunt: carbon, sulf,

azot, oxigen, siliciu, şi potasiu. Distribuţia procentuală a fiecărui element

din masa liantului este prezentată în Fig. 4.56.

154

155

Fig. 4.55. Imagine EDX a laptelui de cauciuc natural diluat, mărire x1000.

Fig. 4.56. Distribuţia procentuală a elementelor ce intră în alcătuirea latexului diluat.

4.4.2. Prepararea epruvetelor

Această categorie de produse este compusă din 2 tipuri de probe:

panouri de fibre de lână legate cu un liant (P1-P24) natural (lapte de

cauciuc) sau sintetic (răşină acrilo-poliuretancă), formând setul A de

probe, respectiv panouri alcătuite doar din fibre de lână (P1S-P9S),

formând setul B de probe. Cantităţile de materiale folosite se pot observa

în Tab. 4.20, respectiv Tab. 4.21.

156

Setul A de probe

Tab. 4.20. Reţetele de materiale pentru probele de lână-liant din setul A.

Reţetă Tip

epruvetă Densitatea fibrelor în compozit [g/cm3]

Tip liant

Raport masic fibre:liant

P1

Pulverizare

0.030 Răşină

1:2 P2 1:4 P3

Latex 1:2

P4 1:4 P5

0.050 Răşină

1:2 P6 1:4 P7

Latex 1:2

P8 1:4 P9

0.070 Răşină

1:2 P10 1:4 P11

Latex 1:2

P12 1:4 P13

Amestecare

0.078 Răşină

1:2 P14 1:4 P15

Latex 1:2

P16 1:4 P17

0.096 Răşină

1:2 P18 1:4 P19

Latex 1:2

P20 1:4 P21

0.114 Răşină

1:2 P22 1:4 P23

Latex 1:2

P24 1:4

În cazul probelor de lână-liant, indiferent de natura liantului, s-au

utilizat două metode generale de preparare ale epruvetelor, definite de

tehnologia de aplicare a liantului peste fibre. Astfel, într-o primă metodă

de realizare, liantul era aplicat prin pulverizare peste fibre, metodă

similară cu cea prezentată în cadrul preparării miezului panoului

sandwich. Diferenţa constă în grosimea saltelelor individuale. S-a

încercat reducerea grosimii straturilor de lână în vederea unei distribuţii

mai uniforme a liantului pulverizat prin masa epruvetei. Astfel, s-au

pregătit saltele având grosimea de maxim 1 cm, iar numărul lor era

variabil în funcţie de grosimea şi densitatea probei (pentru cea mai densă

şi cea mai groasă probă s-au obţinut 24 de saltele). Realizarea probelor

prin pulverizare este redată în Fig. 4.57.

157

a) b)

c) d)

Fig. 4.57. Realizarea epruvetelor P1-P12 prin pulverizarea liantului: a) fibre tăiate la

dimensiunea necesară; b) liant pulverizat peste fibre; c) saltele dispuse în cofraj; d)

cofraj presat.

În cea de-a doua metodă de realizare a probelor de lână-liant

produsele s-au obţinut prin amestecarea materialelor componente.

Prepararea probelor s-a început prin distribuţia cantităţii necesare de

lână pe o suprafaţă plană, după care saltelele s-au tăiat la dimensiunea

finală a panoului. Grosimea saltelelor în această etapă nu era relevantă

deoarece fibrele cardate erau aranjate în sensul unei direcţii, iar

controlul grosimii straturilor individuale era mai uşoară după procesul

de amestecare cu liantul desemnat. După pregătirea saltelelor de lână,

acestea s-au transferat pe rând pe o tavă metalică, unde au fost stropite

cu o cantitate mică de liant, saltelele stropite fiind dispuse una peste alta.

Din ansamblul astfel realizat s-a format un cilindru prin înfăşurarea

strânsă a straturilor, începând operaţiunea de la o latură oarecare. S-a

desfăcut cilindrul şi s-a repetat înfăşurarea straturilor din latura opusă a

ansamblului. Aceşti paşi de a înfăşura-desface-înfăşura din latura opusă

158

s-au efectuat pentru cele 2 laturi opuse şi 2 diagonale, până când s-a

constatat că dispersia liantului este uniformă. Acest ansamblu obţinut s-

a desfăcut cu uşurinţă în straturi subţiri, care au fost dispuse într-un

cofraj. Cofrajul a fost presat şi s-a menţinut în această condiţie timp de 3

zile. Decofrarea s-a efectuat după 3 zile, iar panourile s-au menţinut în

condiţii standard până la uscarea lor, similar cu probele obţinute prin

pulverizare. Realizarea probelor prin amestecare este prezentată în Fig.

4.58.

a) b)

c) d)

e) f)

159

Fig. 4.58. Realizarea epruvetelor P13-P24 prin amestecarea liantului cu fibrele: a)

fibre tăiate la dimensiunea necesară; b), c) turnarea liantului peste fibre; d), e)

înfăşurarea fibrelor cu liant; f) straturile rezultate.

Epruvetele preparate în cadrul acestui set sunt redate în Fig. 4.59.

Fig. 4.59. Probele din setul A.

Setul B de probe

Tab. 4.21. Tehnologia de realizare pentru probele de lână din setul B.

Reţetă Temperatură

[°C]

Masa fibrelor

înainte de spălare

[g]

Durată de

spălare

[h]

P1-1S

40

100

1.45 P1-2S 150

P1-3S 192

P2-1S

60

100

2.50 P2-2S 150

P2-3S 192

P3-1S

95

100

2.00 P3-2S 150

P3-3S 192

Al doilea set de probe de lână s-a realizat fără utilizarea unui liant.

Principiul obţinerii acestor probe este bazată pe proprietatea de

160

împâslire a fibrelor de lână în prezenţa apei şi forţelor exterioare. Având

în vedere acest aspect, tehnologia de realizare a probelor a presupus

introducerea fibrelor în maşina de spălat. Astfel, s-au preparat 3 seturi

de probe cu densităţi diferite la 3 temperaturi diferite, obţinând 9 tipuri

de panouri de lână.

a) b) c)

Fig. 4.60. Probele din setul B: a) cu masa de 100 g; b) cu masa de 150 g; c) cu masa de

192 g. De sus în jos probele sunt aranjate după temperatura de procesare astfel: 95°C,

60°C, 40°C.

Pentru obţinerea probelor adecvate pentru testare, având

dimensiunile prescrise de standardele în vigoare (200x200x50xmm),

fibrele s-au introdus în cutii special pregătite cu feţele perforate.

Diametrul perforaţiilor era de 10 mm, iar procentul perforaţiilor era de

10% pe fiecare latură a cutiei. Cutiile s-au confecţionat prin metoda

imprimării 3D din acid polilactic (PLA) în cadrul Facultăţii de Arhitectură

şi Urbanism, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca. Având în vedere că

PLA nu este rezistent la temperaturi ridicate, s-a realizat şi un al doilea

set de cutii din acrilonitril butadien stiren (ABS) de către 3DMT Solutions

[371], acest material fiind rezistent la temperaturi de peste 100°C. Cutiile

sunt prezentate în Fig. 4.61.

161

a) b)

Fig. 4.61. a) Cutie din PLA; b) cutie din ABS.

Fibrele s-au introdus în cutia perforată, după care cutia s-a

poziţionat într-un alt recipient cu perforaţii, realizat din polipropilenă,

pentru a reduce riscul degradării cutiei sau a maşinii în timpul realizării

probelor. Programul de spălare s-a setat la temperatura aleasă, s-a

adăugat 60 g de surfactant, iar valoarea rotaţiilor pe minut al

programului de centrifugare s-a setat la 800. După finalizarea ciclului de

spălare proble s-au păstrat în cutie timp de 7 zile după care au fost

decofrate.

4.4.3. Rezultate obţinute

4.4.3.1. Caracteristici fizico-mecanice

Analiză microscopică

În Fig. 4.62 şi Fig. 4.63 sunt prezentate imaginile SEM ale unor probe preparate cu latex (P3) şi răşină (P13) din setul A de probe.

162

a) b)

Fig. 4.62. Imagini SEM ale probelor cu liant la magnificaţie de x100: a) P3; b) P13.

a) b)

Fig. 4.63. Imagini SEM ale probelor cu liant la magnificaţie de x1000: a) P3; b) P13.

Din figurile anterioare se poate observa dispersia liantului peste fibre, cu eventuale aglomerări de liant (cazul probei P3). Analizând probele la o magnificaţie mai ridicată, se observă exfolierea liantului de pe fibre şi fibre parţial acoperite de liant (cazul P13). În Fig. 4.64 şi Fig. 4.65 sunt prezentate imaginile SEM ale probelor preparate fără liant, setul B de probe.

a) b)

163

c) d)

e) f)

g) h)

164

i)

Fig. 4.64. Imagini SEM ale probelor fără liant la magnificaţie de x100: a) P1-1S; b) P1-

2S; c) P1-3S; d) P2-1S; e) P2-2S; f) P2-3S; g) P3-1S; h) P3-2S; i) P3-3S.

a) b)

c) d)

165

e) f)

g) h)

i)

Fig. 4.65. Imagini SEM ale probelor fără liant la magnificaţie de x1000: a) P1-1S; b) P1-

2S; c) P1-3S; d) P2-1S; e) P2-2S; f) P2-3S; g) P3-1S; h) P3-2S; i) P3-3S.

Din figurile anterioare se observă că densitatea probei creşte cu majorarea temperaturii de procesare. Mai mult, o temperatură de procesare mai mare produce schimbări ale celulelor cuticulare, acestea

166

devin deformate, şi poate apărea exfolierea stratului exterior. Însă, impurităţile de pe fibre sunt mai rare în cazul probelor procesate la temperatură mai ridicată.

Absorbţie de apă

Principiul determinării absorbţiei de apă de scurtă durată prin

imersie parţială este asemănător cu cel prezentat pentru mortarele pe

bază de var hidratat. Partea inferioară a epruvetelor a fost menţinută în

contact cu apă timp de 24 h.

După determinarea masei iniţiale a epruvetei, aceasta s-a aşezat

în ansamblul de testare. Faţa inferioară a epruvetelor era imersată în apă

la o adâncime de 10 mm, nivelul apei menţinându-se constant în timpul

determinării. După 24 h epruveta s-a îndepărtat din ansamblul de

testare, excesul de apă s-a înlăturat prin scurgere, iar în final s-a

înregistrat masa epruvetei.

În Fig. 4.66 este prezentat rezultatul determinării absorbţiei de apă de scurtă durată prin imersie parţială pentru probele analizate, P3 şi P13. Se observă că pentru proba realizată cu latex (P3) valoarea Wp este mult mai redusă decât în cazul probei realizate cu răşină (P13). Influenţa grosimii asupra absorbţiei de apă este mai evidentă în cazul P13: cu cât creşte grosimea probei, cu atât absorbţia de apă are valoare mai mare. Pentru epruveta P3 variaţia absorbţiei de apă în funcţie de grosime este nelinară, valoarea cea mai mare s-a obţinut pentru grosimea minimă.

Fig. 4.66. Absorbţia de apă de scurtă durată prin imersie parţială, Wp, pentru probele

P3 şi P13.

Acţiunea microorganismelor

În cadrul acestei determinări epruvetele s-au menţinut într-un mediu cu umiditatea relativă de 95%. Examinarea vizuală a probelor s-a

0.97

4.16

0.75

5.13

0.94

5.52

0

1

2

3

4

5

6

P3 P13

Wp

[kg/

m2]

30 mm 40 mm 50 mm

167

efectuat la 4 şi 6 săptămâni de la începerea testului, folosind un stereomicroscop. Rezultatele determinării, respectiv imaginile înregistrate la microscop, sunt redate în Fig. 4.67 pentru probele P3 şi P13.

a)

b)

168

c)

d)

Fig. 4.67. Creşterea microorganismelor identificată pe probele: a) P3 după 4

săptămâni; b) P13 după 4 săptămâni; c) P3 după 6 săptămâni; d) P13 după 6

săptămâni.

Din imaginile prezentate se observă prezenţa unor microorganisme pe probele analizate, însă identificarea acestora nu este

169

posibilă. Indiferent de natura liantului, cele două tipuri probele de lână expuse în mediul de încercare prezintă urme de microorganisme. Creşterea acestora este cu atât mai pronunţată cu cât timpul de expunere este mai ridicat. Intensitatea creşterii microorganismelor a fost evaluată după criteriile prestabilite. S-a ajuns la concluzia că probele P3 şi P13 se încadrează în categoria 2 de intensitatea creşterii microorganismelor, aşadar materialele nu sunt rezistente la atacul microorganismelor şi conţin substanţe nutritive pentru dezvoltarea acestora.

4.4.3.2. Caracteristici chimice

170

Fig. 4.68. Imagine EDX a probei P3, mărire x1000.

171

172

Fig. 4.69. Imagine EDX a probei P13, mărire x1000.

În Fig. 4.68 este prezentat imaginea EDX a probei P3. Pe paza rezultatelor, s-au identificat următoarele elemente componente: carbon, oxigen, sulf, aluminiu, calciu, siliciu, şi potasiu. În Fig. 4.69 sunt redate rezultatele analizei EDX pentru proba P13. În cazul acestei probe s-au identificat elementele: carbon, oxigen, sulf, siliciu, şi calciu. Din figurile anterioare se observă dispersia omogenă a liantului pe fibre. În ambele cazuri s-au identificat elementele componente ale liantului pe suprafaţa fibrelor, ceea ce confirmă afirmaţia anterioară. Pe baza acestui fapt, se observă că metodele de realizare ale probelor (pulverizarea liantului peste fibre pentru P3, amestecarea fibrelor cu liant pentru P13) sunt soluţii viabile de procesare ale compozitelor.

4.4.3.3. Caracteristici higrotermice

Conductivitate termică şi rezistenţă termică

Determinarea s-a efectuat folosind un aparat de măsurare a

fluxului termic. Pentru această determinare s-au pregătit epruvete cu

dimensiunile de 200x200 mm. Epruveta s-a uscat într-o etuvă, uscarea

considerându-se completă atunci, când diferenţa dintre două cântăriri

succesive era mai mică de 0.1 g. Proprietăţile termice s-au evaluat la o

diferenţă de temperatură de 10°C.

1) Setul A de probe

Probele analizate aveau dimensiunile de 200x200 mm, şi grosime de 30 mm, 40 mm, 50 mm. În Tab. 4.23 sunt redate rezultatele determinării. Valorile medii reprezintă media aritmetică a valorilor

173

obţinute pentru cele trei grosimi. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.22.

Tab. 4.22. Notaţiile panourilor preparate în setul A şi explicaţia acestora.

Panou* Densitatea fibrelor în

compozit [g/cm3] Tip de liant

Raportul

fibre/liant

P1 0.030 răşină 1/2

P2 0.030 răşină 1/4

P3 0.030 latex 1/2

P4 0.030 latex 1/4

P5 0.050 răşină 1/2

P6 0.050 răşină 1/4

P7 0.050 latex 1/2

P8 0.050 latex 1/4

P9 0.070 răşină 1/2

P10 0.070 răşină 1/4

P11 0.070 latex 1/2

P12 0.070 latex 1/4

P13 0.078 răşină 1/2

P14 0.078 răşină 1/4

P15 0.078 latex 1/2

P16 0.078 latex 1/4

P17 0.096 răşină 1/2

P18 0.096 răşină 1/4

P19 0.096 latex 1/2

P20 0.096 latex 1/4

P21 0.114 răşină 1/2

P22 0.114 răşină 1/4

P23 0.114 latex 1/2

174

P24 0.114 latex 1/4

* în cazul în care notaţia probei este urmată de o altă cifră (3, 4 sau 5) aceasta reprezintă grosimea probei în cm.

Tab. 4.23. Rezultatele determinării conductivităţii termice şi a rezistenţei termice

pentru setul A de probe.

Epruveta Grosime

[mm]

λ

[W/mK]

R

[m2·K/W]

Densitate*

[kg/m3]

P1-3 30 0.0349 0.803 40.250

P2-3 30 0.0357 0.785 63.333

P3-3 30 0.0355 0.818 36.250

P4-3 30 0.0365 0.793 47.750

P5-3 30 0.0335 0.836 70.333

P6-3 30 0.0341 0.821 93.417

P7-3 30 0.0335 0.865 61.667

P8-3 30 0.0342 0.817 78.417

P9-3 30 0.0331 0.847 98.167

P10-3 30 0.0346 0.799 134.917

P11-3 30 0.0334 0.839 84.833

P12-3 30 0.0348 0.806 108.500

P13-3 30 0.0358 0.822 122.083

P14-3 30 0.0370 0.746 170.583

P15-3 30 0.0344 0.814 96.667

P16-3 30 0.0356 0.730 126.917

P17-3 30 0.0360 0.804 148.250

P18-3 30 0.0393 0.697 203.333

P19-3 30 0.0310 0.923 118.833

P20-3 30 0.0323 0.828 156.417

P21-3 30 0.0364 0.844 176.167

175

Epruveta Grosime

[mm]

λ

[W/mK]

R

[m2·K/W]

Densitate*

[kg/m3]

P22-3 30 0.0444 0.658 247.750

P23-3 30 0.0322 0.900 140.417

P24-3 30 0.0343 0.818 186.000

P1-4 40 0.0361 1.053 43.375

P2-4 40 0.0376 1.009 57.938

P3-4 40 0.0357 1.092 35.063

P4-4 40 0.0357 1.091 47.250

P5-4 40 0.0346 1.099 71.625

P6-4 40 0.0346 1.099 97.875

P7-4 40 0.0337 1.158 61.688

P8-4 40 0.0343 1.108 78.438

P9-4 40 0.0336 1.131 98.500

P10-4 40 0.0353 1.052 137.125

P11-4 40 0.0344 1.105 86.125

P12-4 40 0.0349 1.090 106.938

P13-4 40 0.0357 1.074 122.813

P14-4 40 0.0366 1.010 168.875

P15-4 40 0.0348 1.093 95.813

P16-4 40 0.0321 1.091 126.188

P17-4 40 0.0365 1.067 149.625

P18-4 40 0.0399 0.901 206.313

P19-4 40 0.0307 1.229 116.625

P20-4 40 0.0318 1.147 155.438

P21-4 40 0.0371 1.037 175.563

P22-4 40 0.0426 0.862 251.875

176

Epruveta Grosime

[mm]

λ

[W/mK]

R

[m2·K/W]

Densitate*

[kg/m3]

P23-4 40 0.0317 1.212 140.063

P24-4 40 0.0332 1.119 185.313

P1-5 50 0.0363 1.307 44.350

P2-5 50 0.0388 1.239 60.800

P3-5 50 0.0355 1.295 35.900

P4-5 50 0.0362 1.354 46.100

P5-5 50 0.0354 1.343 70.500

P6-5 50 0.0364 1.307 99.000

P7-5 50 0.0335 1.463 62.750

P8-5 50 0.0350 1.371 81.600

P9-5 50 0.0343 1.427 98.150

P10-5 50 0.0349 1.403 130.050

P11-5 50 0.0332 1.433 84.800

P12-5 50 0.0341 1.392 109.150

P13-5 50 0.0360 1.246 121.650

P14-5 50 0.0390 1.085 167.100

P15-5 50 0.0354 1.342 97.350

P16-5 50 0.0365 1.221 126.600

P17-5 50 0.0376 1.302 148.500

P18-5 50 0.0402 1.140 206.950

P19-5 50 0.0355 1.339 113.350

P20-5 50 0.0376 1.177 156.300

P21-5 50 0.0389 1.246 177.200

P22-5 50 0.0439 1.042 244.750

P23-5 50 0.0355 1.401 135.750

177

Epruveta Grosime

[mm]

λ

[W/mK]

R

[m2·K/W]

Densitate*

[kg/m3]

P24-5 50 0.0386 1.230 184.650

* Densitate calculată în stare uscată a epruvelor. În Fig. 4.70, Fig. 4.71, Fig. 4.72, Fig. 4.73, şi Fig. 4.74 sunt prezentate rezultatele determinării conductivităţii termice şi a rezistenţei termice. Analiza rezultatelor s-a efectuat luând în considerare patru factori: grosimea epruvetei, densitatea epruvetei, tipul de liant, respectiv procentul de liant utilizat.

Fig. 4.70. Variaţia conductivităţii termice pentru probele cu grosimea de 5 cm, 4 cm şi

3 cm.

0.03

0.032

0.034

0.036

0.038

0.04

0.042

0.044

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Epruveta

5 cm 4 cm 3 cm

178

Fig. 4.71. Variaţia conductivităţii termice, valori medii.

Fig. 4.72. Variaţia rezistenţei termice pentru probele cu grosimea de 5 cm, 4 cm şi 3

cm.

0.0

35

8

0.0

37

2

0.0

35

6

0.0

36

1

0.0

34

5

0.0

35

0

0.0

33

6

0.0

34

5

0.0

33

7

0.0

34

9

0.0

33

7

0.0

34

6

0.0

35

8 0.0

37

5

0.0

34

9

0.0

34

7 0.0

36

7

0.0

39

8

0.0

32

4

0.0

33

9

0.0

37

5

0.0

43

6

0.0

33

1 0.0

35

4

0.0300

0.0320

0.0340

0.0360

0.0380

0.0400

0.0420

0.0440

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Epruveta

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

Rez

iste

nţă

ter

mic

ă [m

2K

/W]

Epruveta

5 cm 4 cm 3 cm

179

Fig. 4.73. Variaţia rezistenţei termice, valori medii.

Fig. 4.74. Variaţia densităţii la probele testate, valori medii.

Creşterea grosimii nu influenţează valoarea conductivităţii termice. Acest aspect provine din definiţia conductivităţii, conform căreia acest parametru depinde de suprafaţă şi de gradientul de temperatură perpendicular pe suprafaţă. Considerând cele 3 grosimi de materiale, totuşi s-a constatat că valori mai ridicate s-au obţinut pentru

1.0

54

1.0

11

1.0

68

1.0

79

1.0

93

1.0

76

1.1

62

1.0

99 1.1

35

1.0

85 1

.12

6

1.0

96

1.0

47

0.9

47

1.0

83

1.0

14 1

.05

8

0.9

13

1.1

64

1.0

51

1.0

42

0.8

54

1.1

71

1.0

56

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

Rez

iste

nţă

ter

mic

ă [m

2K

/W]

Epruveta

42

.65

8

60

.69

0

35

.73

8

47

.03

3

70

.81

9

96

.76

4

62

.03

5

79

.48

5

98

.27

2 13

4.0

31

85

.25

3

10

8.1

96

12

2.1

82 16

8.8

53

96

.61

0

12

6.5

68

14

8.7

92 2

05

.53

2

11

6.2

69

15

6.0

51

17

6.3

10

24

8.1

25

13

8.7

43 18

5.3

21

0

50

100

150

200

250

300

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P1

0

P1

1

P1

2

P1

3

P1

4

P1

5

P1

6

P1

7

P1

8

P1

9

P2

0

P2

1

P2

2

P2

3

P2

4

Den

sita

te [

kg/

m3]

Epruveta

180

probele de 5 cm grosime în majoritatea cazurilor. Valorile diferite înregistrate pentru aceleaşi epruvete cu grosimi diferite se pot atribui neomogenităţii materialului. Cum fiecare epruvetă s-a realizat manual, există posibilitatea ca alcătuirea materialului să nu fie uniformă. Din Fig. 4.70 se observă că pentru probele mai dense realizate prin amestecare (P13-P24) diferenţa de valoare între grosimi este mai accentuată, în timp ce în cazul probelor mai puţin dense, obţinute prin pulverizare (P1-P12) divergenţa dintre valorile măsurate în cele 3 cazuri este mai puţin pronunţată. Analizând cazul rezistenţei termice (Fig. 4.72) se constată influenţa semnificativă a grosimii epruvetei. Cum rezistenţa termică este direct proporţională cu grosimea, valorile maxime s-au înregistrat pentru epruvetele cele mai groase. S-a observat că în cazul epruvetelor cu grosimea de 3 cm variaţia valorii rezistenţei termice este aproape liniară pentru probele obţinute prin pulverizare. Pentru a evalua efectul densităţii asupra conductivităţii termice, se vor considera valorile medii pentru cele trei categorii de grosimi. Din Fig. 4.71 se observă că pentru probele cu densitate mai redusă, realizate prin pulverizare (P1-P12), variaţia dintre conductivitate termică şi densitate este aproape invers proporţională. În schimb, analizând setul de probe realizat prin amestecare (P13-P24), se constată o diferenţă semnificativă între probele realizate, variaţia fiind de două tipuri: direct şi invers proporţională, în funcţie de liantul folosit. Valoarea minimă a conductivităţii termice, de 0.0324 W/mK, s-a obţinut pentru proba P19 (realizată prin amestecarea fibrelor cu latex, în procent de fibră/liant de 1/2), cu densitatea de 116 kg/m3, urmată de P23 (realizată tot prin amestecarea fibrelor cu latex, în procent de fibră/liant de 1/2) , cu 0.0331 W/mK pentru 138.74 kg/m3. Ceea ce priveşte rezistenţa termică (Fig. 4.73), valoarea cea mai ridicată, 1.171 m2K/W, s-a măsurat pentru P23, urmată de P19, cu 1.164 m2K/W. Analizând Fig. 4.71 se observă influenţa semnificativă a tipului de liant asupra conductivităţii termice. În cazul răşinii sintetice, variaţia conductivităţii termice în funcţie de densitate este una neliniară, curba variaţiei având un punct minim, pentru probele P9-P10, realizate prin pulverizarea liantului peste fibre, în cele două cazuri ale raportului de fibră/liant (0.0337-0.0349 W/mK). Pe de altă parte, în cazul liantului natural, curba neliniară prezintă două puncte minime: pentru P7-P8 (realizate prin pulverizarea liantului peste fibre, cu raportul de fibră/liant de 1/2 şi 1/4) si P19-P20 (realizate prin amestecarea fibelor

181

cu liantul, pentru rapoartele de fibră/liant de 1/2 şi 1/4), setul din urmă având valorile mai reduse (0.0324-0.0339 W/mK). Se mai observă faptul că, considerând aceeasi categorie de densitate, probele preparate cu liantul natural arată o conductivitate termică mai scăzută, diferenţa fiind mult mai pronunţată la densitate mai mare. În mod similar variază şi rezistenţa termică, valoarea este mai ridicată în cazul probelor preparate cu liantul natural. Analizând efectul procentului de liant din compozit, s-a constatat că cu cât procentul de liant este mai mare, cu atât creşte valoarea conductivităţii termice, indiferent de tipul de liant utilizat. S-a remarcat faptul că prin creşterea densităţii, diferenţele dintre valorile conductivităţii termice datorate creşterii procentului de liant sunt mai pronunţate. Abaterile sunt mai semnificative în cazul probelor preparate cu răşină sintetică. Pe baza criteriilor stabilite în normativul C107/2-2005 privind valorile necesare ale conductivităţii termice şi rezistenţei termice (conductivitate termică mai mică de 0.065 W/mK şi rezistenţă termică mai mare de 0.50 m2K/W) [302] ale unui material termoizolant, s-a observat că toate probele preparate şi analizate în cadrul acestui studiu îndeplinesc aceste criterii.

