Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – metody bezwzględne
Urządzenie CM przygotowane do wykonania badania, fot. B. Monczyński
Immanentnym elementem diagnostyki obiektów budowlanych jest ocena zawilgocenia [1]. W „arsenale” osób podejmujących się tej oceny znajduje się szeroki zakres technik pomiaru oraz urządzeń pomiarowych. Znajomość zasad, na których techniki te zostały oparte, jest kluczowa przy interpretacji uzyskanych wyników. Szczególnie że większość z nich została opracowana dla materiałów o ustandaryzowanym składzie i w zadowalającym stanie zachowania. Zatem w przypadku ich zastosowania w budynkach w mniejszym lub większym stopniu zdegradowanych uzyskane wyniki mogą być trudne w ocenie [2].
Zobacz także
Małgorzata Kośla Termoizolacja budynków narażonych na dużą wilgotność
Niektóre materiały termoizolacyjne, używane do budowy obiektów narażonych na kondensację, mogą nieść ryzyko zawilgocenia w przegrodzie, przecieków, korozji czy uszkodzeń. Wszystkie te zjawiska z pewnością...
Niektóre materiały termoizolacyjne, używane do budowy obiektów narażonych na kondensację, mogą nieść ryzyko zawilgocenia w przegrodzie, przecieków, korozji czy uszkodzeń. Wszystkie te zjawiska z pewnością wpłyną negatywnie na właściwości termoizolacyjne budynku. Wobec tego, inwestor planujący skuteczne zaizolowanie obiektu, powinien zdawać sobie sprawę, że wybrany materiał musi dobrze spełniać funkcje termomodernizacyjne budynków narażonych na dużą wilgotność i wysokie ciśnienie pary wodnej.
dr inż. Krzysztof Pawłowski prof. PBŚ Dachy i stropodachy – wybrane kwestie projektowe w aspekcie cieplno-wilgotnościowym
Od 1 stycznia 2021 r. obowiązują nowe wartości graniczne wskaźników w zakresie oszczędności energii (EPmax) i ochrony cieplnej (Umax). Projektując układ warstw materiałowych dachów i stropodachów oraz...
Od 1 stycznia 2021 r. obowiązują nowe wartości graniczne wskaźników w zakresie oszczędności energii (EPmax) i ochrony cieplnej (Umax). Projektując układ warstw materiałowych dachów i stropodachów oraz ich złączy, należy uwzględnić także kryterium w zakresie oceny ryzyka kondensacji powierzchniowej i międzywarstwowej.
M.B. Market Ltd. Sp. z o.o. Czy piana poliuretanowa jest palna?
W artykule chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej temu aspektowi i rozwiać wszelkie wątpliwości na temat palności pian poliuretanowych.
W artykule chcielibyśmy przyjrzeć się bliżej temu aspektowi i rozwiać wszelkie wątpliwości na temat palności pian poliuretanowych.
*****
Artykuł porusza tematykę sposobów pomiarów wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych. Opisano metody bezwzględne badania zawartości wilgoci, a także wymieniono aspekty, które należy uwzględnić w planie pobierania próbek do badania.
Humidity measurements in building diagnostics – absolute methods
The article discusses the methods of measuring humidity in the diagnostics of buildings. The author describes absolute methods for testing moisture content and lists the aspects to be considered in the sampling plan for testing.
*****
Masową wilgotność materiału definiuje się jako wyrażony w procentach stosunek masy wody wydobytej z próbki materiału do masy próbki suchej (zobacz: [3]), tj.:
gdzie:
u – wilgotność masowa [%],
mw – masa wody [kg],
mm – masa mokrego materiału [kg],
ms – masa suchego materiału [kg].
Wilgotność materiału może wahać się od zera (próbka całkowicie sucha) do wynikającej z porowatości materiału wartości określonej na podstawie wilgotności w stanie nasycenia. Za najbardziej miarodajne metody jej pomiaru uważane są metody grawimetryczna, czyli poprzez ważenie (łac. gravis – ciężki, gr. metréō – mierzę), lub inne metody zgodne ze wzorem podstawowym (1). Z praktycznego punktu widzenia metoda suszenia w piecu może jednak nie uwzględniać masy lotnych związków organicznych (VOC – volatile organic compounds), które mogą wydzielać się podczas podgrzewania materiału w podwyższonej temperaturze [2].
