Současné trendy v oblasti vlhkostních průzkumů (2. část)

Vlhkostní průzkum se provádí za účelem návrhu technicky správného řešení opravy památkového objektu a jeho okolí, jež prodlouží životnost konstrukčního systému a stavby samotné. Před vlastním hodnocením vlhkostního stavu budovy bychom měli v první řadě zvážit původní účel stavby a zhodnotit současný a budoucí provoz. Zamýšlený provoz určí míru sanačního zásahu ve smyslu změny vlhkostních poměrů v konstrukčním systému samotném a v nejbližším okolí. Je třeba si uvědomit, že zachování původního provozu může být předmětem památkové ochrany, a v tom případě je tímto hlediskem ovlivněn i záměr na míru „vysušení“ stavby. Příkladem mohou být historicky chráněné podzemní části skleníků, které s dotací vody do konstrukčního systému nosných stěn počítají již od vzniku stavby a podmiňují jejich dobrou funkci. Na druhé straně existuje řada obytných budov či sakrálních staveb, kde zajištění vysychání stěn umožní jejich zamýšlené funkční využití a zajistí zpomalení degradace.

Důležité je pokud možno zjistit původní řešení ochrany stavby před vlhkostí a analyzovat jeho funkčnost. Dále stanovit příčiny jeho porušení a změn podmínek užívání, příp. změn působení vody na objekt. Příčinou nepříznivých změn mohou být též nevhodné stavební zásahy do konstrukčního systému v minulosti (např. vyřazení funkce větracích šachet a komínů, zásah do jílových vrstev), navýšení terénu v okolí stavby či změna jeho pokryvu, zanedbání údržby původních opatření pracujících s vodou (drenáží, vpustí, dešťových svodů aj.) či ponechání kořenového systému a náletové zeleně.

Průzkum by v ideálním případě měl vycházet ze znalostí [14]:

• zaměření stávajícího stavu objektu;
• stavebně historického průzkumu předmětného objektu (SHP);
• historické stavební dokumentace a znalostí pamětníků o stavbě (znalost původních poměrů a stavebních zásahů, existence podzemních pramenů, přehled o zazděných šachtách, komínech a zasypaných studnách);
• existující současné technické dokumentace objektu a jeho okolí vč. inženýrských sítí;
• geotechnických a hydrogeologických poměrů v místě stavby;
• stávajícím technickém stavu konstrukčních prvků, způsobu využívání objektu a zamýšleném ideovém záměru dalšího využití;
• stávajícího vlhkostního stavu objektu a stavu zasolení;
• relativní vlhkosti vnitřního prostředí a povrchových teplot stěn.

Terénní průzkum by měl zahrnout [14]:

• popis terénních poměrů objektu;
• popis provozních podmínek současných a zamýšlených;
• diagnostiku stávajících instalací v objektu;
• popis stavebně-technického stavu objektu;
• diagnostiku vlhkostního stavu jednotlivých konstrukčních prvků objektu;
• stanovení současného fyzikálního a chemického stavu zdiva.

Výstupem vlhkostního průzkumu by měla být technická zpráva zahrnující:

• popis technického stavu zdiva;
• stanovení příčin současného vlhkostního stavu (určení zdrojů vlhkosti);
• koncepční návrh opatření.

Popis technického stavu zdiva

Popis technického stavu zdiva vychází z vizuální prohlídky doplněné upřesňujícím měřením vlhkosti, stanovením salinity a případným doplněním dalšími chemicko-fyzikálními rozbory.

Vizuální prohlídka

Vizuální prohlídka je jednou z nejdůležitějších částí průzkumu, při níž lze plošně a v souvislostech popsat rozsah degradace vlhkostí, včetně jejích základních charakteristik, a vytvořit první hypotézu možných příčin vlhnutí zdiva. Již v této fázi je možno předběžně určit:

• zda se jedná o vodu havarijní (porušení vedení TZB, dešťových svodů či přímé vnikání dešťové vody), o vlhkost přejímanou z okolního terénu, či jejich kombinaci;
• zda má dominantní vliv dešťová voda pronikající přilehlým terénem, či vysoká hladina spodní vody;
• zda na objekt působí tlaková voda dlouhodobě, nebo se jedná o krátkodobé periodicky se opakující působení (zaplavování);
• zda má na stávajícím stavu podíl i vzdušná vlhkost a zasolení zdiva.

