Большинство строительных материалов можно рассматривать как некоторую трехфазную систему: твердое тело — вода — воздух. Количественные соотношения между этими фазами, размеры, форма, свойства материальных частиц и взаимодействие фаз обусловливают физические свойства материала, его плотность и степень влажности.
Влажность материалов выражают либо в весовом, либо в объемном отношении.
Весовая влажность выраженное в процентах отношение веса влаги, содержащейся в образце материала, к весу того же образца в высушенном состоянии:
Для получения величины Р2 высушивание образца следует производить при определенных температурах, установленных ГОСТом для каждого из материалов. Нарушение этого положения может привести к качественным изменениям материала. Так, при высушивании древесины при температуре, превышающей допускаемую, в дереве может происходить сухая возгонка смолы, следствием чего могут быть изменения физико-химических свойств дерева.
Объемная влажность о)0 — выраженное в процентах отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему самого образца:
Влага в материале может находиться в виде пара, жидкости и твердого тела (льда). В любом из этих состояний происходит перемещение (миграция) влаги в толще материала.
Основной причиной перемещения пара является разность упругостей паров и давлений воздуха по обе стороны материала.
Перемещение влаги в жидком состоянии обусловливается законом тяготения, напряжениями в материале
при его замерзании, капиллярными силами и силами кристаллизации.
Перемещение влаги в твердом состоянии происходит от внешнего давления и напряжения в материале при отрицательных температурах.
Проникание влаги в материал может происходить в результате различных физико-химических явлений: а) поглощения влаги сорбцией; б) смачивания материала при соприкосновении его с жидкостью (капиллярное всасывание, капиллярная диффузия); в) проникания пара в материал из окружающего его воздуха (паропро- ницание); г) химических процессов.
Поглощение влаги сорбцией. Материал, находящийся на открытой площадке, через некоторое время впитывает влагу из воздуха. Явление это называется сорбцией, которая зависит от влажности окружающего воздуха, температуры и физических свойств материала. При максимальной сорбционной насыщенности материала дальнейшее поглощение паров из воздуха прекращается и начинается капиллярная конденсация влаги в материале.
Количество влаги в материале конструкций при данных относительной влажности и температуре воздуха называется сорбционным влагосодержанием.
Количество поглощенной влаги в материале при 100% относительной влажности воздуха и при данной температуре называется максимальным сорбционным влагосодержанием.
Величина сорбции не одинакова для различных материалов и зависит от давления, концентрации влаги, температуры, а также природы материала. При определенном соотношении указанных условий устанавливается так называемое сорбционное равновесие. Влажностное состояние материала в этом случае называют равновесной влажностью. С повышением температуры величина сорбции уменьшается.
Величина максимального сорбционного влагосодер- жания в материале (в % к объему) зависит от его объемного веса, структуры и технологии его изготовления.
С увеличением объемного веса материала сорбцион- ная влажность материала повышается. Например, максимальное сорбционное влагосодержание пенобетона с объемным весом 360 кг в 1 ж3 составляет 1,15%, а при объемном весе пенобетона 900 кг в 1 mz — 5,6%.
Материалы, имеющие одинаковый объемный вес или одинаковую пористость, но различные структуры, имеют различную влажность. Если взять для примера дерево и пенобетон с одинаковым объемным весом 500 кг в 1 мъ, то оказывается, что для дерева, обладающего волокнистой структурой, величина максимального сорбционного влагосодержапия составляет 15%, а пенобетона при его ячеистой структуре — 4,6%.
Материалы, изготовленные различными способами, при их одинаковом объемном весе сорбируют влагу неодинаково. Так, сорбционная способность обжиговых материалов намного меньше, чем автоклавных. Точно так же материалы, изготовленные без термической обработки, сорбируют большее количество влаги, чем подвергнутые обжигу.
Строительные материалы и элементы конструкций зданий из них в зависимости от их сорбционпой способности делятся на две группы: активно сорбирующие влагу и инертно сорбирующие влагу.
