Difuzní vlastnosti povrchových sanačních malt
Propustnost vodní páry je důležitou materiálovou vlastností. Hodnotu součinitele difuzního odporu je nutné znát, abychom byli schopni sanovat konstrukce. Jedna věc je stěžejní – vědět, jaké jsou hodnoty faktoru difuzního odporu použitého materiálu, abychom věděli, jak dlouho bude konstrukce vysychat a kdy budou uživatelé moci budovu znovu obývat. Samozřejmě, že faktor difuzního odporu není jedinou ovlivňující vlastností, jelikož vysychání závisí také na teplotě, vlhkosti, rychlosti proudění okolního vzduchu.
1. Úvod
Kloknerův ústav je jedním z vědeckých pracovišť, které se, kromě jiných zkoušek, zabývá také zkouškami difuzních vlastností rozmanitých stavebních materiálů, jelikož tyto vlastnosti jsou jedněmi ze základních charakteristik stavebních materiálů. Znalost těchto vlastností je vždy vítána. Je užitečná například v případě, kdy je třeba konstrukci vysušit po povodni, aby bylo možné vybrat vhodnou metodu sanace budovy. Tento článek porovnává tři skladby stavebních materiálů. Tyto skladby jsou v praxi velmi často používány a navzájem se liší především ve svých difuzních parametrech. Zmíněnými skladbami jsou: sanační malta bez povrchové úpravy; skladba s penetrací navíc a skladba, která má navíc silikátovou omítku. Nicméně není důležité se zaobírat pouze hodnotami samotnými, ale je třeba vzít v potaz také vliv normy použité k výpočtu a ostatní okrajové podmínky, které během zkoušky působily na vzorek.
2. Materiálové skladby
V akreditované laboratoři Kloknerva ústavu bylo provedeno mnoho zkoušek skladeb stavebních materiálů. Tři vybrané skladby, které jsou v praxi často používané, byly porovnány v rámci tohoto článku. Skladby byly takto vybrány proto, že mají rozdílné difuzní vlastnosti a mohou pomoci ukázat vliv okrajových podmínek na difuzně rozdílné skladby. Mezi zkoumané okrajové podmínky mající vliv na hodnotu faktoru difuzního odporu a ostatní difuzní vlastnosti patří relativní vlhkost, teplota a barometrický tlak vzduchu. Stejně důležité je pro hodnotu faktoru difuzního odporu také norma, podle které je hodnota počítána a test proveden.
Zkoušeny byly následující skladby:
- Skladba 1: sanační malta bez povrchové úpravy
- Skladba 2: sanační malta + penetrace pod silikátové omítky
- Skladba 3: sanační malta + penetrace pod silikátové omítky + silikátová omítka s maximálním zrnem 3 mm
Požadovaný průměr terčů, podle kterých byly vyrobeny, je uveden v normách [1, 2]. Průměr terčů je 117 mm, přičemž od každé skladby byly vyrobeny tři terče. Také měření probíhalo podle norem ČSN EN ISO 7783 [1, 2]. Základní vlastnosti zkoušených skladeb (hmotnost, tloušťka a jejich průměrné hodnoty) jsou uvedeny v tabulkách (Tabulka 1–3).
Zmíněné vlastnosti byly určeny ještě před zkouškami difuzních vlastností. Netěsnosti mezi vzorkem a formou způsobené nepřesnostmi byly řešeny silikonovým tmelem. Ten měl dva úkoly. Zaprvé zajistit nepropustnost vodních par okolo vzorku, zadruhé tedy umožnit propustnost vodní páry pouze skrz vzorek. Tloušťka vzorku je kritérium, které se bere v úvahu ve výpočtu difuzních vlastností samotném.
