JMA Partner

jmapartner.pl

Materiały Budowlane 01/2025, strona 46 (spis treści >>)

Analiza energetyczna budynków historycznych

dr hab. inż. Marek Maj, prof. uczelni, Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego
dr hab. inż. Arkadiusz Węglarz, prof. uczelni, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
mgr inż. Jerzy Żurawski, Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska
mgr inż. Beata Kluczberg, El-Piast Sp. z o.o.

Adres do korespondencji: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

Zgodnie z Dyrektywą EPBD UE 2018/844 z 30maja 2018 r. [1] państwa członkowskie opracują długoterminową strategię renowacji energetycznej budynków i ustalą plan działania długoterminowego zakładającego zredukowanie do 2050 r. emisji gazów cieplarnianych w Unii Europejskiej o 80 – 95% w porównaniu z 1990 r. Realizacja celu ma być osiągniętam.in. przez poprawę efektywności energetycznej oraz dekarbonizację krajowych zasobów budowlanych. Oznacza to ograniczenie zużycia energii konsumowanej przez budynki o 60 – 85% i niemal całkowitą redukcję emisji gazów cieplarnianych oraz przekształcenie istniejących budynków w budynki o niemal zerowym zużyciu energii. 

Literatura
[1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/844, zmieniająca dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków.
[2] Długoterminowa strategia renowacji budynków. Wspieranie renowacji krajowego zasobu budowlanego. Warszawa, luty 2022 r.
[3] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. (wraz z późniejszymi zmianami) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
[4] Ustawa o ochronie zabytków i opiece nad zabytkami z 19 sierpnia 2024 r.
[5] Ustawa Prawo budowlane z 7 lipca 1994 r.
[6] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z 25 kwietnia 2012 r. (z późniejszymi zmianami) w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego.
[7] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej.
[8] Zalecenia konserwatorskie dotyczące pałacu w Bukowcu, wydane przez Wojewódzkiego Konserwatora Zabytków, delegatura w Jeleniej Górze w okresie 2016 – 2022.
[9] Projekt budowlany i wykonawczy z 2016, ze zmianami wprowadzonymi przez architekta firmy PREFABRYKAT w latach 2021 – 2022.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 38-45 (spis treści >>)

EL-PIAST

el-piast.com

Materiały Budowlane 01/2025, strona 37 (spis treści >>)

Revitalisation and the termomodernisation of a historic post-industrial building with a change of function

Rewitalizacja i termomodernizacja zabytkowego budynku poprzemysłowego ze zmianą funkcji

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Kaliszuk-Wietecka A., Markiewicz M., Rutecka A. Revitalisation and the termomodernisation of a historic post-industrial building with a change of function. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 29-36. DOI: 10.15199/33.2025.01.05

dr inż. Agnieszka Kaliszuk-Wietecka, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland
ORCID: 0000-0003-2476-6951
inż. Magdalena Markiewicz, Warsaw University of Life Science, Warsaw, Poland
dr inż. Agnieszka Rutecka, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland
ORCID: 0000-0002-0029-071X

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2025.01.05
Case study / Studium przypadku

Abstract. This article presents an architectural concept for the revitalisation and thermomodernisation of an industrial and manufacturing building of the Stara Gorzelnia (Old Distillery) of 1906 in Policzna in the Mazowieckie region with a concept for the modernisation of the heat source and the use of renewable energy sources. Calculations of energy demand and carbon dioxide emissions in the existing state and after modernisation are presented. The calculations show the potential to reintroduce the building to the local community, improve the comfort of the building's exterior cladding and the possibility of lowering its energy demand and achieving a zero-emission building standard, which fits in with current trends and energy policies in European Union countries to halt climate change.
Keywords: revitalisation; thermomodernisation potential; historic building; energy demand reduction; zero CO2 emission object.

