Zasolenie przegród budowlanych – metody redukcji zasolenia

Zasolenie przegród budowlanych, czyli obecność w ich strukturze tzw. szkodliwych soli budowlanych, to zjawisko nierozerwalnie związane z nadmiernym zawilgoceniem budynków, a jednocześnie drugi (obok wody) główny czynnik wpływający na obniżenie trwałości budynków [1, 2]. Sole budowlane to zazwyczaj dobrze rozpuszczalne związki chemiczne, które w formie jonów (czyli rozpuszczonej właśnie) lub krystalicznej występują w strukturze porowatych materiałów budowlanych (fot. 1). W zmiennych warunkach cieplno-wilgotnościowych w wyniku zmiany stanu skupienia lub zmiany objętości (spowodowanej magazynowaniem lub uwalnianiem wody hydratacyjnej) wywołują mechaniczne naprężenia w strukturze materiału, które z kolei mogą prowadzić do jej uszkodzenia [3], co stanowi jedno z najbardziej niekorzystnych zjawisk związanych z obecnością soli i wilgoci w układzie porów materiałów budowlanych [1, 4]. Destrukcja budynku jest tym intensywniejsza, im dłużej trwa proces jego zawilgacania, a tym samym im dłużej trwa gromadzenie się soli [5, 6].

Fot. 1. Wykwity solne na zawilgoconym murze

Stosowane w renowacji zawilgoconych i zasolonych budynków metody redukcji zasolenia można podzielić na cztery kategorie [7, 8]:

• I: technologia usuwania
• II: technologia redukcji
• III: technologia przekształcania
• IV: technologia pokrywania.

Należy ponadto wprowadzić rozróżnienie między [8]:

• tzw. działaniami osłonowymi (towarzyszącymi) po uprzednim wykonaniu wtórnych izolacji poziomych i/lub pionowych [9], koncentrującymi się na magazynowaniu soli krystalizujących się w wyniku wysychania;
• renowacją w przypadku uszkodzenia spowodowanego wilgocią higroskopijną;
• redukcją zasolenia jako elemencie renowacji i/lub działań podejmowanych w celu zachowania pierwotnej substancji historycznie cennego budynku.

Całkowite usuwanie szkodliwych soli (kategoria I) w praktyce możliwe jest w odosobnionych przypadkach, wymaga przy tym znacznych nakładów, zarówno technicznych, jak i czasowych. Najczęściej nie jest to technicznie możliwe, ale zazwyczaj również niekonieczne – wystarczająca okazuje się możliwość odpowiedniego zmniejszenia poziomu zasolenia. Z kolei w przypadku technologii przekształcania (kategoria III) sole łatwo rozpuszczalne, w wyniku reakcji chemicznych lub procesów biologicznych, przekształcane są w sole słabo- lub nierozpuszczalne. Ze względu na ograniczoną skuteczność, jak również negatywny wpływ używanych środków chemicznych na zdrowie człowieka, metoda ta jest obecnie rzadko stosowana [8]. Do technologii pokrywania (kategoria IV) zaliczane są tynki renowacyjne [10] oraz tzw. tynki regulujące zawilgocenie [11]. Natomiast do redukcji występujących w przegrodzie gradientów soli stosowane są kompresy redukujące zasolenie oraz tynki ofiarne.

>>> Hydrofobizacja sposobem na ochronę elewacji

>>> Polecamy: Produkty budowlane

>>> Prace murarskie bez błędów

Kompresy odsalające

Metody zmniejszania stężenia jonów szkodliwych soli w kamieniu naturalnym, jak również innych porowatych mineralnych materiałach budowlanych, w budownictwie oraz konserwacji zabytków, za pomocą kompresów, opisane zostały w instrukcji WTA (Naukowo-Technicznego Stowarzyszenia na rzecz Konserwacji Budynków oraz Ochrony – niem. Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege) [3]. Głównym celem stosowania kompresów jest nieniszczące zmniejszenie zawartości szkodliwych soli w porowatych mineralnych materiałach budowlanych (kamieniu naturalnym, cegle, zaprawach murarskich, betonie itp.). Redukcja zasolenia wymagana jest z reguły w celu zatrzymania lub spowolnienia wywołanych przez sole procesów niszczenia struktury. Jednocześnie stwarzane są warunki do innych działań (wzmacnianie, reprofilacja, impregnacja, malowanie, tynkowanie itp.), których wykonanie, skuteczność lub trwałość może być osłabiona nadmierną zawartością szkodliwych soli.

Redukcja zasolenia przy zastosowaniu kompresów wykorzystuje rozpuszczalność soli w wodzie i opiera się na transporcie rozpuszczonych soli (roztworu) z zasolonego materiału budowlanego do kompresu (rys. 1). Ruch cieczy jest wywoływany przez gradient wilgoci (transport kapilarny) lub przez gradienty temperatury i ciśnienia (konwekcja) oraz również przez grawitację, w wyniku której rozpuszczone sole transportowane są wewnątrz cieczy (gradient stężeń rozpuszczonych soli w wodzie prowadzi do transportu jonów soli na drodze dyfuzji).

