Władysław Wasiluk, Stefan
Owczarek, Leszek Czapski,
Krzysztof Maszewski
Stan zastosowań metod
elektroosmotycznego osuszania
obiektów zabytkowych w Polsce
Ochrona Zabytków 38/1 (148), 55-61
WŁADYSŁAW WASILUK, STEFAN OWCZAREK, LESZEK CZAPSKI, KRZYSZTOF MASZEWSKI
STAN ZASTOSOWAŃ METOD ELEKTROOSMOTYCZNEGO OSUSZANIA OBIEKTÓW ZABYTKOWYCH
W POLSCE
Jednym z podstaw ow ych w a ru n k ó w użytkow ania w nętrz je st utrzym anie w pom ieszczeniach o d p o w ie d n ie g o m i kro klim a tu , szczególnie zaś s ta łe j te m p e ra tu ry i w ilg o t ności. Ponieważ n ie k tó re b u d yn ki nie m ajq iz o la c ji p o ziom ej, w naszych w a ru n ka ch klim atycznych w oda g ru n tow a może p o w o do w a ć znaczne za w ilg o ce n ie nie tylko fu n d a m e n tó w , lecz rów nież ścian. Przez to pom ieszcze nia szczególnie dolnych k o n d yg n a c ji sta ją się bardzo w ilg otn e . Poza szkodliwym d zia ła n ie m w ody na fu n d a menty i ściany p o w sta je rów nocześnie nie b e zp ie cze ń stwo zag rzyb ie n ia budynku.
W szelkie m etody częściowo za p o b ie g a ją c e tym u je m nym zjaw iskom są nie d o przyjęcia i konieczne je s t sto sow anie ta k ic h , któ re c a łko w ic ie likw id o w a łyb y z a w ilg o cenie ścian.
K onieczność utrzym ania bud yn kó w w należytym sta n ie technicznym , a szczególnie bud yn kó w o dużej w a rto ści zabytkow ej, zmusza do stosow ania w ielu za b ie g ó w ko n serw atorskich. Jednym z nich je s t o ch ro n a przed za w ilg oce n ie m . W naszej strefie klim atycznej ma to spe c ja ln e znaczenie, poniew aż w niektórych porach roku w ystępuje duża ilość o p a d ó w , w w yniku których n a stę p u je z a w ilg o c e n ie przegród b u d o w la n ych , szczegól nie intensyw ne w części p iw n iczn e j, d o ch o d zą ce n a w et d o p ię tra . O c e n ia się, że większość bud yn kó w za bytkowych (8 0 % ) z n a jd u je się z te g o pow odu w stanie nie n a d a ją cym się do użytkow ania.
Mechanizm zawilgocenia ścian
G ru n t z p u n ktu w id ze n ia om aw ianych m etod można tra kto w a ć ja k o ośrodek trzyfazowy, skła d a ją c y się z fazy stałej — szkieletu g ru n to w e g o , cie k łe j — w ody g ru n to w e j i gazow ej — pow ietrza. G d y w ody g ru n to w e w y p e łn ia ją c a łko w icie w o ln e przestrzenie między fazą stałą, w ów czas sta je się on dw ufazow y.
Ze w zględu na w y stę p u ją ce siły, na pow ierzchni cząstki g ru n tu może z n a jd o w a ć się w o d a zw iązana z fa zą s ta łą, tzw. w o d a h yg ro sk o p ijn a i w oda o ta cza ją ca posz czególne cząstki, zw iązane z nim i bard zo dużym i s iła mi dochodzącym i do 2000 d a N /c m 2; w ystępują one dzięki is tn ie n iu silnych pól elektrycznych. Przy w iększej w ilg o tn o ś ci tw orzy się tzw. w oda b ło n k o w a ta , o ta c z a ją ca w odę h yg ro s ko p ijn ą otoczkam i. Jej siły w ią z a n ia są ju ż dużo m niejsze i d a je się ła tw ie j o d d z ie la ć np. przez p o dgrzanie.
Poszczególne cząstki g ru n tu tw orzą u kła d y stru ktu ra ln e , które można tra k to w a ć ja k o k a p ila ry (il. 1). W y p e łn ia ją c a je w o d a , zw ana k a p ila rn ą , je s t podnoszona na znaczne wysokości dzięki d z ia ła n iu sił k a p ila rn y c h .1 W iększe przestrzenie p ow ietrzne między poszczególnym i cząstkam i lu b ich zespołam i, w których ju ż nie d z ia ła ją siły k a p ila rn e , w y p e łn io n e są przez w odę g ra w ita cyjną.
1 W. W a s i I u k, M ikroskopowa metoda b a da nia elektro-
osmotycznych własności, Politechnika Warszawska, opracow a
nie m onograficzne.
