Monitoring procesu podciągania kapilarnego w silikacie wapiennym za pomocą powierzchniowych sond TDR

Capillary rise phenomenon is a process threatening many building objects. It is mainly caused by the capillary structure of most building materials. The described phenomenon relies on water flow against gravity forces and hydrostatic pressure. The problem of capillary uptake is especially visible in case of lack of horizontal or vertical water isolation layers, their damage or natural wear during long time exploitation. The sufficient condition for capillary rise phenomenon appearance is constant contact of the building barriers to the moist ground. Described phenomenon is dangerous because the range of its influence can reach even 2.5 m or more above ground level, depending on building material. Capillary uptake is a dangerous process, because it runs to barriers destruction and decrease of its strength and heat parameters. Excessive water is the reason of biological strokes of the buildings, mainly caused by mould. The article presents the experimental research of capillary rise phenomenon in a sample of autoclaved calcium silicate. For the experiment it is applied the setup of TDR sensors prototypes which enable constant monitoring of the described phenomenon in non-invasive way.Podciąganie kapilarne jest procesem dotykającym wiele obiektów budowlanych. Przyczyną jego występowania jest kapilarna struktura większości materiałów budowlanych. Zjawisko to polega na przepływie wody w kierunku niezgodnym z siłami grawitacji, wbrew ciśnieniu hydrostatycznemu. Omawiany problem podciągania kapilarnego jest szczególnie widoczny w przypadku braku poziomych i pionowych izolacji przeciwwilgociowych, ich uszkodzenia lub przy naturalnym ich zużyciu w czasie wieloletniej eksploatacji. Warunkiem wystarczającym do rozpoczęcia procesu podciągania kapilarnego wody do wyższych partii ścian jest styczność przegród budowlanych z gruntem o naturalnej wilgotności. Zjawisko to jest niezwykle niebezpieczne, ponieważ zasięg jego oddziaływania może osiągać nawet wysokość do 2,5 m od poziomu gruntu lub więcej w zależności od materiału budowlanego. Podciąganie kapilarne jest procesem szkodliwym, ponieważ prowadzi do degradacji przegrody, obniża jej właściwości konstrukcyjne oraz cieplne. Nadmierna ilość wody w przegrodzie jest przyczyną porażeń biologicznych budynków, z których najczęściej spotykanym problemem jest zagrzybienie. W artykule przedstawiono badania eksperymentalne procesu podciągania kapilarnego w próbce z autoklawizowanego silikatu wapiennego. Do badań zastosowano zestaw prototypowych czujników TDR, dzięki którym możliwy jest ciągły monitoring zjawiska w sposób bezinwazyjny

