Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – metody niszowe
Humidity measurements in building diagnostics – niche methods

Pomiar wilgotności higrometrem mikrofalowym; fot.: B. Monczyński
Obok bezwzględnych metod pomiarów wilgotności materiałów budowlanych [1], względnych metod opornościowej, objętościowej i higrometrycznej [2, 3], jak również termografii w podczerwieni [4], w diagnostyce zawilgoconych budynków (w tym obiektów zabytkowych) stosowanych jest szereg innych metod względnego (pośredniego) pomiaru wilgotności. Większość z nich opisana została w Załączniku C („Inne metody względne”) oraz Załączniku D („Metody ze specjalnymi wymaganiami bezpieczeństwa”) normy PN-EN 16682, „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego” [5].
Zobacz także
dr inż. Bartłomiej Monczyński Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – metoda higrometryczna

W diagnostyce zawilgoconych budynków obok najbardziej miarodajnych, bezwzględnych metod oceny zawilgocenia [1] oraz szeroko stosowanych względnych metod elektrycznych [2] stosowany jest szereg mniej rozpowszechnionych...
W diagnostyce zawilgoconych budynków obok najbardziej miarodajnych, bezwzględnych metod oceny zawilgocenia [1] oraz szeroko stosowanych względnych metod elektrycznych [2] stosowany jest szereg mniej rozpowszechnionych urządzeń i sposobów określania ilości wody w materiałach i elementach budowlanych. Jedną z nich jest metoda pomiaru higrometrycznego, nazywana również metodą wilgotności równowagowej.
Austrotherm Trwałe i odporne na ekstremalne warunki pracy fundamenty przy użyciu XPS

Wszyscy zdajemy sobie z tego sprawę, że fundamenty to podstawa każdego budynku – prawidłowo wykonane zapewniają stabilność i trwałość konstrukcji. Ich budowa składa się z wielu etapów, a jednym z kluczowych...
Wszyscy zdajemy sobie z tego sprawę, że fundamenty to podstawa każdego budynku – prawidłowo wykonane zapewniają stabilność i trwałość konstrukcji. Ich budowa składa się z wielu etapów, a jednym z kluczowych jest izolacja termiczna fundamentów. Rezygnacja z niej to tylko pozorna oszczędność!
Austrotherm EPS na ściany, XPS na fundamenty – dlaczego ten duet to najlepszy wybór?

Z roku na rok budownictwu stawia się coraz wyższe wymagania, które dotyczą nie tylko aspektów wizualnych, ale przede wszystkim efektywności energetycznej. Obowiązujące przepisy dotyczące izolacyjności...
Z roku na rok budownictwu stawia się coraz wyższe wymagania, które dotyczą nie tylko aspektów wizualnych, ale przede wszystkim efektywności energetycznej. Obowiązujące przepisy dotyczące izolacyjności termicznej budynków oraz zapewnienia komfortu ich użytkowania zgodnie z przeznaczeniem, przy jednoczesnym możliwie najniższym zużyciu energii, są coraz bardziej rygorystyczne. Aby je spełnić, konieczne jest stosowanie odpowiednich materiałów termoizolacyjnych.
*****
Artykuł kończy cykl o sposobach pomiarów wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych. Tym razem autor robi przegląd metod rzadziej stosowanych. Opisuje m.in. metodę mikrofalową, metodę sondy neutronowej, elektryczną termografię impedancyjną, jądrowy rezonans magnetyczny czy reflektometrię w dziedzinie czasu.
Humidity measurements in building diagnostics – niche methods
The article ends the series on methods of taking humidity measurements in the diagnostics of buildings. This time the author reviews less frequently used methods. It describes, among others: microwave method, neutron probe method, electrical impedance thermography, nuclear magnetic resonance and time-domain reflectometry.
*****
Metoda mikrofalowa jest jedną z nieniszczących metod pomiaru – odmianą metody dielektrycznej o wysokiej częstotliwości. Stosowane tutaj częstotliwości mieszczą się w zakresie od ok. 1 do 30 gigaherców (GHz), czyli w zakresie mikrofal (RYS. 1) [5–7]. Mikrofale odbijają się od powierzchni metalicznych (podobnie jak światło widzialne od lustra). Przez inne materiały, takie jak drewno, szkło, tworzywa sztuczne, beton, ciecze i gazy, mogą natomiast przenikać. W miarę ich przechodzenia przez dany ośrodek energia mikrofal ulega osłabieniu, czego główną przyczyną jest polaryzowalność (przesunięcie dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych spowodowane zewnętrznym polem elektrycznym) cząsteczek substancji. Ta polaryzowalność jest wyrażana przez względną przenikalność elektryczną εr (zobacz: [2]). Energia elektromagnetyczna uzyskana z promieniowania jest przekształcana w energię cieplną.
