Kosteus materiaalin huokosissa

Aineen sisältämä kosteuden määrä ilmoitetaan kosteuden massan ja kuivan aineen massan välisenä suhteena, lukuarvona prosentteja kuivapainosta tai materiaalin huokostilan suhteellisena kosteutena RH (relative humidity).

Suhteellisen kosteuden mittauksen tulos ilmoitetaan RH %-suureena. Se ilmoitetaan absoluuttisen kosteuden ja tietyn lämpötilan vesihöyrystä kylläisen kosteuden suhteena prosenttilukuna.

Kosteus liikkuu aineessa ulkoisten voimien vaikutuksesta ja kosteuden kulkeutumista aineeseen kutsutaan absorptioksi, sen liikkumista aineessa sorptioksi ja poistumista aineesta desorptioksi. Absorptiossa kosteutta voi siirtyä aineeseen ilmasta, vedestä tai toisesta, kosteammasta aineesta. Desorption aikana kostea aine kuivuu luovuttaen kosteutta ympäristöönsä. Aineilla on kosteuskapasiteetti joka ilmaisee aineen kykyä sitoa ja luovuttaa kosteutta.

Huokoinen aine pystyy sitomaan kosteutta ilmasta ja luovuttamaan sitä ilman kuivuessa takaisin. Aineen kosteus asettuu tasapainotilaan ympäristönsä kanssa, jolloin se on hygroskooppisessa tasapainokosteudessa.

Hygroskooppisuus

Hygroskooppisuus vaihtelee eri aineilla, esim. betonissa tasapainokosteuden saavuttamiseen voi kulua useita vuosia. Hygroskooppinen kosteus aineessa kasvaa tai laskee suhteellisen kosteuden normaaliarvoilla ja sitä mitataan porareikämittauksella ja hygroskooppisen alueen yläraja on 98-99 % suhteellista kosteutta.

Hygroskooppisuuden ylärajalla aine ylittää pian kriittisen kosteuspitoisuuden, jolloin kosteuden siirtyminen aineessa tapahtuu nesteenä. Aine on silloin kokonaan siirtynyt kapillaariselle alueelle, joten sen sisältämä kosteus ei ole enää huokosissa olevaa vesihöyryä vaan vettä.

Kapillaarisuus

Kapillaarisuudella tarkoitetaan veden liikkumista pienissä huokosissa ja aineella on pyrkimys kapillaariseen tasapainokosteuteen. Yli 95 % kosteus on hygroskooppisen ja kapillaarisen kosteuden rajalla ja se on RH- mittausten kannalta tärkeä alue. Kun aineen annetaan olla riittävän kauan kosketuksissa veden kanssa, saavutetaan kapillaari kyllästyminen, joka tarkoittaa sitä ,että huokoset ovat täynnä vettä.

Betonin kuivumisprosessi

Kun uusi betoni valetaan, sen huokosten ilmatilan suhteellinen kosteus on 100 % pitkän aikaa. Normaali betoni (K-30...40) sisältää massan valmistusvaiheessa vettä noin 180 L /m³. Käyttöön otetuissa rakennuksissa ympäröivän ilman suhteellinen kosteus (RH) on pienempi kuin kosteus betonin huokosissa

Näin ollen betoni alkaa hitaasti kuivua ja osa betonista olevasta vedestä sitoutuu kemiallisesti betoniin ja suurin osa fysikaalisesti sitoutuneesta vedestä poistuu haihtumalla.

Betonin rakennekosteus on se kosteuspitoisuus, joka jää, kun alkuperäisestä vesimäärästä vähennetään kemiallisesti sitoutuneen veden määrä ja fysikaalisesti sitoutuneen veden määrä tasapainotilassa.

K-40 betonissa kemiallisesti sitoutuneena on noin 70 litraa vettä kuutiometrissä betonia. Tasapainokosteudessa RH % 50 on betonin huokosissa vettä vielä 40 L / m³, näin ollen loput 70 litraa on poistuttava (esim. maanvaraisen laatan) pintaosista ennen pinnoitusta. Kosteus siirtyy betonin pintaosiin sekä diffuusion että kapillaarisen imun avulla.

Nopeimmin betoni kuivuu pinnaltaan, sen kuivumiseen vaikuttaa ympäröivän ilman kosteus, ilman liike ja lämpötila. Betonin kuivaminen tapahtuu kolmessa vaiheessa, joista ensimmäinen vaihe heti valun jälkeen, jolloin kuivuminen tapahtuu pinnalta haihtumalla. Kosteus betonin sisäosissa on kapillaarisella alueella, josta vesi siirtyy imeytymällä kohden pintaosia.

Kuivumisen toisessa vaiheessa betonin pintaosat pyrkivät tasapainokosteuteen ympäristön kanssa, samalla kosteutta haihduttava rintama etenee yhä syvemmälle betonirakenteen sisään.

Vettä siirtyy kapillaarisesti lisää kohden betonin pintaosia joten vesihöyryn vastus tulisi olla mahdollisimman pieni, koska kosteus siirtyy nyt vesihöyrynä diffuusion avulla betonin pinnalle.

Haihdutusrintaman siirtyessä yhä syvemmälle betonirakenteen sisään, kuivuminen hidastuu merkittävästi.

Kolmannessa vaiheessa rakenne kuivuu yhä syvemmältä, sillä alueella, jossa vesi liikkuu vesihöyrynä huokosissa. Kuivuminen jatkuu kauan jos siihen on edellytyksiä, koska esim. betonin pinnoittaminen hidastaa betonin kuivumista erittäin merkittävästi.