Streszczenie. W artykule przedstawiono koncepcję architektoniczną rewitalizacji i termomodernizacji budynku przemysłowo-magazynowego Starej Gorzelni, wybudowanego w 1906 r. w miejscowości Policzna w województwie mazowieckim, z koncepcją modernizacji źródła ciepła oraz wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Przedstawiono obliczenia zapotrzebowania na energię i emisji dwutlenku węgla w stanie istniejącym oraz po modernizacji. Pokazują one możliwości przywrócenia obiektu społeczności lokalnej, poprawy komfortu jego użytkowania związanego z podniesieniem parametrów obudowy zewnętrznej oraz obniżenia zapotrzebowania na energię i osiągnięcie standardu budynku zeroemisyjnego, co wpisuje się obecnie w trendy i politykę energetyczną krajów Unii Europejskiej.
Słowa kluczowe: rewitalizacja; potencjał termomodernizacyjny; obiekt zabytkowy; zmniejszenie zapotrzebowania na energię; obiekt zeroemisyjny.

Literature
[1] Directive 2018/844 of the European Parliament and of the council of 30 may 2018 amending Directive 2010/31/EU on the energy performance of buildings and Directive 2012/27/EU on energy efficiency.
[2] Directive 2024/1275 of the European Parliament and of the council of 24 April 2024 on the energy performance of buildings.
[3] Orlik-Kożdoń B. Termomodernizacja budynków zabytkowych część 1.Uwarunkowania prawne. Builder Science. 2019;DOI: 10.5604/01.3001.0013.5162.
[4] Rogalska M, Hejducki Z. Procedura doboru sposobu termorenowacji budynków zabytkowych w aspektach konserwatorskich, technicznych, środowiskowych i ekonomicznych. Przegląd Budowlany. 2021; 113 – 118.
[5] Orlik-Kożdoń B. Termomodernizacja budynków zabytkowych część 2. Projektowanie dociepleń. Builder Science. 2019;DOI: 10.5604/01.3001.0013.5635.
[6] Szarejko M, Górka A. Assessment of the Transformations of a Two-Story Brick House with a Semi-flat Roof Dated to the Turn of the Nineteenth and the Twentieth Centuries after Thermal Refurbishment: Case Study of Puck County, Pomerania. Wiadomości Konserwatorskie. Journal of Heritage Conservation. 2023; DOI: 10.48234/WK73PUCK.
[7] Bajno D, Marynowicz A, Kucharczyk A. Badanie wpływu wewnętrznych dociepleń budynków historycznych na ich stan techniczny. Materiały Budowlane. 2023; DOI: 10.15199/33.2023.05.09.
[8] Fedorczak-Cisak M, Haupt P, Markiewicz-Zahorski P, Cechini K. Climate- neutral historic buildings, Slowacki Theatre in Poland – case study. MATEC Web of Conferences. 2024; https://doi.org/10.1051/matecconf/202439620010.
[9] Opałka P, Solisz I, Bednarz Ł, Bajno D, Kuśnierz-Krupa D, Wilk K, Andrianos N. Adaptation of Reinforced-Concrete, Postindustrial Buildings in Terms of Thermal Retrofitting on the Example of a Historical Water Tower. Wiadomości Konserwatorskie. Journal of Heritage Conservation. 2023; DOI: 10.48234/WK74RETROFITTING.
[10] Ustawa o ochronie zabytków i opiece nad zabytkami z 23 lipca 2003 r.
[11] PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
[12] PN-EN ISO 13370:2017 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metoda obliczania.
[13] PN-EN ISO 14683:2008 Mostki cieplne w budynkach. Liniowy współczynnik przenikania ciepła. Metody uproszczone i wartości orientacyjne.
[14] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z 27 lutego 2015 r. w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 2015 poz. 376) [9].
[15] Rozporządzenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z 6 września 2019 zmieniające rozporządzenie w sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej (Dz.U. 2019 poz. 1829).
[16] Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z 15 kwietnia 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2022 poz. 1225).

