Hygroskooppisuus ja materiaalien kosteuskäyttäytyminen

Rakennusfysiikan perusteet, osa 6/12

Rakennusmateriaalit eivät ole kosteuden suhteen passiivisia. Monet materiaalit sitovat vesihöyryä ympäröivästä ilmasta ja luovuttavat sitä takaisin ilman suhteellisen kosteuden muuttuessa. Tätä ominaisuutta kutsutaan hygroskooppisuudeksi.

Hygroskooppisuus vaikuttaa materiaalin kosteuspitoisuuteen, mittasuhteisiin, lujuuteen, lämmönjohtavuuteen, kuivumiseen ja vaurioitumisriskiin. Sama ilman RH-arvo voi kuitenkin merkitä eri materiaaleissa täysin erilaista kosteusmäärää.

Materiaalin kosteustilaa ei siksi voida päätellä pelkästään sisäilman suhteellisesta kosteudesta tai yhdestä materiaalikosteuden lukemasta. Arvioinnissa pitää ymmärtää:

• millä tavalla materiaali sitoo kosteutta
• kuinka nopeasti kosteus siirtyy materiaalissa
• mistä kosteus on peräisin
• millä menetelmällä kosteus on mitattu
• missä lämpötilassa mittaus on tehty
• onko materiaali kostumassa vai kuivumassa
• pystyykö rakenne luovuttamaan kosteuden ympäristöönsä.

Mitä hygroskooppisuus tarkoittaa?

Hygroskooppisuus tarkoittaa materiaalin kykyä sitoa vesihöyryä ympäröivästä ilmasta ja luovuttaa sitä takaisin ilmaan.

Kun materiaalin ympärillä olevan ilman suhteellinen kosteus nousee, hygroskooppisen materiaalin kosteuspitoisuus yleensä kasvaa. Kun ilman suhteellinen kosteus laskee, materiaali alkaa luovuttaa kosteutta.

Kosteutta voi sitoutua:

• materiaalin huokospinnoille
• materiaalin molekyylirakenteeseen
• hyvin pieniin huokosiin kapillaarikondenssina
• materiaalin sisältämiin hygroskooppisiin suoloihin.

Hygroskooppinen kosteudensitoutuminen ei edellytä näkyvää vettä, vesivuotoa tai pinnalle muodostuvaa kondenssia. Materiaali voi sisältää huomattavan määrän kosteutta ja näyttää silti täysin kuivalta.

Hygroskooppisuus ei myöskään tarkoita samaa kuin vedenimukyky. Materiaali voi sitoa tehokkaasti vesihöyryä ilmasta mutta käyttäytyä nestemäisen veden kanssa eri tavalla.

Adsorptio, absorptio ja kapillaarinen kosteus

Materiaalien kosteuskäyttäytymistä kuvataan usein käsitteillä adsorptio, absorptio ja kapillaarisuus. Ne eivät tarkoita samaa ilmiötä.

Adsorptio

Adsorptiossa vesimolekyylit kiinnittyvät materiaalin sisäisten huokosten ja rakenteiden pinnoille.

Alhaisessa suhteellisessa kosteudessa vesimolekyylejä sitoutuu ensin yksittäisinä kerroksina. RH-arvon noustessa sidottuja vesimolekyylikerroksia muodostuu lisää.

Adsorptio on keskeinen hygroskooppisen kosteudensitoutumisen mekanismi esimerkiksi:

• puussa
• puukuitumateriaaleissa
• paperissa ja kartongissa
• kipsipohjaisissa materiaaleissa
• betonissa
• tiilessä
• laasteissa.

Absorptio

Absorptiossa aine siirtyy materiaalin sisäiseen rakenteeseen eikä ainoastaan kiinnity sen pinnoille.

Rakennusfysiikassa hygroskooppista kosteudensitoutumista kuvataan usein yleisesti sorption käsitteellä, joka kattaa erilaiset kosteuden sitoutumis- ja vapautumisprosessit.

Kapillaarinen kosteus

Kapillaarisessa kosteudensiirtymisessä nestemäinen vesi liikkuu materiaalin huokosverkostossa kapillaarivoimien vaikutuksesta.

