Transcript Adaptation of reflectometric techniques for moisture measurement of

Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
ADAPTACJA REFLEKTOMETRYCZNYCH TECHNIK
POMIARU ZAWILGOCENIA OPOKI WAPNISTEJ
NA PRZYKŁADZIE ZAMKU W JANOWCU
ADAPTATION OF REFLECTOMETRIC TECHNIQUES FOR
MOISTURE MEASUREMENT OF ROCK WALLS ON THE
EXAMPLE OF JANOWIEC CASTLE
Zamek w Janowcu nad Wisłą
Makieta Zamku w
Janowcu
Budynek Bramny
Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
Zamek w Janowcu nad Wisłą
Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
Zamek w Janowcu nad Wisłą
Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
Dziedziniec, Dom Północny, Kaplica, Apartament Zachodni
Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
Renesansowy Pałac Andrzeja Firleja i Amfilada Tarłów wzniesione w
XVI w. przez wybitnego architekta Santi Gucciego
Z. SUCHORAB, D. BARNAT - HUNEK, H. SOBCZUK
Lublin University of Technology, Lublin, Poland
8-9. 12. 2005 Gdańsk
Problemy wilgotnościowe murów Zamku w Janowcu
Fragment muru na Zamku w Janowcu
strona północna
Przyziemie Zamku w Janowcu
strona płd. – zach. Domu Północnego
Problemy wilgotnościowe murów Zamku w Janowcu
Zniszczenia zawilgoconych tynków
wewnątrz Domu Bramnego
Efekt silnego zawilgocenia
i zasolenia murów Zamku
Charakterystyka opoki wapnistej
Zdjęcie wapienia wykonane pod
mikroskopem optycznym




Zdjęcie zaprawy wapiennej
pod mikroskopem optycznym
Powszechnie spotykane utwory na Wyżynie Lubelskiej w okolicach m.in. Kazimierza Dolnego, Nasiłowa to skały
osadowe wapienno - krzemionkowe zwane petrograficznie opokami.
Składniki mineralne kamienia to przede wszystkim kalcyt, kwarc, glaukonit oraz podrzędnie występujące
łyszczyki, wodorotlenki żelaza i minerały nieprzezroczyste reprezentowane przez piryt.
Opoki te charakteryzują się dużą porowatością sięgającą 40 % a przez co stosunkowo niską wytrzymałością na
ściskanie rzędu 15-29 MPa. Przy tak dużej porowatości, nasiąkliwości wagowej około 23% oraz lejkowatym,
podłużnym kształcie porów podatne są na wpływ wilgoci, przez co możliwości ich wykorzystania w budownictwie
są mocno ograniczone.
Badania mineralogiczne kamienia i zaprawy wykazały iż jest to opoka wapnista i zaprawa wapienna.
Zdjęcia pobranych próbek z muru wykonane pod
mikroskopem skaningowym
Porowata struktura badanej skały uwidacznia się wyraźnie w obrazach mikroskopu skaningowego.
Jej obecność w głównej mierze podkreślona jest miejscami powstałymi po wykruszeniu się igieł
gąbek.
Opoka wapnista
Zaprawa wapienna
Badania wilgotnościowe opoki metodą TDR
Stanowisko pomiarowe TDR
Przebieg badania –
próbki z sondami
Przed przystąpieniem do prac remontowych
należałoby wykonać pełną ocenę stanu
technicznego obiektu oraz poznać
charakterystykę materiału z jakiego wzniesiono
zamek. W związku z tym w referacie
zaproponowano metodę ciągłego monitoringu
TDR jako jedno z badań wilgotnościowych.
Badania wilgotnościowe opoki metodą TDR
Materiały budowlane ośrodki porowate - składają się z następujących faz:

faza stała (mineralna),

faza gazowa (puste przestrzenie powietrzne - pory),

faza ciekła (woda występująca pod różną postacią)
Wszystkie fazy charakteryzowane są przez różne, indywidualne stałe dielektryczne:

powietrze: 1,

materia stała: 4 - 9,

woda: ok. 80
Względna stała dielektryczna ośrodka jest wypadkową udziału każdej z faz w objętości
materiału, co można wyrazić następującą formułą matematyczną:
Względna (wypadkowa) stała dielektryczna ośrodka ma wpływ na prędkość rozchodzenia
się impulsu elektromagnetycznego, co zostało wykorzystane w technologii TDR.
Badania wilgotnościowe opoki metodą TDR
Zestaw TDR
Badania wilgotnościowe opoki metodą TDR
Zestaw TDR
Komputer PC