2) Setul B de probe

Probele analizate având dimensiunile de 200x200x50 mm. Codurile folosite pentru reţetele preparate sunt explicate în Tab. 4.24.

Tab. 4.24. Notaţiile panourilor preparate în setul B şi explicaţia acestora.

Epruveta Temperatură de

procesare [°C]

Masa fibrelor înainte de

spălare [g]

P1-1S 40 100

P1-2S 40 150

P1-3S 40 192

P2-1S 60 100

P2-2S 60 150

P2-3S 60 192

P3-1S 95 100

P3-2S 95 150

182

P3-3S 95 192

În Tab. 4.25, Fig. 4.75, Fig. 4.76, şi Fig. 4.77 sunt prezentate rezultatele determinării conductivităţii termice şi a rezistenţei termice, respectiv variaţia densităţii pentru probele din setul B. Se constată că valoarea conductivităţii termice variază între 0.0326-0.0372 W/mK, rezistenţa termică între 1.311-1.534 m2K/W, iar densitatea are valori între 52.553-86.206 kg/m3.

Tab. 4.25. Rezultatele determinării conductivităţii termice şi a rezistenţei termice

pentru setul B de probe.

Epruveta λ

[W/mK]

R

[m2·K/W]

Densitate*

[kg/m3]

P1-1S 0.0362 1.383 52.553

P1-2S 0.0338 1.478 70.748

P1-3S 0.0328 1.524 82.200

P2-1S 0.0357 1.346 54.857

P2-2S 0.0348 1.439 69.042

P2-3S 0.0326 1.534 75.918

P3-1S 0.0366 1.311 58.547

P3-2S 0.0372 1.344 83.657

P3-3S 0.0341 1.466 86.206

* Densitate calculată în stare uscată a epruvelor.

183

Fig. 4.75. Variaţia conductivităţii termice pentru setul B de probe.

Fig. 4.76. Variaţia rezistenţei termice pentru setul B de probe.

0.0300

0.0310

0.0320

0.0330

0.0340

0.0350

0.0360

0.0370

0.0380

P1-1S P1-2S P1-3S P2-1S P2-2S P2-3S P3-1S P3-2S P3-3S

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Epruveta

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

P1-1S P1-2S P1-3S P2-1S P2-2S P2-3S P3-1S P3-2S P3-3S

Rez

iste

nţă

ter

mic

ă [m

2K

/W]

Epruveta

184

Fig. 4.77. Variaţia densităţii pentru setul B de probe.

Analizând rezultatele obţinute se observă că valoarea conductivităţii termice scade pe măsură ce densitatea probelor este mai mare. Valoarea minimă a conductivităţii termice, însă, nu s-a obţinut pentru proba cea mai densă. Având în vedere că din fiecare tip de material s-a analizat doar o singură probă, există posibilitatea apariţiei unor erori. Cu privire la temperatura de procesare, aceasta nu influenţează în mod semnificativ valoarea conductivităţii termice. Densitatea, pe de altă parte, creşte cu mărirea temperaturii de procesare.

Transmisie la vapori de apă

Pentru această testare s-au pregătit epruvete circulare cu

diametrul de 100 mm şi grosimea de 50 mm. Proba se etanşeizează pe

faţa deschisă a vasului de testare, în care s-a prevăzut în prealabil o

soluţie de sare. Ansamblul astfel pregătit se amplasează într-o cameră

având temperatura şi umiditatea relativă controlabile. Vaporii de apă

creează un flux prin masa epruvetei datorită diferenţei de presiune

parţială a vaporilor de apă dintre ansamblul de testare şi atmosfera

camerei. Prin cântăriri succesive ale ansamblului de testare se determină

viteza de transmisie a vaporilor de apă la stabilirea stării de echilibru.

Tab. 4.26. Factorii de transmisie la vapori de apă.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

P1-1S P1-2S P1-3S P2-1S P2-2S P2-3S P3-1S P3-2S P3-3S

Den

sita

te [

kg/

m3]

Epruveta

185

Ep

ruv

eta

g

[mg

/m

2·h

]

W

[mg

/m

2·h

·Pa

]

Z

[m2·h

·Pa

/m

g]

δ

[mg

/m

·h·P

a]

μ

[-]

Sd

[m]

P3 1.11·104 9.16 0.1092 0.45 1.6 7.75·10-2

P13 6.00·103 4.96 0.2015 0.24 2.9 1.43·10-1

În Tab. 4.26 sunt prezentate rezultatele determinării transmisiei la vapori de apă. În ceea ce priveşte factorul μ (factorul de rezistență la difuzia vaporilor de apă), ambele epruvete testate prezintă valori reduse. Dintre cele două tipuri de probe valoarea minimă s-a obţinut pentru cea preparată cu latex (P3).

Caracteristici de adsorbţie higroscopică

În cadrul acestei determinări s-au preparat epruvete cu

dimensiuni de 100x100x30 mm, 100x100x40 mm şi 100x100x50 mm.

Pentru trasarea curbei de sorbţie epruveta se usucă până la

stabilirea masei constante. Epruveta se plasează succesiv într-o serie de

medii de încercare având temperatură constantă şi umiditatea relativă

ce creşte faţă de mediul anterior. Se determină conţinutul de umiditate

al epruvetei la atingerea echilibrului în mediul considerat, după

obţinerea masei constante. Se procedează similar pentru toate mediile

de încercare alese. Se trasează curba de sorbţie după obţinerea

conţinutului de umiditate al epruvetei pentru fiecare umiditate relativă.

Mediile de încercare aveau umiditatea relativă de 30%, 50%, 80%,

respectiv 95%.

Pentru trasarea curbei de desorbţie se porneşte de la o atmosferă de condiţionare având umiditatea relativă de 95%, ceea ce corespunde ultimului punct de pe curba de sorbţie. Epruveta se plasează succesiv într-o serie de medii de încercare având temperatură constantă şi umiditatea relativă ce scade faţă de mediul anterior. Pentru toate mediile de încercare alese, se determină conţinutul de umiditate al epruvetei la atingerea echilibrului în mediul considerat. După finalizarea condiţionării epruvetei, aceasta se usucă până la masa constantă. Curba de desorbţie se trasează după obţinerea conţinutului de umiditate al epruvetei pentru fiecare umiditate relativă.

186

În Tab. 4.27, Fig. 4.78, Fig. 4.79, şi Fig. 4.80 sunt redate rezultatele determinării adsorbţiei higroscopice pentru probe cu grosimea de 3 cm (P3-3, P13-3), 4 cm (P3-4, P13-4) şi 5 cm (P3-5, P13-5). Se constată că valorile înregistrate pentru proba P13 (lână-răşină) sunt definite de o variaţie de tip histeresis, în timp ce valorile ale sorbţiei şi desorbţiei măsurate pentru P3 (lână-latex) sunt mai apropiate, diferenţa dintre cele două etape fiind mică. În cazul P3, în general, valoarea sorbţiei nu depăşeşte valoarea desorbţiei, însă în cazul probei P13 sorbţia este mai accentuată decât desorbţia. Conţinutul de umiditate al probei P3, în funcţie de umiditatea relativă a aerului, variază între 0.0045-0.078 kg/kg, iar pentru P13 această valoare este între 0.007-0.0755 kg/kg.

Tab. 4.27. Valorile conţinutului de umiditate ale probelor pentru umiditatea relativă

de 30%, 50%, 80% şi 95%.

Proba

Conţinut de umiditate [kg/kg]

Sorbţie Desorbţie

30% 50% 80% 95% 95% 80% 50% 30%

P3-3 0.0065 0.0380 0.0645 0.0780 0.0780 0.0695 0.0350 0.0160

P3-4 0.0045 0.0345 0.0630 0.0770 0.0770 0.0685 0.0330 0.0140

P3-5 0.0050 0.0350 0.0635 0.0775 0.0775 0.0685 0.0335 0.0145

P13-3 0.0090 0.0335 0.0620 0.0745 0.0745 0.0555 0.0150 0.0070

P13-4 0.0095 0.0330 0.0625 0.0755 0.0755 0.0620 0.0255 0.0105

P13-5 0.0100 0.0335 0.0630 0.0750 0.0750 0.0590 0.0200 0.0090

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

0

0.02

0.04

0.06

0.08

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

187

a) b)

Fig. 4.78. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-3 (lână-latex, grosime 3 cm); b)

P13-3 (lână-răşină, grosime 3 cm).

a)

Fig. 4.79. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-4 (lână-latex, grosime 4 cm); b)

P13-4 (lână-răşină, grosime 4 cm).

a) b)

Fig. 4.80. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-5 (lână-latex, grosime 5 cm); b)

P13-5 (lână-răşină, grosime 5 cm).

4.4.3.4. Caracteristici acustice

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

0

0.02

0.04

0.06

0.08

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

0

0.02

0.04

0.06

0.08

30% 50% 80% 95%

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e, u

[k

g/k

g]

Umiditate relativă [%]

sorbţie desorbţie

188

Absorbţie acustică

În Fig. 4.81, Fig. 4.82, Fig. 4.83, şi Tab. 4.28 sunt prezentate rezultatele determinării absorbţiei acustice. Testul s-a efectuat pentru probele P3, P13, respectiv P1-3S (probă de lână simplă, considerată în continuare probă etalon). Pentru probele P3 şi P13 s-au considerat probe cu grosimi de 3 cm (P3-3, P13-3), 4 cm (P3-4, P13-4) şi 5 cm (P3-5, P13-5).

Fig. 4.81. Curbele de absorbţie acustică ale probei P3 (lână-latex), având grosimi de 3

cm, 4 cm şi 5 cm, în comparaţie cu proba etalon de lână fără liant.

189

Fig. 4.82. Curbele de absorbţie acustică ale probei P13 (lână-răşină), având grosimi de

3 cm, 4 cm şi 5 cm, în comparaţie cu proba etalon de lână fără liant.

Comparând Fig. 4.81 şi Fig. 4.82 din punct de vedere al absorbţiei acustice, se observă că P13 (lână-răşină) se comportă superior faţă de P3 (lână-latex). Valorile αmax mai ridicate s-au măsurat pentru P13 în cazul fiecărei categorii de grosime. În cazul P3 variaţia coeficientului de absorbţie acustică este aproape liniară până la frecvenţa de 2000 Hz, valorile maxime fiind atinse la 3200 Hz pentru cele trei grosimi de epruvete. Pe de altă parte, în cazul probei P13 variaţia coeficientului de absorbţie acustică este asemănătoare cu cea a probei etalon, mai ales pentru proba cu grosimea de 5 cm. Vârful absorbţiei acustice s-a deplasat la frecvenţe tot mai reduse prin creşterea grosimii epruvetei pentru amândouă tipuri de epruvete.

190

Fig. 4.83. Curbele de absorbţie acustică ale probei P3 şi P13 cu grosimea de 5 cm, în

comparaţie cu proba etalon.

Din Fig. 4.83, privind comparaţia dintre probele lână-latex şi lână-

răşină, cu grosimea de 5 cm (P3-5 şi P13-5) faţă de proba etalon, având

grosimea de 5 cm, (fără liant, P1-3S), se observă că atât P1-3S cât şi P13-

5 prezintă absorbţie acustică ridicată pe întreaga gama de frecvenţe

analizate. În schimb, proba P3-5 este cel mai eficient la frecvenţe înalte.

Tab. 4.28. Coeficientul de absorbţie acustică (αmax), frecvenţa corespunzătoare

absorbţiei acustice maxime, respectiv coeficientul de reducere al zgomotului (NRC)

pentru probele testate.

Parametru P3-3 P3-4 P3-5 P13-3 P13-4 P13-5 P1-3S

αmax [-] 0.636 0.762 0.830 0.966 0.988 0.999 0.994

Frecvenţa

αmax [Hz]

3200 3200 3200 2364 1864 1436 1248

NRC [-] 0.234 0.321 0.394 0.437 0.540 0.657 0.726

4.4.4. Concluzii

191

Pe baza rezultatelor prezentate în acest capitol se pot formula următoarele concluzii:

Analiza microscopică şi cea chimică au confirmat dispersia liantului pe fibre;

Absorbţia de apă este mai mare în cazul probei cu răşină; Materialele testate sunt susceptibile la atacul microorganismelor; Creşterea densităţii are un efect diferit în cazul celor două tipuri

de liant: în cazul latexului s-au înregistrat două puncte minime ale conductivităţii (la densităţi de 62.03 kg/m3 şi 116.27 kg/m3), în timp ce pentru răşină s-a măsurat un punct minim (la densitatea de 98.27 kg/m3);

În general, răşina conduce la valori mai ridicate ale conductivităţii termice în comparaţie cu latexul;

Creşterea conductivităţii termice este proporţională cu cresterea procentului de liant;

Valorile minime ale conductivităţii termice s-au măsurat pentru probele preparate cu latex, având densitate ridicată, cu procentul de liant redus: 0.0324 W/mK (pentru proba P19 realizată prin amestecarea fibrelor cu latex, în procent de fibră/liant de 1/2, cu densitatea de 116 kg/m3) şi 0.0331 W/mK (pentru proba P23 realizată prin amestecarea fibrelor cu latex, în procent de fibră/liant de 1/2, cu densitatea de 138.74 kg/m3);

Valorile maxime ale conductivităţii termice s-au înregistrat pentru probele preparate cu răşină, având densitate ridicată, cu procentul de liant ridicat: 0.0436 W/mK (pentru proba P22, cu densitatea de 248.13 kg/m3) şi 0.0398 W/mK (pentru proba P18, cu densitatea de 205.53 kg/m3);

Considerând setul B de probe, valoarea conductivităţii termice scade pe măsură ce densitatea probelor este mai mare; conductivitatea termică variază între 0.0326-0.0372 W/mK;

Factorul de rezistență la difuzia vaporilor de apă este mai ridicat în cazul probei realizate cu răşină;

Absorbţia acustică a probei realizate cu răşină este mai apropiată de cea a probei etalon, realizată din lână fără liant.

192

193

5. Interpretarea rezultatelor şi discuţii generale

5.1. Introducere În acest capitol se prezintă o analiză comparativă între rezultatele obţinute în acest studiu şi datele raportate în literatura de specialitate. În cadrul analizei s-au considerat atât materiale pe bază de lână de oaie, cât şi alte materiale bazate pe fibre naturale, şi în unele cazuri, materiale sintetice. S-a analizat şi eficienţa optimizării panoului sandwich prin compararea valorilor originale cu cele obţinute în cadrul optimizării.

5.2. Panou sandwich pe bază de mortar şi miez de

lână

5.2.1. Rezistenţă la compresiune

Rezistenţa la compresiune obţinută în cadrul acestui studiu

pentru panoul sandwich este de 0.208 MPa. Analizând valorile raportate

în literatură pentru materiale similare, se constată că rezultatul obţinut

este comparabil cu acestea. Binici et al. [372] au prezentat un panou

termoizolant hibrid, cu rezistenţă la compresiune scăzută, datorită

porozităţii ridicate a compozitului. Valoarea rezistenţei la compresiune

varia între 0.283-0.312 MPa. Panoul sandwich testat în acest studiu are

o rezistenţă la compresiune mai ridicată decât EPS şi GW disponibile

comercial (Fig. 5.1). O placă de EPS cu grosimea de 50 mm, în general, are

o rezistenţă la compresiune de 0.05-0.10 MPa. Buska şi Mačiulaitis [373]

au determinat rezistenţa la compresiune a unor produse din vată

bazaltică, constatând că rezistenţa acestor produse variază între 0.0475-

0.0575 MPa. Având în vedere aceste rezultate, valorile obţinute în cadrul

acestui studiu sunt superioare, ceea ce poate fi datorat rezistenţei la

compresiune ridicată a placărilor.

194

Fig. 5.1. Comparaţie între valorile rezistenţei la compresiune pentru diferite materiale.

5.2.2. Rezistenţă la încovoiere

Valoarea rezistenţei la încovoiere măsurate pentru panoul

sandich este de 0.042 MPa. În literatură s-au raportat valori puţin mai

ridicate decât cea obţinută în acest studiu. Yang et al. [374] a preparat

prin presare la cald un panou sandwich format dintr-un miez de aşchii

de bambus în formă de tablă ondulată placată cu plăci de MDF. După

evaluarea proprietăţilor mecanice a panoului multistrat, s-a observat că

rezistenţa la încovoiere are valori ridicate, de aproximativ 16.7-21.3

MPa. Binici et al. [372] a prezentat rezultatele determinării rezistenţei la

încovoiere a unor probe, valoarea variind între 0.06-0.09 MPa. Ceea ce

priveşte materialele sintetice, rezistenţa la încovoiere a EPS este în jur de

0.075-0.25 MPa [375]. În Fig. 5.2 este prezentată comparaţia dintre

materialele prezentate în literatura de specialitate şi panoul sandwich

studiat.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Panou sandwichdin acest studiu

Panou multistratde floarea-soarelui

[1]

Vată bazaltică [2] EPSRez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[MP

a]

Tipuri de materiale

195

Fig. 5.2. Comparaţie între valorile rezistenţei la încovoiere pentru diferite materiale.

5.2.3. Conductivitate termică

Conductivitatea termică a panoului sandwich studiat este de

0.077 W/mK. Valorile măsurate pentru structuri similare sunt puţin mai

reduse, însă scopul principal al acestui panou sandwich nu era cea de

termoizolaţie. Huang et al. [376] a determinat atât caracteristicile

acustice, cât şi cele termice pentru panoul studiat, obţinând valori ale

conductivităţii termice între 0.0279-0.0495 W/m·K. Efe et al. [377] a

investigat o structură sandwich construit cu un miez din tulpini întregi

de floarea-soarelui legate cu răşină epoxidică şi placări din plăci MDF,

fabricată prin presare la cald. Valoarea conductivităţii termice a

compozitului variază între 0.045-0.060 W/m·K, în funcţie de metoda de

determinare. Binici et al. [372] a studiat un panou multistrat, alcătuit din

straturi de tulpină de floarea-soarelui, deşeuri de bumbac şi deşeuri

textile, legate cu răşină epoxidică. Compozitele rezultate aveau

conductivitate termică redusă, valoarea variind în intervalul 0.2616-

0.0728 W/m·K.

Materialele sintetice, precum EPS şi GW, sunt favorizate în locul

materialelor naturale datorită conductivităţii termice reduse ale

acestora. În general, conductivitatea termică variază între 0.031-0.038

W/m·K în cazul EPS, respectiv între 0.031-0.037 W/m·K pentru GW,

considerând valori ale densităţii de 15-35 kg/m3 pentru EPS şi 15-75

kg/m3 pentru GW [176]. De obicei, proprietatea termoizolantă a unui

0.01

0.1

1

10

100

Pan

ou

san

dw

ich

din

ace

st s

tud

iu

Pan

ou

mu

ltis

trat

de

flo

area

-so

arel

ui [

1]

Pan

ou

san

dw

ich

pe

baz

ă d

eb

amb

us

[3] EP

S

Rez

iste

nţă

la

înco

vo

iere

[M

Pa]

Tipuri de materiale

196

material este îmbunătăţită prin prezenţa aerului inclus dintre fibre sau

în celule, datorită faptului că aerul are o valoare a conductivităţii termice

reduse, în consecinţă densitatea acestor materiale devine scăzută. În Fig.

5.3 se prezintă valoarea conductivităţii termice a panoului sandwich, în

comparaţie cu alte materiale similare, descrise anterior.

Fig. 5.3. Comparaţie între valorile consuctivităţii termice pentru diferite materiale.

În ciuda faptului că panoul sandwich prezintă o densitate

aparentă ridicată (546 kg/m3), valoarea conductivităţii termice obţinute

este destul de scăzută. Acest aspect poate fi atribuit structurii tubulare a

fibrelor de lână. Interiorul fibrelor, denumit strat medular, are aspectul

unui canal care este umplut cu aer [200]. Fibrele, de asemenea, sunt

prezente şi în compoziţia placărilor, care pot contribui la reducerea

conductivităţii termice a structurii sandwich. Mai mult, s-a demonstrat

că valoarea conductivităţii termice a ansamblurilor de lână scade cu

creşterea densităţii [378].

5.2.4. Absorbţie acustică

În ceea ce priveşte caracteristicile de absorbţie acustică ale

panoului sandwich, valoarea maximă a coeficientului de absorbţie

acustică variază între 0.780-0.903. Aceste valori măsurate sunt mai

ridicate decât cele ale unor materiale similare identificate în literatură.

În literatura de specialitate datele disponibile referitoare la performanţa

acustică a panourilor sandwich bazate pe fibre naturale sunt limitate,

însă există unele studii cu privire la determinarea absorbţiei acustice a

00.05

0.10.15

0.20.25

0.3

Pan

ou

san

dw

ich

din

ace

st s

tud

iu

Pan

ou

mu

ltis

trat

de

flo

area

-so

arel

ui [

1]

Fib

re d

ep

oli

este

r-co

cos

[5]

Tu

lpin

i de

flo

area

-so

arel

ui

[6]

EP

S

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Tipuri de materiale

197

unor compozite hibride. Zulkifli et al. [379] a evaluat proprietăţile

acustice ale unui panou multistrat format dintr-un miez de fibre de nucă

de cocos tratate şi placări dintr-un compozit pe bază de fibre de cocos-

răşină poliesterică. Rezultatele obţinute arată că valorile cele mai

ridicate ale absorbţiei acustice variază între 0.70-0.80 între frecvenţele

de 1000-1800 Hz. Huang et al. [376] a preparat prin pâslare cu acul şi

termo-formare un compozit multistrat alcătuit din fibre de poliester şi

fibre de cocos aşezate alternant în mai multe straturi. Absorbţia acustică

medie a panoului era între 0.604-0.711. Wang et al. [380] a studiat

proprietăţile acustice a unui compozit multistrat format prin presare la

cald din pelicule de polietilenă şi dintr-un compozit de fibre de sisal-

poliuretan, aşezate alternant în mai multe straturi. S-a constatat că

absorbţia acustică maximă a compozitului poate atinge valoarea de 0.71

la frecvenţa de 3150 Hz.

În Fig. 5.4 este prezentat analiza comparativă dintre valorile

obţinute în acest studiu şi valorile raportate în literatură pentru

materiale similare.

Fig. 5.4. Comparaţie între valorile coeficientului de absorbţie acustică maximă pentru

diferite materiale; P0, P1, P2, P3 şi PM sunt probele preparate în cadrul acestui studiu.

5.2.5. Izolare la zgomot aerian

Valoarea izolării la zgomot aerian a panoului sandwich este de 38

dB, pentru o grosime de 50 mm, valoare puţin redusă faţă de cea a

materialelor similare. Díaz et al. [381] a studiat izolarea la zgomot aerian

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

P0

P1

P2

P3

PM

Fib

re d

e n

ucă

de

coco

s [

10

]

Fib

re d

e si

sal-

po

liu

reta

n [

11

]

Co

efic

ien

t d

e ab

sorb

ţie

acu

stic

ă m

axim

ă [-

]

Tipuri de materiale

198

a unui panou sandwich natural construit din trestie placat cu plăci MDF.

S-a constatat că panoul cu grosimea de 82 mm avea indicele de izolare la

zgomot aerian de 39 dB. Majoritatea structurilor multistrat pentru

izolare la zgomot aerian sunt bazate pe vată minerală. O astfel de

structură, alcătuită dintr-un miez de vată minerală şi placări din gips

carton, cu grosimea totală de 125 mm, are valoarea Rw egală cu 41 dB

[357].

În Fig. 5.5 sunt redate valorile indicelui de izolare la zgomot

aerian pentru diferite materiale descrise anterior, respectiv mărimea

obţinută în acest studiu.

Fig. 5.5. Comparaţie între valorile indicelui de izolare la zgomot aerian pentru diferite

materiale.

5.3. Mortare pe bază de var şi fibre de lână

5.3.1. Rezistenţă la compresiune

Rezistenţa la compresiune a mortarelor preparate în setul A (cu procente de fibre şi tip de adaos organic diferiţi) variază între 0.30-2.13 MPa, iar valorile din setul B (lungimi de fibre şi tip de adaos organic pe bază de orez diferite) sunt situate între 0.46-2.32 MPa. Faţă de aceste valori, cele raportate în literatură, în general, sunt mai reduse. Mortarul pe bază de var hidratat şi adaos de pastă de orez s-a studiat de Zhao et al. [382]. Pasta de orez s-a preparat prin fierberea apei şi făinii de orez timp de 4 ore. Dozajul pastei era de 5% în compoziţia mortarului. S-a constatat

36

37

38

39

40

41

42

Panou sandwich din aceststudiu

Pansou sandwich dintrestie [12]

Vată minerală şi placăridin gips carton [13]

Ind

icel

e d

e iz

ola

re l

a zg

om

ot

aeri

an [

dB

]

Tipuri de materiale

199

că pasta de orez accelerează priza şi întărirea mortarului de var, măreşte rezistenţa la compresiune (valoarea la 28 de zile varia între 9.50-9.77 N/mm2), totodată reduce densitatea (1190 kg/m3) şi rezistenţa împotriva acţiunii apei. În comparaţie cu mortarul de referinţă, structura mortarului cu adaos era mai compactă şi omogenă. Studiul efectuat de către Di Bella et al. asupra unor mortare pe bază de var hidratat, zeolit, nisip, perlit expandat, diferiţi aditivi şi trei tipuri de fibre, polipropilenă, chenaf şi sisal, arată că rezistenţa la compresiune are valori reduse (0.33-0.39 N/mm2 la vârsta de 28 de zile), datorită vitezei reduse a carbonatării [383]. În cazul compozitului pe bază de var şi fibre de curmal, studiat de Belakroum et al. [384], s-a constatat că creşterea conţinutului de fibre produce scăderea rezistenţei la compresiune, valoarea scăzând de la 0.6 N/mm2 (20% fibre) la 0.2 N/mm2 (50% fibre), la vârsta epruvetelor de 30 de zile. Rezistenţa la compresiune a mortarului studiat de de Bruijn et al. [385], pe bază de var hidraulic, var hidratat si fibre de cânepă, variază între 0.15-0.20 N/mm2. Înglobarea deşeurilor textile în compoziţia unui mortar pe bază de var s-a studiat de Gonilho-Pereira et al. [386]. S-a observat că creşterea conţinutului de fibre influenţează în mod pozitiv rezistenţa la compresiune şi încovoiere, fără a influenţa absorbţia capilară. Proprietăţile mecanice ale mortarului preparat pe bază de var, nisip şi fibre textile variază în funcţie de cantitatea de fibre folosită, rezistenţa la compresiune maximă având valoarea de 1.67 N/mm2 (la vârsta de 28 de zile). În Fig. 5.6 sunt prezentate rezultatele programului experimental, cu referire la valorile raportate în literatura de specialitate.

