ZÁKLADNÍ FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI STAVEBNÍCHMATERIÁLŮ VE VAZBĚ NA IZOLAČNÍ VLASTNOSTI

Katedra materiálového inženýrství a chemie ■■■■■

o vnitřní struktura materiálů (struktura – tvar, velikost, složení částic,textura – uspořádání částic, vrstvení atd.)

o látkové složení materiálůo typ materiálu – porézní materiály, hutné materiály,

homogenní a nehomogenní materiály, isotropnímateriály, anisotropní materiály (ortotropní materiály – vláknové kompozity)

o vliv vnějších podmínek na vlastnosti materiálů(teplota, vlhkost, relativní vlhkost, tlak)

Izolační vlastnosti (schopnosti) stavebních materiálů

2

o hustota a objemová hmotnost jsou jako fyzikální veličina definována poměrem elementární hmotnosti ku elementárnímu objemu

Objemová hmotnost a hustota:

dVdm

=ρ [kg/m3]

pro homogenní materiál pak můžeme psát

vVm ρρ ==

kde ρb je objemová hmotnost materiálu, definovaná poměrem celkové hmotnosti vzorku ku celkovému objemu vzorku včetně pórů a mezer (hustota matrice – objem bez mezer)

3

o Stavební materiály však většinou za homogennípovažovat nemůžeme.

o Jednak se u nich vyskytuje pórovitost, jednak bývajíčasto tvořeny směsí několika komponent.

o Zpravidla se však u všech materiálů pro dostatečně velkéobjemy může uvažovat určitá objemová stejnorodost.

o Proto se v technické praxi pro charakteristiku daného materiálu zavádí veličina zvaná objemová hmotnost.

o Objemová hmotnost látek je závislá na hustotězákladních složek daného materiálu, ale velmi silně i na jeho pórovitosti. U sypkých látek (stěrk, písek) či stlačitelných látek (minerální vlna, skelná vlna atd.) i na stlačitelnosti – zhutnění (sypná hmotnost – zahrnuje celkový objem zrnité soustavy včetně objemu mezi zrny) – nutno zohlednit při návrhu a provádění konstrukcí

4

Např. u pórovitého kameniva můžeme tedy rozlišit celkem čtyři různé veličiny:

o sypná hmotnost ve stavu volně sypaném (např. 400 kg/m3)

o sypná hmotnost ve stavu setřeseném (např. 600 kg/m3)o objemová hmotnost zrn (např. 850 kg/m3) – nezapočítá

se objem mezer mezi zrnyo hustota zrn (např. 2550 kg/m3, dle typu kameniva)

5

Objemová hmotnost se bude také měnit s vlhkostí materiálu, neboť póry se budou plnit vodou a celková hmotnost, tedy i objemová hmotnost, bude narůstat.

Objemová hmotnost je veličina důležitá pro charakteristiku stavebních materiálů nejenom z hlediska tíhových, ale i v souvislosti s řadou tepelně-fyzikálních veličin (tepelnávodivost, měrná tepelná kapacita) a akustických veličin.

6

7

8

Pórovitost materiálu je definována jako poměr objemu dutin k celkovému objemu materiálu.

Otevřená pórovitost část celkové pórovitosti zahrnující tzv. otevřené póry, tj. póry spojené s povrchem látky či materiálu- otevřené póry mohou vznikat např. únikem plynů během výroby (lehčené materiály), postupným odpařováním(vysušováním) vody z materiálů (beton, omítky, keramika, cementové kompozity), záměrným provzdušněním (lehkébetony) a napěněním materiálů (perlit)

Pórovitost:

VVo=ψ [-], [%]

9

o navlhavost a vysychavost materiálůo schopnost difúze kapalin a plynů materiályo zvukově izolační vlastnosti (schopnost pohlcovat zvuk)o tepelně izolační vlastnosti (schopnost vést a akumulovat teplo)

Otevřené póry díky spojení s vnějším prostředím, ve které se materiál nachází, přímo ovlivňují:

Uzavřená pórovitost

část celkové pórovitosti zahrnující tzv. uzavřené póry (nespojené s povrchem – neúčastní se transportních procesů)

- uzavřené póry vznikají např. slinutím keramického střepu či hydratací cementového tmele (gelové póry) a neumožňujípřijímat do objemu materiálu vzdušnou vlhkost 10

Pórovitost vybraných stavebních materiálů

Materiál Pórovitost [% obj.]