Czytaj też: Charakterystyka zawilgocenia w diagnostyce budynków
Wilgotność określona w tzw. trybie suchym, czyli na podstawie wzoru (1) wyrażona jest w przeliczeniu na suchą masę, tj. odnosi się do masy próbki po całkowitym usunięciu zawartej w niej wilgoci. W praktyce stosowane są również metody wykorzystujące tzw. tryb mokry (np. metoda karbidowa), które umożliwiają bezpośrednie oznaczenie masy materiału wilgotnego oraz masy zawartej w nim wody, ale wpływają na próbkę w taki sposób, że niemożliwe jest jednoznaczne określenie masy próbki suchej na drodze jej ważenia. W takim wypadku zawartość wilgoci wyraża się zwykle w przeliczeniu na masę mokrą, przyjmując jako punkt odniesienia masę próbki wilgotnej, tj.:
gdzie:
um – wilgotność masowa w przeliczeniu na masę mokrą [%],
mw – masa wody [kg],
mm – masa mokrego materiału [kg].
Wartość wilgotności masowej w przeliczeniu na masę próbki suchej u jest rzecz jasna większa niż w przeliczeniu na masę próbki suchej um, a różnica ta sprawia, że porównanie odczytów jest niejasne. W praktyce zatem stosowana jest jedynie wartość u, którą w razie potrzeby można wyznaczyć na jeden z dwóch sposobów:
- obliczając masę próbki suchej (ms = mm – mw) i stosując wzór (1), względnie
- określając wilgotność masową w przeliczeniu na masę mokrą wg wzoru (2), a następnie stosując przekształcenie wykorzystujące powiązanie obu wartości, tj.:
gdzie:
u – wilgotność masowa [%],
um – wilgotność masowa w przeliczeniu na masę mokrą [%].
W literaturze polskiej przyjęło się stosować podział metod pomiaru wilgotności materiałów budowlanych na dwie główne grupy – na metody bezpośrednie oraz pośrednie [4–8]. Podział ten jest jednak interpretowany w różny sposób. Grupa metod bezpośrednich może być zatem zawężona do metody grawimetrycznej [4, 7], a czasem utożsamiana jest z metodami wymagającymi pobrania próbek (inwazyjnymi) [5, 8].
Inny podział wprowadza norma PN-EN16682:2017 „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego” [9]: na metody bezwzględne (ang. absolute methods) oraz względne (ang. relative methods).
Metody bezwzględne to metody pomiarowe oparte na podstawowej definicji masowej zawartości wilgoci na jednostkę masy (wilgotności masowej) [3], których odczyty można wyrazić w jednostkach układu SI. Wymagają one pobrania próbki materiału (przez co należy je sklasyfikować jako inwazyjne), a opierają się na ekstrakcji wody z pobranej próbki materiału (w niektórych przypadkach ekstrakcja może obejmować nie tylko wodę związaną fizycznie, ale również wodę krystalizacyjną oraz lotne związki organiczne). Dwie z trzech zmiennych zawartych we wzorze (1) – tj. masa wody, masa mokrego materiału, masa suchego materiału – określane są bezpośrednio: za pomocą grawimetrii (ważenia), miareczkowania, destylacji lub ciśnienia gazu. Trzecia zmienna jest natomiast obliczana jako różnica między dwoma pozostałymi (TABELA 1).
TABELA 1. Bezpośrednie metody oceny wilgotności masowej oraz fizyczne i chemiczne zasady określania parametrów obliczeniowych wg PN-EN 16682 [9]
Zawartość wody w materiale wyrażana jest jako procent masy próbki materiału. Wszystkie metody bezwzględne, z wyjątkiem metody karbidowej, przeznaczone są do analiz laboratoryjnych i tylko w wyjątkowych sytuacjach mogą być stosowane do pomiarów in situ, tj. w miejscu pobierania próbek.