Głowice pomiarowe oferowane i stosowane w mikrofalowych urządzeniach pomiarowych to anteny nadawczo-odbiorcze o zróżnicowanej budowie (FOT. główne), która z kolei określa głębokość penetracji. W zależności od konstrukcji samego urządzenia oraz anteny można osiągnąć głębokość penetracji od 4 do 70 cm. Zasada pomiaru opiera się na określeniu różnicy pomiędzy częstotliwościami wypromieniowanymi i odbitymi. W materiałach zawierających cząsteczki polarne pole elektryczne mikrofal może powodować oscylacje podczas przemieszczania się przez ośrodek. Podczas tego procesu przemieszczająca się wiązka mikrofal, oddziałując z materiałem i cząsteczkami wody, traci energię, zmniejszając intensywność mocy i ulega przesunięciu fazowemu.
Poznaj też: Nieinwazyjne metody przywracania równowagi wilgotnościowej budynków zabytkowych
Oprócz pochłaniania energii lub zmiany fazy, cząsteczki polarne odbijają część energii z przychodzącej wiązki. Ponieważ oddziaływanie z cząsteczkami wody jest silniejsze niż oddziaływanie z innymi cząsteczkami materiału, promieniowanie wsteczne wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności materiału. Dzięki tej metodzie badawczej można ogólnie rozróżnić wodę wolną i związaną. Woda wolna wykazuje maksimum absorpcji przy częstotliwości około 18 GHz, w przypadku wody związanej absorpcja przesuwa się do 1 GHz (RYS. 2).
Absorpcja wzrasta (intensywność wiązki maleje) wraz ze wzrostem zawartości wilgoci, ale zmienia się wraz z częstotliwością mikrofal, różni się w zależności od materiału, a nawet w obrębie tego samego materiału, w zależności od jego struktury. W przypadku, gdy część wiązki dociera do przeciwnej powierzchni konstrukcji, jest ona odbijana, co również wpływa na odczyt. Aby uniknąć odbić wstecznych i związanych z tym zakłóceń, rozmiar badanego materiału powinien być zatem większy niż głębokość przenikania wiązki mikrofal (powinna ona zostać całkowicie wygaszona w materiale). Ogranicza to zastosowanie do grubych ścian (np. 40 cm do 100 cm, w zależności od głębokości penetracji i rodzaju materiału) oraz praktycznie uniemożliwia w drewnianych elementach konstrukcyjnych.
Czujnik mikrofalowy powinien stykać się z badaną powierzchnią (FOT. główne). Jeśli nie ma kontaktu lub powierzchnia jest szorstka, pomiędzy powierzchnią materiału a czujnikiem tworzą się rezonansowe fale stojące, generując błędne odczyty. Sygnał szybko maleje, gdy czujnik znajduje się w coraz większej odległości od badanej powierzchni.
W przypadku konstrukcji wielowarstwowych (np. freski, tynki na ceglanych ścianach) w wolnych przestrzeniach mogą tworzyć się rezonansowe fale stojące, które wpływają na odczyty. Przy dużej ilości warstw każda kolejna nieciągłość pomiędzy warstwami może powodować, że dominować będą dyspersja i/lub odbicie wsteczne mikrofal. W praktyce konstrukcja budynku powinna być zatem jednorodna. Dwa powyższe aspekty w znaczący sposób ograniczają zastosowanie metody w przypadku badań in situ istniejących obiektów budowlanych.
Wpływ soli budowlanych staje się nieistotny przy częstotliwościach wyższych niż 1 GHz. Jeśli jednak sole osiągną poziom rozpływania się, a cząsteczki wody zaczną się wchłaniać, działają one jak lustro dla przychodzącej wiązki nasycającej sygnał wyjściowy. Badany materiał nie powinien ponadto zawierać metali ani śladów wcześniejszych powłok metalicznych (np. złoceń), ponieważ metale odbijają mikrofale i wpływają na odczyty.
