Czym jest podciąganie kapilarne? Od czego zależy?

Czym jest podciąganie kapilarne? Zacznę od wyjaśnienia dlaczego w ogóle poruszam ten temat – jest to najtrudniejsza do wyeliminowania przyczyna zawilgocenia murów, a jednocześnie często występująca, przede wszystkim w starszym budownictwie gdzie rzadko stosowano izolację poziomą. (Więcej na temat przyczyn zawilgoceń murów oraz dlaczego jest to zjawisko niekorzystne przeczytasz w tym artykule).

Wiele osób posługuję się terminem podciągania kapilarnego, jednak tylko mała grupa z nich potrafi powiedzieć z czego ono dokładnie wynika. Postaram się to wyjaśnić w tym artykule – a skoro go czytasz to prawdopodobnie chcesz się dowiedzieć dlaczego Twoje mury zostały zawilgocone pomimo zastosowania izolacji pionowej… albo jesteś studentem budownictwa 🙂

Siły kapilarne

Podciąganie kapilarne to w skrócie transport wody ku górze w materiale za pomocą sił kapilarnych – tak może brzmieć oficjalna definicja.
Czym są te tajemniczo brzmiące siły kapilarne? To grupa zjawisk fizycznych występujących na granicy cieczy i wąskiego obiektu. W naszym przypadku cieczą będzie woda a obiektem wąska przestrzeń w materiale budowlanym – por.

Wspomniane zjawiska fizyczne występujące przy podciąganiu kapilarnym to napięcie powierzchniowe wody (prostymi słowami – jest to trudność przebicia się przez powierzchnię cieczy wynikająca z sił międzycząsteczkowych – zachowuje się jak sprężysta błona) oraz zwilżalność (zdolność cieczy do „rozlewania się” – pokrywania ścianek naczynia w którym się znajduje).

Napięcie powierzchniowe jest wykorzystywane przez niektóre owady do utrzymywania się na powierzchni wody. Możemy je również zaobserwować kładąc lekki płaski przedmiot na tafli wody np. liść lub płatek kwiatu).

Zwilżalność najlepiej zaobserwujemy wylewając wodę na stole – im lepsza zwilżalność tym woda szerzej się rozleje. Gdybyśmy rozlali obok rtęć (nie polecam tego robić w domu 🙂 ) zaobserwowalibyśmy różne zachowanie tych cieczy – woda znacznie bardziej rozpłynęłaby się po powierzchni. Rtęć ma gorszą zwilżalność.

Miarą zwilżalności jest kąt zwilżania – kąt który tworzy styczna do powierzchni kropli cieczy graniczącej z danym ciałem stałym a powierzchnią tego ciała.

Skoro wiemy czym jest podciąganie kapilarne to co wpływa na jego wysokość?

To teraz trochę fizyki…
Suma sił spowodowanych zjawiskiem zwilżalności, napięcia powierzchniowego oraz grawitacji tworzą siłę kapilarną która odpowiada za zachowanie się cieczy w wąskim naczyniu.
Przekształcając matematyczne równanie równowagi sił w kapilarze otrzymamy wzór na wysokość słupa cieczy:

gdzie:
h – wysokość słupa cieczy
𝜎 – napięcie powierzchniowe
𝜌 – gęstość cieczy
𝜃 – kąt zwilżania
g – przyspieszenie ziemskie
r – promień kapilary

Z wzoru widać, że wysokość podciągania kapilarnego zależy bezpośrednio od :
– właściwości cieczy, takich jak jej gęstość i napięcie powierzchniowe
– kąta zwilżania, który zależy od rodzaju cieczy oraz naczynia w którym się znajduje
– średnicy kapilary w której znajduje się ciecz

Co z tego wynika?
Im większa zwilżalność i napięcie powierzchniowe cieczy tym większe zjawisko podciągania kapilarnego
Dodatkowo – im mniejsza średnica kapilary w której jest ciecz tym większa siła kapilarna ponieważ wtedy większy odsetek powierzchni cieczy przylega do ścianek naczynia.
Wyciągając wnioski – największe podciąganie kapilarne będzie występować w wąskich naczyniach wypełnionych cieczą o dużym kącie zwilżania pomiędzy daną cieczą a naczyniem oraz wysokim napięciu powierzchniowym.

Podciąganie kapilarne w betonie komórkowym (materiale bardzo porowatym):

Pustak po spędzeniu w wodzie 24godzin podciągnał wodę na wysokość 11cm ponad początkowy poziom.
Woda podciągana kapilarnie może w skrajnych przypadkach sięgnąć nawet kilku metrów ponad zwierciadło (na przykład do pierwszego piętra).

Jak się zabezpieczyć przed podciąganiem kapilarnym?

Wyłówmy z tego to co dla nas najistotniejsze – w jaki sposób możemy się  zabezpieczyć przed podciąganiem kapilarnym?

Najłatwiej – wyeliminować dostęp wody stosując izolację poziomą na etapie budowie. Jednak gdy mamy do czynienia z budynkiem gdzie niezastosowano takiej izolacji – musimy zmniejszyć/obniżyć wartośći od których zależy wysokość podciągania kapilarnego.
Na parametry fizyczne wody takie jak jej gęstość oraz napięcie powierzchniowe nie mamy wpływu. Możemy natomiast zredukować kąt zwilżania lub… całkowicie zaślepić pory którymi woda podciągana jest do góry – na takich właśnie działaniach polega iniekcja muru odtwarzająca izolację poziomę.

Więcej o sposobach przeciwdziałania podciąganiu kapilarnemu przeczytasz tutaj.

To jest artykuł „Czym jest podciąganie kapilarne? Od czego zależy?”
Jeśli uważasz go za wartościowy – odwiedź mój profil na facebooku i podziel się opinią!
Pozostałe artykuły na blogu znajdziesz tutaj.