Zpět

Sanace vlhkého zdiva typu THERM – chemická metoda

Kromě tradičních zdících výrobků a materiálů jako, např. cihla plná pálená, kámen je v současnosti snaha využít chemickou metodu pro sanaci novodobých zdících výrobků. V rámci své disertační práce se budu zabývat chemickou sanací novodobých tvarovek typu THERM.

Publikováno: 29.07.2009
Rubrika:
Autor: (red)

ZDROJE VLHKOSTI VE STAVBÁCH
Transport vlhkosti do porézního prostředí zdiva probíhá následujícími hlavními způsoby:

a) kapilárním vzlínáním vody;
b) prosakováním (zatékáním) vody;
c) kondenzací vodní páry;
d) kapilární kondenzací;
e) hygroskopickým příjmem vlhkosti.

U prvních dvou způsobů proniká voda do zdiva jako kapalina, v dalších případech je přijímána v plynné fázi.

a) kapilární vzlínání vody

Vzlínavost je jev vyvolaný kapilárními silami. Výška h, do které vzlínající voda vystoupí, je přímo úměrná povrchovému napětí vody σ a smáčecímu úhlu θ porézního materiálu a nepřímo úměrná poloměru pórů r a hustotě vody ρ, což lze vyjádřit vztahem (rovnice1) :

V případě smáčivého stavebního materiálu se hodnota cos θ blíží jedné. Po dosazení hodnot pro vodu lze vztah zjednodušit na:

Výška h, do které může voda vzlínat, tedy závisí nepřímo na průměru kapiláry -čím je průměr kapilárních pórů menší, tím výše voda v materiálu pronikne. V kapiláře o poloměru 0,1 mm je rovnovážná výška hladiny vody (daná kapilárními silami zmenšenými o vliv gravitace) cca 0,15 m. U kapilár kolem 0,01 mm činí výška vzlínání cca 1,5 m.

Uvedenou závislost lze ověřit i v praxi. Střední průměr kapilár cihelného zdiva se totiž pohybuje právě kolem této hodnoty a značné množství stavebních objektů je zavlhčeno do podobné výše nad terénem (Lebeda J., 1988). Pro zajímavost uvádím, že u pálených cihel leží poloměr většiny pórů mezi 0,003 x 10"3 až 3,0 x 10~3 mm, u opuky (Přední Kopanina) v rozmezí 0,002 x 10"3 až 1,8 x 10"3 mm a u hořického pískovce mezi 3,8 x 10"3 až 57,0 x 10"3 mm (Kotlík P., 1997).

Naopak počáteční rychlost vzlínání v a tedy množství proniklé vody je přímo úměrné průřezu pórů. Zmenšuje se s klesajícím poloměrem kapilár (Lebeda J., 1988, Weber H., 1988):

                 v = konst * r

Vzlínající voda se však také odpařuje. V každém stavebním materiálu, resp. zdivu se tedy časem vytvoří rovnovážný stav, který je určen jeho kapilárními vlastnostmi a rychlostí odpařování vlhkosti. U některých materiálů s velmi malými póry nedochází k významnému vzlínání. Příkladem mohou být hutné stavební hmoty, např. beton nebo kvalitní cementová malta.

V případě homogenní, izolovaně stojící zdi, která má na obou stranách stejné podmínky, má profil vlhkosti přibližně parabolický tvar.

Z rovnice (1) lze také dovodit, že ke změně výšky vzlínání vede při konstantním povrchovém napětí a hustotě kapaliny (vody) i změna smáčecího úhlu θ. Je-li smáčecí úhel větší než 90°, je hodnota cos θ záporná a voda do takového materiálu nevzlíná vůbec – hovoříme o tzv. hydrofobitě. V praxi je intenzita vlhkosti vzlínající zdivem daná také množstvím vody, které se sním dostane do kontaktu. Roste s vydatností zdroje (např. množstvím srážkové vody pronikající do podloží nebo blízkostí velkých rybníků, vodních toků) a souvisí i s propustností zeminy.

