Katedra materiálového inženýrství a chemie ZÁKLADNÍ FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ VE VAZBĚ NA IZOLAČNÍ VLASTNOSTI
Izolační vlastnosti (schopnosti) stavebních materiálů o vnitřní struktura materiálů (struktura tvar, velikost, složení částic uspořádání na mikroskopické úrovni < 1μm, textura uspořádání částic, vrstvení, prostorové rozložení atd., pozorování > 0.1 mm) o látkové složení materiálů o typ materiálu porézní materiály, hutné materiály, homogenní a nehomogenní materiály, isotropní materiály, anisotropní materiály (ortotropní materiály vláknové kompozity) o vliv vnějších podmínek na vlastnosti materiálů (teplota, vlhkost, relativní vlhkost, tlak) 2
Objemová hmotnost a hustota: o hustota a objemová hmotnost jsou jako fyzikální veličina definována poměrem elementární hmotnosti ku elementárnímu objemu ρ = dm dv [kg/m 3 ] pro homogenní materiál pak můžeme psát m ρ = = ρ v V kde ρ v je objemová hmotnost materiálu, definovaná poměrem celkové hmotnosti vzorku ku celkovému objemu vzorku včetně pórů a mezer (hustota matrice objem bez mezer) 3
o o o o o Stavební materiály však většinou za homogenní považovat nemůžeme. Jednak se u nich vyskytuje pórovitost, jednak bývají často tvořeny směsí několika komponent. Zpravidla se však u všech materiálů pro dostatečně velké objemy může uvažovat určitá objemová stejnorodost. Proto se v technické praxi pro charakteristiku daného materiálu zavádí veličina zvaná objemová hmotnost. Objemová hmotnost látek je závislá na hustotě základních složek daného materiálu, ale velmi silně i na jeho pórovitosti. U sypkých látek (stěrk, písek) či stlačitelných látek (minerální vlna, skelná vlna atd.) i na stlačitelnosti zhutnění (sypná hmotnost zahrnuje celkový objem zrnité soustavy včetně objemu mezi zrny) nutno zohlednit při návrhu a provádění konstrukcí 4
Např. ř u pórovitého kameniva můžeme tedy rozlišit celkem čtyři různé veličiny: o sypná hmotnost ve stavu volně sypaném (např. 400 kg/m 3 ) o sypná hmotnost ve stavu setřeseném (např. 600 kg/m 3 ) o objemová hmotnost zrn (např. 850 kg/m 3 ) nezapočítá se objem mezer mezi zrny o hustota zrn (např. 2550 kg/m 3, dle typu kameniva) 5
Objemová hmotnost se bude také měnit s vlhkostí materiálu, neboť póry se budou plnit vodou a celková hmotnost, tedy i objemová hmotnost, bude narůstat. Objemová hmotnost je veličina důležitá pro charakteristiku stavebních materiálů nejenom z hlediska tíhových, ale i v souvislosti s řadou tepelně-fyzikálních veličin (tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita) a akustických veličin. 6
7
8
Pórovitost: Pórovitost materiálu je definována jako poměr objemu dutin k celkovému objemu materiálu. V = o V ψ [-], [%] Otevřená pórovitost část celkové pórovitosti zahrnující tzv. otevřené póry, tj. póry spojené s povrchem látky či materiálu -otevřené póry mohou vznikat např. únikem plynů během výroby (lehčené materiály), postupným odpařováním (vysušováním) vody z materiálů (beton, omítky, keramika, cementové kompozity), záměrným provzdušněním (lehké betony) a napěněním materiálů (perlit) 9
Otevřené póry díky spojení s vnějším prostředím, ve které se materiál nachází,,přímo ovlivňují: o navlhavost a vysychavost materiálů o schopnost difúze kapalin a plynů materiály o zvukově izolační vlastnosti (schopnost pohlcovat zvuk) o tepelně izolační vlastnosti (schopnost vést a akumulovat teplo) Uzavřená pórovitost část celkové pórovitosti zahrnující tzv. uzavřené póry (nespojené s povrchem neúčastní se transportních procesů) - uzavřené póry vznikají např. slinutím keramického střepu či hydratací cementového tmele (gelové póry) a neumožňují přijímat do objemu materiálu vzdušnou vlhkost 10
