Odstraňování vlhkosti z porézních materiálů vakuováním

Vlhkost ve stavebních materiálech ovlivňuje nejen jejich tepelně technické charakteristiky, ale také při překročení určitých limitů může významně ovlivnit jejich mechanické vlastnosti, a tím únosnost a spolehlivost stavebních konstrukcí. Vedle těchto primárních účinků je rovněž ovlivňován vzhled povrchů stavebních konstrukcí a hygiena prostředí.

Problematice a metodám odstraňování vlhkosti ze zdiva je v technické i laické veřejnosti trvale věnována pozornost nejen po teoretické stránce, ale velmi konkrétní zájem vyvolala situace po povodních, jež velmi citelně zasáhly velké územní aglomerace.

Podle provedeného průzkumu, jsou nejvíce užívanými typy zařízení pro vysoušení zdiva různé varianty tepelných vysoušečů. Například v pražské čtvrti Karlín byly po nedávných záplavách nejvíce užívány odvlhčovače HD 320, ohřívače na naftové palivo s nuceným oběhem vzduchu MASTER, infračervené sálače tepla se spalováním nafty, propanbutanové a elektrické mobilní teplovzdušné agregáty. Všechna tato zařízení fungují po technické stránce na principu nepřímého odstraňování vlhkosti z pórového systému stavebních materiálů, a to buď ohříváním vzduchu v interiéru místnosti nebo ozařováním povrchu konstrukce.

Metoda nepřímého vysoušení zdiva ohříváním vzduchu v uzavřeném prostoru je fyzikálně založena na zmenšování tření kapaliny v kapilárách pevných látek a vyrovnávání tlaků. Pro tento účel jsou nejvhodnější ohřívače vzduchu opatřené kondenzačními nádržemi, neboť při nasycení vzduchu v místnosti vodní parou se vysychání zdiva zastaví. V takových případech je pak nutno spojit nepřímé vysoušení s periodickým větráním, což prodlužuje a tím prodražuje vysoušení.

Vysoušeče pracující na principu ozařování povrchu konstrukcí je možno přirovnat k působení slunečního záření na vnější omítky staveb.

Provoz všech typů vysoušečů je náročný na energetické zdroje (palivo, elektřina) podle provozních výkonů jednotlivých agregátů a zařízení. Existují však metody, pomocí kterých lze odstraňovat vlhkost ze zdiva daleko efektivnějším způsobem při nízkých provozních nákladech. Jedná se o přímé mechanické vysoušení odsáváním vody z pórového systému stavebních materiálů například pomocí vakuování.

Přímé odstraňování vlhkosti vakuováním

Pomocí speciálních odsávacích (vakuovacích) štítů je možno odstraňovat vodu se vzduchem z kapilár pevných látek. Zařízení pro vakuování se skládá z vlastního odsávacího štítu nebo i více štítů vedle sebe, odsávacího potrubí, odvodňovací nádrže, vyrovnávací podtlakové nádrže a vývěvy. Příklad sestavy je znázorněn na obr. 1. V případě nerovnosti povrchu vlhké konstrukce, je třeba nejdříve provést její úpravu v místě kontaktní plochy štítu, aby bylo dosaženo potřebného podtlaku pro vakuování. K tomuto účelu se prakticky osvědčila rychleschnoucí sádra.

Obr. 1 Schéma vakuovacího zařízení

Pro aplikaci odstraňování vlhkosti ze stavebních porézních materiálů, bylo využito zkušeností, získaných při vakuování čerstvého betonu. Při odsávání technologické vody z čerstvého betonu, je při této metodě hutnění zpravidla používán optimální podtlak v hodnotě 70 kPa. Účinek odsávání byl sledován až do hloubky 300 mm. Při vakuování vrstvy o výšce h probíhá podtlak (p) podle přímky, která je dána vztahem:

Při prodloužení doby vakuování v místě osazeného štítu, lze v důsledku vytvořeného podtlaku odsávat vodu i z širšího okolí než je plocha samotného štítu. V případě rozměrnější konstrukce, lze účinně odsávat vodu umístěním štítů proti sobě.

Experimentálním měřením byla sledována účinnost vakuování v čase. Bylo zjištěno, že během prvních 3 minut bylo odsáto přibližně 8 % vody, za dalších 9 minut rovněž 8 % vody a v průběhu dalších 27 minut opět stejné množství 8 % vody, tj. celkem 24 % vody.