W przypadku elementów drewnianych propagacja mikrofal nie jest taka sama wzdłuż kierunku podłużnego, promieniowego i stycznego drewna. Składowe promieniowe i styczne są dość podobne, ale składowa podłużna jest inna. W konsekwencji pomiary wykonywane równolegle i prostopadle do włókien mogą dawać różne odczyty. Zakłócenia pomiarów mogą również wystąpić w przypadku niejednorodności elementów spowodowanej przez tunele owadów drążących drewno – lokalnie zmniejszona przez tunele gęstość drewna może być interpretowana jako miejsca suche.
W przeciwieństwie do dielektrycznych urządzeń pomiarowych niskiej częstotliwości (głowicy kulowej [2]), pomiary za pomocą mikrofalowych urządzeń pomiarowych należy zawsze przeprowadzać w określonej matrycy. Siatka pomiarowa powinna wynosić od 20 do 50 cm, w zależności od wielkości badanego obszaru. W przypadku wykonania dodatkowych pomiarów co najmniej dwiema różnymi głowicami pomiarowymi powstaje profil głębokości, który pozwala na stosunkowo dobrą interpretację wyników pomiarów [6], [8].
Odczyty wilgotnościomierza mikrofalowego podawane są w jednostkach niemianowanych (FOT. główne), czasami przeliczanych na wilgotność masową wyrażoną w procentach. Wymaga to jednak kalibracji dla konkretnego materiału wykonanej przez porównanie z wynikami uzyskanymi metodą grawimetryczną. Chociaż przydatne są automatyczne przeliczenia lub tabele przeliczeń dostarczane przez producentów, kalibracja jest trudna ze względu na zmiany, jakim mogły podlegać materiały budowlane w wyniku starzenia, czy też korozji chemicznej lub biologicznej. Penetracja wiązki mikrofal zależy nie tylko od zawartości wilgoci i właściwości badanego materiału, ale również od urządzenia (wilgotnościomierza). Wynik może się zatem różnić w zależności od umiejętności operatora.
Metoda sondy neutronowej jest nieniszczącą metodą wykrywania penetracji wilgoci w przekrojach elementów wielowarstwowych, w których nie można zastosować metod dielektrycznych [5–7]. Stosowana jest ona głównie do wielkopowierzchniowych badań wilgotności gruntów oraz dachów płaskich. Sonda neutronowa – od producenta urządzenia nazywana także sondą Troxlera lub Troxlerem – zawiera radioaktywny rdzeń, który trwale emituje do badanego elementu neutrony o wysokiej energii kinetycznej, tzw. neutrony szybkie (czyli neutrony o energii od 1 MeV do 10 MeV [9]). Neutrony stopniowo tracą energię w wyniku zderzeń z innymi atomami (można to porównać do zderzenia dwóch kul bilardowych), tworząc neutrony o niskiej energii kinetycznej, czyli neutrony termiczne. Ponieważ źródło neutronów emituje tylko neutrony szybkie, liczba neutronów termicznych w materiale budowlanym zależy przede wszystkim od zawartości lekkich jąder.
Najskuteczniejszym atomem spowalniającym neutrony jest wodór, ponieważ masy neutronów oraz atomów wodoru są podobne. Najbardziej rozpowszechnionym zawierającym atomy wodoru związkiem chemicznym są cząsteczki wody, a więc to one są odpowiedzialne za większość spowolnień. Powoduje to rozproszenie wsteczne neutronów, które jest rejestrowane przez dwa detektory. Liczba neutronów termicznych, które są absorbowane w specjalnym detektorze (prostowniku prądów wysokiej częstotliwości) w określonym czasie, jest proporcjonalna do zawartości wodoru w badanej substancji. Detektory zliczają liczbę wolnych neutronów na sekundę, a urządzenie przelicza tę wartość na objętościową zawartość wilgoci. Im więcej wilgoci znajduje się w badanym materiale budowlanym, tym większe jest rozproszenie wsteczne – mierzona wartość wzrasta (RYS. 3).
Zaletą sondy neutronowej jest to, że można ją stosować do głębokości 30 cm niezależnie od grubości elementu. Wadą natomiast, że nie wykazuje na jakiej głębokości znajduje się wilgoć. Za pomocą pomiarów neutronów nie można również określić różnicy między wodą wolną a wodą związaną chemicznie.
