Umidità dei materiali da costruzione

Innym bardzo interesującym i charakterystycznym parametrem podawanym dla każdego materiału jest wilgotność fizjologiczna (FJ). Wilgotność fizjologiczna to procentowa zawartość wody w materiale w stanie równowagi z otoczeniem w temperaturze 20°C i wilgotności względnej 50%. FJ jest zatem minimalnym limitem samoistnie osiąganym przez materiał w tych warunkach.

Znaczenie określenia tej wielkości fizycznej jest ściśle związane ze szkodliwym działaniem, jakie woda może wywierać na materiały lub struktury, w których jest obecna. W sektorze posadzek i powłok żywicznych uszkodzenia wynikające z obecności wody w podłożach, na których realizowane są wykończenia, najczęściej polegają na oderwaniu powłoki. Widocznym objawem oderwania jest tworzenie się pęcherzyków pary lub wody między żywicą a podłożem. Do zjawiska takiego dochodzi, ponieważ powłoki żywiczne są generalnie paroszczelne. W związku z tym para, która naturalnie ulatnia się do powietrza z materiału, w którym jest zawarta w postaci wilgoci, zostaje uwięziona pod powłoką i powoduje jej oddzielanie na skutek wywieranego ciśnienia. Ponadto, jeśli wilgoć na styku podłoża i powłoki skrapla się w wyniku obniżenia temperatury, na powłoce dochodzi również do swoistego oddzielania pod wpływem skroplin. Ostatecznie możliwość i zakres odrywania powłoki zależy zarówno od zawartości wilgoci w podłożu, jak i od jakości przywierania powłoki do podłoża (przyczepność). Istnieje procentowa wartość graniczna wilgotności, specyficzna dla każdej kombinacji podłoże-powłoka, poniżej której realizację wykończenia można uznać za bezpieczną i w istotnych przypadkach podaje się te wartość w Kartach danych technicznych produktu tworzącego powłokę.


L’importanza della determinazione di questa grandezza fisica è strettamente connessa alla nocività che l’acqua può esercitare a carico dei materiali o delle strutture in cui è presente. Nel settore delle pavimentazioni e dei rivestimenti in resina il danno derivante dalla presenza di acqua nei supporti su cui si effettua la posa del rivestimento consiste il più delle volte nel distacco dello stesso.La manifestazione visibile del distacco è la formazione di bolle di vapore o acqua tra la resina e il supporto. Il fenomeno è possibile perché i rivestimenti resinosi sono in generale impermeabili al vapore. Ciò fa sì che il vapore che naturalmente evolve verso l’aria dal materiale in cui è contenuto sotto forma di umidità, rimanga intrappolato sotto il rivestimento e lì eserciti una pressione di distacco. Inoltre, se l’umidità all’interfaccia tra supporto e rivestimento si condensa per effetto dell’abbassamento della temperatura, si instaura anche una sorta di effetto distaccante della condensa a carico del rivestimento. In ultima analisi, l’eventualità e l’entità del distacco dipendono stettamente sia dal contenuto di umidità del supporto, sia dall’entità del legame tra rivestimento e supporto (adesione). Esiste un valore limite per l’umidità %, specifico per ciascun accoppiamento sottofondo/rivestimento, sotto il quale la posa è da considerarsi sicura ed è riportato, laddove importante, nelle Schede Tecniche del prodotto da rivestimento.
Attiva il supporto per lo screen reader

Wilgoć zgromadzona w materiałach jest efektem różnych zjawisk fizycznych, które mogą zachodzić na zewnętrznych ścianach (budynku), w których obecny jest dany materiał. Głównymi przyczynami są:

3.1 - wchodzenie wilgoci (z gleby w efekcie kapilarności);
3.2 - wilgoć powstająca na skutek kondensacji (z powietrza zawartego w przestrzeni pomieszczenia);
3.3 - wilgoć powstająca na skutek przenikania (z opadów atmosferycznych przenikających przez zewnętrzne ściany budynku);
3.4 - wilgoć przypadkowa (będąca skutkiem pękniętych rur wodno-kanalizacyjnych lub drenażowych przechodzących przez dany materiał).
3.5 - wilgoć budowlana (naturalnie obecna jako woda do rozrabiania produktów, występująca w materiałach na bazie spoiw powietrznych lub hydraulicznych, zaprawach, tynkach, betonie lub jastrychach, albo – w przypadku kruszyw lub cegieł – jako woda naturalnie obecna lub wchłonięta podczas procesów wydobycia, produkcji czy przechowywania).