Активно сорбирующие строительные материалы в конструкциях могут обеспечить вполне удовлетворительный влажностный режим в помещении, несмотря на накапливание в материале значительных количеств влаги, при условии соблюдения нормального эксплуатационного режима.
К активно сорбирующим материалам относятся пе- но- и газобетоны, фибролит, соломит, шлак котельный, древесина, шлакобетон, глина, известь и гипс, саманный кирпич и др.
К инертно сорбирующим материалам относятся бетон, красный и силикатный кирпич, холодные растворы, ракушечник, гранит, известняк, древесная кора, грунто- блоки, камышит, песчаник и пр.
Следует отметить, что с понижением температуры процесс сорбции активизируется и количество равновесной влаги, сорбируемой материалом, возрастает.
Инертно сорбирующие материалы в ограждениях (стенах) мало влияют на влажностный режим помещений, так как они незначительно воспринимают влагу из воздуха этих помещений. Однако при длительном и избыточном выделении пара в помещении в поверхностном слое стен со стороны помещения может быстро возникнуть сырость.
Капиллярное всасывание. При погружении какого либо строительного материала в воду влага, вследствие капиллярности, будет в нем подниматься вверх. При этом влажность в различных сечениях по высоте будет различной, так как высота подъема влаги зависит от размеров сечения капилляров — чем меньше сечение капилляра, тем больше высота подъема влаги.
Материалы, в отношении смачиваемости их поверхностей, делятся на две группы — гидрофильные (смачивающиеся) и гидрофобные (несмачивающиеся). В гидрофильных материалах смачивание водой приводит к активному всасыванию влаги, в гидрофобных — к капиллярной депрессии (водоотталкиванию).
Кроме того, на интенсивность (скорость) всасывания оказывает влияние начальная влажность материала, т.е. влажность материала в момент погружения материала в воду. С увеличением начальной влажности скорость всасывания увеличивается. Наибольшей величины она достигает при начальных ее значениях, приближающихся к пределам сорбционного увлажнения материала.
Скорость всасывания материала, погруженного в воду, с течением времени изменяется. Наибольшая скорость всасывания наблюдается в первые пять минут. Затем эта скорость резко снижается и через сутки уменьшается, для некоторых материалов в 40—50 раз.
Наибольшие скорости всасывания имеют гипс и пеносиликат. Высокой скоростью всасывания обладает и красный кирпич. Скорость всасывания влаги у силикатного кирпича вдвое меньше, чем у красного.
Наибольшее падение скорости всасывания с течением времени наблюдается во вспененных материалах.
Материалы с меньшей скоростью капиллярного всасывания должны применяться для ограждений с минимальной начальной влажностью, увеличения которой не следует допускать в дальнейшем. Это в особенности относится к шлакобетону и пенобетону.
Скорость всасывания по взаимно перпендикулярным направлениям различна и может в некоторых случаях отличаться между собой в 2—4 раза.
Таким образом, показатели скорости капиллярного всасывания позволяют судить о целесообразности применения тех или иных материалов в ограждениях.
Капиллярная диффузия. Это явление имеет место при частичном заполнении капилляра ( 2), когда влага сосредоточивается в боковых, наиболее узких местах. Перемещение влаги происходит лишь по микроскопическим открытым каналам. Это явление называется капиллярной диффузией в отличие от капиллярного всасывания, при котором влага перемещается по капилляру, заполняя все его пространство.
Показатели капиллярной диффузии не всегда совпадают с показателями капиллярного всасывания. Например, гипс обладает более интенсивным капиллярным всасыванием, чем красный кирпич. В это же время капиллярная диффузия в кирпиче выше, чем у гипса.
Капиллярная диффузия в материалах неорганического происхождения протекает более интенсивно, чем в органических материалах. Если показатель капиллярной диффузии для красного кирпича условно принять за 1, то для бутового камня он будет равен 0,03; гипса — 0,38; известкового раствора— 2,36; пенобетона — 0,009; силикатного кирпича — 0,5; фибролита — 0,002; цементного раствора — 3,28; шлакобетона — 0,02; шлаковой засыпки—0,12 .