0.04

0.2

1

5

25

Setu

l A d

in a

cest

stu

diu

Setu

l B d

in a

cest

stu

diu

Mo

rtar

de

var

şi

adao

s d

e p

astă

de

ore

z [1

4]

Mo

rtar

de

var

şi

fib

re [

15

]

Mo

rtar

de

var

şi

fib

re d

e cu

rmal

[16

]

Mo

rtar

de

var

şi

fib

re d

e câ

nep

ă[1

7]

Mo

rtar

de

var

cu

deş

euri

tex

tile

[18

]

Rez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[MP

a]

Tipuri de materiale

200

Fig. 5.6. Rezistenţa la compresiune a mortarelor preparate; valorile din setul A şi B

corespund valorilor minime şi maxime înregistrate.

5.3.2. Rezistenţă la încovoiere

Valorile rezistenţei la încovoiere obţinute în acest studiu pentru mortarele din setul A de probe (diferă procentul de fibre şi tipul de adaos organic) este între 0.28-1.32 MPa, iar pentru setul B (diferă lungimea de fibră şi tipul de adaos organic) de probe valorile măsurate variază între 0.41-1.32 MPa. Aceste valori sunt mult mai ridicare decât cele raportate în literatură pentru compozite similare. Rezistenţa la încovoiere a unor mortare pe bază de var hidratat armate cu fibre, studiate de Di Bella et al. [383], arată că valoarea rezistenţei mecanice variază între 0.30-0.39 N/mm2. Utilizarea deşeurilor textile în compoziţia unui mortar pe bază de var, studiat de Gonilho-Pereira et al. [386], are o influenţă pozitivă asupra rezistenţei la încovoiere. Rezistenţa la încovoiere maximă înregistrată era de 0.60 N/mm2. În Fig. 5.7 sunt prezentate valorile obţinute în cadrul acestui studiu, în comparaţie cu valorile extrase din literatură pentru materiale similare.

Fig. 5.7. Rezistenţa la încovoiere a mortarelor preparate; valorile din setul A şi B

corespund valorilor minime şi maxime înregistrate.

5.3.3. Absorbţie de apă

Valorile absorbţiei de apă măsurate pentru probele din setul B variază între 0.83-3.00 kg/m2min1/2. Analizând valorile unor compozit

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Setul A din aceststudiu

Setul B din aceststudiu

Mortar de var şifibre [15]

Mortar de var cudeşeuri textile [18]R

ezis

ten

ţă l

a în

cov

oie

re [

MP

a]

Tipuri de materiale

201

similare, valorile obţinute în acest studiu sunt mai ridicate. Ravi et al. [387] a studiat un mortar pe bază de var hidraulic cu adaos de extract de cactus (Opuntia ficus Indica). Adaosul organic era prezent în diferite concentraţii cu durată de fermentare variabilă. Autorii au constatat că un dozaj de 75% al adaosului organic cu durata de fermentare de o zi are cele mai favorabile efecte asupra rezistenţelor mecanice, limitând totodată absorbţia de apă prin capilaritate. Pentru această reţetă valoarea absorbţiei de apă era mai mică cu 14.6% faţă de mortarul de referinţă, iar în cazul rezistenţelor mecanice rezistenţa la compresiune era cu 72% şi rezistenţa la încovoiere cu 60.3% mai ridicată decât valorile reţetei standard. Izaguirre et al. [388] a studiat efectul fibrelor de polipropilenă asupra mortarelor de var aerian (hidratat). S-a constatat că, în funcţie de dozajul de fibre, unele proprietăţi ale compozitelor sunt îmbunătăţite. Rezistenţele mecanice optime s-au obţinut pentru un dozaj mai redus de fibre. Tipul de fibre testat nu a influenţat semnificativ absorbţia de apă prin capilaritate, însă valoarea mai redusă (2.31-2.40 kg/m2min1/2) s-a obţinut pentru dozajul de fibre mai redus. Prezenţa fibrelor în compozit a contribuit la controlul contracţiei datorat excesului apei de amestecare. Izaguirre et al. [389] a studiat efectul unor aditivi cu acţiune hidrofobă asupra mortarelor de var hidratat. Aceşti aditivi erau recomandaţi mortarelor pe bază de ciment. S-a observat că aditivul insolubil în apă (stearat de calciu) era mai puţin eficient faţă de unul cu solubilitate mai ridicată (oleat de sodiu) în ceea ce priveşte rezistenţele mecanice, absorbţia de apă şi contracţia. Atât rezistenţa la compresiune, cât şi rezistenţa la încovoiere ale probelor cu aditivi la vârsta de 28 de zile erau mai ridicate decât valorile mortarelor standard. Absorbţia de apă prin capilaritate ale probelor cu aditivi variau între 0.06-1.59 kg/m2min1/2. Nunes et al. [390] a studiat proprietăţile unor mortare pe bază de var hidratat şi metacaolin cu adaos de ulei de in. Componenta organică s-a adăugat în masa mortarului pentru a-i conferi un caracter hidrofob. În urma efectuării testelor, s-a constatat că uleiul de in a contribuit la reducerea ratei de absorbţie capilară, respectiv a împiedicat fisurarea mortarului în timpul întăririi, fără diminuarea rezistenţelor mecanice. Astfel, valoarea coeficientului de absorbţie era de 2.5 kg/m2h1/2. Silva et al. [391] a preparat reţete de mortare pe bază de var hidratat şi a studiat influenţa unui adaos de var hidraulic asupra proprietăţilor mortarului. S-a constatat că un conţinut de var hidraulic mai mare de 25% conduce la rezistenţe mecanice iniţiale mari. Pe de altă

202

parte, absorbţia şi desorbţia apei pentru aceste reţete, în comparaţie cu un mortar standard de var hidratat, este mai ridicată. Astfel, absorbţia de apă prin capilaritate variază între 0.156-0.191 kg/m2s1/2, pentru dozaje de var hidraulic între 10-75%, valorile minime obţinându-se pentru reţetele cu un conţinut de var hidraulic mai scăzut. Garabito et al. [392] a studiat mortare de var cu adaos de pulbere de poliamidă, destinate lucrărilor de reparaţii. S-a constatat că adaosul de pulbere de poliamidă are ca efect creşterea raportului de var/apă, reducerea rezistenţelor mecanice şi reducerea absorbţiei prin capilaritate. Astfel absorbţia de apă variază între 1.52-1.58 kg/m2min1/2. Mydin [393] a studiat proprietăţile unor mortare pe bază de var hidratat şi adaos de albuş de ou. S-a constatat că rezistenţele mecanice ale compozitelor sunt sporite prin creşterea conţinutului de adaos organic, până la un dozaj de 6% de albuş de ou. Din punctul de vedere al absorbţiei de apă prin capilaritate, adaosul organic are un efect favorabil asupra acestei proprietăţi până la un dozaj de 6%. Fusade et al. [394] a studiat efectul cenuşii de biomasă asupra proprietăţilor mortarelor de var. S-a constatat că adăugarea cenuşii în reţeta compozitelor induce dezvoltarea al unui număr ridicat de pori deschişi, contribuind astfel la creşterea absorbţiei de apă prin capilaritate (428.66-551.69 g/m2min1/2), respectiv favorizează dezvoltarea rezistenţei la compresiune. Dozajul optim pentru cenuşa de biomasă este în jur de 20-40%, la procente mai ridicate apar efecte adverse, precum contracţia la uscare ridicată. Anna et al. [395] a studiat proprietăţile de transfer de apă şi contracţia la uscare a mortarelor pe bază de var hidratat. S-a observat că mortarele cu un conţinut mai ridicat de var sunt predispuse la o absorbţie de apă mai ridicată, în timp ce mortarele cu un conţinut mai ridicat de agregate sunt caracterizate prin uscare mai rapidă (contracţie mai ridicată) şi permeabilitate (la apă şi vapori de apă) mai ridicată. Astfel, valorile obţinute pentru absorbţia de apă prin capilaritate variază între 0.030-0.042 g/cm2min1/2. În Fig. 5.8 sunt prezentate rezultatele studiului, în comparaţie cu alte tipuri de mortare, descrise anterior.

203

Fig. 5.8. Absorbţia de apă a mortarelor preparate; valorile din setul B corespund

valorilor minime şi maxime înregistrate.

5.4. Panouri compozite pe bază de lână şi lianţi

5.4.1. Conductivitate termică

În general, valori ridicate ale densităţii implică valori ridicate ale conductivităţii termice. Astfel de rezultate au fost înregistrate în cazul mai multor fibre naturale, precum bambus, [396], paie de orez, [158], sau fibre de iută [397]. Însă, pentru unele materiale creşterea densităţii conduce la valori scăzute ale conductivităţii termice. Acest fenomen s-a observat în cazul fibrelor de cânepă [398], paie [144], trestie [399] lână de oaie [309], pene de pasăre [400], fibre de polimeri sintetici [401], şi fibre ceramice [402]. Acest tip de corelare dintre densitate şi conductivitate termică poate fi explicat prin diferite căi. După Pruteanu [144] reducerea volumului de aer din masa materialului are ca efect reducerea transferului de căldură prin convecţie, ceea ce rezultă în valori scăzute ale conductivităţii termice. Concluzii similare au fost formulate de către Asdrubali et al. [399]. După Ye et al. [309], structura materialului sau metoda de testare ar putea produce acest tip de corelare. În cazul unor compozite armate cu fibre naturale s-a observat că prin mărirea dozajului de fibre, valoarea conductivităţii termice creşte iniţial, după care începe să scadă. Dacă se depăşeşte punctul optim de densitate, structura tubulară a fibrelor devine mai deformată prin compactarea compozitului. Astfel, s-a constatat că în cazul fibrelor de in,

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Setul B din aceststudiu

Mortar de var cufibre de

polipropilenă [20]

Mortar de var cuaditiv

hidrofobizant [21]

Mortar de var cupulbere de

poliamidă [24]

Ab

sorb

ţia

de

apă

[kg/

m2m

in1

/2]

Tipuri de materiale

204

creşterea densităţii prin utilizarea unei cantităţi mai ridicate de fibre în compozit produce scăderea conductivităţii termice. Contribuţia fibrelor la capacitatea de termoizolare nu se manifestă prin structura lor tubulară, ci prin densificarea microfibrilelor care contribuie la disiparea energiei termice [403]. După studiul efectuat pe compozite polimerice armate cu fibre de iută, creşterea procentului de fibre din compozit conduce la obţinerea unei conductivităţi termice scăzute. Prin creşterea procentului de fibre implicit se majoreză densitatea compozitului, ceea ce rezultă în contacte mărite dintre fibre, fapt prin care se explică valorile scăzute ale conductivităţii termice [404]. Kosiński et al. [405] au studiat proprietăţile de izolate termică a fibrelor de cânepă şi au observat o variaţie invers proporţională între conductivitate termică şi densitate. S-a ajuns la observaţia că orice material se poate caracteriza printr-un punct optim al densităţii pentru care conductivitatea termică este minimă. Studiul efectuat de Stapulionienė et al. [406] despre influenţa tehnologiei de realizare şi densităţii asupra conductivităţii termice a fibrelor naturale (in şi cânepă) arată că variaţia conductivităţii termice este guvernată de punctul optim al densităţii. Înainte de atingerea densităţii optime conductivitatea termică este invers proporţională cu densitatea, iar după ce se depăşeşte puctul optim variaţia este una proporţională sau este neglijabilă. Pe de altă parte, dintre tehnologiile de procesare studiate (scărmănare, trecere prin role striate, mărunţire, sau decorticare), scărmănarea conduce la cele mai scăzute valori ai conductivităţii termice. Dintre componentele transferului termic în cazul materialelor fibroase, radiaţia are cel mai mare aport, urmat de conducţie prin aer şi conducţie prin fibre [407]. Conducţia este direct proporţională cu densitatea, datorită contactului ridicat dintre fibre, iar radiaţia variază invers proporţional cu densitatea, datorită scăderii volumului de aer din material [402]. Deoarece scăderea componentei din radiaţie este mai accentuată decât creşterea componentei din conducţie, conductivitatea totală a materialului scade cu incrementul densităţii [408]. Valorile conductivităţii termice pentru panourile de lână din setul A (realizate cu lianţi: răşină şi latex) din acest studiu variază între 0.033-0.044 W/mK, iar valorile din setul B (realizate fără lianţi) sunt situate între 0.033-0.037 W/mK. Comparativ cu aceste valori, cele identificate în literatură, în general, sunt mai ridicate. Bosia et al. [308] a studiat un panou din lână reciclată ce avea valoarea conductivităţii termice de

205

0.040-0.054 W/mK. Ye et al. [309] a obţinut valori ale coeficientului de conductivitate termică a panourilor de lână de 0.034-0.067 W/mK. Patnaik et al. [222] a obţinut pentru compozite de lână-poliester conductivitate termică între 0.032-0.033 W/mK. Guna et al. [310] a studiat panouri alcătuite din lână-polipropilenă, cu valoarea λ între 0.058-0.083 W/mK. Rubino et al. [311], pentru probe de lână-chitosan, a obţinut valori ale λ de 0.049-0.060 W/m·K. În Fig. 5.9 sunt prezentate rezultatele conductivităţii termice al acestui studiu, cu referire la materialele relevante din literatură.

Fig. 5.9. Conductivitatea termică a probelor preparate; valorile din setul A şi B

corespund valorilor minime şi maxime înregistrate.

5.4.2. Transmisie la vapori de apă

Factorul de rezistență la difuzia vaporilor de apă (μ) este un parametru ce desemnează capacitatea unui material de a se opune transferului vaporilor de apă prin masa lui. Cu cât această valoare este mai scăzută, cu atât materialul este mai permeabil. Factorul μ al probelor analizate este de 1.6 pentru P3 (realizat cu latex) şi 2.9 pentru P13 (realizat cu răşină). Aceste valori sunt comparabile, sau mai reduse decât cele raportate în literatură. Orlik-Kożdoń şi Steidl [409] au studiat un material termoizolant poros, pe bază de polistiren reciclat şi ciment. În urma studiilor efectuate valoarea factorului de rezistență la difuzia vaporilor de apă al materialului testat era de 7. Collet et al. [351] au studiat proprietăţile unor compozite pe bază de cânepă, obţinând valori ale factorului μ de 3.6-3.7. Hegyi et al.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Setu

l A d

in a

cest

stu

diu

Setu

l B d

in a

cest

stu

diu

Pan

ou

de

lân

ă[3

4]

Pan

ou

de

lân

ăre

cicl

ată

[44

]

Pan

ou

de

lân

ă-p

oli

este

r [4

5]

Pan

ou

din

lân

ă-p

oli

pro

pil

enă

[46

]

Pan

ou

din

lân

ă-ch

ito

san

[4

7]

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Tipuri de materiale

206

[220] au studiat un material termoizolant pe bază de lână de oaie din perspectiva comportării faţă de vapori de apă. Autorii au înregistrat valori ale factorului μ între 2.6 şi 9.7. Tuzcu [204] a măsurat valori ale facuorului μ între 1.20-2.12 pentru lână de oaie. Bosia et al. [308] a dezvoltat un panoul din lână reciclată cu factorul μ de 5-6. În Fig. 5.10 este redată analiza comparativă privind factorul μ obţinut în acest studiu şi rezultatele relevante din literatură.

Fig. 5.10. Factorul de rezistență la difuzia vaporilor de apă a probelor preparate.

5.4.3. Caracteristici de adsorbţie higroscopică

Adsorbţia higroscopică al fibrelor de lână este alcătuită din două fenomene: sorbţia umidităţii urmată de desorbţia acesteia. Rezultatele obţinute sunt în contradicţie cu cele raportate în literatura de specialitate, unde rezultatele s-au dat pentru fibre neacoperite cu liant. Când curba desorbţiei este mai accentuată decât curba sorbţiei (cazuri raportate în literatură), cantitatea de apă cedată este mai mare decât cea adsorbită. În cazul în care curba sorbţiei este deasupra curbei de desorbţie (cazul obţinut în acest studiu) indică faptul că există o acumulare de umiditate în masa materialului. Faptul că fibrele sunt acoperite cu liant poate influenţa viteza şi gradul sorbţiei şi desorbţiei, ceea ce ar putea rezulta într-o asorbţie neobişnuită. Majoritatea suprafeţei fibrelor este acoperită cu liant, astfel fenomenul de adsorbţie al fibrelor este puţin împiedicată. Datorită acestui fapt, diferenţa dintre valoarea minimă şi cea maximă a

02468

1012

P3

P1

3

Pan

ou

din

lân

ăre

cicl

ată

[44

]

Pan

ou

din

po

list

iren

reci

clat

-cim

ent

[48

]

Pan

ou

din

cân

epă

[49

]

Pan

ou

de

lân

ă-fi

bre

sin

teti

ce[5

0]

Pan

ou

din

lân

ă[5

1]

Fac

toru

l de

rezi

sten

ță l

a d

ifu

zia

vap

ori

lor

de

apă

[-]

Tipuri de materiale

207

conţinutului de umiditate al probelor este destul de mică, ceea ce, de asemenea, poate conduce la acest fenomen invers de variaţie a curbelor. Adsorbţia higroscopică a materialelor analizate în acest studiu variază între 0.0045-0.078 kg/kg pentru P3 (realizat cu latex) şi 0.007-0.0755 kg/kg pentru P13 (realizat cu răşină). Hegyi et al. [220] în studiul lor efectuat asupra unor materiale din lână-fibre termosensibile au raportat valori ale cantităţii de apă adsorbite între 0.01-0.33 kg/kg, în funcţie de umiditatea relativă. În Fig. 5.11 este prezentat rezultatul obţinut în acest studiu în comparaţie cu cele raportate de Hegyi et al. [220].

Fig. 5.11. Conţinut de umiditate din adsorbţie a probelor preparate.

5.4.4. Absorbţie acustică

Valorile coeficientului de absorbţie acustică ale panourilor realizate în acest studiu, considerând grosimea maximă de 50 mm a epruvetei, sunt de 0.83 pentru P3 (realizat cu latex), 0.99 pentru P13 (realizat cu răşină) şi 0.99 pentru P1-3S (realizat fără liant). Considerând valorile identificate în literatură şi valorile măsurate în acest studiu, se observă că rezultatele acestui studiu sunt mai ridicate. Guna et al. [310] au studiat un material pe bază de fibre de lână şi fibre de polipropilenă (cu grosimea de 30 mm), având un coeficient de absorbţie acustică maximă de 0.86 între 1500 şi 2500 Hz. Broda şi Bączek [410] au investigat proprietăţile unor probe de lână (cu grosimea de 10.6 mm), măsurând valoarea maximă a absorbţiei acustice de 0.95 la 3150 Hz.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

P3 P13 Panou de lână-fibresintetice [50]

Co

nţi

nu

t d

e u

mid

itat

e d

in

adso

rbţi

e [k

g/k

g]

Tipuri de materiale

208

Cu privire la valoarea NRC şi coeficienţii de absorbţie acustică la frecvenţe standardizate, comparaţia dintre materialele studiate în acest program experimental şi alte materiale fibroase este redată în Tab. 5.1 şi Fig. 5.12.

Tab. 5.1. Coeficienţii de absorbţie acustică în funcţie de frecvenţe, respectiv valoarea

NRC pentru diferite materiale.

Material Grosime

[mm]

Frecvenţă [Hz] NRC Ref.

125 250 500 1000 2000

P3 50 0.07 0.12 0.23 0.45 0.78 0.39 Acest

studiu P13 50 0.08 0.23 0.54 0.95 0.91 0.66

P1-3S 50 0.10 0.30 0.67 0.98 0.95 0.73

Lână de

oaie

40 0.10 0.14 0.36 0.73 0.94 0.55 [180]

60 0.15 0.28 0.66 0.95 0.94 0.70

Lână

brută

50 0.12 0.21 0.38 0.70 0.72 0.50 [315]

Fibre de

cocos

40 0.27 0.41 0.69 0.81 0.62 0.63 [411]

Cânepă 30 0.01 0.15 0.25 0.51 0.70 0.40 [180]

Cânepă-

var

300 - - 0.42 0.37 0.41 0.40 [412]

209

Fig. 5.12. Coeficienţii de absorbţie acustică în funcţie de frecvenţe pentru diferite

materiale.

5.5. Eficienţa optimizării stratului exterior al

panoului sandwich

În acest subcapitol se vor analiza rezultatele obţinute pentru

mortarele pe bază de var privind eficienţa acestora faţă de stratul

exterior original al panoului sandwich. În Tab. 5.2 se prezintă notaţiile

reţetelor şi explicaţia acestora pentru care s-au înregistrat valori mai

bune ale proprietăţilor analizate.

Tab. 5.2. Notaţiile reţetelor de mortar cele mai performante şi explicaţia acestora.

Reţeta Descrierea

V5-R2 Procent de fibre: 1.35%; Adaos organic: pastă de orez caldă

V1-R2 Procent de fibre: 0.15%; Adaos organic: pastă de orez caldă

V2-R1 Procent de fibre: 0.45%; Adaos organic: pastă de grâu caldă

V2-R2 Procent de fibre: 0.45%; Adaos organic: pastă de orez caldă

L1-R Lungime de fibre: 1-3 mm; Adaos organic: pastă de orez rece

L2-R Lungime de fibre: 5-6 mm; Adaos organic: pastă de orez rece

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

125 250 500 1000 2000

Co

efic

ien

t d

e ab

sorb

ţie

acu

stic

ă [-

]

Frecvenţă [Hz]

P3

P13

P1-3S

Lână de oaie 40 mm [53]

Lână de oaie 60 mm [53]

Lână brută [54]

Fibre de cocos [55]

Cânepă [53]

Cânepă-var [56]

210

L3-R Lungime de fibre: 10-11 mm; Adaos organic: pastă de orez rece

V0-R Procent de fibre: 0%; Adaos organic: pastă de orez rece

V5-R3 Procent de fibre: 1.35%; Adaos organic: pastă de porumb caldă

5.5.1. Rezistenţă la compresiune

Valoarea rezistenţei la compresiune al stratului exterior al

panoului sandwich în comparaţie cu valorile maxime obţinute în cadrul

optimizării este prezentată în Fig. 5.13.

Fig. 5.13. Rezultatele optimizării placării privind rezistenţa la compresiune; V5-R2 -

reţeta folosită pentru stratulexterior al panoului sandwich.

Analizând Fig. 5.13 se observă că rezistenţa la compresiune a

mortarul ales pentru stratul exterior al panoului sandwich poate fi

îmbunătăţită. Prin schimbarea tipului de adaos organic valoarea

rezistenţei la compresiune poate fi sporită, indiferent de lungimea fibrei

din compozit. Astfel, folosirea de pastă de orez rece are efecte benefice

asupra rezistenţei la compresiune.

5.5.2. Rezistenţă la încovoiere

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

V5-R2 V1-R2 V2-R1 V2-R2 L1-R L2-R L3-R V0-R

Rez

iste

nţă

la

com

pre

siu

ne

[MP

a]

Epruvetă

211

Valorile rezistenţei la încovoiere pentru stratul exterior al panoului sandwich şi mortarele realizate cu scopul optimizării sunt prezentate în Fig. 5.14.

Fig. 5.14. Rezultatele optimizării placării privind rezistenţa la încovoiere; V5-R2 -

reţeta folosită pentru stratul exterior al panoului sandwich.

Din Fig. 5.14 reiese că doar două reţete preparate în cadrul optimizării au avut valori mai ridicate ale rezistenţei la încovoiere decât reţeta originală. Prin folosirea de adaos de pastă de porumb caldă (cu aceeaşi lungime de fibre ca reţeta originală) sau pastă de orez rece (cu lungimi mai mari de fibre ca reţeta originală) la formularea reţetei mortarului, se pot obţine majorări ale rezistenţei la încovoiere.

5.6. Eficienţa optimizării stratului interior al

panoului sandwich În acest subcapitol se vor analiza rezultatele obţinute pentru

panourile compozite pe bază de lână şi lianţi privind eficienţa acestora

faţă de stratul interior original al panoului sandwich. În Tab. 5.3 se

prezintă notaţiile reţetelor şi explicaţia acestora pentru care s-au

înregistrat valori mai bune ale proprietăţilor analizate.

Analiza îmbunătăţirii proprietăţilor termice şi acustice se va

efectua pentru probe cu grosimea de 30 mm.

1.18

1.2

1.22

1.24

1.26

1.28

1.3

1.32

V5-R2 V5-R3 L3-R

Rez

iste

nţă

la

înco

vo

iere

[M

Pa]

Epruvetă

212

Tab. 5.3. Notaţiile reţetelor de panouri cele mai performante şi explicaţia acestora.

Reţeta Descrierea

PM Stratul interior (miezul) panoului sandwich

P3-3 Densitatea fibrelor: 0.03 g/cm3; liant: latex; fibre/liant 1/2

P13-3 Densitatea fibrelor: 0.078 g/cm3; liant: răşină; fibre/liant 1/2

P19-3 Densitatea fibrelor: 0.096 g/cm3; liant: latex; fibre/liant 1/2

P20-3 Densitatea fibrelor: 0.096 g/cm3; liant: latex; fibre/liant 1/4

P23-3 Densitatea fibrelor: 0.114 g/cm3; liant: latex; fibre/liant 1/2

P1-3S Temperatură de procesare: 40°C; masa fibrelor: 192 g

P2-3S Temperatură de procesare: 60°C; masa fibrelor: 192 g

5.6.1. Conductivitate termică

Valorile conductivităţii termice minime obţinute în cadrul acestui

studiu şi valoarea obţinută pentru stratul interior al panoului sandwich

sunt redate în Fig. 5.15.

