Nieinwazyjne metody przywracania równowagi wilgotnościowej budynków zabytkowych

*****
Artykuł porusza kwestie nieinwazyjnych metod przywracania równowagi wilgotnościowej budynków zabytkowych. Przedstawiono w nim wykaz metod stosowanych w celu ograniczenia zawilgocenia wynikającego z kapilarnego podciągania wilgoci z gruntu.

Non-invasive methods of restoring the humidity balance of historic buildings

The article discusses non-invasive methods of restoring the humidity balance of historic buildings. It presents a list of methods used to reduce moisture resulting from capillary rise of moisture from the ground.
*****

Przy renowacji zawilgoconych budynków zabytkowych należy – zgodnie z zasadami minimalnej niezbędnej ingerencji, poszanowania integralności technicznej zabytku (zachowania rozwiązań technicznych i estetycznych typowych dla czasu, w którym budynek powstał) oraz powrotu do bezpiecznego stanu początkowego – unikać metod inwazyjnych [2]. Przez bezpieczny stan początkowy należy rozumieć stan równowagi wilgotnościowej (ani nadmierne zawilgocenie, ani nadmierne przesuszenie), wynikający z szybkiego i sprawnego odprowadzania wody oraz ograniczania jej szkodliwego oddziaływania na budowlę [2, 3].

Czytaj też o: Stanach awaryjnych zabytkowych więźb dachowych

W przypadku muru zawilgacanego na skutek kapilarnego transportu wody można wprowadzić umowny podział na trzy strefy: poboru wody, zawilgacania oraz odparowywania [4]. Jeśli mur znajduje się w stanie równowagi (zawilgocenie nie ulega zmianie), wydajność pochłaniania wody (tj. ilość dostarczanej wody) równoważona jest przez wydajność dyfuzyjnego parowania (ilość wody odparowującej). Maksymalna wysokość podciągania wilgoci w murze jest zatem wypadkową trzech czynników: zaopatrzenia w wodę, zdolności odparowania oraz właściwości muru (jego struktury) i materiałów, z których został wykonany (ilości i wielkości porów, ich krętości, wzajemnych połączeń itp.) (RYS. 1) [5]. Modyfikacja nawet jednego z tych czynników może mieć zatem wpływ na ograniczenie negatywnych skutków omawianego zjawiska.

Na RYS. 2 przedstawiono wykaz metod stosowanych w celu ograniczenia zawilgocenia (jak również związanych z nim szkód) wynikającego z kapilarnego podciągania wilgoci z gruntu. Obok metod odtwarzania poziomej hydroizolacji przeciwwilgociowej sensu stricto, na schemacie znaleźć można metody pośredniego ograniczania podciągania kapilarnego. Choć z jednej z strony postrzegane są one jako „techniki zastępcze”, które nie mogą zagwarantować trwałego i w pełni skutecznego zabezpieczenia przegród budowlanych [6], z drugiej – szczególnie w przypadku budynków zabytkowych – metody mechaniczne oraz iniekcyjne postrzegane są jako nurt „ciężkiej chirurgii”, które należy traktować nie jako standard, ale jako rozwiązanie dopuszczalne w sytuacjach wyjątkowych i rezerwować jedynie dla przypadków, kiedy mimo podjętych działań przegrody nie powracają do stanu równowagi wilgotnościowej [2, 7, 8].

Jednym ze stosowanym w przeszłości rozwiązań, mającym na celu utrzymanie muru w stanie równowagi wilgotnościowej, było osuszanie zawilgoconych ścian za pomocą pionowych szczelin wentylacyjnych. W murze, zarówno w pionie, jak i w poziomie, wykonywano szczeliny lub osadzano gliniane rurki (RYS. 3–5, FOT. 1). Wentylacja była zwykle skierowana ku górze.

Aby zapobiec przedostawaniu się liści, błota oraz owadów, otwory wyposażane były niekiedy w kratkę wentylacyjną [15].

Oprócz tego stosowane były warstwy i rowy wentylacyjne (oraz ściany zabezpieczone hydroizolacją). Nie należy mylić obu rozwiązań – o ile warstwy wentylacyjne powstawały poprzez rozdzielenie dwóch warstw muru warstwą powietrza – zwykle o szerokości od 5 do 25 cm (RYS. 6) połączonych żelaznymi klamrami lub elementami murowymi zabezpieczonymi smołą, o tyle tzw. galerie wychodziły poza obrys budynku – wznoszono dodatkową ścianę, która nie miała połączenia z murem piwnicy. Mur taki sięgał do podstawy fundamentu i dopiero w tym miejscu łączony był z „właściwym” budynkiem, względnie wykonywany był w formie schodkowej ściany oporowej (RYS. 7). Rowy izolacyjne miały zwykle szerokość od 0,5 do 1 metra [15].