Pórovitost vybraných stavebních materiálů Materiál Pórovitost [% obj.] Cihly pálené 20-37 Malta cementová 31 Malta vápenná 41 Sádra 51-66 Písek 39 Drobný štěrk 42 Mramor 2-3 Pískovec 1-31 Vápenec 31 Břidlice 1,5 2,5 11
Snímky porézní struktury mšenského pískovce pořízené SEM 12
Z hlediska transportních procesů jsou porézní látky klasifikovány ypodle velikosti pórů distribuční křivky ypórů. Velikost pórů ovlivňuje zaplňování pórů vodou či jinými látkami vlivem působení absorpčních a kapilárních sil. Rozdělení pórů ů podle velikosti submikroskopické (ultrakapilární) póry poloměr < 10-9 m, rozměry těchto pórů jsou porovnatelné s rozměry molekul, mohou se zde vytvářet řetězce vody a voda se nemůže těmito pór pohybovat 13
kapilární póry rozměr 10-9 10-3 m, voda a plyny se zde chovají jako v soustavě kapilár, pohyb vody je vyvoláván povrchovým napětím (kapilárními i silami) i) rozdělení kapilárních pórů: kapilární mikropóry: 2. 10-9 2. 10-6 m kapilární přechodové póry: 2. 10-6 60. 10-6 m kapilární makropóry: 60. 10-6 2. 10-3 m makropóry a vzdušné póry již se neuplatňují kapilární síly neboť dutiny (póry) jsou příliš rozsáhlé a převládá vliv gravitace 14
0.08 2.0 10-3 g -1 ore / cm 3 g VPo 0.06 0.04 0.02 1.5 1.0 0.5 dv/dř Ř / cm 3 nm -1 g -1 0.00 0.0 1 10 100 1000 10000 Ř /nm Příklad distribuční křivky pórů pro vzorek betonu převládají kapilární mikropóry 15
0.02 n AF 0.015 AQ parafin jem pórů cm 3 /g Obj 0.01 0.005 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 Rozměr pórů (μm) Příklad distribuční křivky pórů pro vzorek pálené cihly ošetřené injektážními přípravky p Aquafin F, Aquafin Q a parafinem 16
0.1 0.09 0.08 /g) Objem pórů (cm3/ 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 n AF AQ parafin 0.02 0.01 0 0.001-0.01 0.01-0.1 0.1-1 1-10 10-100 Průměr pórů (μm) Příklad distribuční křivky pórů pro vzorek pálené cihly ošetřené injektážními přípravky Aquafin F, Aquafin Q a parafinem 17
Mezerovitost (M): - vlastnost definující chování sypkých materiálů - vyjadřuje j poměr objemu mezer mezi zrny k celkovému objemu určitého množství sypké látky M V V V V V V m h p h p = = = 1 = 1 V V V ρs ρ V h objem vlastního materiálu bez všech dutin, pórů a mezer V p objem pórů ρ v objemová hmotnost ρ s sypná hmotnost v 18
Zrnitost a měrný povrch: - jedna ze základních vlastností sypkých látek - poměrná skladba zrn jednotlivých velikostí Zrnitost ovlivňuje následující parametry: mezerovitost sypnou hmotnost propustnost stlačitelnost a další mechanické parametry tepelné a akustické vlastnosti vlastnosti výsledných kompozitních látek Měrný (specifický) povrch vyjadřuje celkovou povrchovou plochu všech zrn jednotkového množství látky. Rozměr je udáván v [m 2 /kg]. 19
Katedra materiálového inženýrství a chemie VLHKOSTNÍ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ VE VAZBĚ NA IZOLAČNÍ VLASTNOSTI
Vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů: - vlhkost pórovitých materiálů, nasákavost, vzlínavost, sorpční izotermy, retenční křivky vlhkosti, navlhavost, vysychavost, součinitel difúze, faktor difúzního odporu, ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu, propustnost velmi důležité parametry, které mohou být při nesprávném použití materiálů v konstrukcích zdrojem poruch (vliv na hygienické parametry obytných prostor, na náklady na vytápění, na životnost, funkčnost a trvanlivost konstrukce) vlhkostní vlastnosti přímo oovlivňují další materiálové vlastnosti jako je objemová hmotnost, mrazuvzdornost, tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, pevnost, deformace atd. 21
