Měření vlhkosti ve stavebních hmotách pomocí mikrovln (II)

Obor: Stavby (01) Navrhování, technologie, provádění

Typ:

Autor:

Jan Škramlik1, Ivan Moudrý2

Fotografie:

–

Moisture Measurement in Building Materials by Help of Microwaves (II)

Měření vlhkosti ve stavebních hmotách pomocí mikrovln (II) V minulém čísle [8] byla zmíněna aparatura na měření vlhkosti stavebních hmot pomocí propustnosti mikrovlnného záření 2,4 GHz, experimentálně sestavená na ÚPST FAST VUT v Brně, a ukázán výstup z měření pro cihelný střep. K výkladu měřených dat byly použity poznatky z dynamiky transportních jevů a fotometrie. Nyní přinášíme výsledky měření pro materiál s nízkou objemovou hmotností – plynobeton a doplněk teorie.

Až potud jde o základy fotometrie. V první části [8] jsme vyslovili předpoklad, že ve vícesložkovém materiálu, kdy je vedle sebe přítomna pevná nosná matrice jako jedna složka (např. cihelný střep nebo pórobeton) a pohybující se složka (voda, pára apod.), je příspěvek obou složek k celkovému součiniteli absorpce aditivní veličinou, tedy α = αs + αv, kde αs je absorpční součinitele suchého vzorku a αv je absorpční součinitel vlhkosti ve vzorku. Z úvahy okamžitě vyplynulo:

Úvod druhé části Doplňme ještě chybějící údaj z první části, který je důležitý pro zpracování a hodnocení výsledků měření. Keramický pálený střep byl vyroben v cihelně ve Štítech na Moravě a měl objemovou hmotnost 1800 kg/m3. Plynobeton, který je předmětem této části, pochází z tvárnice P2-500 ze závodu Hrušovany s objemovou hmotností ca 520 kg/m3 při ustálené vlhkosti ca 3 hmotnostní %. Měření pórobetonu má metodický význam, protože jde o materiál s nízkou objemovou hmotností – třikrát až čtyřikrát menší, než je průměrná hustota cihelného střepu. Samozřejmě má praktický význam, protože jde o druhý nejrozšířenější materiál při klasicky zděné výstavbě. Základem při návrhu měřicí aparatury a vyhodnocení výsledků měření je optická propustnost elektromagnetického mikrovlnného záření 2,4 GHz (o vlnové délce 12,5 cm) při průchodu stavebním materiálem (pro toto záření budeme také používat zkratku EMVZ). Bylo uvedeno, že propustnost t je definována vztahem (11a) kde

t (-) je propustnost , I (W/m2) je hustota toku EMVZ na vstupu , I0 (W/m2) je hustota vystupujícího toku EMVZ .

Při znalosti propustnosti stejnorodého vzorku můžeme podle Lambertova Beerova zákona spočítat absorpční součinitel α, který nezávisí na tloušce vzorku w a je materiálovou konstantou: . (12) kde

α (m-1) je absorpční součinitel, s (m) je tlouška vzorku.

(17) kde

t (-) je celková propustnost vzorku, ts (-) je propustnost vzorku v suchém stavu, tv (-) je propustnost vody obsažené ve vzorku, αs (m-1) je součinitel absorpce suchého vzorku, αv (m-1) je součinitel absorpce vody obsažené ve vzorku.

Připomeňme, že propustnost t nebo pohltivost a = 1 – t jsou přímo měřitelné veličiny. Aby naše úvahy a také interpretace měřených dat měla praktický význam, doplníme nyní teoretickou část o vliv materiálové hustoty na propustnost. Z intuice a také ze zkušenosti plyne, že materiály s větší hmotnostní hustotou mají také vyšší optickou hustotu včetně doprovodných ztrátových dějů. A to je právě vyšší pohltivost neboli menší propustnost záření. Doplňme tedy naše úvahy o objemové koncentrace látek. August Beer, po němž byl pojmenován zákon (12), který je základem našich myšlenek, už v roce 1852 ukázal, že absorpční součinitel je přímo úměrný její objemové koncentraci (18) kde

α (m-1) je absorpční součinitel, ε (m2/kg) je extinkční součinitel, cvol (kg/m3) je koncentrace.

