Przez stan wilgotnościowy przegród budowlanych rozumie się:

-aktualny rozkład przestrzenny wilgoci w przegrodzie i tendencje przewidywanych jego zmian, tj. czy będzie następować wysychanie materiałów przegrody z wilgoci technologicznej i budowlanej, czy też wystąpi okresowe lub postępujące zawilgocenie.

-Nadmierna zawartość wilgoci w przegrodach budowlanych negatywnie wpływa na ich izolacyjność cieplną i trwałość, a także na zdrowie mieszkańców budynków.

-Przegroda powinna więc móc wysychać z ewentualnego zawilgocenia początkowego i nie ulegać narastającemu zawilgoceniu w warunkach eksploatacji.

-Unikanie trwałego zawilgocenia zewnętrznych przegród budowlanych powinno być uwzględniane w ich projektowaniu.

Przyczyny i skutki zawilgocenia przegród

Wilgoć w przegrodach budowlanych jest wynikiem:

-początkowej wilgotności materiałów lub komponentów związana z ich wytwarzaniem tzw. wilgoć technologiczna;

-dalszych procesów wykonawstwa jak transport,

składowanie, wprowadzanie wilgoci w wyniku scalania komponentów zaprawą lub betonem tzw. wilgoć budowlana;

-zawilgocenia od opadów atmosferycznych;

-oddziaływania czynników eksploatacyjnych - kondensacja pary wodnej na powierzchni wewnętrznej przegrody lub przemieszczanie się wilgoci wewnątrz niej;

-podciągania kapilarnego wilgoci z gruntu.

Ten ostatni czynnik jest zazwyczaj eliminujemy we współczesnym budownictwie poprzez stosowanie izolacji przeciwwilgociowych, które chronią ściany fundamentowe lub ściany i podłogi przed podciąganiem kapilarnym lub naporem wody gruntowej.

Procesy cieplno-wilgotnościowe w materiałach budowlanych:

-przewodzenie ciepła

-sorpcja wody

-kapilarny ruch wody (podciąganie kapilarne)

-dyfuzja pary wodnej

Formy występowania wilgoci w materiałach budowlanych

"Wilgoć" nie jest pojęciem jednoznacznym; pod tym pojęciem rozumie się:

-parę wodną *,

-wilgoć tzw. sorpcyjną lub błonkową,

-wodę w stanie ciekłym.

przeważnie przyjęta jest klasyfikacja, zgodnie z którą wilgoć w materiałach budowlanych może występować jako woda:

-związana chemicznie,

-związana fizyko-chemicznie ( wilgoć sorpcyjna),

-związana fizyko-mechanicznie ( całkowite zapełnienie makrokapilar w wyniku bezpośredniego styku z wodą.

-woda związana chemicznie znajduje się w niektórych materiałów w ścisłych stosunkach ilościowych, np. w związkach typu hydratów w gipsach, zaprawach oraz betonach zwykłych i komórkowych.

wody związanej chemicznie

woda jest wówczas silnie związana z ciałem stałym i oddzielić ją można tylko przez prażenie w odpowiednio wysokiej temperaturze, zależnej od składu chemicznego materiału, lub na drodze reakcji chemicznych,

stosowane przy oznaczaniu wilgotności materiałów, suszenie ich do stałej masy, prowadzi się w takiej temperaturze, aby uwolnienie wody nie zmieniło właściwości materiału (40°C w przypadku gipsów, 70°C w przypadku polimerów i 105°C w przypadku materiałów pochodzenia roślinnego oraz materiałów pochodzenia mineralnego innych niż gipsy),

woda związana fizyko-chemicznie inaczej wilgoć sorpcyjna lub błonkowa w materiałach budowlanych występuje na rozwiniętej powierzchni porów i kapilar materiału. Zjawisko to związane jest z istnieniem tzw. sił van der Waalsa oddziaływujących na cząstki gazu w pobliżu powierzchni ciała stałego.

Sorpcja wody polega na pochłanianiu pary wodnej z otaczającego powietrza przez materiały porowate; dąży do wyrównania wilgotności próbki ze znanym poziomem wilgotności względnej powietrza atmosferycznego. 

jeśli zjawisko zachodzi na powierzchni przegrody nosi nazwę adsorpcji,w wewnątrz przegrody nazywa się absorpcją.

