Na bazie rezultatów badań wilgotnościowych podejmowane są ważne decyzje w kwestii wyboru odpowiedniej metody zabezpieczenia przeciwwilgociowego.

Chociaż istnieje wiele metod badania wilgotności murów ceglanych, to aktualnie nie ma jednej uniwersalnej metody, która może być zastosowana w różnych warunkach pomiarowych. Każda z metod posiada swoje zalety, wady i uwarunkowania pozwalające na zastosowanie jej tylko w danych okolicznościach. Ogólny podział metod badania wilgotności murów ilustruje schemat pokazany na rysunku 1. Główne problemy, z jakimi spotykamy się obecnie w badaniach wilgotności murów, to: • brak metody pozwalającej określić przestrzenny rozkład wilgotności w murze bez konieczności pobierania próbek; obecnie jest to problem podstawowy, szczególnie ważny w odniesieniu do murów grubych, • zdecydowana większość dostępnych metod badawczych pozwala na punktowe określenie wilgotności; możliwe jest uzyskanie jedynie rozkładów dyskretnych, na przykład metodą bezpośrednią suszarkowo-wagową, • w przypadku zastosowania metod pośrednich istnieje możliwość określenia wilgotności na powierzchni muru lub w jego strefie przypowierzchniowej tylko do głębokości kilku lub kilkunastu centymetrów; jest to problem zasadniczy w przypadku murów grubych, gdyż wilgotność we wnętrzu muru jest z reguły o kilka procent wyższa niż przy powierzchni (rys. 2), • niszczący charakter metod wymagających pobrania próbek; w wielu przypadkach, szczególnie w obiektach historycznych, próbek w ogóle nie można pobrać, gdyż służby konserwatorskie nie wyrażają na to zgody, w takich przypadkach należy stosować jedynie metody nieniszczące. Jak wynika z rysunku 1 badania wilgotności murów przeprowadza się stosując metody bezpośrednie oraz pośrednie. Metodami bezpośrednimi, wymagającymi pobierania próbek materiału, są tradycyjna metoda suszarkowo-wagowa oraz metoda suszarkowo-wagowa z wykorzystaniem urządzenia zwanego wagosuszarką. Metodami pośrednimi, niewymagającymi pobierania próbek wilgotnego materiału, są metody nieniszczące.

Metody bezpośrednie
Metoda suszarkowo-wagowa jest metodą podstawową, najbardziej dokładną i wiarygodną. Rezultaty uzyskane tą metodą powinny stanowić poziom odniesienia dla wyników uzyskanych innymi metodami. W metodzie tej pobiera się próbki materiału, następnie umieszcza się je w hermetycznych pojemnikach i dostarcza do laboratorium. Tam waży się je w stanie zawilgoconym i następnie suszy w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 105°C do stałej masy. Następnie oblicza się na przykład wilgotność masową badanego materiału ze wzorów (1) i (2): • odniesioną do masy materiału suchego •odniesioną do masy materiału zawilgoconego. W metodzie suszarkowo-wagowej bardzo ważnym i niedocenianym problemem jest sposób pobierania próbek, szczególnie w murach grubych i bardzo grubych. Chodzi o to, że nie należy pobierać zwiercin uzyskiwanych w trakcie wykonywania otworów wiertarką udarowo-obrotową, bowiem w czasie wiercenia końcówka wiertła nagrzewa się i następuje proces odparowania wody. Według badań autorów, z tego powodu następuje zaniżenie pomierzonej wartości wilgotności masowej nawet o kilka %. Zaniżenie to jest uzależnione od zawartości wody w próbce, szybkości wiercenia i ilości obrotów wiertarki. Dlatego próbki powinny być pobierane ręcznie, za pomocą „dorników” rurowych wkładanych w nie do końca nawiercony otwór lub wycinane wiertarką za pomocą wiertła koronkowego. Taki sposób pobierania próbek jest pracochłonny, ale pozwala uzyskać wiarygodne rezultaty. Określenie wilgotności masowej muru za pomocą urządzenia zwanego wagosuszarką jest tak samo dokładne jak w tradycyjnej metodzie suszarkowo-wagowej. Przewaga wagosuszarki polega na tym, że próbek nie trzeba dostarczać do laboratorium, gdyż proces suszenia następuje w samym urządzeniu. Proces ten trwa kilka lub kilkanaście minut i po tym czasie otrzymujemy ostateczny wynik pomiaru. Inną metodą, w której występuje konieczność pobierania próbek, jest metoda karbidowa, znana w krajach zachodnich pod nazwą CM. W zasadzie powinno się ją zaliczyć do metod pośrednich, gdyż bezpośrednio mierzona jest inna wielkość niż wilgotność masowa. Metoda ta polega na odważeniu odpowiedniej porcji materiału z pobranej próbki i umieszczeniu jej w hermetycznym pojemniku zaopatrzonym w manometr wraz z fiolką zawierającą ściśle określoną ilość węglika wapnia. Po silnym potrząśnięciu pojemnika następuję zbicie fiolki i woda zawarta w badanym materiale reaguje z karbidem. W wyniku tej reakcji powstaje acetylen, który wywiera ciśnienie na ścianki pojemnika. Im większa zawartość wody w próbce, tym ciśnienie wewnątrz pojemnika jest większe. Odczytując na manometrze wartość tego ciśnienia z odpowiednich tablic, określa się wilgotność masową materiału. Z doświadczeń autorów wynika, że w przypadku niskiego i średniego zawilgocenia badanego materiału wyniki uzyskiwane metodą karbidową są niższe od wyników uzyskanych metodą suszarkowo-wagową, co obrazuje rysunek 3. Spowodowane jest to nieprzereagowaniem całej ilości wody zawartej w materiale z karbidem.