Fig. 5.15. Rezultatele optimizării miezului privind conductivitatea termică; PM - reţeta

folosită pentru stratul interior al panoului sandwich.

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

PM P3-3 P13-3 P19-3 P20-3 P23-3 P1-3S P2-3S

Co

nd

uct

ivit

ate

term

ică

[W/m

K]

Epruvetă

213

Din Fig. 5.15 se observă că valoarea conductivităţii stratului interior al panoului sandwich este mai ridicată decât valorile celor mai performante probe realizate în cadrul optimizării. Astfel, aceste tipuri de epruvete nou realizate reprezintă o alternativă viabilă privind performanţele termice. Dintre aceste noi epruvete, cele realizate cu un procent redus de liant natural reprezintă soluţiile optime.

5.6.2. Absorbţie acustică

Curbele coeficienţilor de absorbţie acustică a stratului interior

original şi a probelor analizate sunt prezentate în Fig. 5.16.

Fig. 5.16. Rezultatele optimizării miezului privind coeficientul de absorbţie acustică;

PM - reţeta folosită pentru stratul interior al panoului sandwich.

Din Fig. 5.16 se observă faptul că reţetele nou preparate nu sunt

la fel de eficiente la frecvenţele joase ca şi stratul interior original.

Valorile obţinute pentru proba realizată cu latex (P3-3) sunt mult

inferioare faţă de miezul panoului sandwich pe intervalul de frecvenţe

considerat. Pe de altă parte, proba P13-3 la frecvenţe înalte depăşeşte

valorile obţinute pentru stratul interior original, aducând astfel o

îmbunătăţire reţetei originale.

214

5.7. Concluzii Pe baza rezultatelor analizei comparative s-au observat următoarele aspecte legate de performanţele materialelor studiate: 1) Panou sandwich pe bază de mortar şi miez de lână

Rezistenţa la compresiune a panoului sandwich este mai ridicată decât cea a produselor comerciale, însă rezistenţa la încovoiere este mai redusă decât toate soluţiile prezentate;

Conductivitatea termică are valori ridicate faţă de structurile de tip sandwich smilare;

Ceea ce priveşte absorbţia acustică, aproape toate probele realizate au valoarea coeficientului de absorbţie acustică mai ridicată decât materialele similare;

Izolarea la zgomot aerian al panoului sandwich are valori reduse faţă de valorile de comparaţie, însă acele structuri au o grosime mult mai mare decât panoul sandwich.

2) Mortare pe bază de var şi fibre de lână Valorile rezistenţei la compresiune şi încovoiere ale mortarelor

preparate (setul A şi B) sunt mai ridicate decât majoritatea valorilor identificate în literatură;

Absorbţia de apă măsurată, în general, este mai ridicată decât în cazul reţetelor de mortare din literatură.

3) Panouri compozite pe bază de lână şi lianţi

Conductivitatea termică a panourilor din setul A şi B este apropiată sau mai ridicată decât a materialelor cu compoziţie similară;

Valoarea factorului μ a probelor preparate este mai redus decât majoritate valorilor obţinute pentru compozite pe bază de diferite fibre;

Valorile adsorbţiei higroscopice sunt mai reduse decât pentru un material pe bază de lână similar;

Coeficienţii de absorbţie acustică pe benzile de frecvenţe standardizate ai panorilor compozite sunt comparabili sau mai ridicaţi decât valorile regăsite în literatură.

215

4) Optimizarea stratului exterior

Prin schimbarea tipului de adaos organic folosit la realizarea mortarelor se poate obţine o sporire a rezistenţelor mecanice;

Folosirea fibrelor cu lungime mai mare nu are o influenţă semnificativă asupra proprietăţilor mecanice;

Cea mai performantă reţetă identificată prin optimizare este reţeta L3-R, formulată cu pastă de orez rece şi fibre cu lungime între 10-11 mm, având valori mai ridicate ale rezistenţelor mecanice decât cele ale reţetei originale.

5) Optimizarea stratului interior

Conductivitatea termică a miezului panoului sandwich este destul de ridicată, astfel majoritatea produselor preparate pentru optimizare sunt mai performante din punct de vedere termic;

Cele mai bune rezultate ale conductivităţii termice s-au obţinut pentru probele preparate cu liantul natural (latex);

Pe de altă parte, din perspectiva absorbţiei acustice, nu toate materialele nou preparate şi analizate sunt soluţii îmbunătăţie;

În această categorie, proba realizată cu liant sintetic (răşină) are caracteristici acustice mai performante.

216

217

6. Concluzii finale

6.1. Concluzii generale

Concluziile generale care pot fi formulate pe baza acestui studiu sunt evidenţiate în cele ce urmează. Capitolul 1 redă informaţii generale despre conceptul de dezvoltare durabilă. Pe baza datelor prezentate este evident că resursele naturale neregenerabile ale Pământului se apropie de epuizare. Pe de altă parte, deşeurile şi emisiile poluante generate de diferite procese tehnologice este în continuă creştere. Necesităţile omenirii, la fel, cresc din generaţie în generaţie. În lipsa unor măsuri de reglare a producerii deşeurilor şi altor emisii poluante sau a utilizării resurselor neregenerabile, generaţiile viitoare vor avea opţiuni limitate privind asigurarea propriilor necesităţi. Domeniul constucţiilor este responsabil pentru consumul a unei cantităţi semnificative de resurse neregenerabile, dar şi pentru generarea de deşeuri. Materialele cel mai frecvent utilizate în acest domeniu sunt poluante prin două căi: prin procesul lor de producţie şi după terminarea duratei de viaţă, dacă sunt eliminate prin depozitare. Există însă numeroase cercetări de a reutiliza anumite deşeuri din construcţii şi demolări, din sectorul industrial sau cel agricol pentru a realiza noi materiale de construcţii. Capitolul 2 prezintă aspecte legate de lâna de oaie privind ariile de utilizare ale acesteia. În urma analizei proprietăţilor fizice, chimice şi mecanice s-a ajuns la concluzia că lâna are proprietăţi unice şi valoroase printre fibrele de origine naturală. Datorită acestor caracteristici lâna are potenţialul de a fi folosită şi în afara industriei textile. Din studiile prezentate reiese că lâna este potrivită să fie utilizată ca material de construcţii, atât ca termoizolaţie, cât si material fonoabsorbant. Proprietatea de termoizolare depinde în mare parte de conţinutul de umiditate, fibrele fiind higroscopice, acest aspect este cea mai importantă caracteristică de considerat în aplicarea acestui material. În Capitolul 4 s-a descris derularea programului experimental, care este împărţit în trei etape: realizarea panoului sandwich, optimizarea stratului exterior şi optimizarea celui interior. Prima etapă, cu privire la realizarea panoul sandwich, cuprinde desfăşurarea studiilor privind materialele utilizate, prepararea epruvetelor şi rezultatele obţinute. Toate materialele utilizate în această etapă sunt de origine naturală. Panoul are o structură triplu stratificată:

218

un strat interior (miez) de lână este amplasat între două straturi exterioare (placări) de mortar de var. Prepararea panoului sandwich nu necesită costuri ridicate de energie, realizarea lui este simplă şi uşoară. Cu toate că panoul preparat are rezistenţe mecanice puţin reduse şi conductivitatea termică este mai mare decât limita impusă de normativul naţional, performanţele acustice au valori foarte bune. Etapa a doua redă materialele utilizate, realizarea noilor epruvete şi rezultatele obţinute privind optimizarea stratului exterior al panoului sandwich. În acest sens, s-au realizat mortare de var cu adaor organic, armate cu fibră de lână. Din punct de vedere al carateristicilor fizico-mecanice analizate, unele dintre noile reţete pot fi luate în considerare ca şi strat exterior optimizat. În etapa a treia s-a urmărit optimizarea stratului interior al panoului sandwich. Pentru aceasta, s-au preparat şi analizat proprietăţile unor panouri compozite pe bază de lână şi lianţi. Toate soluţiile de optimizare prezentate îndeplinesc criteriile conductivităţii termice şi rezistenţei termice impuse de normativul naţional. Din punct de vedere al absorbţiei acustice, s-au obţinut rezultate promiţătoare pentru materialele testate. Prima parte a Capitolul 5 reprezintă o analiză comparativă între rezultatele obţinute în acest studiu şi rezultatele raportate în literatură. În majoritate cazurilor materialele preparate au caracteristici comparabile, sau proprietăţi superioare faţă de materialele de referinţă. În cea de-a doua parte a capitolului s-a analizat eficienţa materialelor realizate în cadrul etapelor de optimizare. S-a observat că nu toate materialele investigate reprezintă soluţii viabile de optimizare. Obiectivele stabilite în acest studiu au fost îndeplinite. S-a realizat un studiu privind dezvoltarea durabilă, punând accent pe utilizarea deşeurilor. S-au prezentat diverse modalităţi de utilizare a lânii. S-a realizat un nou tip de panou sandwich pe bază de lână de oaie, după reţetă proprie, având proprietăţi apreciabile, cu aplicabilitate în domeniul construcţiilor. S-a studiat posibilitatea de optimizare al panoului propus şi proprietăţile materialelor prin metode multiple. S-a efectuat o analiză comparativă a rezultatelor. Prin finalizarea acestui studiu obiectivele principale, de a atrage atenţia asupra materialelor alternative, care sunt la fel de valoroase ca materialele tradiţionale de construcţii, respectiv de a găsi noi modalităţi de utilizare a lânii în domeniul construcţiilor, de asemenea vor fi îndeplinite.

219

6.2. Originalitatea şi contribuţiile inovative ale

tezei Prezenta lucrare aduce următoarele elemente inovative:

1. Elementul cental al tezei este lâna de oaie, un material neconvenţional;

2. S-a dezvoltat un panou de tip sandwich pe bază de materiale în totalitate naturale, primul de acest tip în categoria fibrelor de origine animală;

3. S-a prezentat utilizarea diferitelor adaosuri organic naturale în mortarele de var, şi influenţa acestora asupra rezistenţelor mecanice;

4. S-a investigat influenţa procentului şi lungimii fibrelor de lână în alcătuirea compozitelor pe bază de var;

5. S-au prezentat două procedee de realizarea a unor compozite pe bază de fibre de lână, respectiv metodele de amestecare şi pulverizare a liantululi peste fibre;

6. S-a prezentat modul de realizare a unui tip de material din lână, fără aplicarea unui liant, folosind doar abilitatea de împăslire a fibrelor;

7. S-au stabilit reţetele proprii ale materialelor preparate, pentru fiecare categorie în parte (panou sandwich, strat exterior şi strat interior).

8. S-a identificat cea mai performantă reţetă din categoria stratului exterior, mortarul de var fiind formulată cu pastă de orez rece şi fibre de lână cu lungime între 10-11 mm.

9. S-a identificat cea mai performantă reţetă din categoria stratului interior privind izolarea termică, proba fiind realizată prin amestecarea fibrelor cu liant natural (latex), într-un procent redus.

6.3. Direcţii viitoare de cercetare Direcţiile viitoare de cercetare pot fi formulate după cum urmează:

1. Dezvoltarea unor noi materiale bazate pe cele preparate în acest studiu, fie prin modificarea reţetelor sau a tehnologiei de execuţie;

220

2. Determinarea unor proprietăţi suplimentare ale materialelor, precum rezistenţe mecanice, comportarea la acţiunea focului, gelivitatea, comportarea pe termen lung;

3. Introducerea rezultatelor obţinute într-un program de simulare termică şi acustică;

4. Determinarea unor proprietăţi termice şi acustice in situ.

6.4. Valorificarea rezultatelor Rezultatele obţinute în cadul acestei teze de doctorat au fost

valorificate după cum urmează:

o Publicarea unor articole în reviste indexate ISI şi ISI Proceedings: 1. Dénes O, Pleşa L, Manea DL, Ecological thermal insulation

materials based on sheep wool, in 17th International Technical-Scientific Conference on Modern Technologies for the 3rd Millennium, p. 249-254, 2018.

2. Dénes O, Florea I, Manea DL, Utilization of sheep wool as a building material, Procedia Manufacturing, vol. 32, p. 236-241, 2019.

3. Dénes TO, Tămaş-Gavrea DR, Mechanical properties of lime based composites, Procedia Manufacturing, vol. 46, p. 19-26, 2020.

4. Tămaş-Gavrea DR, Dénes TO, Mechanical, thermal, and acoustical properties of an innovative lime-wool composite, Procedia Manufacturing, vol. 46, p. 402-409, 2020.

5. Tămaş-Gavrea DR, Dénes TO, Iştoan R, Tiuc AE, Manea DL, Vasile O, A novel acoustic sandwich panel based on sheep wool, Coatings, vol. 10, no. 2, p. 148, 2020 (IF=2.881).

6. Tămaş-Gavrea DR, Iştoan R, Tiuc AE, Dénes TO, Development of new composite products based on flax fibres, Coatings, vol. 11, no. 5, p. 551, 2021 (IF=2.881).

o Publicarea unor articole în reviste B+ şi B: 1. Dénes O, Pleşa L, Manea D, Innovative thermal insulation

materials based on sheep wool, Bulletin of the Transilvania University of Braşov, vol. 10, no. 59, 2017.

2. Dénes TO, Tămaş-Gavrea DR, Tiuc AE, Iştoan R, Natural fibre composite panels for thermal insulation of buildings: A review,

221

Scientific Papers Series “Management, Economic Engineering and Rural Development”, vol. 19, no. 4, p. 71, 2019.

o Lucrări prezentate la conferinţe internaţionale: 1. Florea I, Dénes TO, Manea DL, Sustainable development in

construction, in C65 International Conference” Tradition and Innovation – 65 Years of Constructions in Transilvania”, 2018.

o Co-autoare a unei cărţi tehnice: 1. Tămaş-Gavrea DR, Iştoan R, Dénes TO, Tiuc AE, Confortul

acustic în clădiri administrative, Editura RISOPRINT, Cluj-Napoca, ISBN: 978-973-53-2497-1, 2020.

o Membră într-un proiect de cercetare: 1. Contract de cercetare nr.: 3223/06.02.2019, Soluţii inovative

privind asigurarea confortului acustic în birourile open space, COMPETIŢIA NAȚIONALĂ GNaC 2018 ARUT.

222

223

REFERINŢE

1. Sonebi, M.; Ammar, Y.; Diederich, P. Sustainability of cement, concrete and

cement replacement materials in construction. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 371–396.

2. Michaelides, E.E. Alternative energy sources; Springer: Dordrecht, 2012; ISBN 9781608054220.

3. Farmer, G.T.; Cook, J. Climate change science: A modern synthesis. Volume 1 - The physical climate; Springer: Dordrecht, 2013; ISBN 9789400757561.

4. Tan, Z. Air pollution and greenhouse gases. From basic concepts to engineering applications for air emission control; Springer: Dordrecht, 2014; ISBN 9789812872111.

5. The World Counts The needs of 7 billion people… Available online: https://www.theworldcounts.com/stories/Depletion-of-Natural-Resources (accessed on Jun 29, 2020).

6. Hussain, J.; Khan, A.; Zhou, K. The impact of natural resource depletion on energy use and CO2 emission in Belt & Road Initiative countries : A cross-country analysis. Energy 2020, 199, 117409, doi:10.1016/j.energy.2020.117409.

7. Lashitew, A.A.; Werker, E. Do natural resources help or hinder development? Resource abundance, dependence, and the role of institutions. Resour. Energy Econ. 2020, 61, 101183, doi:10.1016/j.reseneeco.2020.101183.

8. Schanes, K.; Jäger, J.; Drummond, P. Three scenario narratives for a resource-efficient and low-carbon Europe. Ecol. Econ. 2019, 155, 70–79, doi:10.1016/j.ecolecon.2018.02.009.

9. Lampert, A. Over-exploitation of natural resources is followed by inevitable declines in economic growth and discount rate. Nat. Commun. 2019, 10, 1–10, doi:10.1038/s41467-019-09246-2.

10. Riekhof, M.-C.; Regnier, E.; Quaas, M.F. Economic growth, international trade, and the depletion or conservation of renewable natural resources. J. Environ. Econ. Manage. 2019, 97, 116–133, doi:10.1016/j.jeem.2018.04.008.

11. Mirza, M.U.; Richter, A.; van Nes, E.H.; Scheffer, M. Technology driven inequality leads to poverty and resource depletion. Ecol. Econ. 2019, 160, 215–226, doi:10.1016/j.ecolecon.2019.02.015.

12. Foxon, T.J. Transition pathways for a UK low carbon electricity future. Energy Policy 2013, 52, 10–24, doi:10.1016/j.enpol.2012.04.001.

13. Parajuly, K.; Fitzpatrick, C.; Muldoon, O.; Kuehr, R. Behavioral change for the circular economy: A review with focus on electronic waste management in the EU. Resour. Conserv. Recycl. X 2020, 6, 100035, doi:10.1016/j.rcrx.2020.100035.

14. Nemeş, O.; Rusu, T.; Soporan, V.F. Deşeuri şi tehnologii de valorificare; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2008;

15. Eurostat Generation of waste by waste category, hazardousness and NACE Rev. 2 activity Available online: https://ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/-/env_wasgen (accessed on Jul 2, 2020).

16. Eurostat Waste statistics Available online: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Waste_statistics#Waste_treatment (accessed on Nov 21, 2020).

224

17. Eurostat Treatment of waste by waste category, hazardousness and waste management operations Available online: https://ec.europa.eu/eurostat/databrowser/view/env_wastrt/default/table?lang=en (accessed on Nov 21, 2020).

18. Satyro, W.C.; Sacomano, J.B.; Contador, J.C.; Telles, R. Planned obsolescence or planned resource depletion? A sustainable approach. J. Clean. Prod. 2018, 195, 744–752, doi:10.1016/j.jclepro.2018.05.222.

19. Barros, M.V.; Salvador, R.; de Francisco, A.C.; Piekarski, C.M. Mapping of research lines on circular economy practices in agriculture: From waste to energy. Renew. Sustain. Energy Rev. 2020, 131, 109958, doi:10.1016/j.rser.2020.109958.

20. Reddy, M.V.; Mawatari, Y.; Onodera, R.; Nakamura, Y.; Yajima, Y.; Chang, Y.-C. Bacterial conversion of waste into polyhydroxybutyrate (PHB): A new approach of bio-circular economy for treating waste and energy generation. Bioresour. Technol. Reports 2019, 7, 100246, doi:10.1016/j.biteb.2019.100246.

21. Shirvanimoghaddam, K.; Motamed, B.; Ramakrishna, S.; Naebe, M. Death by waste: Fashion and textile circular economy case. Sci. Total Environ. 2020, 718, 137317, doi:10.1016/j.scitotenv.2020.137317.

22. Bao, Z.; Lu, W. Developing efficient circularity for construction and demolition waste management in fast emerging economies: Lessons learned from Shenzhen, China. Sci. Total Environ. 2020, 724, 138264, doi:10.1016/j.scitotenv.2020.138264.

23. Rathore, P.; Sarmah, S.P. Economic, environmental and social optimization of solid waste management in the context of circular economy. Comput. Ind. Eng. 2020, 145, 106510, doi:10.1016/j.cie.2020.106510.

24. Singh, S.; Sukla, L.B.; Goyal, S.K. Mine waste & circular economy. Mater. Today Proc. 2020, In press, doi:10.1016/j.matpr.2020.01.616.

25. Farrell, C.C.; Osman, A.I.; Doherty, R.; Saad, M.; Zhang, X.; Murphy, A.; Harrison, J.; Vennard, A.S.M.; Kumaravel, V.; Al-Muhtaseb, A.H.; et al. Technical challenges and opportunities in realising a circular economy for waste photovoltaic modules. Renew. Sustain. Energy Rev. 2020, 128, 109911, doi:10.1016/j.rser.2020.109911.

26. Michelsen, G.; Adomßent, M.; Martens, P.; von Hauff, M. Sustainable development – Background and context. In Sustainability Science; Springer: Dordrecht, 2016; pp. 5–29.

27. Brundtland, G. Our common future: Report of the 1987 World Commission on Environment and Development; Oslo, 1987;

28. Alpopi, C. Pprincipiile dezvoltării durabile. Theor. Empir. Res. Urban Manag. 2007, 2, 1–9.

29. United Nations Transforming our world: the 2030 Agenda for Sustainable Development Available online: https://sustainabledevelopment.un.org/post2015/transformingourworld (accessed on Jul 2, 2020).

30. Guvernul României Strategia Naţională pentru Dezvoltare Durabilă a României Orizonturi 2013-2020-2030; Bucureşti, 2008;

31. United Nations Sustainable Development Goals Available online: https://sustainabledevelopment.un.org/sdgs (accessed on Jul 2, 2020).

32. Rusu, T. Bazele conceptului de dezvoltare durabilă; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2008;

225

33. Beca, I.M. Protecţia mediului şi dezvoltare durabilă; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2016; ISBN 9786067372182.

34. Opriţoiu, P. Elemente generale de protecţia mediului; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2017;

35. Gyulai, I. A biomassza-dilemma; Magyar Természetvédők Szövetsége: Budapest, 2010; ISBN 9789638687081.

36. Sev, A. How can the construction industry contribute to sustainable development? Sustain. Dev. 2009, 17, 161–173.

37. Akadiri, P.O.; Chinyio, E.A.; Olomolaiye, P.O. Design of a sustainable building: A conceptual framework for implementing sustainability in the building sector. Buildings 2012, 2, 126–152, doi:10.3390/buildings2020126.

38. Woodard, A.C.; Milner, H.R. Sustainability of timber and wood in construction. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 129–157.

39. Darko, A.; Chan, A.P.C. Review of barriers to green building adoption. Sustain. Dev. 2017, 25, 167–179, doi:10.1002/sd.1651.

40. Li, Y.; Chen, X.; Wang, X.; Xu, Y.; Chen, P.-H. A review of studies on green building assessment methods by comparative analysis. Energy Build. 2017, 146, 152–159, doi:10.1016/j.enbuild.2017.04.076.

41. UN Environment Programme 2019 Global Status Report for Buildings and Construction Sector Available online: https://www.unenvironment.org/resources/publication/2019-global-status-report-buildings-and-construction-sector (accessed on May 17, 2020).

42. Akan, M.Ö.A.; Dhavale, D.G.; Sarkis, J. Greenhouse gas emissions in the construction industry: An analysis and evaluation of a concrete supply chain. J. Clean. Prod. 2017, 167, 1195–1207, doi:10.1016/j.jclepro.2017.07.225.

43. Berardi, U. Clarifying the new interpretations of the concept of sustainable building. Sustain. Cities Soc. 2013, 8, 72–78, doi:10.1016/j.scs.2013.01.008.

44. What is BREEAM? Available online: https://www.breeam.com/ (accessed on Jul 4, 2020).

45. US Green Building Council LEED rating system Available online: https://new.usgbc.org/leed (accessed on Aug 7, 2018).

46. Green Building Council of Australia What is Green Star? Available online: https://new.gbca.org.au/rate/green-star/ (accessed on Jul 4, 2020).

47. German Sustainable Building Council The DGNB System Available online: https://www.dgnb-system.de/en/system/index.php (accessed on Jul 4, 2020).

48. Japan Sustainable Building Database CASBEE Certification System Available online: http://www.ibec.or.jp/CASBEE/english/certificationE.htm (accessed on Jul 4, 2020).

49. Berardi, U. Sustainability assessment in the construction sector: Rating systems and rated buildings. Sustain. Dev. 2012, 20, 411–424, doi:10.1002/sd.532.

50. Chan, A.P.C.; Darko, A.; Ameyaw, E.E. Strategies for promoting green building technologies adoption in the construction industry - An international study. Sustainability 2017, 9, 969, doi:10.3390/su9060969.

51. Goh, C.S.; Chong, H.-Y.; Jack, L.; Faris, A.F.M. Revisiting triple bottom line within the context of sustainable construction: A systematic review. J. Clean. Prod. 2020, 252, 119884, doi:10.1016/j.jclepro.2019.119884.

52. Beemsterboer, S.; Kemp, R. Sustainability assessment of technologies. In

226

Sustainability Science; Springer: Dordrecht, 2016; pp. 71–83. 53. SR EN ISO 14040:2007 Management de mediu. Evaluarea ciclului de viaţă.

Principii şi cadru de lucru 2007. 54. SR EN ISO 14044:2007 Management de mediu. Evaluarea ciclului de viaţă.

Cerinţe şi linii directoare 2007. 55. Ortiz, O.; Castells, F.; Sonnemann, G. Sustainability in the construction industry:

A review of recent developments based on LCA. Constr. Build. Mater. 2009, 23, 28–39, doi:10.1016/j.conbuildmat.2007.11.012.

56. SR EN 15804+A2:2020 Dezvoltarea durabilă a lucrărilor de construcție. Declarații de mediu pentru produse. Reguli de bază pentru categoria produselor pentru construcții 2020.

57. Omer, M.A.B.; Noguchi, T. A conceptual framework for understanding the contribution of building materials in the achievement of Sustainable Development Goals (SDGs). Sustain. Cities Soc. 2020, 52, 101869, doi:10.1016/j.scs.2019.101869.

58. Berge, B. The ecology of buiding materials; 2nd ed.; Elsevier Ltd.: Routledge, 2009; ISBN 9781856175371.

59. Manea, D.L. Materiale de construcţii pentru clădiri sustenabile 2018. 60. Aciu, C.; Cobîrzan, N. Materiale de construcţii sustenabile; U.T.PRESS: Cluj-

Napoca, 2011; ISBN 9789736626241. 61. Baldinelli, G.; Bianchi, F.; D’Alessandro, F.; Presciutti, A.; Rotili, A.; Schiavoni, S.

Building envelope. In Handbook of Energy Efficiency in Buildings. A Life Cycle Approach; Butterworth-Heinemann, 2018.

62. Pacheco-Torgal, F. Introduction to eco-efficient masonry bricks and blocks. In Eco-efficient Masonry Bricks and Blocks: Design, Properties and Durability; Woodhead Publishing, 2015; pp. 1–10.

63. Mahamadu, A.M.; Awuah, K.B.; Booth, C.A. Principles of sustainability and life-cycle analysis. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 13–31.

64. Illampas, R.; Ioannou, I.; Charmpis, D.C. Adobe: an environmentally friendly construction material. WIT Trans. Ecol. Environ. 2009, 120, 245–256, doi:10.2495/SDP090241.

