Skuteczność wtórnych hydroizolacji poziomych wykonywanych metodą iniekcji chemicznej w murach ceglanych

rok wydania: 2023

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 s_w . Natomiast w celu oceny skuteczności środków iniekcyjnych przeciwdziałających podciąganiu kapilarnemu wilgoci, zaproponowano wprowadzenie kolejnej nowej wielkości, czyli stopnia redukcji absorpcji kapilarnej R_a , 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