Transport wody w postaci ciekłej w porowatych materiałach budowlanych

Liquid water transport in porous construction materials
Widoczne wykwity solne na powierzchni ściany powstałe na skutek podciągania kapilarnego wody w materiałach budowlanych sygnalizują problem obecności wilgoci w murze.
Widoczne wykwity solne na powierzchni ściany powstałe na skutek podciągania kapilarnego wody w materiałach budowlanych sygnalizują problem obecności wilgoci w murze.
Fot. Archiwum redakcji

Do zawilgocenia przyziemnej części budynku może dojść na skutek wnikania i akumulacji wody w postaci pary wodnej lub przez przenikanie wody w postaci ciekłej [1].

Przyrost zawilgocenia w porowatym materiale można podzielić na sześć etapów, które przedstawiono na RYS. 1–6 – zawartość wody wzrasta zazwyczaj w kolejności od RYS. 1 do RYS. 6 [2].

W bardzo suchym materiale budowlanym (RYS. 1) całość pary wodnej wnikającej do porów w wyniku adsorpcji wiązana jest w cienkiej warstwie molekuł na wewnętrznej powierzchni porów – na tym etapie nie można jeszcze mówić o „transporcie”. Dopiero gdy wszystkie ściany porów zostaną pokryte jedną lub kilkoma warstwami molekuł wody (RYS. 2.), przestrzeń porów staje się otwarta na dyfuzję pary wodnej. Grubość warstwy molekuł zgromadzonej na wewnętrznej powierzchni porów pozostaje w równowadze z względną wilgotnością powietrza wewnątrz porów.

W kolejnym etapie węższe pory w wyniku kondensacji kapilarnej zostają wypełnione wodą w fazie ciekłej (RYS. 3.), podczas gdy w większych porach woda nadal występuje jedynie w postaci pary oraz warstwy adsorpcyjnej (która jest na tyle cienka, że transport wody w tych przestrzeniach nadal odbywa się jedynie na drodze dyfuzji). Gdy grubość warstwy adsorpcyjnej staje się odpowiednio duża (RYS. 4.), transport wody w fazie ciekłej staje się również możliwy w szerszych porach, przez co wydajność transportu wody wzrasta w porównaniu z samą dyfuzją. Wraz ze wzrostem zawartości wody w fazie ciekłej (RYS. 5.) może rozwinąć się efektywny przepływ nienasycony (przepływ kapilarny). Pęcherzyk powietrza w rozszerzeniu porów pozostaje nadal zwarty, ale można go scharakteryzować jako „swobodnie unoszący się w wodzie”. W końcowym etapie (RYS. 6.) przestrzeń porów zostaje całkowicie nasycona wodą, a transport wilgoci jest w pełni zgodny z prawem Darcy’ego [2].

Transport wilgoci w fazie ciekłej poniżej zakresu wilgoci kapilarnej (RYS. 4.) powoduje w warunkach izotermicznych zwiększenie się współczynnika transportu pary wodnej. Powodowane jest to przez przyspieszenie całkowitego przepływu masy.

RYS. 1–6. Schematyczne przedstawienie transportu wilgoci w porowatym materiale budowlanym wraz ze wzrostem zawilgocenia. Objaśnienia: 1 – zwężenie porów, 2 – rozszerzenie porów; rys.: [2]

W przypadku materiałów budowlanych zdolnych do adsorpcji pary, wzdłuż powierzchni porów równoległych do gradientu ciśnienia pary wodnej wewnątrz przestrzeni porów, występuje również gradient wilgoci sorpcyjnej. Transport wilgoci w fazie ciekłej jest wynikiem ruchu zaadsorbowanej warstewki wody, natomiast potencjałem wymuszającym transport jest wilgotność względna.

W warunkach izotermicznych transport w fazie ciekłej nakłada się na strumień dyfuzji, zwiększając całkowity strumień masy (RYS. 7). Jednakże z uwagi na inne czynniki powodujące dyfuzję pary wodnej (ciśnienie cząstkowe pary) oraz transport fazy ciekłej (wilgotność względna) w warunkach nieizotermicznych dyfuzja może przebiegać w kierunku przeciwnym do transportu warstwy cienkiej zaabsorbowanej wody, co prowadzi do zmniejszenia całkowitego strumienia masy (RYS. 8) [3].