Rozwiązania takie zapewniało skuteczną ochronę przed przenikaniem wilgoci pochodzącej z gruntu (działającej na pionowe powierzchnie elementów budynku). Nie rozwiązywało jednak całkowicie problemy zawilgocenia budynku, o ile nie zapewniono prawidłowego odprowadzenia wód opadowych (deszczu i śniegu). Aby temu zaradzić, opracowano różne metody zapobiegania przedostawaniu się wilgoci działającej od góry. Warstwy i rowy przewietrzające przykrywano panelami drewnianymi lub też płytami kamiennymi lub betonowymi (RYS. 8).

W niektórych przypadkach panele przeplatano kratkami, aby umożliwić wentylację. To powodowało, że deszcz i śnieg na powrót mogły przedostać się do środka i musiały być usuwane. W tym celu na dnie montowano kanał odprowadzający wodę. Niekiedy zamiast stosowania przykrycia z płyt betonowych nad rowami izolującymi wykonywano sklepienia (RYS. 8). Rozwiązanie takie skutecznie sprawiało, że rzeczywisty mur piwnicy nie miał kontaktu z gruntem, a tym samym zapewniało ochronę przed zawilgoceniem.

Z drugiej jednak strony wzrastała wilgotność powierza w tak zamkniętej przestrzeni, co z kolei powodowało intensyfikację kapilarnego podciągania wilgoci. W związku z tym konieczna okazała się odpowiednia wymiana powietrza. Istniały różne podejścia do odprowadzania wilgotnego i zimnego powietrza. Jednym z pomysłów (stosunkowo szybko porzuconych) było podłączenie rowów izolacyjnych do kominami i odprowadzenie wilgotnego powietrza poprzez dach [15].

Również współcześnie, w przypadku gdy przyczyną zawilgocenia muru jest otaczający teren, zawilgocony na skutek wnikania w niego wody pochodzącej z opadów atmosferycznych lub wód powierzchniowych, stosuje się niekiedy osuszanie za pomocą czasowych i stałych rowów przewietrzających i dystansujących ściany od ziemi, względnie głębszego drenażu opaskowego. Rowy przewietrzające najczęściej stosowane są w miastach, w przypadku gdy teren na zewnątrz budynków zabytkowych uległ w czasie ich istnienia znacznemu podniesieniu, np. wyniku narastania warstw kulturowych, a skutkiem tego posadzka parteru znalazła się poniżej terenu. Gdy usunięcie nawarstwień ziemi nie jest możliwe, aby zabezpieczyć partie murów znajdujące się poniżej poziomu gruntu nasypowego, a otoczone nimi pomieszczenia od szkód związanych z zawilgoceniem, stosuje się rozwiązanie polegające na wykonaniu wokół zewnętrznych murów budynku rowu o głębokości sięgającej co najmniej, a najlepiej 10–20 cm poniżej poziomu posadzki wnętrza lub tak zwanego punktu zero (miejsce styku dwóch struktur o różnych właściwościach fizycznych: nienasiąkliwych – zwykle kamiennych – fundamentów oraz nasiąkliwych murów ceglanych), zgodnego zwykle z poziomem pierwszej posadzki (RYS. 9) [1, 7].

Osuszanie murów tą metodą jest bardzo czasochłonne i niekiedy może trwać nawet kilka lat. Dlatego też rowy osuszające z reguły pozostawia się na stałe, nadając im odpowiednią oprawę architektoniczną poprzez wykonanie tzw. galerii. Grunt należy w takim wypadku zabezpieczyć przed osuwaniem, poprzez wykonanie ścianki oporowej o odpowiedniej konstrukcji oraz zabezpieczonej warstwą hydroizolacji. Galerie mogą mieć formę otwartą, z przykryciem kratką na całej długości, lub zamkniętą. W przypadku galerii otwartych konieczne jest odprowadzenie do instalacji burzowej wody, która się do niej dostanie podczas opadów atmosferycznych. Galerie zamknięte natomiast muszą mieć zapewnioną cyrkulację powietrza – skuteczny nawiew i wywiew. Osiąga się ją bądź przez budowę specjalnego komina (FOT. 2) bądź też poprzez przyłączenie do kominów już istniejących [1, 7, 16].

Na początku XX w. opracowano inną metodę, która stosowana była do przełomu lat 70. i 80. minionego stulecia – tak zwane rurki ścienne lub wentylacyjne, określane również drenami wentylacyjnymi, a najbardziej znane (od nazwiska wynalazcy, belgijskiego inżyniera A. Knapena) jako „otwory Knapena” (FOT. 3, RYS. 10).