Rys. 1. Przykład rozkładu soli i wilgoci w schnącym kompresie [3]

Kapilarny transport rozpuszczonych soli (adwekcja) uwarunkowany jest strukturą porów materiału budowlanego i w najprostszy sposób (jednakże z wystarczającą dokładnością) można go scharakteryzować za pomocą współczynnika nasiąkliwości. Kierunek transportu jonów przebiega zatem zgodnie z gradientem wilgoci – z obszaru bardziej wilgotnego do bardziej suchego.

Siłą napędową transportu jonów przez dyfuzję jest gradient stężeń – jony dyfundują w kierunku od wyższego stężenia do niższego. Dyfuzja zachodzi również jako dyfuzja powierzchniowa na styku faz (warstewka wilgoci na ścianach porów itp.). Skuteczność transportu jonów przez dyfuzję jest jednak wielokrotnie mniejsza niż w przypadku transportu kapilarnego.

Aby możliwy był ciągły kapilarny transport wilgoci z podłoża do kompresu, kompres musi mieć mniejsze pory niż podłoże (rys. 2). W wyniku ukierunkowanego transportu wilgoci do kompresu następuje zmniejszenie zawartości wody w podłożu – najpierw opróżniane są większe pory. Sole odkładają się tylko w tych porach podłoża, których promień jest mniejszy niż promień porów w nałożonym kompresie. Porowatość kompresu musi być tak dobrana, żeby zapewnić zarówno takie nawilżenie podłoża, aby doprowadzić do rozpuszczenia szkodliwych soli, jak również adwekcję („powrotny” przepływ kapilarny) do kompresu.

Opisane procesy przebiegają równocześnie. Stopień, w jakim poszczególne procesy transportowe przyczyniają się do redukcji zasolenia, uzależniony jest zarówno od właściwości materiału, z którego wykonano kompres, jak i warunków, w jakich prowadzone jest odsalanie.

Kompresy do redukcji soli to z reguły rozrabiane z wodą demineralizowaną mieszaniny kilku składników (tab.), bez zawartości spoiwa (środka wiążącego). Regulując proporcje poszczególnych substancji wchodzących w skład mieszaniny, można dostosować właściwości do konkretnego obszaru zastosowania (warunków brzegowych). Należy przy tym uwzględnić zagrożenia związane z użyciem poszczególnych substancji.

Tab. Najczęściej używane składniki kompresów i ich funkcje w mieszankach [3]

Aby zapewnić podstawowe wymagania jakościowe, muszą być spełnione następujące warunki:

1. Mieszanka do wykonania kompresu nie może (co oczywiste) zawierać soli rozpuszczalnych (tj. zawartość soli <0,1%, mas.) ani substancji barwiących.
2. Gotowa do użycia mieszanka musi mieć wartość pH (mierzoną w +25^oC) w zakresie od 6 do maksymalnie 10.
3. Mieszanka kompresów musi być łatwa do nałożenia, dobrze przylegać po wyschnięciu i nie może przenosić naprężeń na powierzchnię.
4. Po zastosowaniu kompres musi być możliwy do usunięcia, zostawiając jak najmniej pozostałości.

W celu uzasadnienia potrzeby redukcji soli za pomocą kompresów, jak również wykazania ich szans powodzenia niezbędne są wzajemnie skoordynowane badania laboratoryjne i konserwatorskie opisane w normach PN-EN 16085:2013-02 [12] oraz PN-EN 16455:2014-12 [13].

Na badania wstępne (diagnostyczne) należy zaplanować od jednego do trzech miesięcy. Powinny one uwzględniać następujące kwestie:

• strukturę podłoża:

– układ warstw oraz opis zastosowanych materiałów,

– występujące uszkodzenia (np. wykwity, plamy wilgoci) – ich przyczyny i/lub źródła oraz możliwość usunięcia;

• możliwość absorpcji oraz uwalniania wody z podłoża;
• rodzaj i rozłożenie soli w profilach wysokościowym i głębokościowym (do głębokości kilku centymetrów), ilościowe określenie zawartości anionów i kationów;
• warunki mikroklimatu wewnętrznego.

Wyniki pozwalają odpowiedzieć na następujące pytania dodatkowe, dotyczące realizacji działań:

• Czy określona zawartość szkodliwych soli ma znaczenie dla szkód i czy w związku z tym konieczna jest redukcja soli, również w kontekście dalszego użytkowania?
• Czy można się spodziewać skuteczności zabiegów naprawczych, czy też istnieją alternatywy?
• Którą procedurę należy zastosować, jakich materiałów użyć, jakiego czasu aplikacji należy oczekiwać?
• Jaki jest całkowity czas trwania zabiegu?