1. K apilara w gruncie wypełniona w o dą : 1 — faza stała (cząstka szkieletu gruntowego), 2 - ka p ila ra w gruncie o t warta, 3 — kap ila ra w gruncie zamknięta, 4 — w oda g ru n towa
1. A cap illa ry fille d with w ater in the gro un d: 1 — solid phase (pa rticle of a ground fram ework), 2 — an open c a
p illa ry in the ground, 3 - a closed cap illa ry in the ground,
4 — ground water
2. Sposoby rozmieszczenia wody w fundam encie: 1 — p o wierzchnia odparow ania wody, 2 - przegroda budow lana, 3 — poziom wody gruntow ej
2. M ethod of w ater distribution in the foundations: 1 — sur face of water vaporization, 2 — constructional p a rtitio n , 3 — level of ground water
Te dw a o s ta tn ie rodzaje w ody - k a p ila rn a i g ra w ita cyjna — ze w zględu na n ie w ie lkie siły w ią z a n ia ich z fazą sta łg g ru n tu ła tw o przechodzg do o środków m niej w ilg o tn y ch , np. stykających się z nią m urów. W iększość bow iem e le m e n tó w ściennych ma b u dow ę p o ro w a tą w postaci sieci ka n a likó w i pow staje tzw. p o d ciś n ie n ie k a p ila rn e . W o d a g ra w ita c yjn a i k a p ila rn a zaczyna prze d o s ta w a ć się z g ru n tu np. do stopy fu n d a m e n to w e j; dzięki is tn ie ją c e j wówczas różnicy ciśnień osmotycz- nych w o d a je st p o d c ią g a n a ka p ila ra m i do górnych czę ści stopy (il. 2). Taki proces p o w o du je z a w ilg o c e n ie ścian n a w e t do wysokości pierwszego p ię tra . M oże być on przerw any przez zam knięcie ka p ila r, sto su ją c niepo- ro w a te m a te ria ły, np. lepik, papę itp. (w arstw a lepiku zamyka k a p ila ry i zatrzym uje osmotyczne p o d c ią g a n ie w ody - il. 3). W efekcie ta k ie g o zabiegu w ilg o tn o ś ć p rzegród b u d ow lanych w częściach będących powyżej „o w e j za p o ry” m aleje do w artości dopuszczalnych dla użytkow ania budynku.
Istn ie je rów nież możliwość osuszania pom ieszczeń przez ich o g rze w a n ie i intensyw ne w ietrzenie. Ten sposób nie d a je pożądanych efektów , gdyż na m iejsce w o d y o d p a ro w a n e j p o ja w ia się nowa w oda, p o d c ią g n ię ta z d o l nych p a rtii m uru na drodze osm otycznego d z ia ła n ia . Intensyw ność za w ilgo ce n ia zależy w takich w ypadkach przede wszystkim od stru ktu ry i rodzaju m a te ria łu prze g ro d y b u d o w la n e j, je j g ru b o ści oraz w ilg o tn o śc i g ru n tu. Z a w ilg o c e n ie osiąga swoje m aksimum w środku p rze kro ju przegrody, m a le ją c w kierunku o bu zew nę trznych płaszczyzn — ta k i rozkład w ynika z procesu o d p a ro w a n ia . N a nie ró w n o m ie rn o ść rozkładu najw iększy w pływ ma te m p e ra tu ra otoczenia po obu stronach prze grody.
Mechanizm powstawania elektrycznej warstwy pod
wójnej przy osuszaniu budynku
Jak już wyżej w spom niano, większość e le m e n tó w b u d o w la n ych ma stru ktu rę po ro w a tą z w ielom a k a n a lik a mi, których n ie w ie lkie średnice p o zw a la ją zaliczyć je do
3. Sposób przemieszczania się wody w wypadku istnienia izo la c ji poziom e j: 1 — izo lacja poziom a (warstwa lepiku), 2 - poziom wody gruntow ej
3. The technique of water displacing in case of the existence of ho rizontal insula tion: 1 — horizontal insulation (layer of pitch ), 2 — level of ground water
1
4. Krzywa rozkładu ładunków na granicy podziału faz: w o da — faza stała ; 1 — faza stała, 2 — p o tencjał elektrokine-
tyczny, 3 — po te n cja ł międzyfazowy
4. Charge distribution curve on the border of the division of phases: water — solid state; 1 — solid stage, 2 — electro-
kinetic potential, 3 — interphase p o te n tia l
k a p ila r. P odciągana na d ro d ze osm otycznego d z ia ła n ia w oda p o w o d u je zjaw iska, które d a ją e fe kt tzw. elek- tro k a p ila rn o ś c i. Z e tkn ię cie się w takim u kła d zie faz, tj. m a te ria łu ściany z w odą, p o w o d u je na o g ó ł zm ia nę w rozkładzie ła d u n k ó w elektrycznych w p rz y le g a ją cych do siebie w arstw ach, zn a jd u ją cych się po obu stronach g ra n ic y rozdziału. W skutek te g o pom iędzy f a zami, tj. ścianką k a p ila ry c e g ły i w ody czy też zapraw y b u d o w la n e j, pow sta je różnica p o te n cja łó w , zw ana p o te n cja łe m m i ędzyf azowym. W w yniku bezp o śre d n ie g o ko n ta ktu obu faz p o w sta je w ię c elektryczna w arstw a p o d w ó jn a .2
Tak w ytw orzona elektryczna w arstw a p o d w ójn a ma po obu stronach g ra n icy rozdziału w ypadkow e ła d u n k i elektryczne, z je d n e j strony o znaku d o d a tn im , a z d ru g ie j — ujem nym . Zasięg w arstw y p o d w ó jn e j kończy się tam , gdzie p o te n c ja ł m iędzyfazowy osiąga w artość ze ro, tj. gdzie p o te n cja ły chem iczne cząstek z n a jd u ją cych się w strefie elektrycznej w arstw y p o d w ó jn e j sta ją się rów ne p o te n cja ło m chemicznym w nętrz fazy.
