Iniekcja krystaliczna
Metoda iniekcji krystalicznej – wytwarzania blokady przeciwwilgociowej w murach zawilgoconych na skutek podciągania wody z gruntu – jest jednym ze sposobów osuszania murów, polegającym na wykorzystaniu tzw. "mokrej ścieżki".
Zastosowanie takiego rozwiązania nie przewiduje w żadnym przypadku wstępnego osuszania ani odsalania murów. Zakłada wykorzystanie cieczy kapilarnych jako drogi do penetracji, a następnie krystalizacji uszczelniającej pory i kapilary materiału budowlanego (w szczególności cegły ceramicznej i zaprawy wapiennej).
Ogólna zasada stosowania metody iniekcji krystalicznej do osuszania budowli polega na:
- wywierceniu w osuszanym murze otworów iniekcyjnych, najlepiej o średnicy 20 mm i długości równej grubości muru pomniejszonej o 5–10 cm. Otwory wierci się w jednej linii, równolegle do poziomu podłogi, w odstępach co 10–15 cm, najkorzystniej z jednej strony muru (jeśli pozwala na to odpowiednia długość wierteł) oraz pod kątem 15–30o do poziomu.
- w wywiercone otwory wlewa się około 0,5 l wody (dla lepszego zwilżenia muru w strefie zamierzonej iniekcji), a następnie możliwie szybko wprowadza się metodą grawitacyjną mieszaninę wody, cementu portlandzkiego i aktywatora krzemianowego w określonych proporcjach wagowych.
Autor: Aktywator Zakład Osuszania Budowli
Obraz doświadczalny krystalizacji produktów reakcji falowej (dyssypatywnej) w rurce szklanej w trzech różnych fazach: po 3,2 dniach; 5,1 dniach; 5,8 dniach (na rysunku w odwrotnej kolejności)
Blokadę przeciwwilgociową krystaliczną uzyskuje się praktycznie w czasie siedmiu dni. Uszczelniające działanie środka polega na tym, że jeden ze składników mieszaniny – aktywator krzemianowy – penetruje w promieniu około 7–8 cm od środka otworu iniekcyjnego w murze metodą dyfuzji. Następnie jony wapniowe, pochodzące ze specyficznej dysocjacji portlantydu (minerału, który jest składnikiem cementu portlandzkiego), powodują wytrącenie w kapilarach nierozpuszczalnego w wodzie związku (najprawdopodobniej typu polikrzemianu wapniowego).
Charakterystyczną cechą wytrąconych związków jest to, że ich wytrącenie na początku kapilary nie blokuje penetracji w jej głębszych częściach – tak jak ma to miejsce podczas stosowania np. mieszaniny szkła wodnego z różnymi dodatkami (np. chlorek wapnia), gdzie promień penetracji, a zatem i blokady przeciwwilgociowej jest bardzo mały i technicznie bez znaczenia. Do takich sytuacji dochodzi także podczas stosowania metod polegających na utwardzaniu szkła wodnego za pomocą estrów organicznych.
Jak wykazały badania laboratoryjne, podczas wykonywania iniekcji przeciwwilgociowej opisywaną metodą, produkty krystalizacji układają się wokół otworu iniekcyjnego w postaci pierścieni odległych od siebie początkowo o kilka milimetrów; dalej te odległości systematycznie wzrastają do około 1 cm na odcinku 6-8 cm od środka otworu iniekcyjnego w materiale budowlanym o strukturze kapilarno-porowatej. Zjawisko to przypomina mechanizm tworzenia się pierścieni Liesganga w roztworach koloidalnych. Prawdopodobnie kinetyka tej reakcji z użyciem środka według wynalazku przebiega w sposób charakterystyczny dla tego lub innego zjawiska, które na początku polega na krystalizacji z utworzeniem bardzo drobnych kryształów w całym obszarze, gdzie penetracja odbywa się na drodze dyfuzji na skutek występującej różnicy stężeń, a następnie - na samorzutnym procesie tzw. nieliniowego starzenia kryształów. W naukowej literaturze amerykańskiej proces ten określany jest mianem "periodic precipitation processes" lub "againg sol" oraz "self organization". Proces ten zachodzi w czasie około siedmiu dni i po tym okresie obserwuje się skuteczność blokady przeciwwilgociowej wytworzonej w zawilgoconych murach.
