Charakterystyka zawilgocenia w diagnostyce budynków

*****
Artykuł porusza kwestię diagnostyki budynków pod kątem zawilgocenia murów oraz projektowania wtórnych hydroizolacji. Autor wymienia prawidłową kolejność i zakresy prowadzonych prac osuszeniowych, a także opisuje następujące parametry: zawartość wilgoci, nasiąkliwość wagowa (maksymalna absorpcja wilgoci), higroskopijna wilgotność równowagowa, stopień przesiąknięcia wilgocią, higroskopijny stopień przesiąknięcia wilgocią, kapilarna absorpcja wody oraz chłonność resztkowa.

Diagnosing the causes of dampness in buildings

The article discusses the issue of building diagnostics in terms of wall moisture and the design of secondary hydro-insulation. The author lists the correct sequence and scope of drying operations, and describes the following parameters: moisture content, water absorption by weight (maximum moisture absorption), equilibrium relative humidity, degree of moisture penetration, hygroscopic degree of moisture penetration, capillary water absorption and residual absorption.
*****

Szczególnie przy projektowaniu wtórnych hydroizolacji elementów budynków stykających się z gruntem należy przeprowadzić wstępne badanie lokalnych warunków, które ma na celu dobór jak najlepszych, a zarazem możliwych do realizacji metod uszczelniania oraz dobór materiałów hydroizolacyjnych odpowiednich do przedmiotowego zastosowania. W przypadku, gdy nie zostaną przeprowadzone wystarczające badania diagnostyczne, a inwentaryzacja i ocena uszkodzeń nie zostaną uwzględnione w projekcie, dokumentację taką należy uznać za wadliwą. Natomiast w sytuacji, gdy wykonanie hydroizolacji wtórnych zakończy się niepowodzeniem, autor projektu powinien się wręcz spodziewać wynikających z tego roszczeń prawnych [1].

Poznaj: Wpływ zawilgocenia przegród zewnętrznych na zmianę temperatury powierzchni przegrody i wielkość strat ciepła

Wobec braku Polskich Norm z tego zakresu, podstawą planowania wtórnych hydroizolacji poziomych mogą być wytyczne krajowe – np. Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych (WTWiORB) Instytutu Techniki Budowlanej [3] – oraz organizacji międzynarodowych, takich jak WTA International, czyli Naukowo-Techniczne Stowarzyszenie na rzecz Konserwacji Budynków oraz Ochrony Zabytków (niem. Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege) [4–10]. Pomocne może się również okazać uwzględnienie austriackiej normy ÖNORM B 3355:2017-03 „Osuszanie zawilgoconych murów” (niem. Trockenlegung von feuchtem Mauerwerk) [11], która zawiera cenne informacje dotyczące procesów diagnostyki budynków oraz planowania prac renowacyjnych.

W myśl normy ÖNORM B 3355:2017-03 [11] podstawą skutecznego suszenia muru są następujące prace (RYS. 1):

• ustalenie stanu istniejącego wraz z koncepcją renowacji,
• szczegółowe planowanie renowacji,
• monitorowanie realizacji,
• kontrola efektywności.

Odstępstwa od tej procedury muszą być w odpowiedni sposób uzasadnione.

Badanie budynku przed przystąpieniem do prac projektowych ma na celu udokumentowanie aktualnego stanu obiektu. W koncepcji renowacji należy określić ramowe warunki planowanego osuszenia muru – w szerokim tego słowa znaczeniu (tj. obejmującym usunięcie źródeł zawilgocenia, np. poprzez wykonanie hydroizolacji wtórnych, oraz tzw. działania osłonowe). Badanie stanu i koncepcja renowacji stanowią część opracowania projektowego.

Podstawą prac budowlanych jest szczegółowy projekt prac renowacyjnych (plan renowacji), który musi opisywać zakres (lista niezbędnych prac) oraz termin (harmonogram prac) wykonania osuszenia muru. Szczegółowy plan renowacji musi zostać wykonany w ramach przygotowań do realizacji.

Monitorowanie realizacji ma na celu zapewnienie, że prace opisane w szczegółowym planie renowacji oraz w umowach budowlanych zostaną wykonane zgodnie ze specyfikacjami technicznymi, z uwzględnieniem wymagań jakościowych, jak również zastosowaniem materiałów o odpowiednich parametrach, w ilościach odpowiednich do zakresu zastosowania. W przypadku budynków zabytkowych badania diagnostyczne muszą uwzględniać wszystkie czynniki istotne dla zabytku – nie tylko czynniki czysto techniczne (budowlane), ale również wartości historyczne, artystyczne, kulturowe itp.
Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu, poszczególne prace (oględziny stanu obejmujące koncepcję renowacji, szczegółowy plan renowacji, monitorowanie wykonania i kontrolę efektywności) muszą zostać ujęte w harmonogramie inwestycji.