G o u y i C ham pen p o d a li krzywą rozkładu ła d u n k ó w z uw zględnieniem udziału jo n ó w ja k o istotnych ich noś ników . R ozpatrując p o d zia ł na g ra n ic y faz ja k o re zu l ta t w sp ó łd z ia ła n ia sił elektrostatycznych z je d n e j stro ny i sił ruchu m olekularno-cząsteczkow ego z d ru g ie j, można d o jść do wniosku, że na g ra n ic y ka p ila ry i w o dy ubytek jo n ó w m a le je w raz z o d le g ło ścią od nie j w e d łu g fu n k c ji h yp erb o liczn e j (il. 4).3
Sm oluchow ski i F reundlich w p ro w a d zili p o ję cie p o te n c ja łu m iędzyfazow ego. W zjaw iskach e
lektrokinetycz-2 W. W a s i I u k, M etoda określania rozkładu i szybkości
elektroosmotycznego ruchu wody w ośrodkach n ieje dn orod nych, Politechnika Warszawska, opracowanie monograficzne.
nych bierze u d zia ł tylko n ie liczn a część ła d u n k u , n a to m iast część ła d u n k u zaw arta między g ra n ic ą p o d zia łu (faza stała — w o d a ) i prostą AB (il. 4) nie bierze czyn nego u d zia łu , gdyż w tym przedziale w ielkość sił w za je m n e g o o d d zia ływ a n ia ła d u n k ó w w w odzie i ściance k a p ila ry nie pozw ala na ich przesunięcie pod wpływem pola e le ktryczn e g o .4
Eiektrokinetyczne zjawisko przy elektroosmotycznym
osuszaniu budynków
Na p o d sta w ie wyżej p o d a n e g o w yja śn ie n ia m echaniz mu p o w sta w an ia p o d w ó jn e j w arstw y elektrycznej, należy sprecyzować isto tę ruchu w ody pod wpływem przyłożo nego z zew nątrz sta łe g o p ola elektrycznego. Przepływ w ody p o w sta je na skutek is tn ie n ia n a d m ia ru jo n ó w je d nego znaku w zew nętrznej części w arstw y dyfuzyjnej.
lUStrO_W£C)y_
katod a H
h = 0 u wars twa graniczna
J — U
Ш
iHanoda t + *virrrrmmmn,
h = Q« I I »-5. Ruch elektroosmotyczny wody
5. Electroosmotic movement ot water
6. Jednometaliczna bierna metoda blokady przeciwzawilgoce- niowej: 1 — obszar wysychania, 2 — elektrody górne ujem ne, 3 - kierunek prądu w obwodzie elektrycznym wewnętrz nym, 4 — specyficzne źródło prądu, 5 - elektrody dolne d o datnie, 6 - poziom wody gruntowej, 7 — przewód izolowany
zawierający elektrody, 8 - kierunek prądu w obwodzie zew nętrznym, 9 — kierunek działania ciśnienia osmotycznego wo dy, 10 — międzyelektrodowa strefa blokady
6. Monometallic passive method of antihum idification: 1 — the area of drying-out, 2 - upper negative electrodes, 3 — direction of current in internal electric circuit, 4 — specific source of current, 5 — bottom positive electrodes, 6 — le vel of ground water, 7 — insulated conductor comprising
electrodes, 8 - direction of current in external circuit, 9 — direction of the action of osmotic water pressure, 10 — in terelectrode zone of blockade
Przyłożenie p o la elektrycznego d o k a p ila ry w yp e łn io n e j w odą (il. 5) p o w o d u je p rz y cią g a n ie jo n ó w do b ie g u n a o znaku przeciwnym . Im większy p o te n c ja ł e le ktro k in e - tyczny, tym w iększa je s t liczba n a d m ia ru jo n ó w i tym intensyw niejszy ruch w ody. Z powyższego w ynika w prost p ro p o rc jo n a ln a zależność między o b o ję tn o ś c ią prze n ie sio n e j w ody a p o te n cja łe m elektrokinetycznym . W w yp a d ku, g d y p o te n c ja ł e le ktro kin e tyczn y rów na się zero, n ie w ystę p u je e le k tro k a p ila rn y ruch wody. Na intensyw ność ruchu elektroosm otycznego m ają w pływ ta k ie czynniki, ja k np. wysokość, na któ rą moż na p o d c ią g n ą ć w odę. Jest o n a p ro p o rc jo n a ln a do przyłożonej różnicy p o te n c ja łó w , zaś d la zbioru k a p ila r o różnych p ro m ie n ia ch je s t o d w ro tn ie p ro p o rc jo n a ln a do kw a d ra tu p ro m ie n ia . Z ależność ta nie je s t je d n a k c a łk o w icie słuszna, poniew aż lepkość cieczy w k a p ila - rach o d b ie g a od lepkości cieczy sw o b o dn e j, a w s p ó ł czynnik filtra c ji poczyna m aleć. Stała die le ktryczn a E, którą d la w ody i je j roztw orów przyjm uje się 81, na g ra nicy p o d zia łu faz w e lektrycznej w a rstw ie p o d w ó jn e j m a le je n a w e t d o 1.