přímá vazba k porézní struktuře materiálů (velikost a objem pórů), významné zejména pro následující typy materiálů: tepelně-izolační materiály keramické materiály (vliv na pevnost) betony, pórobetony omítky (sanační, tepelně-izolační) nátěry a další povrchové úpravy 22
Vlhkost pórovitých materiálů - pórovité stavební materiály se prakticky v suchém stavu nevyskytují i v případě, že jsou trvale zabudovány v konstrukcích Formy vlhkosti v materiálech volná voda (vyplňuje velké póry a dutiny) fyzikálně vázaná (van der Waalsovy síly) kapilární voda (tvoří výplň malých pórů a kapilár) adsorbovaná voda (vyplňuje nejmenší póry a pokrývá stěny porézního prostoru) chemicky vázaná voda (tvoří součást základní mřížky materiálů, např. ř jako voda krystalová, sádra vysoušení, anhydrit) 23
Rozdělení vlhkosti v materiálu podle zdroje vlhkosti vlhkost výrobní (technologická, počáteční), dána mokrými procesy při výrobě materiálu vlhkost zemní transportována do materiálu na principu kapilárního vzlínání (významná v objektech bez horizontální izolace nebo s nefunkční hydroizolací) sorpční vlhkost přijímána materiály z okolního vlhkého vzduchu zkondenzovaná voda, která se sráží jak na povrchu tak uvnitř materiálu (konstrukcí) vodní páry z exteriérového vzduchu, vodní páry prostupující konstrukcemi obvodových plášťů, vodní páry z interiéru vstupující do konstrukce provozní vlhkost závislá na typu využití prostorů, vytápění a větrání (chladící haly, toalety, mokré průmyslové provozy, atd.) 24
Vlhkost z pohledu jejího časového vývoje - vlhkost se mění nejen během výroby, ale i po celou dobu životnosti materiálu či konstrukce výrobní vlhkost po krátkém čase (v případě mokrých výrobních procesů) významně klesá skladovací vlhkost ovlivňuje způsob následného zpracování materiálu trvalá vlhkost trvalá vlhkost je charakteristická pro materiály zabudované do konstrukce kritická vlhkost maximální přípustná vlhkost materiálu zabudovaného do konstrukce,,po překročení této hodnoty materiál podstatně mění své vlastnosti (pevnost, objem, tepelnou vodivost, chemické vlastnosti apod.) do té míry, že jeho další použití je nevhodné a nebezpečné 25
26
Vlhkost veličiny, základní vztahy Hmotnostní vlhkost w h = m w m m d d mk 100% = 100% m d m w hmotnost vlhkého materiálu [kg, g] m d hmotnost suchého materiálu [kg, g] m k hmotnost kapaliny [kg, g] w h hmotnostní vlhkost [%hm.] 27
Objemová vlhkost Vw ( mw md ) wv = 100% obj. = 100% obj. = Vd ρw Vd wh ρd = 100% obj. ρ w V w objem volné vody [m 3 ] V d objem suchého materiálu [m 3 ] ρ v hustota vody [kgm -3 ] ρ d objemová hmotnost suchého materiálu [kgm -3 ] w v objemová vlhkost [% obj.] 28
Transport vlhkosti o sorpcí vodní páry o difúzí vodní páry o kapilárním vedením vlhkostní vodivostí (difúzní proces) Sorpce vlhkosti - přijímání vlhkosti pohlcováním vodní páry ze vzduchu adsorpce způsobena mezimolekulárními van der Waalsovými silami, kterými se navzájem přitahují molekuly pevných látek a vodní páry, adsorpce vede ke vzniku molekulárních vrstev vodní páry na stěnách pórů absorpce kapalná nebo plynná fáze se vstřebává difúzí a vedením vlhkosti dovnitř tuhé fáze chemisorpce uplatnění chemických vazeb vody a tuhé 29 fáze materiálu