Cihly pálené 20 - 37

Malta cementová 31

Malta vápenná 41

Sádra 51 - 66

Písek 39

Drobný štěrk 42

Mramor 2 - 3

Pískovec 1 - 31

Vápenec 31

Břidlice 1,5 – 2,5

11

Snímky porézní struktury mšenského pískovce pořízené SEM

12

Z hlediska transportních procesů jsou porézní látky klasifikovány podle velikosti pórů – distribuční křivky pórů.

Velikost pórů ovlivňuje zaplňování pórů vodou či jinými látkami vlivem působení absorpčních a kapilárních sil.

Rozdělení pórů podle velikosti

submikroskopické (ultrakapilární) póry – poloměr < 10-9 m, rozměry těchto pórů jsou porovnatelné s rozměry molekul, mohou se zde vytvářet řetězce vody a voda se nemůže těmito pór pohybovat

13

kapilární póry – rozměr 10-9 – 10-3 m, voda a plyny se zde chovají jako v soustavě kapilár, pohyb vody je vyvoláván povrchovým napětím (kapilárními silami)

rozdělení kapilárních pórů:• kapilární mikropóry: 2 . 10-9 – 2 . 10-6 m• kapilární přechodové póry: 2 . 10-6 – 60 . 10-6 m • kapilární makropóry: 60 . 10-6 – 2 . 10-3 m

makropóry a vzdušné póry – již se neuplatňují kapilární síly neboť dutiny (póry) jsou příliš rozsáhlé a převládá vliv gravitace

14

Příklad distribuční křivky pórů pro vzorek betonu –převládají kapilární mikropóry

12

10000Ř / nm

1 1000010 10000100 100001000 10000

0.08

V Por

e / c

m3 g

-1

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

·10-3

3-1

dV/dŘ

mnm

/ c

g-1

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

·10-3

-vlastnost definující chování sypkých materiálů- vyjadřuje poměr objemu mezer mezi zrny k celkovému objemu určitého množství sypké látky

Vh – objem vlastního materiálu bez všech dutin, pórů a mezerVp – objem pórůρv – objemová hmotnostρs – sypná hmotnost

Mezerovitost (M):

9

v

sphphm

VVV

VVVV

VVM

ρρ

−=−

−=−−

== 11

Zrnitost a měrný povrch:

- jedna ze základních vlastností sypkých látek-poměrná skladba zrn jednotlivých velikostí

Zrnitost ovlivňuje následující parametry:• mezerovitost• sypnou hmotnost• propustnost• stlačitelnost a další mechanické parametry• tepelné a akustické vlastnosti• vlastnosti výsledných kompozitních látek

Měrný (specifický) povrch – vyjadřuje celkovou povrchovou plochu všech zrn jednotkového množství látky. Rozměr je udáván v [m2/kg].

14

VLHKOSTNÍ VLASTNOSTI STAVEBNÍCHMATERIÁLŮ VE VAZBĚ NA IZOLAČNÍ VLASTNOSTI

Katedra materiálového inženýrství a chemie ■■■■■

Vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů:- vlhkost pórovitých materiálů, nasákavost, vzlínavost, sorpční izotermy, retenční křivky vlhkosti, navlhavost, vysychavost, součinitel difúze, faktor difúzního odporu, ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu, propustnost

velmi důležité parametry, které mohou být při nesprávném použití materiálů v konstrukcích zdrojem poruch (vliv na hygienické parametry obytných prostor, na náklady na vytápění a na životnost a trvanlivost konstrukce)

vlhkostní vlastnosti přímo ovlivňují dalšímateriálové vlastnosti jako je objemová hmotnost, mrazuvzdornost, tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, pevnost, deformace atd.

