Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej?
Transkrypt
Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej?
Czy istnieją bezpieczne fluktuacje wilgotności względnej? Łukasz Bratasz, Bartosz Rachwał Cel Określenie wahań wilgotności względnej odpowiadających krytycznym odkształceniom warstwy malarskiej wyznaczonym w testach zmęczeniowych. Całkowita długość spękań warstwy malarskiej w zależności od liczby cykli odkształcenie 350 0.5% 0.35% całkowita długość spękań [mm] 300 250 0.4% 200 150 0.25% 100 0.2% 50 0 0.15% -50 1 10 100 1000 liczba cykli 10000 Wahania wilgotności względnej obliczone z izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest typowe wiąz wiśnia wierzba topola sosna orzech modrzew mahoń lipa klon jodła jesion jabłoń cyprys japoński czarny dąb dąb buk czereśnia brzoza świerk zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 wilg. wzgl. [%] 70 80 90 100 Wahania wilgotności względnej obliczone z izoterm pęcznienia - drewno lipowe jest typowe wiąz wiśnia wierzba topola sosna orzech modrzew mahoń lipa klon jodła jesion jabłoń cyprys japoński czarny dąb dąb buk czereśnia brzoza świerk zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 wilg. wzgl. [%] 70 80 90 100 Wahania wilg. wzgl. wokół poziomu 50% odpowiadające różnym odkształceniom zaprawy przez drewno zmiana wilg. wzgl. 350 ±16,5% ±11,7% całkowita długość spekań [mm] 300 250 ±13,4% 200 150 ±8,5% 100 ±6,5% 50 0 ±5,2% -50 1 10 100 1000 liczba cykli 10000 Amplituda wahań wilg. wzgl. zapoczątkowująca pękanie zaprawy w zależności od liczby cykli 30 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] 25 20 15 10 5 0 1 10 100 liczba cykli 1000 10000 Pierwsze przybliżenie dozwolonych wahań wilgotności względnej Odpowiedź wilgotnościowa drewna powodująca odkształcenia zaprawy na poziomie 0,2% odpowiada bardzo niewielkim zmianom wilg. wzgl. rzędu ±6,5% wokół poziomu 50% w kierunku stycznym dla drewna lipowego. Należy uwzględnić dodatkowe zjawiska. Dodatkowe zjawiska Bezpieczny zakres wahań wilgotności względnej poszerzają zjawiska takie jak: – histereza pęcznienia i skurczu – niepełna odpowiedź drewna na krótkotrwałe zmiany wilg. wzgl. – wygięcie cienkich desek zmiana wymiarowa w kierunku stycznym [%] Pętla histerezy w izotermach pęcznienia/ skurczu dla drewna lipowego 6 5 4 ja c p r so e d 3 średnia 2 1 rpcja adso 0 0 20 40 60 wilg. wzgl. [%] 80 100 Redukcja odkształceń spowodowana zjawiskiem histerezy Redukcja odkształceń dla różnych zakresów wilg. wzgl. - 30%, 50% i 70% - wynosi w przybliżeniu 25%. Amplituda dozwolonych wahań wilg. wzgl. w zależności od liczby cykli – poprawka spowodowana histerezą 30 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] 25 20 15 10 5 0 1 10 100 liczba cykli 1000 10000 Niepełna odpowiedź drewna na krótkie zmiany wilg. wzgl. Deska topolowa o grubości 4 cm, wilg. wzgl. 63 →45 →65% P.D. Vici, P. Mazzanti, L. Uzielli, J. Cult. Her. 7 (2006) 37-48 Czas osiągania równowagi 3-4 miesiące Dyfuzja wilgoci w drewnie czas charakterystyczny [dzień] Czas potrzebny do osiągnięcia 63% końcowej zawartości wilgoci w desce dwustronnie otwartej dyfuzyjnie, poddanej skokowej zmianie wilg. wzgl. 10 1 0,1 0 10 20 30 grubość deski [mm] 40 50 Wahania wilg. wzgl. mają różną skalę czasową Cykl zmiany rocznej w Muzeum V&A, Londyn Cykl dzienny w Zamku w Malborku 50 65 wilg. wzgl. [%] 45 40 60 35 55 30 0 1 2 czas [dzień] 3 4 D J F M A