2010-11-27
1
Wykład 2
Materiały Budowlane
Woda w obiekcie budowlanym
Wilgoć w przegrodach budowlanych może
występować jako:
1. wilgoć technologiczna początkowa wilgotność
materiałów lub komponentów związana z ich
wytwarzaniem,
2. wilgoć budowlana skutek dalszych procesów
wykonawstwa jak transport, składowanie,
wprowadzanie wilgoci w wyniku scalania
komponentów zaprawą lub betonem.
2010-11-27
2
Woda w obiekcie budowlanym
Wilgoć w przegrodach budowlanych może
występować jako:
3. skutek zawilgocenia od opadów
atmosferycznych;
4. skutek oddziaływania czynników
eksploatacyjnych (kondensacja pary wodnej na
powierzchni wewnętrznej przegrody lub
przemieszczanie się wilgoci wewnątrz niej);
5. skutek podciągania kapilarnego wilgoci z gruntu.
Woda w materiale budowlanym
Postacie wody w materiale budowlanym:
•
gaz
•
ciecz
•
ciało stałe
2010-11-27
3
Gęstość wody w różnych
temperaturach
Temperatura oC
Gęstość [g/cm3]
0 (lód)
0,9150
0 (ciecz)
0,9999
4
1,0000
20
0,9982
100 (gaz)
0,0006
Woda w materiałach budowlanych
Szkielet
Pory otwarte
Pory zamkinęte
Porowatość efektywna
2010-11-27
4
Woda w materiale budowlanym
a) Woda krystaliczna – będąca integralną częścią cząsteczki
materiału.
b) Woda zaadsorbowana na powierzchni materiału (również na p.
wewnętrznej )
c) Woda higroskopijna – występuje w „powietrzno suchym”
materiale zwykle w postaci kilku warstw cząsteczek wody.
d) Woda kapilarna – woda znajdująca sie w porach kapilarnych
materiału.
Woda w materiale budowlanym może występować
jako :
Woda w obiekcie budowlanym
SZKODLIWOŚĆ DLA ZDROWIA
- Na powierzchniach murów na skutek zawartej w nich
wody moze pojawiać sie pleśń, powodująca znaczne
zagrożenie dla zdrowia.
-Zagrzybione mury są często przyczyną ciężkich alergii,
mogą również spowodować dolegliwości reumatyczne.
- Przebywanie w suchych budynkach jest korzystniejsze
dla zdrowia.
2010-11-27
5
CECHY ZWIĄZANE Z OBECNOŚCIĄ
WODY W MATERIALE
Właściwości fizyczne związane z kontaktem wody z
materiałem budowlanym
Wilgotność masowa
Wilgotność objętościowa
Nasiąkliwość masowa
Nasiąkliwość objętościowa
2010-11-27
6
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
Przesiąkliwość - zdolność materiału do
przepuszczania wody pod ciśnieniem.
Higroskopijność - zdolność materiału do
szybkiego wchłaniania z powietrza pary wodnej.
=
⋅
⋅
=
s
m
s
2
3
m
m
t
S
V
P
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
Kapilarne podciąganie:
Jest to zdolność wznoszenia się wody w kapilarach
materiału w wyniku działania sił kapilarnych.
W. K. W. do zaistnienia zjawiska:
zetknięcie cieczy zwilżanej i materiału o porowatości
otwartej i średnicy porów odpowiadających średnicą
porom kapilarnym d < 10
– 7
m.
2010-11-27
7
Właściwości fizyczne związane z kontaktem wody z
materiałem budowlanym
Paroprzepuszczalność
- miarą przepuszczalności pary
wodnej jest współczynnik paroprzepuszczalności δ
Rodzaj materiału
Współczynnik
paroprzepuszczalności
Szkło, blacha
0
Beton zwykły
3 • 10
-5
Cegła pełna
1 • 10
-4
Drewno
6,2 • 10
-5
Beton komórkowy
1,5 • 10
-4
⋅
⋅
Pa
h
m
g
δ
Właściwości związane z kontaktem wody z
materiałem budowlanym
Współczynnik rozmiękania materiału
f
c,n
- wytrzymałość w stanie nasyconym
f
c,s
- wytrzymałość w stanie suchym
K - charakteryzuje przydatność do stosowania
materiału w warunkach pracy w zwiększonego
zawilgocenia
[%]
100
f
f
K
s
c,
n
c,
⋅
=
2010-11-27
8
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
Mrozoodporność
- odporność materiału nasyconego
wodą do przeciwstawiania się niszczeniu jego struktury
przy wielokrotnych następujących po sobie cyklach
zamrażania i rozmrażania.
miary mrozoodporności
1. ocena wyglądu zewnętrznego, obecność rys, pęknięć,
uszkodzeń krawędzi naroży,
2. ubytek masy Δm,
3. spadek wytrzymałości ΔR.