Совокупное рассмотрение показателей капиллярного всасывания и капиллярной диффузии может дать представление об интенсивности капиллярного перемещения влаги в толще материала. Так, красный кирпич имеет относительно высокие показатели всасывания и диффузии влаги в капиллярах, а это свидетельствует также и об интенсивности процесса высыхания кирпича, обусловленного скоростью перемещения влаги в его капиллярах.
Показатели капиллярного всасывания различных материалов меняются в меньших пределах, чем показатели капиллярной диффузии. Из этого можно заключить, что не следует допускать увлажнения материалов с небольшой интенсивностью капиллярной диффузии, так как они плохо отдают влагу в окружающую среду. Поэтому совершенно недопустимо применять их для конструкций ограждений в состоянии повышенной влажности.
В реальных условиях строительства и эксплуатации зданий не представляет интереса случай, когда материал полностью погружен в воду. В ограждающих конструкциях увлажнение происходит за счет проникания влаги в конструкции вследствие: а) впитывания атмосферной влаги; б) впитывания влаги при конденсациях на поверхности ограждения; в) воздействия влаги хозяйственно-бытовых процессов; г) впитывания грунтовой влаги. При этих условиях насыщение имеет меньшую величину, чем при погружении в воду, хотя отдельные слои ограждающей конструкции могут увлажняться весьма значительно. В таких переувлажненных слоях, зазорах, полостях и возникают иногда те большие давления, которые приводят к расслоению материала или к откалыванию отдельных его частей.
Паропроницание. Перемещение парообразной влаги в материалах происходит, с одной стороны, вследствие диффузии пара в воздухе, наполняющего поры материала, а с другой, вследствие инфильтрации при которой влага перемещается воздухом, в котором она содержится в виде пара. И тот и другой виды перемещения пара через материал объединяются общим понятием — паропроницание.
Диффузионная паропроницаемость характеризуется количеством пара, перемещающегося через данный материал из области более высоких парциальных давлений в область более низких. Диффузия водяного пара может возникать даже при одинаковой относительной влажности внутреннего и наружного воздуха, но при различной их температуре.
Движение водяного пара через материал ограждающей конструкции объясняется тем, что в области большей упругости пара в единице объема содержится большее количество молекул воды, чем в том же объеме пара с меньшей упругостью. Поэтому вероятность перехода молекул из области большего парциального давления в область меньших давлений больше, чем в обратном направлении. Таким образом, при разности парциальных давлений водяного пара с одной и другой сторон ограждения перемещение молекул пара будет происходить преимущественно в одном направлении.
Материалы сухой конструкции оказывают большее сопротивление диффузионной паропропицаемости, чем такие же материалы, когда они находятся во влажном состоянии при прочих равных условиях.
Кроме того, в материалах рыхлых и с открытыми крупными порами диффузионное перемещение водяного пара происходит более интенсивно, чем в плотных материалах.
Инфильтратная паропроницаемость представляет собою явление, при котором водяной пар механически переносится воздухом, перемещающимся из области больших барометрических давлений в область меньших давлений. Такой воздушный напор может быть создан разностью температур (тепловое давление) или ветром (ветровое давление).
При наличии неизменных условий и отсутствии явлений сорбции или конденсации влаги все количество водяного пара, поступающего в ограждение вместе с воздухом, будет проникать через него в среду меньших давлений. Процесс перемещения влаги в материале в этом случае обусловливается воздухопроницаемостью материала.
Для однородного материала величины паро- и воздухопроницаемости можно считать в общем одинаковыми. Однако может иметь место и несоответствие между па- ропроницаемостью материала и воздухопроницаемостью конструкции ограждения, выполненного из этого же материала. Происходит это вследствие неизбежного наличия в конструкции неплотностей и щелей, которые значительно увеличивают воздухопроницаемость ограждения, а также и потому, что молекулярный вес воздуха и водяного пара неодинаков.