Według założeń tej metody kapilarne podciąganie wilgoci w murze jest ograniczane za pomocą porowatych rurek glinianych, najczęściej trójkątnych lub okrągłych, umieszczonych w nawierconych wcześniej szeregowo otworach, na wysokości kilkunastu centymetrów nad ziemią (RYS. 9). Metoda stawiana jest niekiedy na równi z izolacjami poziomymi.

Rurki umieszczano w otworach nawierconych, przy zachowaniu niewielkich odstępów, pod kątem około 25–30° (oś nawiertów skierowana była na zewnątrz), na głębokość połowy grubości muru. Do osadzania rurek stosowano porowatą zaprawę wapienną z dodatkiem grubego piasku. Taki skład zaprawy miał ułatwiać przedostawanie się wody z muru. Otwory mogły być wykonywane jednorzędowo, zazwyczaj jednak w dwóch lub trzech rzędach, umieszczonych jeden nad drugim w odległości od 20 do 50 cm.

Założeniem metody było zwiększenie powierzchni odparowania wilgoci – do wnętrza rurek przedostawało się suche powietrze, które przepływając przez ich górne partie pochłaniało wilgoć przenikającą z muru. Nasycone parą wodną, a więc cięższe powietrze opadało w niższe partie otworu oraz wydostawało do powietrza zewnętrznego (choć odnotowano również zastosowania z otworami od strony pomieszczeń wewnątrz budynku). W ten sposób następować miała stała wymiana powietrza, tak aby w dłuższym okresie mur został trwale osuszony.

Metoda ta wzbudzała sporo kontrowersji. Według niektórych autorów obniża nieco zawilgocenie w strefie otworów, lecz nie zapobiega procesom wznoszenia się wody z gruntu. W początkowym okresie po wykonaniu otworów obserwowano zazwyczaj efekt osuszenia muru, jednakże wraz z upływem czasu dochodziło do gromadzenia się oraz krystalizacji w glinianych rurkach szkodliwych soli budowlanych, co (z uwagi na ich higroskopijność) powodowało silną penetrację wilgoci i/lub powstawanie wykwitów solnych oraz złuszczenia w obszarze otworów. W drugiej połowie XX wieku gliniane rurki zastępowano elementami szkliwionymi, a pod koniec lat 70. nawet plastikowymi [1, 13, 15, 17].

Jedną z metod ochrony zabytkowych budynków przed zawilgoceniem oraz przywracania ich do równowagi wilgotnościowej jest spoinowanie murów porowatymi zaprawami. W przeszłości do wnoszenia murów ceglanych oraz kamiennych używano niemal wyłącznie porowatych zapraw wapiennych z dodatkiem grubego kruszywa. Zaprawa taka zapewniała odprowadzenie wody z elementów murowych, to jest mniej porowatych kamieni lub cegieł. Powszechnie występującym obecnie błędem jest uzupełnianie uszkodzonych spoin zabytkowych murach szczelną, mniej porowatą zaprawą cementową. Następstwem takich zabiegów jest destrukcja elementów murowych – uszkodzeniu ulega zatem element, który trudniej wymienić lub uzupełnić (FOT. 4) [13].

Aby zapewnić równowagę wilgotnościową muru, zaprawy stosowane do uzupełniania spoin powinny posiadać nie tylko odpowiednie właściwości mechaniczne, ale przede wszystkim charakteryzować się odpowiednią nasiąkliwością, a tym samym zapewniać kapilarny transport wilgoci. Wytrzymałość na ściskanie takiej zaprawy nie powinna być wyższa niż 6 MPa, nasiąkliwość powinna wynosić około 15%, a czas kapilarnego podciągania wody nie niższy niż 50 mm w ciągu godziny. Zaprawa powinna spełniać również takie wymogi jak:

• odpowiednia plastyczność,
• przyczepność,
• niski skurcz,
• minimalna zawartość soli rozpuszczalnych w wodzie.

Powinna być ponadto odporna na działanie mrozu oraz krystalizacji soli rozpuszczalnych w wodzie. W TABELI przedstawiono właściwości kilku zapraw odpowiednich do spoinowania zabytkowych murów ceglanych [13].

Jednym z najnowszych rozwiązań, mających na celu zapewnienie równowagi wilgotnościowej murów obiektów zabytkowych, bez nadmiernej ingerencji w ich strukturę jest metoda drenażu dwufunkcyjnego, stosowanego w celu obniżenia potencjału wilgoci ośrodka przyległego do muru fundamentowego, tak aby osiągnąć „efekt ssania” względem ośrodka murowego (RYS. 11) [18].