FOT. 1. Pomiar zawilgocenia z zastosowaniem wagosuszarki: próbka dostarczona do laboratorium; fot. B. Monczyński
Najpopularniejszą metodą określania zawartości wilgoci (w tym lotnych związków wydzielających się w umiarkowanych temperaturach) w materiałach budowlanych jest metoda grawimetryczna. Pozwala ona na ustalenie ilości wilgoci usuniętej z próbki podczas suszenia. Polega ona na określeniu ubytku masy próbki zważonej za pomocą wagi analitycznej przed oraz po suszeniu.
FOT. 2. Pomiar zawilgocenia z zastosowaniem wagosuszarki: próbka przed rozdrobnieniem; fot. B. Monczyński
Utratę masy można powiązać z masą wody usuniętej z próbki i powszechnie wyraża się ją jako procent masy końcowej (tj. masy próbki wysuszonej). Stosowane są dwie odmiany tej metody: tradycyjna metoda wagowo-suszarkowa (klasyczna metoda laboratoryjna) oraz wykorzystująca urządzenie nazywane wagosuszarką (FOT. 1–4), pod pewnymi warunkami znajdująca zastosowanie bezpośrednio w miejscu pobrania próbek.
Metodę grawimetryczną można stosować praktycznie dla wszystkich materiałów budowlanych. Ogólne procedury opisano w normach:
- PN-EN 13183-1:2002 [10] oraz ISO 16979:2003 [11] dla drewna i materiałów drewnopochodnych,
- PN-EN ISO 12570:2000 [12] oraz PN-EN 772-10:2000 [13] dla porowatych materiałów budowlanych i elementów murowych,
- PN-ISO 11465:1999 [14] dla gruntów.
FOT. 3. Pomiar zawilgocenia z zastosowaniem wagosuszarki: próbka mokra (mm = 55,213 g); fot. B. Monczyński
FOT. 4. Pomiar zawilgocenia z zastosowaniem wagosuszarki: masa próbki po wysuszeniu (ms = 49,332 g); fot. B. Monczyński
Największą zaletą metody grawimetrycznej jest to, że pozwala ona na uzyskanie precyzyjnych wyników ilościowych, przez co stanowi de facto punkt odniesienia do wzorcowania przyrządów stosowanych w metodach względnych. Natomiast jej głównym ograniczeniem jest konieczność pobierania próbek (określana jest jako destrukcyjna i zasadniczo unika się jej zastosowania w budynkach objętych ochroną dziedzictwa kulturowego). Przy wykorzystaniu metody grawimetrycznej można określić całkowity ubytek masy po suszeniu, a zatem nie tylko zawartość wilgoci. Oznaczenie może obejmować lotne składniki próbki i/lub produkty rozkładu. Z tego względu każdorazowo należy rozważyć, a następnie zastosować najbardziej odpowiednią metodę suszenia.
Metoda grawimetryczna opiera się na następujących krokach:
- z materiału budowlanego należy pobrać wilgotną próbkę do badań (FOT. 1–2),
- masę początkową wilgotnej próbki badawczej należy oznaczyć za pomocą wagi analitycznej (FOT. 3),
- wilgotną próbkę należy osuszyć przy wykorzystaniu jednej z procedur opisanych poniżej, aż do osiągnięcia stałej masy (FOT. 4),
- masę próbki po wysuszeniu należy oznaczyć przy użyciu wagi analitycznej,
- wilgotność masową określić zgodnie z wzorem (1).
Ogólna procedura suszenia w metodzie grawimetrycznej przewiduje suszenie próbek w piecu w temperaturze dostosowanej do rodzaju próbki (TABELA 2) [9–11].