Kapillaarinen kastuminen edellyttää yhteyttä nestemäiseen veteen tai riittävän korkeaa huokosten kosteustilaa. Sitä voi tapahtua esimerkiksi:

• maaperästä perustuksiin
• märästä betonista viereiseen tasoitteeseen
• sadevedestä tiileen tai rappaukseen
• vesivahingossa rakennuslevyihin ja puurakenteisiin
• märkätilän pintarakenteista alusrakenteisiin.

Hygroskooppinen kosteus sitoutuu ilmassa olevasta vesihöyrystä. Kapillaarinen kosteus siirtyy pääasiassa nestemäisenä vetenä. Samassa materiaalissa voi esiintyä molempia ilmiöitä.

Mikä on hygroskooppinen tasapainokosteus?

Kun materiaali on riittävän pitkään muuttumattomassa lämpötilassa ja suhteellisessa kosteudessa, sen kosteuspitoisuus lähestyy tasoa, jossa materiaali ei enää nettomääräisesti sido eikä luovuta kosteutta ympäristöönsä.

Tätä kutsutaan hygroskooppiseksi tasapainokosteudeksi.

Tasapainokosteus ei ole materiaalille yksi vakioarvo. Se riippuu muun muassa:

• ympäröivän ilman suhteellisesta kosteudesta
• lämpötilasta
• materiaalin huokosrakenteesta
• materiaalin tiheydestä
• materiaalin koostumuksesta
• aikaisemmasta kosteusrasituksesta
• siitä, onko materiaali kostumassa vai kuivumassa
• mahdollisista suoloista, pinnoitteista ja käsittelyaineista.

Tasapainon saavuttaminen voi kestää ohuessa materiaalissa suhteellisen vähän aikaa, mutta paksussa tai hitaasti kosteutta siirtävässä rakenteessa hyvin pitkään.

Todellisissa rakennuksissa lämpötila ja suhteellinen kosteus muuttuvat jatkuvasti. Materiaali on tämän vuoksi harvoin täydellisessä tasapainossa koko paksuudeltaan.

Pintaosat voivat reagoida ilman kosteuden muutoksiin nopeasti, vaikka materiaalin sisäosien kosteuspitoisuus muuttuisi hitaasti.

Mitä sorptiokäyrä kertoo?

Materiaalin hygroskooppista kosteuskäyttäytymistä kuvataan sorptiokäyrällä eli sorptioisotermillä.

Sen periaatteellinen muoto voidaan esittää:

w = f(φ, T)

jossa:

• w = materiaalin kosteuspitoisuus
• φ = ympäröivän ilman suhteellinen kosteus desimaalilukuna
• T = lämpötila
• f = materiaalikohtainen riippuvuus.

Sorptiokäyrä osoittaa, millaiseen kosteuspitoisuuteen materiaali pyrkii tietyssä suhteellisessa kosteudessa ja lämpötilassa.

Käyrä ei ole samanlainen kaikilla materiaaleilla. Esimerkiksi puu ja puukuitumateriaalit voivat sitoa ilmasta enemmän kosteutta kuin monet mineraali- tai muovipohjaiset materiaalit.

Erityisesti korkeilla RH-alueilla materiaalin kosteuspitoisuus voi kasvaa nopeasti. Tämä johtuu muun muassa vesimolekyylikerrosten lisääntymisestä ja kosteuden tiivistymisestä pieniin huokosiin.

Sorptiokäyrää ei pidä käyttää materiaalin yleisenä hyväksymisrajana. Se kuvaa materiaalin kosteudensitoutumista määrätyissä olosuhteissa, mutta ei yksin kerro:

• onko materiaalissa mikrobikasvua
• onko materiaali menettänyt lujuuttaan
• onko kosteuden lähde poistunut
• kuinka nopeasti materiaali kuivuu
• soveltuuko materiaali pinnoitettavaksi
• onko rakenne kokonaisuutena kosteusteknisesti toimiva.

Miksi kostuvan ja kuivuvan materiaalin käyrät eroavat?

