Les in lignocelulozni materiali za uporabo v gradbeništvu

Opis predmeta

Les in ostali lignocelulozni materiali so vsakodnevno izpostavljeni biotskim in abiotskim dejavnikom razkroja. Orisani bodo biotski dejavniki razkroja, v prvi vrsti lesne glive. V nadaljevanju bodo predstavljene novejše biocidne in nebiocidne tehnike zaščite lesa. Velik poudarek bo na modifikaciji lesa (fizikalno kemijskimi, pasivnimi kemijskimi, aktivnimi kemijskimi in površinskimi modifikacijami), zaščiti lesa s hidrofobnimi sistemi (voski, emulzijami voskov, olji, silani, siloksani…) in konstrukcijski zaščiti, ustrezni izbiri in uporabi lesnih vrst ter različnih lignoceluloznih kompozitov. Študentom predstavimo pomen vode in sorpcijskih lastnosti lesa za delovanje gliv in metodami za določanje vodoodbojnih lastnosti lesa, kakor tudi vplivu na nosilnost različnih lesnih vrst in lignoceluloznih kompozitov. Slušatelje bomo seznanili z metodami za vrednotenje življenjske dobe lesa in lignoceluloznih kompozitov, vplivom klime na življenjsko dobe in metodami za njeno vrednotenje. Opisali bomo model odmerek-odziv, in ga uporabili na praktičnem primeru.

Študent se seznani s pomenom in vlogo različnih lesnih kompozitov v konstrukcijah, pri čemer bo vloga kompozitov razdeljena v pet sklopov in sicer sorpcijski, mehanski, izolativni (toplotnim in akustičnim), ognjeodpornost in fasadni sistemi. Pri vseh sklopih se bodo študenti seznanili z zakonitostmi obnašanja materiala, še posebej pri vzajemnem delovanju več mehanizmov v daljšem časovnom obdobju, pri čemer bomo z različnimi matematičnimi modeli predvideli obnašanje lesnih kompozitov in ohranjanje njihove osnovne funkcije v konstrukciji. Poudarjeni bodo tudi kritični pogoji za poruštev, spremembo lastnosti zaradi spremembe vlažnosti, ravoj mikroorganizmov, plesni, itd. Študenti se podrobno seznanijo z možnostjo uporabe različnih nano biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti lesnih ploščnih kompozitov. Seznanijo se z vlogo kompozitov pri zagotavljanju zdravega bivalnega okolja. Predstavili bomo tudi možnost recikliranja lesa in lesnih kompozitov iz starih(porušenih) objektov. Študenti spoznajo tudi spreminjanje lastnosti lesnih kompozitov v daljšem časovnem obdobju, možnosti napovedovanja obnašanja kompozitov in sodobne nedestruktivne postopke ugotavljanja spreminjanja lastnosti kompozitov.

Staranje lignoceluloznih materialov, lesnih kompozitov in lesa zaradi izpostavitve vremenskim vplivom (ponovitev osnov). Podrobnejši prikaz fotodegradacijskih procesov v lignoceluloznih materialih ter kratek pregled najprimernejših tehnik za raziskave fotodegradacijskih procesov (SEM, FT-IR in EPR). Sodobni zaščitni premazi. Novosti pri razvoju UV absorberjev, lovilcev prostih radikalov in nanodelcev za zaščito podlage in premaza. Superhidrofobne površine. Samočistilne površine. Nanodelci TiO2 za zaščito pred UV svetlobo (rutil); fotokatalitsko delovanje TiO2 v samočistilnih površinah (anataz).

Predmet učimo na programih

Cilji in kompetence

Cilj predmeta:

Spoznati pomen in delovanje biotskih dejavnikov razgradnje. To bo omogočilo razumevanje delovanje biocidnih in nebiocidnih oblik zaščite lesa in podobnih materialov. Slušatelj razumejo in poznajo pomen vode v lesu za delovanje gliv in poznajo tehnične rešitve kako ohraniti les suh. Poznavanje lastnosti materialov in osnov fiziologije gliv omogoča načrtovanje in vrednotenje življenjske dobe lesa. Za posamezno rabo znajo izbrati ustrezen les ali na lesu osnovan material in predvideti življenjsko dobo.

Spoznati in razumeti vlogo lesnih kompozitov v konstrukcija. Študent razume procese staranja kompozitov in posledice staranja na lastnosti kompozitov. Študent spozna in razume različne sisteme napovedovanja obnašanja kompozitov v daljšem časovnem obdobju. Spozna možnosti uporabe različnih biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti. Seznani se z metodami spremljanja lastnosti že vgrajenih kompozitov.