Pomiary wilgotności in-situ przy zastosowaniu powierzchniowych sond TDR

Problem of building barriers moisture is a well known phenomenon for almost all users of the buildings. Its presence is inevitable in moderate climate and its balanced states are acceptable. On the other hand, extended values of moisture are disadvantageous and may be caused by many factors like water vapor condensation inside the barriers, capillary rise of ground water, rainwater, inundations or sanitary systems failures. This phenomenon is also a factor which limits the object functionality both from the construction and sanitary-hygienic reasons. Extended moisture content problem is particularly visible in the historical buildings which were set up without the suitable horizontal water-proof isolations. In this cases, ground water has the unlimited access to the groundwork and then, due to the capillary forces to the internal parts of the walls. Increased amounts of water lead to the material structure destruction by melting and thawing processes during winter season, wood decay, and accelerated corrosion of steel reinforcement elements and crystallization of dissolved salts in transported water. Also it should be mentioned here, that indirectly, water negatively influences the indoor environment providing good conditions for harmful microorganisms and mould development which may consequently run to the respiratory system diseases, infections, allergies, eyes and skin irritations. All above presented negative consequences of water presence inside the building envelopes are the reason for constant development moisture detection techniques.Zjawisko zawilgocenia przegród budowlanych jest znane w zasadzie wszystkim użytkownikom obiektów budowlanych. Występowanie tego zjawiska jest praktycznie nie uniknione w warunkach klimatycznych w jakich znajduje się Polska. Jego zrównoważona obecność polegająca na ciągłym pochłanianiu wilgoci i jej odparowywaniu jest jak całkowicie akceptowalna. Szkodliwym jest natomiast zjawisko nadmiernej zawartości wilgoci, które może być wywołane wieloma czynnikami do których zaliczamy kondensację pary wodnej wewnątrz przegrody, podciąganie kapilarne wód gruntowych, wody rozbryzgowe z deszczy, wody powodziowe czy też awarie instalacji sanitarnych. Zjawisko powyższe jest niekorzystne z punktu widzenia budowli i jest czynnikiem ograniczającym funkcjonalność obiektu zarówno ze względów konstrukcyjnych, jak i higieniczno-sanitarnych. Problem nadmiernej zawartości wody w murach jest szczególnie widoczny w budynkach historycznych wznoszonych bez zastosowania właściwych izolacji poziomych. Wówczas woda gruntowa posiada nieograniczony dostęp do fundamentów budynku, a następnie przy udziale sił kapilarnych do wnętrza murów. Nadmierna ilość wody w zewnętrznych przegrodach budowlanych prowadzi do zniszczenia struktury materiału poprzez wielokrotne procesy zamarzania i rozmarzania w okresie zimowym, rozkład drewna, przyspieszoną korozja stalowych elementów zbrojeniowych oraz krystalizacja soli rozpuszczonych w transportowanej wodzie. Istotnym problemem jest również fakt, że woda pośrednio negatywnie oddziałuje na środowisko wewnętrzne pomieszczeń, przyczyniając się tym samym do rozwoju szkodliwych mikroorganizmów oraz grzybów pleśniowych. Może w konsekwencji przyczyniać się do chorób dróg oddechowych, infekcji, alergii oraz podrażnień oczu i skóry. Przedstawione powyżej negatywne skutki obecności wody w przegrodach budowlanych są podstawą do rozwoju i ciągłego opracowywania i udoskonalania technik detekcji wilgoci w przegrodach budowlanych. W niniejszym artykule przedstawiono możliwość przeprowadzenia badań in-situ przy zastosowaniu techniki pomiarowej TDR (Time Domain Reflectometry). Technika ta od wielu lat stosowana była do pomiarów wilgotności ośrodków gruntowych. Od początku XXI wieku trwały prace nad zastosowaniem techniki TDR do oceny zawilgocenia twardszych od gruntu materiałów i przegród budowlanych. Jednak inwazyjny charakter metody w większości przypadków uniemożliwiał jej praktyczne wykorzystanie lub był przyczyną wielu problemów technicznych. W ramach części badawczej artykułu przedstawiono pomiary wilgotności muru z cegły ceramicznej pełnej pokrytej warstwą tynku wapiennopiaskowego. Badany obiekt znajduje się na Lubelskiej starówce i jest to ściana bramy przy ul. Ku Farze. Jest to przegroda dotknięta zjawiskiem podciągania kapilarnego wynikającego z braku właściwych izolacji poziomych. Badania przeprowadzono w trzech terminach pomiarowych przy pomocy opracowanych na Politechnice Lubelskiej sond powierzchniowych TDR, umożliwiających bezinwazyjne pomiary wilgotności. W celu wykonania pomiarów, badaną przegrodę podzielono na charakterystyczne fragmenty tworzące siatkę pomiarową o określonych wymiarach. W trakcie eksperymentu w charakterystycznych punktach przegrody umieszczano czujnik i odczytywano parametry dielektryczne ośrodka, automatycznie przeliczając je na wilgotność objętościową. Wyniki przeprowadzonych badań naniesiono na siatkę pomiarów różnicując je kolorami w zależności od odczytanej wilgotności. Rezultatem powyższych zabiegów było uzyskanie tzw. map wilgotności przegrody budowlanej w trzech różnych terminach pomiarowych. Przedstawione w artykule mapy wilgotności potwierdzają fakt podwyższonej wilgotności przegrody i jednocześnie pozwalają na ukazanie jego rozkładu w pionie oraz poziomie. Przeprowadzone badania wyraźnie ukazują, że badana przegroda wykazuje nadmierną wilgotność w swych dolnych partiach, natomiast wyższe partie są nieco mniej wilgotne. Świadczy to o tym, że przyczyną nadmiernego zawilgocenia są wody gruntowe podciągane kapilarnie do wewnątrz struktury materiału. Wyniki badań przedstawione w artykule dowodzą skuteczności rozwijanych powierzchniowych sond TDR do bezinwazyjnego pomiaru wilgotności materiałów i przegród budowlanych oraz wskazują na przyczyny tego zjawiska w obiektach rzeczywistych

Laboratoryjne pomiary wilgotności w modelowej ściance z cegły ceramicznej pełnej za pomocą powierzchniowej sondy TDR