Procentowa wielkość wilgotności jest zwykle podawana jako suma wszystkich powyższych czynników, chociaż generalnie każdy z nich ma inną wagę w zależności od rodzaju i wieku budynku, w którym dokonywana jest ocena. W budynkach będących nowymi projektami i konstrukcjami wilgoć zwykle wynika z działalności budowlanej i z czasem ma tendencję spadkową w miarę wysychania materiałów. Z kolei w starych budynkach wilgoć jest wynikiem wszystkich pozostałych czynników oraz skutkiem ewentualnych błędów projektowych, może również powstawać w następstwie pogorszenia stanu struktury lub materiałów ochronnych użytych w celu ograniczenia wchłaniania wody. W takim przypadku aby powstrzymać rozwój wilgoci, trzeba podjąć środki zaradcze w celu zablokowania wnikania wody z otoczenia zewnętrznego.
Niezależnie od pochodzenia wilgoci, ważne jest, aby jej wartość dokładnie zmierzyć przed położeniem powłok żywicznych, a następnie monitorować jej rozwój, zwłaszcza gdy przenika ona z zewnątrz. Gdy jej wartość ustabilizuje się na stałe poniżej progu określonego w karcie technicznej materiału wykończeniowego, można przystąpić do realizacji powłoki.

Czas schnięcia podłoża zależy od struktury materiału, z którego jest ono wykonane, a także od warunków środowiskowych, z którymi mamy do czynienia. Ogólnie rzecz biorąc zaobserwowano, że bardzo porowate materiały (tynki osuszające, cegły terakotowe, zaprawy wapienno-powietrzne) potrzebują na usunięcie zawartej w niej wilgoci znacznie mniej czasu niż materiały zwarte (beton, zaprawy cementowe). Jednym z praktycznych skutków tej obserwacji jest na przykład to, że nie zaleca się stosowania tynków cementowych do wykańczania ścian posadowionych na wilgotnym gruncie lub narażonych na infiltrację.
W celu właściwego zaplanowania renowacji lub wykańczania podłoży z obecnością wilgoci, przydatne może być oszacowanie czasu schnięcia. Warunkiem wstępnym jest zatrzymanie wchłaniania wody (położenie membran hydroizolacyjnych, obróbka blacharska, naprawa przeciekających rur, nałożenie wodoodpornej farby itp.) Literatura fachowa oferuje wzory matematyczne (Kettenacker) do wykonywania szacunkowych obliczeń, w temperaturze 20°C i 50% wilgotności względnej, czasu oczekiwania na wyschnięcie podłoża od wartości nasycenia (całkowita impregnacja) do wartości FJ (wilgotność fizjologiczna), od momentu zatrzymania absorpcji wody,

gdzie:
t to czas odwadniania wyrażony w dniach
s to grubość muru wyrażona w centymetrach
p to współczynnik odwadniania.

Współczynnik p zależy od materiału, z którego wykonane jest podłoże i jest odwrotnie proporcjonalny do porowatości materiału. Cegły terakotowe i zaprawy ze spoiwami powietrznymi (wapno) oraz tynki osuszające mają niskie współczynniki, ponieważ są bardzo porowate (wiele porów o dużych rozmiarach). Beton i zaprawy ze spoiwem hydraulicznym mają wysokie wartości p, ponieważ mają niską porowatość (niewiele porów o małych rozmiarach). Tabela 1 przedstawia wartości p dla najczęściej stosowanych materiałów budowlanych.

Podłoże z betonu konstrukcyjnego o grubości 40 cm nasycone wodą potrzebuje około: t = 1,60 x (402) = 2560 dni na wyschnięcie przy wilgotności resztkowej równej wartości FJ. To samo podłoże z cegieł układanych na zaprawie (gdzie zaprawa stanowi bardzo niewielką część muru) potrzebuje około: t = 0,28 x (402) = 448 dni na wyschnięcie przy wilgotności resztkowej równej wartości FJ.

Obliczone wartości mają charakter czysto poglądowy i nie mogą zastępować pomiarów w terenie.