Metoda ta jest modyfikacją stosowanego dotychczas sposobu drenażu [19] poprzez wprowadzenie rozdzielenia przyściennego komina filtracyjnego w drenażu opaskowym na część osuszającą i część zbierającą wodę infiltracyjną. Podstawowym elementem rozwiązania jest zabezpieczenie od góry – przez ułożenie wodoszczelnej, a zarazem paroprzepuszczalnej membrany – przyściennej strefy osuszającej przed infiltracją wody pochodzącej z opadów atmosferycznych. Ułożona na warstwie żwiru, względnie perforowanej kształtce z polistyrenu, geowłóknina odprowadza wody opadowe do odseparowanego i pełniącego wyłącznie funkcję odwadniającą złoża. Górna paroprzepuszczalna osłona ma za zadanie zabezpieczać przed nawadnianiem w okresie opadów atmosferycznych, a zarazem odprowadzać wodę parującą z pobocznicy. Efektem działania drenażu jest obniżenie górnego poziomu strefy saturacji w gruncie poniżej poziomu posadowienia budynku, tak aby mur fundamentowy w całości znajdował się w strefie aeracji, a woda infiltracyjna była na bieżąco odprowadzana do szczeliny odwadniającej (stan układu drenażowego należy regularnie kontrolować za pośrednictwem studni kontrolno-wyczystnych).

Literatura

1. Borusiewicz W., „Konserwacja zabytków budownictwa murowanego”, Arkady, Warszawa 1985.
2. Rouba B. J., „Zawilgocenie – problem opiekuna kościoła”, „Renowacje i Zabytki” 1/2021, s. 122–137.
3. Eckert, W., Filipowicz, P., Młynarczyk, G., Pedrycz, W., Rouba, B.J., „Optymalizacja metod konserwacji. Zagadnienie nierównowagi wilgotnościowej w obiektach zabytkowych”, Narodowy Instytut Dziedzictwa, Warszawa 2022.
4. Trochonowicz M., „Analiza skuteczności przepon wykonanych metodami iniekcji chemicznej w murach z opoki wapnistej”, Politechnika Lubelska, Lublin 2011.
5. Franzoni E., „State-of-the-art on methods for reducing rising damp in masonry”, „Journal of Cultural Heritage”, vol. 31, 2018, S3–S9.
6. Wójcik R., „Ochrona budynków przed wilgocią i wodą gruntową” (w:) Klemm P. (red.), „Budownictwo ogólne t. 2. Fizyka budowli”, Arkady, Warszawa 2005, s. 913–981.
7. Rouba B.J., „Pielęgnacja świątyni i innych zabytków. Książka nie tylko dla księży”, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2014.
8. Nowogońska B., „Diagnostyka w rewitalizacji terenów poprzemysłowych – przykład budynku pofabrycznego w Zielonej Górze”, „Przegląd Budowlany” 11/12/2021, s. 61–64.
9. Karyś J., „Sposoby osuszania budynków” (w:) Ważny J., Karyś J. (red.), „Ochrona budynków przed korozją biologiczną”, Arkady, Warszawa 2001, s. 256–279.
10. Weber J., „Horizontalsperren im Injektionsverfahren” (w:) Weber J., Hafkesbrink V. (red.), „Bauwerksabdichtung in der Altbausanierung. Verfahren und juristische Betrachtungsweise”, Springer Vieweg, Wiesbaden 2018, 257–304.
11. Balak M., Pech A., „Mauerwerkstrockenlegung: Von den Grundlagen zur praktischen Anwendung”, Birkhäuser Verlag GmbH, Basel 2017.
12. Magott C., Rokiel M., „Sposoby wykonywania izolacji wtórnych i osuszanie budynków” (w:) Karyś J. (red.), „Ochrona przed wilgocią i korozją biologiczna w budownictwie”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2014, s. 248–293.
13. Domasłowski W., „Zabytki kamienne i metalowe, ich niszczenie i konserwacja profilaktyczna”, Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń 2011.
14. EMERISDA, „Summary report on existing methods against rising damp D2.1 FINAL version 31-07-2014”, 2014.
15. Frössel F., „Mauerwerkstrockenlegung und Kellersanierung. Wenn das Haus nasse Füße hat”, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart, 2012.
16. Kisilewicz B., Fedorczak-Cisak M., „Metody renowacji hydroizolacji części podziemnych budynków”, „Materiały Budowlane” 11/2003, s. 26–27.
17. Adamowski J., Hoła J., Matkowski Z., „Metody osuszania przegród budowlanych”, „Materiały Budowlane” 1/2007, s. 110–114.
18. Wójcik R., „Osuszanie zabytkowych murów fundamentowych metodą drenażu dwufunkcyjnego”, „Materiały Budowlane” 3/2022, s. 20–24.
19. Monczyński B., „Odwadnianie budynków za pomocą drenażu opaskowego”, „IZOLACJE” 3/2023, s. 144–149.