Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Prognozowanie trwałości tynków zewnętrznych na podstawie zmian właściwości fizycznych w procesie starzenia

Warunki w komorze starzeniowej | Badania właściwości fizycznych w procesie starzenia | Prognozowanie na podstawie zmiany gęstości (G) | Prognozowanie na podstawie kinetyki zmian porowatości otwartej | Prognozowanie trwałości na podstawie ubytku masy
dr inż. Jerzy Bochen  |  IZOLACJE 4/2014  |  19.01.2016
Prognozowanie trwałości tynków zewnętrznych na podstawie zmian właściwości fizycznych w procesie starzenia | Durability prediction of external plasters on the basis of changes in physical properties during the ageing process
Prognozowanie trwałości tynków zewnętrznych na podstawie zmian właściwości fizycznych w procesie starzenia | Durability prediction of external plasters on the basis of changes in physical properties during the ageing process
Śnieżka

Najbardziej miarodajnymi testami określającymi zachowanie się materiałów pod wpływem czynników atmosferycznych są długotrwałe testy starzeniowe, trwające co najmniej 5 lat. Są one jednak czasochłonne, dlatego częściej wnioskuje się o trwałości na podstawie krótkotrwałych i przyśpieszonych testów.

Materiały i elementy budowli eksponowane na czynniki atmosferyczne podlegają procesom starzenia. Istnieją specjalne wytyczne i metody służące ocenie i prognozowaniu ich trwałości [1–5], w których zaleca się prowadzenie badań porównawczych, długotrwałych w warunkach naturalnych oraz krótkotrwałych w warunkach symulowanych [1, 2, 6].

Zobacz też: Tynki ofiarne – klasyfikacja i właściwości

Badania te wykonywane są w komorach klimatycznych [7, 8, 9] na podstawie odpowiednich procedur [2, 3]. Uzyskiwane wyniki pozwalają określić charakterystykę starzeniową, która odniesiona do stanu granicznego umożliwia oszacowanie trwałości, np. według normy brytyjskiej BS ISO 15686-2001 [2]. Wartości graniczne są umowne. Mogą to być np. dopuszczalne wartości normowe (jak spadek wytrzymałości, ubytek masy, przyczepności).

Warunki w komorze starzeniowej

Obecnie dostępne są gotowe stanowiska do badań odporności na selektywne oddziaływania klimatyczne, jak wilgotność, temperatura i promieniowanie słoneczne.

Innym stanowiskiem o kompleksowym działaniu, dowolnie programowanym, jest komora starzeniowa znajdująca się na Wydziale Budownictwa Politechniki Śląskiej. Jest to miejsce, w którym materiały poddawane są cyklicznym, symulowanym oddziaływaniom klimatycznym.

Stanowisko na Wydziale Budownictwa Politechniki Śląskiej składa się z 4 komór. Najważniejsza jest komora obrotowa wyposażona w 4 ściany ekspozycyjne o wymiarach 1,6×2,1 m do montażu ciał próbnych. Trzy pozostałe komory współpracują z komorą centralną i symulują dominujące czynniki klimatyczne.

ABSTRAKT

W artykule przedstawiono metodykę badań oraz sposób określania charakterystyk starzeniowych w odniesieniu do wybranych cech fizycznych tynków zewnętrznych poddanych testom przyspieszonego starzenia. Podano propozycje szacowania trwałości na podstawie zmiany gęstości objętościowej, porowatości otwartej i przyczepności. Modele w postaci szeregów czasowych poddano weryfikacji statystycznej.

The article presents research methodology and the method of ageing characteristics determination in relation to selected physical properties of external plasters subjected to accelerated ageing tests. Theroposals of durability estimation are given, based on: change in volume density, open porosity and adhesion. The models in the form of time series were subjected to statistical varification.

 

W „komorze słońca” uzyskuje się nagrzewanie i naświetlanie zbliżone do naturalnego słonecznego przez układ 20 lamp metalohalogenkowych oraz promienników nadfioletu. Maks. temp. na powierzchni eksponowanej to +70ºC.