| Skladba | Vzorek | Hmotnost [g] | Ø [mm] | Průměr [mm] | Tloušťka [mm] | Průměr [mm] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Skladba 1 | A | 30,7 | 117,3 | 118,0 | 117,7 | 1,8 | 2,0 | 1,9 |
| B | 30,9 | 117,7 | 117,7 | 117,7 | 1,9 | 1,9 | 1,9 | |
| C | 34,2 | 117,2 | 117,6 | 117,4 | 2,4 | 2,3 | 2,4 | |
| Skladba | Vzorek | Hmotnost [g] | Ø [mm] | Průměr [mm] | Tloušťka [mm] | Průměr [mm] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Skladba 2 | A | 38,4 | 117,6 | 117,7 | 117,7 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| B | 37,6 | 117,3 | 117,3 | 117,3 | 2,5 | 2,3 | 2,4 | |
| C | 39,9 | 117,3 | 117,2 | 117,3 | 2,6 | 2,5 | 2,6 | |
| Skladba | Vzorek | Hmotnost [g] | Ø [mm] | Průměr [mm] | Tloušťka [mm] | Průměr [mm] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Skladba 3 | A | 78,7 | 117,0 | 116,9 | 117,0 | 5,5 | 5,5 | 5,5 |
| B | 76,9 | 116,9 | 117,0 | 117,0 | 5,6 | 5,5 | 5,6 | |
| C | 80,6 | 117,0 | 117,0 | 117,0 | 5,5 | 5,6 | 5,6 | |
3. Laboratorní zjišťování difuzních vlastností sanačních malt
Z každé skladby byly vybrány tři vzorky. Vzorky byly zváženy na vahách podle norem ČSN EN ISO 7783 [1, 2]. Tyto tři vzorky z každé skladby byly současně zkoušeny v jednom měřicím intervalu. Doba intervalu se pohybovala kolem 14 dní, což byla doba nutná k ustálení hodnot teploty vzduchu a relativní vlhkosti vzduchu uvnitř zkušební komory, které je požadováno normou.
Požadované okrajové podmínky byly zajištěny pomocí nepropustné skleněné nádoby napojené na ventilační systém, jež zajišťovali teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu uvnitř skleněné nádoby. Všechny hodnoty, relativní vlhkost vzduchu a teplota vzduchu uvnitř a venku, byly nepřetržitě měřeny a monitorovány. Stejně tak byly také zaznamenávány úbytky hmotnosti. Data z vah byly zaznamenávány pomocí připojeného záznamového zařízení každou minutu.
Obrázek 1.: Měřicí komora a přístrojeVýsledky shrnující hlavní difuzní vlastnosti, tedy výsledky toku vodních par, propustnosti vodních par a faktoru difuzního odporu z měření jednotlivých skladeb, jsou uvedeny v tabulkách (Tabulka 4–6).
| Skladba | Vzorek | Tok vodních par [× 10−8 kg/s] | Propustnost vodních par [kg/(m2.s.Pa)] | Faktor difuzního odporu [–] |
|---|---|---|---|---|
| Skladba 1 | A | 3,44 | 1,24E−08 | 8,57 |
| B | 3,52 | 1,33E−08 | 7,96 | |
| C | 3,49 | 1,29E−08 | 6,59 | |
| Průměr | 3,48 | 1,29E−08 | 7,7 |
| Skladba | Vzorek | Tok vodních par [× 10−8 kg/s] | Propustnost vodních par [kg/(m2.s.Pa)] | Faktor difuzního odporu [–] |
|---|---|---|---|---|
| Skladba 2 | A | 2,57 | 6,02E−09 | 17,0 |
| B | 2,49 | 6,57E−09 | 12,9 | |
| C | 2,57 | 5,14E−09 | 15,3 | |
| Průměr | 2,54 | 5,91E−09 | 15,1 |
| Skladba | Vzorek | Tok vodních par [× 10−9 kg/s] | Propustnost vodních par [kg/(m2.s.Pa)] | Faktor difuzního odporu [–] |
|---|---|---|---|---|
| Skladba 3 | A | 8,92 | 1,29E−09 | 28,3 |
| B | 9,27 | 1,35E−09 | 26,7 | |
| C | 9,03 | 1,39E−09 | 27,3 | |
| Průměr | 9,07 | 1,34E−09 | 27,4 |
Podrobné výsledky průměrných hodnot (u některých hodnot jsou hodnoty určující jen pro jednotlivé denní měření s vyváženým stavem požadovaným normou [2]) vidíme v tabulkách (Tabulka 7–9).