W diagnostyce zawilgocenia należy wziąć pod uwagę, czy pobrane próbki nie obejmują materiałów nieodpornych na temperaturę suszenia w piecu (np. materiały pokryte lakierem lub impregnowane substancjami, które ulatniają się pod wpływem podwyższonej temperatury). W takich przypadkach zmiana masy próbki uwzględnia również utratę lotnych związków organicznych (VOC) i nie odpowiada utracie wody. Dodatkowo, mimo że w większości przypadków odparowanie wody krystalizacyjnej następuje dopiero w temperaturze od 170°C do 200°C, niektóre minerały uwodnione mogą uwalniać ją w temperaturze znacząco niższej. Mając powyższe na uwadze, suszenie w piecu zaleca się prowadzić zgodnie z zaleceniami zawartymi w TABELI 2.
Aby uniknąć uzyskania błędnych wyników, w zależności od reakcji próbki materiału na temperaturę i/lub ciśnienie, obok podwyższonej temperatury stosuje się dwie alternatywne metody: suszenie próżniowe oraz ze środkiem pochłaniającym wilgoć (RYS. 1).
W przypadku materiałów nieodpornych na podwyższoną temperaturę, ale odpornych na niskie ciśnienie można zastosować osuszanie próżniowe, umieszczając zawilgoconą próbkę w komorze, w której następnie za pomocą pompy próżniowej obniża się ciśnienie do wartości 4 ± 2 hPa, tj. poniżej ciśnienia nasycenia pary wodnej w temperaturze otoczenia, co z kolei powoduje odparowanie całej wilgoci zawartej w próbce.
W przypadku materiałów, które nie są odporne ani na wysoką temperaturę, ani na niskie ciśnienie, można zastosować osuszanie sprężonym powietrzem lub adsorpcyjne. W pierwszej z wymienionych metod próbkę suszy się, umieszczając ją w komorze, gdzie ciągły przepływ czystego, suchego powietrza (uzyskanego z powietrza sprężonego) usuwa wilgoć uwalnianą z próbki.
W przypadku osuszania adsorpcyjnego próbkę suszy się, umieszczając ją w eksykatorze wyposażonym w skuteczny środek pochłaniający wilgoć. Obie metody wymagają dłuższego czasu suszenia próbki w porównaniu z suszeniem w piecu lub komorze próżniowej, ale nie powodują naprężeń wywoływanych przez temperaturę lub obniżone ciśnienie. Ponieważ jednak szybkość suszenia jest powolna i zależy zarówno od rodzaju materiału, jak i wielkości próbki, konieczne jest regularne ważenie suszonej próbki i zatrzymanie procesu, gdy zmiana masy w kolejnych odczytach będzie nie większa niż o 1% [9].
Za bardziej wyrafinowaną odmianę suszenia piecowego można uznać analizę termograficzną (TGA, ang. thermo-gravimetric analysis). W pewnych przypadkach jest ona szczególnie przydatna, ponieważ wymaga bardzo małych próbek oraz pozwala na szybkie wykonanie pomiarów. Termowaga automatycznie rejestruje zmianę masy próbki podczas jej ogrzewania w przepływie kontrolowanej atmosfery. Wilgoć usuwana jest z próbki, a zmiany masy rejestrowane są w sposób ciągły (w funkcji czasu i temperatury) do momentu jej ustabilizowania się (tj. gdy próbka osiągnie stałą masę).
Analizę termograficzną można wykorzystać do wykrywania, w jakiej temperaturze uwalniana jest woda (np. sprawdzania, czy występuje woda krystalizacyjna), ale także do bezpośredniego monitorowania degradacji (np. emisji dwutlenku węgla, amoniaku i innych gazów) [9].
Miareczkowanie Karla Fischera (KFT, ang. Karl Fischer titration) to precyzyjna metoda analityczna, opracowana w latach 30. ubiegłego wieku przez niemieckiego fizyka Karla Fischera [16], służąca do oznaczania zawartości wody zarówno w próbkach stałych, jak i ciekłych. W przeciwieństwie do metod grawimetrycznych, destylacji azeotropowej oraz karbidowej, metoda KTF obok wody związanej fizycznie uwzględnia również wodę krystaliczną (zobacz: TABELA 1). W pewnych sytuacjach (np. dla materiałów pokrytych woskiem, olejem lub lakierami) pozwala ona na uzyskanie wyników dokładniejszych niż w przypadku grawimetrii, ponieważ w wyniku suszenia w podwyższonej temperaturze z próbki mogą zostać usunięte również substancje lotne inne niż woda, co kolei może spowodować błędną interpretację uzyskanych wyników.