„Komora deszczu” symuluje deszcz ukośny i wiatr za pomocą specjalnego układu dysz. Podmuchy powietrza mają regulowaną prędkość, amplitudę i częstość.

W „komorze mrozu” temperatura obniżana jest do –25ºC. Jeden cykl pracy stanowiska trwa 4 godz. przy jednostkowych 1-godzinnych oddziaływaniach komór. Podstawowy test trwa 100 cykli, co przy prędkości 5 cykli na dobę daje 4 tyg.

Klimat symulowany w komorze określono na podstawie analizy typowego roku meteorologicznego na Górnym Śląsku [10]. Na tej podstawie ustalono temperaturę, nasłonecznienie, opady deszczu i prędkości wiatru w poszczególnych komorach klimatycznych. 100 cykli w komorze odpowiada okresowi 2 lat do 2,5 r. w warunkach naturalnych [10, 11].

Badania właściwości fizycznych w procesie starzenia

Badania starzeniowe wykonano na 8 odmianach tradycyjnych tynków zewnętrznych różnych marek: wapiennych (W1, W2), cementowych (C1, C2, C3) i cementowo-wapiennych (Cw1, Cw2, Cw3) oraz na 4 typowych tynkach pocienionych: mineralnym, krzemianowym, silikonowym i akrylowym (M, K, S, A).

Z zapraw tynkowych wykonano próbki tynków, a także z tradycyjnych – beleczki o wymiarach 40×40×160 mm.

W celach porównawczych próbki zapraw i tynków poddano dwóm testom starzeniowym (500 cykli w warunkach symulowanych i w warunkach naturalnych przez 2 lata). Co 100 cykli oraz co 12 mies. pobierano próbki i oznaczano cechy fizyczne i chemiczne, aby określić, jak się zmieniają w procesie oddziaływania czynników klimatycznych.

Przeczytaj: Uszkodzenia budynków spowodowane wodami powodziowymi

Badano wytrzymałość na ściskanie i zginanie, nasiąkliwość i adsorpcję kapilarną, gęstość objętościową i rzeczywistą, porowatość całkowitą i otwartą, mrozoodporność, przyczepność do podłoża, paroprzepuszczalność, odkształcalność termiczną oraz strukturę porowatości.

Przebadane cechy fizyczne pozwoliły na określenie charakterystyk starzeniowych oraz zależności między warunkami naturalnymi i symulowanymi. Z uwagi na możliwość określenia wartości granicznych przydatne do szacowania trwałości okazały się charakterystyki zmian gęstości objętościowej, przyczepności oraz porowatości otwartej.

Prognozowanie na podstawie zmiany gęstości (G)

Oznaczenia gęstości objętościowej w kolejnych etapach starzenia wykazały zmiany w większości o charakterze malejącym (RYS. 1). Wyniki te potwierdzają, że degradacja materiałów porowatych takich jak betony i zaprawy zachodzi strefowo [12], od powierzchni eksponowanej w głąb materiału.

W tynkach o malejącej gęstości (W1, K, S, A) określono ubytki obliczeniowe masy i zmiany grubości w środowisku symulowanym (RYS. 1). Uzyskano w ten sposób charakterystyki starzeniowe. Po ich odniesieniu do wartości granicznych otrzymano modele trwałości pozwalające na szacowanie czasu użytkowania (TABELA 1).

Jako wartość graniczną ubytków masy przyjęto 5% przez analogię do mrozoodporności betonu [13]. Na tej podstawie można było oszacować czas użytkowania w latach z uwzględnieniem współzależności 100 cykli w komorze = 2 lata w warunkach naturalnych [10, 11].

Prognozowanie na podstawie zmiany przyczepności (P)

WARTO ZOBACZYĆ

Jak uzyskać gładkie ściany?

Gładzie gipsowe – teoria i praktyka

Analogicznie na podstawie wytycznych BS ISO 15686­‑2001 [2] określono charakterystyki zmian przyczepności o malejącym trendzie na podłożu z bloczków betonu komórkowego (RYS. 2): p (t) = – p1·t + po. Po uwzględnieniu wartości granicznej oszacowano trwałość (TABELA 2).