RYS. 7–8. Wzajemne relacje kierunków dyfuzji, transportu cienkiej warstwy cieczy oraz sorpcji/desorpcji wewnątrz porów materiału: bez gradientu temperatury – proces izotermiczny (7) oraz w obecności gradientu temperatury – proces nieizotermczny (8). Oznaczenia: φ – wilgotność względna, pv – ciśnienie pary wodnej, θ – temperatura, ↑ – wyższy, ↓ – niższy, 1 – dyfuzja, 2 – transport cienkiej warstwy cieczy, 3 – sorpcja, 4 – desorpcja; rys.: [3]
RYS. 7–8. Wzajemne relacje kierunków dyfuzji, transportu cienkiej warstwy cieczy oraz sorpcji/desorpcji wewnątrz porów materiału: bez gradientu temperatury – proces izotermiczny (7) oraz w obecności gradientu temperatury – proces nieizotermczny (8). Oznaczenia: φ – wilgotność względna, pv – ciśnienie pary wodnej, θ – temperatura, – wyższy, – niższy, 1 – dyfuzja, 2 – transport cienkiej warstwy cieczy, 3 – sorpcja, 4 – desorpcja; rys.: [3]

Proces migracji pary wodnej w wyniku dyfuzji zanika w miarę rozszerzania się obszarów zawierających wodę kapilarną (RYS. 5.) – pojawia się przepływ kapilarny o bardziej intensywnym charakterze [4]. Kapilarna absorpcja i transport wody możliwy jest jedynie w porach o promieniu od 10–7 do 10–4 m (od 100 nm do 0,1 mm) nazywanych też porami kapilarnymi lub włoskowatymi (RYS. 9) [5, 6], a jego przyczyną jest zjawisko fizyczne określane jako napięcie powierzchniowe.

RYS. 9. Średnica porów transportujących wilgoć kapilarną; rys.: [7]
RYS. 9. Średnica porów transportujących wilgoć kapilarną; rys.: [7]

Napięcie powierzchniowe to zjawisko obserwowane na powierzchniach zewnętrznych cieczy, będące następstwem oddziaływań międzycząsteczkowych występujących wewnątrz cieczy. Siły spójności (kohezji) działające na pojedynczą cząsteczkę znajdującą się z dala od powierzchni zewnętrznej znoszą się wzajemnie, na powierzchni natomiast wypadkowa sił spójności skierowana jest do wnętrza cieczy (siłę tę równoważy ciśnienie wewnętrzne cieczy).

Ponieważ napięcie powierzchniowe przeciwdziała powiększaniu się powierzchni zewnętrznej cieczy, definiowane jest ono jako praca wykonana w wyniku działania siły F na powierzchnię A w celu zwiększenia jej powierzchni (RYS. 10) i wyraża się wzorem [6]:

gdzie:

σ – napięcie powierzchniowe [J/m2 = kg/s2 = N/m],
ΔW– wykonana praca [J],
ΔA– uzyskany przyrost pola powierzchni zewnętrznej [m2]

Na RYS. 11–16 przedstawiono przykłady zachowania się wody w wyniku działania napięcia powierzchniowego – można zaobserwować kulisty kształt swobodnie opadającej kropli, dobre i słabe zwilżanie powierzchni ciał stałych opadanie (depresję) oraz wznoszenie się (podciąganie) wody w wąskiej rurce, a także tworzenie się menisku na krawędziach powierzchni wody [2]. 

Czytaj też: Kierunek przepływu pary wodnej przez strop nad piwnicą dla okresu zimowego i letniego >>>

RYS. 11–16. Najczęściej obserwowane efekty napięcia powierzchniowego wody: swobodna opadająca kropla (11), dobre zwilżanie powierzchni ciała stałego (12), słabe zwilżanie powierzchni ciała stałego (13), depresja kapilarna (14), podciąganie kapilarne (15), podniesienie na granicy faz (16); rys.: [2]
RYS. 11–16. Najczęściej obserwowane efekty napięcia powierzchniowego wody: swobodna opadająca kropla (11), dobre zwilżanie powierzchni ciała stałego (12), słabe zwilżanie powierzchni ciała stałego (13), depresja kapilarna (14), podciąganie kapilarne (15), podniesienie na granicy faz (16); rys.: [2]
Abstrakt

W artykule opisano przebieg transportu wilgoci w porowatym materiale budowlanym. Zilustrowano przykłady zachowania się wody w wyniku działania napięcia powierzchniowego, a także przedstawiono wzory dotyczące podstawowych praw opisujących kapilarny transport wilgoci.