Metoda Karla Fischera polega na bezpośrednim wyznaczeniu masy początkowej wilgotnej próbki badawczej oraz masy wody wyekstrahowanej z próbki. Próbkę materiału rozpuszcza się w bezwodnym rozpuszczalniku pełniącym rolę czynnika roboczego, względnie (jeśli substancja stała nie jest rozpuszczalna) stosuje się rozpuszczalnik w celu wypłukania wilgoci z substancji stałej. Po przeniesieniu wody do rozpuszczalnika i umieszczeniu roztworu w naczyniu miareczkowym można przystąpić do oznaczenia ilości wody [17].
W przypadku, gdy do ekstrakcji wody z próbki konieczna jest wyższa temperatura, metoda KFT wykorzystuje odparowanie w ogrzewanym piecu, a pary są przenoszone do celi miareczkowej za pomocą gazu nośnego, np. suchego powietrza lub azotu.
Miareczkowanie można przeprowadzić na dwa podstawowe sposoby, tj. wolumetryczny (ang. volumetric – V-KFT), który jest mniej czuły i wymaga większych próbek, oraz kulometryczny (ang. coulometric – C-KFT), który jest bardziej czuły i wymaga mniejszych próbek.
W analizie wolumetrycznej wykorzystuje się fakt, że jod zawarty w odczynnikach KF reaguje ilościowo i selektywnie z wodą. Ocena ilościowa opiera się na zasadzie, że 1 mol jodu (254 g) reaguje z 1 molem wody (18 g):
Punkt końcowy powyższej reakcji sygnalizowany jest pojawieniem się brązowego koloru wolnego jodu (jod zużywany jest tak długo, jak długo w roztworze znajduje się woda) [9]. Zawartość wody w wilgotnej próbce określa się na podstawie ilości miareczkowanej zgodnie z równaniem [18]:
gdzie:
mw – masa wody [g],
vI – objętość roztworu mianowanego (jodu) [dm3],
cI – stężenie molowe roztworu mianowanego (jodu) [mol/dm³],
Mw – masa molowa analitu (wody) [kg/mol].
W miareczkowaniu kulometrycznym zawartość wody w próbce materiału mierzy się przy wykorzystaniu elektrolizy. Metoda C-KFT opiera się na elektrochemicznej produkcji jodu, który (podobnie jak w metodzie wolumetrycznej) reaguje z równoważną ilością wody. W celu określenia punktu końcowego wykorzystuje się przepływ prądu elektrycznego przez roztwór anodowy. Obwód detektora utrzymuje stały prąd pomiędzy dwiema elektrodami detektora podczas miareczkowania. Utlenianie elektrolityczne wytwarza jod na anodzie, a zawartość wody określa się na podstawie ładunku elektrycznego (w kulombach) wymaganego do elektrolizy, jak określono we wzorze (5). Prąd elektryczny uwalnia stechiometrycznie odpowiednią ilość jodu z zawierającego jodek odczynnika KF poprzez elektrolizę [7, 9].
Zgodnie z prawem elektrolizy Faradaya masa substancji wydzielonej podczas elektrolizy, w tym przypadku wody obecnej w badanej próbce, wynosi [18]:
gdzie:
M – masa molowa wody (18 g·mol-1),
I – natężenie prądu [A],
t – czas [s],
z – ładunek jonu/liczba wymienionych elektronów (dla jodu z = 2: 2·I- – 2·e- → I2),
F – stała Faradaya (9,64853321233×104) [C·mol-1].
Przyrząd mierzy czas i przepływ prądu wymagane do osiągnięcia punktu końcowego miareczkowania. Iloczyn (czas × prąd) jest wprost proporcjonalny do ilości wytworzonego jodu, a tym samym do ilości oznaczonej wody.