Received: 25.11.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 25.11.2024 r.
Revised: 19.12.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 19.12.2024 r.
Published: 24.01.2025 / Opublikowano: 24.01.2025 r.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 29-36 (spis treści >>)

Evaluation of the performance of a hybrid heating system, integrated with a photovoltaic system, in a single-family building in use

Ocena działania hybrydowego systemu grzewczego, współpracującego z systemem fotowoltaicznym, w eksploatowanym budynku jednorodzinnym

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Piotrowska-Woroniak J., Szul T., Woroniak G., Krilek J. Evaluation of the performance of a hybrid heating system, integrated with a photovoltaic system, in a single-family building in use. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 22-28. DOI: 10.15199/33.2025.01.04

dr inż. Joanna Piotrowska-Woroniak, Politechnika Białostocka, Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
ORCID: 0000-0001-7858-231X
dr inż. Tomasz Szul, prof. URK, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki
ORCID: 0000-0003-0346-2289
dr hab. inż. Grzegorz Woroniak, Politechnika Białostocka, Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
ORCID: 0000-0002-2162-7123
prof. dr hab. inż. Józef Krilek, Faculty of Technology, Technical University in Zvolen, Slovakia
ORCID: 0000-0002-8349-5269

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2025.01.04
Case study / Studium przypadku

Abstract. The article presents the results of research on the energy efficiency of a hybrid heating system integrated with a photovoltaic installation. The system was implemented in an existing single-family house with an area of 175 m², which underwent comprehensive thermal modernization. The hybrid system consists of an air-source heat pump and a gas boiler. The heat pump serves as the primary heat source during the transitional period, down to a temperature of -1°C, while the boiler is used during the coldest months. The photovoltaic installation generates electricity to power the heating system devices. The research demonstrated that the hybrid system is highly efficient, particularly when combined with the ability to store excess electricity in the grid. This solution enables coverage of over 90% of the energy demand of the heat pump-based system.
Keywords: hybrid heating systems; energy efficiency of buildings; photovoltaic systems; prosument system.

Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki badań efektywności energetycznej hybrydowego systemu grzewczego współpracującego z instalacją fotowoltaiczną. System został wdrożony w budynku jednorodzinnym o powierzchni 175 m², który poddano gruntownej modernizacji. Hybrydowy system składa się z powietrznej pompy ciepła i kotła gazowego. Pompa ciepła pełni rolę głównego źródła ciepła w okresie przejściowym, do temperatury -1°C, natomiast kocioł jest wykorzystywany w miesiącach najchłodniejszych. Instalacja fotowoltaiczna wytwarza energię elektryczną, która zasila urządzenia systemu grzewczego. Badania wykazały, że system hybrydowy jest bardzo efektywny, zwłaszcza w połączeniu z możliwością magazynowania nadwyżek energii elektrycznej w sieci. Takie rozwiązanie pozwala pokryć ponad 90% zapotrzebowania energetycznego systemu bazującego na pompach ciepła.
Słowa kluczowe: hybrydowe systemy grzewcze; efektywność energetyczna budynków; systemy fotowoltaiczne; systemprosument.