Metody nieniszczące
Nieniszcząca ocena wilgotności materiałów budowlanych polega na pośrednim określeniu tej wielkości poprzez pomiar innej cechy fizycznej bądź chemicznej wilgotnego materiału [4]. Wielkość mierzonej cechy uzależniona jest od wilgotności materiału i może być wskaźnikiem ilości wody zawartej w danym materiale. Spośród metod nieniszczących w praktyce najczęściej stosowane są metody elektryczne. Mierniki wykorzystywane w tych metodach wskazują bezpośrednio wilgotność masową materiału lub wielkość bezwymiarową, na podstawie której wyznacza się wilgotność za pomocą odpowiednich nomogramów lub wzorów. Mierniki wskazujące wielkość bezwymiarową wymagają większej uwagi, zaangażowania i zrozumienia osób posługującymi się nimi. Posługując się miernikami wskazującymi bezpośrednio wilgotność masową, nie można bezkrytycznie wierzyć we wskazanie urządzenia. Należy wziąć pod uwagę fakt, że na wskazanie to, poza zawartością wilgoci, wpływają jeszcze inne czynniki takie jak: rodzaj materiału i jego gęstość, porowatość, a przede wszystkim rodzaj i stężenie soli. Wpływ zasolenia na wyniki badań wilgotności masowej, na przykładzie stwardniałej zaprawy cementowej, obrazuje tabela. Biorąc pod uwagę fakt, że zawartość soli przy powierzchni muru jest największa (rys. 4) oraz że metodami nieniszczącymi z reguły określamy wilgotność masową w przypowierzchniowej strefie muru, problemu wpływu zasolenia na wyniki pomiarów wilgotności nie należy bagatelizować. Stosując metody elektryczne należy wziąć pod uwagę to, że ich dokładność jest mniejsza od metody suszarkowo-wagowej i karbidowej. Dlatego też wyniki uzyskane za pomocą tych metod należy traktować jako jakościowe, a nie ilościowe. Można zwiększyć dokładność pomiarów, posługując się wyznaczonymi wcześniej krzywymi skalowania. Należy wówczas dobrać odpowiednią krzywą skalowania dla danego materiału i miernika z grupy tzw. „hipotetycznych” krzywych skalowania. Metodykę postępowania przy doborze „hipotetycznych” krzywych skalowania podano między innymi w [1]. Istotnym mankamentem metod elektrycznych i stosowanych w tej metodzie mierników dielektrycznych i mikrofalowych jest brak możliwości precyzyjnego określenia obszaru muru, który odpowiedzialny jest za wskazanie miernika. O ile w miernikach elektrooporowych jest to stosunkowo proste do określenia, bo przepływ prądu zachodzi między elektrodami, o tyle w miernikach dielektrycznych i mikrofalowych nie „widzimy” obszaru muru, który ma wpływ na wskazanie miernika. Od kilku lat do lokalizacji miejsc zawilgoconych stosowana jest metoda termowizyjna. Metoda ta bazuje na pomiarze temperatury w promieniowaniu podczerwonym. Istotnym ograniczeniem tej metody poza wysoką ceną urządzenia pomiarowego jest to, że otrzymane rezultaty odnoszą się tylko do powierzchni. Na rysunku 5 przedstawiono przykładowo widok zawilgoconego murowanego elementu w świetle widzialnym i w podczerwieni. Miejsca ciemne (kolor fioletowy na rysunku b) oznaczone jako (1) są zawilgocone i mają niższą temperaturę o około 3°C w stosunku do miejsc suchych (kolor biały na rysunku b). Jak już wcześniej powiedziano, głównym problemem, który obecnie występuje w badaniach wilgotności murów, jest brak metody pozwalającej na określenie przestrzennego rozkładu wilgotności na grubości muru, bez konieczności pobierania próbek. Opracowanie takiej metody sprawiłoby, że „obraz” rozkładu zawilgocenia wewnątrz muru mógłby być archiwizowany na nośniku informatycznym i porównywany z kolejnymi uzyskiwanymi w dowolnym czasie wynikami badań wilgotności. Metoda byłaby więc bardzo przydatna do