Wyniki oznaczeń metodą Karla Fischera podawane są zazwyczaj w procentach wilgotnej próbki. W celu zapewnienia porównywalności tych wartości z wynikami uzyskanymi innymi metodami, wszystkie pomiary należy przeliczyć na wilgotność masową w przeliczeniu na masę suchą, przy użyciu wzoru (3).
Określenie wilgotności przy wykorzystaniu destylacji azeotropowej polega na bezpośrednim wyznaczeniu masy początkowej wilgotnej próbki badawczej oraz masy wody wyekstrahowanej z próbki.
Metoda ta jest specyficzna dla materiałów organicznych, np. drewna zawierającego olejki lotne nierozpuszczalne w wodzie. Jeśli jednak drewno zawiera substancje rozpuszczalne w wodzie, można je ekstrahować razem z wodą, co powoduje zwiększenie pozornej masy wody. Istota metody polega na oddestylowaniu przy pomocy czynnika rozdzielającego (nośnika pary pochodzącego od lotnego rozpuszczalnika), który z wodą tworzy mieszaninę azeotropową (od gr. azeotropos, co oznacza „wrzenie bez gotowania”) – tj. taką, która jest w równowadze termodynamicznej z parą nasyconą powstającą z tej mieszaniny (skład cieczy jest taki sam jak skład pary) [19]. Mieszanina ulatnia się w formie par do chłodnicy zwrotnej, gdzie jest skraplana. Skroplony rozpuszczalnik oraz skroplona woda są w sposób ciągły rozdzielane w odbieralniku miarowym. Woda gromadzi się w naczyniu z wyskalowaną podziałką, umożliwiającym pomiar objętości skroplonej wody [9].
Zgodnie z normą PN-EN 1428 [20] zawartość wilgoci podaje się jako procent wilgotnej próbki, wg równania (2), gdzie wyrażona w gramach masa wody wyekstrahowanej przez destylację z próbki równa jest objętości wody odczytanej w mililitrach na wyskalowanej rurce zbiorczej. Zawartość wilgoci podaje się z dokładnością do 0,1%.
W celu zapewnienia porównywalności tych wartości z wynikami uzyskanymi innymi metodami, wszystkie pomiary należy przeliczyć na wilgotność masową w przeliczeniu na masę suchą, przy użyciu wzoru (3).
Główne zalety metody destylacji azeotropowej to [9]:
- stosunkowo krótki czas destylacji (ok. 1 h),
- brak wpływu wilgotności otoczenia,
- niski koszt i łatwość obsługi.
Z kolei główne wady to:
- ograniczona dokładność odczytu,
- możliwość zanieczyszczenia innymi substancjami, które mogą destylować z wodą.
Metoda destylacji azeotropowej pozwala na uzyskanie dokładnych wyników ilościowych dla każdej próbki. Jeśli jednak liczba miejsc pobierania próbek jest ograniczona, wyniki mogą nie być reprezentatywne dla całego obiektu.
Metoda karbidowa – nazywana również „szybkim miernikiem wilgotności” lub „bombą karbidową”, choć w języku potocznym funkcjonuje najczęściej jako metoda CM (niem. Calciumcarbid-Methode) – opiera się na bezpośrednim określeniu masy początkowej wilgotnej próbki oraz masy wody zawartej w próbce, która może wejść w reakcję z węglikiem wapnia (potocznie nazywanym karbidem), wytwarzając gazowy acetylen. Metodę tę stosuje się do pomiarów in situ zawartości wilgoci w glebie, murze oraz materiałach cementowych, ale najczęściej do pomiaru wilgotności resztkowej w podkładach podłogowych [15]. W metodzie tej rozdrobnioną próbkę umieszcza się w specjalnym metalowym naczyniu ciśnieniowym (FOT. główne).