Z powyższego w id a ć , że rozw iązyw anie za g a d n ie ń te c h nicznych m etod osuszania b u d yn kó w w każdym w y p a d ku w ym aga ko n tyn u o w a n ia b a d a ń teoretycznych, poz w a la ją cy c h na uzyskiw anie optym alnych rozw iązań.
Ocena stosowanych metod technicznych
Stosow ane o be cn ie m etody te ch n iczn e e le ktro o sm o ty cznego osuszania budynków dadzą się p o d z ie lić na d w ie zasadnicze g ru p y :
— m etody bierne, — m etody czynne.
Każda z tych m etod, poza o d m ie n n o ścią rozw iązań technicznych, ch a ra kte ryzu je się rów nież o d rę b n o ś c ią sw ojej istoty, ja k i skutecznością d z ia ła n ia .5
N a jcz ę ś c ie j stosowanym i m etodam i w g ru p ie pierw szej
są :
— Jedn o m e ta liczn a b ie rn a m etoda b lo k a d y przeciw za- w ilg o c e n io w e j (il. 6). Jej zasada d z ia ła n ia o p ie ra się na istn ie n iu różnicy p o te n c ja łó w w poszczególnych p u n kta ch ściany, w skutek czego p o w sta je n a tu ra ln e o g niw o o sile elektro m o to ryczn e j rów nej różnicy p o te n c ja łó w elektrokinetycznych. Ponieważ w ie lkość siły e le k tro m otorycznej tego specyficznego źró d ła p rą d u je s t fu n kcją w ilg o tn o ś ci w m ia rę ubytku w ody siła ta szybko m aleje, zm n ie jsza ją c e fe kt d z ia ła n ia . M e to d a może d z ia ła ć niezbyt skutecznie, nie d a ją c p o ż ą d a n e g o e fe k tu b lo ka d y. Jest ona z u p e łn ie nie p rzyd a tn a w zakresie
4 K. R i t t e r , Die elektroosmotische Mauenverkstrockung 5 О. M. F r i e d m a n , Osuszanije kirpiercznych stien po mie-
7. Jednometaliczna bierna m etoda blokady przeciwzawilgo-
ceniowej z elektrodą uziem iającą: 1 — obszar wysychania muru, 2 — elektrod a górna, 3 — kierunek prą d u w obwodzie wewnętrznym, 4 — kierunek ciśnienia kapilarnego, 5 — za cisk pom iarowy, 6 — izolowany przewód łączący, 7 - p o ziom wody gruntow ej, 8 — elektroda uziem iająca
7. M onom etallic passive m ethod of a n tihu m idifica tion b lo c kade with ea rth in g electrode: 1 — the area of w a ll drying, 2 - upper electrode, 3 — direction of current in in te rn a l c ir cuit, 4 — direction of ca p illa ry pressure, 5 — measurement clamp, 6 - in sulated lin king conductor, 7 — level of ground water, 8 — ea rthing electrode
osuszania. N a p o d sta w ie poczynionych o b se rw a cji oce niam y m etodę tę ja k o n a jm n ie j skuteczną, m o g q cq dać przeciwny e fe k t od spodziew anego, tzn. zam iast osu szania może n a s tą p ić wzrost w ilg o tn o ś c i.
— Je d nom etaliczna b ie rn a m etoda b lo ka d y przeciwza- w ilg o c e n io w e j (il. 7) z e le ktro d ą u z ie m ia ją cą . M e to d a ta ma wszystkie w a d y m etody o p isa n e j u p rze d n io , je dynie przez zastosow anie ele ktro d y u z ie m ia ją ce j d a je większe różnice p o te n c ja łó w , gdyż w tym w ypadku siła e lektrom otoryczna w ten sposób u tw orzonego specyficz nego źródła p rą d u rów na je s t p o te n c ja ło w i g ó rn e j elektrody, a w ię c je s t nieco większa od uzyskiw anej w tych samych w a ru n k a ch od u przednio o p is a n e j. M e to dę tę można stosow ać przy mniejszych kosztach m on tażowych, gdyż liczba e lektrod w przegrodzie b u d o w la nej je st o p o ło w ę m niejsza — za stą p io n e są e le k tro d a mi uziem iającym i.
