Charakterizace materiálů u historických budov pomocí techniky DVS

Sorpce vlhkosti je jednou z nejdůležitejších vlastností ve vztahu k restaurování. Zejména tyto vlasnosti se stávají kritickými faktory v případě stavebních materiálů jako jsou cihly, kameny, cement, malta, dřevo, vlákniny. Poškození materiálu vlhkostí je významné ovlivnění a omezení životnosti budovy.V této souvislosti je zkoumání průniku vlhkosti u použitých stavebních materiálů zvláště důležité pro restaurování a provádění oprav. Je žádoucí kompatibilita starých a nových materiálů. Kromě toho může mít infuze vlhkosti přes vnější konstrukci budovy významný vliv na tepelné chování materiálů, kvalitu vnitřního vzduchu a zatížení klimatizace. Pokud jsou použity kompatibilní materiály s téměř stejnou kapacitou zadržování vlhkosti a tepelnou expanzí, je pravděpodobné, že tato kombinace bude působit také proti hydrataci a zvlhčování.

DVS (Dynamic Vapor Sorption) studie byly provedeny na stavebních materiálech z AbbeyMill (budova z 18. století). Vzorky byly zpracovány na zařízení DVS při 25 °C. Cílem bylo získat informaci o změně hmotnosti a isotermy.

METODIKA

Všechny vzorky byly analyzovány pomocí přístroje DVS od Surface Measurement Systems při 25 °C, s velikostí vzorku 22–66 mg pro každou analýzu. Vzorky byly nejprve sušeny po dobu 300 minut pod kontinuálním průtokem vzduchu k zajištění tzv. suché hmotnosti. Následně byly vystaveny profilu parciálního tlaku s hodnotami 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10 a 0 % relativní vlhkosti.
Pro všechny kroky hodnot RH byl použit režim dm/dt (změna hmotnosti se změnou času). Byla vybrána pevná hodnota dm/dt 0,002 %. min ^-1 . Toto kritérium umožňuje softwaru DVS automaticky určit, kdy byla dosažena rovnováha a dokončen vlhkostní krok. Když se rychlost změny hmotnosti dostane pod tuto hranici, dojde ke změně nastavení vlhkosti dle následující hodnoty. Pro jednotlivé kroky byly nastaveny časy pro ustanovení rovnováhy na maximum 360 minut a minimum 10 minut.

VÝSLEDKY

Grafy procentuální změna hmotnosti (na základě suché hmotnosti) v závislosti na čase u stavebních materiálů z Abbey Mill jsou zobrazeny na obr. 1 až 7. Červená křivka pro levou osu indikuje změnu hmotnosti, modrá křivka vyznačuje nastavený parciální tlak vodní páry.

Kinetika chování jednotlivých vzorků je zobrazen na obr. 8. Je možno sledovat vysoký nárůst, což značí tzv. bulk absorpci nebo řítomnost pórů. Jsou také zřejmé vysoké rozdíly v sorpčních kapacitách pro jednotlivé materiály. Pořadí nárůstu hmotnosti: Abbey Mill Old brick 1,2 % (staré cihly); Millibarh stone 1,5 % (kámen) ; Abbey Mill Newbrick 1,6 % (nové cihly); Abbey Mill Mortar 3,5 % (malta); Millibarh Motar 11,69 % (malta); Millbarh Timber 22,93 % (dřevo); Odda Chappel 24,73 %.

Schopnost vodní sorpce je velmi užitečným indikátorem trvanlivosti. Vysoké sorpce vedou k nadměrné vlhkosti ve stavebních materiálech a na oplátku podporuje biologické procesy jako růst hub, řas a bakterií, které snižují trvanlivost. Dochází také ke snížená tepelné izolaci poskytované těmito materiály. Tepelná vodivost vlhkých materiálů je mnohem vyšší.

Proto je důležité vybrat materiály vykazující nízkou nasákavost. Ze závěrů měření se materiály malta Abbey Mill, malta Millibarh, dřevo Millibarh a Odda nezdají být vhodnými.

Na druhou stranu absorpce vody materiály Abbey Mill New brick, Abbey Mill old brick a Millbarh stone je velmi nízká a podobná. Díky tomu je lze považovat za kompatibilní a mohou sloužit při renovacích a opravách jako náhrada jeden za druhého. Výsledky také indikují vyšší trvanlivost.

Porovnání sorpčních isoterm je zobrazeno na obr. 9. Jedná se o závislost procentuální změny hmotnosti v závislosti na definované vlhkosti.

Tyto grafy potvrzují, že Abbey Mill old brick, Abbey Mill new brick a Millbarh stone vykazují nízkou sorpci vody v porovnání s ostatními. Toto zjištění je velmi výhodné z praktického hlediska, protože použití hygroskopických materiálů u některých stavebních konstrukcí může způsobit problémy s ohledem na jejich funkčnost a životnost.

ZÁVĚR

Nežádoucí účinky vlhkosti ve stavebních materiálech a strukturách byly proměřeny. Jedná se o nezbytnou charakteristiku, aby se zabránilo pronikání vlhkosti do budovy po celou dobu životnosti. Tím se zabrání poškození. V případě vlhkých cihel a zdiva existuje několik metod. Experimentálně bylo určeno pořadí vhodnosti a použitelnosti daného stavebního materiálu v případě sanace budov. Materiály s vysokou sorpcí vody jako Abbey Mill mortar, Millibarh mortar, Millibarh timber a Odda chappel se neukazují jako dobrá náhrada stavebnách materiálů. Naproti tomu podíly absorpce vody u Abbey Mill newbrick, Abbey Mill oldbrick a Millbarh stone jsou nízké a můžou být považovány za kompatibilní a lze nahradit jeden druhým při renovacích a opravách.

V případě dotazů nás kontaktujte: klimovic@pragolab.cz