Na podstawie przedstawionych badań odtworzono na zamieszczonym rysunku graficzny model krystalizacji produktów iniekcji środka według wynalazku w rzucie na płaszczyznę. Obraz ten stanowi szereg okręgów o wspólnym środku i coraz większych promieniach, przy czym promienie tych okręgów mają coraz większe różnice w miarę oddalania się od środka iniekcji. Model ten znajduje potwierdzenie w teoretycznych pracach P.J. Ortovela, w których można znaleźć symulacyjne obrazy komputerowe układania się prawdopodobieństwa rozkładu produktów reakcji ogólnie znanych pod nazwą dyssypatywnych.
W publikacji przedstawiono rysunki omawianych obrazów symulacyjnych, przewidywanych jako teoretyczne. W wyniku iniekcji krystalicznej w zawilgoconych murach obiektów budowlanych powstaje bezterminowo trwała izolacja pozioma.
Ta cecha korzystnie wyróżnia metodę iniekcji krystalicznej na tle innych metod osuszania, w których (jak np. w metodzie elektroiniekcji) trwałość wytworzonej przepony przeciwwilgociowej jest uzależniona od rodzaju iniektu, a w tym przypadku od żywicy silikonowej, której trwałość szacuje się na 10–15 lat. O takim przedziale trwałości w czasie informują opracowania pochodzące z koncernu Wackera, najbardziej wyspecjalizowanej na świecie firmy produkującej związki silikonowe. Ta trwałość w środowisku murów obniża się do ok. 8 lat – jest to skutek oddziaływania soli zawartych w cieczach kapilarnych. Metody Elektroosmotyczne metody osuszania murów (pomijając ich ograniczoną przydatność) są co najmniej trzykrotnie mniej trwałe od metod elektroiniekcyjnych.
Technologia iniekcji krystalicznej w okresie od 1988 do 1998 roku została poddana ostrej weryfikacji technicznej na licznych zawilgoconych budynkach w całej Polsce. Sam Instytut Budownictwa WAT wdrożył metodę na ponad trzystu obiektach, uzyskując za każdym razem pozytywne wyniki osuszania.
Modyfikacja metody iniekcji krystalicznej
Od momentu wdrożenia (w lipcu 1987 roku, w pałacu w Łowiczu) technologia iniekcji krystalicznej została poddana wnikliwej obserwacji autorskiej oraz inwestorskiej; przyglądała się jej także konkurencja.
Autor tej metody poddawał wszelkie oceny - zarówno pozytywne, jak i negatywne - głębokiej analizie. Wnioski pozwoliły na wyeliminowanie wad i wzmocnienie pozytywnych aspektów tej technologii. Jednak największą nauką okazało się wdrażanie metody iniekcji krystalicznej; właśnie w tym momencie nastąpiło sprzężenie teorii i praktyki. Był to także najlepszy czas na prowadzenie szeroko zakrojonych badań laboratoryjnych.
Wiele interesujących opinii o technologii przekazywali coraz liczniejsi licencjobiorcy, a wielu spośród nich przyczyniło się do jej udoskonalenia.
Pierwszym problemem okazały się zbyt małe odległości między otworami iniekcyjnymi w wykonywanej izolacji poziomej (10 cm). W efekcie mur w strefie iniekcji był osłabiony, choć współczynniki bezpieczeństwa nigdy nie były przekraczane. Taka sytuacja wpływała także na wzrost kosztów technologii.
Drugim problemem była przedwczesna unifikacja metody, na szczęście odpowiednio wcześnie dostrzeżona. Pozwoliło to na jej optymalizację w odniesieniu do dwóch różnych warunków budowlanych. Pierwotna wersja technologii iniekcji krystalicznej obliczona na standardowe warunki muru (zbudowanego z cegły czerwonej ceramicznej i zaprawy wapiennej), musiała coraz częściej uwzględniać inne materiały budowlane, takie jak kamień wapienny, piaskowiec, różne rodzaje cegły, jak np. suszonej w słońcu, rudę darniową oraz wiele rodzajów spoiwa budowlanego. Na rynku pojawiały się kolejne materiały, które także ulegały niszczącemu działaniu kapilarnego podciągania wody z gruntu. Trzecim problemem było ograniczenie stosowania technologii do wykonywania wyłącznie izolacji poziomej. Powszechne zagospodarowywanie pomieszczeń piwnicznych na różne cele użytkowe spowodowało konieczność wykonywania izolacji pionowych od środka tych pomieszczeń, bez odkopywania murów zewnętrznych.