| Veličina | Název veličiny | Jednotka | Skladba 1 A | Skladba 1 B | Skladba 1 C |
|---|---|---|---|---|---|
| D | Průměr vzorku | [m] | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| d | Tloušťka vzorku | [m] | 0,0019 | 0,0019 | 0,0024 |
| G | Směrnice závislosti | [kg/s] | 3,44E−08 | 3,52E−08 | 3,49E−08 |
| A | Měrná plocha | [m2] | 0,007850 | 0,007850 | 0,007850 |
| g | Hustota difuzního toku | [kg/(m2*s)] | 4,38E−06 | 4,49E−06 | 4,44E−06 |
| Wc | Propustnost vodní páry | [kg/(m2*s*Pa)] | 1,24E−08 | 1,33E−08 | 1,29E−08 |
| Z | Difuzní odpor | [m2*s*Pa/kg] | 8,08E+07 | 7,50E+07 | 7,75E+07 |
| δ | Součinitel difuzní vodivosti | [kg/(m*s*Pa)] | 2,38E−11 | 2,57E−11 | 3,10E−11 |
| δa | Součinitel difuzní vodivosti atmosférického tlaku | [kg/(m*s*Pa)] | 2,03E−10 | 2,03E−10 | 2,03E−10 |
| μ | Faktor difuzního odporu | [–] | 8,57 | 7,96 | 6,59 |
| sd | Ekvivalentní difuzní tloušťka | [m] | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
| Veličina | Název veličiny | Jednotka | Skladba 2 A | Skladba 2 B | Skladba 2 C |
|---|---|---|---|---|---|
| D | Průměr vzorku | [m] | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| d | Tloušťka vzorku | [m] | 0,0020 | 0,0024 | 0,0026 |
| G | Směrnice závislosti | [kg/s] | 2,57E−08 | 2,49E−08 | 2,57E−08 |
| A | Měrná plocha | [m2] | 0,007850 | 0,007850 | 0,007850 |
| g | Hustota difuzního toku | [kg/(m2*s)] | 3,28E−06 | 3,17E−06 | 3,28E−06 |
| Wc | Propustnost vodní páry | [kg/(m2*s*Pa)] | 6,02E−09 | 6,57E−09 | 5,14E−09 |
| Z | Difuzní odpor | [m2*s*Pa/kg] | 1,66E+08 | 1,52E+08 | 1,95E+08 |
| δ | Součinitel difuzní vodivosti | [kg/(m*s*Pa)] | 1,20E−11 | 1,56E−11 | 1,32E−11 |
| δa | Součinitel difuzní vodivosti atmosférického tlaku | [kg/(m*s*Pa)] | 2,03E−10 | 2,03E−10 | 2,03E−10 |
| μ | Faktor difuzního odporu | [–] | 17,0 | 12,9 | 15,3 |
| sd | Ekvivalentní difuzní tloušťka | [m] | 0,03 | 0,03 | 0,04 |
| Veličina | Název veličiny | Jednotka | Skladba 3 A | Skladba 3 B | Skladba 3 C |
|---|---|---|---|---|---|
| D | Průměr vzorku | [m] | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| d | Tloušťka vzorku | [m] | 0,0055 | 0,0056 | 0,0056 |
| G | Směrnice závislosti | [kg/s] | 8,92E−09 | 9,27E−09 | 9,03E−09 |
| A | Měrná plocha | [m2] | 0,007850 | 0,007850 | 0,007850 |
| g | Hustota difuzního toku | [kg/(m2*s)] | 1,14E−06 | 1,18E−06 | 1,15E−06 |
| Wc | Propustnost vodní páry | [kg/(m2*s*Pa)] | 1,29E−09 | 1,35E−09 | 1,39E−09 |
| Z | Difuzní odpor | [m2*s*Pa/kg] | 7,76E+08 | 7,41E+08 | 7,64E+08 |