- rovnovážná sorpční vlhkost materiál nevykazuje v čase přírůstek ani úbytek vlhkosti - hygroskopická ká vlhkost vzniká v materiálu v případě, že okolní vzduch je plně nasycen vodními parami (maximální rovnovážná sorpční vlhkost) Stanovení sorpční izotermy parametr akumulace plynné vlhkosti - vyjadřuje závislost mezi obsahem vlhkosti v materiálu a relativní vlhkostí okolního prostředí -sorpční proces má dvě fáze: 1. povrchová adsorpce při nižších hodnotách relativní vlhkosti 2. kapilární kondenzace relativní vlhkost více než 40%, u pórů o rozměru 2 50nm (Thomson-Lord Kelvin) 30
u vac III Vakuová nasákavost u cap II Kapilární nasákavost I 95-97% Hygroskopická vlhkost u 2 u 1 Monomolekulární adsorpce Multimolekulární adsorpce Kapilární kondenzace 31
Shé Schéma měření sorpčních č íhizoterem 32
Solný roztok Teplota/Relativní vlhkost 20 C 23 C 25 C Počet referencí Silica gel 0.05 0.05 0.05 1 LiCl 0.113±0.0031 0.113±0.0028 0.113±0.0027 1,3,4 0.111-0.111 2 MgCl 2.6H 2 O 0.3307±0.0018 0.329±0.0017 0.3278±0.0016 1,2,3,4 K 2 CO 3 0.441-0.440 1 NaNO 2 0.654-0.643 2,3 NaCl 0.7547±0.0014 0.7536±0.0013 0.7529±0.0012 1,2,4 - - 0.751 3 NH 4 Cl 0.7923±0.0044 0044 0.7883±0.0042 0042 0.7857±0.0040 0040 1 KCl 0.8511±0.0029 0.8465±0.0027 0.8434±0.0026 1,4 - - 0.842 3 KNO 3 0.932-0.920 4 K 2 Cr 2 O 7 0.970-0.970 1 0.979-0.976 2 K 2 SO 4 - - 0.97 3 Příklady roztoků solí pro simulaci specifických hodnot relativní vlhkosti 31
0,1 0,08 BRI AACI CML u[kg kg -1 ] 0,06 004 0,04 0,02 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 f[-] Sorpční izoterma pálené cihly, pórobetonu a opuky 34
Sorpční izoterma pórobetonu (DVS Advantage) 35
Navlhavost a vysýchavost - přímo souvisí se sorpční schopností materiálů - navlhavost představuje v podstatě sorpční vlhkost, kterou materiál přijímají z vlhkého vzduchu - proces pohlcování vodní páry probíhá až do rovnovážného stavu vlhkosti materiálu, přičemž rovnovážná sorpční vlhkost je závislá teplotě a relativní vlhkosti vzduchu a na barometrickém tlaku -v případě, že dochází k poklesu vlhkosti okolního prostředí materiálu a parciální tlak vodní páry v materiálu je vyšší, nastává desorpce (vysýchavost) -obě tyto veličiny je možné vyjádřit hmotnostně nebo objemově a výpočet lze provést dle stejných vztahů jako pro výpočet hmotnostní a objemové vlhkosti - tyto vlastnosti opět závisí na pórovitosti materiálu a na velikosti a tvaru pórů 36
Retenční křivka vlhkosti - akumulační parametr kapalné vlhkosti - slouží k popisu akumulace vlhkosti v nadhygroskopické oblasti (transport kapalné vlhkosti je dominantní složka při transportu vlhkosti) - definuje závislost mezi obsahem vlhkosti v materiálu a kapilárním tlakem Mikro póry Makro póry 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 Průměr pórů [m] 10 +4 10 +3 10 +2 10 +1 1 10-1 10-2 Kapilární tlak [bar] 0.05 0.60 0.93 0.99 Sorpční izoterma Relativní vlhkost [-] Retenční křivka Distribuce pórů 34
38
3 Moistu ure content [k kg kg -1 ] 2 1 0 0,1 1 10 100 Suction [bar] Retenční křivka materiálu na bázi kalcium silikátu 39
Difúze vlhkosti (kapalné, plynné) - schopnost pronikání molekul plynů, páry a kapalin do porézního prostoru materiálů - k difúzi i vodní páry dochází tehdy, pokud materiál odděluje dvě ě prostředí mezi nimiž je rozdíl částečných tlaků vodní páry - difúze probíhá z místa s vyšším tlakem do místa nižšího parciálního tlaku vodní páry - k difúzi dochází v kapilárách, které mají průměr větší než 10-7 m, protože v těchto kapilárách nedochází ke kapilární kondenzaci 40