Ilość zaadsorbowanej wilgoci na powierzchni ciała zależy od prężności cząstkowej pary wodnej

(ciśnienia cząstkowego pi, pe) w powietrzu otaczającym

prężność cząstkowa pary wodnej (ciśnienie pary wodnej) – ciśnienie cząstkowe –

ciśnienie jakie wywoływałaby para wodna, składnik mieszaniny gazów,

gdyby w tej samej temperaturze zajmowała sama tę samą objętość

Izotermy sorpcji

1 - cegła ceramiczna 1700 kg/m³, 2 - cegła wapienno-piaskowa 1800 kg/m³, 3 - żużlobeton 1550 kg/m³, 4 - beton komórkowy PGS 680 kg/m³, 5 - zaprawa cem-wap. 1960 kg/m³, 6 - gips 1000 kg/m³, 7 - płyta pilśniowa porowata 223 kg/m³, 8 - płyta wiórkowo-cementowa 325 kg/m³, 9 - płyta z wełny mineralnej 150 kg/m³, 10 - beton zwykły 2300 kg/m³

wilgoć sorpcyjna:

-nie rozpuszcza związków łatwo rozpuszczalnych w wodzie, ani nie umożliwia rozwoju mikro-organizmów.

-zamarza przy temperaturze niższej od 0°C, przy czym jej część w warstwie monomolekularnej nie zamarza nawet przy temperaturze

(- 78)°C.

-niewielkie zawilgocenie sorpcyjne materiałów odpowiadające warstwie monomolekularnej nie wpływa na ich przewodność cieplną, a zawilgocenie odpowiadające warstwie polimolekularnej wpływa na przewodność cieplną nieznacznie.

Wnioski

-materiał w okresie eksploatacji w przegrodzie budowlanej powinien być w stanie wilgotności sorpcyjnej;

-ewentualne zawilgocenie kapilarne może mieć tylko charakter przejściowy i powinno się umożliwić dojście materiału do stanu wilgotności sorpcyjnej

wg UE

- przy ustalaniu obliczeniowej przewodności cieplnej materiałów przyjmuje się, że eksploatacyjna wilgotność materiału w przegrodzie budowlanej jest to jego wilgotność w stanie równowagi z otaczającym powietrzem o temp. 23°C i wilgotności względnej 80%.

-stąd w praktyce badanie krzywej sorpcji można ograniczyć do określania wilgotności materiału tylko przy wilgotności względnej powietrza 80%.

Wilgotność względna – stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do ciśnienia nasycenia, określającego maksymalne ciśnienie cząstkowe pary wodnej w danej temperaturze.

Ciśnienie cząstkowe jest (p. Daltona) ciśnieniem, jakie miałby gaz, gdyby zajmował całą dostępną objętość.

Wilgotność względna zawiera się w przedziale od 0 do 1 lub podawana jest w %,

Wilgotność względna równa:0 oznacza powietrze suche, zaś 1 oznacza powietrze całkowicie nasycone parą wodną. Przy wilgotności względnej równej 1 oziębienie powietrza daje początek skraplaniu pary wodnej.

Wilgotność bezwzględna - zawartość pary wodnej w powietrzu, w jednostce objętości równej 1m³,

Kapilarny ruch wilgoci - podciąganie kapilarne wywoływany jest siłami kapilarnymi nazwanymi zjawiskiem adhezji ^* podciąganie kapilarne ma największe znaczenie gdy kapilary są co najmniej częściowo zawilgocone, zjawisko to zachodzi także przy zawilgoceniu przegrody przez opady atmosferyczne  

adhezja – przyleganie, polega na łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw ciał fizycznych lub faz stałych lub ciekłych. Adhezji nie należy mylić z kohezją, która jest zjawiskiem związanym z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi występującymi "w głębi" a nie na powierzchni danego ciała.

wartość kąta Θ jest miarą zwilżeniaprzyjmuje się, że dana powierzchnia,jest zwilżana0 < Θ < π/2 nie jest zwilżana π/2 < Θ < π

kropla wody upuszczona na powierzchnię materiału bitumicznego lub wielkocząsteczkowego polimeru (polistyren, poliuretan) zachowuje kształt kulisty, ze spłaszczeniem w miejscu styku z powierzchnią ciała stałego i wybrzuszeniem na zewnątrz ponad płaszczyzną styku.

kropla wody upuszczona na powierzchnię materiału pochodzenia mineralnego lub roślinnego (przeważnie) rozpływa się szybko po powierzchni, ulegając jednocześnie wchłanianiu przez powierzchnię materiału w wyniku działania sił kapilarnych.

w kapilarach ciecz zwilżająca powierzchnię materiału wznosi się ku górze, przy czym występuje menisk wklęsły a ciecz nie zwilżająca opada, przy czym występuje menisk wypukły.