Upřesňující stanovení vlhkosti zdiva

Nejpřesnější metodou stanovení vlhkosti je metoda gravimetrická (vážková) popsaná např. v ČSN ISO 12570 [2]. Odebraný vzorek zdiva se vyhodnocuje laboratorně stanovením hmotnostního poměru vody k suchému vzorku dle vzorce (1) uvedeného výše. Odebraný vzorek by měl mít buď charakter jádra průměru 30 mm a délky 50 mm, nebo vrtné moučky 50 až 100 g [6, 10]. Při odběru vzorku nesmí dojít k jeho vysušení vlivem zahřívání (např. jádrové vrtačky nebo sekáče) a je nutné zajistit jeho rychlý transport do laboratoře v hermeticky uzavřené nádobě. Obecně platí zásada co nejkratšího časového intervalu mezi odběrem a samotnou analýzou. Sušení vzorků se provádí při teplotách 40 °C (např. anhydrit) až 105 °C (např. omítky, cihly) v závislosti na analyzovaném materiálu a pevně vázané vodě v něm až do ustálené hmotnosti. Možné zdroje vnesených chyb jsou tak velké, že nemá význam uvádět výsledné hodnoty s přesností vyšší než 0,1 % hm. [14].

Další způsob stanovení vlhkosti založený na odběru vzorků je karbidová metoda, již připouští např. norma ČSN 74 4505 [5] a lze ji na rozdíl od metody gravimetrické provádět přímo na stavbě. Je založena na chemické reakci karbidu vápníku s vodou, přičemž vzniká plyn acetylen. Do speciální tlakové nádoby se přesně odváží nadrcený vzorek, vloží ocelové kuličky a ampule s karbidem. Po uzavření nádoby je potřásáním rozbita ampule a dojde k chemické reakci vody s karbidem vápníku. Vznikající acetylen zvyšuje tlak v nádobě. Vlhkost vzorku se pak z odečteného tlaku určí pomocí převodní tabulky.

Z nedestruktivních metod měření vlhkosti materiálů se nejčastěji využívají metody elektrické a mikrovlnné, méně metoda radiometrická. Nezbytná je kalibrace pro každý materiál, při níž se využívá hlavně gravimetrická metoda.

Elektrické metody se uplatňují prostřednictvím kapacitních a odporových vlhkoměrů. Kapacitní vlhkoměry jsou přístroje, které se přikládají k měřeným povrchům a snímají zpětně vyslané elektrické impulsy. Jsou založeny na principu kondenzátoru a schopnosti vyhodnocovat kapacitu kondenzátoru mezi elektrodami. Využívají skutečnost, že relativní permitivita vody (propustnost toku elektronů) je řádově mnohem vyšší (cca 80) než permitivita stavebních materiálů (rozmezí 2 až 10). Vzdálenost a velikost elektrod je vždy udržována konstantní vůči snímači kapacity. Změna permitivity materiálu tedy umožňuje vyhodnotit obsah vody, protože je to jediný parametr, který zůstává proměnný. Přístroj následně přepočítává naměřenou permitivitu na hmotnostní vlhkost. Hloubka měření je ovlivněna hustotou měřeného materiálu. U lehkých materiálů probíhá měření do hloubky až 5 cm, u těžkých materiálů, jako je beton, lze měřit do hloubky max. 3 cm. Vliv teploty a koncentrace solí ve vzorcích nejsou zásadní. Zkušenost s kapacitními vlhkoměry poukazuje na nadhodnocování skutečných vlhkostí, které roste s objemovou hmotností materiálu. Měření bývá významně ovlivňováno povrchovou kondenzací měřené plochy.