The article presents the non-invasive attempt to moisture determination using the electric methods. The first part of the article describes the problem of moisture in the building barriers and the possibilities of its determination. The special attention is put on the electric methods of moisture determination. Second part of paper is experimental. For the experiment a model red-brick wall was built and prepared for water uptake process. The experiment was monitored by the capacitance and surface TDR probes which enabled to avoid the necessity of sampling or material destruction. Conducted experiments show the progress of water uptake phenomenon in the model wall and prove the potential of the non-invasive measurements using the surface TDR probes.Artykuł przedstawia bezinwazyjny sposób pomiaru wilgotności z wykorzystaniem metod elektrycznych. W pierwszej części artykułu omówiono problem nadmiernego zawilgocenia przegród budowlanych i sposoby pomiaru tego zjawiska. Druga część pracy ma charakter eksperymentalny. Przygotowano modelową ściankę z cegły ceramicznej pełnej w celu zbadania zjawiska podciągania kapilarnego. Omawiany proces był monitorowany za pomocą czujników pojemnościowych oraz powierzchniowych sond TDR, co umożliwiło bezinwazyjne pomiary, niewymagające pobrania fragmentów muru lub innych ingerencji w badany materiał. Uzyskane wyniki pozwalają na śledzenie procesu podciągania kapilarnego w modelowej ściance z cegły ceramicznej pełnej i potwierdzają możliwości sondy powierzchniowej TDR w pomiarach wilgotnościowych murów

Pomiary zmian zasolenia w materiałach budowlanych za pomocą metod elektrycznych

Building materials salinity is an important exploitation problem of many objects, especially those which are built without obeying the essential rules connected with performing of waterproof insulation. Porous structure of building materials which form the building barriers is the cause of water capillary rise and thus the movement of salt ions which are the reason extensive barriers destruction. In high concentrations the salt ions crystallize inside the pores of building materials and are the reason of their destruction. It is especially visible in the form of dropping external layers from the walls - plasters, which are mainly vulnerable on the salinity phenomenon. Simulations and measurements of salinity change processes in building materials give the possibility to evaluate the threat and may help to choose the suitable renovation method. The paper presents measurements of water desorption in aerated concrete sample and also the simultaneous process of salinity change in particular layers of the material. The measurements of the above mentioned processes are done using TDR probes (Time Domain Reflectometry) which enable constant monitoring of water flow and thus salinity changes.Zasolenie przegród budowlanych jest znaczącym problemem eksploatacyjnym wielu obiektów, w szczególności tych wzniesionych bez zachowania podstawowych zasad obowiązujących przy wykonywaniu zabezpieczeń przeciwwilgociowych i przeciwwodnych. Porowata struktura materiałów budowlanych, z których wzniesiono przegrody, sprzyja zjawisku podciągania kapilarnego wody, wraz z którą przenoszone są jony soli będące przyczyną przyspieszonego niszczenia przegród. W dużych stężeniach jony soli krystalizują wewnątrz porów materiałów budowlanych i są przyczyną ich niszczenia. Szczególnie jest to widoczne w postaci odpadających zewnętrznych powłok przegród budowlanych - tynków, które są najbardziej narażone na zjawisko zasolenia. Symulacje i pomiary przebiegu procesów zmian zasolenia przegród budowlanych dają możliwość oceny zagrożenia tym zjawiskiem i mogą być podstawą doboru właściwych zabiegów renowacyjnych. Artykuł przedstawia pomiary zjawiska desorpcji w modelowej próbce betonu komórkowego i następującą równolegle zmianę zasolenia w poszczególnych warstwach próbki wskutek powyższego zjawiska. Badania powyżej wymienionego procesu wykonano z wykorzystaniem sond TDR (Time Domain Reflectometry), które umożliwią jednoczesny monitoring zjawiska przepływu wody oraz zmian zasolenia

Badanie zjawiska podciągania kapilarnego w bloczku z betonu komórkowego z zastosowaniem powierzchniowej sondy TDR