W przypadku stosowania sondy neutronowej również zaleca się pomiar matrycowy. Siatka pomiarowa powinna mieć rozstaw od 2 do 3 m. W indywidualnych przypadkach można wybrać także mniejszą siatkę pomiarową. W badanej konstrukcji należy po dokonaniu pomiaru wykonać co najmniej jedną miejscową odkrywkę. Należy zbadać materiał i (jeśli to konieczne) strukturę, aby można było zinterpretować zmierzone wartości.
Odczyty podawane są w jednostkach niemianowanych. Można je przeliczyć na wartość wilgotności masowej po kalibracji dla określonego materiału. Interpretację wyników utrudnia fakt, że rzeczywista objętość mierzona przez detektor nigdy nie jest dokładnie znana. Mierzona objętość zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do zawartości wody (RYS. 3), a woda bliżej źródła ma większy wpływ na kształt przestrzeni objętej pomiarem. Metoda ta związana jest ze specjalnymi wymaganiami bezpieczeństwa, dotyczącymi ochrony przed promieniowaniem jonizującym oraz bezpieczeństwa źródeł promieniowania. Dlatego też jej zastosowanie w budownictwie ma miejsce tylko w szczególnych przypadkach. Ten pomiar wilgotności preferowany jest w drogownictwie do określania wilgotności gruntu. W tym celu opracowano specjalne sondy zanurzeniowe, które można wbić w ziemię i które są w stanie dokonywać pomiarów wilgoci na różnych głębokościach w gruncie (odwiercie).
Elektryczna termografia impedancyjna (EIT – od ang. electrical impedance tomography) to jedna z najnowszych metod pomiaru wilgotności, umożliwiająca badania in situ, pozwalające na przestrzenne obrazowanie poziomu wilgotności przegród budowlanych [10–13]. Polega ona na wykonywaniu obrazu rozkładu przewodności elektrycznej (konduktancji – zobacz: [2]) wnętrza badanego elementu na podstawie pomiarów rozkładu potencjału na jego powierzchni. Urządzenie badawcze wykorzystywane w tej metodzie to przenośny (na chwilę obecną prototypowy) tomograf elektryczny, składający się z zestawu elektrod pomiarowych o suchym styku, jednostki centralnej oraz komputera ze specjalnym oprogramowaniem (FOT. 1, RYS. 4). Tomograf, na podstawie pomiarów napięcia na elektrodach bezpośrednio przylegających do badanej przegrody, wyznacza przewodność poszczególnych elementów. Na podstawie uzyskanych wyników można przeprowadzić proces rekonstrukcji obrazu tomograficznego, przedstawiającego rozkład przewodności badanego obiektu, co z kolei pozwala na wizualizację rozkładu zawilgocenia w jego strukturze.

RYS. 4 Schemat stanowiska badawczego w metodzie EIT. Objaśnienia: 1 – jednostka centralna, 2 – listwy z elektrodami, 3 – badany mur; rys: [11]
Dielektrometria pola zanikającego (EFD – od ang. evanescent-field dielectrometry) to metoda diagnostyczna oparta na spektroskopii dielektrycznej w zakresie częstotliwości mikrofal, tj. od 1 GHz do 1,5 GHz (RYS. 1). Metoda ta pierwotnie opracowana została dla diagnostyki fresków i malowideł ściennych [14], obecnie z powodzeniem stosowana jest do diagnostyki materiałów i elementów budowlanych. Przyrząd pomiarowy to przenośne rezonansowe urządzenie mikrofalowe umożliwiające w sposób nieniszczący mapowanie w czasie rzeczywistym wilgotności i zasolenia ścian do głębokości od 2 do 3 cm (RYS. 5). Urządzenie wykrywa wilgoć oraz stężenie soli w podłożu, szacując właściwości dielektryczne ściany postrzeganej jako „binarna” mieszanina dielektryczna składająca się z materiału sypkiego oraz wody, dla kontrastu między przenikalnością elektryczną ε suchej ściany (np. ε < 4 dla zaprawy, tynku, cegły) i wody (ε około 80). Badany materiał nie powinien zawierać metali ani śladów dawnych powłok metalicznych, m.in. złocenie.
Odczyty urządzenia są względne, ale można je wstępnie przekształcić w wartości ilościowe po kalibracji dla konkretnego materiału wykonanej przez porównanie z wynikami uzyskanymi metodą grawimetrią lub miareczkowaniem Karla Fischera. Wynik może się różnić w zależności od umiejętności operatora. Metoda pozwala na pomiar wilgotności w zakresie od 0% do 20% i dostarcza półilościowej informacji o obecności soli rozpuszczalnych w postaci wskaźnika zasolenia od 0 do 10 [5].