U odporových vlhkoměrů se elektrody nejčastěji vpichují ostrými hroty do povrchu stavebních materiálů. Měří se elektrická vodivost (odpor) elektrolytu v materiálu. Voda v pórové struktuře materiálu vytváří elektrolyt, a tím mění elektrickou vodivost soustavy. Se vzrůstající vlhkostí materiálu se snižuje jeho elektrický odpor měřený přístrojem. Vlhké materiály mohou mít odpor v řádu stovek kΩ a suché v řádu několika set MΩ. Přístroj přepočítá změřený odpor dle funkcí nastavených pro příslušné materiály. Podobně jako u jiných nepřímých metod je každý přístroj omezen pouze pro měření materiálů, na které jej výrobce nastavil. Výsledky měření jsou ve srovnání s kapacitními vlhkoměry méně spolehlivé, značně ovlivněny okolní teplotou a obsahem solí v materiálu. Využívají se tak hlavně pro měření vlhkosti dřeva.

Mikrovlnné měření je založeno obdobně jako kapacitní na existenci dielektrických procesů určených rozdílnou permitivitou vody a stavebních materiálů, takže mohou být detekována i malá množství vody [20]. Přivedeme-li na vlhký materiál střídavé elektromagnetické pole, dochází k rotaci molekul polarizované vody. Při narůstajících frekvencích vzniká rozdíl mezi rotací vody a vnějšího pole v důsledku vazebných sil uvnitř látek. To se projevuje fázovým posunem a dielektrickou ztrátou. Při mikrovlnné metodě se měří útlum elektromagnetických vln. Využívá se faktu, že zeslabení intenzity procházejícího záření je proporcionální k hmotnostní vlhkosti materiálu a jeho tloušťce. Měření se provádí přístroji, které působí na měřený povrch elektromagnetickými střídavými vlnami o frekvencích od 2 do 10 GHz. Rastrovým měřením a pomocí rozdílného tvaru elektrod lze dobře stanovit rozložení vlhkosti v objemu posuzované konstrukce i v jejích jednotlivých vrstvách. Výhodou metody je přímá závislost na množství vody bez vlivu jiných materiálových vlastností nebo zasolení. V závislosti na tvaru sond lze vlhkost měřit v různých hloubkách (rozsah cca 30 až 800 mm). Mikrovlnné měření pracuje s nepřesností ±3 %. Některé přístroje obsahují strukturovanou paměť s možností snadného vytvoření vlhkostní mapy. Poměrně jednoduše lze stanovit, zda je vlhnutí zdiva způsobeno kondenzací z interiéru, nebo zda voda prosakuje z exteriéru. [19, 20].

Rozmístění odběru vzorků

Terénní průzkum provádíme vždy s ohledem na požadovanou přesnost výstupů a s uvažováním možnosti budoucích sanačních opatření. Vlhkostní zasažení objektu je téměř vždy záležitostí více zdrojů a z tohoto hlediska bychom měli rozlišit místa zjevných přímých příčin (zátoky okny, porušené kanalizační vedení, zatékání komíny aj.) a příčin dosud nespecifikovaných (vzlínání z podzákladí, kondenzace, působení rubové vlhkosti aj.). V rámci průzkumů lze pracovat s představou vlhkostního stavu a vzhledu objektu při vyloučení zjevných zdrojů.

Z hlediska provádění měření (nedestruktivně a odběrem vzorků) a umístění sond by měly být dodrženy následující postupy:

• měření provádět v místech, kde příčiny vlhkosti nejsou jednoznačně zjevné;
• měření provádět ve více výškových úrovních v interiéru i exteriéru;
• měření provádět v místech vlhkostně zasažených i mimo ně;
• zohlednit poměr vlhkostního zasažení mezi stěnami obvodovými a vnitřními;
• provádět odběr vzorků z různých hloubkových úrovní z důvodu odlišení vody kondenzační od vody hlubších partií zdiva (např. voda vzlínající z podzákladí);
• při použití všech nedestruktivních metod je třeba výsledky porovnávat s obsahy vlhkosti zjištěnými hmotnostní analýzou v odebraných vzorcích.