Veličiny používané k hodnocení difúzních vlastností stavebních materiálů: součinitel difúze součinitel propustnosti pro vodní páru faktor difúzního odporu ekvivalentní součinitel difúze (nehomogenní materiály) ekvivalentní faktor difúzního odporu (nehomogenní materiály) ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí v závislosti na jeho tloušťce 41
Materiály u kterých je nutné znát jejich difúzní vlastnosti materiály bránící (či limitující) pronikání vodní páry např. do základových a střešních konstrukcí (parozábrany, hydroizolační materiály) materiály současně bránící pronikání vodní páry a py plynů z podloží do vnitřního prostoru staveb (protiradonové fólie) materiály pro sanace vlhkého zdiva (např. sanační omítky, které umožňují odvod vlhkosti z konstrukcí systémem pórů) materiály povrchových úprav konstrukcí (nátěrové systémy) materiály tepelně-izolačních ě l č systémů ů 42
Tok vodní páry hnací silou při transportu t vodní páry v materiálech hje buď ď gradient parciální hustoty vodní páry, či gradient parciálního tlaku vodní páry j wv = Dgradρ wv jwv = δgradp wv D RT = δ M 43
δ součinitel propustnosti pro vodní páru [s], [kgm -1 s -1 Pa -1 ] - vyjadřuje schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí - je závislý na teplotě (se vzrůstem teploty stoupá) - závislý na rozdílu relativních vlhkostí - vlhkosti (se vzrůstající vlhkostí se zmenšuje) - množství, velikosti, otevřenosti či uzavřenosti pórů a na jejich vzájemné propojenosti -určení pomocí miskové metody dle ČSN 72 7030, 72 7031, 72 7032 (Měření difúze vodních par stavebních materiálů a konstrukcí při teplotním spádu platnost 01/1984-09/2006 zrušena bez náhrady) δ = Δm d S τ Δp p δ je součinitel propustnosti pro vodní páru [s] Δm je množství vodní páry prodifundované vzorkem [kg] d je tloušťka vzorku [m] S je plocha vzorku [m 2 ] τ časový interval korespondující s Δm [s] Δp p rozdíl parciálních tlaků vodní páry změřený ve vzduchu nad a pod povrchem vzorku [Pa] 44
Miska s umístěným vzorkem Realizace experimentu v klimatické komoře 45
Faktor difúzního odporu μ [-] - vyjadřuje schopnost materiálů propouštět vodní páru - udává, kolikrát větší difúzní odpor klade určitá látka v porovnání se stejně tlustou vrstvou vzduchu o stejné teplotě - prakticky není ovlivněn druhem difundujícího plynu vázán pouze na kapilárně pórovitou strukturu materiálu a jeho aktuálním stavem 1 μ = N δ δ součinitel propustnosti pro vodní páru [s] μ faktor difúzního odporu [-] N přibližná hodnota difúzního odporu vzduchu 5.45.10 9 [s -1 ] závisející na teplotě 46
Ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu r d [m] - závislá na geometrii (tloušťce) materiálu - používá se hlavně k vyjádření difúzních vlastností povrchových úprav sanačních omítek, nátěrových systémů apod. - fyzikálně představuje vrstvu vzduchu, která by kladla difundujícímu plynu stejný odpor, jako deska daného materiálu rd = μ d d tloušťka materiálu [m] μ faktor difúzního odporu [-] Difúzní odpor materiálu R d [ms -1 ] - v tepelně-technických výpočtech ovlivní množství zkondenzované vodní páry (bilance zkondenzované vlhkosti) Rd = μ d N = rd N 47