Literatura
[1] Usman M, Jonas D, Frey G. Amethodology for multi-criteria assessment of renewable integrated energy supply options and alternative HVAC systems in a household. Energy Build. 2022; https://doi.org/10.1016/j.enbuild. 2022.112397.
[2] Neubert D, Glück C, Schnitzius J, et al. Analysis of the Operation Characteristics of a Hybrid Heat Pump in an Existing Multifamily House Based on Field Test Data and Simulation. Energies. 2022; https://doi. org/10.3390/en15155611.
[3] Ren XY, Li LL, Ji BX, Liu JQ. Design and analysis of solar hybrid combined cooling, heating and power system: A bi-level optimization model. Energy. 2024; https://doi. org/10.1016/j. energy. 2023.130362.
[4] Da J, Li M, Li G, et al. Simulation and experiment of a photovoltaic – air source heat pump system with thermal energy storage for heating and domestic hotwater supply. Build Simul. 2023; https://doi.org/10.1007/s12273-023- 0999-5.
[5] Chhugani B, Pärisch P, Helmling S, Giovannetti F. Comparison of PVT – heat pump systems with reference systems for the energy supply of a single-family house. Sol EnergyAdv. 2023; https://doi.org/10.1016/j.seja. 2023.100031.
[6] Szul T, Lis S, Tomasik M. Ocena efektywności energetycznej i ekonomicznej instalacji grzewczej opartej na pompach ciepła typu powietrze-woda współpracujących z mikroinstalacjami fotowoltaicznymi. Przegląd Elektrotechniczny. 2020; https://doi. org/10.15199/48.2020.04.19.
[7] Herrería-Alonso S, Suárez-González A, Rodríguez-Pérez M, et al. ASolar Altitude Angle Model for Efficient Solar Energy Predictions. Sensors. 2020; https://doi. org/10.3390/s20051391.
[8] Mayer MJ, Gróf G. Extensive comparison of physical models for photovoltaic power forecasting. Appl Energy. 2021; https://doi. org/10.1016/j. apenergy. 2020.116239.
[9] Rijvers L, Rindt C, de Keizer C. Numerical Analysis of a Residential Energy System That Integrates Hybrid Solar Modules (PVT) with a Heat Pump. Energies. 2022; https://doi. org/10.3390/en15010096.
[10] Zukowski M, Woroniak G. Estimation of energy savings resulting from the cooperation of an air to water heat pump with a solar air heater. Sol Energy. 2023; https://doi. org/10.1016/j. solener. 2022.12.049.
[11] Roccatello E, Prada A, Baggio P, Baratieri M. Analysis of the Influence of Control Strategy and Heating Loads on the Performance of Hybrid Heat Pump Systems for Residential Buildings. Energies. 2022; https://doi. org/10.3390/en15030732.
[12] Piotrowska-Woroniak J, Baranowski B. Analiza techniczno-ekonomiczna wyboru pomp ciepła dla zaspokojenia potrzeb cieplnych w budynku jednorodzinnym. Rynek Instalacyjny. 2017; 4: 28–34.
[13] Canale L, Di Fazio AR, Russo M, Frattolillo A, Dell’Isola M. An Overview on Functional Integration of Hybrid Renewable Energy Systems in Multi-Energy Buildings. Energies. 2021; https://doi. org/10.3390/en14041078.
[14] Vialetto G, Noro M, Rokini M. Studying a hybrid system based on solid oxide fuel cell combined with an air source heat pump and with a novel heat recovery. J Electrochem Energy Convers Storage. 2019; https://doi. org/10.1115/1.4042895.
[15] Martin-Escudero K, Salazar-Herran E, Campos-Celador A, Diarce- -Belloso G, Gomez-Arriaran I. Solar energy system for heating and domestic hot water supply by means of a heat pump coupled to a photovoltaic ventilated façade. Sol Energy. 2019; https://doi.org/10.1016/j.solener. 2019.03.037.
[16] Thieblemont H, Haghighat F, Ooka R, Moreau A. Predictive control strategies based on weather forecast in buildings with energy storage system: A review of the state-of-the art. Energy Build. 2017; https://doi. org/10.1016/j. enbuild. 2017.08.010.
[17] Hou J, Li H, Nord N, Huang G. Model predictive control under weather forecast uncertainty for HVAC systems in university buildings. Energy Build. 2022; https://doi. org/10.1016/j. enbuild. 2021.111793.
[18] Adegbenro A, Short M, Angione C. An Integrated Approach to Adaptive Control and Supervisory Optimisation of HVAC Control Systems for Demand Response Applications. Energies. 2021; https://doi. org/10.3390/en14082078.
[19] Piotrowska-Woroniak J, Szul T, Cieśliński K, Krilek J. The Impact of Weather-Forecast-Based Regulation on Energy Savings for Heating in Multi-Family Buildings. Energies. 2022; https://doi. org/10.3390/en15197279.
[20] Nasouri M, Delgarm N. Numerical Modelling, Energy–Exergy Analyses, and Multi-objective Programming of the Solar-assisted Heat Pump System Using Genetic Algorithm Coupled with the Multi-criteria Decision Analysis. Arab J Sci Eng. 2023; https://doi. org/10.1007/s13369- -022-07125-2.
[21] Famiglietti J, Toppi T, Bonalumi D, Motta M. Heat pumps for space heating and domestic hot water production in residential buildings, an environmental comparison in a present and future scenario. Energy Convers Manag. 2023; https://doi. org/10.1016/j. enconman. 2023.116527.
[22] Naumann G, Schropp E, Gaderer M. Life Cycle Assessment of an Air- -Source Heat Pump and a Condensing Gas Boiler Using anAttributional and a ConsequentialApproach. Procedia CIRP. 2022; https://doi. org/10.1016/j. procir. 2022.02.058.
[23] Statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków (stacja Białystok). 2024. https://dane.gov.pl/pl/dataset/ 797.
[24] Materiały do projektowania firmy Stiebel Eltron. Mini Plama HPA-O CS Plus. 2024. https://www.stiebeleltron. pl (dostęp 10 grudnia 2024).
[25] Woroniak G, Piotrowska-Woroniak J, Woroniak A, Owczarek E, Giza K. Analysis of the Hybrid Power-Heating System in a Single-Family Building, along with Ecological Aspects of the Operation. Energies. 2024; https://doi.org/10.3390/en17072601.