Podle experimentálních výsledků časového průběhu odsávání vody, byla zjišťována zákonitost průběhu vakuování. Bylo odvozeno, že odsávání vody probíhá podle logaritmické křivky (obr. 2), dané rovnicí ve tvaru:

Příklad průběhu:

y₃ = 6,55 . lg 3 = 7,2
y₁₂ = 6,55 . lg 12 = 16,2
y₃₉ = 6,55 . lg 39 = 24,0

Aktuální (momentální) vlhkost všech porézních stavebních materiálů je přímo ovlivňována okolním prostředím, tedy teplotou a relativní vlhkostí vzduchu. Proto je jedním ze sledovaných parametrů, např. pro tepelně-technické výpočty, experimentální určování hodnoty charakteristické (přirozené) vlhkosti, a to dlouhodobým kondiciováním vzorků obvykle při teplotě 20 °C a relativní vlhkosti vzduchu 80 %, podle definování v ČSN 72 7012-1. Například sledováním změn hmotnosti pórobetonu o objemové hmotnosti 500 kg.m^-3 v čase cca 100 dnů, byla určena průměrná hodnota přirozené vlhkosti ve výše definovaných podmínkách v hodnotě 5 hmot. % (obr. 3) z počátečního zdánlivě suchého stavu. Zcela odlišně se za stejných podmínek kondiciování a v přibližně stejném čase choval stejný materiál při obrácené transportní cestě vlhkosti, tedy ze stavu nasycení vodou v hodnotě vyšší (cca 25 hmot. %) než je přirozená vlhkost tohoto materiálu. Experimentální sledování ukázalo, že po cca 3 dnech rychlé ztráty hmotnosti došlo k téměř zanedbatelnému úbytku, který se dlouhodobě udržoval na 13,5 hmot. % (obr. 4). Tento průběh potvrzuje, že při vyšších hodnotách relativní vlhkosti vzduchu se vysoušení materiálu prakticky zastavuje. Hodnota parametru charakteristické vlhkosti je pro různé materiály jiná a je ovlivňována počtem, tvarem a průřezem kapilár, případně úpravou povrchu kapilár nebo celého povrchu materiálu. Při určitém zjednodušení, je tato hodnota závislá na objemové hmotnosti materiálu. Pro srovnání podmínek, kladených pro určení rovnovážného stavu vlhkosti v materiálech, je v nově zavedené normě ČSN EN ISO 10456 definována teplota vzduchu 23 °C a relativní vlhkost 50 % a v dalším novém předpisu jsou návrhové tepelné hodnoty vztaženy rovněž k rovnovážnému stavu při teplotě vzduchu 23 °C a k relativním vlhkostem 50 % i 80 %.

Obr. 3 Průběh změn hmotnosti pórobetonu při dlouhodobém uložení ze stavu zdánlivě suchého

Obr. 4 Průběh změn hmotnosti pórobetonu při dlouhodobém uložení ze stavu nasyceného vodou

Charakteristická vlhkost se může pro různé porézní stavební materiály pohybovat od 0,5 hmot. % do cca 13 hmot. %. Při vysoušení zdiva je s ohledem k této skutečnosti zpravidla z pórového systému odstraňováno 15 až 20 hmot. % vody. Tento fakt je důležitý z hlediska ekonomického provozu vysoušení, resp. pro dobu trvání vysoušení.

Při experimentálních pokusech vysoušení vzorků vakuováním bylo zjištěno, že během 1 až 2 minut došlo k odsátí volné vody z kapilár do hloubky cca 10 mm. U stěny o tloušťce 450 mm by se tak jednalo o dobu expozice podtlaku max. 1,5 hodiny.

Závěr

Experimentální výsledky vysoušení zdiva pomocí přímé metody vakuování ukazují, že lze velmi efektivně a v relativně krátkém čase snížit obsah vody z kapilárního systému stavebních materiálů. Přímé vysoušení vodou nasycených stavebních konstrukcí tak umožňuje významnou úsporu energie a paliv oproti tradičně užívaným teplovzdušným vysoušečům. Nasazení tepelných vysoušečů je obvykle vícedenní záležitostí, neboť jejich tepelný výkon musí být limitován s ohledem na riziko vzniku tepelných deformací zdiva a poruch instalačních rozvodů uložených ve zdivu.

Literatura

[1] HOZÁK, Z., KUPKA, F., ŠINDELÁŘ, V., Základy technické fyziky, Praha 1955.
[2] PYTLÍK, P., Technologie betonu, VUTIUM, Brno 1997.
[3] ČSN EN 12524 Stavební materiály a výrobky -Tepelně vlhkostní vlastnosti - Tabulkové hodnoty.
[4] ČSN 72 7012-1 Stanovení součinitele tepelné vodivosti materiálů v ustáleném tepelném stavu. Metoda desky. Část 1: Společná ustanovení
[5] ČSN EN ISO 10456 Stavební materiály a výrobky - Postupy stanovení deklarovaných a návrhových tepelných hodnot.

Zpracováno za podpory grantu 103/05/2227 GADA ČR