ČSN EN 12524 (73 0576) Stavební materiály a výrobky - Tepelně vlhkostní vlastnosti - Tabulkové návrhové hodnoty Uvádí obecné tabulkové hodnoty základních tepelně vlhkostních vlastností materiálů používaných ve stavebnictví. Rozlišuje se mezi deklarovanou hodnotou (odvozenou z naměřených údajů za referenčních tepelných a vlhkostních podmínek, podle daného způsobu statistického zpracování) a hodnotou návrhovou, která se použije ve výpočtech při zabudování materiálu do stavební konstrukce za běžných podmínek. Hodnoty jsou odvozeny v souladu s ČSN EN ISO 10456. Tab 1 Běžné stavební materiály - základní vlhkostní veličiny Tab 2 Typická vlhkost materiálů při referenčních podmínkách a odpovídající převodní součinitele, kterými se převádí hodnoty získané za jednoho souboru okrajových podmínek na jiný soubor okrajových podmínek. Tab 3 Hodnoty ekvivalentní difúzní tloušťky pro foliové materiály a nátěry 48
49
50
51
Transport kapalné vlhkosti - difúze, kapilární vedení, vlhkostní vodivost - nejjednodušší možností jak popsat transport kapalné vody porézní strukturou materiálu je stanovení absorpčního koeficientu pro vodu A [kg m -2 s -1/2 ] ze vztahu I=S t 1/2 -kde I je kumulativní absorpce vody a t čas odpovídající této absorpci, Sorptivita S [m s -1/2 ] i=sat 1/2 - i (kg m -2 ) kumulativní hmotnost vody a A (kg m 2 s -1/2 ) absorpční koeficient pro kapalnou vodu A = S ρw (T ) 52
53
Absorpční koeficient pro vodu nám však podává informace pouze o vlhkostním toku, ale neříká nám nic o distribuci vlhkosti v materiálu - z tohoto důvodu transport kapalné vlhkosti popíšeme následovně: vlhkostní tok: κ je součinitel vlhkostní vodivosti [m 2 s -1 ] - j vlhkostní tok [kg m -2 s -1 ] r j = ρ κ w s w h ρ s hustota matrice (parciální hustota pevné fáze) -w h hmotnostní vlhkost Přímou aplikací rovnice pro výpočet vlhkostního toku dostaneme vztah pro průměrnou hodnotu součinitele vlhkostní vodivosti (Kumaran, 1994) A κ w - kde w je nasycený obsah vlhkosti (kapilární) sat sat 54 2
40 35 30 ] In nflow [kg m -2 ] 25 20 15 10 5 0 MU DUs DUh 0 100 200 300 400 500 600 1/2 Square root of time [s 1/2 ] Křivka nasákavosti minerální vlny typu MU a Dus, Duh (Rockwool a.s.) 55
40 30 Inflow [kg m -2 ] 20 10 CSI CSII CSIII CSIV 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Square root of time [s 1/2 ] Křivka nasákavosti materiálu na bázi kalcium silikátu 56
Vzorek m 0 S w sat Α κ [kg] [m 2 ] [kg m -3 ] [kg m -2 s -1/2 ] [m 2 s -1 ] 1. 9.49E-03 9.146E-03 995.745 021 0.21 4.45E-0845E 2. 1.69E-02 1.635E-02 996.553 0.22 4.87E-08 3. 1.60E-02 02 1.538E-02 994.079 021 0.21 4.46E-0846E x - - 995.459 0.21 4.59E-08 Stanovení součinitele absorpce pro vodu a součinitele vlhkostní vodivosti minerální vlny typu MU 57
- podrobněji lze transport kapalné vlhkosti popsat pomocí nelineární difúzní rovnice w t = div ( κ ( w) grad w) -součinitel vlhkostní vodivosti je zaveden jako funkce obsahu vlhkosti -určíme na základě inverzní analýzy vlhkostních h profilů, které stanovíme v rámci jednorozměrných experimentů (Lykov, 1958) - obsah vlhkosti metody přímé, nepřímé (TDR, NMR, odporové senzory, kapacitní senzory) 58
0.8 hmotno ostní vlhkost [kg/kg] 0.7 0.6 05 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 12900s 16500s 20100s 23700 27300s 30900s 34500s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 vzdálenost [m] Profily vlhkosti pro vzorek pórobetonu 59
1.00E-06 vlhkost tní vodivost [m 2 s -1 ] 1.00E-07 1.00E-08 Matanova metoda Metoda dv ojné integrace Diferenční metoda Gradientov á metoda 1.00E-09 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 hmotnostní vlhkost [kg/kg] Součinitel vlhkostní vodivosti pórobetonu 60