Metody pomiaru wilgotności materiałów budowlanych można podzielić na dwie makrokategorie: 5.1 - metody bezpośrednie, w których masa wody zawartej w próbce jest bezpośrednio określana ilościowo poprzez chemiczne lub fizyczne usunięcie jej z próbki pomiarowej. W metodach bezpośrednich konieczne jest pobranie niewielkiej, ale istotnej ilości materiału z badanego podłoża. Metody bezpośrednie, z uwagi na ich charakter, są najdokładniejsze w określaniu zawartości wody w materiałach; 5.2 - metody pośrednie, w których ilość wody w materiale jest szacowana na podstawie obserwacji powiązanych parametrów pośrednich (zwykle przewodności elektrycznej i stałej dielektrycznej). Chociaż metody pośrednie zazwyczaj nie wymagają pobierania próbek z podłoża, są one najmniej dokładne, ponieważ polegają na pomiarze właściwości, które nie zawsze są powtarzalnie związane z zawartością wilgoci w materiale. Ogólnie rzecz biorąc, metody pośrednie są stosowane jako szybkie szacunki wilgotności resztkowej w oczekiwaniu na dokładne określenie wartości za pomocą metody bezpośredniej.

polega na pomiarze masy próbki materiału pobranego z badanego podłoża, przeprowadzonym przed i po około 24-godzinnym osuszaniu termicznym w określonej temperaturze. Wybór temperatury suszenia ma kluczowe znaczenie. Z jednej strony należy zapewnić warunki do uwolnienia w racjonalnym czasie wody fizycznie zaabsorbowanej w materiale, a z drugiej – nie dopuścić do usunięcia wody strukturalnej (tej, która jest chemicznie związana ze związkami tworzącymi materiał) i chemicznej degradacji materiału (rozkład termiczny). Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku najpopularniejszych materiałów budowlanych temperatura robocza 105°C jest uważana zarówno za skuteczną, jak i bezpieczną.
Główną zaletą metody ważonej jest jej uniwersalny charakter oraz możliwość dokonania pomiaru wilgotności niezależnie od obecności soli lub zanieczyszczeń w materiale. Jest również bardzo tania, a także umożliwia wykonywanie pomiarów na dowolnej części materiału, z której można pobrać próbkę. Główne wady wynikają z:
1 - konieczność uszkodzenia materiału w celu pobrania jego części;
2 - konieczność przeprowadzenia testu w laboratorium, ponieważ używana jest waga analityczna (z dokładnością do setnych części grama) oraz suszarka;

wykorzystuje reakcję chemiczną z udziałem węglika wapnia (CaC²) i wody zawartej w analizowanej próbce. Poniżej przedstawiono reakcję chemiczną, o której mowa:

Węglik wapnia, ciało stałe, wchodzi w reakcję z wodą, tworząc gaz, acetylen (C2H²), i inne ciało stałe, wodorotlenek wapnia (Ca(OH)²). Jeśli do reakcji zostanie wprowadzona duża ilość węglika wapnia, ilość acetylenu wytworzonego w reakcji zależy tylko od ilości wody w próbce.
Reakcja zachodzi w zamkniętym pojemniku (autoklawie), w którym dochodzi do dokładnego wymieszania wilgotnej próbki i węglika wapnia. W tych warunkach gaz uwalniany w wyniku reakcji zwiększa ciśnienie wewnętrzne w pojemniku. Wartość ciśnienia jest liniowo zależna od ilości wytworzonego gazu, a tym samym od ilości wody w próbce. Mierząc ciśnienie końcowe na końcu reakcji, można dokładnie określić, ile wody znajdowało się początkowo w próbce.
Aby metoda była skuteczna, urządzenie, w którym zachodzi reakcja, musi być:

1 - hermetycznie zamknięte, aby nie doszło do ulatniania się wytwarzanego gazu;
2 - wyposażone w manometr do odczytu ciśnienia;
3 - zawierać system do kruszenia i proszkowania próbki, tak aby odczynniki, węglik wapnia i woda, mogły się z nią dokładnie połączyć.
W celu przeprowadzenia pomiaru należy pobierać i przygotować próbkę zgodnie z następującą, prostą procedurą:
a - mechaniczne pobieranie próbki: fragment materiału do pomiaru pobiera się bezpośrednio z podłoża za pomocą dłuta i młoteczka;
b - mielenie próbki: za pomocą tarczy i młotka pobrany wcześniej fragment jest rozdrabniany na proszek. Ważne jest, aby całą operację przeprowadzić w krótkim czasie, bez podgrzewania materiału, aby zapobiec uwolnieniu wilgoci przed wprowadzeniem materiału do autoklawu;
c - ważenie sproszkowanej próbki: po sproszkowaniu próbki, pewna ilość proszku jest dokładnie ważona. Ten krok jest szczególnie ważny, ponieważ zmierzone ciśnienie może być skorelowane z zawartością wody tylko wtedy, gdy odnosi się do dokładnej masy wprowadzonej próbki.