Materiaalin kosteuspitoisuus voi olla samassa lämpötilassa ja RH-arvossa erilainen sen mukaan, onko materiaali ollut ennen tarkasteluhetkeä kuivempi vai kosteampi.

Tätä ilmiötä kutsutaan sorptiohystereesiksi.

Adsorptiokäyrä kuvaa kuivan materiaalin kostumista ilman suhteellisen kosteuden noustessa. Desorptiokäyrä kuvaa kostean materiaalin kuivumista suhteellisen kosteuden laskiessa.

Desorptiotilanteessa materiaali sisältää tavallisesti samassa RH-arvossa enemmän kosteutta kuin adsorptiotilanteessa.

Ero voi johtua esimerkiksi:

• huokosrakenteen muodosta
• veden erilaisesta sitoutumisesta kostumis- ja kuivumisvaiheessa
• kapillaarien täyttymis- ja tyhjentymismekanismeista
• materiaalin turpoamisesta tai kutistumisesta
• kosteushistoriasta.

Tämän vuoksi yhtä materiaalin kosteuspitoisuutta ei voida aina muuntaa yksiselitteisesti RH-arvoksi ilman tietoa materiaalista, lämpötilasta ja kosteushistoriasta.

Miten materiaalin kosteuspitoisuus ilmoitetaan?

Materiaalin kosteuspitoisuus voidaan ilmoittaa useilla tavoilla. Eri esitystapoja ei saa verrata keskenään ilman yksiköiden ja mittausperiaatteen tarkistamista.

Kosteuspitoisuus painoprosentteina

Materiaalin kosteuspitoisuus voidaan laskea kuivan materiaalin massaan suhteutettuna:

u = (m − m₀) / m₀ × 100 %

jossa:

• u = kosteuspitoisuus painoprosentteina
• m = kostean näytteen massa
• m₀ = kuivatun näytteen massa.

Jos näytteen kostea massa on 540 grammaa ja kuivattu massa 500 grammaa:

u = (540 g − 500 g) / 500 g × 100 %

u = 8 %

Näyte sisältää tällöin vettä kahdeksan prosenttia kuivan materiaalin massasta.

Painoprosentti ei tarkoita veden osuutta kostean materiaalin kokonaismassasta. Nimittäjänä käytetään kuivan materiaalin massaa.

Kosteuspitoisuus tilavuutta kohti

Kosteus voidaan ilmoittaa myös veden massana materiaalin tilavuutta kohti:

w = (m − m₀) / V

jossa:

• w = kosteuspitoisuus, kg/m³
• m − m₀ = näytteen sisältämän veden massa, kg
• V = näytteen tilavuus, m³.

Painoprosentteina ilmoitettu kosteus voidaan muuntaa likimääräisesti tilavuuspitoisuudeksi:

w = ρ₀ × u

jossa:

• ρ₀ = kuivan materiaalin tiheys, kg/m³
• u = kosteuspitoisuus desimaalilukuna.

Jos materiaalin kuivatiheys on 500 kg/m³ ja kosteuspitoisuus 12 painoprosenttia:

w = 500 kg/m³ × 0,12

w = 60 kg/m³

Jos toisen materiaalin kuivatiheys on 2 000 kg/m³ ja kosteuspitoisuus kolme painoprosenttia:

w = 2 000 kg/m³ × 0,03

w = 60 kg/m³

Materiaaleissa on tällöin sama vesimäärä tilavuutta kohti, vaikka niiden painoprosentteina ilmoitetut kosteuspitoisuudet ovat hyvin erilaiset.

Tästä syystä esimerkiksi puun, betonin ja kipsilevyn painoprosenttilukemia ei voida verrata suoraan toisiinsa.

Suhteellinen kosteus materiaalin huokosilmassa

Huokoisen materiaalin kosteustilaa voidaan kuvata myös materiaalin huokosilman suhteellisena kosteutena eli RH-arvona.

Tällöin ei mitata suoraan materiaalissa olevan veden kokonaismäärää. Mittaus kertoo, millainen tasapainosuhteellinen kosteus materiaalin huokosilmassa vallitsee mittauslämpötilassa.