19

přímá vazba k porézní struktuře materiálů (velikost a objem pórů), významné zejména pro následující typy materiálů:

tepelně-izolační materiály

keramické materiály

betony, pórobetony

omítky (sanační, tepelně-izolační)

nátěry

20

Vlhkost pórovitých materiálů

- pórovité stavební materiály se prakticky v suchém stavu nevyskytují – i v případě, že jsou trvale zabudovány v konstrukcích

Formy vlhkosti v materiálech

volná voda (vyplňuje velké póry a dutiny)fyzikálně vázaná (van der Waalsovy síly)kapilární voda (tvoří výplň malých pórů a kapilár)adsorbovaná voda (vyplňuje nejmenší póry a pokrývá stěny

porézního prostoru)chemicky vázaná voda (tvoří součást základní mřížky

materiálů, např. jako voda krystalová, sádra – vysoušení, anhydrit)

21

Rozdělení vlhkosti v materiálu podle zdroje vlhkosti

vlhkost výrobní (technologická, počáteční), dána mokrými procesy při výrobě materiálu

vlhkost zemní – transportována do materiálu na principu kapilárního vzlínání (významná v objektech bez horizontálníizolace nebo s nefunkční hydroizolací)

sorpční vlhkost – přijímána materiály z okolního vlhkého vzduchu

zkondenzovaná voda, která se sráží jak na povrchu tak uvnitř materiálu (konstrukcí) – vodní páry z exteriérového vzduchu, vodní páry prostupující konstrukcemi obvodových plášťů, vodní páry z interiéru vstupující do konstrukce

provozní vlhkost – závislá na typu využití prostorů, vytápěnía větrání (chladící haly, toalety, mokré průmyslové provozy, atd.)

22

Vlhkost z pohledu jejího časového vývoje

-vlhkost se mění nejen během výroby, ale i po celou dobu životnosti materiálu či konstrukce

výrobní vlhkost – po krátkém čase (v případě mokrých výrobních procesů) významně klesá

skladovací vlhkost – ovlivňuje způsob následného zpracování materiálu

trvalá vlhkost – trvalá vlhkost je charakteristická pro materiály zabudované do konstrukce – kritická vlhkost –maximální přípustná vlhkost materiálu zabudovaného do konstrukce, po překročení této hodnoty materiál podstatněmění své vlastnosti (pevnost, objem, tepelnou vodivost, chemické vlastnosti apod.) do té míry, že jeho další použití je nevhodné a nebezpečné

23

24

Vlhkost – veličiny, základní vztahy

Hmotnostní vlhkost

•mw hmotnost vlhkého materiálu [kg, g]•md hmotnost suchého materiálu [kg, g]•mk hmotnost kapaliny [kg, g]•wh hmotnostní vlhkost [%hm.]

25

%100%100 ⋅=⋅−

=d

k

d

dwh m

mm

mmw

Objemová vlhkost

Vw objem volné vody [m3]Vd objem suchého materiálu [m3]ρv hustota vody [kgm-3]ρd objemová hmotnost suchého materiálu [kgm-3]wv objemová vlhkost [% obj.]

26

( )100% . 100% .

100% .

w w dv

d w d

h d

w

V m mw obj objV V

w obj

ρρ

ρ

−= ⋅ = ⋅ =

⋅

= ⋅

Transport vlhkosti

o sorpcí vodní páry

o difúzí vodní páry

o kapilárním vedením – vlhkostní vodivostí

Sorpce vlhkosti- přijímání vlhkosti pohlcováním vodní páry ze vzduchu

• adsorpce – způsobena mezimolekulárními van der Waalsovými silami, kterými se navzájem přitahují molekuly pevných látek a vodní páry, adsorpce vede ke vzniku molekulárních vrstev vodní páry na stěnách pórů

• absorpce – kapalná nebo plynná fáze se vstřebává difúzí a vedením vlhkosti dovnitř tuhé fáze

• chemisorpce – uplatnění chemických vazeb vody a tuhéfáze materiálu 27

- rovnovážná sorpční vlhkost – materiál nevykazuje v čase přírůstek ani úbytek vlhkosti

-hygroskopická vlhkost – vzniká v materiálu v případě, že okolní vzduch je plně nasycen vodními parami (maximálnírovnovážná sorpční vlhkost)

Stanovení sorpční izotermy – parametr akumulace plynné vlhkosti- vyjadřuje závislost mezi obsahem vlhkosti v materiálu a relativní vlhkostí

- sorpční proces má dvě fáze:

1. povrchová adsorpce při nižších hodnotách relativní vlhkosti

2. kapilární kondenzace – relativní vlhkost více než 40%, u pórů o rozměru 2 – 50nm (Thomson-Lord Kelvin)