5.1.b.1 Wybór ilości próbki do analizy:
masa próbki wprowadzonej do autoklawu określa ilość wody biorącej udział w reakcji z węglikiem wapnia, a tym samym determinuje końcowe ciśnienie gazu. Manometr ma ograniczoną skalę ciśnienia (zwykle od 0 do 2 barów) ze względu na rozdzielczość i dokładność przyrządu. Aby uzyskać prawidłowe pomiary, konieczne jest, aby ciśnienie gazu w autoklawie wypadało jak najbliżej środka skali manometru.

Wybór ilości próbki do wprowadzenia musi zatem koniecznie uwzględniać ten czynnik. Jak zatem wybrać odpowiednią ilość?
Higrometry karbidowe są zwykle wyposażone w normogram lub wykres wskazujący optymalną ilość do zważenia w zależności od zawartości wody w próbce. Niektóre urządzenia są również wyposażone w wieloskalowe manometry, które bezpośrednio wskazują zawartość wody na różnych skalach, z których każda odnosi się do dokładnej ilości ważonej próbki.
Jeżeli zawartość wilgoci w próbce jest znana choćby w przybliżeniu, można wcześniej wybrać ilość próbki i skalę odczytu na manometrze. Jeśli natomiast próbka jest całkowicie nieznana, lepiej zacząć od najmniej czułej skali i, w razie konieczności, powtórzyć test z bardziej czułymi skalami.

5.1.b.2 Zależność odczytu ciśnienia od temperatury autoklawu:
ponieważ określenie wilgotności jest związane z pomiarem ciśnienia gazu, naturalne jest, że temperatura ma duży wpływ na wynik. Odczyty powinny być dokonywane w temperaturze 23°C, ale warunki środowiskowe często znacznie odbiegają od tej wartości. Niektóre przyrządy są wyposażone w odwracalne paski temperaturowe, które mierzą temperaturę korpusu autoklawu i dostarczają równania lub wykresy do korygowania procentowej zawartości wilgotności będącej funkcją temperatury roboczej.
Po ustaleniu ilości, która ma zostać wprowadzona do autoklawu, proszek należy zważyć i umieścić w autoklawie, zwracając uwagę na to, aby go nie rozsypać i przy pomocy pędzelka dokładnie oczyścić spodek. Razem z próbką umieszcza się zestaw stalowych kulek o różnych średnicach oraz szklaną fiolkę z węglikiem wapnia. Po włożeniu wszystkiego należy hermetycznie zamknąć autoklaw.
Prostoty charakter metody oraz elementarność operacji przygotowawczych umożliwia skonstruowanie przenośnych higrometrów węglikowych (do pomiarów w terenie) wyposażonych w proste narzędzia do przygotowywania próbki.

Legenda:
1 - autoklaw z manometrem;
2 - młotek, młoteczek i dłuto do zbierania i kruszenia;
3 - ciężka tarcza do kruszenia;
4 - zestaw stalowych kulek;
5 - fiolek węglika wapnia;
6 - waga do ważenia rozdrobnionej próbki;