Jako wartość graniczną przyjęto wymaganą minimalną przyczepność według normy PN-70/B-10100 [14] – 0,1 kG/cm² w odniesieniu do tynków wapiennych, 0,25 kG/cm² w wypadku tynków cementowo­‑wapiennych oraz 0,5 kG/cm2 w wypadku tynków cementowych.

Prognozowanie na podstawie kinetyki zmian porowatości otwartej (PO)

Stwierdzono monotoniczne zmiany porowatości otwartej testowanych zapraw tynkowych zarówno w środowisku naturalnym, jak i symulowanym. Wykorzystano je do opisu procesu starzenia. Kinetykę zmian porowatości opisano wyrażeniem umożliwiającym opis zmian malejących i rosnących:

gdzie:
Po, P – początkowa i największa przewidywana porowatość otwarta,
k – współczynnik kinetyczny zależny od temperatury.

Badane zaprawy tynkowe podzielono na dwie grupy – o trendach rosnących (grupa 1, RYS. 3) i malejących (grupa 2). Stałe kinetyczne P∞, k wyznaczono w programie komputerowym. W odniesieniu do tynków na spoiwach mineralnych przyjęto średnią temp. 22,5°C jednego cyklu w komorze starzeniowej od –20°C do +65°C, a w wypadku tynków na spoiwach polimerowo-żywicznych (K, S, A) maks. temp. słoneczną +65°C.

Określone w ten sposób charakterystyki nie są typowymi modelami trwałości ze względu na trudność określenia wartości granicznej. Przy uwzględnieniu jednak współzależności 100 cykli = 2 lata [10, 11] można oszacować porowatość otwartą w warunkach naturalnych.

Na tej podstawie oraz znanej zależności między wytrzymałością na ściskanie fck a porowatością otwartą Po można szacować wytrzymałość.

Przykładowo w tynku Cw3 porowatość otwarta po 500 cyklach, czyli po 10 latach, wynosi 11,2%. Wytrzymałość początkowa to 18,5 MPa, a dla empirycznej zależności fck = –0,11·Po +14,0 wytrzymałość na ściskanie po 10 latach można oszacować jako 12,7 MPa.

Prognozowanie trwałości na podstawie ubytku masy (M)

Do tej analizy zastosowano model Vesikari-Pihlajavaary (VP) [4] opisujący dwa rodzaje ubytków masy tworzyw betonowych wywołanych degradacją mrozową (m1) oraz ekstrakcją (m2). Przyjęto, że ubytki zachodzą proporcjonalnie do czasu, zgodnie z typologią określoną przez Y. Matsufuji [5]. W związku z tym przyjęto model typu liniowego:

Potrzebujesz więcej TREŚCI?

Odbierz TUTAJ
IZO-newsletter »

gdzie:
c1 – współczynnik środowiskowy zależny od rodzaju i klasy środowiska zewnętrznego o wartościach 0–4,
c2 – współczynnik zmian przyczepności do podłoża postaci c2 = σ1o danego etapu starzenia i stanu początkowego,
c3 – współczynnik zmian przenikalności pary wodnej c3 = δ1o danego etapu starzenia i stanu początkowego,
VZ – porowatość zamknięta jako różnica porowatości całkowitej i otwartej,
t – czas,
fck – wytrzymałość początkowa na ściskanie.

 

Jako graniczną wartość ubytku masy przyjęto 0,5 mm/m², analogicznie do wartości dopuszczalnej 0,05 cm³/cm² betonów według normy PN-88/B-06250 [13]. Przewidywany okres trwałości, w którym ubytki masy wywołane czynnikami zewnętrznymi nie przekroczą wartości dopuszczalnej, przyjęto z zależności liniowej:

M = M1·t [mm/rok]

gdzie:

M1 – jednostkowe obliczeniowe roczne ubytki masy.

Przy takich założeniach uzyskano przewidywane okresy trwałości wypraw tynkowych w odniesieniu do podstawowej (VP) oraz zmodyfikowanej postaci modelu masowego (VPm) (TABELA 3).