Málo propustné půdy (jílovité zeminy, skalní podloží) transport vlhkosti výrazně ztěžují – voda stéká jen po jejich povrchu, velmi propustné půdy (písky, štěrky) zase neumožní pohyb vlhkosti zpodzákladí směrem vzhůru díky malé výšce vzlínání. (Kotlík P., 1997).

b) prosakování (zatékání) vody
Pronikání kapaliny do pórovitých stavebních materiálů může být také vyvoláno hydrostatickým tlakem, resp. tlakovým spádem.

Příkladem mohou být zapuštěné obvodové konstrukce budov přiléhající k zemině, kam voda proniká z rubové strany (viz obr. 2). Prosakování vody lze popsat Darcyho zákonem (Weber H., 1988):

V rovnici představuje dp (N/m2) příslušný rozdíl tlaků a dx (m) tloušťku posuzovaného stavebního prvku. Proudová hustota J potom udává, jak velké množství kapaliny pronikne za sekundu plochou 1 m2. Koeficient K nazýváme součinitelem propustnosti. Rovnice vychází z předpokladu, že veškeré póry stavební hmoty lze charakterizovat jedinou průběžnou kapilárou, typickou pro daný materiál. Součinitelé propustnosti byly experimentálně změřeny u různých stavebních hmot nebo zemin.

Ve stavební praxi souvisí opět intenzita prosakující vody s vydatností zdroje -např. s podzemní puklinovou vodou, se srážkovou vodou nebo s poškozenými sítěmi kanalizace či pitné vody.

c) Kondenzace vodní páry
Kondenzací rozumíme vysrážení vodní páry ze vzduchu. Nastává, je-li v daném místě překročen tzv. rosný bod. Při každé teplotě může vzduch přijmout jen určité množství vody ve formě páry, což charakterizuje částečný tlak vodní páry pd. Dostoupí-li tento tlak maximální hodnoty pd", je vzduch vodní párou nasycen – dosáhl rosného bodu. Pokud se do nasyceného vzduchu přivádí další vodní pára nebo poklesne-li jeho teplota, vysráží se nadbytečná pára na povrchu nejbližších pevných hmot (Lebeda J., 1988). Z kolika procent je vzduch nasycen vlhkostí při dané teplotě nám udává relativní vlhkost vzduchu φ (R. V.):

Vzduch, který je vodou právě nasycen a není tedy schopen přijmout žádnou další vodní páru, aniž by její část nezkondenzovala, má hodnotu relativní vlhkosti 100 %, absolutně suchý vzduch má R. V. 0 %. Relativní vlhkost a tlak nasycených par jsou funkcemi teploty – z toho vyplývají následující skutečnosti:

  • Pokud je množství vody ve vzduchu konstantní, relativní vlhkost při zvýšení teploty klesá. Naopak ochlazováním vzduchu stoupá.
  • Při stejné hodnotě relativní vlhkosti má teplejší vzduch vyšší absolutní vlhkost a je tedy bohatší na vodu než vzduch chladnější.
  • Tyto úvahy by měly být všeobecně známy – bohužel tomu tak není. Negativním příkladem může být nadměrné větrání interiérů historických budov ve vlhkých jarních a letních měsících nebo v deštivém počasí. Jejich masivní konstrukce mají velkou tepelnou setrvačnost a povrchové teploty zde vykazují poměrně nízkých hodnot ještě dlouho během roku (Bloudek K, 1990). Pronikne-li do interiéru vlhký vzduch, dochází k masivní kondenzaci na chladném povrchu stěn, kleneb nebo dlažeb, což zvyšuje jejich zavlhčení. Jiná situace nastává při větrání vytápěných místností za chladného počasí. Studený vzduch obsahuje i při poměrně vysoké relativní vlhkosti pouze malé množství vodní páry (má malou absolutní vlhkost). Ve vytápěné místnosti se rychle ohřívá, přičemž jeho relativní vlhkost klesá. Tím se vytváří kapacita pro odpaření vody ze zdiva. Přiměřené větrání za chladného počasí tedy podporuje vysýchání konstrukcí.