- D w u m e ta liczn a , b ie rn a m etoda b lo ka d y przeciwza- w ilg o c e n io w e j (il. 8). M ożna ją tra k to w a ć ja k o pewną od m ia n ę m etod u p rze d n io opisanych, z tym że dzięki zastosow aniu na e le ktro d y poszczególnych w arstw dwu o d p o w ie d n io różnych m etali siła e lektrom otoryczna ta kiego o g n iw a je s t większa. W takim u kła d zie siła ta może o sią g n ą ć w a rto ść naw et w g ra n ic a c h d o 2 V. D a je ona dużo większy e fe kt blokady. M e to d a d w u m e ta liczn a może być stosow ana nie tylko do b lokady prze ciw za w ilg o ce n io w e j, a le i w niektórych u kła d a ch naw et do suszenia. Jednak ma tę zasadniczą w a d ę , że
8. Dwum etaliczna bierna metoda blokady przeciw zaw ilgoce niow ej: 1 — obszar wysychania muru, 2 — obszar elektro- osmotycznego działania, 3 — przewód izolowany zw ierający elektrody, 4 — poziom wody gruntow ej, 5 — elektroda do ln a alum iniowa, 6 — kierunek prądu w obwodzie wewnętrznym, 7 — elektroda górna stalowa
8. B i-m etallic passive m ethod of antihu m idifica tion blockad e: 1 - the area of w a ll drying, 2 - the area of electroosm otic action, 3 — insulated conductor com prising electrodes, 4 — level of ground water, 5 — bottom alum inium electrode, 6 — direction of current in external circuit, 7 — upper steel e lec trode
9. Jednometaliczna metoda redukcyjna z ogniwem natural nym elektrochemicznym: 1 — elektrody górne, 2 — kierunek prądu i ruchu wody, 3 - elektrody dolne, 4 - poziom wody gruntowej, 5 - kierunek ciśnienia osmotycznego, 6 — obszar elektroosmotycznego suszenia muru, 7 — ogniwo naturalne elektrochemiczne, 8 — płyta cynkowa, 9 - płyta miedziana 9. Monometallic reduction method with a natural electro chemical cell: 1 — upper electrodes, 2 — direction of current and water movement, 3 — bottom electrodes, 4 — level of ground water, 5 direction of osmotic pressure, 6 — area of electroosmotic wall drying, 7 — natural electrochemical cell, 8 - zinc plate, 9 - copper plate
ele ktro d y u le g a jq szybkiemu zużyciu na skutek e le ktro - korozji oraz w ym aga stosow ania m e ta li kolorow ych (n a j częściej a lu m in iu m ).
Do n a jb a rd z ie j rozpow szechnionych m etod czynnych n a leżę: .
— Je dnom etaliczna czynna m etoda re d u kcyjn a z o g n i wem n a tu ra ln ym (il. 9), w której, poza siłq e le ktro m o - torycznq is tn ie jq c q na skutek różnicy p o te n c ja łó w w y w ołanych różnicę w ilg o tn o ś c i przegrody, do e le ktro d pod łg czo n e je s t o g n iw o n a tu ra ln e ; e le ktro d y te g o o g n i w a sq w ykonane z dw u różnych m e ta li (n a jczę ście j sto sowana je s t m iedź i cynk) pogrgżonych w ziem i na g łę bokości w ody g ru n to w e j. Intensywność d z ia ła n ia ta k ie g o o g n iw a je s t znaczna ze w zględu na je g o dość d u - żq moc, zależnq od pow ierzchni zakopanych (p łyt) e lektrod oraz liczby e le ktro d połęczonych szeregowo i rów n o le g le . M oże w ięc ta m etoda z pow odzeniem sp e ł nia ć fu n k c ję m etody b lo k u jq c e j i osuszajqcej. Ze w zg lę du je d n a k na znaczne w a h a n ia w poszczególnych p o rach roku poziom u w ody g ru n to w e j uważam y jq za niezbyt korzystnq, a zarazem k ło p o tliw ę w e k s p lo a ta c ji z pow odu dość szybkiej e le ktro ko ro zji e le ktro d oraz ze w zględu na konieczność uzyskania o d p o w ie d n io dużego te re n u d la z a in s ta lo w a n ia tych n a tu ra ln ych źró d e ł prę - du, co w zwartych a g lo m e ra c ja c h m iejskich często jest
niem ożliw e.
— Jedn o m e ta liczn a czynna m etoda re d u kcyjn a zasilana ze źródła stałego p rę d u elektrycznego (il. 10). W isto cie d z ia ła n ia je st o na identyczna z wyżej o p isa n ę , z tq różnicę, że e le ktro d y sq zasilane z o d d zie ln e g o źródła stałego p rę d u elektrycznego o m ożliwości re g u la c ji w szerokim zakresie ta k istotnych d la m etody p aram etrów , ja k : n a p ię cie , moc oraz natężenie p rę d u . Ta o sta tn ia w ielkość je st p o dstaw ow a d la efektyw ności suszenia i b lo ka d y p rze ciw w ilg o cio w e j. Koszty zużytej e n e rg ii sq n ie w ie lk ie w stosunku do kosztów e k s p lo a ta c ji n a tu ra ln e g o źródła p rę d u p o p rze d n ie j m etody. Ponieważ o b e cn ie w kra ju do wszystkich o sie d li d o p ro w a d zo n a je s t e n e rg ia elektryczna, m etoda wyżej o p isa n a za słu g u je w polskich w a ru n ka ch na uw agę.