28

29

uvacIII

IIucap

I

Vakuovánasákavost

Kapilárnínasákavost

Hygroskopickávlhkost95%

KapilárníkondenzaceMonomolekulární

adsorpceMultimolekulárníadsorpce

u2u1

30

Schéma měření sorpčních izoterem

31Příklady roztoků solí pro simulaci specifických hodnot relativní vlhkosti

Teplota/Relativní vlhkost Počet referencí

20°C 23°C 25°C

Silica gel 0.05 0.05 0.05 1

0.113±0.0031 0.113±0.0028 0.113±0.0027 1,3,4

0.111 - 0.111 2

MgCl2.6H2O 0.3307±0.0018 0.329±0.0017 0.3278±0.0016 1,2,3,4

K2CO3 0.441 - 0.440 1

NaNO2 0.654 - 0.643 2,3

0.7547±0.0014 0.7536±0.0013 0.7529±0.0012 1,2,4

- - 0.751 3

NH4Cl 0.7923±0.0044 0.7883±0.0042 0.7857±0.0040 1

0.8511±0.0029 0.8465±0.0027 0.8434±0.0026 1,4

- - 0.842 3

KNO3 0.932 - 0.920 4

K2Cr2O7 0.970 - 0.970 1

0.979 - 0.976 2

- - 0.97 3K2SO4

KCl

NaCl

LiCl

Solný roztok

32

Sorpční izoterma pálené cihly, pórobetonu a opuky

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

f[-]

u[kg

kg-1

]

BRI

AACI

CML

Navlhavost a vysýchavost- přímo souvisí se sorpční schopností materiálů

- navlhavost představuje v podstatě sorpční vlhkost, kterou materiál přijímají z vlhkého vzduchu

- proces pohlcování vodní páry probíhá až do rovnovážného stavu vlhkosti materiálu, přičemž rovnovážná sorpční vlhkost je závisláteplotě a relativní vlhkosti vzduchu a na barometrickém tlaku

- v případě, že dochází k poklesu vlhkosti okolního prostředímateriálu a parciální tlak vodní páry v materiálu je vyšší, nastávádesorpce (vysychavost)

- obě tyto veličiny je možné vyjádřit hmotnostně nebo objemově a výpočet lze provést dle stejných vztahů jako pro výpočet hmotnostnía objemové vlhkosti

- tyto vlastnosti opět závisí na pórovitosti materiálu a na velikosti a tvaru pórů

33

Retenční křivka vlhkosti- akumulační parametr kapalné vlhkosti

- slouží k popisu akumulace vlhkosti v nadhygroskopické oblasti (transport kapalné vlhkosti je dominantní složka při transportu vlhkosti

- definuje závislost mezi obsahem vlhkosti v materiálu a kapilárním tlakem

34

Mikro póry Makro póry 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3

Průměr pórů [m]

10+4 10+3 10+2 10+1 1 10-1 10-2

Kapilární tlak [bar]

0.05 0.60 0.93 0.99

Relativní vlhkost [-]

Sorpční izoterma Retenční křivka

Distribuce pórů

35

Hygroskopická vlhkost Nadhygroskopická vlhkost

ϕ [-] 0.113 0.753 0.969 0.999 0.999 0.999 p [Pa] 2.95E+08 3.84E+07 4.26E+06 4.00E+05 6.00E+04 1.00E+03

36

0

1

2

3

0,1 1 10 100Suction [bar]

Moi

stur

e co

nten

t [kg

kg

-1]

Retenční křivka materiálu na bázi kalcium silikátu

Difúze vlhkosti (kapalné, plynné)-schopnost pronikání molekul plynů, páry a kapalin do porézního prostoru materiálů

-k difúzi vodní páry dochází tehdy, pokud materiál odděluje dvěprostředí mezi nimiž je rozdíl částečných tlaků vodní páry

-difúze probíhá z místa s vyšším tlakem do místa nižšího parciálního tlaku vodní páry

- k difúzi dochází v kapilárách, které mají průměr větší než 10-7m, protože v těchto kapilárách nedochází ke kapilární kondenzaci

37

Veličiny používané k hodnocení difúzních vlastnostístavebních materiálů:

• součinitel difúze

• faktor difúzního odporu

• ekvivalentní součinitel difúze (nehomogenní materiály)

• ekvivalentní faktor difúzního odporu (nehomogennímateriály)

• ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu – schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí v závislosti na jeho tloušťce

38

Materiály u kterých je nutné znát jejich difúznívlastnosti

materiály bránící (či limitující) pronikání vodní páry např. do základových a střešních konstrukcí (parozábrany, hydroizolační materiály)

materiály současně bránící pronikání vodní páry a plynůz podloží do vnitřního prostoru staveb (protiradonové fólie)

materiály pro sanace vlhkého zdiva (např. sanačníomítky, které umožňují odvod vlhkosti z konstrukcísystémem pórů

materiály povrchových úprav konstrukcí (nátěrovésystémy)

39

Součinitel difúze δ − součinitel difúzní vodivosti, součinitel propustnosti pro vodní páru[s], [kgm-1s-1Pa-1]

- vyjadřuje schopnost materiálu propouštět vodní páru difúzí- je závislý na teplotě (se vzrůstem teploty stoupá)- závislý na rozdílu relativních vlhkostí- vlhkosti (se vzrůstající vlhkostí se zmenšuje)- množství, velikosti, otevřenosti či uzavřenosti pórů a na jejich vzájemnépropojenosti- určení pomocí miskové metody dle ČSN 72 7030, 72 7031, 72 7032 (Měření difúze vodních par stavebních materiálů a konstrukcí při teplotním spádu – platnost 01/1984 - 09/2006 – zrušena bez náhrady)

δ je součinitel propustnosti pro vodní páru [s]Δm je množství vodní páry prodifundované vzorkem [kg]d je tloušťka vzorku [m]S je plocha vzorku [m2]τ časový interval korespondující s Δm [s]Δpp rozdíl parciálních tlaků vodní páry změřený ve vzduchu nad a pod povrchem vzorku [Pa]

40

ppSdm

Δ⋅⋅⋅Δ

=τ

δ

41

Realizace experimentu v klimatické komoře

Miska s umístěným vzorkem

42

Faktor difúzního odporu μ [-]

- vyjadřuje schopnost materiálů propouštět vodní páru

- udává, kolikrát větší difúzní odpor klade určitá látka v porovnání se stejně tlustou vrstvou vzduchu o stejné teplotě

- prakticky není ovlivněn druhem difundujícího plynu – vázán pouze na kapilárně pórovitou strukturu materiálu a jeho aktuálním stavem

δ součinitel propustnosti pro vodní páru [s]

μ faktor difúzního odporu [-]

N přibližná hodnota difúzního odporu vzduchu 5.45 .109 [s-1] závisející na teplotě

δμ

⋅=

N1

43

Ekvivalentní difúzní tloušťka materiálu rd [m]

- závislá na geometrii (tloušťce) materiálu

-používá se hlavně k vyjádření difúzních vlastností povrchový úprav – sanačních omítek, nátěrových systémů apod.

- fyzikálně představuje vrstvu vzduchu, která by kladla difundujícímu plynu stejný odpor, jako deska daného materiálu

d tloušťka materiálu [m]

μfaktor difúzního odporu [-]

Difúzní odpor materiálu Rd [ms-1]

- v tepelně-technických výpočtech ovlivní množstvízkondenzované vodní páry (bilance zkondenzované vlhkosti)

dr dμ= ⋅

NrNdR dd ⋅=⋅⋅= μ

43

ČSN EN 12524 (73 0576) Stavební materiály a výrobky -Tepelně vlhkostní vlastnosti - Tabulkové návrhovéhodnoty Uvádí obecné tabulkové hodnoty základních tepelně vlhkostních vlastností materiálů používaných ve stavebnictví.

Rozlišuje se mezi deklarovanou hodnotou (odvozenou z naměřených údajů za referenčních tepelných a vlhkostních podmínek, podle daného způsobu statistického zpracování) a hodnotou návrhovou, která se použije ve výpočtech při zabudování materiálu do stavebníkonstrukce za běžných podmínek.

Hodnoty jsou odvozeny v souladu s ČSN EN ISO 10456.