65. Hegediš, I.; Karaman, G.; Čeh, A.; Đurić, N.; Kukaras, D.; Vunjak, D. Energy sustainability of rammed earth buildings. Arch. Tech. Sci. 2017, 1, 39–48, doi:10.7251/afts.2017.0917.039h.

66. Akinwumi, I.I.; Awoyera, P.O.; Bello, O.O. Indigenous earth building construction technology in Ota, Nigeria. Indian J. Tradit. Knowl. 2015, 14, 206–212.

67. Egenti, C.; Khatib, J.M. Sustainability of compressed earth as a construction material. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 309–341.

68. Hotza, D.; Maia, B.G.O. Environmental performance and energy assessment of fired-clay brick masonry. In Eco-efficient Masonry Bricks and Blocks: Design, Properties and Durability; Woodhead Publishing, 2015; pp. 447–459.

69. Smith, A.S.; Bingel, P.; Bown, A. Sustainability of masonry in construction. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 82–119.

70. Wood. In Building Materials in Civil Engineering; Zhang, H., Ed.; Woodhead Publishing Limited, 2011; pp. 238–252.

227

71. Milner, H.R.; Woodard, A.C. Sustainability of engineered wood products. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 159–180.

72. Gustavsson, L.; Joelsson, A.; Sathre, R. Life cycle primary energy use and carbon emission of an eight-storey wood-framed apartment building. Energy Build. 2010, 42, 230–242, doi:10.1016/j.enbuild.2009.08.018.

73. Bejo, L. Operational vs. embodied energy: a case for wood construction. Drv. Ind. 2017, 68, 163–172, doi:10.5552/drind.2017.1423.

74. Habert, G. Environmental impact of Portland cement production. In Eco-efficient Concrete; Woodhead Publishing, 2013; pp. 3–25.

75. Rodrigues, F.A.; Joekes, I. Cement industry: sustainability, challenges and perspectives. Environ. Chem. Lett. 2011, 9, 151–166, doi:10.1007/s10311-010-0302-2.

76. Hooke, R.L.; Martín-Duque, J.F.; Pedraza, J. Land transformation by humans: A review. GSA Today 2012, 22, 4–10, doi:10.1130/GSAT151A.1.Figure.

77. Sverdrup, H.U.; Ragnarsdottir, K.V.; Koca, D. An assessment of metal supply sustainability as an input to policy: security of supply extraction rates, stocks-in-use, recycling, and risk of scarcity. J. Clean. Prod. 2017, 140, 359–372, doi:10.1016/j.jclepro.2015.06.085.

78. Yellishetty, M.; Ranjith, P.G.; Tharumarajah, A. Iron ore and steel production trends and material flows in the world: Is this really sustainable? Resour. Conserv. Recycl. 2010, 54, 1084–1094, doi:10.1016/j.resconrec.2010.03.003.

79. Lambert, P. Sustainability of metals and alloys in construction. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 105–128.

80. Olivieri, G.; Romani, A.; Neri, P. Environmental and economic analysis of aluminium recycling through life cycle assessment. Int. J. Sustain. Dev. World Ecol. 2006, 13, 269–276.

81. Paraskevas, D.; Kellens, K.; Van De Voorde, A.; Dewulf, W.; Duflou, J.R. Environmental impact analysis of primary aluminium production at country level. Procedia CIRP 2016, 40, 209–213, doi:10.1016/j.procir.2016.01.104.

82. Markiewicz, M.; Hupka, J.; Joskowska, M.; Jungnickel, C. Potential application of ionic liquids in aluminium production - Economical and ecological assessment. Physicochem. Probl. Miner. Process. 2009, 43, 73–84.

83. Kvande, H. Production of primary aluminium. In Fundamentals of aluminium metallurgy: Production, processing and applications; Woodhead Publishing Limited, 2011; pp. 49–69.

84. Song, X.; Yang, J.; Lu, B.; Li, B.; Zeng, G. Identification and assessment of environmental burdens of Chinese copper production from a life cycle perspective. Front. Environ. Sci. Eng. 2014, 8, 580–588, doi:10.1007/s11783-013-0599-8.

85. Hong, J.; Chen, Y.; Liu, J.; Ma, X.; Qi, C.; Ye, L. Life cycle assessment of copper production: a case study in China. Int. J. Life Cycle Assess. 2018, 23, 1814–1824.

86. Bonnin, M.; Azzaro-Pantel, C.; Domenech, S.; Villeneuve, J. Multicriteria optimization of copper scrap management strategy. Resour. Conserv. Recycl. 2015, 99, 48–62, doi:10.1016/j.resconrec.2015.03.013.

87. Van Genderen, E.; Wildnauer, M.; Santero, N.; Sidi, N. A global life cycle assessment for primary zinc production. Int. J. Life Cycle Assess. 2016, 21, 1580–1593, doi:10.1007/s11367-016-1131-8.

228

88. Qi, C.; Ye, L.; Ma, X.; Yang, D.; Hong, J. Life cycle assessment of the hydrometallurgical zinc production chain in China. J. Clean. Prod. 2017, 156, 451–458, doi:10.1016/j.jclepro.2017.04.084.

89. Galvanizers Association Zinc recycling Available online: https://www.galvanizing.org.uk/sustainable-construction/zinc-is-sustainable/zinc-recycling/ (accessed on Jun 26, 2020).

90. Sormunen, P.; Kärki, T. Recycled construction and demolition waste as a possible source of materials for composite manufacturing. J. Build. Eng. 2019, 24, 100742, doi:10.1016/j.jobe.2019.100742.

91. Townsend, T.; Tolaymat, T.; Leo, K.; Jambeck, J. Heavy metals in recovered fines from construction and demolition debris recycling facilities in Florida. Sci. Total Environ. 2004, 332, 1–11, doi:10.1016/j.scitotenv.2004.03.011.

92. Azambuja, R. da R.; de Castro, V.G.; Trianoski, R.; Iwakiri, S. Recycling wood waste from construction and demolition to produce particleboards. Maderas Cienc. y Tecnol. 2018, 20, 681–690, doi:10.4067/S0718-221X2018005041401.

93. Rautkoski, H.; Vähä-Nissi, M.; Kataja, K.; Gestranius, M.; Liukkonen, S.; Määttänen, M.; Liukkonen, J.; Kouko, J.; Asikainen, S. Recycling of contaminated construction and demolition wood waste. Waste and Biomass Valorization 2016, 7, 615–624, doi:10.1007/s12649-016-9481-9.

94. Morales-Conde, M.J.; Rubio-de-Hita, P.; Pérez-Gálvez, F. Composite mortars produced with wood waste from demolition: Assessment of new compounds with enhanced thermal properties. J. Mater. Civ. Eng. 2018, 30, 04017273, doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002148.

95. Pedreño-Rojas, M.A.; Morales-Conde, M.J.; Rubio-de-Hita, P.; Pérez-Gálvez, F. Impact of wetting-drying cycles on the mechanical properties and microstructure of wood waste-gypsum composites. Materials (Basel). 2019, 12, 1829, doi:10.3390/ma12111829.

96. Hyvärinen, M.; Ronkanen, M.; Kärki, T. The effect of the use of construction and demolition waste on the mechanical and moisture properties of a wood-plastic composite. Compos. Struct. 2019, 210, 321–326, doi:10.1016/j.compstruct.2018.11.063.

97. Srujhana, P.; Menon, R.J.; Basutkar, S.M.; Devi, M.V.R. Demolished brick masonry as a replacement of river sand in cement and cement lime mortar. In Proceedings of the AIP Conference Proceedings; AIP Publishing LLC, 2018; Vol. 2039, p. 020049.

98. Aatheesan, T.; Arulrajah, A.; Wilson, J.; Bo, M.W. Beneficial use of brick rubble as pavement sub-base material. In Advances in Transportation Geotechnics; CRC Press, 2008; pp. 709–714 ISBN 9780415475907.

99. Seco, A.; Omer, J.; Marcelino, S.; Espuelas, S.; Prieto, E. Sustainable unfired bricks manufacturing from construction and demolition wastes. Constr. Build. Mater. 2018, 167, 154–165, doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.02.026.

100. Lin, K.L.; Wu, H.H.; Shie, J.L.; Hwang, C.L.; An Cheng Recycling waste brick from construction and demolition of buildings as pozzolanic materials. Waste Manag. Res. 2010, 28, 653–659, doi:10.1177/0734242X09358735.

101. Puneeth, H.C.; Mahendra, S.P.; Rohith, M.; Naveenkumar, K. Replacement of fine aggregates by recycled construction and demolition waste in pavement quality concrete. In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 685–695.

229

102. Sharma, R. Compressive strength of concrete using construction demolition waste, glass waste, superplasticizer and fiber. Jordan J. Civ. Eng. 2017, 11, 455–472.

103. Jia, X.; Ye, F.; Huang, B. Utilization of construction and demolition wastes in low-volume roads for rural areas in China. Transp. Res. Rec. 2015, 2474, 39–47, doi:10.3141/2474-05.

104. Abhilash, H.N.; Walker, P.; Reddy, B.V.V.; Heath, A.; Maskell, D. Compressive strength of novel alkali-activated stabilized earth materials incorporating solid wastes. J. Mater. Civ. Eng. 2020, 32, 04020118, doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003188.

105. Aguilar-Penagos, A.; Gómez-Soberón, J.M.; Rojas-Valencia, M.N. Physicochemical, mineralogical and microscopic evaluation of sustainable bricks manufactured with construction wastes. Appl. Sci. 2017, 7, 1012, doi:10.3390/app7101012.

106. Dakwale, V.A.; Ralegaonkar, R. V. Development of sustainable construction material using construction and demolition waste. Indian J. Eng. Mater. Sci. 2014, 21, 451–457.

107. Mymrin, V.A.; Alekseev, K.P.; Catai, R.E.; Izzo, R.L.S.; Rose, J.L.; Nagalli, A.; Romano, C.A. Construction material from construction and demolition debris and lime production wastes. Constr. Build. Mater. 2015, 79, 207–213, doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.01.054.

108. Chen, Q.; Zhang, Q.; Qi, C.; Fourie, A.; Xiao, C. Recycling phosphogypsum and construction demolition waste for cemented paste backfill and its environmental impact. J. Clean. Prod. 2018, 186, 418–429, doi:10.1016/j.jclepro.2018.03.131.

109. Batayneh, M.; Marie, I.; Asi, I. Use of selected waste materials in concrete mixes. Waste Manag. 2007, 27, 1870–1876, doi:10.1016/j.wasman.2006.07.026.

110. Evangelista, L.; de Brito, J. Mechanical behaviour of concrete made with fine recycled concrete aggregates. Cem. Concr. Compos. 2005, 29, 397–401, doi:10.13140/RG.2.1.5110.0884.

111. Rattanachu, P.; Karntong, I.; Tangchirapat, W.; Jaturapitakkul, C.; Chindaprasirt, P. Influence of bagasse ash and recycled concrete aggregate on hardened properties of high-strength concrete. Mater. Construcción 2018, 68, 158.

112. Pokorný, J.; Pavlíková, M.; Tydlitát, V.; Scheinherrová, L.; Rovnaníková, P.; Pavlík, Z. The use of glass powder as a partial Portland cement replacement. In Proceedings of the AIP Conference Proceedings; 2017; Vol. 1863, p. 150007.

113. Safiuddin, M.; Jumaat, M.Z.; Salam, M.A.; Islam, M.S.; Hashim, R. Utilization of solid wastes in construction materials. Int. J. Phys. Sci. 2010, 5, 1952–1963.

114. Chen, Z.; Li, J.S.; Poon, C.S. Combined use of sewage sludge ash and recycled glass cullet for the production of concrete blocks. J. Clean. Prod. 2018, 171, 1447–1459, doi:10.1016/j.jclepro.2017.10.140.

115. Sáez, P.V.; del Río Merino, M.; Sánchez, E.A.; Astorqui, J.S.C.; Porras-Amores, C. Viability of gypsum composites with addition of glass waste for applications in construction. J. Mater. Civ. Eng. 2019, 31, 04018403, doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002604.

116. Arulrajah, A.; Piratheepan, J.; Disfani, M.M.; Bo, M.W. Geotechnical and geoenvironmental properties of recycled construction and demolition materials in pavement subbase applications. J. Mater. Civ. Eng. 2013, 25, 1077–1088,

230

doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000652. 117. Ambarakonda, P.; Mohanty, S.; Shaik, R. Utilization of quarry waste and

granulated rubber mix as lightweight backfill material. J. Hazardous, Toxic, Radioact. Waste 2019, 23, 06019001, doi:10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000455.

118. Abidelah, A.; Bouchaïr, A.; Kerdal, D.; Ayed, K. Characterization of a self-compacting sand concrete using the quarry waste. Can. J. Civ. Eng. 2009, 36, 1773–1782, doi:10.1139/L09-111.

119. Ramos, T.; Matos, A.M.; Schmidt, B.; Rio, J.; Sousa-Coutinho, J. Granitic quarry sludge waste in mortar: Effect on strength and durability. Constr. Build. Mater. 2013, 47, 1001–1009, doi:10.1016/j.conbuildmat.2013.05.098.

120. Cavaleri, L.; Borg, R.P.; La Mantia, F.P.; Liguori, V. Quarry limestone dust as fine aggregate for concrete. In Proceedings of the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering; IOP Publishing, 2018; Vol. 442, p. 012003.

121. Sinthaworn, S.; Teerajetgul, W.; Sirivachiraporn, A. Water penetration resistance of green concrete incorporating with quarry wastes. In Proceedings of the Advanced Materials Research; Trans Tech Publications Ltd., 2014; Vol. 875–877, pp. 619–623.

122. Kadir, A.A.; Hassan, M.I.H.; Sarani, N.A.; Rahim, A.S.A.; Ismail, N. Physical and mechanical properties of quarry dust waste incorporated into fired clay brick. In Proceedings of the AIP Conference Proceedings; AIP Publishing LLC, 2017; Vol. 1835, p. 020040.

123. Siddique, R. Utilization of coal combustion by-products in sustainable construction materials. Resour. Conserv. Recycl. 2010, 54, 1060–1066, doi:10.1016/j.resconrec.2010.06.011.

124. Kamal, J.; Mishra, U.K. Fly ash utilization in lightweight aggregates for sustainable construction. In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 23–32.

125. Lutskiy, D.; Litvinova, T.; Ignatovich, A.; Fialkovskiy, I. Complex processing of phosphogypsum - a way of recycling dumps with reception of commodity production of wide application. J. Ecol. Eng. 2018, 19, 221–225.

126. Degirmenci, N.; Okucu, A.; Turabi, A. Application of phosphogypsum in soil stabilization. Build. Environ. 2007, 42, 3393–3398, doi:10.1016/j.buildenv.2006.08.010.

127. Kowalska, E.; Wielgosz, Z.; Żubrowska, M.; Pasynkiewicz, S.; Choroś, M. Zastosowanie odpadowego fosfogipsu w kompozytach termoplastycznych i chemoutwardzalnych / Application of waste phosphogypsum in thermoplastic and chemosetting composites. Polimery 2004, 49, 828–836.

128. Yang, L.; Cao, J.; Qian, L. Influence mechanism of lime on strength and water-resistance properties of phosphogypsum autoclaved brick. In Proceedings of the Applied Mechanics and Materials; Trans Tech Publications Ltd., 2012; Vol. 204–208, pp. 1492–1498.

129. Singh, M. Treating waste phosphogypsum for cement and plaster manufacture. Cem. Concr. Res. 2002, 32, 1033–1038.

130. Sarsby, R.W. Environmental Geotechnics; 2nd ed.; Thomas Telford Ltd.: London, 2013; ISBN 9780727735058.

131. Abhishek, P.; Lohith, P.; Sravan, N.; Rajesh, D.V.S.P. Experimental study on self-compacting concrete with replacement material’s. In Sustainable Construction

231

and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 1–11. 132. Václavík, V.; Dirner, V.; Dvorský, T.; Daxner, J. The use of blast furnace slag.

Metalurgija 2012, 51, 461–464. 133. Kim, S.-W.; Jeong, C.-Y.; Lee, J.-S.; Kim, K.-H. Applicability of ground granulated

blast-furnace slag for precast concrete beams subjected to bending moment. J. Asian Archit. Build. Eng. 2014, 13, 633–639.

134. Jelidi, A.; Bouslama, S. Use effects of blast furnace slag aggregates in hydraulic concrete. Mater. Struct. 2015, 48, 3627–3633, doi:10.1617/s11527-014-0427-z.

135. Li, J.; Zhang, L.; Zhao, G.; Cang, D. Pilot trial of direct modification of molten blast furnace slag and production of high acidity coefficient slag wool fibers. In Proceedings of the TMS Annual Meeting & Exhibition; Springer: Cham, 2018; pp. 113–120.

136. Jiang, Y.; Ling, T.C.; Shi, C.; Pan, S.Y. Characteristics of steel slags and their use in cement and concrete - A review. Resour. Conserv. Recycl. 2018, 136, 187–197, doi:10.1016/j.resconrec.2018.04.023.

137. Liu, J.; Guo, R. Applications of steel slag powder and steel slag aggregate in ultra-high performance concrete. Adv. Civ. Eng. 2018, 2018, doi:10.1155/2018/1426037.

138. Arjun, S.; Hemalatha, T.; Rajasekaran, C. Partial replacement of steel slag aggregates in concrete as fine aggregates (induction blast furnace slag). In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 771–780.

139. Wu, B.; Liu, L.; Liu, G.; Feng, Y. Experimental study on the effect of steel slag powder and fine steel slag on the performance of asphalt mixture. In Proceedings of the Transportation Research Congress 2016; ASCE: Beijing, 2016; pp. 195–206.

140. Liu, Q.; Li, B.; Schlangen, E.; Sun, Y.; Wu, S. Research on the mechanical, thermal, induction heating and healing properties of steel slag/steel fibers composite asphalt mixture. Appl. Sci. 2017, 7, 1088, doi:10.3390/app7101088.

141. Guo, S.; Dai, Q.; Si, R.; Sun, X.; Lu, C. Evaluation of properties and performance of rubber-modified concrete for recycling of waste scrap tire. J. Clean. Prod. 2017, 148, 681–689, doi:10.1016/j.jclepro.2017.02.046.

142. Bignozzi, M.C.; Sandrolini, F. Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete. Cem. Concr. Res. 2006, 36, 735–739, doi:10.1016/j.cemconres.2005.12.011.

143. Li, D.; Toghroli, A.; Shariati, M.; Sajedi, F.; Bui, D.T.; Kianmehr, P.; Mohamad, E.T.; Khorami, M. Application of polymer, silica-fume and crushed rubber in the production of Pervious concrete. Smart Struct. Syst. 2019, 23, 207–214, doi:10.12989/sss.2019.23.2.207.

144. Pruteanu, M. Investigations regarding the thermal conductivity of straw. Bul. Institutului Politeh. din Iaşi. Secţia Construcţii, Arhit. 2010, 56, 9.

145. Miron, I.O.; Manea, D.L.; Cantor, D.M.; Aciu, C. Organic thermal insulation based on wheat straw. Procedia Eng. 2017, 181, 674–681, doi:10.1016/j.proeng.2017.02.449.

146. Hýsek, Š.; Podlena, M.; Bartsch, H.; Wenderdel, C.; Böhm, M. Effect of wheat husk surface pre-treatment on the properties of husk-based composite materials. Ind. Crop. Prod. 2018, 125, 105–113, doi:10.1016/j.indcrop.2018.08.035.

232

147. El Azhary, K.; Chihab, Y.; Mansour, M.; Laaroussi, N.; Garoum, M. Energy efficiency and thermal properties of the composite material clay-straw. Energy Procedia 2017, 141, 160–164, doi:10.1016/j.egypro.2017.11.030.

148. Zou, Y.; Huda, S.; Yang, Y. Lightweight composites from long wheat straw and polypropylene web. Bioresour. Technol. 2010, 101, 2026–2033, doi:10.1016/j.biortech.2009.10.042.

149. Tao, Y.; Li, P.; Cai, L. Effect of fiber content on sound absorption, thermal conductivity, and compression strength of straw fiber-filled rigid polyurethane foams. Bioresources 2016, 11, 4159–4167.

150. Pedroso, M.; de Brito, J.; Silvestre, J.D. Characterization of eco-efficient acoustic insulation materials (traditional and innovative). Constr. Build. Mater. 2017, 140, 221–228, doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.02.132.

151. Maraldi, M.; Molari, L.; Regazzi, N.; Molari, G. Analysis of the parameters affecting the mechanical behaviour of straw bales under compression. Biosyst. Eng. 2017, 160, 179–193, doi:10.1016/j.biosystemseng.2017.06.007.

152. Maraldi, M.; Molari, L.; Molari, G.; Regazzi, N. Time-dependent mechanical properties of straw bales for use in construction. Biosyst. Eng. 2018, 172, 75–83, doi:10.1016/j.biosystemseng.2018.05.014.

153. Yin, X.; Lawrence, M.; Maskell, D. Straw bale construction in northern China - Analysis of existing practices and recommendations for future development. J. Build. Eng. 2018, 18, 408–417, doi:10.1016/j.jobe.2018.04.009.

154. D’Alessandro, F.; Bianchi, F.; Baldinelli, G.; Rotili, A.; Schiavoni, S. Straw bale constructions: Laboratory, in field and numerical assessment of energy and environmental performance. J. Build. Eng. 2017, 11, 56–68, doi:10.1016/j.jobe.2017.03.012.

155. Li, M.; Chai, S.X.; Zhang, H.Y.; Du, H.P.; Wei, L. Feasibility of saline soil reinforced with treated wheat straw and lime. Soils Found. 2012, 52, 228–238, doi:10.1016/j.sandf.2012.02.003.

156. Ashour, T.; Wieland, H.; Georg, H.; Bockisch, F.-J.; Wu, W. The influence of natural reinforcement fibres on insulation values of earth plaster for straw bale buildings. Mater. Des. 2010, 31, 4676–4685, doi:10.1016/j.matdes.2010.05.026.

157. Buratti, C.; Belloni, E.; Lascaro, E.; Merli, F.; Ricciardi, P. Rice husk panels for building applications: Thermal, acoustic and environmental characterization and comparison with other innovative recycled waste materials. Constr. Build. Mater. 2018, 171, 338–349, doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.03.089.

158. Wei, K.; Lv, C.; Chen, M.; Zhou, X.; Dai, Z.; Shen, D. Development and performance evaluation of a new thermal insulation material from rice straw using high frequency hot-pressing. Energy Build. 2015, 87, 116–122, doi:10.1016/j.enbuild.2014.11.026.

159. Borges, K.J.; Pacheco, F.; Tutikian, B.; de Oliveira, M.F. An experimental study on the use of waste aggregate for acoustic attenuation: EVA and rice husk composites for impact noise reduction. Constr. Build. Mater. 2018, 161, 501–508, doi:10.1016/j.conbuildmat.2017.11.078.

160. Mahzan, S.; Zaidi, A.M.A.; Ghazali, M.I.; Yahya, M.N.; Ismail, M. Investigation on sound absorption of rice-husk reinforced composite. In Proceedings of the Proceedings of MUCEET2009 on Malaysian Technical Universities Conference on Engineering and Technology; MS Garden, Kuantan, Pahang, Malaysia, 2009.

161. Zunaidi, N.H.; Tan, W.H.; Majid, M.S.A.; Lim, E.A. Effect of physical properties of

233

natural fibre on the sound absorption coefficient. In Proceedings of the Journal of Physics: Conference Series; vol. 908, no. 1, p. 012023, IOP Publishing, 2017.

162. Yang, H.-S.; Kim, D.-J.; Kim, H.-J. Rice straw–wood particle composite for sound absorbing wooden construction materials. Bioresour. Technol. 2003, 86, 117–121.

163. Chouksey, A.; Dev, N.; Kumari, S. Review paper on utilization potential of rice husk ash as supplementary cementitious material. In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 673–384.

164. Elakkiah, C. Rice husk ash (RHA) - The future of concrete. In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 439–447.

165. Faruk, O.; Bledzki, A.K.; Fink, H.-P.; Sain, M. Biocomposites reinforced with natural fibers: 2000–2010. Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 1552–1596, doi:10.1016/j.progpolymsci.2012.04.003.

166. Othmani, C.; Taktak, M.; Zain, A.; Hantati, T.; Dauchez, N.; Elnady, T.; Fakhfakh, T.; Haddar, M. Acoustic characterization of a porous absorber based on recycled sugarcane wastes. Appl. Acoust. 2017, 120, 90–97, doi:10.1016/j.apacoust.2017.01.010.

167. Othmani, C.; Taktak, M.; Zein, A.; Hentati, T.; Elnady, T.; Fakhfakh, T.; Haddar, M. Experimental and theoretical investigation of the acoustic performance of sugarcane wastes based material. Appl. Acoust. 2016, 109, 90–96, doi:10.1016/j.apacoust.2016.02.005.

168. Putra, A.; Abdullah, Y.; Efendy, H.; Farid, W.M.; Ayob, M.R.; Py, M.S. Utilizing sugarcane wasted fibers as a sustainable acoustic absorber. Procedia Eng. 2013, 53, 632–638, doi:10.1016/j.proeng.2013.02.081.

169. Panyakaew, S.; Fotios, S. New thermal insulation boards made from coconut husk and bagasse. Energy Build. 2011, 43, 1732–1739, doi:10.1016/j.enbuild.2011.03.015.

170. Savastano Jr, H.; Santos, S.F.; Fiorelli, J.; Agopyan, V. Sustainable use of vegetable fibres and particles in civil construction. In Sustainability of Construction Materials; Woodhead Publishing, 2016; pp. 477–520.

171. Manjunath, R.; Rahul, M. Studies on fresh and hardened properties of sugarcane bagasse ash blended self-compacting concrete mixes. In Sustainable Construction and Building Materials; Springer: Singapore, 2019; pp. 265–274.

172. Bessa, J.; Souza, J.; Lopes, J.B.; Sampaio, J.; Mota, C.; Cunha, F.; Fangueiro, R. Characterization of thermal and acoustic insulation of chicken feather reinforced composites. Procedia Eng. 2017, 200, 472–479, doi:10.1016/j.proeng.2017.07.066.

173. Yang, S.; Yu, W.; Pan, N. Investigation of the sound-absorbing behavior of fiber assemblies. Text. Res. J. 2011, 81, 673–682.