    Největší problémy s kondenzační vlhkostí se projevují na tzv. tepelných mostech – částech konstrukcí s deformovaným teplotním polem. Tepelný odpor konstrukcí je v těchto místech nižší a povrch proto chladnější. Vlhký vnitřní vzduch zde dosahuje rosného bodu snadněji. Obvykle se jedná o dveřní nebo okenní ostění, různé kouty, styk mezi podlahou a stěnami apod. Vzniklý kondenzát vyluhuje pojivo omítek a podporuje biologické napadení plísněmi nebo řasami.

d) Kapilární kondenzace a sorpce
Výše uvedené zákonitosti platí převážně pro rovné plochy a stavební materiály s většími póry. V nejjemnějších kapilárách dochází ke kondenzaci již před dosažením nasyceného tlaku vodní páry. Jde o tzv. kapilární kondenzaci. Ta způsobuje, že jemnozrnné opukové zdivo nebo cementové malty jsou za stejné teploty vlhčí než okolní materiály (Lebeda J., 1988). Např. kapiláry s poloměrem kolem 5.10"6 mm se zaplňují kondenzátem již při relativní vlhkosti vzduchu cca 75% (Weber H., 1998). Kolik vody porézní materiál při konstantním tlaku vodní páry pojme, závisí tedy na tom, kolik obsahuje pórů odpovídající velikosti. Kapilární kondenzace proto významně souvisí s rovnovážnou vlhkostí stavebních hmot.

Pohlcování vodní páry z ovzduší až do dosažení rovnovážného stavu nazýváme sorpcí. Pokud je parciální tlak vodní páry ve zdivu větší, uvolňuje se z materiálů vodní pára až do vyrovnám tlaku s tlakem vodní páry v ovzduší.

Tento jev probíhá pomaleji a nazýváme jej desorpcí. Sorpční (desorpční) vlastnosti stavebních materiálů popisuje rovnovážná vlhkost. Udává schopnost pohltit (uvolnit) určité množství vlhkosti v závislosti na teplotě a relativní vlhkosti vzduchu. Nejvyšších hodnot nabývá, pokud je okolní vzduch vodní párou zcela nasycen (Halahyja a kol., 1985). V tab. 1 uvádím upravené příklady rovnovážné vlhkosti pro různé stavební materiály (Landa R., Kyš K, Slavík O., 1983).

e) Hygroskopický příjem vlhkosti a osmóza:
Schopnost materiálů přijímat vodu se zvyšuje s obsahem vodorozpustných soli. Zavlhčení zdiva roste s nárůstem vlhkosti vzduchu, ke zvyšování vlhkosti zdiva však dochází i bez rosného bodu. Vodorozpustné soli jsou totiž většinou hygroskopické, tzn. mají schopnost na sebe vázat vzdušnou vlhkost. Zasolené zdivo může přijímat mnohonásobně vyšší množství vody z okolního vzduchu, než by odpovídalo rovnovážné vlhkosti bez obsahu solí (viz obr. 3).

Experimentálně ověřené příklady jsou uvedeny v tabulce 2 (Weber H., 1988).

Pohyb vlhkosti a rozpuštěných solí zdivem vede ke vzniku různě zasolených míst. Oblasti s vysokou salinitou mají snahu samovolně přijímat vodu, aby se roztoky solí zředily a došlo k vyrovnání koncentrace se sousedními oblastmi. Tento jev nazýváme osmózou.

CHEMICKÁ METODA
Podstatou chemické metody je vytvoření dodatečné clony do předem stanoveného místa vlhké konstrukce, kdy je používán chemický prostředek. Clona omezuje další migraci vlhkosti do částí konstrukce nad (za) touto clonou a zřizuje se vpravením vhodné, chemicky aktivní látky do struktury konstrukcí pomocí předem vytvořených vrtů. Pro docílení efektivního vytvoření souvislé vodě odolné dodatečné bariéry je nutno provést soustavu vrtů podle druhu použitého přípravku a vlastností konstrukce, do které je přípravek vpravován.

Rozdělení chemických metod:

a) Podle způsobu aplikace:

  • beztlakový způsob;
  • s využitím hydrostatického tlaku;
  • tlakový způsob.

b) Podle působení látky ve struktuře materiálu:

  • prostředky utěsňující nebo zužující kapiláry;
  • hydrofobizační prostředky;
  • kombinované prostředky;
  • impregnační prostředky.

c) Podle chemické báze (uvedeny jsou nejběžnější):

  • silikony;
  • vodní sklo (alkalické i dealkalizované s hydrofobizátory);
  • polyuretany;
  • akryláty;
  • epoxidy;
  • a jiné.