Zavedení extinkčního součinitele podle (18) usnadňuje vyhodnocení výsledků měření a jejich interpretaci pro vzorky s různou objemovou hmotností, ale téhož chemického složení a fyzikální struktury. Jestliže máme dvousložkové prostředí (pevná porézní stavební hmota a voda v jejich pórech) a známe objemovou hmotnost pevné stavební hmoty v suchém stavu (nebo ve stavu s ustálenou vlhkostí) ρ a dále vlhkost v této

Ing. Jan Škramlik, Ph.D., VUT FAST Brno, Ústav pozemního stavitelství, odborný asistent, 602 00 Brno, Veveří 95, tel.: 541147430, e-mail: [email protected]. 2 Doc. Ing. Ivan Moudrý, CSc., VUT FAST Brno, Ústav pozemního stavitelství, odborný asistent, 602 00 Brno, Veveří 95, tel.: 541147430, e-mail: [email protected]. 1

38

Stavebnictví a interiér 1/2007

hmotě ρ v vyjádřenou v kg na objemovou jednotku hmoty, potom je

3.5 Výsledky z měření absorpce mikrovln u pórobetonu

(19)

V následujícím textu je popsána závislost změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření na hmotnostní vlhkosti sledovaného vzorku z pórobetonu pro porovnání s výsledky měření na keramickém páleném střepu, uvedeném v předchozí kapitole. Na vzorcích pórobetonu tloušky s = 2 cm s různými vlhkostmi byly detekovány propustnosti pro EMVZ v závislosti na hmotnostní vlhkosti, zjišované pomocí gravimetrické metody. Tok záření odpovídal napěovému výstupu 500 mV na snímači výkonu záření.

kde

α (m-1) je absorpční součinitel, εm (m2/kg) je extinkční součinitel pevné stavební hmoty v suchém stavu, ρ (kg/m3) je objemová hmotnost pevné stavební hmoty v suchém stavu, εv (m2/kg) je extinkční součinitel vody pevné stavební hmoty v suchém stavu, ρv (kg/m3) je hmotnostní koncentrace rozptýlené ve stavební hmotě.

Protože se vlhkost ve stavebních hmotách nejčastěji vyjadřuje v procentech hmotnosti přítomné vody vztažené ke hmotnosti hmoty v suchém stavu, platí (20) kde

u je hmotnostní vlhkost v %.

Zastavme se u fyzikálního významu extinkčního součinitele jediné složky, viz (17). Jestliže c vol = 1, potom je α = ε. Extinkční součinitel je tedy součinitel látky rozptýlené v prostoru s hustotou 1 kg/m 3. Není přitom důležité, lze-li v praxi takového zředění docílit a zachovat přitom chemickou a fyzikální strukturu dané hmoty. V případě vody by to mohla být mlha (drobné kapičky), u pórobetonu si něco podobného lze představit hůře. Každopádně extinkční součinitel pórobetonu dobře slouží pro přepočítání veličin vzešlých z měření materiálu objemové hmotnosti 520 kg/m 3 na veličiny odpovídající 400 kg/m 3. Můžeme slíbit čtenářům, že do podrobnějších detailů již zabíhat nebudeme. Shrnutím rovnic (12), (17), (19) a (20) dostaneme přímo hodnotu objemové koncentrace vlhkosti v porézním stavebním materiálu nebo hodnotu hmotnostní vlhkosti v procentech

Obr. 6: Závislost poklesu detekovaných hodnot napětí, které reprezentují vstupní tok EMVZ, kterému odpovídá napětí 500 mV, snížený po průchodu vzorkem. Napětí generuje snímač toku EMVZ experimentální aparatury. Měření bylo provedeno na pórobetonu o objemové hmotnosti ρm = 520 g/m3, [2].