Received: 06.12.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 06.12.2024 r.
Revised: 02.01.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 02.01.2025 r.
Published: 24.01.2025 / Opublikowano: 24.01.2025 r.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 22-28 (spis treści >>)

Deformation of the wall of the apside of the church loaded by an unstable buttress

Odkształcenie ściany absydy kościoła obciążonej niestabilną przyporą

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Bereza W. Deformation of the wall of the apside of the church loaded by an unstable buttress. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 16-21. DOI: 10.15199/33.2025.01.03

PhD. Eng. Wiesław Bereza, AGH University of Krakow Faculty of Civil Engineering and Resource Management
ORCID: 0000-0003-2670-2599

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2025.01.03
Case study / Studium przypadku

Abstract. This article describes the effects that the unstable foundation of a secondary buttress has had on the historic church. The consideration particularly concerns the walls of the apse on which the analysed buttress „was suspended”. The numerical analysis of the work of the walls of the apse and the piercing vault proved to be identical to the inventory of these damages made in reality. This made it possible to propose and carry out further tests, on the basis of which it was possible to determine the working parameters of the object. As a consequence of the reconnaissance and computational analysis carried out, a repair programme was proposed. This programme was adapted to the historic nature of the building.
Keywords: buttress; historic objects; reinforcement; repairing a monument.

Streszczenie. W artykule opisano skutki, jakie w przypadku zabytkowego kościoła wywołało niestabilne posadowienie wtórnie dostawionej przypory. Rozważanie dotyczy przede wszystkim ścian absydy, na której analizowana przypora „została zawieszona”. Analiza numeryczna pracy ścian absydy i przekrywającego sklepienia okazała się tożsama z inwentaryzacją tych uszkodzeń sporządzonych w rzeczywistości. Pozwoliło to zaproponować i przeprowadzić dalsze badania, na podstawie których możliwe było określenie parametrów pracy obiektu. W konsekwencji przeprowadzonego rozpoznania i analizy obliczeniowej zaproponowano program naprawy dostosowany do zabytkowego charakteru obiektu.
Słowa kluczowe: przypora; obiekty zabytkowe; wzmocnienie; naprawa zabytku.