Przebieg prac związanych z badaniem stanu, który staje się podstawą opracowania koncepcji renowacji, przedstawiono na RYS. 2.

Kluczowym elementem badania stanu budowli są badania diagnostyczne mające na celu charakterystykę zawilgocenia (RYS. 2). Badania wilgotności w ramach diagnostyki konstrukcji murowanych to w zdecydowanej większości badania niszczące – wymagające pobrania próbek.

Najważniejszą zaletą tego typu pomiarów jest to, że dostarczają wyników, które można wykorzystać do oceny stanu budynku bez większego pola do interpretacji. Mimo tego w praktyce częstokroć unika się badań inwazyjnych lub ogranicza ilość pobieranych próbek. Jest to zrozumiałe w przypadku obiektów zabytkowych, lecz często wynika z chęci ograniczenia związanych z tym ostatecznie kosztów.

W niektórych przypadkach ocena zawilgocenia ograniczana jest wyłącznie do badań nieniszczących, a tym samym pomiary wilgotności muru w zdecydowanej większości przypadków zostają zawężone do przypowierzchniowego obszaru muru. Wyciągnięte na takiej podstawie wnioski dotyczące rozkładu wilgoci w strukturze muru obarczone są wysokim prawdopodobieństwem błędów – tym większym, im mniejsze doświadczenie osoby prowadzącej pomiary.

Jednoznaczna ocena rozkładu wilgoci w strukturze przegrody oraz oparta na niej ocena głównej przyczyny (lub przyczyn) zawilgocenia może być dokonana jedynie poprzez pomiar wilgotności w przekroju muru, tj. poprzez wykonanie tzw. profilu zawilgocenia. Próbki materiału – w postaci rdzenia wiertniczego, ewentualnie zwiercin – pobiera się w takim wypadku z kilku punktów znajdujących się na różnych wysokościach nad posadzką lub powierzchnią terenu, prostopadle do powierzchni przegrody (FOT. gł.). Następnie próbki dzieli się na mniejsze (pobrane z różnych głębokości) i bada ich zawilgocenie.

Ustalony w ten sposób profil rozkładu wilgoci jest następnie porównywany z czterema teoretycznymi rozkładami wilgoci w strukturze muru (RYS. 3). Pomimo tego, że w rzeczywistości zazwyczaj występuje więcej niż jedna przyczyna zawilgocenia, metodologia taka sprawdziła się w praktyce diagnostycznej i uważana jest za najbardziej miarodajną [1].

W celu scharakteryzowania zawilgocenia konstrukcji (RYS. 2) obok takich wielkości jak (zob. [13]):

• zawartość wilgoci,
• nasiąkliwość wagowa (maksymalna absorpcja wilgoci),
• higroskopijna wilgotność równowagowa,
• stopień przesiąknięcia wilgocią,
• higroskopijny stopień przesiąknięcia wilgocią

stosowane są również:

• kapilarna absorpcja wody oraz
• chłonność resztkowa.

Zawartość wilgoci (wilgotność) w praktyce budowlanej podawana jest zazwyczaj jako masowa zawartość wilgoci na jednostkę masy (wilgotność masowa) – definiowana jako stosunek masy wody „wydobytej” z próbki materiału do masy próbki suchej, wyrażony w procentach [1, 11, 14]:

gdzie:

u – wilgotność masowa [%],
m_w – masa wody [kg],
m_m – masa mokrego materiału [kg],
m_s – masa suchego materiału [kg].

Wilgotność masową określa się najczęściej przy zastosowaniu metody wagowo-suszarkowej. Próbki należy zważyć, wysuszyć w temperaturze 105 ± 5°C do stałej masy, a następnie ponownie zważyć. Materiały, z których w tak wysokiej temperaturze może oprócz wody związanej fizycznie odparować również woda związana chemicznie (np. gips), należy suszyć w temperaturze 40 ± 2°C.

Aby określić nasiąkliwość wagową, można zastosować próbki rozdrobione do granulatu o uziarnieniu 4/16 mm (do określania nasiąkliwości nie mogą być wykorzystywane próbki w formie zwiercin). Oznaczenie należy przeprowadzić poprzez przechowywanie w wodzie do momentu ustabilizowania się masy (nie krócej niż 48 godz.) pod ciśnieniem atmosferycznym (głębokość zanurzenia nie mniej niż 2 cm), opcjonalnie przez gotowanie. Należy stosować wodę dejonizowaną. Przed ważeniem z powierzchni granulatu należy usunąć (szmatką lub bibułą) nadmiar wody.