M J czas [miesiąc] J A S O N W ciągu 100 lat drewniane obiekty mogą doświadczyć większych odkształceń powtarzających się rzadziej. Wzrost dopuszczalnego odkształcenia jest największy dla cykli rocznych rok czas trwania kwar. miesiąc tydz. 0,55 odkształcenie krytyczne [%] 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 1 10 100 liczba cykli 1000 10000 dzień Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania 365000 36500 365 3650 45 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] Wahania wilg. wzgl., które nie spowodują uszkodzeń w obrazach na deskach o grubości 10 lub 40 mm w ciągu 100 lat 50 10mm 40 35 30 40mm 25 20 15 10 5 wahania wilg. wzgl. są bardziej, a następnie mniej groźne z wydłużaniem się czasu ich trwania najgorszy przypadek 0 0,1 1 10 czas trwania zmiany wilg.wzgl. [dzień] 100 Obrazy na desce ulegają wygięciu Warstwa zaprawy modyfikuje wygięcie cienkich desek Chrystus błogosławiący dzieci, Łukasz Cranach Starszy Deska lipowa o grubości 3-5 mm Zamek Królewski na Wawelu Wygięcie desek redukuje naprężenia w warstwie malarskiej deska o grubości 1 cm 1,0 0,9 mocna zaprawa słaba zaprawa warstwa zaprawy o grubości 1 mm redukcja odkształceń 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 168 czas [godzina] Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania 45 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] Wahania wilg. wzgl., które nie spowodują uszkodzeń w obrazach na deskach o grubości 10 lub 40 mm w ciągu 100 lat. 50 10mm 40 35 30 40mm 25 20 15 10mm, uwzględnione wygięcie 10 5 0 0,1 1 10 czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień] 100 Krytyczne odkształcenia dla drewna – 0.5% odkształcenie 0.5% 350 0.35% całkowita długość spękań [mm] 300 250 0.4% 200 150 0.25% 100 50 0 0.15% -50 1 10 100 1000 liczba cykli 10000 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania 50 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] 45 10mm 40 35 30 10mm, uwzględnione wygięcie 25 40mm 20 15 drewno 10 5 0 0,1 1 10 czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień] 100 Zależność pomiędzy amplitudą dozwolonych wahań i długością ich trwania 50 45 amplituda wahań wilg. wzgl. [%] B. Madsen, Forest Product Journal, 25, 8 (1975), 48-53 10mm 40 35 30 10mm, uwzględnione wygięcie 25 40mm 20 15 drewno 10 5 0 0,1 1 10 czas trwania zmiany wilg. wzgl. [dzień] 100 Dozwolone wartości wahań wilg. wzgl. - wnioski Wilgotnościowa zmiana wymiarowa drewna inicjująca pierwsze uszkodzenie po 100 latach odpowiada względnie wąskiemu pasmu dozwolonych wahań ±15% wokół poziomu 50% … nawet jeśli uwzględniono dodatkowe zjawiska ograniczające odkształcenia Dozwolone wahania wilg. wzgl wnioski Rzeczywiste wahania wilg. wzgl. w kościołach, budynkach zabytkowych i wielu muzeach często przewyższają pasmo dozwolonych fluktuacji ±15%. Dlatego warstwa dekoracyjna jest zazwyczaj znacznie spękana. Siatka podłużnych spękań w Mona Lizie Au coeur de La Joconde, Léonard de Vinci décodé Gallimard i Musée du Louvre Editions (2006) Siatka podłużnych spękań w Mona Lizie Au coeur de La Joconde, Léonard de Vinci décodé Gallimard i Musée du Louvre Editions (2006) Wyjście poza analizę mechanicznej odpowiedzi drewna polichromowanego analiza klimatu historycznego – koncepcja aklimatyzacji lub „fluktuacji dowiedzionej” bezpośrednie śledzenie nieodwracalnych mikro-zmian w obiektach w celu określenia bezpiecznego mikroklimatu