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
Zwilżalność
Występuję wskutek zetknięcia cieczy z
powierzchnią ciała stałego
0
90
>
θ
0
90
<
θ
0
90
≅
θ
dobre zwilżanie
słabe zwilżanie
brak zwilżana
θ
θ
θ
2010-11-27
9
KAPILARNE PODCIĄGANIE JAKO SKUTEK
NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO NA
GRANICY FAZ CIEKŁEJ I STAŁEJ
Napięcie powierzchniowe i zjawiska z
nim związane
Napięcie powierzchniowe to praca jaką należałoby
wykonać aby wyprowadzić cząstkę z głębi cieczy na jej
powierzchnię [J/m
2
]
woda 0,0728 [J/m
2
]
ciała stałe 0,1- 10,0 [J/m
2
]
2010-11-27
10
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
Zwilżalność
Występuję wskutek zetknięcia cieczy z
powierzchnią ciała stałego
0
90
>
θ
0
90
<
θ
0
90
≅
θ
dobre zwilżanie
słabe zwilżanie
brak zwilżana
θ
θ
θ
wznios kapilarny
depresja kapilarna
Właściwości fizyczne związane z kontaktem
wody z materiałem budowlanym
2010-11-27
11
Ciężar słupa wody:
g
ρ
r
π
h
G
w
2
⋅
⋅
⋅
=
Siła napięcia powierzchniowego:
Ciężar słupa wody równoważy siły kapilarne:
g
ρ
r
π
h
cosθ
σ
r
π
2
w
2
⋅
⋅
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
σ- napięcie powierzchniowe (N/m²)
ρ
w
- gęstość wody (kg/m
3
)
g - przyspieszenie ziemskie(m/s²)
r - promień rurki (m)
h- wys.podciągania kapilarnego(m)
cosθ
σ
r
π
2
Q
⋅
⋅
⋅
⋅
=
r
g
ρ
cosθ
σ
2
h
w
⋅
⋅
⋅
⋅
=
Wysokość podciągania kapilarnego h
Wysokość podciągania kapilarnego h
h - wysokość podciągania (m)
σ - napięcie powierzchniowe (J/m²)
θ - kąt zwilżania
ρw - gęstość wody (kg/m3)
g - przyspieszenie ziemskie(m/s²)
r - promień rurki (m)
Dla czystej wody kontaktującej się ze
szklaną rurką i powietrzem:
σ = 0,0728 J/m² w 20 °C
θ = 20° (0,35 rad)
ρ = 1000 kg/m3
g = 9,81 m/s²
W szklanej rurce o promieniu r
r = 1 mm, h = ?
r = 0,1mm, h = ?
r
g
ρ
cosθ
σ
2
h
w
⋅
⋅
⋅
⋅
=
2010-11-27
12
Kapilarne podciąganie powoduje
•
Wsiąkanie wody w ciała stałe
•
Migrację wody w glebie
•
Odżywianie się roślin….
PRZYKŁADY NEGATYWNEGO WPŁYWU
WODY NA MATERIAŁY BUDOWLANE
2010-11-27
13
Kapilarne podciąganie
2010-11-27
14
Kapilarne podciąganie
„woda” = roztwór wodny
szkodliwe sole: chlorki, azotany oraz siarczany: sodu, potasu,
magnezu, wapnia…
siarczany:
Na
2
SO
4
+ woda
Na
2
SO
4
∙ 10 H
2
O
Mg SO
4
+ woda
Mg SO
4
∙ 7 H
2
O
Ca SO
4
+ woda Ca SO
4
∙ 2 H
2
O
Skutki:
Wykwity, zmiany zabarwienia, działanie rozsadzające, zniszczenie struktury
2010-11-27
15
Wykwity
Rantoul, IL Chanute AFB White Hall efflorescence
http://www.flickr.com/photos/army_arch/352465723/
Trwałość
Trwałość obiektu budowlanego zależy od
trwałości materiałów budowlanych.
Trwałością materiału budowlanego nazywamy
okres
czasu,
w
którym
materiał
będzie
zachowywał swoje
właściwości techniczne na
zadowalającym poziomie.
2010-11-27
16
Trwałość
Przebieg utraty właściwości użytkowych
Przyczyny utraty trwałości
Działanie czynników oddziałujących niszcząco:
- czynniki fizyczne,
- czynniki chemiczne,
- czynniki biologiczne,
- czynniki mechaniczne,
- oraz kombinacje ww. czynników
2010-11-27
17
Przyczyny utraty trwałości:
drewno i materiały drewnopochodne
Czynniki chemiczne: roztwory kwa
ś
ne lub alkaliczne
Czynniki fizyczne: warunki atmosferyczne (zmiany temp.,
wilgotno
ś
ci, opady)
Czynniki biologiczne: grzyby, owady paso
ż
ytuj
ą
ce na drewnie
Ogie
ń
Zabezpieczanie drewna budowlanego przed ogniem (uniepalniacze)
i korozją biologiczną (biocydy, fungicydy…)
Przyczyny utraty trwałości:
kamień budowlany, ceramika, beton
działanie obciążeń mechanicznych (np. sił ścierających),
działanie czynników atmosferycznych: wiatr, deszcz, mróz( ±ΔT),
działanie zawartego w powietrzu CO2,
działanie gazów przemysłowych i spalin (SO2 bezwodnik siarkowy),
działanie soli odladzających (NaCl)….
2010-11-27
18
Hydrofobizacja
Hydrofobizacja (łac. hydros – woda, phobia - strach)
Jest to zabieg mający na celu zmianę właściwości materiału
w warstwach przypowierzchniowych polegający na
ograniczaniu wnikania wody przez powierzchnię materiału.
przed
po
przed
po
Ograniczanie wnikania wody bez ograniczania transportu pary
wodnej przez przegrodę
Ograniczanie wnikania wody bez ograniczania transportu pary
wodnej przez przegrodę
Środki hydrofobizujące
1. Mikroemulsje silikonowe
2. Siloksany
3. Silany
4. Żywice silikonowe
5. Akrylany
2010-11-27
19
Hydrofobizacja
Sposoby hydrofobizacji
1. Nanoszenie impregnatu pędzlem
2. Metoda natryskowa
3. Metoda hydrodynamiczna
4. Hydrofobizacja w masie zarobowej
5. Drobnowymiarowe elementy można zanurzać w
preparacie hydrofobizującym.