(23)

V grafu na obr. 6 je patrná lineární závislost rozdílu mezi napětím uin, které reprezentuje vstupní tok EMVZ, a napětím uout, které reprezentuje tok prošlý vzorkem, na velikosti napětí určujícího vstupní tok. Podobně tomu bylo i u měření cihelného vzorku, viz [8]. Podmínka lineární závislosti poklesu detekovaného napětí po průchodu záření vzorkem je splněna, a tak můžeme fotometrické veličiny (propustnost t a pohltivost a) odečítat přímo pomocí napětí uin a uout z přístrojového výstupu. Při proložení experimentální křivky přímkou obdržíme už dříve uvedenou pohltivost as = 0,05 resp. propustnost ts = 0,95 pro materiál v suchém stavu. Pro suchý vzorek je tedy podle (23) αs = εm·ρm = 2,565 m-1, což při objemové hmotnosti pórobetonu odpovídá hodnotě extinkčního součinitele εm = 3,66·10-3 m2/kg. • Závislost změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření na hmotnostní vlhkosti pro pórobeton – viz obr. 7, byla stanovena gravimetrickou metodou podle zjištěné propustnosti elektromagnetického mikrovlnného záření. Toto měření je základním pilířem celé této práce, nebo umožňuje stanovit klíčové parametry, např. vodní extinkční součinitel, a zejména ověřit platnost teorie.

Materiálový extinkční součinitel ε m lze u pórobetonu stanovit z měření propustnosti suchého vzorku a jeho známé objemové hmotnosti. Vodní extinkční součinitel ε v lze „vypreparovat“ z dvou měření – za sucha a při známé vlhkosti. Jednou stanovený extinkční součinitel pro vodu pak je – v rámci přiblížení daném touto teorií – stejný pro všechny stavební materiály, v nichž může vzlínat voda.

V horní části grafu na obr. 7 (na další straně) je polynomická funkční závislost spočítaná do 3. stupně přiblížení z experimentálních dat metodou nejmenších čtverců. Tato funkce je pro další experimenty, při kterých je měřena rychlost šíření vlhkosti vzorky pórobetonu, rozhodující, protože jsou podle ní stanoveny přímo lokální vlhkosti z měření propustnosti mikrovln, jejichž intenzity (před a po průchodu vzorky) jsou reprezentovány napěovým výstupem z aparatury.

(21) (22)

kde

1/2007 Stavebnictví a interiér

39

Obr. 7: Graf funkční závislosti změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření na hmotnostní vlhkosti pro pórobeton (výrobce Hrušovany) [2].

Současně jsou v tab. 3 spočítány ze čtyř vybraných experimentálních relací změna intenzity záření versus hmotnostní vlhkost v % fotometrické materiálové veličiny vyhovující vztahům (21) až (23). vlhkost h, hmotn. %

0

22

40

58

80

pohltivost, (-)

0,05

0,3

0,64

0,84

0,86

propustnost, (-)

0,95

0,7

0,36

0,16

0,14

souč. absorpce α, (m-1)

2,565

17,8

51,1

91,6

98,3

souč. abs. vody αv, (m-1)

0

15,24

48,5

89,0

95,7

extinkční s. vody εv, (m-2kg-1)

-

0,100

0,143

0,219

0,171

Tab. 3: Hodnoty optické propustnosti vzorků pórobetonu o „suché“ objemové hmotnosti ρm = 520 kg/m3 zvlhčeném na různé hodnoty hmotnostní vlhkosti v procentech. Vlhkosti byly měřeny vážkově (gravimetricky).

Obr. 8 Grafické vyjádření průběhu příjmu kapalné vody do vzorků materiálu keramický pálený střep a pórobeton v krátkých časech od počátku navlhání [2].