Spoznati in razumeti fotodegradacijske procese lignoceluloznih materialov in tehnik za spremljanje le-teh. Študent spozna novosti pri razvoju UV zaščitnih snovi, s poudarkom na uporabi nanodelcev v zaščiti lesa pred abiotskimi dejavniki razkroja. Spozna superhidrofobne in samočistilne površine ter razume, kako je možno doseči efekta superhidrofobnosti in samočistilnosti. Prav tako spozna pomen rutilne oblike nanodelcev TiO2 za zaščito pred UV svetlobo ter TiO2 v obliki anataza v samočistilnih površinah.

Kompetence:

Doseženo znanje slušatelju omogoči obvladati najpomembnejše nove materiale oz. jih optimalno izbrati, za zaščito lignoceluloznih materialov, ki so v različnih konstrukcijah ter objektih izpostavljeni biotskim in vremenskim vplivom.

Pridobljeno znanje omogoči študenti izbrati ustrezen kompozit glede na obremenitev in namen uporabe z vidika željene trajnosti objekta, ter spremljanja obnašanja materiala v konstrukciji.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja (20 ur),

Seminarji (15 ur),

Laboratorijske vaje (40 ur),

Ostalo (15 ur)

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Znanje in razumevanje:

Študent pozna mehanizme glivne razgradnje lesa, pomen vode v lesu. Seznanjen je z najpomembnejšimi biocidnimi in nebiocidnimi rešitvami za zaščito lesa, njihovimi prednostmi in omejitvami. Za posamezen namen uporabe zna izbrati ustrezno lesno vrsto, postopek zaščite in način uporabe.

Spoznati in razumeti vlogo lesnih kompozitov v konstrukcija. Študent razume procese staranja kompozitov in posledice staranja na lastnosti kompozitov. Študent spozna in razume različne sisteme napovedovanja obnašanja kompozitov v daljšem časovnem obdobju. Spozna možnosti uporabe različnih biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti. Seznani se z metodami spremljanja lastnosti že vgrajenih kompozitov.

Študent pozna in razume procese fotodegradacije lignoceluloznih materialov. Pozna najnovejše materiale za zaščito lignoceluloznih materialov in premazov pred vremenskimi vplivi. Pozna in razume pomen superhidrofobnih in samočistilnih površin za zaščito lesenih / lignoceluloznih elementov v različnih konstrukcijah in objektih, ki so izpostavljeni vremenskim vplivom.

Refleksija: predmet predstavlja strokovni temelj v skladu z naravo študija in je zelo dobra podlaga za nadaljnje proučevanje lastnosti obdelanih materialov in površin ter sodobnih materialov in postopkov površinske obdelave lesa.

Prenosljive spretnosti: študent pridobljeno znanje uporablja pri drugih tehnoloških predmetih. Zna uporabiti domačo in tujo literaturo ter računalniške baze podatkov. Poleg tega obvlada osnove znanstveno raziskovalnega dela (postavitev hipoteze na osnovi svojega znanja in literaturnih podatkov, načrt eksperimenta, razprava in ovrednotenje rezultatov).

Temeljni viri in literatura

1. NAVODNIK, J. Slovenija je ustvarjena za nanotehnologije: izdelki in tehnologije prihodnosti: strokovna monografija. Celje: Navodnik, 2007. 399 str. ISBN 978-961-92027-0-8. (izbrana poglavja)

2. BULIAN, F., GRAYSTONE. J. Wood coatings : theory and practice. Amsterdam: Elsevier, 2009. 320 str. ISBN 978-0-444-52840-7. (izbrana poglavja)

3. Reinprecht, L. (2016). Wood Deterioration, Protection and Maintenance. In Wood Deterioration, Protection and Maintenance. JohnWiley & Sons, Ltd. https://doi.org/10.1002/9781119106500

4. Forest Products Laboratory – USDA. (2010). Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. In USDA – General Technical Report.

5. Mizi, F. Et al., 2009: Performance in use and new products of wood based composites. London, Brunel University Press

6. Thoemen et al., 2010: Wood–Based Panels – An Introduction for Specialist. London, Brunel University Press

Študentom bo na razpolago tudi gradivo s predavanj in vaj v elektronski obliki. Gradivo bo objavljeno pred začetkom predavanj na spletni strani. Za izdelavo seminarskih nalog in dodatno razumevanje vsebin bodo študentje uporabili tudi svetovni splet (internet).