| δ | Součinitel difuzní vodivosti | [kg/(m*s*Pa)] | 7,12E−12 | 7,53E−12 | 7,36E−12 |
| δa | Součinitel difuzní vodivosti atmosférického tlaku | [kg/(m*s*Pa)] | 2,03E−10 | 2,03E−10 | 2,03E−10 |
| μ | Faktor difuzního odporu | [–] | 28,3 | 26,7 | 27,3 |
| sd | Ekvivalentní difuzní tloušťka | [m] | 0,16 | 0,15 | 0,15 |
4. Vliv relativní vlhkosti vzduchu na faktor difuzního odporu
Relativní vlhkost vzduchu má velký vliv na faktor difuzního odporu. K porovnání byly vybrány pouze A vzorky z každé skladby. Jejich charakteristiky jsou vyobrazeny v předchozích tabulkách. Porovnání bylo zaměřeno na demonstraci vlivu relativní vlhkosti vzduchu na faktor difuzního odporu u různých druhů skladeb. Během dosahování rovnovážného stavu bylo dosaženo relativní vlhkosti vzduchu 52 % a 43 % u všech skladeb, tudíž bylo možné udělat v těchto meznících porovnání. To, jak relativní vlhkost ovlivňuje faktor difuzního odporu, je možné vidět v Tabulce 10.
Jak ukazuje Tabulka 10., faktor difuzního odporu se u skladby 1 snížil o hodnotu 1,2. U druhé skladby s penetrací se hodnota naopak o 0,6 zvýšila. U poslední skladby s omítkou šla hodnota také nahoru, a to o 0,3.
| Vlastnost | Skladba 1 | Skladba 2 | Skladba 3 |
|---|---|---|---|
| Tloušťka [mm] | 1,9 | 2,4 | 5,5 |
| Relativní vlhkost vzduchu [%] | 52 | 52 | 52 |
| Teplota vzduchu[°C] | 24 | 23 | 23 |
| Tlak vzduchu [hPa] | 979 | 998 | 994 |
| Směrnice závislosti [kg/s] | 3,44E−08 | 2,49E−08 | 8,92E−09 |
| Faktor difuzního odporu [–] při 52% vlhkosti vzduchu | 8,6 | 12,9 | 28,3 |
| Relativní vlhkost vzduchu [%] | 43 | 43 | 43 |
| Teplota vzduchu [°C] | 24 | 22 | 24 |
| Tlak vzduchu [hPa] | 977 | 992 | 992 |
| Směrnice závislosti [kg/s] | 4,48E−08 | 2,76E−08 | 1,10E−08 |
| Faktor difuzního odporu [–] při 43% vlhkosti vzduchu | 7,4 | 13,5 | 28,5 |
Graf 1.: Vliv relativní vlhkosti vzduchu na faktor difuzního odporu
5. Vliv ostatních okrajových podmínek
Jak již bylo řečeno, kromě relativní vlhkosti vzduchu má na faktor difuzního odporu vliv mnoho jiných okrajových podmínek a parametrů. Například tloušťka a průměr vzorku patří mezi parametry, které na faktor difuzního odporu mají také vliv. Tyto veličiny jsou během měření konstantní a jsou uvedeny v předchozích tabulkách (Tabulka 1–3). Teplota a barometrický tlak vzduchu jsou veličinami během měření proměnnými. Již bylo zmíněno, že teplota vzduchu spolu s relativní vlhkostí vzduchu se zaznamenávají během celé doby zkoušky. Hodnoty barometrického tlaku vzduchu jsou současně každou hodinu měřeny hydrometeorologickou stanicí.