Pełni funkcję stacji sterującej
Łączy się z urządzeniem pomiarowym za pomocą portu szeregowego
Steruje urządzeniem pomiarowym (za pomocą specjalnego oprogramowania)
Przechowuje dane odczytane przez miernik TDR
Miernik - TDR multimeter MTS-1
pośredniczy pomiędzy komputerem
(stacją sterującą), a sondą
zainstalowaną w materiale
budowlanym,
generuje impuls elektromagnetyczny,
odczytuje (i interpretuje) powracające
echo sygnału, wyznaczając stałą
dielektryczną ośrodka (niektóre
modele przenośne podają
zawartość wody)
przedstawia graficznie w postaci
reflektogramu przebieg impulsu
elektromagnetycznego
Zestaw TDR
Sondy TDR



Należą do podstawowego wyposażenia
TDR
Zbudowane z kabla koncentrycznego o
impedancji 50Ω przechodzącego w
końcowym odcinku w dwa pręty stalowe
Istnieje wiele odmian, najpowszechniejsze
w zastosowaniu są sondy dwuprętowe
(rdzeń przechodzi w jeden pręt, oplot w
drugi):
pręty
obudowa
kabel koncentryczny
Impuls elektromagnetyczny
Reflektogramy TDR





Generowany przez miernik TDR
Stały przebieg w układzie o stałej
impedancji
Piki w miejscach w których zmienia
się impedancja (początek sondy
oraz koniec sondy)
Przebieg impulsu można wyrazić
na reflektogramie
Odległość między pikami
znaczącymi na reflektogramie
wyraża jednocześnie czas
propagacji impulsu [ts]
Pomiar zawartości wody techniką TDR
Względna stała dielektryczna ośrodka określana jest następującym
wzorem:
 ct p 

  
 2L 
2
Określenie zawartości wody w oparciu o formuły empiryczne:
Topp’a
 530  292  5.5 2  0.043 3

1000
Malickiego


0, 5
 0.819  0.168  0.159 2
7.17  1.18

Profile wilgotnościowe
Opoka z Janowca - próbka nr 1
Opoka z Janowca - próbka nr 2
10
Wysokość [cm]
dzień 1
7,5
dzień 3
dzień 7
dzień 1 4
5
dzień 1
7,5
dzień 3
dzień 7
dzień 14
5
2,5
2,5
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0
0,4
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
3
0,3
3
Zawartość wody [cm /cm ]
Zawartość wody [cm 3/cm 3]
Opoka z Janowca - próbka nr 3
10
Wysokość [cm]
Wysokość [cm]
10
dzie ń 1
7,5
dzie ń 3
dzie ń 7
dzie ń 14
5
2,5
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
Zawa rtość wody [cm3/cm3]
0,3
0,35
0,4
0,35
0,4
Współczynnik przenikania wody w
wg PN-EN 1062-3:2000



Równocześnie na tych samych próbkach wykonano oznaczanie współczynnika
przenikania wody w tzw. przepuszczalności na podstawie polskiej normy PN-EN
1062-3:2000.
Na podstawie trzech wyników oznaczono nasiąkliwość powierzchniową np oraz
współczynnik przenikania wody w. Wg normy opokę wapnistą zakwalifikowano
ze względu na współczynnik przenikania wody do klasy I, co oznacza wysoki
współczynnik w.
Wyniki badań przedstawia tabela:
Tabela. Nasiąkliwość powierzchniowa oraz współczynnik przenikania wody
Czas badania
[doba]
np [kg/m2]
w [kg/m2  h0,5]
1
13,27
2,71
3
16,50
1,94
7
17,82
1,37
14
18,03
0,98
Wnioski





Technika pomiarowa TDR jest dobrą alternatywą przy
pomiarach zawilgocenia materiałów budowlanych
Znajduje zastosowanie nie tylko w warunkach laboratoryjnych
– istnieje możliwość użycia jej w pomiarach terenowych
Umożliwia ciągły monitoring zawilgocenia przegród
budowlanych
Jest stosunkowo niewrażliwa na zawartość soli w materiałach
budowlanych
Jest metodą ciągle rozwijaną – projektowane są nowe
rozwiązania konstrukcyjne sond
Dziękujemy za uwagę
ADAPTACJA REFLEKTOMETRYCZNYCH
TECHNIK POMIARU ZAWILGOCENIA
OPOKI WAPNISTEJ NA PRZYKŁADZIE
ZAMKU W JANOWCU