Podstatná veličina – extinkční součinitel vody εv – vychází v průměru 0,158 m2/kg se směrodatnou odchylkou pro náhodný výběr ± 0,05 m2/kg. Extinkční součinitel by měl být konstantní a pro danou látku (stejného chemického složení a chemicko fyzikální struktury) a nezávislý na její objemové hmotnosti. Potom by bylo možné přímo z mikrovlnného měření stanovit procenta hmotnostní vlhkosti podle (22) bez „kalibračního“ vážkového měření a výpočtu polynomické funkční závislosti. Na obr. 8 je zachycen průběh příjmu vlhkosti sledovaných materiálů keramického páleného střepu a pórobetonu v krátkých časech od počátku navlhání za předpokladu těsného kontaktu spodní plochy vzorku materiálu s hladinou vody. Zjištění průběhu navlhání v čase je vhodné pro zvolení časových intervalů tx  k volbě zachycení vlhkostních profilů u(x) pro výpočet součinitele kapilární vodivosti, viz obr. 1 uvedený v předchozí kapitole v minulém čísle časopisu.

4 Vyjádření navlhací křivky: 4.1 Dosavadní stav Převážným typem realizovaných stěnových stavebních konstrukcí jsou zděné konstrukce z kusových staviv spojovaných maltou. Značná část stavebních poruch je zapříčiněna a provázena vlivem nežádoucího působení vlhkosti. Současné trendy ve stavebnictví jsou směřovány na využití nových, lehkých stavebních hmot, a přitom jsou kladeny stále vyšší požadavky na bezporuchovou funkci stavebních konstrukcí, zejména na tepelně izolační schopnost obvodových plášů. Stále nedostatečně vyřešeným tématem při studiu materiálových vlastností pórovitých staviv je zjišování charakteristických materiálových parametrů pro posuzování vlhkostního stavu ve stavebních konstrukcích. Potřebnou veličinou je součinitel vodivosti kapilární vlhkosti, který se odvozuje z měření saturační a desaturační křivky (průběh navlhání a vysychání) podle pohybu polohy vlhkostního profilu v nestacionárním stavu (tj. před dosažením úplného provlhnutí) průběhu navlhání. K tomuto účelu je běžně používána gravimetrická metoda, která je základním způsobem zjišování obsahu vlhkosti v látce. Ta spočívá v tom, že se měřený vzorek o určité délce navlhčí na čele a voda se po určitou dobu nechá vzorkem vzlínat. Poté se vzorek rozdělí na několik segmentů – vzorků, které mají různou míru navlhčení. Změří se vlhkost v jednotlivých segmentech, viz obr. 9 a na základě výsledku se stanoví křivka rozložení vlhkosti ve vzorku. Tato metoda obecně je zatížena nepřesnostmi při manipulaci se vzorkem a je prakticky nepoužitelná pro opakovaná 40

Stavebnictví a interiér 1/2007

Obr. 9: Rozlámaný vzorek (keramický pálený střep a pórobeton) na segmenty po 20ti mm v časovém intervalu 30 min po zahájení navlhání pro ověření koncentrace vlhkosti a polohy profilu vlhkostního čela gravimetrickou metodou [2].

měření na daném vzorku pro uplatnění integrální metody ke stanovení součinitele kapilární vodivosti. Na obr. 10 je uvedeno grafické vyjádření rozložení vlhkosti podle obr. 1 [8] ve vzorku materiálu z keramického páleného střepu a v materiálu z pórobetonu. Tyto navlhací křivky jsou stanoveny gravimetrickou metodou rozlámáním zkušebního vzorku ve zvoleném krátkém časovém intervalu od zahájení navlhání na segmenty po 20 mm. Pro měření vlhkosti by bylo možno použít měřící metodu absorpce neutronového záření, využívající principu jaderné magnetické rezonance. Tato metoda je ovšem velmi drahá a vyžaduje velké strojní vybavení a nároky na ochranu před nebezpečným zářením a proto ve stavební praxi nevhodná.