Полная паропроницаемость ограждения может быть приближенно представлена как алгебраическая сумма диффузионной и инфильтратной паропроницаемости.
Если при отсутствии ветра воздух в порах и неплотностях неподвижен, т. е. явление инфильтрации отсутствует, то направление движения пара в ограждении определяется только диффузионной паропроницае- мостью.
При учете инфильтратного переноса парообразной влаги через материал наружного ограждения необходимо учитывать скорость и направление ветра, а также разность температур внутреннего и наружного воздуха. При одинаковых температурах наружного воздуха и воздуха помещений на ограждение будет действовать только одно ветровое давление. При этом для нижней части здания характерна инфильтрация наружного воздуха в помещение, а для верхней части — эксфильтра- ция из помещения наружу.
Обычно в нижних этажах многоэтажных зданий в зимних условиях давление воздуха меньше атмосферного. В верхних этажах давление превышает атмосферное. Причиной этого является распределение давлений воздуха в лестничных клетках. Дело в том, что холодный наружный воздух, проникающий в лестничную клетку вследствие неплотностей в проеме наружного входа и частого его открывания, нагревается в нижней зоне клетки и становясь менее плотным, устремляется в верхнюю ее зону. При этом в нижней зоне клетки создается некоторое подобие вакуума, создающего там понижение давления. В то же время в верхней зоне непрерывно устремляющийся туда снизу поток нагретого воздуха создает некоторое избыточное давление, несколько превышающее атмосферное.
Поскольку помещения квартир, выходящих на лестничную клетку, не могут считаться полностью от нее изолированными из-за недостаточной герметичности входов и их периодического открывания, распределение давления воздуха лестничной клетки распространяется и на помещения квартир.
В этих условиях при слабом ветре зимой инфильтрация будет происходить только под действием теплового давления. При этом через нижнюю половину наружных ограждений с наветренной стороны холодный наружный воздух будет инфильтрировать внутрь помещений, а через верхнюю половину этих же ограждений будет иметь место эксфильтрация.
При суммарном действии ветрового и теплового давлений направление инфильтрации определяется с учетом обоих указанных давлений. При этом следует отметить, что в условиях городской застройки ветровые давления на ограждения сильно уменьшаются, и на уровне земли их можно считать равными нулю.
Воздухопроницаемость материалов колеблется в весьма широких пределах. Наибольшей проницаемостью обладают засыпки, наименьшей — асбофанера, рубероид, керамика. Воздухопроницаемость каменной кладки значительно выше проницаемости исходных материалов (камня, кирпича, раствора), вследствие наличия неплотностей и щелей в швах. Покрытие штукатуркой одной из поверхностей снижает воздухопроницаемость кирпичных стен в 10—15 раз. Двухсторонняя штукатурка может снизить воздухопроницаемость стен в 25 раз. Объясняется это высокой сопротивляемостью воздухопроницаемости растворов, применяемых для штукатурки.
Инфильтрация через каменные стены тем меньше, чем больше размер камня (блоков), применяемого для кладки.
Результаты исследований, проведенных в Канаде, показали, что во многих случаях перенос пара с фильтрующимся через ограждение воздухом приводит к образованию в 50—100 раз большего количества конденсата в толще стены, чем при диффузии.
Увлажнение материалов, как результат химических процессов. Причинами возникновения влажности в элементах здания могут быть различные химические процессы, происходящие в материалах в виде гигроскопических явлений или химических реакций.
Гигроскопичность — свойство различных веществ поглощать водяные пары из воздуха.
С точки зрения влажностного состояния строительных конструкций наибольший интерес представляют соединения окиси кальция (СаО) и различные хлористые соли— магниевая (MgCl2), кальциевая (СаС12), обладающие высокой степенью гигроскопичности. Эти соединения входят в состав многих строительных материалов и их присутствие в материале может вызвать увлажнение последнего.
Таким образом, при явлениях, связанных с гигроскопичностью материала, увлажнение последнего происходит за счет поглощения влаги извне.
Оценили 0 человек
0 кармы