Článek „The Influence of Incoming Parameters on Accuracy of Determination Water Vapour Resistance Factor of Lime and Modified Mortars“ [3] se také zabývá parametry, které mohou mít vliv na faktor difuzního odporu. Z tohoto článku je jasné, že významný vliv na faktor difuzního odporu mohou mít nejen okrajové podmínky, ale také právě norma, podle které je vzorek zkoušen a vyhodnocován, jelikož každá norma požaduje jiné zkušební podmínky (požadovaná relativní vlhkost a vzdálenost mezi roztokem a vzorkem). Mimo to je hodnota faktoru difuzního odporu ovlivněna nepřesností určení měřené veličiny, nepřesnostmi měření, změnami okolního prostředí (teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu a barometrický tlak vzduchu), jinými vlivy (technologie výroby vzorku, doba dosažení rovnovážného stavu), chybami čtení a výpočtu.
Mezi hlavní parametry, které ovlivňují výsledky výpočtu, patří: určení plochy pro průnik vodních par, určení tloušťky vzduchové vrstvy mezi vzorkem a úrovní solného roztoku, nastavení a udržení teploty okolního vzduchu, barometrický tlak vzduchu a jeho změny v průběhu zkoušky, hodnoty relativní vlhkosti vzduchu, výběr hodnot a odvození váhových změn.
Hlavní otázkou však stále zůstává, do jaké míry jednotlivé zmíněné parametry ovlivňují hodnotu faktoru difuzního odporu. Grafy 2–4 ukazující průběh faktoru difuzního odporu spolu s průběhem relativní vlhkosti vzduchu, teploty vzduchu a barometrického tlaku vzduchu nám mohou pomoci s touto klíčovou otázkou.
Graf 2.: Skladba 1 – Průběh faktoru difuzního odporu, relativní vlhkosti vzduchu, teploty vzduchu a barometrického tlaku vzduchu
Graf 2 zobrazuje průběh jednotlivých veličin skladby 1. Jde o víceméně konstantní průběh teploty a faktoru difuzního odporu. Nicméně průběh faktoru difuzního odporu je téměř stejný jako průběh relativní vlhkosti. Nejeví se, že by průběh relativního tlaku vzduchu odpovídal průběhu faktoru difuzního odporu. Zdá se tedy, že v tomto případě je rozhodující relativní vlhkost.
Graf 3.: Skladba 2 – Průběh faktoru difuzního odporu, relativní vlhkosti vzduchu, teploty vzduchu a barometrického tlaku vzduchu
Graf 3 ukazuje průběh jednotlivých veličin u skladby 2. Zde je možné vidět opět zhruba konstantní průběh teploty. Nicméně průběh faktoru difuzního odporu není stejný jako průběh relativní vlhkosti, jak tomu bylo u skladby 1, ale je spíše opačný. Zdá se, že průběh relativního tlaku vzduchu naznačuje průběh faktoru difuzního odporu. Rozhodující veličinou se zde tedy zdá být právě barometrický tlak vzduchu.
Graf 4.: Skladba 3 – Průběh faktoru difuzního odporu, relativní vlhkosti vzduchu, teploty vzduchu a barometrického tlaku vzduchu
Graf 4 ukazuje průběh veličin u skladeb 3. Stejně tak, jak tomu bylo u předchozích dvou skladeb, průběh teploty je téměř konstantní. Nicméně průběh faktoru difuzního odporu není identický ani s průběhem relativní vlhkosti vzduchu, jak to mu bylo u skladby1, ani s průběhem barometrického tlaku vzduchu, jak tomu bylo u skladby 2. Jeho průběh je na rozdíl od předchozích spíše opačný. Zdá se, že průběh faktoru difuzního odporu je v tomto případě ovlivněn všemi veličinami najednou a jednoznačný vliv jedné z nich zde není rozpoznatelný.
6. Závěr
Článek se zabývá třemi v praxi běžně užívanými povrchovými úpravami zdiva. U těchto skladeb byly zjištěny hlavní charakteristiky spolu s charakteristikami difuzních vlastností těchto skladeb.