Aerated concrete is the basic building material applied in traditional building industry. It is mainly caused by its thermal parameters - heat conductivity coefficient λ for lighter brands of this material is many times lower than other traditional materials like brick etc. Low value of heat conductivity coefficient is mainly caused by the material structure which is highly porous. This porosity causes capillary forces which are the reason of so called capillary rise phenomenon being the reason of many buildings destruction. This article presents the possibility of monitoring and quantitative valuation of moisture increase in building barriers due to capillary rise with the application of the TDR surface probes enabling quick and noninvasive moisture determination in porous building materials. The analyses conducted using surface TDR probes will be compared with the examinations made using other electrical methods and the results will be presented in the form of moisture profiles changing in time.Beton komórkowy jest podstawowym materiałem budowlanym stosowanym w budownictwie tradycyjnym. Wynika to głównie z jego właściwości termoizolacyjnych - współczynnik przewodzenia ciepła λ dla lżejszych jego odmian jest wielokrotnie niższy od wartości tego współczynnika takich materiałów, jak cegła itp. Niska wartość współczynnika przewodzenia ciepła wynika głównie ze struktury materiału, która charakteryzuje się dużą porowatością. Z właściwością tą wiąże się fakt występowania sił kapilarnych, które są przyczyną zjawiska podciągania kapilarnego będącego przyczyną destrukcji wielu budynków dotkniętych nadmiernym zawilgoceniem. Artykuł przedstawia możliwość monitoringu i ilościowej oceny wzrostu wilgotności w przegrodach budowlanych wskutek procesu podciągania kapilarnego przy wykorzystaniu powierzchniowych sond TDR, umożliwiających szybkie i bezinwazyjne wyznaczanie wilgoci w porowatych materiałach budowlanych. Analizy wykonane za pomocą sond powierzchniowych porównano do wyników z innych metod elektrycznych i przedstawiono w postaci profili wilgotnościowych zmieniających się w czasie

Badanie zjawiska podciągania kapilarnego w bloczku z betonu komórkowego z zastosowaniem powierzchniowej sondy TDR

Aerated concrete is the basic building material applied in traditional building industry. It is mainly caused by its thermal parameters - heat conductivity coefficient λ for lighter brands of this material is many times lower than other traditional materials like brick etc. Low value of heat conductivity coefficient is mainly caused by the material structure which is highly porous. This porosity causes capillary forces which are the reason of so called capillary rise phenomenon being the reason of many buildings destruction. This article presents the possibility of monitoring and quantitative valuation of moisture increase in building barriers due to capillary rise with the application of the TDR surface probes enabling quick and noninvasive moisture determination in porous building materials. The analyses conducted using surface TDR probes will be compared with the examinations made using other electrical methods and the results will be presented in the form of moisture profiles changing in time.Beton komórkowy jest podstawowym materiałem budowlanym stosowanym w budownictwie tradycyjnym. Wynika to głównie z jego właściwości termoizolacyjnych - współczynnik przewodzenia ciepła λ dla lżejszych jego odmian jest wielokrotnie niższy od wartości tego współczynnika takich materiałów, jak cegła itp. Niska wartość współczynnika przewodzenia ciepła wynika głównie ze struktury materiału, która charakteryzuje się dużą porowatością. Z właściwością tą wiąże się fakt występowania sił kapilarnych, które są przyczyną zjawiska podciągania kapilarnego będącego przyczyną destrukcji wielu budynków dotkniętych nadmiernym zawilgoceniem. Artykuł przedstawia możliwość monitoringu i ilościowej oceny wzrostu wilgotności w przegrodach budowlanych wskutek procesu podciągania kapilarnego przy wykorzystaniu powierzchniowych sond TDR umożliwiających szybkie i bezinwazyjne wyznaczanie wilgoci w porowatych materiałach budowlanych. Analizy wykonane za pomocą sond powierzchniowych porównano z wynikami z innych metod elektrycznych i przedstawiono w postaci profili wilgotnościowych zmieniających się w czasie

Przewodzenie ciepła przez przegrodę w stanach ustalonych i nieustalonych

Artykuł przedstawia rozwiązanie problemu przewodzenia ciepła przez płaską ścianę oraz znaczenia przewodzenia ciepła w aspekcie energetyczno-ekonomicznym związanym ze stratami ciepła przez obiekt budowlany. Wykazuje jak zmienia się współczynnik przewodzenia ciepła wraz ze wzrostem przyrostu temperatury na powierzchniach przegrody wykonanej ze styropianu.The article present researches heat transfer through flat wall and represents meanings of heat transfer in energetic and economic aspect - connected with losses warmth by builder's object. Shows how changes coefficient of heat transfer together with height of increase of temperature on surfaces of barrier constructed from polystyrene

Application of the TDR measuring technique for in-situ measurements using surface probes