174. Dieckmann, E.; Dance, S.; Sheldrick, L.; Cheeseman, C. Novel sound absorption materials produced from air laid non-woven feather fibres. Heliyon 2018, 4, e00818, doi:10.1016/j.heliyon.2018.e00818.

175. Bansal, G.; Singh, V.K.; Gope, P.C.; Gupta, T. Application and properties of chicken feather fiber (CFF) a livestock waste in composite material development. J. Graph. Era Univ. 2017, 5, 16–24.

176. Schiavoni, S.; D’Alessandro, F.; Bianchi, F.; Asdrubali, F. Insulation materials for the building sector: A review and comparative analysis. Renew. Sustain. Energy Rev. 2016, 62, 988–1011, doi:10.1016/j.rser.2016.05.045.

234

177. Hossu, I.N.; Grosu, M.C.; Horga, G.; Iosub, A. Modelling and simulation of heat transfer through Turcana wool insulated walls/Modelarea şi simularea transferului termic prin pereţi izolaţi cu lână Ţurcană. Ind. Textilă 2015, 66, 48.

178. Campbell, N.; McGrath, T.; Nanukuttan, S.; Brown, S. Monitoring the hygrothermal and ventilation performance of retrofitted clay brick solid wall houses with internal insulation: Two UK case studies. Case Stud. Constr. Mater. 2017, 7, 163–179, doi:10.1016/j.cscm.2017.07.002.

179. del Rey, R.; Uris, A.; Alba, J.; Candelas, P. Characterization of sheep wool as a sustainable material for acoustic applications. Materials (Basel). 2017, 10, 1277, doi:10.3390/ma10111277.

180. Berardi, U.; Iannace, G. Acoustic characterization of natural fibers for sound absorption applications. Build. Environ. 2015, 94, 840–852, doi:10.1016/j.buildenv.2015.05.029.

181. Väisänen, T.; Das, O.; Tomppo, L. A review on new bio-based constituents for natural fiber-polymer composites. J. Clean. Prod. 2017, 149, 582–596, doi:10.1016/j.jclepro.2017.02.132.

182. Kim, N.K.; Bhattacharyya, D.; Lin, R.J.T. Multi-functional properties of wool fibre composites. Adv. Mater. Res. 2013, 747, 8–11, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.747.8.

183. Grădinaru, C.M.; Bărbuţă, M.; Şerbănoiu, A.A.; Babor, D. Investigations on the mechanical properties of concrete with sheep wool fibers and fly ash. Bull. Transilv. Univ. Braşov 2016, 9, 73.

184. Fantilli, A.P.; Sicardi, S.; Dotti, F. The use of wool as fiber-reinforcement in cement-based mortar. Constr. Build. Mater. 2017, 139, 562–569, doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.10.096.

185. Jørgensen, L.B.; Rast-Eicher, A. Innovations in European Bronze Age textiles. Praehist. Zeitschrift 2016, 91, 68–102, doi:10.1515/pz-2016-0004.

186. International Wool Textile Organisation History of Wool Available online: https://www.iwto.org/history-wool (accessed on Jan 24, 2019).

187. Dex-Tex Istoria fibrelor textile - istoria fibrelor naturale şi chimice Available online: http://www.dex-tex.info/istoria-fibrelor-textile (accessed on Jan 21, 2019).

188. Fibrele naturale Available online: https://conspecte.com/Merceologia-marfurilor-nealimentare/fibrele-naturale.html (accessed on Jan 24, 2019).

189. Gleba, M. From textiles to sheep: investigating wool fibre development in pre-Roman Italy using scanning electron microscopy ( SEM ). J. Archaeol. Sci. 2012, 39, 3643–3661, doi:10.1016/j.jas.2012.06.021.

190. Rast-Eicher, A.; Jørgensen, L.B. Sheep wool in Bronze Age and Iron Age Europe. J. Archaeol. Sci. 2013, 40, 1224–1241, doi:10.1016/j.jas.2012.09.030.

191. How Produsts Are Made Wool Available online: http://www.madehow.com/Volume-1/Wool.html (accessed on Jan 21, 2019).

192. Critical Concrete Wool on the Wall Available online: https://criticalconcrete.com/wool-on-the-wall/ (accessed on Jan 17, 2019).

193. International Wool Textile Organisation Wool Production Available online: https://www.iwto.org/wool-production (accessed on Jan 21, 2019).

194. Food and Agriculture Organization of the United Nations FAOSTAT Available online: http://www.fao.org/home/en/ (accessed on Jan 20, 2019).

195. Proca, A. Workshop-ul “Resursele naturale destinate industriei textile - Prezent

235

şi viitor.” Univers Ing. 2018. 196. Florescu, G. Fermierii au livrat primele cantităţ de lână către centrele de

colectare Available online: http://agroromania.manager.ro/articole/diverse/fermierii-au-livrat-primele-cantitati-de-lana-catre-centrele-de-colectare-25017.html (accessed on Jan 21, 2019).

197. Bozsaky, D. Természetes és mesterséges hőszigetelő anyagok összehasonlító vizsgálatai és elemzése, Tezǎ de doctorat, Universitatea Széchenyi István, Győr, 2011.

198. Cook, G.J. B: Natural fibres of animal origin. In Handbook of Textile Fibres; Woodhead Publishing, 2001; pp. 79–165.

199. Lo Nostro, P.; Fratoni, L.; Ninham, B.W.; Baglioni, P. Water absorbency by wool fibers: Hofmeister effect. Biomacromolecules 2002, 3, 1217–1224.

200. Ammayappan, L. Eco-friendly surface modifications of wool fiber for its improved functionality: An overview. Asian J. Text. 2013, 3, 15–28.

201. Mitterböck, M.; Korjenic, A. Research on slaked lime as ecological moisture retardant on sheep wool and straw. Appl. Mech. Mater. 2017, 861, 80–87, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.861.80.

202. Handbook of properties of textile and technical fibres; Bunsell, A.R., Ed.; Woodhead Publishing, 2018; ISBN 9781782424581.

203. Bonet-Aracil, M.; Bou-Belda, E.; Diaz, P.; Ruiz-Calleja, T. FE-SEM comparative study on surface modification of wool fiber after different chemical treatments. Ann. Univ. Oradea. Fascicle Text. 2016, 17, 13–18.

204. Tuzcu, T.M. Hygro-thermal properties of sheep wool insulation, Teză de doctorat, Universitatea Technică Delft, Delft, 2007.

205. Höcker, H. 3 - Fibre morphology. In Wool: Science and Technology; Woodhead Publishing, 2002; pp. 60–79.

206. Science Image Available online: https://www.scienceimage.csiro.au/image/2489/diagram-of-wool-fibre-structure/ (accessed on Oct 22, 2020).

207. Korjenic, A.; Klarić, S.; Hadžić, A.; Korjenic, S. Sheep wool as a construction material for energy efficiency improvement. Energies 2015, 8, 5765–5781, doi:10.3390/en8065765.

208. Millington, K.R.; Rippon, J.A. Wool as a high-performance fibe. In Structure and Properties of High-Performance Fibers; Woodhead Publishing, 2017; pp. 367–408.

209. Bohm, L. Mechanism of felting of wool fibres. Nature 1945, 155, 547–548. 210. Martin, A.J.P.; Mittelmann, R. 18 - Some measurements of the friction of wool

and mohair. J. Text. Inst. Trans. 1946, 37, T269–T280, doi:10.1080/19447024608659277.

211. Rippon, J.A.; Evans, D.J. Improving the properties of natural fibres by chemical treatments. In Handbook of Natural Fibres. Volume 2: Processing and Applications; Woodhead Publishing, 2012; pp. 63–140.

212. Dunne, R.; Desai, D.; Sadiku, R. A review of the factors that influence sound absorption and the available empirical models for fibrous materials. Acoust. Aust. 2017, 45, 453–469, doi:10.1007/s40857-017-0097-4.

213. Eco-Logic Construction Sheep wool insulation Available online: https://ecologicconstruction.com/category/3-products/wool-insulation/

236

(accessed on Jan 20, 2019). 214. TheGreenAge The advantages of sheep wool insulation Available online:

https://www.thegreenage.co.uk/advantages-sheep-wool-insulation/ (accessed on Jan 23, 2019).

215. Sheep Wool Insulation Available online: https://www.coler.com/content/documents/sheepwoolbrochure.pdf (accessed on Jun 18, 2021).

216. Hearle, J.W.S. 4 - Physical properties of wool. In Wool: Science and Technology; Woodhead Publishing, 2002; pp. 80–129.

217. Padfield, T.I.M. Humidity buffering of interior spaces by porous, absorbent insulation. Danmarks Tek. Univ. 1999, Series R.

218. Ormondroyd, G.A.; Curling, S.F.; Mansour, E.; Hill, C.A.S. The water vapour sorption characteristics and kinetics of different wool types. J. Text. Inst. 2017, 108, 1198–1210, doi:10.1080/00405000.2016.1224442.

219. Downes, J.G.; Mackay, B.H. Sorption kinetics of water vapor in wool fibers. J. Polym. Sci. 1958, 28, 45–67.

220. Hegyi, A.; Dico, C.; Szilagyi, H. Sheep wool thermal insulating mattresses behaviour in the water vapours presence. Procedia Manuf. 2020, 46, 410–417, doi:10.1016/j.promfg.2020.03.060.

221. Simpson, W.S. 7 - Chemical processes for enhanced appearance and performance. In Wool: Science and Technology; Woodhead Publishing, 2002; pp. 215–236.

222. Patnaik, A.; Mvubu, M.; Muniyasamy, S.; Botha, A.; Anandjiwala, R.D. Thermal and sound insulation materials from waste wool and recycled polyester fibers and their biodegradation studies. Energy Build. 2015, 92, 161–169.

223. Stefanowski, B.K.; Curling, S.F.; Ormondroyd, G.A. A rapid screening method to determine the susceptibility of bio-based construction and insulation products to mould growth. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2017, 116, 124–132, doi:10.1016/j.ibiod.2016.10.025.

224. Volf, M.; Diviš, J.; Havlík, F. Thermal , moisture and biological behaviour of natural insulating materials. Energy Procedia 2015, 78, 1599–1604, doi:10.1016/j.egypro.2015.11.219.

225. International Wool Textile Organisation Wool & Skin Available online: https://www.iwto.org/wool-skin (accessed on Jan 24, 2019).

226. Zallmann, M.; Smith, P.K.; Tang, M.L.K.; Spelman, L.J.; Cahill, J.L.; Wortmann, G.; Katelaris, C.H.; Allen, K.J.; Su, J.C. Debunking the myth of wool allergy: Reviewing the evidence for immune and non-immune cutaneous reactions. Acta Derm. Venereol. 2017, 97, 906–915, doi:10.2340/00015555-2655.

227. Mansour, E.; Loxton, C.; Elias, R.M.; Ormondroyd, G.A. Assessment of health implications related to processing and use of natural wool insulation products. Environ. Int. 2014, 73, 402–412, doi:10.1016/j.envint.2014.08.004.

228. Murphy, R.J.; Norton, A. Life cycle assessment of natural fibre insulation materials; National Non-Food Crops Centre, London, 2008;

229. Brock, P.M.; Graham, P.; Madden, P.; Alcock, D.J. Greenhouse gas emissions profile for 1 kg of wool produced in the Yass Region, New South Wales: A Life Cycle Assessment approach Greenhouse gas emissions pro fi le for 1 kg of wool produced in the Yass Region , New South Wales : A Life Cycle Assessment ap. Anim. Prod. Sci. 2013, 53, 495–508, doi:10.1071/AN12208.

237

230. Sim, J.; Prabhu, V. The life cycle assessment of energy and carbon emissions on wool and nylon carpets in the United States. J. Clean. Prod. 2018, 170, 1231–1243, doi:10.1016/j.jclepro.2017.09.203.

231. Popescu, C.; Höcker, H. Hair - the most sophisticated biological composite material. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1282–1291, doi:10.1039/b604537p.

232. Kuffner, H.; Popescu, C. Wool fibres. In Handbook of Natural Fibres. Volume 1: Types, Properties and Factors Affecting Breeding and Cultivation; Woodhead Publishing Limited, 2012; pp. 171–195.

233. Zach, J.; Korjenic, A.; Petránek, V.; Hroudová, J.; Bednar, T. Performance evaluation and research of alternative thermal insulations based on sheep wool. Energy Build. 2012, 49, 246–253, doi:10.1016/j.enbuild.2012.02.014.

234. Bosia, D.; Savio, L.; Thiebat, F.; Patrucco, A.; Fantucci, S.; Piccablotto, G.; Marino, D. Sheep wool for sustainable architecture. Energy Procedia 2015, 78, 315–320, doi:10.1016/j.egypro.2015.11.650.

235. Berge, B. The ecology of building materials; Routledge, 2009; ISBN 9781856175371.

236. Mansour, E.; Curling, S.F.; Ormondroyd, G.A. Absorption of formaldehyde by different wool types. In Proceedings of the International Panel Products Symposium, Llandudno, UK; 2015.

237. Mansour, E.; Curling, S.; Stéphan, A.; Ormondroyd, G. Absorption of volatile organic compounds by different wool types. Green Mater. 2016, 4, 1–7, doi:10.1680/jgrma.15.00031.

238. Salthammer, T.; Mentese, S.; Marutzky, R. Formaldehyde in the indoor environment. Chem. Rev. 2010, 110, 2536–2572, doi:10.1021/cr800399g.

239. Huang, X.; Wang, Y.J.; Di, Y.H. Experimental study of wool fiber on purification of indoor air. Text. Res. J. 2007, 77, 946–950, doi:10.1177/0040517507083519.

240. McNeil, S. The removal of indoor air contaminants by wool carpet. Tech. Bull. 2015, doi:10.13140/RG.2.1.1155.6324.

241. International Wool Textile Organisation Wool Available online: https://www.iwto.org/wool (accessed on Jan 24, 2019).

242. Black Mountain NatuWool Available online: https://www.blackmountaininsulation.com/products/natuwool (accessed on Jan 24, 2019).

243. International Wool Textile Organisation Biodegradability Available online: https://www.iwto.org/biodegradeability (accessed on Jan 24, 2019).

244. Broda, J.; Przybyło, S.; Kobiela-Mendrek, K.; Biniaś, D.; Rom, M.; Gryzbowska-Pietras, J.; Laszczak, R. Biodegradation of sheep wool geotextiles. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2016, 115, 31–38, doi:10.1016/j.ibiod.2016.07.012.

245. Leão, A.L.; Cherian, B.M.; De Souza, S.F.; Kozłowski, R.M.; Thomas, S.; Kottaisamy, M. Natural fibres for geotextiles. In Handbook of Natural Fibres. Volume 2: Processing and Applications; Woodhead Publishing, 2012; pp. 280–311.

246. Gashti, M.P.; Gashti, M.P. Effect of colloidal dispersion of clay on some properties of wool fiber. J. Dispers. Sci. Technol. 2013, 34, 853–858, doi:10.1080/01932691.2012.713248.

247. Yallew, T.B.; Kumar, P.; Singh, I. Mechanical behavior of nettle/wool fabric reinforced polyethylene composites. J. Nat. Fibers 2016, 13, 610–618, doi:10.1080/15440478.2015.1093576.

248. Alyousef, R.; Alabduljabbar, H.; Mohammadhosseini, H.; Mohamed, A.M.;

238

Siddika, A.; Alrshoudi, F.; Alaskar, A. Utilization of sheep wool as potential fibrous materials in the production of concrete composites. J. Build. Eng. 2020, 30, 101216, doi:10.1016/j.jobe.2020.101216.

249. International Wool Textile Organisation Caring for Wool Available online: https://www.iwto.org/caring-wool (accessed on Jan 24, 2019).

250. Oana, D.; Oana, I.P. Analysis of the tensile strength of 100% wool yarn from different climatic areas. Ann. Univ. Oradea. Fascicle Text. 2017, 18, 63–68.

251. Bucişcanu, I.I. Sustainable alternatives for wool valorization. Ann. Univ. Oradea. Fascicle Text. Leatherwork 2014, 15, 27–32.

252. Tang, B.; Zhou, X.; Zeng, T.; Lin, X.; Zhou, J.; Ye, Y.; Wang, X. In situ synthesis of gold nanoparticles on wool powder and their catalytic application. Materials (Basel). 2017, 10, 295, doi:10.3390/ma10030295.

253. Hou, X.; Xu, H.; Shi, Z.; Ge, M.; Chen, L.; Cao, X.; Yang, Y. Hydrothermal pretreatment for the preparation of wool powders. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 40173, doi:10.1002/app.40173.

254. Salama, M.; Hassabo, A.G.; Atef El-Sayed, A.; Salem, T.; Popescu, C. Reinforcement of polypropylene composites based on recycled wool or cotton powders. J. Nat. Fibers 2017, 14, 823–836, doi:10.1080/15440478.2017.1279582.

255. Xu, W.; Cui, W.; Li, W.; Guo, W. Development and characterizations of super-fine wool powder. Powder Technol. 2004, 140, 136–140, doi:10.1016/j.powtec.2003.12.010.

256. Eslahi, N.; Dadashian, F.; Hemmati Nejad, N.; Rabiee, M. Evaluation of wool nanoparticles incorporation in chitosan/gelatin composite films. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 40294, doi:10.1002/app.40294.

257. Wang, X.; Xu, W.; Li, W.; Wang, X. Thermoplastic film from superfine wool powder. Fibers Text. East. Eur. 2009, 17, 82–86.

258. Hassabo, A.G.; Salama, M.; Mohamed, A.L.; Popescu, C. Ultrafine wool and cotton powder and their characteristics. J. Nat. Fibers 2015, 12, 141–153, doi:10.1080/15440478.2014.903819.

259. Ghafar, H.H.A.; Salem, T.; Radwan, E.K.; El-Sayed, A.A.; Embaby, M.A.; Salama, M. Modification of waste wool fiber as low cost adsorbent for the removal of methylene blue from aqueous solution. Egypt. J. Chem. 2017, 60, 395–406.

260. Atef El-Sayed, A.; Salama, M.; Kantouch, A.A.M. Wool micro powder as a metal ion exchanger for the removal of copper and zinc. Desalin. Water Treat. 2015, 56, 1010–1019, doi:10.1080/19443994.2014.941300.

261. Zheljazkov, V.D. Assessment of wool waste and hair waste as soil amendment and nutrient source. J. Environ. Qual. 2005, 34, 2310–2317, doi:10.2134/jeq2004.0332.

262. Zheljazkov, V.D.; Stratton, G.W.; Pincock, J.; Butler, S.; Jeliazkova, E.A.; Nedkov, N.K.; Gerard, P.D. Wool-waste as organic nutrient source for container-grown plants. Waste Manag. 2009, 29, 2160–2164, doi:10.1016/j.wasman.2009.03.009.

263. Zheljazkov, V.D.; Stratton, G.W.; Sturz, T. Uncomposted wool and hair-wastes as soil amendments for high-value crops. Agron. J. 2008, 100, 1605–1614, doi:10.2134/agronj2007.0214.

264. Górecki, R.S.; Górecki, M.T. Utilization of waste wool as substrate amendment in pot cultivation of tomato, sweet pepper, and eggplant. Polish J. Environ. Stud. 2010, 19, 1083–1087.

239

265. Gogos, A.; Evangelou, M.W.H.; Schäffer, A.; Schulin, R. Hydrolysed wool: a novel soil amendment for zinc and iron biofortification of wheat. New Zeal. J. Agric. Res. 2013, 56, 130–141, doi:10.1080/00288233.2013.775165.

266. Neagu, L. Naked Sheep, primul producător de îngrăşământ eco din lână de oaie din România Available online: https://www.green-report.ro/naked-sheep-primul-producator-de-ingrasamant-eco-din-lana-de-oaie-din-romania/ (accessed on Nov 21, 2020).

267. Bhavsar, P.S.; Zoccola, M.; Patrucco, A.; Montarsolo, A.; Mossotti, R.; Rovero, G.; Giansetti, M.; Tonin, C. Superheated water hydrolysis of waste wool in a semi-industrial reactor to obtain nitrogen fertilizers; 2016; Vol. 4; ISBN 0039015849304.

268. Radetić, M.M.; Jocić, D.M.; Jovančić, P.M.; Petrović, Z.L.; Thomas, H.F. Recycled wool-based nonwoven material as an oil sorbent. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 1008–1012.

269. Rajaković-Ognjanović, V.; Aleksić, G.; Rajaković, L. Governing factors for motor oil removal from water with different sorption materials. J. Hazard. Mater. 2008, 154, 558–563, doi:10.1016/j.jhazmat.2007.10.066.

270. Periolatto, M.; Gozzelino, G. Greasy raw wool for clean-up process of marine oil spill: from laboratory test to scaled prototype. Chem. Eng. 2015, 43, 2269–2274, doi:10.3303/CET1543379.

271. Radetic, M.; Ilic, V.; Radojevic, D.; Miladinovic, R.; Jocic, D.; Jovancic, P. Efficiency of recycled wool-based nonwoven material for the removal of oils from water. Chemosphere 2008, 70, 525–530, doi:10.1016/j.chemosphere.2007.07.005.

272. Paulauskienė, T.; Jucikė, I.; Juščenko, N.; Baziukė, D. The use of natural sorbents for spilled crude oil and diesel cleanup from the water surface. Water, Air, Soil Pollut. 2014, 225, 1959, doi:10.1007/s11270-014-1959-0.

273. Monier, M.; Ayad, D.M.; Sarhan, A.A. Adsorption of Cu (II), Hg (II), and Ni (II) ions by modified natural wool chelating fibers. J. Hazard. Mater. 2010, 176, 348–355, doi:10.1016/j.jhazmat.2009.11.034.

274. Yin, Z.; Chen, M.; Hu, S.; Cheng, H. Carboxylate functionalized wool fibers for removal of Cu (II) and Pb (II) from aqueous solution. Desalin. Water Treat. 2015, 57, 17367–17376, doi:10.1080/19443994.2015.1084484.

275. Monier, M.; Nawar, N.; Abdel-Latif, D.A. Preparation and characterization of chelating fibers based on natural wool for removal of Hg (II), Cu (II) and Co (II) metal ions from aqueous solutions. J. Hazard. Mater. 2010, 184, 118–125, doi:10.1016/j.jhazmat.2010.08.013.

276. Hanzlíková, Z.; Braniša, J.; Jomová, K.; Fülöp, M.; Hybler, P.; Porubská, M. Electron beam irradiated sheep wool – Prospective sorbent for heavy metals in wastewater. Sep. Purif. Technol. 2018, 193, 345–350, doi:10.1016/j.seppur.2017.10.045.

277. Balkaya, N.; Bektas, N. Chromium(VI) sorption from dilute aqueous solutions using wool. Desalin. Water Treat. 2009, 3, 43–49, doi:10.5004/dwt.2009.473.

278. Hassan, M.M.; Davies-McConchie, J.F. Removal of arsenic and heavy metals from potable water by bauxsol immobilized onto wool fibers. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 9634–9641, doi:10.1021/ie300286k.

279. Evangelou, M.W.H.; Ebel, M.; Koerner, A.; Schaeffer, A. Hydrolysed wool: A novel chelating agent for metal chelant-assisted phytoextraction from soil. Chemosphere 2008, 72, 525–531, doi:10.1016/j.chemosphere.2008.03.063.

240

280. U.S. Department of Energy Top 9 Things You Didn’t Know about Carbon Fiber Available online: https://www.energy.gov/articles/top-9-things-you-didn-t-know-about-carbon-fiber (accessed on Aug 11, 2019).

281. Zoltek Carbon Fiber Education Center Available online: http://zoltek.com/carbon-fiber/what-is-carbon-fiber/ (accessed on Aug 11, 2019).

282. Hassan, M.M.; Schiermeister, L.; Staiger, M.P. Sustainable production of carbon fiber: Effect of cross-linking in wool fiber on carbon yields and morphologies of derived carbon fiber. ACS Sustain. Chem. Eng. 2015, 3, 2660–2668, doi:10.1021/acssuschemeng.5b00994.

283. Hassan, M.M.; Schiermeister, L.; Staiger, M.P. Thermal, chemical and morphological properties of carbon fibres derived from chemically pre-treated wool fibres. RSC Adv. 2015, 5, 55353–55362, doi:10.1039/c5ra10649d.

284. Zhu, X.; Li, Q.; Qiu, S.; Liu, X.; Xiao, L.; Ai, X.; Yang, H.; Cao, Y. Hard carbon fibers pyrolyzed from wool as high-performance anode for sodium-ion batteries. JOM 2016, 68, 2579–2584, doi:10.1007/s11837-016-2064-1.

285. Ghosh, A.; Collie, S.R. Keratinous materials as novel absorbent systems for toxic pollutants. Def. Sci. J. 2014, 64, 209–221, doi:10.14429/dsj.64.7319.

286. Ghosh, A.; Collie, S.R. Keratinous materials as novel absorbent systems for toxic pollutants. Def. Sci. J. 2014, 64, 209–221, doi:10.14429/dsj.64.7319.

287. Zhang, H.; Wang, J.; Yu, N.; Liu, J. Electrospun PLGA/multi-walled carbon nanotubes/wool keratin composite membranes: morphological, mechanical, and thermal properties, and their bioactivities in vitro. J. Polym. Res. 2014, 21, 329, doi:10.1007/s10965-013-0329-8.

288. Tran, C.D.; Prosenc, F.; Franko, M.; Benzi, G. Synthesis, structure and antimicrobial property of green composites from cellulose, wool, hair and chicken feather. Carbohydr. Polym. 2016, 151, 1269–1276.

289. Aluigi, A.; Sotgiu, G.; Torreggiani, A.; Guerrini, A.; Orlandi, V.T.; Corticelli, F.; Varchi, G. Methylene blue doped films of wool keratin with antimicrobial photodynamic activity. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 17416–17424, doi:10.1021/acsami.5b04699.

290. Sekimoto, Y.; Okiharu, T.; Nakajima, H.; Fujii, T.; Shirai, K.; Moriwaki, H. Removal of Pb (II) from water using keratin colloidal solution obtained from wool. Environ. Sci. Pollut. Res. 2013, 20, 6531–6538.

291. Aluigi, A.; Tonetti, C.; Vineis, C.; Tonin, C.; Casasola, R.; Ferrero, F. Wool keratin nanofibres for Copper(II) adsorption. J. Biobased Mater. Bioenergy 2012, 6, 230–236, doi:10.1166/jbmb.2012.1204.