4.2 Využití EMVZ k detekci průběhu navlhání Cílem řešení bylo sestavit zařízení pro sledování šíření vlhkosti v pórovitých hmotách, které by umožnilo přesné a opakovatelné měření pro uplatnění integrální metody ke stanovení součinitele kapilární vodivosti, které by bylo poměrně snadno a levně dostupné.

Obr. 10: Průběh kontinuálního rozložení vlhkosti v šesti sledovaných vzorcích pórobetonu po 30 minutách navlhání na jejich délce 120 mm, měřeno od kontaktu s hladinou vody – do grafu jsou vloženy hodnoty zjištěné na 6ti měřených vzorcích [2]

Před měřením závislosti změny detekovaného napětí na vlhkosti obsažené v materiálu jsou vzorky předmětného materiálu ponořeny do vody na určitou dobu, zvolenou podle průběhu křivky navlhání – viz obr. č. 8, aby bylo dosaženo jistého potřebného stupně navlhnutí. Z grafu na obr. 8 je zřejmé, že  stavu plného nasycení materiálu vzorku uf, by se dosahovalo až po delší době. Výsledkem přípravného měření je tedy stanovení funkční závislosti změny elektromagnetického mikrovlnného záření na množství vlhkosti obsažené v konkrétním materiálu jako kalibrační křivky pro každý druh materiálu – viz graf na obr. 3 [8] pro keramický pálený cihelný střep a graf na obr. 7 pro pórobeton. Průřezové rozměry 20 x 60 mm jsou stanoveny s ohledem na působení a vlastnosti elektromagnetického mikrovlnného záření, aby nedocházelo k nežádoucímu odrazu a bylo dosaženo potřebného prozáření. Délka vzorku 240 mm zaručuje zachycení transportu profilu vlhkostního čela ve vybraných časových intervalech, kdy ještě nedojde k celkovému provlhnutí vzorku a je možné definovat jeho suchou oblast.

Obr. 11 Předpoklad vytváření profilu vlhkostního čela při navlhání měřeného vzorku s vyznačením počátečních a okrajových podmínek pro vyjádření součinitele kapilární vodivosti [2]. 1/2007 Stavebnictví a interiér

41

Předpokladem pro zachycení vlhkostních profilů u(x) v časových intervalech tx při navlhání měřeného vzorku s vyjádřením počátečních a okrajových podmínek pro stanovení součinitele vlhkostní vodivosti je vytvoření modelu navlhání podle obr. 10. Na obr. 11 (dole na předchozí straně) je znázorněn předpoklad profilu vlhkostního čela a jeho zachycení v časovém intervalu tx, vyjádřené v grafu, kde na svislé ose jsou souřadnice jeho polohy ve vzdálenosti od kontaktu měřeného vzorku s hladinou vody: A je souřadnice začátku profilu a B je délka profilu vlhkostního čela; C je souřadnice délky do suché oblasti ~ ∞. Na vodorovné ose jsou hodnoty hmotnostní vlhkosti – u1 je relativní hmotnostní vlhkost měřeného vzorku a u2 je hmotnostní vlhkost měřeného vzorku materiálu po jeho navlhnutí (viz obr. 1 „Vlhkostní profily v časových intervalech“, uvedený v předchozí kapitole).

4.3 Příprava vzorku materiálu ke sledování transportu vlhkosti Vzorek materiálu je připraven ke sledování transportu vlhkosti tak, že je na svém povrchu opatřen vodonepropustnou folií kromě ploch průřezu jejich profilu z důvodu zamezení odpařování vlhkosti do okolního prostředí v průběhu měření detekce profilu vlhkostního čela. Rozměry zkušebních vzorků jsou 20 x 60 x 240 mm.