kontroli jakości i skuteczności działania zabezpieczeń przeciwwilgociowych, a także skuteczności przyśpieszonego osuszania szczególnie murów grubych, po wykonaniu w nich zabezpieczeń przeciwwilgociowych. Nadzieję na to rokuje rozwijana w ostatnim czasie, nieniszcząca metoda elektrycznej tomografii impedancyjnej. Metoda elektrycznej tomografii impedancyjnej w swoim założeniu ma umożliwić uzyskanie przestrzennego rozkładu wilgotności w murze, na podstawie pomiarów elektrycznych właściwości muru. Metoda ta jest aplikacją ogólnego algorytmu tomografii impedancyjnej do tworzenia obrazu 3D. Jest to technika tworzenia obrazu rozkładu konduktywności wnętrza danego obiektu na podstawie pomiarów rozkładu potencjału na jego powierzchni. Informacja o rozkładzie konduktywności uzyskiwana jest przez wielokrotny pomiar potencjałów na powierzchni obiektu, przy zmiennym położeniu elektrod pobudzających. Podstawowym problemem w tej metodzie jest ustalenie na drodze eksperymentalnej zależności rozkładu konduktywności i wilgotności przy znanej i określonej budowie wewnętrznej badanego elementu. Mur ceglany jako element przestrzenny może być poddany badaniom przez system pomiarowy, którego czujniki (sondy) umieszczone są na przeciwległych powierzchniach ściany. Na rysunku 6 pokazano poglądowo badany obiekt oraz przepływ prądu między elektrodami, dla wybranego kąta projekcji. Obszary ciemniejsze obiektu oznaczają większą przewodność. Badania pilotażowe pomiaru wilgotności, za pomocą metody elektrycznej tomografii impedancyjnej przeprowadzono, w latach 2007-2008, symulacyjnie oraz w warunkach laboratoryjnych na murach widocznych na rysunku 7. Badania te wykonano w Instytucie Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, wspólnie z Instytutem Elektrotechniki w Warszawie, w ramach projektu badawczego 4T07E0529 finansowanego przez MNiSzW. W ramach tego projektu skonstruowano modelowy system elektrycznego tomografu impedancyjnego, sondy pomiarowe, opracowano między innymi system zbierania danych pomiarowych, opracowano model matematyczny i numeryczny rozkładu pola elektrycznego w murze, rozwiązano zagadnienia polegające na znalezieniu rozkładu potencjału wewnątrz badanego elementu i na przetworzeniu informacji brzegowej na obraz wnętrza obszaru badanego, opracowano algorytmy i programy komputerowe stanowiące oprogramowanie zbudowanego tomografu. Na rysunku 8 przedstawiono w układzie porównawczym uzyskane przykładowe rezultaty przeprowadzonych badań, w postaci względnych rozkładów wilgotności Um (uzyskanych metodą suszarkowo-wagową) i konduktywności na wysokości (z) badanych murów. Na osi pionowej tego rysunku podano wartości względne wilgotności i konduktywności w odniesieniu do ich maksymalnych wartości. Dotychczas wykonane prace badawcze wykazały przydatność metody elektrycznej tomografii impedancyjnej do pomiarów zawilgocenia murów ceglanych. Aby metoda mogła być stosowana w skali technicznej, niezbędne jest skonstruowanie, na bazie zdobytych doświadczeń i przeprowadzonych eksperymentów, prototypowej aparatury pomiarowej. Konsekwencją przede wszystkim niedoszacowania „rzeczywistej” wilgotności muru, z powodów zasygnalizowanych wyżej, może być w skrajnym przypadku niewłaściwy wybór metody wykonania zabezpieczenia przeciwwilgociowego i w efekcie nieskuteczność działania zabezpieczenia. W następnym numerze mowa będzie o skutecznych metodach zabezpieczeń przeciwwilgociowych.

prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła
dr inż. Zygmunt Matkowski
Politechnika Wrocławska

Źródło: miesięcznik Builder

więcej na www.ebuilder.pl