Reflektometria w dziedzinie czasu (TDR – od ang. time-domain reflectometry) opiera się na pomiarze czasu między transmisją a odbiorem sygnału radiowego. System składa się z nadajnika częstotliwości radiowej (emitującego krótki impuls energii elektromagnetycznej), anteny kierunkowej i czułego odbiornika częstotliwości radiowej. Ponieważ niewielka zmiana zawartości wilgoci ma znaczący wpływ na przewodność elektryczną ośrodka powietrze–materiał–woda, od tej wielkości zależy prędkość promieniowania elektromagnetycznego w tym ośrodku. Zatem względną przenikalność elektryczną uzyskuje się poprzez pomiar czasu podróży impulsu napięcia wzdłuż sondy i powrotu.
Czułość czujników TDR na zmiany przenikalności elektrycznej materiału pomiędzy dwoma przewodnikami została dostosowana do pomiaru wilgotności. Choć cząsteczki wody reagują znacznie silniej niż inne (polarne) cząsteczki tworzące „suchy” materiał, to jednak struktura materiału również może oddziaływać z wiązką. Badany materiał nie powinien zawierać metali ani śladów dawnych powłok metalicznych (np. złoceń). Odczyty są względne, ale można je wstępnie przekształcić w wartości ilościowe po kalibracji dla konkretnego materiału wykonanej przez porównanie z grawimetrią lub miareczkowaniem Karla Fischera. Podobnie jak w przypadku metody mikrofalowej wewnętrzne puste przestrzenie lub niejednorodności (np. pęknięcia) mogą powodować wsteczne lub wielokrotne odbicia, powodując błędy w odczytach [5].
Jądrowy rezonans magnetyczny (NMR – od ang. nuclear magnetic resonance) dostarcza dokładnych danych na temat zawartości i rozkładu wilgoci. Badany materiał jest wystawiony na działanie dużego pola magnetycznego – atomy wodoru w materiale są wzbudzane przez impuls fal radiowych, a następnie wracają do normalnego stanu, emitując charakterystyczny sygnał (sygnał relaksacyjny). Pomiar sygnału relaksacji umożliwia ocenę liczby obecnych atomów wodoru, a przy odpowiedniej kalibracji dla materiału może pozwolić na bezwzględny pomiar zawartości wody.
Metoda NMR umożliwia rozróżnienie cząsteczek w materiałach na podstawie ich ruchliwości molekularnej, tj. odległości, jaką przemieszczają się w danym czasie. Mobilność molekularna wolnej wody jest znacznie wyższa niż wody związanej, dlatego NMR można zastosować do wskazania stężeń wody w stanie wolnym i związanym.
Pomiary NMR można przeprowadzić na różne sposoby – destrukcyjnie lub nieniszcząco:
- Do badania dużych obiektów na miejscu należy używać przenośnych czujników NMR, unikając pobierania próbek. Można uzyskać ilościowe mapowanie rozkładu wilgoci lub wykrywanie wchłaniania i dynamiki wilgoci w obiektach drewnianych, freskach, kamieniach i murze. Badania te nie mają charakteru niszczącego.
- „Klasyczny” NMR w laboratorium wykorzystuje próbki, które umieszcza się w szklanych probówkach (o średnicy 5 mm do 20 mm) z kilkoma miligramami pobranego materiału (metoda „mikroniszcząca”).
- Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI – od ang. magnetic resonance imaging) pozwala na wprowadzenie próbek o większych wymiarach do wnętrza instrumentu NMR – rozmiar próbek ograniczony jest wielkością (pojemnością) urządzenia.
Wynik badania metodą NMR może być wrażliwy na zawartość materii organicznej. Urządzanie podaje odczyty względne, które można przekształcić na wartości ilościowe po kalibracji dla konkretnego materiału wykonanej przez porównanie z metodą grawimetrią lub miareczkowaniem KF. Kalibracja dotyczy jednak konkretnego obiektu, z którego pobrano próbki, a nie innych obiektów pozornie podobnych. Przy stosowaniu metody NMR należy zachować szczególną ostrożność, aby zminimalizować ryzyko dla zdrowia [5].
Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIRS – od ang. near-infrared spectroscopy) to metoda wykorzystująca odbicie rozproszone promieniowania elektromagnetycznego. Można jej używać do pomiarów na powierzchni materiału (metoda nieniszcząca), ale można również badać rozdrobnione próbki materiału budowlanego (metoda inwazyjna/niszcząca). Metoda NIRS pozwala wykrywać zawartość i aktywność wody w szerokiej gamie materiałów i w szerokim zakresie ich wilgotności. Metoda jest szybka, nieniszcząca i bezkontaktowa (z wyjątkiem próbek rozdrobnionych) i może być stosowana do pomiaru wilgotności w czasie rzeczywistym, z możliwością zastosowania na miejscu lub w laboratorium.
NIRS jest metodą powtarzalną i precyzyjną. Wpływ na wynik pomiaru mają nie tylko pory wypełnione wodą, ale również chropowatość powierzchni oraz kąt padania. Metoda wymaga również bardzo dokładnej kalibracji. Najlepiej przeprowadzić ją metodą miareczkowania Karla Fischera, alternatywnie metodą grawimetryczną. Odczyty są względne, ale można je wstępnie przekształcić w wartości ilościowe po kalibracji dla konkretnego materiału [5].
Metoda wykorzystująca transmisję lub odbicie impulsów ultradźwiękowych mierzy ich propagację w materiale, aby wykryć czas podróży lub każdą zmianę natężenia na danej odległości. Prędkość propagacji określa się poprzez pomiar długości i czasu podróży (czasu przelotu) fali ultradźwiękowej. Impulsy ultradźwiękowe rozchodzą się w materiale z prędkością i transmitancją, które są funkcją fizycznych właściwości materiału, takich jak moduł sprężystości i gęstość, ale również zawartość wilgoci. Prędkość impulsu ultradźwiękowego wzrasta, a transmitancja maleje wraz ze wzrostem wilgotności materiału. Prędkość fal dźwiękowych zmienia się w zależności od zawartości wilgoci, ale różni się także w zależności od materiału, a nawet w obrębie tego samego materiału, w zależności od jego struktury – wpływ na wynik pomiaru mogą mieć np. kierunek włókien w drewnie, ale również porażenie przez grzyby czy tunelowanie przez owady. Interpretacja odczytów może być również trudna w przypadku gradientów wilgotności. Odczyty podawane są w jednostkach niemianowanych – czasami można je przeliczyć na wartość wilgotności masowej lub objętościowej. Chociaż tabele przeliczeniowe dostarczane przez producentów są przydatne, kalibracja jest trudna [5].
Radiografia rentgenowska to nieniszcząca technika obrazowania, która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie (RYS. 1) do zobrazowania wewnętrznej struktury materiału. Kiedy obiekt naświetlany jest wiązką promieni rentgenowskich, osłabienie wiązki wynika z interakcji z materiałem i absorpcji przez wodę. Zakłada się, że gęstość suchego materiału pozostaje względnie stała, a jedyną zmienną jest zawartość wilgoci. Ilościowe określenie zawartości wilgoci opiera się na logarytmicznym odjęciu obrazu referencyjnego (np. próbki w stanie suchym) od obrazów próbki zawilgoconej. Rozkład i ilość wilgoci można wykryć i zmierzyć za pomocą skali szarości, natężenia światła przechodzącego przez radiografię lub zmiany kontrastu.
Ogólna zasada wymaga, aby próbka była wystawiona na działanie wiązki promieniowania, a czujnik umieszczony za materiałem mierzył poziom tłumienia powodowanego przez materiał i jego wewnętrzną wilgoć. To tłumienie może być związane z zawartością wilgoci w materiale – wymaga to kalibracji materiału pod kątem pomiaru bezwzględnej zawartości wilgoci. Odczyty podawane są w jednostkach niemianowanych. Można je przeliczyć na wartość wilgotności masowej po kalibracji dla określonego materiału. W przypadku wystąpienia różnic w gęstości materiału, mogą one spowodować odchylenia lub ograniczyć rozdzielczość przestrzenną. Metoda ta związana jest ze specjalnymi wymaganiami bezpieczeństwa, dotyczącymi ochrony przed promieniowaniem jonizującym oraz bezpieczeństwa źródeł promieniowania [5].