Uzasadnienie wyboru metody
N a p o d sta w ie a n a liz y skuteczności d z ia ła n ia częściej stosow anych m etod ja k o najkorzystniejszę przyjęto je d - n o m e ta liczn ę czynnę m etodę re d u kcyjn ę z zasilaniem ze źródła s ta łe g o p rę d u elektrycznego. M e to d a ta : — może być stosow ana ja k o b lo k u ję c a i o su sza ję ca ; — pozw ala na re g u lo w a n ie intensywności d z ia ła n ia za rów no w zakresie blokady, ja k i o su sza n ia ;
— je st n a jsku te czn ie jsza z o b e cn ie stosow anych i d la te g o d a je pozytywne w yniki w stosunkow o krótkim cza sie oraz w niekorzystnych w a ru n ka ch , tj. przy dużym n a d c iś n ie n iu k a p ila rn ym , przy znacznych w ym iarach p o przecznych p rzegrody b u d o w la n e j, przy stosunkow o d u żej rezystancji w przedziałach w artości w ystępujęcych d la m urów c e g la n yc h ;
— ro k u je n ajkorzystniejsze efekty z dotychczas stosow a nych.
P oniew aż celem przeprow adzanych eksperym entów było b a d a n ie efektyw ności elektrom otorycznych m etod osu szania, nie prow a d zo n o b a d a ń la b o ra to ry jn yc h m o d e lowych z zakresu podstaw ow ych, a je d y n ie na u k ła d ach rzeczywistych.
10. Jednometaliczna czynna metada redukcyjna: 1 — obszar wysychania muru, 2 - elektroda górna, 3 — kierunek prądu
w obwodzie wewnętrznym, 4 — obszar elektroosmotycznego działania, 5 - elektroda dolna, 6 — poziom wody gruntowej, 7 - kierunek działania ciśnienia kapilarnego, 8 — woltomierz, 9 - amperomierz, 10 — źródło prądu
10. M on om e ta llic active reduction m ethod: 1 — area of w a ll drying, 2 — upper electrode, 3 — direction of current in in te rn a l circuit, 4 — area of electroosmotic action, 5 — b o t tom electrode, 6 — level of ground water, 7 — direction of the action of c a p illa ry pressure, 8 - voltmeter, 9 — am m e ter, 10 — source of current
Ocena stosowanych obecnie metod elektroosmoty
cznego osuszania obiektów
W o statnim okresie bardzo rozpow szechniło się stoso w a n ie różnych m etod osuszania o b ie k tó w o p a rtych na w ykorzystywaniu zjaw iska elektroosm otycznego. Część rozw ięzań w tym zakresie można nazw ać ro zw ię za n ia - mi klasycznym i, n a to m ia s t pozostałe sq pew nym i o d m ia n a m i m etod klasycznych.
S tosow anie w szelkiego rodzaju rozw ięzań w ym aga poz n a n ia teoretycznych p odstaw sposobu d z ia ła n ia tych m etod oraz znajom ości w a ru n kó w w ystępujęcych w o s u szanych o b ie kta ch . W w ielu w ypadkach now o z a k ła d a ne in s ta la c je m o g ę d a w a ć negatyw ne n ie o d w ra c a ln e skutki, p row adzęce n iekiedy na w e t do zniszczenia o b ie któ w zabytkow ych.
O b e c n ie w pra ca ch osuszajęcych d a je się zauważyć coraz większy u d z ia ł firm pryw atnych lu b u sp o łe czn io nych, nie p o sia d a ję cych wysoko w y kw a lifik o w a n e g o p e r sonelu te c h n ic z n e g o w tym zakresie. Rzemiosło w yko n u je te g o rod za ju p ra ce w sposób s ta n d a rd o w y, nie dostosow any do konkretnych w danym o b ie k c ie w a ru n ków, bez b a d a ń w stępnych.
W zwięzku z tym w y d a je się celow e, a b y:
- o d d z ia ły PKZ, któ re nie sq p rzygotow ane d o p ro w a dzenia te g o rod za ju p ra c z uw agi na b ra k o d p o w ie d nie g o p ersonelu, ko n ta k to w a ły się z P racow nię O su sz a nia B u d o w li O d d z ia łu Badań i K onserw acji PKZ w celu k o n s u lta c ji w sp ra w a ch osuszania o b ie k tó w ;
- nie z le ca ły te g o ro d za ju p ra c instytucjom n ie w yspe cja lizo w a n ym .
S tosow anie m etod elektroosm otycznego osuszania p o w o d u je przepływ p rę d u sta łe g o nie tylko w obszarze m iędzyelektrodow ym in s ta la c ji w murze, lecz rów nież
poprzez wszystkie elem enty przew odzqce z n a jd u jq c e się w ziem i w bezpośrednim sqsiedztw ie osuszanego o b ie k tu, np. ta k ie zabytkow e elem enty m etalow e, ja k p rze d m ioty s k ła d a n e w kryptach, sa rko fa g a ch itp . D z ia ła n ie p rq d ô w pochodzqcych od in s ta la c ji elektroosm otycz- nych, m im o n ie w ie lk ic h w artości ich na tę że n ia , w sto sunkow o krótkim czasie m ogq spow odow ać e le k tro k o - rozję p rze d m io tó w przewodzqcych, p row adzqc do szyb kie g o ich zniszczenia. Przy właściwym dob o rze m etod, rozw igzań konstrukcyjnych in s ta la c ji elektroosm otycz- nych is tn ie jq m ożliw ości u n ikn ię c ia tych szkodliwych zjaw isk. W y m a g a n a je st w tym zakresie:
— duża znajom ość pro b le m a tyki osuszania m e to d a m i elektroosm otycznym i ;
— w szczególnie tru d n ych w ypadkach m ożliw ość w yko n a n ia la b o ra to ry jn y c h bad a ń rozpoznaw czych:
— m ożliw ość w yko n a n ia ekspertyz określajgcych d la d a neg o o b ie k tu stosunki w odne w g ru n cie , p rq d y b łq d z q - ce itp.
