SKUTECZNOŚĆ WTÓRNYCH HYDROIZOLACJI POZIOMYCH WYKONYWANYCH METODĄ INIEKCJI CHEMICZNEJ W MURACH CEGLANYCH

Skuteczność wtórnych hydroizolacji poziomych wykonywanych metodą iniekcji chemicznej w murach ceglanych

Streszczenie

Z zawilgoceniem ścian przyziemia (a co za tym idzie, ze szkodami przez zawilgocenie powodowanymi) spotyka się częstokroć w budynkach zabytkowych, lecz niestety również w budynkach stosunkowo nowych. Problem ten jest następstwem kapilarnego podciągania wód gruntowych spowodowanego brakiem, uszkodzeniem lub technicznym zużyciem izolacji poziomej muru.

Kapilarna absorpcja i transport wilgoci determinowane są przez właściwości zwilżające wody w stosunku do materiału oraz przez strukturę i rozkład porów w materiale. Zachodzą one zatem – w przypadku materiałów hydrofilowych (kąt zwilżania przez wodę < 90°) – w porach o promieniu od 10-7 do 10-4 m, nazywanych też porami kapilarnymi.

Na przestrzeni lat wypracowano szereg różnorodnych metod wykonywania tzw. wtórnej izolacji poziomej w murze. W przypadku metod mechanicznych w istniejący mur wprowadza się materiał izolacyjny, dzięki czemu w przekroju muru powstaje całkowicie nieprzepuszczalna dla wody, trwała warstwa, zapewniając tym samym zahamowanie jej kapilarnego transportu. Metody chemiczne (iniekcyjne) bazują na technologii wprowadzania w mur płynu iniekcyjnego, dzięki czemu powstaje blokada oparta na mechanizmie zwężenia światła kapilar, hydrofobizacji, uszczelnienia kapilar lub oddziaływaniu kombinowanym.

Przedmiotem pracy było poznanie zjawiska kapilarnego transportu wilgoci w przegrodach budowlanych oraz sposobów przeciwdziałania temu zjawisku, jak również analiza stosowanych dotychczas w kraju i na świecie metod oceny szeroko rozumianej skuteczności wtórnych izolacji poziomych wykonywanych w technologii iniekcji chemicznej. Z kolei celem pracy stało się zaproponowanie parametru pozwalającego ocenić i porównać skuteczność stosowanych środków iniekcyjnych.

Skuteczność środków iniekcyjnych w oczywisty sposób weryfikowana jest przez zastosowania praktyczne. Kluczową rolę w długofalowej ocenie środków iniekcyjnych mają jednak badania prowadzone zarówno laboratoryjne, jak i in situ (czyli w rzeczywistych warunkach zastosowania).

Badania takie prowadzone są niemal od początku stosowania w budownictwie środków iniekcyjnych mających zapobiegać kapilarnemu zawilgacaniu przegród budowlanych. Obserwacji poddawany był wpływ preparatów iniekcyjnych bezpośrednio na stosowane w murach materiały budowlane (cegłę, kamień, zaprawę), na mury referencyjne (o zróżnicowanych rozmiarach), jak również prowadzono badania w warunkach rzeczywistych (na istniejących obiektach). W pracy opisano wybrane, przeprowadzone na przestrzeni kilkudziesięciu lat, w kraju i za granicą, badania dotyczące zastosowania i skuteczności metody odtwarzania poziomej izolacji przeciwwilgociowej muru w technologii iniekcji, w tym również badania własne autora.

W ramach pracy przeprowadzono badania absorpcji kapilarnej na niewielkich murkach referencyjnych, tj. próbkach składających się z sześciu cegieł ceramicznych ułożonych w trzy warstwy (na szerokość jednej cegły w obu kierunkach) i połączonych zaprawą wapienno-cementową. Próbki podzielono na grupy, a następnie zawilgocono – przy użyciu wody wodociągowej oraz roztworem mieszaniny soli – do dwóch stopni nasycenia (S=80% oraz 95%) oraz poddano iniekcji – metodą niskociśnieniową (przy zastosowaniu preparatu na bezie krzemianów i metylokrzemianów alkalicznych) oraz w technologii kremów iniekcyjnych (przy zastosowaniu dwóch typów kremu).
Badanie absorpcji prowadzono umieszczając próbki w pojemnikach z wodą w taki sposób, aby ciecz przez cały okres badania miała styczność jedynie z dolną powierzchnią oraz rejestrując zmianę masy próbki w czasie 24 godzin od zanurzenia. Po zakończeniu badania dla każdej z próbek obliczono wartości przyrostu masy na jednostkę powierzchni zanurzonej wodzie (po każdym ważeniu) oraz wykonano wykresy tej wielkości w funkcji pierwiastka z czasu zanurzenia w wodzie. Analogiczne badania wykonano dla dwóch rodzajów próbek referencyjnych, tj. nie poddanych iniekcji oraz zawierających powłokową hydroizolacje z mineralnej zaprawy uszczelniającej.