292. Fakhfakh, N.; Ktari, N.; Siala, R.; Nasri, M. Wool-waste valorization: production of protein hydrolysate with high antioxidative potential by fermentation with a new keratinolytic bacterium, Bacillus pumilus A1. J. Appl. Microbiol. 2013, 115, 424–433, doi:10.1111/jam.12246.

293. Li, R.; He, J.; Wen, F.; Wang, D. Fabrication and properties of nano indium tin oxide/wool keratin composites. J. Appl. Polym. Sci. 2014, 131, 39641, doi:10.1002/app.39641.

294. Aluigi, A.; Vineis, C.; Tonin, C.; Tonetti, C.; Varesano, A.; Mazzuchetti, G. Wool keratin-based nanofibres for active filtration of air and water. J. Biobased Mater. Bioenergy 2009, 3, 311–319, doi:10.1166/jbmb.2009.1039.

295. El-Kheir, A.A.; Popescu, C.; Mowafi, S.; Salama, M.; El-Sayed, H. Physico-chemical

241

properties of keratin-polyvinyl alcohol composite. Fibers Polym. 2015, 16, 537–542, doi:10.1007/s12221-015-0537-4.

296. Fitz-Binder, C.; Pham, T.; Bechtold, T. A second life for low-grade wool through formation of all-keratin composites in cystine reducing calcium chloride–water–ethanol solution. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2019, 94, 3384–3392, doi:10.1002/jctb.6151.

297. Borsa, J. Antimicrobial natural fibres. In Handbook of Natural Fibres. Volume 2: Processing and Applications; Woodhead Publishing, 2012; pp. 653–687.

298. Sadeghi-Kiakhani, M.; Khamseh, S.; Rafie, A.; Tekieh, S.M.F.; Zarrintaj, P.; Saeb, M.R. Thermally stable antibacterial wool fabrics surface-decorated by TiON and TiON/Cu thin films. Surf. Innov. 2018, 6, 258–265, doi:10.1680/jsuin.18.00001.

299. Morris, A.; Spilsbury, K. Commercialisation of a natural material - wool: A bio-based PCM. Green Mater. 2016, 4, 89–97, doi:10.1680/jgrma.16.00001.

300. Taskin, M.; Unver, Y.; Firat, A.; Ortucu, S.; Yildiz, M. Sheep wool protein hydrolysate: A new peptone source for microorganisms. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2016, 91, 1675–1680, doi:10.1002/jctb.4971.

301. Kuzmanova, E.; Zhelev, N.; Akunna, J.C. Effect of liquid nitrogen pre-treatment on various types of wool waste fibres for biogas production. Heliyon 2018, 4, e00619, doi:10.1016/j.heliyon.2018.e00619.

302. C107/2-2005 Normativ privind calculul termotehnic al elementelor de construcţie ale clădirilor. Partea a 2-a: Normativ privind calculul coeficienţilor globali de izolare termică la clădirile cu altă destinaţie decât cea de locuire 2005.

303. Zhang, H. Heat-insulating materials and sound-absorbing materials. In Building Materials in Civil Engineering; Woodhead Publishing Limited, 2011; pp. 304–315.

304. Corscadden, K.W.; Biggs, J.N.; Stiles, D.K. Sheep’s wool insulation: A sustainable alternative use for a renewable resource? Resour. Conserv. Recycl. 2014, 86, 9–15, doi:10.1016/j.resconrec.2014.01.004.

305. Bosia, D.; Savio, L.; Thiebat, F.; Patrucco, A.; Fantucci, S.; Piccablotto, G.; Marino, D. Sheep wool for sustainable architecture. Energy Procedia 2015, 78, 315–320, doi:10.1016/j.egypro.2015.11.650.

306. ThermaFleece FAQs Available online: https://www.thermafleece.com/resources/faqs (accessed on Aug 19, 2019).

307. Crawshaw, G.H.; Russell, S.J. Carpets, felts and nonwoven fabrics. In Wool: Science and technology; Woodhead Publishing Limited, 2002; pp. 290–313.

308. Bosia, D.; Giordano, R.; Savio, L. A sustainable building product: advanced insulation panels obtained by recycling regional sheep’s wool. TECHNE - J. Technol. Archit. Environ. 2011, 1, 110–115.

309. Ye, Z.; Wells, C.M.; Carrington, C.G.; Hewitt, N.J. Thermal conductivity of wool and wool – hemp insulation. Int. J. Energy Res. 2006, 30, 37–49, doi:10.1002/er.1123.

310. Guna, V.; Ilangovan, M.; Vighnesh, H.R.; Sreehari, B.R.; Abhijith, S.; Sachin, H.E.; Mohan, C.B.; Reddy, N. Engineering sustainable waste wool biocomposites with high flame resistance and noise insulation for green building and automotive applications. J. Nat. Fibers 2019, 1–11, doi:10.1080/15440478.2019.1701610.

311. Rubino, C.; Bonet-Aracil, M.; Liuzzi, S.; Martellotta, F.; Stefanizzi, P. Thermal characterization of innovative sustainable building materials from wool textile fibers waste. Tec. Ital. - Ital. J. Eng. Sci. 2019, 63, 277–283, doi:10.18280/ti-

242

ijes.632-423. 312. Mounir, S.; Khabbazi, A.; Maaloufa, Y.; Khaldoun, A.; El Hamdouni, Y.

Experimental approach for measuring thermal properties for ecological materials based on additives cork or wool and illite. J. Therm. Sci. Eng. Appl. 2016, 8, 021012, doi:10.1115/1.4032180.

313. Absorption coefficients Available online: http://www.acoustic.ua/st/web_absorption_data_eng.pdf (accessed on Jan 7, 2020).

314. Pennacchio, R.; Savio, L.; Bosia, D.; Thiebat, F.; Piccablotto, G.; Patrucco, A.; Fantucci, S. Fitness: sheep-wool and hemp sustainable insulation panels. Energy Procedia 2017, 111, 287–297, doi:10.1016/j.egypro.2017.03.030.

315. Berardi, U.; Iannace, G.; Di Gabriele, M. Characterization of sheep wool panels for room acoustic applications. In Proceedings of the Proceedings of Meetings on Acoustics 22/CA; 2016; Vol. 28, p. 015001.

316. Borlea, S.I.; Tiuc, A.E.; Nemeş, O.; Vermeşan, H.; Vasile, O. Innovative use of sheep wool for obtaining materials with improved sound-absorbing properties. Materials (Basel). 2020, 13, 694.

317. Rubino, C.; Bonet-Aracil, M.; Gisbert-Payá, J.; Liuzzi, S.; Stefanizzi, P.; Zamorano Cantó, M.; Martellotta, F. Composite eco-friendly sound absorbing materials made of recycled textile waste and biopolymers. Materials (Basel). 2019, 12, 4020.

318. Lyu, L.; Li, C.; Wang, Y.; Lu, J.; Guo, J. Sound absorption, thermal, and flame retardant properties of nonwoven wall cloth with waste fibers. J. Eng. Fiber. Fabr. 2020, 15, 1–11, doi:10.1177/1558925020934124.

319. Tang, X.; Yan, X. Acoustic energy absorption properties of fibrous materials: A review. Compos. Part A 2017, 101, 360–380, doi:10.1016/j.compositesa.2017.07.002.

320. Asdrubali, F. Survey on the acoustical properties of new sustainable materials for noise control. In Proceedings of the Proceedings of Euronoise; vol. 30, Tampere: European Acoustics Association, 2006.

321. Manea, D.L. Materiale speciale pentru construcţii; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2011; 322. Cardinale, T.; Arleo, G.; Bernardo, F.; Feo, A.; De Fazio, P. Thermal and

mechanical characterization of panels made by cement mortar and sheep’s wool fibres. Energy Procedia 2017, 140, 159–169, doi:10.1016/j.egypro.2017.11.132.

323. Galán-Marín, C.; Rivera-Gómez, C.; Petric, J. Clay-based composite stabilized with natural polymer and fibre. Constr. Build. Mater. 2010, 24, 1462–1468, doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.01.008.

324. Galán-Marín, C.; Rivera-Gómez, C.; Petric-Gray, J. Effect of animal fibres reinforcement on stabilized earth mechanical properties. J. Biobased Mater. Bioenergy 2010, 4, 121–128, doi:10.1166/jbmb.2010.1076.

325. Galán-Marín, C.; Rivera-Gómez, C.; Bradley, F. Ultrasonic, molecular and mechanical testing diagnostics in natural fibre reinforced, polymer-stabilized earth blocks. Int. J. Polym. Sci. 2013, 2013.

326. Aymerich, F.; Fenu, L.; Meloni, P. Effect of reinforcing wool fibres on fracture and energy absorption properties of an earthen material. Constr. Build. Mater. 2012, 27, 66–72, doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.08.008.

327. Mounir, S.; Khabbazi, A.; Khaldoun, A.; Maaloufa, Y.; El Hamdouni, Y. Thermal inertia and thermal properties of the composite material clay-wool. Sustain.

243

Cities Soc. 2015, 19, 191–199, doi:10.1016/j.scs.2015.07.018. 328. Kim, N.K.; Lin, R.J.T.; Bhattacharyya, D. Effects of wool fibres, ammonium

polyphosphate and polymer viscosity on the flammability and mechanical performance of PP/wool composites. Polym. Degrad. Stab. 2015, 119, 167–177, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2015.05.015.

329. Rajkumar, G.; Srinivasan, J.; Suvitha, L. Natural protein fiber hybrid composites: Effects of fiber content and fiber orientation on mechanical, thermal conductivity and water absorption properties. J. Ind. Text. 2015, 44, 709–724, doi:10.1177/1528083713512355.

330. Santulli, C.; Sarasini, F.; Tirillò, J.; Valente, T.; Valente, M.; Caruso, A.P.; Infantino, M.; Nisini, E.; Minak, G. Mechanical behaviour of jute cloth/wool felts hybrid laminates. Mater. Des. 2013, 50, 309–321, doi:10.1016/j.matdes.2013.02.079.

331. Miriţoiu, C.M.; Burada, C.O. Researches regarding the mechanical properties of composites made from felt and epoxy resin. Rev. Română Mater. / Rom. J. Mater. 2020, 50, 103–112.

332. Aldas Carrasco, M.F.; Rouault, N.J.; Ferri Azor, J.M.; López-Martínez, J.; Samper Madrigal, M.D. A new bio-based fibre-reinforced polymer obtained from sheep wool short fibres and PLA. Green Mater. 2020, 8, 79–91, doi:10.1680/jgrma.19.00027.

333. Vac Coat Electron Microscope Available online: https://vaccoat.com/blog/electron-microscope/ (accessed on Oct 12, 2020).

334. Encyclopædia Britannica Scanning electron microscope Available online: https://www.britannica.com/technology/scanning-electron-microscope (accessed on Dec 13, 2020).

335. SR EN 826:2013 Thermal insulating products for building applications - Determination of compression behaviour 2013.

336. SR EN 1015-11:2002 Methods of test for mortar for masonry - Part 11: Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar.

337. SR EN 12089:2013 Thermal insulating products for building applications - Determination of bending behaviour 2013.

338. SR EN 1015-12:2016 Methods of test for mortar for masonry - Part 12: Determination of adhesive strength of hardened rendering and plastering mortars on substrates.

339. SR EN 1015-18:2003 Metode de încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 18: Determinarea coeficientului de absorbţie a apei datorată acţiunii capilare a mortarului întărit 2003.

340. SR EN 12087:2013 Produse termoizolante destinate utilizării la clădiri. Determinarea absorbţiei apei de lungă durată prin imersie 2013.

341. SR EN ISO 846:2019 Materiale plastice. Evaluarea acțiunii microorganismelor 2019.

342. Holbrook, R.D.; Galyean, A.A.; Gorham, J.M.; Herzing, A.; Pettibone, J. Overview of nanomaterial characterization and metrology. In Frontiers of Nanoscience; Elsevier, 2015; Vol. 8, pp. 47–87 ISBN 9780080999487.

343. Nanakoudis, A. EDX Analysis with SEM: How Does it Work? Available online: https://www.thermofisher.com/blog/microscopy/edx-analysis-with-sem-how-does-it-work/ (accessed on Dec 10, 2020).

344. Dylewski, R.; Adamczyk, J. Life cycle assessment (LCA) of building thermal insulation materials. In Eco-efficient construction and building materials;

244

Woodhead Publishing Limited, 2014; pp. 267–286 ISBN 9780857094247. 345. Doran, P.M. Heat Transfer. In Bioprocess Engineering Principles; Academic Press,

1995; pp. 164–189. 346. Ratna, D. Thermal properties of thermosets. In Thermosets; Woodhead

Publishing Limited, 2012; pp. 62–91. 347. SR EN 12667:2002 Performanţa termică a materialelor şi produselor de

construcţie. Determinarea rezistenţei termice prin metoda plăcii calde gardate şi prin metoda cu termofluxmetru. Produse cu rezistenţă termică mare şi medie 2002.

348. Venkataraman, M.; Mishra, R.; Militky, J.; Hes, L. Aerogel based nanoporous fibrous materials for thermal insulation. Fibers Polym. 2014, 15, 1444–1449, doi:10.1007/s12221-014-1444-9.

349. Andreica, H.A.; Munteanu, C.; Moga, L.M.; Mureşanu, I.; Tămaş-Gavrea, R. Construcţii civile; U.T.PRESS: Cluj-Napoca, 2009; ISBN 978-973-662-501-5.

350. SR EN 12086:2013 Produse termoizolante destinate utilizării la clădiri. Determinarea proprietăţilor de transmisie a vaporilor de apă 2013.

351. Collet, F.; Achchaq, F.; Djellab, K.; Marmoret, L.; Beji, H. Water vapor properties of two hemp wools manufactured with different treatments. Constr. Build. Mater. 2011, 25, 1079–1085, doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.06.069.

352. SR EN ISO 12571:2014 Performanţa higrotermică a materialelor şi produselor pentru construcţii. Determinarea caracteristicilor de adsorbţie higroscopică 2014.

353. Shrivastava, A. Plastic properties and testing. In Introduction to Plastics Engineering; William Andrew Publishing, 2018; pp. 49–110 ISBN 9780323395007.

354. Peng, L. Sound absorption and insulation functional composites. In Advanced High Strength Natural Fibre Composites in Construction; Woodhead Publishing, 2017; pp. 333–373 ISBN 9780081004302.

355. Asdrubali, F.; Desideri, U. Building envelope. In Handbook of energy efficiency in buildings: A life cycle approach; Butterworth-Heinemann, 2019; pp. 295–439.

356. Qui, H.; Enhui, Y. Effect of thickness, density and cavity depth on the sound absorption properties of wool boards. Autex Res. J. 2018, 18, 203–208, doi:10.1515/aut-2017-0020.

357. C125-2013 Normativ privind acustica în construcţii şi zone urbane 2013. 358. ASTM Standard C423 Standard test method for sound absorption and sound

absorption coefficients by the reverberation room method 2017. 359. SR EN ISO 10534-2:2002 Acoustics - Determination of sound absorption

coefficient and impedance in impedances tubes - Part 2: Transfer-function method (ISO 10534-2:1998) 2002.

360. Brüel&Kjær Product Data: Impedance Tube Kits Type 4206 and 4206-A and Transmission Loss Tube Kit Type 4206-T.

361. Wang, C.J.; Mynors, D.J. Acoustic performance of cold-formed steel buildings. In Recent Trends in Cold-Formed Steel Construction; Woodhead Publishing, 2016; pp. 173–182 ISBN 9780081001578.

362. Hundy, G.F.; Trott, A.R.; Welch, T.C. Noise and vibration. In Refrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps; Butterworth-Heinemann, 2016; pp. 447–455 ISBN 9781135078195.

363. SR EN ISO 10140-2:2011 Acoustics - Laboratory measurement of sound

245

insulation of building elements - Part 2: Measurement of airborne sound insulation 2011.

364. SR EN ISO 717-1:2013 Acoustics - Rating of sound insulation in buildings and of building elements - Part 1: Airborne sound insulation 2013.

365. Parlamentul României Lege nr. 10/1995 privind calitatea în construcţii, republicată în M.O. nr. 765/2016 2016.

366. Tămaş-Gavrea, D.-R.; Iştoan, R.; Tiuc, A.E. Cerere de brevet nr. “a 2019 00237”/15.04.2019: Panou compozit multistrat şi metodă de obţinere a acestuia 2019.

367. Arizzi, A.; Banfill, P.F.G. Rheology of lime pastes with biopolymer-based additives. Mater. Struct. 2019, 52, 8, doi:10.1617/s11527-019-1310-8.

368. SR EN 1015-2:2001 Methods of test for mortar for masonry. Bulk sampling of mortars and preparation of test mortars.

369. Köber Profesional ECOLAC - Fişă tehnică Available online: https://i.dedeman.ro/media/file/file/f/i/fisa_tehnica-ul3000-sectia_lv-l8301w_lac_pentru_parchet_si_mobila_in_dispersie_apoasa_ecolac.pdf (accessed on Nov 25, 2020).

370. Prochima Latex - Bollettino tecnico Available online: https://www.prochima.it/files/LATEX.pdf (accessed on Nov 25, 2020).

371. 3D Mini Me Available online: https://3dminime.ro/ (accessed on Jan 10, 2021). 372. Binici, H.; Eken, M.; Dolaz, M.; Aksogan, O.; Kara, M. An environmentally friendly

thermal insulation material from sunflower stalk, textile waste and stubble fibres. Constr. Build. Mater. 2014, 51, 24–33, doi:10.1016/j.conbuildmat.2013.10.038.

373. Buska, A.; Mačiulaitis, R. The compressive strength properties of mineral wool slabs: Influence of structure anisotropy and methodical factors. J. Civ. Eng. Manag. 2007, 13, 97–106.

374. Yang, F.; Fei, B.; Wu, Z.; Peng, L.; Yu, Y. Selected properties of corrugated particleboards made from bamboo waste (Phyllostachys edulis) laminated with medium-density fiberboard panels. BioResources 2014, 9, 1085–1096, doi:10.15376/biores.9.1.1085-1096.

375. Technical data Available online: https://www.austrotherm.ro/descarcari/cataloage/ (accessed on Jan 8, 2020).

376. Huang, C.-H.; Lin, J.-H.; Lou, C.-W.; Tsai, Y.-T. The efficacy of coconut fibers on the sound-absorbing and thermal-insulating nonwoven composite board. Fibers Polym. 2013, 14, 1378–1385, doi:10.1007/s12221-013-1378-7.

377. Efe, F.T.; Alma, M.H. Investigating some physical properties of composite board, produced from sunflower stalks, designed horizontally. Ekoloji Derg. 2014, 23, 40–48, doi:10.5053/ekoloji.2014.905.

378. Ye, Z.; Wells, C.M.; Carrington, C.G.; Hewitt, N.J. Thermal conductivity of wool and wool-hemp insulation. Int. J. Energy Res. 2006, 30, 37–49, doi:10.1002/er.1123.

379. Zulkifli, R.; Mohd Nor, M.J.; Mat Tahir, M.F.; Ismail, A.R.; Nuawi, M.Z. Acoustic properties of multi-layer coir fibres sound absorption panel. J. Appl. Sci. 2008, 8, 3709–3714, doi:10.3923/jas.2008.3709.3714.

380. Wang, T.; Ge, H.; Wang, F. The sound absorption of sisal fiber and sisal fiber/polyethylene film sheets: Morphology and structure. Polym. Compos. 2018, 39, 2812–2818, doi:10.1002/pc.

381. Díaz, C.; Jiménez, M.; Navacerrada, M.Á.; Pedrero, A. Acoustic properties of reed

246

panels. Mater. Construcción 2012, 62, 55–66, doi:10.3989/mc.2010.60510. 382. Zhao, P.; Jackson, M.D.; Zhang, Y.; Li, G.; Monteiro, P.J.M.; Yang, L. Material

characteristics of ancient Chinese lime binder and experimental reproductions with organic admixtures. Constr. Build. Mater. 2015, 84, 477–488, doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.03.065.

383. Di Bella, G.; Fiore, V.; Galtieri, G.; Borsellino, C.; Valenza, A. Effects of natural fibres reinforcement in lime plasters (kenaf and sisal vs. Polypropylene). Constr. Build. Mater. 2014, 58, 159–165, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.02.026.

384. Belakroum, R.; Gherfi, A.; Kadja, M.; Maalouf, C.; Lachi, M.; El Wakil, N.; Mai, T.H. Design and properties of a new sustainable construction material based on date palm fibers and lime. Constr. Build. Mater. 2018, 184, 330–343, doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.06.196.

385. de Bruijn, P.B.; Jeppsson, K.-H.; Sandin, K.; Nilsson, C. Mechanical properties of lime-hemp concrete containing shives and fibres. Biosyst. Eng. 2009, 103, 474–479, doi:10.1016/j.biosystemseng.2009.02.005.

386. Gonilho-Pereira, C.; Faria, P.; Fangueiro, R.; Martins, A.; Vinagre, P.; Ratão, S. Performance assessment of waste fiber-reinforced mortar. In Proceedings of the Materials Science Forum; Trans Tech Publications: vol 730, 2013; pp. 617–622.

387. Ravi, R.; Selvaraj, T.; Sekar, S.K. Characterization of hydraulic lime mortar containing Opuntia ficus indica as a bio-admixture for restoration applications. Int. J. Archit. Herit. 2016, 10, 714–725, doi:10.1080/15583058.2015.1109735.

388. Izaguirre, A.; Lanas, J.; Alvarez, J.I. Effect of a polypropylene fibre on the behaviour of aerial lime-based mortars. Constr. Build. Mater. 2011, 25, 992–1000, doi:10.1016/j.conbuildmat.2010.06.080.

389. Izaguirre, A.; Lanas, J.; Álvarez, J.I. Effect of water-repellent admixtures on the behaviour of aerial lime-based mortars. Cem. Concr. Res. 2009, 39, 1095–1104, doi:10.1016/j.cemconres.2009.07.026.

390. Nunes, C.; Slížková, Z. Freezing and thawing resistance of aerial lime mortar with metakaolin and a traditional water-repellent admixture. Constr. Build. Mater. 2016, 114, 896–905, doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.04.029.

391. Silva, B.A.; Ferreira Pinto, A.P.; Gomes, A. Influence of natural hydraulic lime content on the properties of aerial lime-based mortars. Constr. Build. Mater. 2014, 72, 208–218, doi:10.1016/j.conbuildmat.2014.09.010.

392. Garabito, J.; Rodriguez, A.; Gutierrez, S.; Calderon, V. Manufacture of lime mortars for restoration with addition of polyamide powder waste. In Proceedings of the Advanced Materials Research; Trans Tech Publications, 2013; Vol. 687, pp. 532–537.

393. Mydin, M.A.O. Preliminary studies on the development of lime-based mortar with added egg white. Int. J. Technol. 2017, 5, 800–810, doi:10.14716/ijtech.v8i5.442.

394. Fusade, L.; Viles, H.; Wood, C.; Burns, C. The effect of wood ash on the properties and durability of lime mortar for repointing damp historic buildings. Constr. Build. Mater. 2019, 212, 500–513, doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.03.326.

395. Anna, A.; Giuseppe, C. The water transfer properties and drying shrinkage of aerial lime-based mortars: An assessment of their quality as repair rendering materials. Environ. Earth Sci. 2014, 71, 1699–1710, doi:10.1007/s12665-013-

247

2574-x. 396. Nguyen, D.M.; Grillet, A.-C.; Diep, T.M.H.; Bui, Q.B.; Woloszyn, M. Influence of

thermo-pressing conditions on insulation materials from bamboo fibers and proteins based bone glue. Ind. Crops Prod. 2018, 111, 834–845, doi:10.1016/j.indcrop.2017.12.009.

397. Zakriya, G.M.; Ramakrishnan, G. Insulation and mechanical properties of jute and hollow conjugated polyester reinforced nonwoven composite. Energy Build. 2018, 158, 1544–1552.

398. Bourdot, A.; Moussa, T.; Gacoin, A.; Maalouf, C.; Vazquez, P.; Thomachot-Schneider, C.; Bliard, C.; Merabtine, A.; Lachi, M.; Douzane, O.; et al. Characterization of a hemp-based agro-material: Influence of starch ratio and hemp shive size on physical, mechanical, and hygrothermal properties. Energy Build. 2017, 153, 501–512.

399. Asdrubali, F.; Bianchi, F.; Cotana, F.; D’Alessandro, F.; Pertosa, M.; Pisello, A.L.; Schiavoni, S. Experimental thermo-acoustic characterization of innovative common reed bio-based panels for building envelope. Build. Environ. 2016, 102, 217–229, doi:10.1016/j.buildenv.2016.03.022.

400. Dieckmann, E.; Onsiong, R.; Nagy, B.; Sheldrick, L.; Cheeseman, C. Valorization of waste feathers in the production of new thermal insulation materials. Waste and Biomass Valorization 2021, 12, 1119–1131, doi:10.1007/s12649-020-01007-3.

401. Hegyi, A.; Bulacu, C.; Szilagyi, H.; Lăzărescu, A.-V.; Colbu, D.E.; Sandu, M. Waste management in the context of the development of sustainable thermal insulation products for the construction sector. Int. J. Conserv. Sci. 2021, 12, 225–236.

402. Hussain, M.; Tao, W.Q. Numerical prediction of effective thermal conductivity of ceramic fiber board using lattice Boltzmann method. Numer. Heat Transf. Part A Appl. 2018, 74, 1285–1300, doi:10.1080/10407782.2018.1523599.

403. Zhang, S.; Li, Y.; Zheng, Z. Effect of physiochemical structure on energy absorption properties of plant fibers reinforced composites: Dielectric, thermal insulation, and sound absorption properties. Compos. Commun. 2018, 10, 163–167, doi:10.1016/j.coco.2018.09.006.

404. Subrahmanyam, B. V.; Gopala Krishna, S. V.; Jithedra Kumar, R.; Devireddy, S.B.R. Experimental and micromechanical thermal characteristics of jute fiber reinforced polyester composites. Mater. Today Proc. 2019, 18, 350–356, doi:10.1016/j.matpr.2019.06.311.

405. Kosiński, P.; Brzyski, P.; Szewczyk, A.; Motacki, W. Thermal properties of raw hemp fiber as a loose-fill insulation material. J. Nat. Fibers 2018, 15, 717–730, doi:10.1080/15440478.2017.1361371.

406. Stapulionienė, R.; Vaitkus, S.; Vėjelis, S.; Sankauskaitė, A. Investigation of thermal conductivity of natural fibres processed by different mechanical methods. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2016, 17, 1371–1381, doi:10.1007/s12541-016-0163-0.