Pozostałe m etody s ta n o w iq o d m ia n y m etod klasycznych e le ktro o sm o tyczn e g o osuszania, których większość p o le ga na w p ro w a d ze n iu środków hydrofobow ych, u n ie m o ż liw ia ją cych p rze d o sta w a n ie się w ody g ru n to w e j do wyższych p a rtii m urów osuszanego budynku. S tosow a n ie tych m etod może prow adzić do nastę p u jq cych s ku t ków n e g a tyw n ych :
— o b e c n ie stosow ane środki hydro fo b o w e nie sq o b o ję tn e ch e m iczn ie i po pewnym czasie m ogq p o w o do w a ć re a k c je chem iczne prow adzqce do zmian stru ktu ry m u rów osuszanego o b ie k tu . Z e b ra n e w tym zakresie d o św ia d cze n ia o b e jm u jq zaledw ie okres k ilk u le tn i, a le na ich p o d sta w ie m ożna stw ierdzić, że środki h yd ro fo b o w e w w ie lu w yp a d kach nie tylko nie zabezpieczały skutecz nie m urów przed zaw ilgo ce n ie m , a le na w e t s p o w o d o w a ły wzm ożone p o d c iq g a n ie w ody g ru n to w e j na p o ziom wyższy niż przed zastosow aniem środków h y d ro fo b o w ych ;
— je d n o cze śn ie przy zastosow aniu środków h y d ro fo b o wych nie m ożna zlikw id o w a ć tych negatyw nych skutków , pon ie w a ż zachodzqce wówczas zjaw iska sq n ie o d w ra c a ln e .
W zwiqzku z powyższym stosow anie w sposób d o w o ln y m etod hyd ro fo b o w ych na ob ie kta ch zabytkow ych w in n o być zakazane. M ożliw ość dopuszczenia tych m etod do osuszania o b ie k tó w zabytkowych należy u za le żn ić od w yn ikó w b a d a ń . O b e c n ie O d d z ia ł B adań i K onserw acji PKZ p row adzi w szerokim zakresie b a d a n ia w d ro ż e n io w e m etod elektroosm otycznego osuszania budynków .
Charakterystyka nowych rozwiązań konstrukcyjnych me
tod elektroosmotycznego osuszania obiektów stosowa
nych przez OBiK
N a p o d sta w ie dotychczasow ych b a d a ń Pracow nia O s u szania B udow li O B iK PKZ o p ra co w a ła now e rozw iqza- nia ko n stru kcyjn e m etod elektroosm otycznego osusza n ia o b ie któ w . Z a le ta m i tych rozw igzań sq m iędzy in n y m i: — zm niejszona p ra c o ch ło n n o ść przy za kła d a n iu in s ta la c ji,
— duża o d p o rn o ść antykorozyjna,
— zw iększona p rz yn a jm n ie j d w u kro tn ie trw a ło ś ć oraz n ieza w o d n o ść pracy in s ta la c ji elektroosm otycznych.
11. Przekrój przegrody budow lanej wraz z instalacją E -0 11. Cross-section of constructional p a rtitio n with E-O in s ta l lation
Poniżej p o d a n o skróty opisów patentow ych.
1. Zgłoszenie pa te n to w e nr P. 240223 dotyczy sposobu w yko n a nia in s ta la c ji elektroosm otycznego osuszania przegród b u d o w la n ych oraz in s ta la c ji elektroosm otycz nego osuszania przegród b u d o w la n ych . W ynalazek ro z w ią z u je z a g a d n ie n ia osuszania przegród b u d o w la n ych , e lim in u jq c zjaw iska e le ktro ko ro zji e lem entów łq cze n io - wych przez w ykorzystanie biernych e lem entów połgczeń e lektrodow ych na elem enty czynne in s ta la c ji.
N a il. 11 ukazano przekrój przegrody b u d o w la n e j. W w yw iercone otw ory (7) w prow adza się kom pozycję e le ktro p rze w o d zq cq (2) o w łaściw ościach w iqżqcych, a n a stę p n ie umieszcza się e le ktro d y p rętow e (3) w o tw o rach (7), zaś w kan a ła ch (4) na p o d k ła d z ie (2) z kom pozycji ele ktro p rze w o d zq ce j (2) umieszcza się o d cin ki p rę tó w elektroprzew odzqcych (5) o strukturze w ę g lo w o - g ra fito w e j, końce ele ktro d (3) z p rę ta m i (5) oraz o d cin ki prę tó w (5) łqczy się za pom ocq kom pozycji (2), tw orzqc trw a łg i przew odzqcq elektrycznie in s ta la c ję .