Po zamknięciu autoklawu rozpoczyna się pomiar, na który składają się następujące kroki:
d - zamykanie autoklawu: zamknięcie autoklaw następuje poprzez idealne przylgnięcie uszczelki do korpusu urządzenia. Zamknięcie musi być w pełni szczelne, ponieważ wszelkie ulatnianie się gazu mogłyby zakłócić dokładność pomiaru;
e - mieszanie autoklawu: po zamknięciu autoklawu następuje energiczne wstrząsanie nim, aby zawarte w środku stalowe kulki rozbiły fiolkę z węglikiem wapnia i jednocześnie umożliwiły bardzo dokładne wymieszanie węglika ze sproszkowaną próbką. Mieszanie będzie odbywać się w określonych odstępach czasu i będzie trwało na tyle długo, aby osiągnąć stabilną wartość ciśnienia. Jak już opisano, odwracalne paski temperaturowe zazwyczaj mocuje się do korpusu autoklawu w celu wskazania temperatury, której wartość zostanie wykorzystana do skorygowania wyniku;
f - stabilizacja ciśnienia i odczyt wyniku: biorąc pod uwagę masę próbki wprowadzonej do autoklawu, temperaturę roboczą i wartość ciśnienia odczytaną na manometrze, po ustabilizowaniu się wskaźnika, wartość wilgotności próbki jest określana za pomocą normogramu dołączonego do urządzenia. W przypadku urządzeń wyposażonych w specjalne manometry z wieloma skalami, wartość procentowa wilgotności jest odczytywana bezpośrednio na manometrze na skali odpowiadającej masie wprowadzonej próbki.

Jak już opisano, jeśli wartość ciśnienia lub wilgotności spada w pobliżu górnego lub dolnego końca skali manometru, zaleca się powtórzenie pomiaru poprzez zmianę masy wprowadzonej próbki w celu zwiększenia czułości odczytu.

5.1.b.3 Wady:
1 - konieczność pobrania fragmentów analizowanego materiału (metoda niszcząca);
2 - delikatność systemu uszczelnienia ciśnieniowego autoklawu (wymaga okresowego sprawdzania za pomocą zestawu kalibracyjnego);
3 - ekstremalna wrażliwość na zmiany temperatury;
4 - możliwość niedoszacowania wartości wilgotności z powodu niewystarczającego rozdrobnienia próbki;

Pomiar karbidowy należy traktować jako referencyjną metodę określania zawartości wilgoci w materiałach budowlanych.

oprócz metod bezpośrednich, do określania zawartości wilgoci w materiałach budowlanych stosuje się również metody pośrednie. Chociaż nie są one tak niezawodne i dokładne jak te pierwsze, stosuje się je ze względu na fakt, że są to na ogół metody nieniszczące, umożliwiające przeprowadzanie testów bezpośrednio na powierzchni bez konieczności pobierania fragmentów materiału. W nawiązaniu do tego, co zostało już powiedziane, metody pośrednie są zasadniczo przeznaczone do wstępnych i orientacyjnych ustaleń.
Główne pośrednie metody pomiaru wilgoci opierają się na zależności pewnych wielkości elektrostatycznych materiałów (stałej dielektrycznej i przewodności elektrycznej) od zawartej w nich wody. Zasadniczymi elementami urządzeń zdolnych do wykrywania zmian tych wielkości są:

a - czujniki mikrofalowe;
b - czujniki przewodności;
c - czujniki pojemnościowe;

W niniejszej analizie nie sposób omówić zalet każdej z metod pośrednich wspomnianych do tej pory.
Istnieje jednak wspólna zasada, na której opiera się pomiar: wilgoć w matrycy zmienia właściwości elektrostatyczne.
Mówiąc dokładniej, zarówno przewodność elektryczna, jak i stała dielektryczna materiału rosną wraz ze wzrostem zawartości wody.
Oczywiście stała dielektryczna i przewodność zależą również od czynników nieodłącznie związanych z materiałem, takich jak skład i struktura stałej matrycy, które w większości przypadków są całkowicie nieznane.
Gdyby wszystkie materiały były takie same lub ich właściwości elektrostatyczne były niezależne od ich specyficznej natury, łatwo byłoby zidentyfikować korelację, jakkolwiek złożoną, między wilgocią a pojemnością lub przewodnością materiału.
Niestety, nie ma to miejsca w rzeczywistości, więc teoretycznie należałoby opracować tysiące równań dla różnych materiałów i struktur. Oczywiście taka operacja jest niemożliwa, stąd konieczność pogrupowania materiałów obecnych w podłożach budowlanych na makrokategorie (beton, drewno, piasek i jastrych cementowy itp.), aby uprościć modele, jednakże przy jednoczesnej redukcji dokładności pomiaru.
Z tego powodu metody pośrednie nie powinny być uważane za decydujące w pomiarze wilgotności materiałów, a jedynie przygotowawcze do pomiaru metodą wagową lub karbidową.