Z uwagi na zróżnicowany kształt wykresów absorpcji kapilarnej badanych próbek, zaproponowano wprowadzenie nowej wielkości, pozwalającej ocenić przebieg procesu absorpcji – synoptycznego współczynnika absorpcji kapilarnej sw . Natomiast w celu oceny skuteczności środków iniekcyjnych przeciwdziałających podciąganiu kapilarnemu wilgoci, zaproponowano wprowadzenie kolejnej nowej wielkości, czyli stopnia redukcji absorpcji kapilarnej Ra , uwzględniającej dwie wartości odniesienia, tj. średnie wartości synoptycznego współczynnika absorpcji kapilarnej próbek nie poddanych iniekcji oraz zawierających powłokową izolacje mineralną.
Wyniki przeprowadzonych badań potwierdziły postawioną wcześniej tezę – zarówno stosowany środek iniekcyjny i sposób jego aplikacji, jak również stopień zawilgocenia i zasolenia przegrody mają istotny wpływ na skuteczność wykonania wtórnej hydroizolacji poziomej przeciw wilgoci podciąganej kapilarnie. Zaobserwowano również, że istotnym efektem wykonania w murze wtórnej hydroizolacji poziomej metodą iniekcji jest nie tylko ograniczenie absorpcji, ale również zmiana jej dynamiki.

W związku z powyższym zaproponowano nową procedurę prowadzącą do ustalenia stopnia redukcji absorpcji kapilarnej, jako kryterium pozwalającego klasyfikować środki iniekcyjne pod kątem ich wpływu na zahamowanie kapilarnego transportu wilgoci w przegrodach budowlanych.

Od Autora

Przedmiotem książki jest poznanie zjawiska kapilarnego transportu wilgoci w przegrodach budowlanych oraz sposobów przeciwdziałania temu zjawisku, jak również analiza stosowanych dotychczas w kraju i na świecie metod oceny szeroko rozumianej skuteczności wtórnych izolacji poziomych wykonywanych w technologii iniekcji chemicznej. Celem książki natomiast jest zaproponowanie parametru pozwalającego ocenić i porównać skuteczność stosowanych środków iniekcyjnych.

W ramach niniejszej książki próbie weryfikacji poddana została następująca teza główna:

Na skuteczność zabiegu wykonywania wtórnej izolacji poziomej przeciw wilgoci podciąganej kapilarnie w technologii iniekcji wpływają stosowany środek iniekcyjny oraz sposób jego aplikacji, jak również zawilgocenie oraz zasolenie muru.

W celu udowodnienia hipotezy sformułowano trzy, odnoszące się do celu badania, tezy pomocnicze:
– im wyższy stopień zawilgocenia, tym mniejsza skuteczność iniekcji chemicznej,
– zasolenie przegrody obniża skuteczność technologii iniekcji,
– technologie bezciśnieniowe pozwalają na uzyskanie jednorodnej przepony przecinającej podciąganie kapilarne.

Niniejsza książka ma charakter studialno-doświadczalny, a jej struktura stanowi odzwierciedlenie przyjętego schematu analitycznego, mającego prowadzić do realizacji celu oraz rozwiązania problemu badawczego. Składa się ona z siedmiu rozdziałów poprzedzonych wstępem i wprowadzeniem, a podsumowanych zakończeniem.

W rozdziale pierwszym opisano specyficzne właściwości fizyko-chemiczne wody, budowę porowatych materiałów budowlanych, a także opisano i usystematyzowano formy występowania wody w ich strukturze. Opisano sposoby transportu wody i wilgoci w materiałach budowlanych, ze szczególnym uwzględnieniem zjawiska kapilarnego podciągania wilgoci.