407. Karamanos, A.; Papadopoulos, A.; Anastasellos, D. Heat transfer phenomena in fibrous insulating materials. In Proceedings of the Proceedings of 2004 WSEAS/IASME International Conference on Heat and Mass Transfer; 2004; pp. 17–19.

408. Nakaya, T.; Yamasaki, M.; Fukuta, S.; Matsuda, Y.; Sasaki, Y. Thermal conductivity of low-density wood composite mats. For. Prod. J. 2019, 69, 322–328,

248

doi:10.13073/FPJ-D-17-00054. 409. Orlik-Kożdoń, B.; Steidl, T. Experimental and analytical determination of water

vapour transmission properties of recyclable insulation material. Constr. Build. Mater. 2018, 192, 798–807, doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.10.093.

410. Broda, J.; Bączek, M. Acoustic properties of multi-layer wool nonwoven structures. J. Nat. Fibers 2020, 17, 1567–1581, doi:10.1080/15440478.2019.1584078.

411. Salinah, D.; Fadzlita, M.T.; Habibah, G.; Ayog, L.J.; Adriana, A.; Hassanel, A. Effect of thickness acoustic panels utilizing coconut coir. In Proceedings of the 6th International Conference on Geotechnique, Construction Materials and Environment; Bangkok, 2016.

412. Kinnane, O.; Reilly, A.; Grimes, J.; Pavia, S.; Walker, R. Acoustic absorption of hemp-lime construction. Constr. Build. Mater. 2016, 122, 674–682, doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.06.106.

249

LISTA FIGURILOR

Fig. 1.1. a) Concentraţia medie a CO2 din atmosferă [2]; b)

Temperatura globală medie în perioada 1880-2009. Linia 0 corespunde

valorii medii pentru perioada 1961-1990 [3].................................................... 9

Fig. 1.2. Cantitatea de deşeu generat pe persoană în UE [15]. ........... 12

Fig. 1.3. Deşeuri generate în EU-27 pe activităţi economice şi

gospodării, 2018 [16]. ............................................................................................... 12

Fig. 1.4. Gestionarea deşeurilor în EU-27 [17].......................................... 12

Fig. 1.5. Obiectivele dezvoltării durabile [31]. .......................................... 14

Fig. 1.6. Principiile şi strategiile sustenabilităţii în construcţii [36]. 15

Fig. 1.7. Ciclul de viaţă sustenabil al clădirilor [36]. ............................... 16

Fig. 1.8. Stadiile ciclului de viaţă ale unei clădiri, considerate în cadrul

LCA. ................................................................................................................................... 18

Fig. 1.9. Valorile încălzirii globale (stânga) şi acidificării (dreapta)

pentru diferite materiale [58]. ............................................................................... 19

Fig. 1.10. Energia înglobată pentru diferite materiale [58], [59]. ..... 20

Fig. 1.11. Clădiri tradiţionale din pământ în Yemen [58]. .................... 21

Fig. 1.12. Clădire din baloţi de paie construită în cadrul unui program

experimental [154]. .................................................................................................... 27

Fig. 1.13. a) Material realizat din pene-polietilenă [174] şi b)

microstructura acestuia............................................................................................ 28

Fig. 2.1. Producţia lânii de oaie brute la nivel mondial, valori medii

considerate în intervalul 2000-2017 [194]. ..................................................... 32

Fig. 2.2. Imagine SEM a unor fibre; mărire de: x200, x750, x2300

[199]. ................................................................................................................................ 33

Fig. 2.3. Structura fibrei de lână [201]. ........................................................ 34

Fig. 2.4. Poziţia complexului de membrane celulare în interiorul fibrei

[202]. ................................................................................................................................ 35

Fig. 2.5. Diagrama schematică a alcătuirii fibrelor de lână (fibre fine

de merino) [206]. ........................................................................................................ 36

Fig. 2.6. Mecanismul de clichet între fibrele de lână [212]. ................. 37

Fig. 2.7. a) Mecanismul difuziei vaporilor de apă printr-un mediu

fibros [217]; b) Sorbţia şi desorbţia umidităţii [216]. .................................. 39

Fig. 2.9. Impactul asupra mediului a unor materiale termoizolante, pe

bază de cânepă şi bumbac (Isonat), fibre de sticlă (Knauf), vată minerală

(Rockwool), respectiv lână de oaie (Thermafleece) [228].......................... 42

250

Fig. 2.10. Cantitatea de formaldehidă legată chimic de către diferitele

tipuri de lână [236]. .................................................................................................... 47

Fig. 2.11. Cantităţile de toluen, limonenă şi dodecan absorbite de

către diferite tipuri de lână [237]. ........................................................................ 48

Fig. 2.12. Comparaţie între adsorbţia unor contaminanţi din aerul

interior de către diferite tipuri de fibre [240]. ................................................ 49

Fig. 2.13. Materialul studiat de [244]; a) înainte de expunere, b) după

şase luni. ......................................................................................................................... 50

Fig. 2.14. Materialul alcătuit din lână şi fibre sintetice; înainte de

expunere (stânga) şi după 50 de zile (dreapta) [222]. ................................. 51

Fig. 2.15. a) Imagini SEM ale fibrei netratate, respectiv b) fibra supusă

tratamentului oxidativ timp de 9 ore [203]. ..................................................... 52

Fig. 2.16. Curba efort-deformaţie pentru lână [202]. ............................. 53

Fig. 2.17. Pulberea din fibră de lână având forma aciculară, măcinată

timp de: (1) 5 minute, (2) 0.5 ore, (3) 3 ore [255]. ........................................ 55

Fig. 2.18. a) Pulberea din fibră de lână având forma rotunjită [252];

b) Pulbere din fibre de lână având formă neregulată, măcinată timp de 10

minute [253]. ................................................................................................................ 55

Fig. 2.19. Peliculă termoplastică: (a), (b) morfologia suprafeţei; (c),

(d) secţiune [257]. ...................................................................................................... 56

Fig. 2.20. Fibră de lână în proces de degradare: a) după 3 ani [263];

b) după 4 ani [261]. .................................................................................................... 57

Fig. 2.21. Imagini SEM ale fibrelor de carbon produse (suprafaţă şi

secţiune transversală), probă control (C) şi probe cu diferite tratamente

(T1, T2, T5) [283]. ....................................................................................................... 60

Fig. 2.22. Variaţia absorbţiei acustice pe benzi de frecvenţă pentru

lâna de oaie şi vata minerală [180], [313]. ........................................................ 64

Fig. 2.23. Panou de lână şi fibre de cânepă [314]. ................................... 66

Fig. 2.24. Epruvete cu diferite dozaje de fibre de lână: a) 5%; b) 7%

[322]. ................................................................................................................................ 68

Fig. 2.25. a) Fibre de lână într-o matrice: polimerică [328] şi b)

argiloasă [326]. ............................................................................................................ 70

Fig. 3.1. Testele efectuate. ................................................................................. 73

Fig. 3.2. Alcătuirea schematică a microscopului electronic cu baleiaj

[334]. ................................................................................................................................ 74

251

Fig. 3.3. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la

compresiune: a) pentru panoul sandwich; b) pentru compozitele de var-

lână. .................................................................................................................................. 75

Fig. 3.4. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la

încovoiere: a) pentru panoul sandwich; b) pentru compozitele de var-

lână. .................................................................................................................................. 76

Fig. 3.5. Dinamometru digital. ......................................................................... 77

Fig. 3.6. Principiul metodei EDX [343]. ........................................................ 80

Fig. 3.7. Tipuri de adsorbţie [351]. ................................................................ 85

Fig. 3.8. Reflexia undelor sonore. ................................................................... 86

Fig. 3.9. Alcătuirea generală a sistemului pentru măsurarea absorbţiei

acustice [360]. .............................................................................................................. 88

Fig. 3.10. Alcătuirea generală a sistemului pentru determinarea

indicelui de atenuare acustică. ............................................................................... 92

Fig. 4.1. Fibrele de lână folosite pentru panoul sandwich: a) în placare,

b) în realizarea miezului........................................................................................... 97

Fig. 4.2. Imagini SEM ale fibrelor de lână: a) x200; b) x750; c) x1000.

............................................................................................................................................ 98

Fig. 4.3. Imagine EDX a fibrei de lână, x1000. ........................................ 100

Fig. 4.4. Panoul final preparat, folosit pentru determinarea izolării

acustice. ........................................................................................................................ 101

Fig. 4.5. Fluxul tehnologic al preparării miezului: a) aranjarea

saltelelor de lână; b) pulverizarea saltelelor cu liant; c) aşezarea

saltelelor pulverizate în cofraj; d) păstrarea miezului până la turnarea

placărilor. .................................................................................................................... 102

Fig. 4.6. Prepararea panourilor sandwich: a) turnarea feţei inferioare

în cofraj; b) dispunerea foii rigide şi a miezului peste faţa turnată; c)

turnarea feţei superioare peste miez; d) presarea structurii sandwich; e)

panou decofrat. ......................................................................................................... 103

Fig. 4.7. Panourile sandwich: a) după decofrare; b) secţiune

transversală. ............................................................................................................... 104

Fig. 4.8. Probele cilindrice: a) cu placare neperforată; b) cu 10%

perforaţii; c) cu 20% perforaţii; d) cu 30% perforaţii. .............................. 105

Fig. 4.9. Cadrul de lemn: a) prezentare generală; b) poziţia benzilor

elastice. ......................................................................................................................... 105

Fig. 4.10. a) Microscopul electronic cu baleiaj; b) Aparat de

pulverizare catodică cu cameră de vidare. ..................................................... 106

252

Fig. 4.11. Probele preparate pentru determinare: a) înainte de

metalizare; b) după metalizare. .......................................................................... 106

Fig. 4.12. Imagini SEM ale panoului sandwich: a) placare x100; b)

miez x100; c) placare x750; d) miez x750; e) placare x1000; f) miez

x1000. ........................................................................................................................... 108

Fig. 4.13. Determinarea rezistenţei la compresiune, cu epruveta: a)

înainte de încercare; b), c) în timpul încercării. .......................................... 109

Fig. 4.14. Variaţia deplasării în funcţie de forţa de compresiune

aplicată. ........................................................................................................................ 109

Fig. 4.15. Aparatul folosit pentru determinarea rezistenţei la

încovoiere. ................................................................................................................... 110

Fig. 4.16. Variaţia deplasării în funcţie de forţa de încovoiere aplicată.

......................................................................................................................................... 111

Fig. 4.17. a) Spectrometrul EDX; b) unitate de prelucrare a datelor.

......................................................................................................................................... 111

Fig. 4.18. Imagini EDX ale panoului sandwich: a) placare x1000; b)

miez x1000. ................................................................................................................ 115

Fig. 4.19. Aparat de măsurare a fluxului termic. ................................... 116

Fig. 4.20. Tubul de impedanţă. ..................................................................... 117

Fig. 4.21. Determinarea coeficientului de absorbţie acustică. ......... 118

Fig. 4.22. Variaţia absorbţiei acustice a probelor testate. ................. 119

Fig. 4.23. Determinarea izolării la zgomot aerian: a) panoul izolant; b)

efectuarea determinării. ........................................................................................ 120

Fig. 4.24. Valorile indicelui de atenuare acustică măsurate, curba de

referinţă, respectiv curba de referinţă translatată, în funcţie de frecvenţă.

......................................................................................................................................... 120

Fig. 4.25. Fibre de diferite lungimi: a) 1-3 mm, b) 5-6 mm, c) 10-11

mm. ................................................................................................................................ 122

Fig. 4.26. Pastele organice preparate: a) pastă de grâu, b) pastă de

orez, c) pastă de porumb. ...................................................................................... 123

Fig. 4.27. Materialele utilizate la realizarea reţetei folosite la

prepararea stratului exterior al panoului sandwich. ................................. 124

Fig. 4.28. Disperia omogenă a fibrelor în matricea de var, reţeta: a)

procent de fibre 0.75% şi adaos organic de pastă de porumb; b) lungime

de fibre 1-3 mm şi adaos organic de pastă de orez caldă. ........................ 125

Fig. 4.29. Turnarea epruvetelor in cofraje în două straturi. ............. 125

253

Fig. 4.30. Cantităţile de fibre folosite pentru variantele V1-V5: 0.15%,

0.45%, 0.75%, 1.05% şi 1.35%. .......................................................................... 126

Fig. 4.31. Presa hidraulică utilizată pentru determinarea rezistenţei

la compresiune. ......................................................................................................... 128

Fig. 4.32. Rezistenţa la compresiune pentru cele 6 variante la 90 de

zile. ................................................................................................................................. 130

Fig. 4.33. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta fără fibre în

funcţie de vârsta epruvetelor. ............................................................................. 131

Fig. 4.34. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta cu 0.15%

fibre în funcţie de vârsta epruvetelor. ............................................................. 132

Fig. 4.35. Variaţia rezistenţei la compresiune la varianta cu 1.35%

fibre în funcţie de vârsta epruvetelor. ............................................................. 132

Fig. 4.36. Rezistenţa la compresiune pentru cele 4 variante la 90 de

zile. ................................................................................................................................. 134

Fig. 4.37. Variaţia rezistenţei la compresiune la L1 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 135

Fig. 4.38. Variaţia rezistenţei la compresiune la L3 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 135

Fig. 4.39. Maşina automată pentru încercare la încovoiere. ............. 136

Fig. 4.40. Rezistenţa la încovoiere pentru cele 6 variante la 90 de zile.

......................................................................................................................................... 137

Fig. 4.41. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V0 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 138

Fig. 4.42. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V1 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 139

Fig. 4.43. Variaţia rezistenţei la încovoiere la V5 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 139

Fig. 4.44. Rezistenţa la încovoiere pentru cele 4 variante la 90 de zile.

......................................................................................................................................... 141

Fig. 4.45. Variaţia rezistenţei la încovoiere la L1 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 142

Fig. 4.46. Variaţia rezistenţei la încovoiere la L3 în funcţie de vârsta

epruvetelor. ................................................................................................................ 142

Fig. 4.47. Probele preparate pentru suporturi de: a) BCA, b) cărămidă.

......................................................................................................................................... 143

Fig. 4.48. Variaţia aderenţei la stratul suport la vârsta epruvetelor de

90 de zile. ..................................................................................................................... 145

254

Fig. 4.49. Efectuarea determinării absorbţiei de apă. ......................... 146

Fig. 4.50. Variaţia coeficientului de absorbţie, c [kg/(m2·min1/2)], la

vârsta epruvetelor de 90 de zile. ........................................................................ 147

Fig. 4.51. Variaţia coeficientului de absorbţie, c [kg/m2], la vârsta

epruvetelor de 90 de zile....................................................................................... 148

Fig. 4.52. Fibrele folosite pentru panourile compozite pe bază de lână:

a) realizate prin pulverizare, b) realizate prin amestecare. .................... 150

Fig. 4.53. Imagine EDX a răşinii acrilo-poliuretanice, mărire x1000.

......................................................................................................................................... 152

Fig. 4.54. Distribuţia procentuală a elementelor ce intră în alcătuirea

răşinii. ........................................................................................................................... 153

Fig. 4.55. Imagine EDX a laptelui de cauciuc natural diluat, mărire

x1000. ........................................................................................................................... 155

Fig. 4.56. Distribuţia procentuală a elementelor ce intră în alcătuirea

latexului diluat. ......................................................................................................... 155

Fig. 4.57. Realizarea epruvetelor P1-P12 prin pulverizarea liantului:

a) fibre tăiate la dimensiunea necesară; b) liant pulverizat peste fibre; c)

saltele dispuse în cofraj; d) cofraj presat. ....................................................... 157

Fig. 4.58. Realizarea epruvetelor P13-P24 prin amestecarea liantului

cu fibrele: a) fibre tăiate la dimensiunea necesară; b), c) turnarea

liantului peste fibre; d), e) înfăşurarea fibrelor cu liant; f) straturile

rezultate. ...................................................................................................................... 159

Fig. 4.59. Probele din setul A. ....................................................................... 159

Fig. 4.60. Probele din setul B: a) cu masa de 100 g; b) cu masa de 150

g; c) cu masa de 192 g. De sus în jos probele sunt aranjate după

temperatura de procesare astfel: 95°C, 60°C, 40°C. ................................... 160

Fig. 4.61. a) Cutie din PLA; b) cutie din ABS. .......................................... 161

Fig. 4.62. Imagini SEM ale probelor cu liant la magnificaţie de x100:

a) P3; b) P13. .............................................................................................................. 162

Fig. 4.63. Imagini SEM ale probelor cu liant la magnificaţie de x1000:

a) P3; b) P13. .............................................................................................................. 162

Fig. 4.64. Imagini SEM ale probelor fără liant la magnificaţie de x100:

a) P1-1S; b) P1-2S; c) P1-3S; d) P2-1S; e) P2-2S; f) P2-3S; g) P3-1S; h) P3-

2S; i) P3-3S. ................................................................................................................. 164

Fig. 4.65. Imagini SEM ale probelor fără liant la magnificaţie de x1000:

a) P1-1S; b) P1-2S; c) P1-3S; d) P2-1S; e) P2-2S; f) P2-3S; g) P3-1S; h) P3-

2S; i) P3-3S. ................................................................................................................. 165

255

Fig. 4.66. Absorbţia de apă de scurtă durată prin imersie parţială, Wp,

pentru probele P3 şi P13. ...................................................................................... 166

Fig. 4.67. Creşterea microorganismelor identificată pe probele: a) P3

după 4 săptămâni; b) P13 după 4 săptămâni; c) P3 după 6 săptămâni; d)

P13 după 6 săptămâni. ........................................................................................... 168

Fig. 4.68. Imagine EDX a probei P3, mărire x1000. .............................. 170

Fig. 4.69. Imagine EDX a probei P13, mărire x1000. ........................... 172

Fig. 4.70. Variaţia conductivităţii termice pentru probele cu grosimea

de 5 cm, 4 cm şi 3 cm. ............................................................................................. 177

Fig. 4.71. Variaţia conductivităţii termice, valori medii. .................... 178

Fig. 4.72. Variaţia rezistenţei termice pentru probele cu grosimea de

5 cm, 4 cm şi 3 cm. ................................................................................................... 178

Fig. 4.73. Variaţia rezistenţei termice, valori medii. ............................ 179

Fig. 4.74. Variaţia densităţii la probele testate, valori medii. ........... 179

Fig. 4.75. Variaţia conductivităţii termice pentru setul B de probe.

......................................................................................................................................... 183

Fig. 4.76. Variaţia rezistenţei termice pentru setul B de probe. ..... 183

Fig. 4.77. Variaţia densităţii pentru setul B de probe.......................... 184

Fig. 4.78. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-3 (lână-latex,

grosime 3 cm); b) P13-3 (lână-răşină, grosime 3 cm). .............................. 187

Fig. 4.79. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-4 (lână-latex,

grosime 4 cm); b) P13-4 (lână-răşină, grosime 4 cm). .............................. 187

Fig. 4.80. Curbele de sorbţie şi desorbţie pentru: a) P3-5 (lână-latex,

grosime 5 cm); b) P13-5 (lână-răşină, grosime 5 cm). .............................. 187

Fig. 4.81. Curbele de absorbţie acustică ale probei P3 (lână-latex),

având grosimi de 3 cm, 4 cm şi 5 cm, în comparaţie cu proba etalon de

lână fără liant. ............................................................................................................ 188

Fig. 4.82. Curbele de absorbţie acustică ale probei P13 (lână-răşină),

având grosimi de 3 cm, 4 cm şi 5 cm, în comparaţie cu proba etalon de

lână fără liant. ............................................................................................................ 189

Fig. 4.83. Curbele de absorbţie acustică ale probei P3 şi P13 cu

grosimea de 5 cm, în comparaţie cu proba etalon. ...................................... 190

Fig. 5.1. Comparaţie între valorile rezistenţei la compresiune pentru

diferite materiale. ..................................................................................................... 194

Fig. 5.2. Comparaţie între valorile rezistenţei la încovoiere pentru

diferite materiale. ..................................................................................................... 195

256

Fig. 5.3. Comparaţie între valorile consuctivităţii termice pentru

diferite materiale. ..................................................................................................... 196

Fig. 5.4. Comparaţie între valorile coeficientului de absorbţie acustică

maximă pentru diferite materiale; P0, P1, P2, P3 şi PM sunt probele

preparate în cadrul acestui studiu. ................................................................... 197

Fig. 5.5. Comparaţie între valorile indicelui de izolare la zgomot

aerian pentru diferite materiale. ........................................................................ 198

Fig. 5.6. Rezistenţa la compresiune a mortarelor preparate; valorile

din setul A şi B corespund valorilor minime şi maxime înregistrate. .. 200

Fig. 5.7. Rezistenţa la încovoiere a mortarelor preparate; valorile din

setul A şi B corespund valorilor minime şi maxime înregistrate. ......... 200

Fig. 5.8. Absorbţia de apă a mortarelor preparate; valorile din setul B

corespund valorilor minime şi maxime înregistrate. ................................. 203

Fig. 5.9. Conductivitatea termică a probelor preparate; valorile din

setul A şi B corespund valorilor minime şi maxime înregistrate. ......... 205

Fig. 5.10. Factorul de rezistență la difuzia vaporilor de apă a probelor

preparate. .................................................................................................................... 206

Fig. 5.11. Conţinut de umiditate din adsorbţie a probelor preparate.

......................................................................................................................................... 207

Fig. 5.12. Coeficienţii de absorbţie acustică în funcţie de frecvenţe

pentru diferite materiale. ...................................................................................... 209

Fig. 5.13. Rezultatele optimizării placării privind rezistenţa la

compresiune; V5-R2 - reţeta folosită pentru stratulexterior al panoului

sandwich. ..................................................................................................................... 210

Fig. 5.14. Rezultatele optimizării placării privind rezistenţa la

încovoiere; V5-R2 - reţeta folosită pentru stratul exterior al panoului

sandwich. ..................................................................................................................... 211

Fig. 5.15. Rezultatele optimizării miezului privind conductivitatea

termică; PM - reţeta folosită pentru stratul interior al panoului sandwich.

......................................................................................................................................... 212

Fig. 5.16. Rezultatele optimizării miezului privind coeficientul de

absorbţie acustică; PM - reţeta folosită pentru stratul interior al panoului

sandwich. ..................................................................................................................... 213

LISTA TABELELOR

Tab. 2.1. Compararea proprietăţilor diferitelor materiale [197]. ..... 32

257

Tab. 2.2. Conţinutul de aminoacizi a unei fibre de lână merino [231],

[211], [232]. ................................................................................................................... 44

Tab. 2.3. Caracteristicile diferitelor tipuri de materiale

fonoabsorbante [150]. ............................................................................................... 64

Tab. 3.1. Evaluarea creşterii microorganismelor. ................................... 78

Tab. 3.2. Evaluarea rezultatelor. .................................................................... 79

Tab. 4.1. Determinări efectuate. ..................................................................... 96

Tab. 4.2. Caracteristicile varului hidratat conform producătorului.

......................................................................................................................................... 100

Tab. 4.3. Reţeta panoului sandwich. .......................................................... 104

Tab. 4.4. Rezultatele determinării rezistenţei la compresiune. ...... 109

Tab. 4.5. Rezultatele determinării rezistenţei la încovoiere. ........... 111

Tab. 4.6. Parametrii termici ai panoului testat. ..................................... 116

Tab. 4.7. Coeficientul de absorbţie acustică (αmax), frecvenţa

corespunzătoare absorbţiei acustice maxime, respectiv coeficientul de

reducere al zgomotului (NRC) pentru probele testate. ............................. 119

Tab. 4.8. Reţetele din setul A de mortare pe bază de var. ................. 126

Tab. 4.9. Reţetele din setul B de mortare pe bază de var................... 127

Tab. 4.10. Notaţiile reţetelor preparate în setul A şi explicaţia

acestora. ....................................................................................................................... 128

Tab. 4.11. Rezistenţa la compresiune a compozitelor din setul A. . 129

Tab. 4.12. Notaţiile reţetelor preparate în setul B şi explicaţia

acestora. ....................................................................................................................... 133

Tab. 4.13. Rezistenţa la compresiune a compozitelor din setul B. . 133

Tab. 4.14. Rezistenţa la încovoiere a compozitelor din setul A. ...... 136

Tab. 4.15. Rezistenţa la încovoiere a compozitelor din setul B. ...... 140

Tab. 4.16. Aderenţa la stratul suport a compozitelor. ........................ 144

Tab. 4.17. Coeficienţii de absorbţie datorată capilarităţii a

compozitelor. ............................................................................................................. 146

Tab. 4.18: Caracteristicile răşinii acrilo-poliuretanice conform

producătorului. ......................................................................................................... 151

Tab. 4.19. Caracteristicile laptelui de cauciuc conform

producătorului. ......................................................................................................... 153

Tab. 4.20. Reţetele de materiale pentru probele de lână-liant din setul

A. ..................................................................................................................................... 156

Tab. 4.21. Tehnologia de realizare pentru probele de lână din setul B.

......................................................................................................................................... 159

258

Tab. 4.22. Notaţiile panourilor preparate în setul A şi explicaţia

acestora. ....................................................................................................................... 173

Tab. 4.23. Rezultatele determinării conductivităţii termice şi a

rezistenţei termice pentru setul A de probe. ................................................. 174

Tab. 4.24. Notaţiile panourilor preparate în setul B şi explicaţia

acestora. ....................................................................................................................... 181

Tab. 4.25. Rezultatele determinării conductivităţii termice şi a

rezistenţei termice pentru setul B de probe. ................................................. 182

Tab. 4.26. Factorii de transmisie la vapori de apă................................ 184

Tab. 4.27. Valorile conţinutului de umiditate ale probelor pentru

umiditatea relativă de 30%, 50%, 80% şi 95%. ........................................... 186

Tab. 4.28. Coeficientul de absorbţie acustică (αmax), frecvenţa

corespunzătoare absorbţiei acustice maxime, respectiv coeficientul de

reducere al zgomotului (NRC) pentru probele testate. ............................. 190

Tab. 5.1. Coeficienţii de absorbţie acustică în funcţie de frecvenţe,

respectiv valoarea NRC pentru diferite materiale. ..................................... 208

Tab. 5.2. Notaţiile reţetelor de mortar cele mai performante şi

explicaţia acestora. .................................................................................................. 209

Tab. 5.3. Notaţiile reţetelor de panouri cele mai performante şi

explicaţia acestora. .................................................................................................. 212