Weryfikacja statystyczna wyników dla modeli czasowych

Uzyskane modele trwałości (G) i (P) oparte na monotonicznych charakterystykach czasowych zweryfikowano statystycznie za pomocą programu komputerowego i przedstawiono jako szeregi czasowe w postaci wielomianu y = a+bt+ct2+...β, gdzie β jest resztą losową.

Stopień wielomianu i jego parametry dobierane są przez ocenę istotności, czyli stopnia prawdopodobieństwa testowego, które powinno być mniejsze niż 0,05, oraz na podstawie właściwości statystycznych reszt losowych.

Do poprawności wielomianu opisującego szereg czasowy wymagany jest rozkład normalny reszt losowych (RYS. 4) oraz brak ich związku liniowego, tzw. autokorelacji z modelem podstawowym. Do oceny tych właściwości zastosowano test Shapiro-Wilka [11].

Podsumowanie

Analiza cech fizycznych pod wpływem starzenia wykazała ich zmienność i tym samym możliwość formułowania charakterystyk starzeniowych oraz modeli trwałości. Stwierdzono, że najbardziej przydatne cechy to: gęstość objętościowa, przyczepność i porowatość otwarta. Z przedstawionych 4 modeli (RYS. 5) 3 pozwalają na szacowanie czasów trwałości (G, P, VPm).

Dobre rezultaty przy przyjętych kryteriach granicznych dają modele zmian gęstości objętościowej (G) i przyczepności (P). Dobre przybliżenie daje także zmodyfikowany model (VPm) degradacji powierzchniowej wyrażonej ubytkami masy. Prognozowanie na podstawie zmian gęstości ma ograniczone zastosowanie, gdyż jest przydatne w odniesieniu do materiałów o malejącej gęstości.

Model kinetyczny zmian porowatości otwartej (Po) daje możliwość prognozowania wytrzymałości, przy czym potrzebna jest znajomość zależności wytrzymałości od porowatości, co jest ograniczone do materiałów pozwalających na wykonanie takich oznaczeń.

Przeprowadzone prace badawcze i analityczne pokazały możliwość szacowania trwałości na podstawie krótkotrwałych testów starzeniowych na przykładzie tynków elewacyjnych. Przedstawiona tematyka jest przedmiotem dalszych prac, m.in. w ujęciu statystycznym.

LITERATURA

  1. Z. Ściślewski, „Zasady projektowania budynków i budowli z uwzględnieniem trwałości”, ITB, Warszawa 1994.
  2. BS ISO 15686-2001, „Buildings and constructed assets. Service life planning. Part 2. Service life prediction procedure”.
  3. ASTM E632-82, „Standard practice for developing accelerated tests to aid prediction of service life of building components and materials”.
  4. A. Sarja, E. Vesikari, „Durability design of Concrete Structures”, RILEM Report 14, London 1996.
  5. Y. Matsufuji, T. Koyama, S. Harada, „Service life predictive method of building materials”, „Durability of Building Materials and Components”, vol. 1, E&FN Spon, London 1996.
  6. J. Sowińska, „Prognozowanie trwałości izolacji wodochronnych – testy naturalnego i przyspieszonego starzenia”, Instytut Techniki Budowlanej, Kwartalnik nr 4 (116), Warszawa 2000, s. 57–64.
  7. Z. Pavlik, M. Jirickova, R. Cerny, „Semi-scale testing of multi-layered building envelope on the basis of HPC in difference climate conditions”, „Rocznik Inżynierii Budowlanej”, z. 4, PAN Oddział w Katowicach, Katowice 2004, s. 17–24.
  8. M. Chiavarini, F. Gaggini, V. Massa, „A new methodology for the accelerated simulation of environmental attacks”, „Durability of Building Materials and Components”, vol. 2, London 1996.
  9. M. Prokop, „Badania odporności materiałów elewacyjnych na przyspieszone starzenie”, „Materiały Budowlane”, nr 10/1999, s. 78–79.
  10. J. Bochen, „Prognozowanie trwałości komponentów budowlanych eksponowanych na czynniki atmosferyczne na podstawie testów przyspieszonego starzenia”, Projekt Badawczy PBU-33/RB9/2010, Gliwice 2010–2013.
  11. J. Bochen, B. Wilk-Słomka, „Ustalenie programu klimatu symulowanego w komorze starzeniowej”, XIII Polska Konferencja Naukowo-Techniczna, „Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce”, Łódź Słok 2011, t. VI, nr 1, s. 17–20.
  12. T. Broniewski, „Problem strefowości procesów destrukcyjnych w materiałach budowlanych”, III Konferencja Naukowo­‑Techniczna „Zagadnienia Materiałowe w Inżynierii Lądowej”, MATBUD’2000, Kraków-Mogilany 2000.
  13. PN-88/B-06250, „Beton zwykły”.
  14. PN-70/B-10100, „Roboty tynkowe. Tynki zwykłe. Wymagania i badania przy odbiorze”.
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 4/2014
powiązane produkty