Kaksi materiaalia voi antaa saman RH-tuloksen, vaikka niiden sisältämä vesimäärä olisi merkittävästi erilainen.

Miten eri rakennusmateriaalit käyttäytyvät?

Puu ja puupohjaiset materiaalit

Puu on hygroskooppinen materiaali. Se sitoo kosteutta ilmasta ja luovuttaa sitä ympäristön RH-arvon muuttuessa.

Kosteuspitoisuuden muuttuminen aiheuttaa puussa:

• turpoamista
• kutistumista
• käyristymistä
• halkeilua
• liitosten liikkumista
• pintakäsittelyjen rasittumista
• lujuus- ja jäykkyysominaisuuksien muuttumista.

Puun kosteuseläminen on eri suunnissa erisuuruista. Syiden suuntainen muutos on yleensä vähäinen, mutta säteen ja vuosirenkaiden tangentin suuntaiset muutokset ovat suurempia.

Puupohjaisissa levyissä kosteuseläminen riippuu myös levyn rakenteesta, kuitujen suunnasta, liima-aineista ja valmistusmenetelmästä.

Parketin, laminaatin tai puulevyn vaurio ei silti automaattisesti tarkoita vesivuotoa. Syynä voi olla myös pitkäaikaisesti liian kostea sisäilma, puutteelliset liikuntavarat, märkä alusta tai usean tekijän yhdistelmä.

Betoni

Betoni on huokoinen ja hygroskooppinen materiaali. Se voi sisältää kosteutta:

• hygroskooppisesti sitoutuneena
• pienissä huokosissa kapillaarisesti
• sementin hydrataatiotuotteisiin kemiallisesti sitoutuneena
• suurempien huokosten vapaana vetenä.

Betonin kosteuspitoisuus ei jakaudu kuivumisen aikana tasaisesti. Pintaosat voivat kuivua sisäosia nopeammin, jolloin laattaan muodostuu kosteusjakauma.

Jos betonin pinta peitetään tiiviillä päällysteellä, kosteutta voi tasaantua syvemmältä betonista kohti pintaa. Päällysteen alla vallitseva RH voi tämän vuoksi nousta päällystämisen jälkeen korkeammaksi kuin avoimelta pinnalta tehty mittaus antoi ymmärtää.

Betonin päällystettävyyttä ei pidä arvioida pintakosteudenosoittimella tai satunnaisesta mittaussyvyydestä saadun tuloksen perusteella.

Tiili, laasti ja rappaus

Tiili- ja laastipohjaiset materiaalit ovat huokoisia. Ne voivat sitoa vesihöyryä hygroskooppisesti ja kuljettaa nestemäistä vettä kapillaarisesti.

Niiden kosteuskäyttäytymiseen vaikuttavat:

• huokosjakauma
• materiaalin tiheys
• poltto- tai kovettumistapa
• halkeamat
• pintakäsittelyt
• suolapitoisuus
• yhteys sade- tai maaperäkosteuteen.

Materiaalin sisältämät hygroskooppiset suolat voivat sitoa ilmasta kosteutta voimakkaasti. Tällöin pinta voi pysyä kosteana tai siihen voi muodostua suolakiteitä, vaikka varsinaista jatkuvaa vesivuotoa ei havaittaisi.

Kipsilevy

Kipsilevyn ydin ja kartonkipinnat sitovat kosteutta ilmasta. Kartonkipinta sisältää orgaanista ainesta ja voi pitkäaikaisessa korkeassa kosteudessa tarjota kasvualustan mikrobeille.

Levy voi:

• pehmentyä
• turvota
• menettää lujuuttaan
• taipua
• vaurioitua saumoista
• menettää kiinnityskestävyyttään.

Kuivuminen ei automaattisesti palauta kastuneen levyn mekaanisia tai hygieenisiä ominaisuuksia ennalleen.

Lämmöneristeet

Eri lämmöneristeiden kosteuskäyttäytyminen vaihtelee huomattavasti.