Tab 1 Běžné stavební materiály - základní tepelné veličiny

Tab 2 Typická vlhkost materiálů při referenčních podmínkách a odpovídající převodní součinitele, kterými se převádí hodnoty získanéza jednoho souboru okrajových podmínek na jiný soubor okrajových podmínek.

Tab 3 Hodnoty ekvivalentní difúzní tloušťky pro foliové materiály a nátěry

45

46

48

48

Transport kapalné vlhkosti

- difúze, kapilární vedení, vlhkostní vodivost

- nejjednodušší možností jak popsat transport kapalné vody porézní strukturou materiálu je stanovení absorpčního koeficientu pro vodu A [kg m-2s-1/2] ze vztahu

I=A t1/2

- kde I je sorptivita a udává celkové množství vody na jednotku plochy [kg m-2], která je v přímém kontaktu s vodu, t je čas po který je studovaný vzorek v kontaktu s vodou [s].

49

square root of time (s1/2)

inflo

w (k

g/m

²)

A (kg/m²s1/2)

first stage

second stage

wcap.h

50

Absorpční koeficient pro vodu nám však podává informace pouze o vlhkostním toku, ale neříká nám nic o distribuci vlhkosti v materiálu - z tohoto důvodu transport kapalnévlhkosti popíšeme následovně:

vlhkostní tok:

− κ je součinitel vlhkostní vodivosti [m2 s-1]

- j vlhkostní tok [kg m-2s-1]

− ρs hustota matrice

- wh hmotnostní vlhkost

Přímou aplikací rovnice pro výpočet vlhkostního toku dostaneme vztah pro průměrnou hodnotu součinitele vlhkostní vodivosti (Kumaran, 1994)

- kde wsat je nasycený obsah vlhkosti (kapilární)

hs wj ∇−= κρr

2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≈

satwAκ

51

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 100 200 300 400 500 600

Square root of time [s1/2]

Inflo

w [k

g m

-2]

MUDUsDUh

Křivka nasákavosti minerální vlny typu MU a Dus, Duh(Rockwool a.s.)

52

0

10

20

30

40

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Square root of time [s1/2]

Inflo

w [k

g m

-2]

CSI

CSII

CSIII

CSIV

Křivka nasákavosti materiálu na bázi kalcium silikátu

53

Stanovení součinitele absorpce pro vodu a součinitele vlhkostní vodivosti minerální vlny typu MU

m0 S wsat Α κ Vzorek [kg] [m2] [kg m-3] [kg m-2s-1/2] [m

2s-1]

1. 9.49E-03 9.146E-03 995.745 0.21 4.45E-08

2. 1.69E-02 1.635E-02 996.553 0.22 4.87E-08

3. 1.60E-02 1.538E-02 994.079 0.21 4.46E-08

x - - 995.459 0.21 4.59E-08

54

- podrobněji lze transport kapalné vlhkosti popsat pomocínelineární difúzní rovnice

- součinitel vlhkostní vodivosti je zaveden jako funkce obsahu vlhkosti

- určíme na základě inverzní analýzy vlhkostních profilů, kteréstanovíme v rámci jednorozměrných experimentů (Lykov, 1958)

- obsah vlhkosti – metody přímé, nepřímé (TDR, NMR, odporové senzory, kapacitní senzory)

))(( wgradwdivtw κ=

∂∂

55

Profily vlhkosti pro vzorek pórobetonu

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 0.05 0.1 0.15 0.2

vzdálenost [m]

hmot

nost

ní v

lhko

st [k

g/kg

]

12900s16500s20100s2370027300s30900s34500s

56

Součinitel vlhkostní vodivosti pórobetonu

1.00E-09

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

hmotnostní vlhkost [kg/kg]

vlhk

ostn

í vod

ivos

t [m

2 s-1]

Matanov a metoda

Metoda dv ojnéintegraceDif erenční metoda

Gradientov á metoda

57

Nasákavost – maximální nasákavost

- maximální množství vlhkosti, které v materiálu může být obsaženo

- udává se buď její hmotnostní nebo objemová hodnota

- je definována buď po jisté době ponoření vzorku do vody (kapaliny) – např. po 1 hod., 24 hod., atd. nebo svou maximální hodnotou, kdy všechny otevřené póry materiálu jsou již vyplněny vodou (závisí na principu měření – kapilárnínasákavost, vakuová nasákavost, atd.)