Literature
[1] Marszalska JM. Opactwo cystersów w Szczyrzycu od XIII do końca XX wieku. Dzieje, gospodarka, kultura, Kraków, 2011.
[2] Morajko K. Początki fundacji klasztoru Cystersów w Szczyrzycu, Kraków: Wydawnictwo Avalon T. Janowski, 2008.
[3] Bereza B, Bielecki M. Ekspertyza stanu technicznego dla Remont kościoła p.w. NMP w opactwie o.o. Cystersów w Szczyrzycu polegający na zabezpieczeniu oraz naprawie ścian absydy kościoła w Szczyrzycu, materiały KB-Projekty Konstrukcyjne Sp. z o.o., Kraków, 2023.
[4] Runkiewicz L. Diagnostyka obiektów budowlanych. Zasady wykonywania ekspertyz. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2022.
[5] Borusiewicz W. Konserwacja zabytków budownictwa murowego, Arkady, Warszawa 1985.
[6] Matysek P, Witkowski M. Badania wytrzymałości i odkształcalności XIX wiecznych murów ceglanych. XXVI Konferencja Naukowo-Techniczna – Awarie Budowlane 2013.
[7] Matysek P. Identyfikacja wytrzymałości na ściskanie i odkształcalności murów ceglanych w obiektach istniejących. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2014.
[8] PN-EN 1996-1-1:2009 Projektowanie konstrukcji murowych – Część 1- 1: Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych.
[9] Wiłun Z. Zarys geotechniki: podręcznik akademicki. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2019.

Received: 21.10.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 21.10.2024 r.
Revised: 02.12.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 02.12.2024 r.
Published: 24.01.2025 r. / Opublikowano: 24.01.2025 r.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 16-21 (spis treści >>)

Volumetric changes of cement mixtures modified with CaCO3 and CaO-based expansive additives under water and atmospheric conditioning

Zmiany objętościowe mieszanek cementowych z mineralnymi dodatkami powodującymi pęcznienie na bazie CaCO3 i CaO w warunkach pielęgnacji wodnej i atmosferycznej

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Błyszko J., Borucka-Lipska J. Volumetric changes of cement mixtures modified with CaCO3 and CaO-based expansive additives under water and atmospheric conditioning. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 7-15. DOI: 10.15199/33.2025.01.02

dr inż. Jarosław Błyszko, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-0870-119X
dr inż. Jolanta Borucka-Lipska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-5647-2993

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2025.01.02
Original research paper / Oryginalny artykuł naukowy

Abstract. Mixtures of aluminous and Portland cements in the presence of CaO and CaCO3 can cause change in the setting time or structure. The present study focuses on the effect of expansive additives on volumetric change in cement mortars drying under low moisture conditions. Mineral fillers in combination with the cementitious binder lead to an increase in the volume of the mixture and, depending on the hardening conditions, to seal the composite structure or compensate for deformation from shrinkage. The present work aims to evaluate the effect of using mineral intumescent additives to cement by studying the expansive properties of the resulting composite during the hardening period. In this paper, the results of mortar tests with a binder modified with different expansive compositions are previewed. Depending on the moisture conditions of the maturing material, swelling was obtained, or a noticeable reduction in shrinkage compared to the reference mortar.
Keywords: expansive concrete; expansive agent; drying shrinkage; 3D printing.

Streszczenie. Mieszaniny cementów glinowego i portlandzkiego w obecności CaO i CaCO3 mogą powodować zmianę czasu ich wiązania lub struktury. Przeprowadzone badania koncentrują się na wpływie dodatków ekspansywnych na zmianę objętościową zapraw cementowych wysychających w warunkach małej wilgotności. Wypełniacze mineralne w połączeniu ze spoiwem cementowym prowadzą do zwiększenia objętości mieszanki i w zależności od warunków twardnienia do uszczelnienia struktury kompozytu lub kompensacji odkształceń w przypadku skurczu. Praca ma na celu ocenę efektu zastosowania mineralnych dodatków powodujących pęcznienie przez zbadanie właściwości ekspansywnych powstałego kompozytu w okresie twardnienia. W artykule przedstawiono wyniki testów zaprawy z udziałem spoiwa modyfikowanego różnymi kompozycjami dodaktów ekspansywnych. W zależności od wilgotności dojrzewającego materiału uzyskano pęcznienie lub zauważalną redukcję skurczu w porównaniu z zaprawą wyjściową.
Słowa kluczowe: beton ekspansywny; dodatek pęczniejący; skurcz od wysychania; druk 3D.