Po ustabilizowaniu się masy granulatu, należy go wysuszyć do stałej masy i wykonać obliczenia zgodnie z równaniem [1, 11, 14]:

gdzie:

u_f – nasiąkliwość przy ciśnieniu atmosferycznym [%],
m_f – masa nasyconego materiału (po zanurzeniu w wodzie i osiągnięciu stałej masy) [kg],
m_s – masa suchego materiału [kg].

Higroskopijna wilgotność równowagowa reprezentuje tę część całkowitej wilgoci zawartej w materiale, której wchłanianie związane jest nie tylko z warunkami klimatycznymi (wilgotnością względną oraz temperaturą otaczającego powietrza), ale również zawartością soli.

Każdy mineralny materiał budowlany oddziałuje z wilgotnością względną otaczającego powietrza. Ta interakcja i wynikające z niej zmiany są opisywane przez izotermy sorpcji, które zmieniają się znacząco w zależności od zanieczyszczenia materiału budowlanego solą.

Oznaczenie należy przeprowadzić na niewysuszonych, pokruszonych (o minimalnej wielkości ziarna 4 mm) próbkach do badań, przechowywanych w stałych warunkach klimatycznych, tj. 20 ± 2°C i 85 ± 5% wilgotności względnej, w komorze klimatycznej lub eksykatorze. Próbki należy najpierw przechowywać w ww. klimacie aż do osiągnięcia stałej masy, a następnie oznaczyć zawartość wilgoci (analogicznie jak przy wilgotności masowej) zgodnie z równaniem [1, 11, 14]:

gdzie:

u_h – higroskopijna wilgotność równowagowa [%],
m_h – masa próbki przechowywanej w określonych warunkach klimatycznych [kg],
m_s – masa suchego materiału [kg].

Próbki materiałów budowlanych na potrzeby określenia wilgotności higroskopijnej należy pobierać w strefy odparowywania wilgoci z muru. W tym obszarze koncentracja szkodliwych soli budowlanych jest zwykle najwyższa. Wilgotność higroskopijna próbek ze strefy parowania stanowi podstawę do oceny przy planowaniu renowacji. Wilgotność równowagową należy porównać z zawartością wilgoci – na podstawie tej zależności można ocenić, czy w tym konkretnym przypadku ma miejsce kapilarne podciąganie, higroskopijny pobór wilgoci, a może oba te zjawiska jednocześnie.

Można dokonać przybliżonego podziału w następujący sposób [1]:

• u_h = u – wyłącznie wilgoć higroskopijna, brak kapilarnego podciągania wilgoci,
• u_h < u – kapilarne podciąganie wilgoci, możliwy higroskopijny pobór wilgoci,
• u_h « u – dominuje kapilarne podciąganie.

Stopień przesiąknięcia wilgocią wskazuje, jaki procent przestrzeni porów dostępnej dla wody działającej pod ciśnieniem atmosferycznym (względnie pod długotrwałym ciśnieniem) był nią wypełniony w momencie usunięcia próbki materiału z elementu. Parametr ten wyraża stosunek wilgotności masowej do nasiąkliwości masowej zgodnie z wzorem [1, 11, 14]:

gdzie:

S – stopień przesiąknięcia wilgocią [%],
u – wilgotność masowa [%],
u_f – nasiąkliwość przy ciśnieniu atmosferycznym [%].

Stopień przesiąknięcia wilgocią jest wielkością istotną szczególnie dla określenia sposobu wykonania wtórnych hydroizolacji poziomych. Parametr ten jest m.in. jednym z kryteriów doboru preparatów iniekcyjnych. Do praktycznej oceny stopnia zawilgocenia konstrukcji stosowane są różne klasyfikacje (TABELA). W przypadku wysokiego lub ekstremalnego stopnia nasycenia przed przystąpieniem do wykonywania dalszych prac może być wymagane wstępne osuszenie konstrukcji [1].