W kolejnym kroku do naczynia wkłada się zestaw stalowych kulek (3 lub 4) oraz szklaną ampułkę z węglikiem wapnia, a następnie zamyka się całość przy użyciu pokrywki wyposażonej w manometr. Potrząśnięcie urządzeniem powoduje rozbicie ampułki, co z kolei umożliwia reakcję karbidu z wodą, w wyniku której powstają wodorotlenek wapnia oraz acetylen:
Acetylen, którego ilość jest wprost proporcjonalna do ilości wilgoci obecnej w materiale (a zarazem jest niewrażliwa na zanieczyszczenie solą), powoduje wzrost ciśnienia w naczyniu. Odczyt ciśnienia na manometrze pozwala z kolei obliczyć ilość wody zawartej w materiale. Dawniej wilgotność materiału odczytywano z tzw. krzywych wzorcowych – dziś urządzenia CM posiadają odpowiednio wyskalowane manometry, manometry cyfrowe lub też dedykowane drukarki oraz bieżącą cyfrową rejestrację wyników [7, 9, 15].
Metoda CM cechuje się wysoką dokładnością (w granicach 2% wilgotności zmierzonej grawimetrycznie – jeśli wymagane są dokładniejsze odczyty, należy zastosować właśnie metodę grawimetryczną) oraz zapewnia szybkie pomiary w miejscu pobrania próbek. Dzięki temu doskonale nadaje się do wykonywania pomiarów kontrolnych lub wstępnych – w mniejszym stopniu (z uwagi na wymaganą pracochłonność) do pomiarów seryjnych.
Wszystkie metody bezpośrednie oparte są na analizie próbek, a zatem wymagają ekstrakcji niewielkiej części materiału reprezentatywnego dla ogólnych właściwości i składu całego badanego elementu budowlanego. Przy czym masa próbki niezbędna do pomiaru może się różnić w zależności od metody (RYS. 2).
RYS. 2. Drzewo decyzyjne: wybór metody bezwzględnej w odniesieniu do możliwości pobrania małych, średnich lub dużych próbek; rys.: [9]
Mając powyższe na uwadze, metody bezpośrednie należy określić jako inwazyjne (usuwana jest część materiału) oraz niszczące (powodują pewne uszkodzenia). Z tego powodu, mimo że są bardziej miarodajne od metod nieniszczących, w pewnych przypadkach (np. budynków zabytkowych) należy ich unikać, a co najmniej ograniczać. Należy mieć również na względzie, że pobieranie próbek sprawia, że kontrolowanie zmiany zawartości wilgoci w czasie w tym samym punkcie nie jest możliwe.
RYS. 2–3 stanowią dwa podstawowe drzewa decyzyjne przy wyborze metody badania wilgotności. RYS. 2 ilustruje schemat wyboru najwygodniejszej metody bezwzględnej w odniesieniu do rozmiarów pobieranych próbek, natomiast RYS. 3 ilustruje przebieg wyboru metody pod kątem wymaganego poziomu dokładności [9].
RYS. 3. Drzewo decyzyjne: wybór metody bezwzględnej w zależności od wymaganego poziomu dokładności; rys.: [9]
Jeżeli diagnostyka dotyczy budynku zabytkowego, a pobranie próbek na potrzeby oceny zawilgocenia okaże się niezbędne, należy to wykonać zgodnie z dokładnym planem pobierania próbek oraz wymaganiami normy PN-EN 16085:2012 „Konserwacja dóbr kultury – Metodologia pobierania próbek z obiektów dóbr kultury – Zasady ogólne” [21], w której przedstawiono ogólną metodologię oraz kryteria pobierania próbek materiałów będących dobrami kultury.
Bez względu na rodzaj obiektu budowlanego, plan pobierania próbek powinien uwzględniać kwestie wymiany wilgoci, a zatem brać pod uwagę następujące aspekty [9]:
- Wilgotność może znacznie różnić się pomiędzy powierzchnią a głębszymi warstwami, co jest związane z warunkami klimatu wewnętrznego lub atmosferycznymi, stałymi lub tymczasowymi osłonami itp. Próbki pobrane z powierzchni lub warstwy podpowierzchniowej nie są reprezentatywne dla wnętrza materiału.
- W trakcie transportu oraz wykonywania badań próbki mogą wymieniać wilgoć z otoczeniem, dlatego należy je transportować i przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach oraz chronić przed zmianami temperatury (FOT. 1).