Literature
[1] Nocuń-Wczelik W, Konik Z, Stok A, Małolepszy J. Spoiwa o kontrolowanych zmianach objętości do prac naprawczych i uszczelniających. Przegląd Budowlany. 2009 (12): 32 – 6.
[2] ASTM C 845-96, Standard specification for expansive hydraulic cement.
[3] Król. Use of expansivemateriale in concrete repairs. Cement-Wapno-Beton 1996; 5: 177.
[4] Król M, Tur W. Beton ekspansywny. Warszawa: Arkady; 1999.
[5] Kurdowski W. Cement and concrete chemistry. [Place of publication not identified]: SPRINGER; 2016.
[6] Szeląg H, Kurdowski W. Cementy specjalne dla budownictwa podziemnego. Górnictwo i Geoinżynieria. 2009; 33 (3/1): 373 – 82.
[7] Dweck Jo, et al. Hydration of a Portland cement blended with calcium carbonate. Thermochimica Acta. 2000 (346): 105 – 13.
[8] Kakali G, Tsivilis S,Aggeli E, Bati M. Hydration products of C3A, C3S and Portland cement in the presence of CaCO3. Cement and Concrete Research. 2000; 30 (1073-1077).
[9] Vance K, Aguayo M, Oey T, Sant G, Neithalath N. Hydration and strength development in ternary portland cement blends containing limestone and fly ash or metakaolin. Cement and Concrete Composites. 2013; https://doi. org/10.1016/j. cemconcomp. 2013.03.028.
[10] Ali M, Abdullah MS, Saad SA. Effect of Calcium Carbonate Replacement onWorkability and Mechanical Strength of Portland Cement Concrete. AMR 2015; 1115: 137–41. https://doi. org/10.4028/www.scientific. net/AMR. 1115.137.
[11] Zhao H, Xiang Y, Liu J, Zhang Z, Jia R, Yao T et al. Effects of reinforcement on autogenous deformation of early-age concrete containing CaO-based expansion agent. Construction and Building Materials 2022; https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2021.126197.
[12] Yang S, Zheng D, Poon CS, Cui H. In-situ alkali – silica reaction evolution of lightweight aggregate concretes prepared with alkali-activated cement and ordinary portland cement assessed by X-ray micro computed- -tomography. Cement and Concrete Composites. 2023; https://doi. org/10.1016/j. cemconcomp. 2023.105108.
[13] Odler I, Colán-Subauste J. Investigations on cement expansion associated with ettringite formation. Cement and Concrete Research. 1999; https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99) 00048-4.
[14] Metody badania cementu – Cz. 1: Oznaczanie wytrzymałości PN-EN 196-1. Warszawa: Polski Komitet Normalizacyjny.
[15] Polski Komitet Normalizacyjny. Metody badań zapraw do murów – Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu) (PN-EN 1015-3: 2000): PKN.
[16] Polski Komitet Normalizacyjny. Metody badań zapraw do murów – Określenie gęstości objętościowej świeżej zaprawy (norma PN-EN 1015- 6:2000); 2000.
[17] Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu – Metody badań – Część 2: Oznaczanie czasu wiązania PN-EN 480-2.Warszawa: Polski Komitet Normalizacyjny.
[18] Polski Komitet Normalizacyjny. Beton zwykły (PN-B-06250: 1988): Polski Komitet Normalizacyjny; 1988.
[19] Sikora P, Techman M, Federowicz K, El-Khayatt AM, Saudi HA, Abd Elrahman M et al. Insight into the microstructural and durability characteristics of 3D printed concrete: Cast versus printed specimens. Case Studies in Construction Materials. 2022; https://doi.org/10.1016/j. cscm.2022.e01320.

Received: 25.10.2024. / Artykuł wpłynął do redakcji: 25.10.2024 r.
Revised: 18.11.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 18.11.2024 r.
Published: 24.01.2025 / Opublikowano: 24.01.2025 r.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 07-15 (spis treści >>)

Analysis of the effects of a sudden vacuum in cylindrical steel tanks

Analizy skutków wystąpienia gwałtownego podciśnienia w walcowych zbiornikach stalowych

Open Access (Artykuł w pliku PDF)

citation/cytuj: Hotała E. Analysis of the effects of a sudden vacuum in cylindrical steel tanks. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 1-6. DOI: 10.15199/33.2025.01.01

dr hab. inż. Eugeniusz Hotała, prof. uczelni, Wroclaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering
ORCID: 0000-0003-2286-8436

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript. 