- nasákavost objemová se může pohybovat v rozsahu 0 -100%

- nasákavost hmotnostní může u materiálů lehčích než voda hodnotu 100% značně překročit

58

Nasákavost vybraných stavebních materiálů.

Materiál Hmotnostní nasákavost % Objemová nasákavost %

Dřevo 140 - 170 55 - 70

Ocel - 0 - 0

Cihly plné, pálené 20 - 25 36 - 55

Beton hutný 6 - 13 13 - 30

Pórobeton 40 - 90 35 – 40

Pěnový polystyren 70 - 500 < 7

59

Vzlínavost (kapilarita), kapilární vedení vlhkosti

- vlastnost pórovitých materiálů, která se projevuje při jejich částečném ponoření do kapaliny

- charakteristická pro vodou smáčivé materiály, což je naprostá většina stavebních látek

-při kontaktu otevřených pórů s vodou dochází k nasákávánívody vlivem kapilárních a sorpčních sil

- materiály s většími póry nasákávají rychleji, ale výška vzlinutí je nízká

- jemně pórovité materiály sají vodu pomaleji, avšak vystupuje podstatně výše

- vzlínající vlhkost je nejčastější způsob vlhnutí konstrukcívystavených působení zemní vlhkosti

60

-vzlínaní vody lze zjednodušeně popsat pomocí mechanismu kapilární elevace – charakterizována rozdílem výšky hladiny kapaliny v kapiláře proti úrovni hladiny v okolí

- vyvoláno kapilárními silami mezi molekulami kapaliny a povrchem pevné látky (povrchové napětí kapaliny způsobuje pohyb sloupce kapaliny ve směru výslednice sil)

- pro maximální výšku vzlínání vlhkosti platí:

σ povrchové napětí kapaliny [N/m]

θ úhel smáčení mezi kapalinou a stěnou kapiláry [°]

r poloměr kapiláry [m]

ρ objemová hmotnost kapaliny [kg/m3]

g gravitační zrychlení [m/s2]

grh

⋅⋅⋅⋅

=ρ

θσ cos2

61

- pro smáčivé kapaliny se cosθ blíží 1, přičemž voda mápovrchové napětí cca 0.073 N/m

- vztah pro výpočet maximální výšky vzlínání pro vodu můžeme tedy zjednodušit na formu

Závislost povrchového napětí vody na teplotě

- střední průměr rozměru pórů v běžném cihelném zdivu se pohybuje kolem hodnoty 10-5 m – odpovídá výška vzlínání vlhkosti cca 1.49 m (tuto hodnotu potvrzuje i praxe, neboť velká část starších objektů je zavlhčena do výšky 1,5 m)

rh 149.0

= [cm]

62

- jsou-li stěny kapilár pokryty látkami, které ztěžují nebo zabraňují smáčení, změní se odpovídajícím způsobem i úhel smáčení

- je-li úhel smáčení θ > 90° dostaneme zápornou výšku vzlínání – vzniká tzv. kapilární deprese (hydrofobita materiálu)

63

- vzlínání je dynamický jev, u něhož není rozhodující pouze kapilární výška, ale také rychlost s jakou se voda odpařuje a čas potřebný k dosažení kapilární výšky h

-rychlost vzlínání:

η viskozita kapaliny

-čas k dosažení výšky h:

Transport vlhkosti vzlínáním se projevuje u stavebních materiálů s poloměrem pórů od 10-7 do 10-4 m (největšítransport pro poloměr pórů 10-5 m)

hrv

⋅⋅⋅⋅

=η

θσ4

cos

θση

cos2 2

⋅⋅⋅⋅

=r

ht

64

- voda stoupá kapilárou, ale nepronikne pře póry velkého průměru, neboť kapilární zdvih je menší než výška kapiláry transport vlhkosti se však nezastaví – voda se na konci kapiláry odpaří a difunduje k protější stěně, kde pára opět kondenzuje a v tekutém stavu vzlíná kapilárami k dalšímu póru

- mimo volné vody vzlíná po stěnách kapilár také vrstva pevněvázané vody v tloušťce několika molekul – na povrchu pórů tvoří film, který má zcela odlišné vlastnosti než volná voda (nemrzne při 0°C, nelze ji zcela odpařit)