Napięcie powierzchniowe – zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją (dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie). Zjawisko to ma swoje źródło w siłach przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Występuje ono zawsze na granicy faz termodyna -micznych, dlatego zwane jest też napięciem międzyfazowym.

Faza termodynamiczna jest to jednolita część układu fizycznego oddzielona od innych powierzchniami międzyfazowymi, zwanymi granicami faz, na których zachodzi skokowa zmiana własności fizycznych lub chemicznych. Najprostszym przykładem odrębnych faz są jednorodne ciała będące w różnych stanach skupienia takie jak woda i lód, woda i para wodna.

Efektem napięcia powierzchniowego jest np. utrudnione zanurzanie w cieczy ciał niepodatnych na zwilżanie tą cieczą (znika ono w momencie całkowitego zanurzenia takiego ciała).

Innym zjawiskiem związanym z napięciem powierzchniowym jest podnoszenie się (np. woda) lub opadanie (np. rtęć) cieczy w wąskich rurkach, tzw. kapilarach– zjawisko to należy do zjawisk kapilarnych.

Wysokie napięcie powierzchniowe na granicy faz A i B oznacza, że siły spójności (kohezji) wewnątrz faz A-A i B-B są większe niż siły przylegania (adhezji) na granicy faz A-B.

Kondensacja kapilarna - kondensacja zachodząca na powierzchni zawierającej kapilar o niewielkiej średnicy. Zjawisko kondensacji występuje przy ciśnieniu pary cieczy równemu ciśnieniu pary nasycenia, ps. alekondensacja kapilarna następuje przy ciśnieniu niższym niż ciśnienie pary nasyconej. Kondensacja pary cieczy jest zawsze poprzedzona adsorpcją (na powierzchni materiału) cząsteczek danej substancji, a obniżenie lub podwyższenie ciśnienia kondensacji wynika z kształtu istniejącego menisku zaadsorbowanych cząsteczek danej substancji

MECHANIZM RUCHU WILGOCI W MATERIAŁACH BUDOWLANYCH

mechanizm ruchu wilgoci w materiale kapilarno-porowatym zależy od formy związku wilgoci z ciałem stałym i nie jest jedno1ity w całym zakresie wilgotności materiału.

póki nie nastąpi wypełnienie kapilar częściowo wodą, ruch wilgoci może się odbywać tylko jako ruch oddzielnych molekuł pary wodnej; zjawisko to nazywamy dyfuzją. W przypadku dyfuzji pary wodnej w powietrzu gęstość strumienia dyfundującej pary jest określona pierwszym prawem dyfuzji Ficka

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku np. w gazie, cieczy lub ciele stałym, będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka.

Ciśnienie (prężność) pary nasyconej – ciśnienie, przy którym w określonej temperaturze gaz jest w stanie równowagi z cieczą. Występuje wówczas równowaga między parowaniem i skraplaniem

Wysychanie przegród z wilgoci początkowej

w wyniku wbudowania wilgotnych materiałów lub "mokrych" procesów technologicznych na budowie początkowa wilgotność materiałów po zakończeniu robót budowlanych i przed przekazaniem budynku do użytkowania może znacznie przekraczać maksymalną wilgotność sorpcyjną podobna sytuacja występuje po pęknięciach rur wodociągowych lub w wyniku powodzi

w materiałach występuje wówczas woda utrzymywana siłami kapilarnymi

przy wysychaniu przegród z wilgoci początkowej, a zwłaszcza murów ceglanych, możemy zakładać prawie stałą wilgotność muru na całej grubości i gęstość strumienia odparowującej wody zależny od różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej przy powierzchni muru i w powietrzu otaczającym.

