Water content measurement in building barriers and materials using surface TDR probe

• Autorzy: Suchorab Z. , Jedut A. , Sobczuk H.

Warianty tytułu

PL

Pomiary wilgotności materiałów oraz przegród budowlanych z zastosowaniem powierzchniowej sondy TDR

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Water contained in external walls is one of the the basic factors restricting the functioning of buildings. Its negative influence should be evaluated both in the constructional and hygienic aspects. It is caused by the fact that water is not only the reason of successive destruction of buildings' construction, but also composes the base for the growth of microorganisms and moulds. Such problem is typical for the buildings without moisture control and monitoring and causes the respiratory system illnesses, infections, allergies, eyes and skin sensitisations. The buildings affected by the problem of moisture in most cases are stricken with the Sick Building Syndrome, which is caused by the use of not human-friendly materials, defective ventilation or high moisture previously mentioned. Water contained in the extemal walls significantly diminishes their thermal characteristics, which induces the increased heat losses in cold season, reduction of perceptible temperature and thermal comfort of accommodations. All the previously mentioned negative aspects of water influence on the buildings cause the need to find the precise, user-friendly method of water content valuation in the walls. One of them is TDR (Time Domain Reflectometry). This technique bases on the measurement of the electromagnetic pulse propagation in examined medium. The dielectric constant of the material (determined with the TDR device) is the base for its moisture estimation. The TDR method has got a lot of advantages (high monitoring potential, insensitivity to the salinity, relatiyely simple service) and has been used in moisture measurements of porous materials, especially of the soils, for many years. By now, this technique has not found the common implementation in the building area which is caused by its invasive character - it requires the installation of the steel rods in the examined medium, which sets many problems in case of building materials and envelopes.The aim of this paper is to propose the altemative idea of the TDR probe - surface probe, which enables the moisture measurements of hard building materials and envelopes. For these materials, the use of classical probe is difficult to realize, because of problems with the introduction of the steel rods in the examined medium. This, modified, TDR method enables the effective moisture measurements without the need to destroy the building barriers structure.

PL

Woda zawarta w zewnętrznych przegrodach budowlanych należy do podstawowych czynników ograniczających funkcjonowanie budynków. Jej negatywny wpływ na obiekty należy oceniać zarówno ze względów konstrukcyjnych, jak i higieniczno-sanitarnych. Duża wilgotność przegród budowlanych jest przyczyną sukcesywnego niszczenia konstrukcji budynków (krystalizacja soli, wielokrotne procesy zamarzania i rozmarzania w okresie zimowym, rozkład drewna oraz przyspieszona korozja stalowych elementów zbrojeniowych). Woda, w sposób pośredni, negatywnie wpływa na środowisko wewnętrzne pomieszczeń, tworząc podłoże do rozwoju szkodliwych mikroorganizmów oraz grzybów pleśniowych. Jest to problem typowy dla obiektów z nieuregulowaną i niemonitorowaną wilgotnością przegród, będący przyczyną chorób dróg oddechowych, infekcji, alergii oraz podrażnień oczu i skóry. Obiekty dotknięte problemem zawilgocenia przegród zewnętrznych w większości przypadków określamy jako dotknięte zespołem chorego budynku SBS (Stek Building Syndrome), którego przyczyną jest zastosowanie nieprzyjaznych człowiekowi materiałów budowlanych, wadliwa wentylacja lub właśnie nadmierne zawilgocenie przegród. Woda w przegrodach budowlanych w znaczący sposób obniża ich charakterystyki cieplne, co w konsekwencji prowadzi do zwiększonych strat ciepła w sezonie grzewczym, obniżenia temperatury odczuwalnej, obniżenia komfortu cieplnego pomieszczeń. Wszystkie wyżej przedstawione negatywne aspekty wpływu wody na obiekty budowlane stwarzają potrzebę znalezienia precyzyjnej i możliwie łatwej metody oceny zawartości wody w przegrodach. Do takich metod zaliczamy reflektometryczną metodę pomiaru wilgotności TDR (Time Domain Reflectometry). Funkcjonowanie tej techniki oparte jest na pomiarze prędkości propagacji impulsu elektromagnetycznego w badanym materiale. Wyznaczona ze znanej zależności względna stała dielektryczna materiału jest podstawą do ustalenia jego wilgotności. Metoda ta posiada wiele zalet (możliwość ciągłego monitoringu, brak wrażliwości na zasolenie, stosunkowa prostota obsługi) i od wielu lat stosowana jest do pomiaru wilgotności ośrodków porowatych, a w szczególności ośrodków gruntowych. Nie znalazła ona do tej pory szerokiego zastosowania w dziedzinie budownictwa. Przyczyną tego jest jej inwazyjny charakter - do realizacji pomiaru niezbędne jest wprowadzenie stalowych prętów w badany ośrodek, co stwarza wiele problemów w przypadku materiałów oraz przegród budowlanych. Celem pracy jest przedstawienie alternatywnej konstrukcji - powierzchniowej sondy TDR, która umożliwia pomiary wilgotności materiałów oraz przegród budowlanych, charakteryzujących się znaczną twardością, dla których zastosowanie klasycznej, dwuprętowej sondy, wymagającej wprowadzenia stalowych prętów w badany ośrodek, jest trudne do zrealizowania. Metoda ta umożliwia skuteczne pomiary wilgotności bez konieczności niszczenia konstrukcji przegrody.

Słowa kluczowe

EN

building materials; building barriers; building envelopes; moisture; reflectometric moisture measurement methods; dielectric methods; time domain reflectometry; surface TDR probe

PL

materiały budowlane; wilgotność przegród budowlanych; reflektometryczne metody pomiaru wilgotności; metody dielektryczne; Time Domain Reflectometry; sonda powierzchniowa TDR

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 2, No. 1
• Strony: 123--127
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Suchorab Z.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

autor

Jedut A.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

autor

Sobczuk H.

• Faculty of Environmental Engineering, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

Bibliografia

• [1] Curtis H.L. and Defandorf F.M.: Dielectric constant and dielectric strength of elementary substances, pure inorganic compounds, and air. E.D. Washburn (Ed.). International Critical Tables of Numerical Data, Physics, Chemistry and Technology. McGraw-Hill, New York 1929, 6, 73-107.
• [2] Topp G.C., Davis J.L. and Annan A.P.: Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resour. Res., 1980,16,574-582.
• [3] Malicki M.A., Plagge R., Renger M. and Walczak R.T.: Application of time-domain reflectometry (TDR) soil moisture miniprobe for the determination of unsaturated soil water characteristics from undisturbed soil cores. Irrigation Sci., 1994,13, 65-72.
• [4] Sobczuk H.: Sonda do pomiaru wilgotności ośrodków porowatych, zwłaszcza materiałów budowlanych, Polska. Zgłoszenie patentowe nr 350713, 19-05-2003
• [5] Wraith J.M., Robinson D.A., Jones S.B. and Long D.S.: Spatially characterizing apparent electrical conductivity and water content of surface soils with time domain reflectometry, Comput. Electron. Agricult., 2005,46,239-261.
• [6] Suchorab Z., Sobczuk H., Łagód G., Pavlik Z. and Cerny R.: Zastosowanie metody TDR do pomiaru wilgotności materiałów budowlanych, materiały. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2005c, 2(33), 1063-1070.