POPIS EXPERIMENTU
Cílem experimentu je optimalizovat množství sanačního prostředku a způsob jeho aplikace v závislosti na míře zavlhčení zdiva.

Přípravky budou zkoušeny na cihelných pilířích z tvarovek typu THERM, velikost pilíře 440 x 250 x 750 mm, tzn. že pilíř bude vyzděn ze tří tvarovek. Sanační prostředek bude aplikován do první ložné spáry. Pilíře budou ponořeny do vody, voda bude dosahovat výšky 200 mm, tj. 50 mm pod první ložnou spáru. Každý sanační prostředek bude aplikován do 4 cihelných pilířů.
Dále bude vyzděny dva referenční pilíře, které nebudou sanovány. Jeden bude ponořen, druhý ne. Vlhkost bude měřena jak na povrchu, tak i uvnitř pilířů. Poté bude porovnávána s hodnotami z referenčních pilířů. A následně budou data zpracováno do použitelného matematického modelu, podle kterého bude možné v praxi optimálně zvolit dávkování sanačního prostředku v závislosti na míře zavlhčení.

VÝBĚR SANAČNÍHO PROSTŘEDKU
Výběr sanačního prostředku byl omezen zejména těmito faktory:

a) možnost regulace doby reakce
b) nízkou viskozitou
c) dostupností na tuzemském trhu

Pro experiment byly vybrány s ohledem na dříve uvedené skutečnosti tyto sanační prostředky:

1. Aida® Mauerinjektion od firmy REMMERS
2. CarboCryl Hv od firmy MINOVA
3. Akrylátgel-R od firmy REALSAN

  1. Aida® Mauerinjektion je silikonový mikroemulzní koncentrát (SMK) pro infúzní clonu ve zdivu ve smyslu doporučení WTA 4-4-96 „Injektáže zdiva proti vzlínající vlhkosti“. Aida Mauerinjektion je vodnou silikonovou mikroemulzí (koncentrátem) s velikostí částic řádově v nanometrech. Tím je také umožněno rozptýlení v běžných pórech a kapilárách a při vysokém stupni prosáknutí. Přípravek je vhodný jako vodný systém pro vlhké a porézní stavební materiály.
     
  2. CarboCryl Hv je pružný dvousložkový metakrylátový gel s hydrofilními vlastnostmi. Vyznačuje se nízkou viskozitou, která se při smíchání složek blíží viskozitě vod, má regulovatelnou dobu reakce.
     
  3. Akrylátgel-R je trojsložkový vodný hydrogel na bázi akrylátu či metakrylátu, který se vytvrzuje na gumoelastickou, flexibilní hmotu. AKRYLÁTGEL-R se vyznačuje nízkou viskozitou, která se při smíchání složek blíží viskozitě vody. Proto je možné jej použít na celou řadu sanačních opatření, kdy je nemožné použití injektážních prostředků s vyšší viskozitou.

STAV EXPERIMENTU
V současné době je experiment ve stádiu příprav. S firmami jsou dojednány dodávky sanačních prostředků a materiálu na stavbu pilířů.

ZÁVĚR
Hlavním cílem práce je získání relevantních výsledků, které by přinesly co možná největší přínos pro praxi. Na vytvoření modelu bude spolupracováno s katedrou matematiky.

Výsledky těchto zkoušek by také mohly pomoci při vývoji nových sanačních prostředků nebo při rozhodování výrobce, do jaké míry je daný prostředek vhodný pro novodobé zdící tvarovky.

Literatura
[1] Fára, P. Sanace vlhkého zdiva. 1. vydání, 84 s. ISBN 80-86657-02-7.
[2] Tomíček O. Sanace vlhkého zdiva-chemická metoda-Působení,účinnost, vlastnosti, disertační práce
[3] Technické a technologické podklady, výrobkové listy firem: Minova Bohemia s.r.o, Remmers, Realsan

Recenzoval
Ing. Karel Šuhajda, Ph.D., VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, Veveří 331/95, Brno 602 00, e-mail: suhajda.k@fce.vutbr.cz.
Recenzi si můžete přečíst ZDE.

Tento článek byl publikován také na JUNIORSTAVU 2009.