Metoda gamma to metoda podobna do radiografii rentgenowskiej, ale wykorzystująca promieniowanie bardziej energetyczne: promienie gamma (RYS. 1). Tłumienie wiązki promieni gamma penetrujących materiał zależy zarówno od właściwości materiału, jak i zawartości wody. Liczba fotonów gamma jest zmniejszana zgodnie z wykładniczym prawem tłumienia – współczynnik tłumienia wzrasta wraz ze wzrostem wilgotności, zmniejszając intensywność wiązki. Pomiar tłumienia daje informację o zawartości wilgoci.
Zmiany gęstości mokrego materiału mierzy się metodą transmisji gamma, a na podstawie tej zmiany gęstości wyznacza się zawartość wilgoci. Procent ułamkowej zmiany współczynnika tłumienia liniowego wiązki gamma pod wpływem obecności wody jest prawie równy wilgotności próbki i umożliwia wykonanie tabel kalibracyjnych lub przeliczeniowych. Jeśli pomiary są wykonywane przy dwóch różnych energiach promieniowania gamma, równania tłumienia można rozwiązać jednocześnie, aby określić zawartość wody i gęstość niezawilgoconego materiału. Dzięki zastosowaniu podwójnej metody gamma dokładność pomiarów zawartości wody wzrasta w sytuacji, gdy można założyć, że gęstość suchej próbki pozostaje stała. Odczyty podawane są w jednostkach niemianowanych. Można je przeliczyć na wartość wilgotności masowej po kalibracji dla określonego materiału. W przypadku wystąpienia różnic w gęstości materiału, mogą one spowodować odchylenia lub ograniczyć rozdzielczość przestrzenną. Metoda ta związana jest ze specjalnymi wymaganiami bezpieczeństwa, dotyczącymi ochrony przed promieniowaniem jonizującym oraz bezpieczeństwa źródeł promieniowania [5].
Literatura
1. B. Monczyński, „Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – metody bezwzględne”, „IZOLACJE” 2/2024, s. 142–148.
2. B. Monczyński, „Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – względne metody elektryczne”, „IZOLACJE” 4/2024, s. 100–105.
3. B. Monczyński, „Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – metoda higrometryczna”, „IZOLACJE” 5/2024, s. 64–67.
4. B. Monczyński, „Pomiary wilgotności w diagnostyce obiektów budowlanych – termografia w podczerwieni”, „IZOLACJE” 6/2024, s. 48–53.
5. PN-EN 16682:2017-05, „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego”.
6. G. Hankammer, M. Resch, „Bauwerksdiagnostik bei Feuchteschäden“, RM Rudolf Müller, Köln 2023.
7. G. F. Moschig, „Bausanierung. Grundlagen – Planung – Durchführung“, Springer Vieweg, Wiesbaden 2014.
8. B. Monczyński, „Ocena wysychania muru z wilgoci podciąganej kapilarnie metodą nieniszczących pomiarów zespolonych” [w:] A. Szymczak-Graczyk, B. Ksit (red.), „Budownictwo a środowisko: problemy architektoniczno-techniczne obiektów budowlanych”, Wydawnictwo Zarządu Oddziału PZITB w Poznaniu, Poznań 2017, s. 189–202.
9. S. J. Ling, J. Sanny, W. Moebs, „Fizyka dla szkół wyższych”, t. III”, OpenStax Polska, Warszawa 2018.
10. G. Kłosowski, A. Hoła, T. Rymarczyk, M. Mazurek, K. Niderla, M. Rzemieniak, „Using Machine Learning in Electrical Tomography for Building Energy Efficiency through Moisture Detection”, „Energies”, vol. 16, no. 4, 2023.
11. G. Kłosowski, A. Hoła, T. Rymarczyk, M. Mazurek, K. Niderla, M. Rzemieniak, „Use of the double-stage LSTM network in electrical tomography for 3D wall moisture imaging”, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, vol. 213, 2023.
12. J. Hoła, „Metody i techniki diagnozowania konstrukcji budowlanych” [w:] XXXVIII Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, t. I, Wisła 2024, s. 1–26.
13. W. Skowroński, M. Piotrowska, Z. Matkowski, C. Magott, T. Kania, „Aspekty ochrony budynków przed korozją biologiczną i ogniem”, Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa, Wrocław 2019.
14. C. Riminesi, E. Marie-Victoire, M. Bouichou, R. Olmi, „Moisture and salt monitoring in concrete by evanescent field dielectrometry”, „Measurement Science and Technology”, vol. 28, no. 1, 2017.