Měření salinity

Chemická analýza vodorozpustných solí pomáhá určení zdrojů transportu vody do zdiva a její následné migrace (déšť, splašky, zatékání z chodníku, vzlínání mineralizované spodní vody apod.) [14]. Chemickou analýzou se obvykle určují síranové, chloridové a dusičnanové anionty, kationty jsou stanovovány pouze výjimečně. Kromě tří uvedených solí se můžeme setkat i s vodorozpustnými uhličitany (působením alkálií vzniká potaš a vysoce hygroskopická soda), případně s fosfáty a dalšími solemi [20]. Běžně používanými metodami jsou metody gravimetrické (anion se ve výluhu převede na nerozpustnou sůl a poté se její množství zváží), postupy využívající iontově selektivních elektrod nebo metody spektrální. Méně často jsou používány metody titrační. Moderní instrumentální analýzy jsou prováděny např. z normově připravených vodních výluhů prostřednictvím kapilární elektroforézy (např. CAPEL 205). Místa odběru je třeba opět volit tak, aby byly vzorky dostatečně reprezentativní. Nezbytné je odebrat vzorky v různých výškách a hloubkách, v exponovaných a méně exponovaných polohách. Osvědčilo se soli zkoumat v hloubce 0–2 cm (omítka), případně 0–0,5 cm (štuková vrstva), a 5–10 cm (zdivo) [14].

Další analýzy

Vyjma stanovení vlhkosti a salinity zdiva je někdy žádoucí provést i další analýzy:

• nasákavosti,
• porozity,
• rovnovážné vlhkosti.

Pro stanovení nasákavosti je nutné odebrat pevný kus materiálu, který vydrží vysoušení a povaření. Nasákavost materiálu je maximální množství vody, které vzorek pojme. Saturace vzorků je prováděna dle normových postupů, např. dle ČSN EN 772-21 (72 2635): Zkušební metody pro zdicí prvky – část 21: Stanovení nasákavosti pálených a vápenopískových zdicích prvků ve studené vodě. Nasákavost se stanoví zvážením saturovaného a suchého vzorku postupem uvedeným výše pro gravimetrickou metodu. Pro přesné stanovení je nutné, aby hmotnosti vysušeného vzorku před povařením a po vysušení byly s minimálním rozdílem. Při vaření totiž často dochází k uvolnění části matrice materiálu. Kromě absolutní nasákavosti se stanovuje často kapilární nasákavost např. dle ČSN EN 1015-18 Zkušební metody malt pro zdivo – Část 18: Stanovení koeficientu kapilární absorpce vody v zatvrdlé maltě. Kapilární nasákavost je nižší než absolutní. Účelem stanovení kapilární nasákavosti je porovnat změřenou vlhkost s maximem dosažitelným pouhým vzlínáním vlhkosti. Pro stanovení otevřené pórovitosti není předepsán normový předpis, ale lze využít postup ve směrnici WTA 2-9-04/D v čl. 6.3.9 [7, 13]. Stanovení hygroskopické (rovnovážné) vlhkosti odebraných vzorků je časově náročné a vyžaduje jejich umístění do laboratorních skříní s regulací teploty a vlhkosti vzduchu. Případně lze využít i postupu dle normy ČSN EN 1015-18: Tepelně-vlhkostní vlastnosti stavebních materiálů a výrobků – Stanovení hygroskopických sorpčních vlastností.

Objektivní náhled na poruchy a přístup k opravám

Z hlediska přístupu k řešení vlhkosti, tj. k sanaci staveb, je žádoucí učinit několik rozhodnutí, která specifikují následný cíl. Rozhodnutí v podstatě vycházejí z následujících otázek:

• 1) Jaké zdroje vlhkosti existují?
• 2) Jakému provozu bude sanovaný prostor nadále sloužit, tj. jaká míra snížení vlhkosti je žádoucí?
• 3) Jaká hlediska limitují sanační zásah?

Ad 1) Zdroje vlhkosti vyplývají z vlhkostního průzkumu a jsou definovány výše. Pro návrh sanačních opatření je zásadní rozhodnutí, které zdroje budou těmito opatřeními eliminovány a které i nadále ponecháme.

Ad 2) Sanační zásah do prostoru, který je již dlouhodobě vlhkostně zatížen (třeba desítky až stovky let), je zásahem významným. Snahou je v poměrně krátkém čase změnit vlhkostní parametry konstrukčních prvků a vnitřního prostoru v situaci, kdy tohoto stávajícího stavu bylo dosaženo (např. zanedbanou údržbou) v časovém horizontu značně delším a ustálení do stávajícího stavu nastávalo pozvolna a postupně. Zásadní je tedy rozhodnutí, do jaké míry je relativně prudká změna vlhkostních poměrů žádoucí z hlediska životnosti konstrukčních prvků a z hlediska plánovaného užívání. Např. otázka, zda ustálený vlhkostní stav opukového zdiva není z hlediska jeho životnosti stavem optimálním.