Nasákavost maximální nasákavost - maximální množství vlhkosti, které v materiálu může být obsaženo - udává se buď její hmotnostní nebo objemová hodnota - je definována buď po jisté době ponoření vzorku do vody (kapaliny) např. po 1 hod., 24 hod., atd. nebo svou maximální hodnotou, kdy všechny otevřené póry materiálu jsou již vyplněny vodou (závisí na principu měření kapilární nasákavost, vakuová nasákavost, atd.) - nasákavost objemová se může pohybovat v rozsahu 0-100% - nasákavost hmotnostní může u materiálů lehčích než voda hodnotu 100% značně překročit 61
Materiál Hmotnostní nasákavost % Objemová nasákavost % Dřevo 140-170 55-70 Ocel - 0-0 Cihly plné, pálené 20-25 36-55 Beton hutný 6-13 13-30 Pórobeton 40-90 35 40 Pěnový polystyren 70-500 < 7 Nasákavost vybraných stavebních materiálů. 62
Vzlínavost (kapilarita), kapilární vedení vlhkosti - vlastnost pórovitých materiálů, která se projevuje při jejich částečném ponoření do kapaliny - charakteristická pro vodou smáčivé materiály, což je naprostá většina stavebních látek -při kontaktu otevřených pórů s vodou dochází k nasákávání vody vlivem kapilárních a sorpčních sil - materiály s většími póry nasákávají rychleji, ale výška vzlinutí je nízká - jemně pórovité materiály sají vodu pomaleji, avšak vystupuje podstatně výše - vzlínající vlhkost je nejčastější způsob vlhnutí konstrukcí vystavených působení zemní vlhkosti 63
- vzlínaní vody lze zjednodušeně popsat pomocí mechanismu kapilární elevace charakterizována rozdílem výšky hladiny kapaliny v kapiláře proti úrovni hladiny v okolí - vyvoláno kapilárními silami mezi molekulami kapaliny a povrchem pevné látky (povrchové napětí kapaliny způsobuje pohyb sloupce kapaliny ve směru výslednice sil) - pro maximální výšku vzlínání vlhkosti platí: σ povrchové napětí kapaliny [N/m] θ úhel smáčení mezi kapalinou a stěnou kapiláry [ ] r poloměr kapiláry [m] ρ objemová hmotnost t kapaliny [kg/m 3 ] g gravitační zrychlení [m/s 2 ] h = 2 σ cosθθ r ρ g 64
- pro smáčivé kapaliny se cosθ blíží 1, přičemž voda má povrchové napětí cca 0.073 N/m - vztah pro výpočet maximální výšky vzlínání pro vodu můžeme tedy zjednodušit na formu 0.149 h = [cm] r Závislost povrchového napětí vody na teplotě -střední průměr rozměru pórů v běžném cihelném zdivu se pohybuje kolem hodnoty 10-5 m odpovídá výška vzlínání í vlhkosti cca 1.49 m (tuto t hodnotu potvrzuje i praxe, neboť velká část starších objektů je zavlhčena 65 do výšky 1,5 m)
- jsou-li stěny kapilár pokryty látkami, které ztěžují nebo zabraňují smáčení, změní se odpovídajícím způsobem i úhel smáčení - je-li úhel smáčení θ > 90 dostaneme zápornou výšku vzlínání vzniká tzv. kapilární deprese (hydrofobita materiálu) 63
- vzlínání je dynamický jev, u něhož není rozhodující pouze kapilární výška, ale také rychlost s jakou se voda odpařuje a čas potřebný k dosažení kapilární výšky h - rychlost vzlínání: η viskozita kapaliny v = r σ cosθ 4 η hh - čas k dosažení výšky h: t 2 2 η h = r σ cosθ Transport vlhkosti vzlínáním se projevuje u stavebních materiálů s poloměrem pórů od 10-7 do 10-4 m (největší transport pro poloměr pórů 10-5 m) 67
- voda stoupá kapilárou, ale nepronikne pře póry velkého průměru, neboť kapilární zdvih je menší než výška kapiláry transport vlhkosti se však nezastaví voda se na konci kapiláry odpaří a difunduje k protější stěně, kde pára opět kondenzuje a v tekutém stavu vzlíná kapilárami k dalšímu póru - mimo volné vody vzlíná po stěnách kapilár také vrstva pevně vázané vody v tloušťce několika molekul na povrchu pórů tvoří film, který má zcela odlišné vlastnosti než volná voda (nemrzne při 0 C, nelze ji zcela odpařit) 68