Mineraalivillan hygroskooppinen kosteudensitominen on yleensä vähäisempää kuin puukuitupohjaisilla eristeillä. Mineraalivillakin voi kuitenkin kastua nestemäisestä vedestä, ja rakenteessa oleva pöly, sideaineet sekä viereiset materiaalit voivat vaikuttaa vaurioriskiin.

Puukuitu- ja selluloosapohjaiset eristeet voivat sitoa ja luovuttaa kosteutta enemmän. Tämä voi tasata lyhytaikaisia kosteusvaihteluita, mutta ei tee rakenteesta vahingoittumatonta.

Eristeen kyky sitoa kosteutta ei korvaa:

• toimivaa sadeveden hallintaa
• rakenteen ilmatiiviyttä
• oikein sijoitettuja rakennekerroksia
• riittävää kuivumiskykyä
• työnaikaista sääsuojausta.

Muovit, lasi ja metallit

Muovit, lasi ja metallit sitovat yleensä huomattavasti vähemmän hygroskooppista kosteutta kuin huokoiset puu-, kuitu- ja mineraalimateriaalit.

Niiden pinnalle voi silti muodostua kondenssia, jos pintalämpötila laskee kastepisteen alapuolelle.

Vesi on tällöin pääasiassa materiaalin pinnalla eikä hygroskooppisesti sitoutuneena sen huokosrakenteeseen.

Käytännön esimerkki: puulattia kosteassa sisäilmassa

Oletetaan, että puulattia asennetaan kuivissa sisäolosuhteissa. Asennuksen jälkeen rakennuksessa tehdään tasoite-, maalaus- tai laatoitustöitä, joista vapautuu sisäilmaan runsaasti kosteutta.

Jos ilmanvaihto ja lämmitys eivät poista kosteutta riittävästi, sisäilman RH nousee. Puulattia alkaa sitoa kosteutta ilmasta ja sen kosteuspitoisuus kasvaa.

Samalla puuosat turpoavat. Jos lattian reunoilla ei ole riittäviä liikuntavaroja tai lattia on lukittu kiintokalusteiden alle, seurauksena voi olla:

• saumojen sulkeutuminen
• lattian puristuminen seiniä vasten
• parketin kupertuminen
• liimasaumojen vaurioituminen
• lattian nouseminen irti alustasta.

Lattiassa ei välttämättä ole yhtään varsinaista vesivuotoa. Vaurio voi syntyä pelkästään ilman korkean kosteuden, materiaalin hygroskooppisuuden ja puutteellisten liikuntavarojen yhdistelmästä.

Toisaalta samanlaisia vaurioita voi aiheuttaa märkä betonialusta, putkivuoto tai lattian pesuvesi. Pelkän muodonmuutoksen perusteella kosteuden lähdettä ei voida määrittää.

Voiko hygroskooppinen materiaali tasata sisäilman kosteutta?

Hygroskooppiset sisäpinnat voivat sitoa kosteutta sisäilman RH-arvon noustessa ja luovuttaa sitä takaisin RH-arvon laskiessa. Tätä kutsutaan kosteuden puskuroinniksi.

Ilmiö voi pienentää lyhytaikaisia sisäilman kosteusvaihteluita esimerkiksi peseytymisen, ruoanlaiton tai tilan käyttöjakson aikana.

Puskurointiin vaikuttavat:

• materiaalin sorptio-ominaisuudet
• avoimen materiaalipinnan määrä
• pintakäsittely
• kosteuden vaihtelun kesto
• materiaalin kosteudensiirtonopeus
• ilman liike pinnalla
• materiaalikerroksen paksuus.

Vaikutus painottuu yleensä materiaalin pintaosiin. Lyhytaikaisen kosteuspiikin aikana kosteus ei ehdi siirtyä syvälle paksuun materiaaliin.

Tiivis maali, muovipinnoite tai muu vesihöyryä vastustava pintakerros voi vähentää materiaalin kykyä vastaanottaa ja luovuttaa kosteutta.

Kosteuden puskurointi ei poista rakennuksesta vettä. Materiaali varastoi kosteutta väliaikaisesti ja luovuttaa sen myöhemmin takaisin ympäristöön.