Ad 3) Sanační zásah limitují hlediska technická a hlediska památkářská.

Mezi hlediska technická patří:

• požadovaná budoucí funkce prostoru (viz bod výše),
• technické možnosti zásahu do zdrojů vlhkosti,
• technické možnosti zásahů do vlhkostních toků v rámci konstrukcí,
• možnosti změny klimatu okolního prostředí,
• finanční možnosti investora.

Mezi hlediska památkářská patří:

• zachování kulturního dědictví (např. původního provozu),
• ochrana původních materiálů a skladeb (zdivo, omítky, podlahy aj.),
• zajištění maximální životnosti stávajících konstrukcí (rozhodnutí o přijatelné invazivitě sanačních zásahů a vhodnosti navržených materiálů).

Konečné rozhodnutí o typu sanačních zásahů je konsenzem mezi investorem, projektantem a pracovníky památkové péče. Vzhledem k protichůdným požadavkům bývají tato jednání složitá. Např. funkčnost a životnost zvolených opatření je často podmíněna významnými zásahy do původních materiálů a konstrukcí. Bolavým momentem bývá i rozdílná představa o budoucím efektu a užívání sanovaného objektu. Nepoučený investor mívá představu jakéhosi dlouhodobě bezúdržbového systému, jehož současný stav byl docílen významnou investicí. Pracovníci památkové péče naopak upozorňují na nutnost významných provozních investic, pro investora často nepřijatelných, jež plynou ze samotné podstaty památkového objektu. Často není dořešeno, že sanace bývá koncipována na tzv. užitný efekt: tj. vhodné vnitřní prostředí a esteticky přijatelné povrchy konstrukcí. Skrytá vlhkost v konstrukcích a její někdy i významně zhoršené účinky bývají opomíjeny: např. povrchovým zakrytím stěrkami či tepelněizolačním systémem, umělým vytvořením „ostré“ zóny v konstrukci mezi suchou a vlhkou oblastí, vybudováním neprovětrávané předstěny apod.

Základní sanační principy

V tomto příspěvku jsou základními sanačními principy míněna tzv. „rozumná“ opatření. Měla by respektovat reálné požadavky dotčených stran, ale zároveň i dodržovat optimální pracovní kroky ve vazbě na funkční, technická, památková a finanční hlediska. Reálné požadavky by měly vycházet z následných skutečností:

• vlhnutí staveb, zejména spodních partií nosných stěn, je dlouhodobý proces a nelze očekávat od jakéhokoli řešení okamžitý a definitivní efekt,
• dosavadní technologie nedokážou historické objekty dokonale vysušit a vždy se jedná pouze o snížení vlhkosti,
• dosavadní technologie nedokážou historické konstrukce zcela zbavit přítomných solí a lze hovořit pouze o jejich redukci,
• u každého objektu je důležité posoudit, do jaké míry jej současný a dlouhodobý vlhkostní stav poškozuje a v jaké míře je žádoucí tento stav změnit,
• řešení nežádoucí vlhkosti u historických staveb je vždy kompromisem mezi více či méně invazivním technickým zásahem a snahou o zachování jejich kulturní hodnoty; z tohoto hlediska je teoreticky dosažitelná účinnost sanace mnohdy snižována.

Dodržování základních, logicky navazujících kroků sanace může do jisté míry redukovat vznik a rozvoj chyb při realizaci. Jedná se o následující posloupnost prací:

• jasná definice záměru (požadavek míry a životnosti účinku, požadavek na parametry vnitřního prostoru, požadavek zachování historické hodnoty materiálů a prostoru),
• diagnostika stávajícího stavu a příčin poruch,
• prováděcí projektové dokumentace,
• realizace stavby s nezbytným autorským a stavebním dozorem,
• vytvoření plánu údržby a provozních nákladů.

Vlhkostně-sanační opatření by měla sledovat dva základní cíle, a to:

• redukci stávajících zdrojů vlhkosti,
• vytvoření podmínek pro účinné samovolné vysušování sanovaných konstrukcí.