Obr. 12: Vzorky materiálů připravené ke sledování transportu vlhkosti – keramický pálený střep a pórobeton [2].

Na obr. 13 je vidět z konstrukčního schematu, že zařízení pro sledování šíření vlhkosti v pórovitých hmotách podle daného technického řešení sestává z nádržky 2 na kapalinu, polohovacího mechanismu 3, který slouží k přestavování výšky nádržky 2 a tím i hladiny kapaliny. Nad nádržkou 2 je zkoušený vzorek 16 upevněný ve na třmenu 4, který je zavěšen na digitální váze 5 nad ním. V prostoru nad nádržkou 2 je uspořádán vysílací vlnovod 8 mikrovlnného záření, na jehož okraji vzdáleném od nádržky 2 je zdroj záření 15, což je v našem případě Gunnova dioda, napojený na zdroj napětí 6, potřebný pro funkci Gunnovy diody. Z druhé strany od nádržky je proti vysílacímu vlnovodu 8 uspořádán přijímací vlnovod 9. Oba vlnovody, jakožto jedna jednotka, jsou výškově přestavitelně uspořádány na neznázorněném nosném rámu, a to pomocí přestavovacího zařízení 14, které je schematicky naznačeno oboustrannou šipkou. Vlnovody 8 a 9 jsou provedeny z dutého kovového profilu. Také váha 5 je uspořádána na neznázorněném rámu. Na obou vlnovodech 8 a 9 jsou zabudovány clony 12 a 13, s jejichž pomocí lze regulovat intenzitu záření. Vzorek 16 je uspořádán mezi vzájemně přivrácenými konci vlnovodů 8 a 9. Na přijímacím vlnovodu 9 je na straně odvrácené od nádržky 2 uspořádán přijímač mikrovln 10, napojený na multimetr 11, kde lze odečítat hodnoty změny intenzity záření na výstupu. Multimetr 11 je připojený k počítači 17, kde lze pomocí odpovídajícího programu sledovat výsledky ve formě zapisovaných hodnot změn intenzity EMVZ v nastavených časových intervalech po jedné vteřině. K přenosu indikovaných veličin slouží také komunikační program k odečítání údajů na displeji digitální váhy a software programu k multimetru 11. Synchronizovaná pohonná jednotka pohybu vlnovodů umožňuje přepočet rychlosti jejich posuvu na délkové údaje k vyjádření souřadnice x polohy koncentrace vlhkosti. Před dalším popisem funkce zařízení podle technického řešení je třeba připomenout obecné vlastnosti zkoušených materiálů. Při smáčení čela vzorku 16 kontaktem s hladinou kapaliny dojde v určitém časovém úseku k nasátí vlhkosti do určité výše vzorku. To je dobře zobrazeno na obr. 10, který představuje zobrazení předpokládaného průběhu navlhání vzorku materiálu. Jde o tzv. profil vlhkostního čela. Vlhkost je nejvyšší ve vzorku u hladiny. Pojezdem vlnovodů v délce sledovaného vzorku materiálu je možné detekcí změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření v závislosti na hmotnostní vlhkosti materiálu zjišovat nedestruktivní metodou hodnoty vyjadřující rozložení množství vlhkosti ve zvoleném časovém intervalu. Na základě těchto údajů lze stanovit navlhací křivky v libovolných, vhodně vybraných časových intervalech od počátku experimentu, které jsou podkladem pro jednorozměrné modelování procesu šíření vlhkosti v inertních pórovitých materiálech.