Rozdział drugi został poświęcony szkodom występującym w przyziemnej części budynku, których przyczyną lub jedną z przyczyn jest nadmierne zawilgocenie przegród budowlanych. Opisano formy występowania wody i wilgoci w gruncie oraz jej wpływ na elementy budynku w nim zagłębione. Przedstawiono formy zawilgoceń struktury budynku oraz najważniejsze – fizyczne, chemiczne oraz biologiczne – rodzaje uszkodzeń substancji budowlanej. Omówione zostały również przyczyny oraz skutki, towarzyszącego nadmiernemu zawilgoceniu, obciążenia konstrukcji budynku szkodliwymi solami budowlanymi.

Rozdział trzeci opisuje zasady ochrony istniejących budynków przed nadmiernym zawilgoceniem. Przedstawia ogólną koncepcję wykonywania systemu hydroizolacji wtórnej z uwzględnieniem występujących warunków gruntowo-wodnych oraz technicznych możliwości wykonania uszczelnienia. Opisuje stosowane metody ochrony budowli przed kapilarnym transportem wilgoci, ze szczególnym uwzględnieniem mechanicznych metod odtwarzania hydroizolacji oraz(klasyfikowanych niekiedy jako hydroizolacje poziome) metod elektrofizycznych.

W rozdziale czwartym dokonano szczegółowego opisu metody wykonywania wtórnych hydroizolacji poziomych w technologii iniekcji chemicznej. Opisano rozwój technologii, w tym metody stosowane w przeszłości i obecnie na ziemiach polskich. Przedstawiono zasady działania metody oraz stosowanych preparatów iniekcyjnych, obowiązujące obecnie zasady wykonywania hydroizolacji iniekcyjnych, a także stosowane kryteria doboru środków iniekcyjnych.

Rozdział piąty, opisujący genezę problemu badawczego, stanowi przegląd, prowadzonych w kraju i za granicą, zarówno laboratoryjnych jak i wykonywanych na istniejących obiektach (in situ) badań dotyczących skuteczności wtórnych hydroizolacji poziomych. Przedstawia również wyniki badań prowadzonych dotychczas przez autora (badań wstępnych).

Rozdział szósty zawiera przedstawienie problemu badawczego, opis metodologii oraz wyniki przeprowadzonych badań. Na podstawie studiów literaturowych, dotychczas stosowanych metod oraz badań własnych, autor przedstawił zaproponowaną przez siebie metodykę oceny skuteczności przepony iniekcyjnej wykonanej w technologii iniekcji chemicznej.

Rozdział siódmy poświęcony został interpretacji uzyskanych wyników. Przedstawiono w nim również dwie nowe wielkości pozwalające ocenić i porównać skuteczność stosowanych środków iniekcyjnych.

Zamieszczone na końcu podsumowanie zawiera syntezę najważniejszych wniosków uzyskanych na podstawie analizy wyników przeprowadzonych badań.

O Autorze

Bartłomiej Monczyński z wykształcenia inżynier budownictwa, absolwent Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska Politechniki Łódzkiej. W 2022 r. obronił na Wydziale Inżynierii Lądowej i Transportu Politechniki Poznańskiej doktorat nt. skuteczności wtórnych hydroizolacji poziomych wykonywanych metodą iniekcji chemicznej. Od 2005 r. jest związany z branżą chemii budowlanej. Od samego początku działalności w tej dziedzinie budownictwa jego zainteresowania koncentrują się wokół zagadnień dotyczących zabezpieczania budynków przed wodą, ze szczególnym uwzględnieniem renowacji budynków zawilgoconych. Jest autorem i współautorem szeregu publikacji technicznych i naukowo-technicznych na temat hydroizolacji w budownictwie, diagnostyki oraz renowacji zawilgoconych budynków, a także budownictwa ekologicznego.

Spis treści

Streszczenie
Wykaz najważniejszych oznaczeń
Wstęp
Wprowadzenie – cel i zakres pracy

1. Wilgotność materiałów i przegród budowlanych
1.1 Woda – informacje podstawowe i występowanie
1.2 Struktura materiałów budowlanych
1.3 Wilgotność materiałów budowlanych
1.4 Fazowe przemiany wilgoci w materiałach budowlanych
1.4.1 Sorpcja
1.4.2 Kondensacja objętościowa
1.4.3 Dyfuzja pary wodnej w materiałach porowatych
1.5 Transport wody w postaci ciekłej
1.5.1 Podciąganie kapilarne
1.5.2 Współczynnik absorpcji kapilarnej