2. Z głoszenie p a te n to w e P. 240780 dotyczy u kła d u e le ktroosm otycznego osuszania przegród b u d o w la n ych . W
y-1
12. Umiejscowienie in sta lacji E -0 w przegrodzie budow lanej 12. The position ing of E -0 insta lla tio n in constructional p a r tition
13. Rozkład lin ii sil p o la elektrycznego wytworzonego przez instalacje E-O
13. D istribution of the lines of the forces of electric field produced by E -0 insta lla tio n
nalazek rozw iązuje z a g a d n ie n ia osuszania budynków , w których z różnych przyczyn nie m ożna odkryć fu n d a m e n tów.
Na il. 12 i 13 u kazano u m ie jsc o w ie n ie oraz zasadę d z ia ła n ia in s ta la c ji E-O. Istota w ynalazku p o le g a na tym, że e le ktro d y (1) są u sytuow ane p io n o w o w dwóch rzędach (А, В) oraz um ieszczone w przybliżeniu na je d nym poziom ie ró w n o le g le do ścian (2, 4) p rzegrody b u d o w la n e j (В). Jeden rząd (ß) e le k tro d (1) umieszczony je s t na w e w n ę trzn e j ścia n ie (4), zaś d ru g i rząd (A ) e le ktrod (7) um ieszczony je s t poza zew nętrzną ścianą (2), ta k a b y w ew nętrzna ściana sta n o w iła pow ierzchnię e k w ip o te n c ja ln ą , zaś w arstw a g ru n tu między d ru g im rzędem (A ) e le ktro d a p o w ie rzch n ią zew nętrzną ściany (2) s ta n o w iła obszar z b ie ra n ia w ody z prze g ro dy b u d o w la n e j. N a il. 13 zobrazow ano rozkład lin ii sił po la e le ktrycznego w ytw orzonego przez in s ta la c ję E-O.
3. Z głoszenie p a te n to w e P. 242651 dotyczy sposobu zabezpieczenia przed korozją ele ktro ch e m iczn ą e le ktro d e lektroosm otycznego osuszania przegród b u d o w la n ych . W yn a la ze k rozw iązuje z a g a d n ie n ie im p re g n a c ji e le ktro d o stru ktu rze p o ro w a te j z w ęgla, g ra fitu lu b w ę g lo w o -g ra - fito w ch .
Istota w ynalazku p o le g a na tym, że e le k tro d y nasyca się roztworem składającym się od 1 d o 2 0 % żywicy m e tylo siliko n o w e j, w którym resztę stanow i rozpuszczal nik, z m n ie jsza ją c za w ilg o ce n ie e le ktro d 10-krotnie.
Wnioski
1. C h a ra k te r zjaw isk fizycznych, tzw. elektroosm otycz- nych, je s t bardzo złożony i zależy od w ie lu czynników w ystępujących w m iejscu pracy in s ta la c ji e le ktro o sm o tycznego osuszania.
2. Efektywność osuszania zależy między innym i od spo sobu rozpływu p rą d ó w p ra c u ją c e j in s ta la c ji zależnego od w a ru n kó w lokalnych.
3. W tych u kła d a c h , ze w zględu na sto so w a n ie s ta łe go p rą d u elektrycznego istn ie je duże za g ro że n ie w ystą p ie n ia e le ktro korozji urządzeń m etalow ych b udynku (np. in s ta la c ja w o d o c ią g o w a , różne masy m e ta lo w e w ziem i itp.).
4. S tosow anie m etod elektroosm otycznego osuszania bez g łę b o k ie j w iedzy teoretycznej i rozw iązań u k ła d ó w konstrukcyjnych może prow adzić do negatyw nych n ie o d w ra ca ln ych skutków .
5. S tosow ane o b e c n ie rozw iązania nie są o p a rte na
m etodach naukowych u w zg lę d n ia ją cych o p tym a ln y d o b ó r p a ra m e tró w ko n stru kcyjn o -e ksp lo a ta cyjn ych .
6. S tosow anie te g o typu in s ta la c ji osuszających przez nie w y sp e cja lizo w a n e m ałe przedsiębiorstw a w yko n a w cze stw arza szczególnie duże zagrożenie d la c h ro n io nych zabytków , ze w zględu na n ie p ra w id ło w o ś ć stoso w anych rozw iązań.
prof, dr hab. inż. W ładysław W asiluk Politechnika Warszawska mgr inż. Stefan Owczarek mgr inż. Leszek Czapski m gr inż. Krzysztof Maszewski PP PKZ — O d d z ia ł Badań i Konserw acji
W arszawa
THE PRESENT STATE OF THE APPLICATION OF ELECTROOSMOTIC DRYING OF HISTORIC OBJECTS IN POLAND
The a rticle contains an analysis of the reasons fo r the hu m id ification of constructional partitions, with the attention paid to the accom panying phenomenon o f electroca pillarity. The form ation of a double electric layer as well as in d ivi du al constructional arrangem ents of de hu m idifica tion of
buildings have been discussed on the basis of the oretica l constructional arrangem ents.
The authors have also described the employed methods of electroosm otic drying and made the conclusions on a p ra c tica l usefulness o f those methods.