>>> Renowacja budynków z zawilgoconymi i zasolonymi murami

>>> Co inżynier budownictwa powinien wiedzieć o osuszaniu budynków

Wybrana procedura musi zostać przetestowana na odcinkach próbnych, a jej skuteczność musi zostać w odpowiedni sposób udokumentowana.

W trakcie prowadzenia redukcji zasolenia należy kontrolować faktyczny zakres redukcji, badając materiał kompresu, a jeśli to możliwe, również podłoże. Na podstawie tak prowadzonej kontroli można ocenić, czy dalsze stosowanie kompresu jest uzasadnione. W celu oceny zabiegu redukcji zasolenia po jego zakończeniu należy przeprowadzić pomiar zawartości szkodliwych soli (anionów oraz kationów) w taki sam sposób, jak w procedurze badania wstępnego. Ograniczenie sprawdzenia zawartości soli do kompresu (z pominięciem podłoża) uniemożliwi jednoznaczną ocenę skuteczności zabiegu.

Badania prowadzone w trakcie stosowania kompresów muszą być realizowane zgodnie z następującą procedurą:

• Wykonać pomiar zawartości soli w kompresie zerowym.
• Na koniec każdego cyklu wyciąć reprezentatywne próbki kompresu i zbadać je w pełnej grubości warstwy o powierzchni 10 x 10 cm, podając datę i miejsce usunięcia. W przypadku kilku cykli próbki należy pobierać z tego samego miejsca. Ilościowo oznaczoną zawartość soli należy podawać w g/m² na podstawie powierzchni jednostkowej.
• Regularnie kontrolować stan kompresów. Przyczepność kompresu i wszelkie zmiany na podłożu należy udokumentować pisemnie i fotograficznie.

Konieczność oraz intensywność (czas trwania, ilość nakładanej wody) nawilżenia podłoża przed nałożeniem kompresu zależą między innymi od:

• chłonności podłoża;
• rodzaju, stężenia i rozkładu szkodliwych soli;
• rozkładu wilgoci w podłożu;
• rodzaju stosowanego kompresu.

W przypadku aplikacji na wydzielonych obszarach, aby uniknąć niepożądanych efektów w strefie granicznej (np. wykwitów soli powstałych w wyniku ich redystrybucji), kompres należy nakładać co najmniej 10 cm poza obszar wyraźnie wystawiony na działanie soli.

Okres stosowania kompresu wynosi z reguły od 3 do 6 tygodni i jest on w tym czasie kilkukrotnie wymieniany. Przy bardzo wysokim poziomie zasolenia (tj. powyżej 1,5%, mas.) kompres należy wymieniać częściej podczas pierwszych kilku cykli.

W dalszej części artykułu:

Tynki ofiarne

• zasada działania
• definicja i charakterystyka
• wymagania i dobór

Cały artykuł dostępny jest w numerze 4/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.

dr inż. Bartłomiej Monczyński

Literatura

1. B. Monczyński, Zasolenie budynków i sposoby jego określania na potrzeby diagnostyki budowli, „Izolacje” nr 3/2019.
2. W. Brachaczek, Analiza wieloczynnikowa parametrów fizycznych w modelowaniu technologicznym tynków renowacyjnych, Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2014.
3. WTA Merkblatt 3-13-19/D Salzreduzierung an porösen mineralischen Baustoffen mittels Kompressen, Wissenschaftlich-Technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., München 2019.
4. M. Koniorczyk in., Modeling damage of building materials induced by sodium sulphate crystallization, „Bauphysik” nr 6/2016.
5. J. Hoła, Degradacja budynków zabytkowych wskutek nadmiernego zawilgocenia – wybrane problemy, „Budownictwo i Architektura” nr 1/2018.
6. J. Jasieńko, Z. Matkowski, Zasolenie i zawil­gocenie murów ceglanych w obiektach zabytkowych – diagnostyka, metodyka badań, techniki rehabilitacji, „Wiadomości Konserwatorskie” nr 14/2003.
7. L. Koss i in., Dem Schaden die Suppe versalzen… Methoden zur Entsalzung, „Bauen im Bestand B + B” nr 5/2010.
8. F. Frössel, Mauerwerkstrockenlegung und Kellersanierung. Wenn das Haus nasse Füße hat, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2012.
9. B. Monczyński, Wtórna hydroizolacja przyziemnych części budynków, „Izolacje” nr 4/2019.
10. B. Monczyński, Tynki stosowane na zawilgoconych przegrodach – tynki renowacyjne, „Izolacje”nr 6/2020.
11. B. Monczyński, Tynki stosowane na zawilgoconych przegrodach – tynki regulujące zawilgocenie, „Izolacje” nr 1/2021.
12. PN-EN 16085:2013-02 Konserwacja dóbr kultury – Metodologia pobierania próbek z obiektów dóbr kultury – Zasady ogólne.
13. PN-EN 16455:2014-12 Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Ekstrahowanie i pomiar zawartości soli rozpuszczalnych w kamieniu naturalnym i materiałach pokrewnych zasobów dziedzictwa