Zgodnie z normą ÖNORM B 3355 [11] przy niskim stopniu zawilgocenia muru nie ma potrzeby wykonywania wtórnej hydroizolacji poziomej, natomiast należy rozważyć podjęcie działań osłonowych (flankujących). Natomiast przy stwierdzeniu średniego lub wysokiego stopnia przesiąknięcia wilgocią decyzję o wykonaniu wtórnej hydroizolacji poziomej należy podjąć na podstawie indywidualnych warunków miejscowych, a działania osłonowe należy uznać za niezbędne. W razie potrzeby należy przeprowadzić oznaczenie higroskopijnego stopnia przesiąknięcia wilgocią. Wartość ta wskazuje minimalny osiągalny stopień przenikania wilgoci – oblicza się ją na podstawie higroskopijnej wilgotności równowagowej i nasiąkliwości wagowej [1, 11]:

gdzie:

S_h – stopień nasycenia higroskopijnego [%],
u_h – wilgotność równowagowa [%],
u_f – nasiąkliwość przy ciśnieniu atmosferycznym [%].

Do określenia kapilarnej absorpcji wody należy stosować próbki w formie rdzeni wiertniczych (o średnicy ≤ 100 mm) względnie próbki pobrane metodą odkuwania.

Materiał należy suszyć w podwyższonej temperaturze – zazwyczaj 40 ± 2°C, aż do uzyskania stałej masy. Następnie należy oznaczyć kapilarną absorpcję wody, zanurzając materiał w wodzie (układając go zgodnie z orientacją w murze) na głębokość nieprzekraczającą jednej dwudziestej wysokości próbki.

Zawilgocenie próbek należy prowadzić do momentu ustabilizowania się ich masy, jednak nie krócej niż 48 godz. Wówczas należy je ponownie wysuszyć do stałej masy, a kapilarną absorpcję wody oznaczyć zgodnie z wzorem [11, 14]:

gdzie:

u_k – kapilarna absorpcja wody [%],
m_k – masa próbki zawilgoconej w wyniku absorpcji kapilarnej [kg],
m_s – masa suchego materiału [kg].

Chłonność resztkowa stanowi różnicę wilgotności masowej oraz kapilarnej absorpcji wody, zgodnie z równaniem [11, 14]:

gdzie:

r – chłonność resztkowa [%],
u – wilgotność masowa [%],
u_k – kapilarna absorpcja wody [%].

Wartość chłonności resztkowej może być dodatkową wskazówką pozwalającą zdiagnozować inne źródła zawilgocenia niż (lub obok) kapilarnego podciągania wilgoci z gruntu.

Literatura

1. J. Weber, „Bestandsanalyse und Mauerwerksdiagnostik” [w:] J. Weber, V. Hafkesbrink (red.), „Bauwerksabdichtung in der Altbausanierung. Verfahren und juristische Betrachtungsweise”, Springer Vieweg, Wiesbaden 2018, 107–142.
2. B. Monczyński, „Diagnostyka zawilgoconych konstrukcji murowych”, „IZOLACJE” 1/2019, s. 89–93.
3. B. Francke, „Warunki Techniczne Wykonania i Odbioru Robót Budowlanych. Część C: Zabezpieczenia i izolacje. Zeszyt 5: Izolacje przeciwwilgociowe i wodochronne części podziemnych budynków”, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2019.
4. WTA Merkblatt 4-5-99/D, „Beurteilung von Mauerwerk – Mauerwerksdiagnostik”.
5. WTA Merkblatt 4-6-14/D, „Nachträgliches Abdichten erdberührter Bauteile”.
6. WTA Merkblatt 4-7-15/D, „Nachträgliche mechanische Horizontalsperre”.
7. WTA Merkblatt 4-9-19/D, „Nachträgliches Abdichten und Instandsetzen von Gebäude- und Bauteilsockeln”.
8. WTA Merkblatt 4-10-15/D, „Injektionsverfahren mit zertifizierten Injektionsstoffen gegen kapillaren Feuchtetransport”.
9. WTA Merkblatt 4-11-16/D, „Messung des Wassergehalts bzw. der Feuchte von mineralischen Baustoffen”.
10. WTA Merkblatt 4-12-21/D, „Ziele und Kontrolle von Schimmelpilzschadensanierungen in Innenräumen”.
11. ÖNORM B 3355:2017-03, „Trockenlegung von feuchtem Mauerwerk – Bauwerksdiagnostik und Planungsgrundlage”.
12. M. Bonk, „Sanierung von Abdichtungen” [w:] E. Cziesielski (red.) „Lufsky Bauwerksabdichtung”, Teubner, Wiesbaden 2006, 369–422.
13. B. Monczyński, „Woda i jej obecność w strukturze materiałów budowlanych”, „IZOLACJE” 1/2024, 140–146.
14. M. Balak, A. Pech, „Mauerwerkstrockenlegung: Von den Grundlagen zur praktischen Anwendung”, Birkhäuser Verlag GmbH, Basel 2017.