Siksi hygroskooppiset materiaalit eivät korvaa toimivaa ilmanvaihtoa. Jos kosteuskuormitus jatkuu, materiaalien kosteuspitoisuus nousee eikä niiden puskurointikyky ole rajaton.

Miten materiaalien kosteustilaa tutkitaan?

Olosuhteiden mittaaminen

Tutkimuksessa mitataan tavallisesti:

• sisäilman lämpötila
• sisäilman suhteellinen kosteus
• ulkoilman lämpötila ja RH
• materiaalin tai rakenteen lämpötila
• tarvittaessa paine-erot
• olosuhteiden ajallinen vaihtelu.

Yksittäinen hetkellinen RH-mittaus ei välttämättä kuvaa materiaalin pitkäaikaista kosteusrasitusta. Tarvittaessa olosuhteita seurataan tallentavilla mittalaitteilla useiden vuorokausien tai pidemmän ajanjakson ajan.

Rakenteen RH-mittaus

Rakenteen huokosilman RH voidaan mitata esimerkiksi:

• porareikämenetelmällä
• näytepalamenetelmällä
• rakenteeseen asennetulla mittausputkella
• rakenneavauksen yhteydessä.

Mittauksen luotettavuuteen vaikuttavat:

• mittaussyvyys
• mittauspisteen tiiviys
• mittauslämpötila
• anturin tasaantumisaika
• anturin kalibrointi
• näytteen käsittely
• porauksen aiheuttama lämpötilamuutos
• rakenteen kosteusjakauma.

RH-mittaus kuvaa huokosilman suhteellista kosteutta mittauslämpötilassa. Se ei kerro suoraan materiaalissa olevan veden kokonaismäärää.

Punnitus-kuivatusmenetelmä

Materiaalinäytteen kosteuspitoisuus voidaan määrittää punnitsemalla näyte ennen kuivausta ja sen jälkeen.

Menetelmä antaa näytteestä poistuneen kosteuden määrän suhteessa kuivan materiaalin massaan. Tulos riippuu muun muassa:

• näytteen edustavuudesta
• näytteen säilytyksestä
• kuivauslämpötilasta
• kuivausajasta
• materiaalin sisältämistä haihtuvista aineista
• siitä, mitä kuivamassalla kyseisessä menetelmässä tarkoitetaan.

Liian korkea kuivauslämpötila voi poistaa veden lisäksi muita haihtuvia aineita tai muuttaa materiaalia.

Sähköiset kosteudenmittausmenetelmät

Puun ja joidenkin muiden materiaalien kosteutta voidaan arvioida sähkövastukseen tai dielektrisiin ominaisuuksiin perustuvilla mittareilla.

Tulokseen vaikuttavat:

• materiaalilaji
• lämpötila
• tiheys
• suolat
• mittaussyvyys
• elektrodien suunta ja kosketus
• laitteen materiaalikalibrointi.

Pintakosteudenosoittimen lukema on tavallisesti suhteellinen vertailuarvo. Sillä voidaan paikantaa mahdollisia poikkeamia, mutta sillä ei yleensä määritetä materiaalin tarkkaa kosteuspitoisuutta.

Rakenneavaukset ja materiaalinäytteet

Jos materiaalissa epäillään kosteuden aiheuttamaa vauriota, mittauksia voidaan täydentää:

• rakenneavauksilla
• materiaalin kunnon arvioinnilla
• mikrobianalyyseillä
• kuitu- tai pölynäytteillä
• kemiallisilla analyyseillä
• kuivumisen pitkäaikaisseurannalla.

Korkea kosteuspitoisuus ei yksin todista mikrobivauriota. Vastaavasti mittaushetkellä kuiva materiaali voi olla aikaisemmin kastunut ja vaurioitunut.

Miksi yksittäinen kosteuslukema voi johtaa väärään tulkintaan?