stan taki trwa tak długo, aż wilgotność materiału na powierzchni spadnie poniżej maksymalnej wilgotności sorpcyjnej. zauważa się to przy wysychaniu powstawaniem jaśniejszych plam np. na tynku. Obserwujemy wówczas spadek prędkości wysychania. z teorii suszenia wiadomo, że proces wysychania można zwykle podzielić na dwa okresy: okres I stałej prędkości wysychania,okres II malejącej prędkości wysychania.

podstawowym warunkiem wysychania jest zapewnienie możliwie dużej różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej przy powierzchni muru i w powietrzu otaczającym, a więc potocznie mówiąc "grzać i wietrzyć". Szczelne zamknięcie okien w budynku w okresie po zakończeniu robót wykończeniowych sprzyja zaatakowaniu powierzchni przegród przez grzyby pleśniowe.

Kondensacji pary na wewnętrznych powierzchniach występuje wówczas gdy temperatura tej powierzchni będzie niższa od temperatury punktu rosy (ciśnienie pary nasyconej).

Występowanie tego efektu zależy od:

- izolacyjności cieplnej przegrody,

- wilgotności względnej powietrza wewnętrznego.

W pomieszczeniach o wilgotności powietrza 35-55% kondensacja może występować tylko na powierzchniach ścian w miejscach występowania mostków termicznych.

Przemarzanie ścian świadczy o niedostatecznej izolacyjności cieplnej

Para wodna i gaz obojętny traktowane są jako gazy doskonałe

1. Gaz wilgotny nienasycony jest mieszaniną gazu obojętnego i pary o ciśnieniu p_p<p_s

2. Gaz wilgotny nasycony jest gazem o temperaturze odpowiadającej stanowi nasycenia pary

- Para nasyconą jest to para pozostająca w równowadze ze swoją cieczą.

- Znajdujące się w równowadze: ciecz i utworzona z niej para bezustannie wymieniają się swoimi cząsteczkami.

3. Gaz wilgotny przesycony jest mieszanina gazu obojętnego, pary w stanie gazowym o ciśnieniu p_p= p_s i wilgoci w postaci mikrokropelek cieczy (t>0⁰C ) lub w postaci kryształków lodu (t<0⁰C)

Obliczanie czynnika temperaturowego na powierzchni wewnętrznej koniecznego do uniknięcia krytycznej wilgotności powierzchni

PN-EN ISO 13788

Metoda 1 - z użyciem klas wilgotności wewnętrznej,

Metoda 2 - z przyjęciem stałej wewnętrznej wilgotności względnej,

Metoda 3 - ze znaną ilością doprowadzanej wilgoci i stałym strumieniem powietrza wentylacyjnego,

Metoda 4 - ze znanym doprowadzeniem wilgoci i zmiennym strumieniem powietrza wentylacyjnego, przy założeniu, że: n=0,2+0,04·θe

Kondensacji międzywarstwowa

Proces dyfuzji i kondensacji pary w tym wypadku zależy od różnicy ciśnienia cząstkowego pary wodnej w pomieszczeniu i na zewnątrz.

Im większa jest różnica temperatur i wilgotności względnej powietrza pomiędzy pomieszczeniem i otoczeniem zewnętrznym tym dyfuzja pary wodnej przebiega intensywniej.

W przegrodach jednorodnych kondensacja może występować tylko w bardzo niesprzyjających warunkach. W przegrodach wielowarstwowych kondensacja zależy od oporności dyfuzyjnej jej warstw zewnętrznych i wewnętrznych.

Współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej

dla materiału budowlanego podaje jego paroprzepuszczalność w odniesieniu do warunków określonych normowo dla powietrza. Współczynnik oporu dyfuzyjnego dla wybranych materiałów budowlanych: wełna mineralna μ = 1, silikat, beton komór., ceramika, keramzytobeton μ = 5 – 10, korek μ = 5 – 10, styropian μ = 30 – 250, klinkier μ = 50 – 100, beton μ = 70 – 150, paroizolacje μ = 10⁴ – 9·10⁴, cegła μ = 22, tynk: wapienny μ = 7, cem.-wapien. μ = 19, cemen. μ = 25.

Przegrody zewnętrzne wielomateriałowe powinny być tak kształtowane, aby opór dyfuzyjny kolejnych warstw malał od wewnątrz do zewnątrz.