W artykule przedstawiono możliwość wykonywania pomiarów terenowych wilgotności murów za pomocą techniki TDR (ang. Time Domain Reflectometry). W celu wyeliminowania dotychczasowych wad niniejszej techniki, do których należy zaliczyć przede wszystkim jej inwazyjny charakter i konieczność wykonywania nawierceń w murach, opracowano i wykonano kilka prototypów sondy powierzchniowej. Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania czujnika, możliwe było przeprowadzenie badań na zasadzie dotykowej z pełnym wykorzystaniem potencjału techniki pomiarowej TDR – szybkości odczytu oraz braku wraż- liwości na zasolenie badanego ośrodka. Pomiary wykonano w murach z cegły ceramicznej pełnej budynku zlokalizowanego przy ul. Pierwszego Maja 20 w Lublinie.The article presents the possibility of in-situ measurements of building barriers moisture using the TDR technique (Time Domain Reflectometry). To minimize the previous disadvantages of the described method – invasive character, several prototypes of the surface probes were manufactured. With such a sensor solution it was possible to conduct the non-invasive measurements using the full TDR method potential – quick measurements and no sensitivity of salinity influence. The measurements were conducted on the brickworks made of red ceramic brick at the old building located on 1st of May Street in Lublin

Modyfikacja techniki pomiarowej do wyznaczania wilgotności względnej za pomocą sondy psychrometrycznej Peltiera

Psychrometric probes are used for porous materials potential determination which can be easily recalculated into the relative moisture. They can be also applied for building materials moisture parameters determination. They enable relative moisture readout in the narrow range between 94 and 99.9%. Water film evaporating from the thermocouple causes temperature decrease and generation of a voltage in a range of microvolts. Due to external heat flux influence on the applied sensors (Wescor PST-55 probes) the measurement must be conducted in the stabilized conditions. Non-stable heat flows and thus the decrease of measurement results repeatability. This is especially important during measurement of porous material samples with small dimensions. To increase the measurement accuracy the probes were equipped with metal sleeves having the external diameter of 12 mm and wall thickness 1 mm. The aim of the sleeve is to stabilize the instantaneous temperature variations and bridge the heat flow around the psychrometric Peltier probe.Sondy psychrometryczne służą do pomiaru potencjału wody materiałów porowatych, którą można przeliczyć na wilgotność względną. Stosowane są od lat w agrotechnice i mogą również być zastosowane do pomiarów parametrów wilgotnościowych materiałów budowlanych. Umożliwiają odczyt wilgotności względnej w wąskim zakresie około 94÷99,9%. Jest to możliwe dzięki zjawisku Seebecka, odparowujący film wody z termopary powoduje obniżenie jej temperatury i wygenerowanie mikrowoltowego napięcia. Z uwagi na niską wartość mikrowoltowego napięcia generowanego na sondach Wescor PST-55, użytych podczas badań, pomiary muszą odbywać się w ustabilizowanych warunkach. Nieustabilizowane przepływy strumienia ciepła lub skoki temperatury powodują zmniejszenie powtarzalności wyników pomiarów. Ma to szczególne znaczenie podczas pomiarów próbek materiałów porowatych o niewielkich wymiarach geometrycznych. W celu zwiększenia dokładności pomiarów sondy zostały osłonięte metalowymi tulejami o średnicy 10 mm i grubości ścianki 1 mm. Zadaniem takiej tulei jest stabilizowanie nagłych wahań temperatury i regulowanie przepływów strumienia ciepła wokół sondy psychrometrycznej Peltiera

The analysis of heat conductivity coefficient of the aerated concrete building barriers depending on moisture changes

Artykuł dotyczy zjawiska zawilgocenia przegród budowlanych z betonu komórkowego. Woda zwiększając przewodnictwo cieplne materiałów konstrukcyjnych, prowadzi do zwiększonych strat ciepła w okresie zimowym. Konsekwencją tego zjawiska jest obniżenie komfortu cieplnego pomieszczeń. Beton komórkowy jest materiałem, który intensywnie wchłania wodę, przy czym proces odparowania wody z gazobetonu jest znacznie dłuższy. Kapilarno-porowata struktura tego ośrodka czyni go bardzo podatnym na wpływ wody, stąd konieczna jest szczegółowa analiza wartości współczynnika przewodzenia ? w funkcji wilgotności. Przeanalizowano i porównano wpływ zmian wilgotności na parametry cieplne betonu komórkowego odmiany 400 i 600 przy wykorzystaniu technik reflektometrycznych TDR.The article is sacrificed to the aerated concrete building barriers moisture phenomenon. Water, which increases heat conductivity of building materials is the reason of the increased heat loses during the winter season. The result of this phenomenon is the decrease of indoor heat comfort parameters. Aerated concrete is a strongly water absorbing material with elongated time of water desorption. Capillary-porous structure of the described medium makes is highly prone to water influence what is the reason of the detailed analysis of heat conductivity coefficient in relation to moisture. In this article it is analyzed and compared the influence of moisture changes on heat parameters of the aerated concrete with the bulk densities of 400 and 600 kg/m3 using the reflectometric techniques TDR (Time Domain Reflectometry)