Jednotlivé hodnoty faktoru difuzního odporu byly navzájem porovnány z pohledu relativní vlhkosti. Toto srovnání bylo uděláno pro 52% a 43% relativní vlhkost. Nakonec byly shrnuty vstupní parametry a okrajové podmínky, které mají vliv na hodnotu faktoru difuzního odporu. Zdůrazněny byly ty parametry, které mají podle výzkumů hlavní vliv.
Nicméně definice těch parametrů, které mají největší vliv, není tak jednoduchá, a u jednotlivých skladeb se liší. Liší se podle toho, jakých hodnot faktor difuzního odporu dosahuje. U některých hodnot může být rozhodující relativní vlhkost, u jiných barometrický tlak vzduchu a u jiných není jednoduché najít přímý vztah mezi nimi. Při dalším výzkumu je třeba dbát zvýšené pozornosti na podrobnější dokázání míry vlivu jednotlivých parametrů u různých typů skladeb s různými hodnotami faktoru difuzního odporu.
Je zřejmé, že znalosti této problematiky trpí nedostatkem dat. Nicméně některá data již byla uveřejněna v předchozích článcích. Článek „Diffusion Parameters of Basic Diffusion Adhesive Mortars with Silicate or Acrylic Plaster“ [4] se zabývá porovnáním dvou předchozích skladeb se skladbou s akrylátovou omítkou. Jedná se o tyto skladby:
- Sanační malta bez povrchové úpravy
- Sanační malta + penetrace pod silikátové omítky + silikátová omítka – maximální zrno 3 mm
- Sanační malta + penetrace pod akrylátové a silikátové omítky + akrylátová omítka – maximální zrno 3 mm.
Z hlediska difuzních vlastností jsou nejdůležitějšími kritérii faktor difuzního odporu a vliv relativní vlhkosti vzduchu. První skladbu uveřejněnou v tomto článku známe, jde o skladbu 1. Druhá skladba je známá také, jelikož jde o skladbu 2. Třetí z nich měla faktor difuzního odporu 91,1 při 52% relativní vlhkosti vzduchu a 105,8 při 43%.
Rozhodující nejsou přesná čísla, ale rozhodující je, že průběh je stejný. Jestliže máme skladbu s opravdu malým faktorem difuzního odporu, kolem 8, zdá se, že je faktor ovlivněn relativní vlhkostí vzduchu dolů. Jestliže je faktor o něco větší, snižující se relativní vlhkost vzduchu způsobuje změnu faktoru difuzního odporu nahoru. Čím vyšší je faktor difuzního odporu, tím větší je tato změna.
Samozřejmě je nutné zkoumat více typů skladeb, stejně tak jako ostatní okrajové podmínky a jejich míru vlivu na faktor difuzního odporu.
Poděkování
Tento článek byl vytvořen za podpory grantu Excellence GAČR P105/12/G059 a SGS 15/175/OHK1/2T/31.
Literatura
- ČSN EN ISO 7783-1: Tenkovrstvé povrchové úpravy – Stanovení propustnosti pro vodní páru.
- ČSN EN ISO 7783-2: Nátěrové hmoty, hmoty pro povrchové úpravy – Stanovení propustnosti pro vodní páru
- BALIK L.; KOLISKO J.: The Influence of Incoming Parameters on Accuracy of Determination Water Vapour Resistance Factor of Lime and Modified Mortars, (2009).
- NENADÁLOVÁ Š.; BALÍK L.; RYDVAL M.; BITTNER T.: Diffusion Parameters of Basic Diffusion Adhesive Mortars with Silicate or Acrylic Plaster, ICEBMP 2015.
Water vapour permeability is one of significant material properties. The value of water vapour resistance factor is necessary to know to be able to rehabilitate structures, mainly after floods. One thing is essential – to know what are the values of water vapour resistance factor of the used material to know how long the structure will take to be dried and users can come back to live there.