Liquid water transport in porous construction materials.

The article describes the course of moisture transport in porous construction material. Demonstration water behavior resulted from surface tension is illustrated, as well as formulas for basic laws describing capillary moisture transport are presented

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »
Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 2/2020

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Płyty warstwowe - co warto wiedzieć?


Płyty warstwowe składają się z dwóch zewnętrznych okładzin metalowych, oddzielonych... ZOBACZ »


Wszystko o skutecznej hydroizolacji »

Uzyskaj pomoc w finansowaniu termomodernizacji »

Dlaczego hydroizolacja budynków jest tak ważną kwestią? Każdego roku na całym świecie czytaj dalej »

W praktyce, przeprowadzając termomodernizację budynku dociepla się ściany zewnętrzne, wymienia się okna i drzwi, modernizuje się systemy grzewcze i wentylacyjne..... czytaj dalej »

Co warto wiedzieć o ocieplaniu wełną skalną?


Konieczności ocieplania ścian zewnętrznych wynika nie tylko ze względów ekonomicznych – im lepiej izolowane ściany, tym ZOBACZ »


Systemy mocowań - jaki wybrać? Na co zwrócić uwagę?

Innowacyjne płyty styropianowe »

Dobór system mocowań elewacyjnych uzależniony jest m.in. od rodzaju materiału, z jakiego wykonane są ściany... czytaj dalej » Płyty będą mieć polepszone właściwości użytkowe i tym samym spełniać surowsze normy... czytaj dalej »

Ogniochronny bandaż pęczniejący - gdzie i kiedy go stosować?


Do prawidłowego oznaczenia przepustów instalacyjnych wykonanych przy... ZOBACZ »


Od czego zacząć termomodernizację domu? Co zrobić, aby uzyskać dotację?

Czego użyć do naprawy balkonu lub tarasu?

Jak dzięki termomodernizacji zmniejszyć zuzycie energii na ogrzewanie domów nawet o 69%?.. czytaj dalej » Jak obliczyć spadek balkonu? Po co wykorzystywać sznur dylatacyjny? czytaj dalej »

Farby do wnętrz i elewacji - jakie powinny być?


W 2002 r. rynek farb fasadowych został zrewolucjonizowany przez farbę zolowo-krzemianową, która bazuje na całkowicie nowatorskiej koncepcji spoiw, dzięki czemu... ZOBACZ »


Jak oszczędzić na ogrzewaniu budynku?

Chcesz poprawić efektywność energetyczną domu?

Zarabiaj pieniądze sprzedając prąd... czytaj dalej » Mniej więcej jedna trzecia globalnie zużywanej energii jest obecnie wykorzystywana do ogrzewania i chłodzenia budynków... czytaj dalej »

Szukasz narzędzi i materiałów do codziennej pracy?


Szukasz produktów w specjalnych promocyjnych cenach? ZOBACZ »


Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Kiedy i gdzie stosować płyty warstwowe?

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury...czytaj dalej »

Płyty warstwowe z wełny mineralnej posiadają odporność ogniową EI do... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...
czytaj dalej »


Termomodernizacja – co obejmuje w praktyce?

Kiedy zastosować izolację z keramzytu?

Izolacja keramzyt

Termomodernizacja to szereg działań, które polegają na zmianach w strukturze budynku, a także... czytaj dalej »

Keramzyt nie traci swoich właściwości wraz z upływem czasu, dlatego można... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

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 »
10/2020

Aktualny numer:

Izolacje 10/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Szklana fasada o podwójnym przepływie powietrza
  • - Fala renowacji
Zobacz szczegóły
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Flowcrete Polska Sp. z o.o.
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Jesteśmy producentem i dystrybutorem materiałów do wykonywania bezspoinowch posadzek żywicznych -...
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

.