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Dobierz najlepszy materiał termoizolacyjny. Sprawdź »


Ocieplenie powinno być trwałe i odporne na niekorzystne oddziaływanie czynników atmosferycznych... ZOBACZ »


Jak ochronić przed wodą podpiwniczenia i fundamenty?

Wykańczasz dom i potrzebne Ci wysokiej jakości materiały?

W przypadku aplikacji na podłożach wykazujących mikropęknięcia, przy wykonywaniu izolacji wodoszczelnej wanien...
czytaj dalej »

Dopasuj rozwiązanie do Twoich potrzeb i rodzaju wykonywach prac... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Uszczelnianie dachu - to warto wiedzieć »

Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd »

Przeczytaj, zanim zdecydujesz się na zakup konkretnego materiału. czytaj dalej » Wszystkie znane obecnie źródła energii, poza energią geotermalną i atomową, są pośrednio efektem działania promieniowania słonecznego... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Akustyczne płyty ścienne i sufitowe »

Energooszczędne płyty warstwowe z izolacją z wełny mineralnej o unikalnych właściwościach przeciwpożarowych i strukturalnych...  czytaj dalej »


Jak przyspieszyć prace budowlane?

Zobacz, jak możesz zaoszczędzić czas (i pieniądze). Uzyskaj bezpłatną wycenę materiałów w 48 godzin!  czytaj dalej »


Łatwa hydroizolacja dachu bez mieszania i odmierzania »

Gdzie stosować izolację polimocznikową?

Wymagania dotyczące dachów płaskich będą zawsze kompleksowe. Już od dawna dachy płaskie stają się „dachami użytkowymi“, przykładowo dla urządzeń fotowoltaicznych, klimatyzacyjnych, wymienników ciepła i wielu innych...
czytaj dalej »

Być może wciąż zastanawiasz się czy Twoja firma powinna zainwestować w posadzki epoksydowe? Jeśli szukasz odpowiedniego materiału na podłogę w hali produkcyjnej... czytaj dalej »


Jak trwale zabezpieczyć budynki przed wodą?

Skutecznie zabezpiecz budowane konstrukcje przed pożarem »

Rozwijamy kreatywne rozwiązania dla osiągniecia pożądanego sukcesu nawet w przypadku specjalnych projektów czytaj dalej » Masywne elementy budowlane w starych obiektach często nie spełniają wymagań przeciwpożarowych określonych w obowiązujących przepisach. czytaj dalej »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »


W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... ZOBACZ »



Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Triflex Polska Triflex Polska
Triflex zyskał na rynku europejskim pozycję lidera w zakresie opracowywania, kompleksowego doradztwa oraz zastosowania uszczelnień i powłok...
6/2019

Aktualny numer:

Izolacje 6/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Problemy eksploatacyjne tynków wewnętrznych
  • - Warunki techniczne robót murarskich
Zobacz szczegóły
Jaką technologię wykonania tarasu wybrać w naszym klimacie?

Jaką technologię wykonania tarasu wybrać w naszym klimacie?

Zarówno w starych, jak i nowo wzniesionych budynkach coraz częściej można zauważyć bardzo zły stan balkonów i tarasów. Dlaczego tak się dzieje?
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.