DOI: 10.15199/33.2025.01.01
Case study / Studium przypadku

Abstract. The article analyses of two selected cases of steel tank failures due to the occurrence of a sudden vacuum in the tank are presented. In one case, hot steam suddenly condensed in an empty industrial wastewater tank, causing a sudden drop in pressure in the tank, so the implosion phenomenon occurred. A similar phenomenon of rapid pressure drop occurred in a steel silo for lime meal due to the collapse of the lime meal seepage above the bottom of the silo. In both cases analyzed, permanent damage occurred to the tanks due to loss of stability of their cylindrical shells. Conclusions from the analyses can be useful in preventing failures of similar structures at the stage of their design and during periodic inspections of their technical condition.
Keywords: shell stability; tank failures; exceptional loads.

Streszczenie. W artykule przedstawiono analizy dwóch wybranych przypadków awarii zbiorników stalowych wskutek wystąpienia w nich gwałtownego podciśnienia. W jednym przypadku w pustym zbiorniku na ścieki przemysłowe doszło do nagłego skroplenia się gorącej pary wodnej, co wywołało gwałtowny spadek ciśnienia w zbiorniku, a w efekcie zjawisko implozji. Podobne zjawisko gwałtownego spadku ciśnienia odnotowano w silosie stalowym na mączkę wapienną z powodu tąpnięcia przesklepienia mączki nad dnem silosu. W obu analizowanych przypadkach wystąpiło trwałe uszkodzenie zbiorników wskutek utraty stateczności ich płaszczy walcowych. Wnioski z analiz mogą być przydatne w zapobieganiu awariom podobnych konstrukcji na etapie ich projektowania oraz podczas okresowych kontroli stanu technicznego.
Słowa kluczowe: stateczność powłok; awarie zbiorników; oddziaływania wyjątkowe.

Literature
[1] Ziółko J, Supernak E, Borek P, Jędrzejewski MT. Naprawa zbiorników cylindrycznych uszkodzonych w skutek podciśnienia. Inżynieria iBudownictwo.1997;7.
[2] Ziółko J, Supernak E. Naprawa stalowego zbiornika uszkodzonego przez podciśnienie. Materiały XXV Konferencji Naukowo-Technicznej „Awarie Budowlane”. Międzyzdroje 24-27maja 2011; 907 – 916. http://www.awarie.zut.edu.pl/files/ab2011/referaty/T2_04_Konstrukcje_stalowe/19_Ziolko_J_i_inni_Naprawa_ stalowego_zbiornika_uszkodzonego_przez_podcisnienie.pdf.
[3] Ziółko J, Mikulski T. Deformations of the steel shell of a vertical cylindrical tanks caused by underpressure. Steel Construction. 2016; 9, No. 1, pp. 33 – 36.
[4] Ikeda CM, Wilkerling J, Duncan JH. The implosion of cylindrical shell structures in a high-pressure water environment. Proc R Soc A. 2013; http://dx.doi.org/10.1098/rspa.2013.0443.
[5] Hotała E. Unconventional states of loads of cylindrical shells of steel silos. Studia Geotechnica et Mechanica, Vol. XXIV, No. 1 -2, 2002.
[6] Hotała E. Nośność graniczna nieużebrowanych cylindrycznych płaszczy silosów stalowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
[7] PN-EN 1993-1-6, Eurokod 3, Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-6: Wytrzymałość i stateczność konstrukcji powłokowych.

Received: 28.10.2024 / Artykuł wpłynął do redakcji: 28.10.2024 r.
Revised: 02.12.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 02.12.2024 r.
Published: 24.01.2025 / Opublikowano: 24.01.2025 r.

Materiały Budowlane 01/2025, strona 01-06 (spis treści >>)