Sanační práce by měla provádět specializovaná stavební firma s odpovídajícím odborným zázemím a technickým vybavením. Provádění prací musí odpovídat ustanovením státní legislativy vč. doložení kvality výrobků od výrobců, dovozců, distributorů, certifikace výrobků a odbornosti zhotovitelů. Zároveň musí být dodrženy zásady bezpečnosti a ochrany zdraví. Z hlediska záruk a kvality díla je nezbytný nezávislý stavební dozor investora či stavebníka.

Prameny

1. ČSN P 73 0610: Hydroizolace staveb. Sanace vlhkého zdiva. Základní ustanovení, Praha: ÚNMZ, 2000.
2. ČSN ISO 12570: Tepelně vlhkostní chování stavebních materiálů a výrobků – Stanovení vlhkosti sušením při zvýšené teplotě.
3. ČSN 73 0038: Hodnocení a ověřování existujících konstrukcí – doplňující ustanovení.
4. ČSN 730540-2: Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky, Praha: ÚNMZ, 2011.
5. ČSN 74 4505: Podlahy: společná ustanovení platná od května 2012.
6. WTA směrnice 4-5-99: Posuzování zdiva, diagnostika zdiva, Praha, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb, 2003, ISBN 978-80-02-01986-2.
7. WTA směrnice 2-9-04/D: Sanační omítkové systémy, Praha, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb, 2008, ISBN 978-80-02-02103-2.
8. WTA směrnice 2-7-01/D: Vápenné omítky v památkové péči, Praha, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb, 2007, ISBN 978-80-02-01986-2.
9. WTA směrnice 4-4-04: Injektáž zdiva proti kapilární vlhkosti, Praha, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb, 2007, ISBN 978-80-02-01380-8.
10. WTA Merkblatt 4-1: Messung des Wassergehalts bzw. der Feuchte von mineralischen Baustoffen, Praha, Wissenschaftlich-technische Arbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V. 2016, ISBN 978-3-8167-9701-2.
11. Forest Products Laboratory. 2010. Wood handbook – Wood as an engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. 508 p., 2010.
12. SVOBODA, Luboš. Stavební hmoty. Bratislava: Jaga, 2004. ISBN 80-807-6007-1.
13. KOTLÍK, Petr; KAŠE, Jiří a ŠRÁMEK, Jan. Opuka. Praha: STOP, 2000. ISBN 80-902-6685-1.
14. FÁRA, Pavel. Sanace vlhkého zdiva. Praha: STOP, 2003. ISBN 80-866-5702-7.
15. BALÍK, Michael. Odvlhčování staveb. Stavitel. Praha: Grada, 2005. ISBN 80-247-0765-9.
16. BALÍK, Michael. Odvlhčování staveb. 2. přepracované vydání. Stavitel. Praha: Grada, 2008. ISBN 978-80-247-2693-9.
17. HANYKÝŘ, Vladimír a KUTZENDOERFER, Jaroslav. Technologie keramiky. Hradec Králové: Vega, 2000. ISBN 80-900860-6-3.
18. HALL, Chris, Water Transport in Brick, Stone and Concrete, Spon Press, 2002, ISBN 0-419- 22890-X.
19. Sanace budov proti nadměrné vlhkosti – Průzkumy, způsoby sanace, praktická opatření, Zpravodaj STOP, svazek 19, č. 1/2017, ISSN 1212-4168.
20. Nedestruktivní průzkumy v památkové péči, sborník přednášek z odborného semináře, Společnost pro technologie ochrany památek – STOP 2009.
21. BALÍK, Lukáš a KOLÍSKO, Jiří. Sanace historického bytového domu v Praze z hlediska vlhkosti. In: Sanace a rekonstrukce staveb 2010, Vědeckotechnická společnost pro sanace staveb a péči o památky – WTA CZ, Proceedings of the 32^th colloquium ČSVTS, 12^th colloquium WTA CZ, Praha, Česká republika, 3.–4. 11. 2010, pp. 156–163, 350 s. ISBN 978-80-02273-2.

Články dvoudílného seriálu vycházejí z textů sborníku Společnost pro technologie ochrany památek (STOP), upraveno autorem dle doporučení recenzenta pro TZB-info.