- Sprzęt do pobierania próbek, a w szczególności pojemniki na próbki muszą być obojętne, tj. wykonane z aluminium lub szkła, na które materiał nie oddziałuje. Powinny być czyste, suche i szczelne w celu uniknięcia wymiany wilgoci z otoczeniem podczas transportu lub przechowywania.
- Również bezpośredni kontakt ze skórą może prowadzić do zwiększenia masy próbki (np. w wyniku przenikania tłuszczu i/lub potu). W związku z tym ręce należy zabezpieczać nieprzepuszczalnymi rękawicami (np. lateksowymi, winylowymi, polichloroprenowymi, poliizoprenowymi, nitrylowymi, poliuretanowymi lub styrenowo-butadienowymi).
Literatura
1. B. Monczyński, „Charakterystyka zawilgocenia w diagnostyce budynków”, „IZOLACJE” 2/2024, s. 116–120.
2. D. Camuffo, „Standardization activity in the evaluation of moisture content”, „Journal of Cultural Heritage“, 31/2018, S10–S14.
3. B. Monczyński, „Woda i jej obecność w strukturze materiałów budowlanych”, „IZOLACJE” 1/2024, s. 140–146.
4. R. Wójcik, „Ochrona budynków przed wilgocią i wodą gruntową” [w:] P. Klemm (red.), „Budownictwo ogólne. Tom 2. Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 2005, s. 913–981.
5. J. Hoła, Z. Matkowski, „Wybrane problemy dotyczące zabezpieczeń przeciwwilgociowych ścian w istniejących obiektach murowanych”, „Awarie budowlane: zapobieganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje: XXIV Konferencja naukowo-techniczna”, 2009, s. 73–92.
6. J. Hoła, „Degradacja budynków zabytkowych wskutek nadmiernego zawilgocenia – wybrane problemy”, „Budownictwo i Architektura”, vol. 17, 1/2018, s. 133–148.
7. W. Skowroński, M. Piotrowska, Z. Matkowski, C. Magott, T. Kania, „Aspekty ochrony budynków przed korozją biologiczną i ogniem”, Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa, Wrocław 2019.
8. B. Ksit, „Diagnostyka wilgotnościowa obiektów budowlanych. Metodyka i procedury badań”, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2023.
9. PN-EN 16682:2017-05, „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego”.
10. PN-EN 13183-1:2004, „Wilgotność sztuki tarcicy – Część 1: Oznaczanie wilgotności metodą suszarkowo-wagową”.
11. ISO 16979:2003, „Wood-based panels — Determination of moisture content“.
12. PN-EN ISO 12570:2002, „Cieplno-wilgotnościowe właściwości materiałów i wyrobów budowlanych – Określanie wilgotności przez suszenie w podwyższonej temperaturze”.
13. PN-EN 772-10:2000, „Metody badań elementów murowych – Określenie wilgotności elementów silikatowych i elementów z autoklawizowanego betonu komórkowego”.
14. PN-ISO 11465:1999, „Jakość gleby – Oznaczanie zawartości suchej masy gleby i wody w glebie w przeliczeniu na suchą masę gleby – Metoda wagowa”.
15. G. Hankammer, M. Resch, „Bauwerksdiagnostik bei Feuchteschäden“, RM Rudolf Müller, Köln 2023.
16. K. Fischer, „Neues Verfahren zur maßanalytischen Bestimmung des Wassergehaltes von Flüssigkeiten und festen Körpern”, Angewandte Chemie, vol. 48, no. 26, 1935, s. 394–396.
17. P. Bruttel, R. Schlink, „Water determination by Karl Fischer Titration“, Metrohm, Herisau 2006.
18. K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, „Nowoczesne kompendium chemii”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
19. P. Atkins, J. de Paula, „Chemia fizyczna”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2019.
20. PN-EN 1428:2012, „Asfalty i lepiszcza asfaltowe – Oznaczanie zawartości wody w emulsjach asfaltowych – Metoda destylacji azeotropowej”.
21. PN-EN 16085:2013-02, „Konserwacja dóbr kultury – Metodologia pobierania próbek z obiektów dóbr kultury – Zasady ogólne”.