2. Szkody wilgotnościowe w przyziemnej części budynku
2.1 Woda występująca w gruncie
2.2 Negatywne skutki zawilgocenia budynków
2.3 Zasolenie budynków

3. Ochrona budynku przed wilgocią podciąganą z gruntu
3.1 Ogólna koncepcja hydroizolacji wtórnych
3.2 Ochrona budynków przed kapilarnym transportem wilgoci z gruntu
3.3 Metody elektrofizyczne
3.4 Mechaniczne metody wykonywania wtórnych hydroizolacji poziomej

4. Wtórne hydroizolacje poziome wykonywane w technologii iniekcji
4.1 Początki i rozwój metod iniekcyjnych

4.1.1 Metoda Politechniki Krakowskiej
4.1.2 Metoda elektroiniekcji (EI)
4.1.3 Metoda termoiniekcji
4.1.4 Iniekcja krystaliczna
4.1.5 Parafinowa iniekcja termohermetyczna
4.2 Technologia iniekcji – zasada działania
4.3 Nieorganiczne i organiczne związki krzemu
4.4 Preparaty iniekcyjne na bazie związków krzemu
4.5 Pozostałe środki iniekcyjne
4.6 Wykonywanie izolacji poziomej metodą iniekcji
4.7 Stosowane kryteria doboru środków iniekcyjnych
4.7.1 Metoda ITB
4.7.2 Metoda WTA
4.7.3 Metoda BuFAS
4.7.4 Metoda BBA
4.7.5 Metoda TU Delft
4.7.6 Metoda Dahlberg-Institut Wismar

5. Problem badawczy – geneza
5.1 Znaczenie hydroizolacji przeciw wilgoci kapilarnej
5.2 Ocena skuteczności metod iniekcyjnych
5.2.1 Badania BAM
5.2.2 Alte Oper we Frankurcie
5.2.3 Badania Politechniki Krakowskiej
5.2.4 Badania IBF
5.2.5 Badania Politechniki Lubelskiej
5.2.6 Badania Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego
5.3 Badania własne autora (badania wstępne)
5.3.1 Penetracja preparatów iniekcyjnych w cegle ceramicznej
5.3.2 Wpływ środków iniekcyjnych na właściwości zaprawy murarskiej
5.3.3 Wysychanie muru oraz skuteczność iniekcji

6. Metoda badawcza
6.1 Cel i przedmiot badań
6.2 Metodyka badań
6.2.1 Przygotowanie i selekcja próbek
6.2.2 Zawilgocenie
6.2.3 Wykonanie iniekcji
6.2.4 Badanie absorpcji kapilarnej
6.3 Wyniki badań

7. Interpretacja wyników badań
7.1 Absorpcja kapilarna i jej redukcja
7.2 Iniekcja niskociśnieniowa
7.3 Krem iniekcyjny (emulsja o/w)
7.4 Krem iniekcyjny (emulsja w/o)

Podsumowanie i wnioski
Bibliografia

Recenzje

Jest bezsporne, że bardzo wiele budynków zabytkowych oraz budynków nowszych o ścianach murowanych nie posiada izolacji przeciwwilgociowych w ogóle – bo ich dawniej nie wykonywano albo posiada izolacje z różnych powodów nieskuteczne. Dotyczy to przede wszystkim izolacji przeciwwilgociowych poziomych. Skutkiem tego jest nadmierne zawilgocenie i zasolenie murów, prowadzące w dłuższym okresie do ich destrukcji. W dbałości o przywrócenie należytego stanu takich budynków konieczne jest wykonanie w murach skutecznej izolacji przeciwwilgociowej, nazywanej w literaturze wtórną. Spośród wielu znanych metod wykonywania izolacji przeciwwilgociowych wtórnych, obarczonych licznymi ograniczeniami w tym na przykład konserwatorskimi, często stosowaną jest metoda iniekcji chemicznej. Mnogość iniekcyjnych środków chemicznych oraz metod i sposobów ich aplikacji, a także dokonujący się w tym zakresie ciągły postęp, w konfrontacji z bardziej lub mniej zawilgoconymi i zasolonymi murami oraz różną ich strukturą powoduje jednak to, że wybór właściwego rozwiązania mającego zagwarantować oczekiwaną skuteczność wykonanej przeciwwilgociowej izolacji wtórnej nie jest prosty. Problemem jest ponadto brak zgodności badaczy co do tego jak wiarygodnie tę skuteczność ocenić. Jak to Autor wykazał (…), pomimo badań prowadzonych w tej kwestii od wielu lat w różnych ośrodkach naukowych i laboratoriach krajowych i zagranicznych, na chwilę obecną nie ma ujednoliconej metody badawczej lub sposobu oceny skuteczności środków iniekcyjnych użytych do utworzenia poziomej nieprzepuszczalnej dla wody strefy muru. Na użytek tej oceny proponowane są przez badaczy nie tylko różne parametry opisujące właściwości muru w strefie poddanej iniekcji i powyżej tej strefy służące na przykład do określenia szczelności muru dla wody w strefie wykonanej iniekcji, ale także różne są też propozycje obliczania wartości tych parametrów. To pokazuje, że od strony badawczej problem ten jest nadal otwarty (…). Autor podjął się pełniejszego niż to do tej pory było znane wykazania na drodze doświadczalnej, że skuteczność wykonania poziomej izolacji przeciwwilgociowej metodą iniekcji chemicznej zależy od użytego środka iniekcyjnego i sposobu jego aplikacji oraz zawilgocenia i zasolenia muru i, co jest bardzo ważne, zaproponował na podstawie przeprowadzonych badań własnych nowy parametr pozwalający ocenić i porównywać skuteczność różnych środków iniekcyjnych stosowanych do wykonania poziomej wtórnej izolacji przeciwwilgociowej w murach ceglanych.

Prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła

Temat badania skuteczności wtórnych hydroizolacji poziomych wykonywanych metodą iniekcji chemicznej (…) jest ważny, ponieważ pozwala na poszukiwanie sposobu skutecznego zapobiegania uszkodzeń w zawilgoconych i zasolonych ścianach murowanych. Problem ten dotyczy także obiektów zabytkowych, co łączy się z dodatkowo wysokimi wymaganiami konserwatorów zabytków. Rozwiązania materiałowo-konstrukcyjne stosowane w pracach remontowych w zabytkach powinny być zgodne zarówno z wymogami normowymi jak i przede wszystkim z wymogami akceptowanej przez konserwatorów instrukcji WTA (wytyczne opracowane przez niemiecką organizację Naukowo-Techniczną Grupę Roboczą ds. Utrzymania Budowli i Ochrony Zabytków). Podjęte badania posiadają zarówno walor naukowy jak i duże znaczenie praktyczne.
Wybór przez autora problematyki związanej z badaniem skuteczności wtórnych hydroizolacji poziomych, jako tematu rozważań naukowych, zasługuje na uznanie. Prace badawcze dotyczące renowacji budynków mają znaczenie społeczno-gospodarcze, dotyczą utrzymania substancji budowlanej na odpowiednim poziomie technicznym i jednocześnie pozwalają na zapewnienie jakości i standardu życia użytkowników tych budynków. Głównym zadaniem w renowacji zawilgoconych budynków jest ich osuszenie, mające na celu trwałe obniżenie poziomu zawilgocenia oraz umożliwienie prowadzenia dalszych prac budowlanych i konserwatorskich. Początkowym etapem osuszania budynku jest usunięcie przyczyny zawilgocenia. Powodem silnych zawilgoceń budynków jest brak izolacji przeciwwilgociowych, a skuteczna metoda hydroizolacji wtórnej pozwoli na odpowiednie zabezpieczenie ścian budynków przed zawilgoceniem, a także przed powstawaniem uszkodzeń wtórnych.
Rozważany problem badawczy jest oryginalny, stanowi poszukiwanie metod pozwalających na ocenę skuteczności stosowanych środków iniekcyjnych w przeciwdziałaniu kapilarnemu transportowi wody. Autor zajął się zagadnieniem, które nie zostało jeszcze w dostatecznym stopniu zbadane, proponuje autorskie podejście, w którym wskazuje odpowiednie narzędzie rozwiązania tego problemu. Analiza porównawcza stosowanych rozwiązań wtórnych hydroizolacji poziomych wykonywanych metodą iniekcji chemicznej nie była dotychczas szeroko rozpatrywana w literaturze. Większość prac z tego tematu (za-równo krajowych jak i zagranicznych) dotyczy możliwości technicznych stosowania dla określonych rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych. Odczuwalny jest brak propozycji modeli i narzędzi służących do wyboru najbardziej korzystnych rozwiązań.

Dr hab. inż. Beata Nowogońska, prof. UZ