4.6 Sledování transportu vlhkosti

Obr. 13: Návrh konstrukčního schéma měřící aparatury s využitím EMVZ ke sledování transportu vlhkosti [2] 42

Měřící mikrovlnná aparatura – viz obr. 2 [8], byla sestavena podle návrhu konstrukčního schema na obr. 13 a je uspořádána tak, že vzorek materiálu je umístěn mezi vlnovody ve volném prostoru a konec vzorku materiálu je v kontaktu s hladinou volné vody. Základním předpokladem pro vytvoření co nejpravděpodobnější simulace stavu pro sledování transportu vlhkosti v materiálu, to je pro sestavení potřebné měřící aparatury, bylo jednak uplatnění teoretických poznatků při respektování počátečních a okrajových podmínek, jednak stanovení postupu při získávání a zpracování měřených veličin. K detekci polohy hmotnostní vlhkosti v pórovité struktuře inertní hmoty se využívá elekromagnetického mikrovlnného záření, které umožňuje nedestruktivní a kontinuální měření, má vysokou citlivost a výsledek měření není ovlivněn chemickým složením látky či množství chemicky vázané vody. Stavebnictví a interiér 1/2007

5 Křivky navlhání Pro použití nestacionárních metod určování součinitele kapilární vodivosti je potřeba zjistit křivky navlhání v různých časech od počátku navlhání (pro použití Matanovy metody stačí znát jednu křivku navlhání). Postup pro určení křivek navlhání bude následující: • Určení závislosti mezi množstvím záření, které projde daným vzorkem a obsahem vlhkosti ve vzorku: Gravimetrickou metodou určíme hmotnostní vlhkost h vzorků a zároveň vždy určíme množství záření, které prochází vzorkem. Vzájemnou závislost těchto dvou veličin potřebujeme vyjádřit nějakou funkcí. Hledanou funkci bychom mohli volit tak, aby procházela danými body (naměřenými hodnotami) jako funkční závislost změny intenzity EMVZ na hmotnostní vlhkosti. Vzhledem k tomu, že naměřená data jsou vždy zatížena chybou měření, je přesnější respektovat pouze charakter závislosti dvou veličin tak, aby celková chyba aproximace byla v určitém smyslu co nejmenší. Proto lze dobře využít metodu nejmenších čtverců, která spočívá v tom, že hledáme takové parametry funkce f, pro které je součet čtverců odchylek vypočtených hodnot od hodnot naměřených minimální. Nejjednodušší typ závislosti je závislost lineární (určená rovnicí přímky). Přesnější bude, pokud použijeme přiblížení polynomem k-tého stupně, pro výpočty by měl postačovat polynom 3. stupně. Pomocí jednoduchého příkazu v programu Maple lze získat hledanou funkci f. • Určení závislosti mezi množstvím záření, které prochází vzorkem, na vzdálenosti od zdroje vlhkosti : Aby bylo možné měřit vlhkost v daném materiálu pro několik různých časů, je potřeba měření vlhkosti provádět nějakou nedestruktivní metodou. Pro nedestruktivní určování vlhkosti v materiálu se dobře hodí mikrovlnné záření. Na měřící aparatuře (obr. 2) sestavené v rámci plnění výzkumného úkolu VVZ CEZ J22/98:26 1100008 „Výzkum a vývoj nových materiálů z odpadních surovin a zajištění jejich vyšší trvanlivosti“ lze určit množství mikrovlnného záření, které v daném místě prochází vzorkem. Měřící mikrovlnná aparatura je sestavená tak, že vzorek materiálu je umístěn mezi vlnovody ve volném prostoru a konec vzorku materiálu je v kontaktu s hladinou volné vody. Na jedné straně vzorku je anténa, která vysílá elektromagnetické mikrovlnné záření o velikosti 450 mV, na druhé straně vzorku měříme množství záření, které projde vzorkem. Čím větší vlhkost vzorek obsahuje, tím menší množství záření projde vzorkem, nebo vodíková jádra molekuly vody absorbují mikrovlnné záření. Vyjádření funkční závislosti mezi naměřenými hodnotami je také možné zpracovat pomocí metody nejmenších čtverců v programu Maple.