Czwartym problemem było tzw. zjawisko wysalania – objawiające się białymi wykwitami solnymi wokół otworów iniekcyjnych. Zjawisko to występowało nie zawsze i nie wszędzie, przy czym pojawiało się w zróżnicowanej intensywności. Przeciwnicy technologii iniekcji krystalicznej, szczególnie zaś konkurencja technologiczna, postarali się o to, aby to zjawisko nabrało odpowiedniego rozgłosu (powierzchowne artykuły w prasie). Zanim jednak ten problem zauważyła konkurencja, wielokrotnie przedstawiał go autor tej metody – w publikacjach, referatach, podczas licznych konferencji naukowych i spotkań z inwestorami.
Zjawisko wysalania nie jest adekwatne do tego, co się dzieje po iniekcji krystalicznej na powierzchni murów wokół otworów iniekcyjnych. Głównym składnikiem wykwitów solnych w tym przypadku jest węglan sodowy, a więc związek chemiczny niewystępujący w składzie iniektu, a także w murach izolowanych budowli. Węglan sodowy tworzy się w tym przypadku wyłącznie na powierzchni muru w czasie reakcji chemicznej dyfundującego ku powierzchni muru wolnego wodorotlenku sodowego z dwutlenkiem węgla z otaczającej atmosfery. Zjawisko to można wyeliminować, uszczelniając lico otworu przed infiltracją dwutlenku węgla z atmosfery. Warto jednak dodać, że uzyskanie w ten sposób efektu estetycznego będzie miało negatywny wpływ na mechanizm opuszczania środowiska muru przez związki, które nie biorą już udziału w tworzeniu blokady przeciwwilgociowej. Zostanie także powstrzymane zjawisko korzystnej migracji soli zawartych w murze ku licu muru, ponieważ wodorotlenek sodowy sprzyja temu procesowi. Stwierdzono, że wśród tzw. wykwitów solnych na licu muru wokół otworów iniekcyjnych, poza wspomnianym już węglanem sodowym, znajdują się także inne sole rozpuszczalne w wodzie, które w żadnym przypadku nie są składnikami środka iniekcyjnego. Jest to dowód, że tworzenie blokady przeciwwilgociowej poprzez wykorzystanie do tego celu zjawiska samoorganizacji kryształów, prowadzi także - nieoczekiwanie pozytywnie - do odsalania muru w strefie iniekcji.
Wieloletnie badania laboratoryjne i poligonowe pozwoliły – dzięki pełniejszemu opanowaniu procesu samoorganizacji kryształów oraz niezbędnym korektom w recepturze środka iniekcyjnego – uzyskać zwiększenie promienia penetracji w standardowych warunkach o 50%. W konsekwencji pozwoliło to na zwiększenie odległości między otworami iniekcyjnymi w murach z 10 cm do 15 cm. Ponadto okazało się, że zjawiska samoorganizacji kryształów nie zachodzą jednakowo skutecznie w różnych materiałach budowlanych. W technologii iniekcji krystalicznej za skuteczność odpowiedzialny jest aktywator. Woda i cement portlandzki odgrywają tutaj mniejszą rolę, choć niektóre dodatki do cementu portlandzkiego mogą skutecznie zakłócić ten proces. Aby temu zapobiec, zaleca się stosowanie cementu portlandzkiego bez dodatków. Ze względu na duże rozpoznanie wpływu aktywatora na przebieg zjawiska samoorganizacji kryształów w różnych porowatych materiałach budowlanych opracowano już osiem wersji recepturowych aktywatora dla różnych wersji materiałowych murów. Ponadto aktywator w danej grupie materiałowej może być dalej dostosowywany - w zależności od stopnia zasolenia i zawilgocenia muru. Stwierdzono także, że aktywator ma swój czas ważności, określany na kilkanaście dni. W związku z tym w dalszym ciągu nie będzie on występował w wolnym obrocie handlowym, a wyspecjalizowane firmy działające na podstawie udzielonej licencji muszą zastosować otrzymany wyłącznie od licencjodawcy aktywator najkorzystniej w ciągu siedmiu dni.
Ważnym osiągnięciem technologii iniekcji krystalicznej jest możliwość zastosowania jej do nowej funkcji, a mianowicie do wytwarzania izolacji przeciwwilgociowej pionowej od wnętrza budynku. Jest to możliwe dzięki opanowaniu mechanizmu samoorganizacji kryształów w kierunku rozproszonych domen krystalicznych. W dotychczasowych doświadczeniach do wykonania izolacji poziomych miały zastosowanie zjawiska samoorganizacji, w wyniku których tworzyły się koncentryczne pierścienie o różnych średnicach i wspólnym środku.
Przeprowadzone prace i badania wpłynęły na wzrost efektywności osuszania budowli z wilgoci podciąganej z gruntu.