Průběžné závěry D. Základní myšlenkou pro experimentální měření bylo využití změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření v závislosti na hmotnostní vlhkosti v pórovém materiálu pro sledování procesu šíření vlhkosti. Jedná se o detekci transportního procesu ve vzorcích staviv při jejich přímém kontaktu s vodní hladinou vyhodnocováním míry zeslabení procházejícího elmg. mikro1/2007 Stavebnictví a interiér

vlnného záření. Pomocí synchronizovaného pohybu vlnovodů vysílací a přijímací antény v čase podél sledovaného vzorku staviva lze převést rychlost posuvu na délkové údaje, tj. na x- souřadnici polohy detekovaných změn intenzity procházejícího mikrovlnného paprsku způsobených přítomnou vlhkostí. Detekce probíhá po celé délce vzorku a lze z ní vyjádřit v libovolném časovém intervalu tx od počátku měření rozložení vlhkosti v délce vzorku. Informace o celkovém množství vody, která vsákla kontaktní plochou z vodní hladiny do vzorku, je zjišována vážením. Vzorek materiálu je během měření volně zavěšen na vahách. E. Měřící aparatura v závislosti na zvolených časových intervalech a na rychlosti posuvu zdroje a detektoru záření indikuje množství vzlínající vlhkosti, postupující na délce měřeného vzorku, které je možné následně převést na vlhkostní veličiny přepočtem hodnot podle předem zjištěné funkční závislosti změny intenzity elektromagnetického mikrovlnného záření na vlhkosti obsažené v měřených vzorcích. Kalibrační závislost je stanovena srovnávací metodou s výsledky gravimetrické metody pro konkrétní materiál. Přepočtem konstantní rychlosti synchronizovaného pohonu pohybu vlnovodů jsou určeny hodnoty délkových souřadnic pro zjištění polohy čela profilu vlhkostní vlny ve vzorku. Sestavenou měřící aparaturu lze použít k vyjádření vlhkostních parametrů inertních porézních stavebních materiálů k:

E1. měření obsahu vlhkosti a stanovení funkční závislosti: - detekcí změny intenzity elmg. mikrovlnného záření v jednotkách v decibelech, - detekcí změny intenzity elmg. mikrovlnného záření v elektrických jednotkách v milivoltech,

E2. sledování transportu vlhkosti, jejího rozložení a koncentrace ke zjišování: - rychlosti vzlínání a množství vlhkosti, - polohy profilu vlhkostního čela, - vstupních údajů pro vyjádření navlhacích křivek. Pokračování v příštím čísle Příspěvek vznikl s pomocí výzkumného záměru MSM0021630511 “Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin a jejich vliv na životnost konstrukcí” na fakultě stavební VUT v Brně.

Použitá literatura: [1] Moudrý. I.: Aplikace mikrovln. záření pro stanovení změn vlhkosti dřeva a nedestruktivní zjišování stavu dřevěných konstrukcí, VUT FAST, Brno,1985. [2] Škramlik. J: Vlhkost v dutinách stavebních konstrukcí, VUT FAST, Disertační práce 2005. [3] Šastník S.: Fyzikální předpoklady pro popis komplexního vlhkostního šíření, interní zpráva, VUT FAST, Brno 2003. [4] Garvan, F.: The Maple Book. [5] Kutílek M.: Vlhkost pórovitých materiálů, SNTL, 1992. [6] Mrlík F.: Vlhkostné problémy stavebných materiálov a konštrukcií, Alfa Bratislava, 1985. [7] Kießl, K.: Kapillarer und dampfförmiger Feuchtentransport in mehrschichtigen Bauteilen. Rechnerische Erfassung und bauphysikalische Anwendung, Dissertation Universität EssenFachbereich Bauwesen, Essen 1983. [8] Škramlik, J; Moudrý, I.: Měření vlhkosti ve stavebních hmotách pomocí mikrovln (I), Stavebnictví a interiér 12/2006, str. 6, http://si.vega.cz/c2138. 43