Materiaalin kosteuslukemaa ei pidä tulkita ilman tietoa siitä:

• mitä suuretta mitattiin
• missä yksikössä tulos ilmoitettiin
• millä menetelmällä mittaus tehtiin
• mistä kohdasta ja syvyydestä tulos saatiin
• mikä oli materiaalin lämpötila
• mikä materiaali oli kyseessä
• oliko rakenne kuivumassa vai kostumassa
• miten kosteus jakautui rakenteessa.

Esimerkiksi:

• 85 RH% betonissa ei tarkoita, että betonin massasta 85 prosenttia olisi vettä
• kahdeksan painoprosentin kosteuspitoisuus puussa ja betonissa ei tarkoita samaa kosteustilaa
• kuiva pinta ei osoita rakenteen sisäosien olevan kuivia
• korkea pintakosteudenosoittimen lukema ei yksin todista vesivuotoa
• mittaushetkellä normaali RH ei poissulje aikaisempaa kosteusvauriota.

Mittausmenetelmän pitää vastata kysymykseen, johon tutkimuksessa haetaan vastausta.

Miten kosteus vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin?

Kosteus voi muuttaa materiaalin ominaisuuksia jo ennen näkyvän vaurion syntymistä.

Mahdollisia vaikutuksia ovat:

• lämmönjohtavuuden kasvu
• lujuuden ja jäykkyyden muuttuminen
• turpoaminen ja kutistuminen
• halkeilu ja käyristyminen
• pakkasvaurioriskin lisääntyminen
• korroosioriskin kasvu
• pinnoitteiden tartunnan heikkeneminen
• liimojen ja tasoitteiden vaurioituminen
• kemiallisten hajoamisreaktioiden käynnistyminen
• mikrobikasvun edellytysten muodostuminen.

Vaikutukset ovat materiaalikohtaisia.

Esimerkiksi puu reagoi kosteuteen voimakkaasti mittamuutoksilla. Betonin kosteustila vaikuttaa muun muassa päällystettävyyteen ja kosteuden tasaantumiseen päällysteen alla. Lämmöneristeessä kosteus voi heikentää lämmöneristyskykyä. Metallirakenteessa ympäröivän materiaalin kosteus voi edistää korroosiota.

Materiaalin kuivuminen ei välttämättä poista kaikkia syntyneitä muutoksia. Mikrobivaurio, kemiallisesti hajonnut liima tai muotonsa menettänyt rakennuslevy ei automaattisesti palaudu käyttökelpoiseksi kuivattamalla.

Miten kastunut materiaali kuivuu?

Kuivuminen edellyttää, että kosteus pystyy siirtymään materiaalin sisältä sen pinnalle ja edelleen ympäröivään ilmaan tai viereiseen kuivempaan materiaaliin.

Kuivumisnopeuteen vaikuttavat:

• materiaalin paksuus
• huokosrakenne
• kosteuspitoisuus
• lämpötila
• ympäröivän ilman RH
• ilman liike
• kuivuva pinta-ala
• pinnoitteiden vesihöyrynvastus
• rakenteen liittymät
• kuivumissuunta
• kosteuden sitoutumisvoimakkuus.

Kuivumisen alkuvaiheessa materiaalissa oleva vapaa vesi voi poistua suhteellisen nopeasti. Hygroskooppisesti ja pieniin huokosiin sitoutuneen kosteuden poistuminen on hitaampaa.

Kuivuminen hidastuu myös sitä mukaa, kun materiaalin kosteuspitoisuus lähestyy ympäröivien olosuhteiden mukaista tasapainokosteutta.

Tiivis pinnoite voi estää tai hidastaa kuivumista. Jos materiaali jää kahden tiiviin kerroksen väliin, kuivuminen voi olla erittäin hidasta molempiin suuntiin.

Todellinen vaurioesimerkki: liian kostean betonilattian päällystäminen

FISEn rakennusvirhepankin tapauksessa betonilattiat päällystettiin ennen kuin rakenteen riittävä kuivuminen oli varmistettu luotettavasti.

Mittauskohtia oli liian vähän, mittaussyvyydet ja mittausten tarkkuus olivat puutteellisia eikä tasoituksen jälkeen tapahtunutta pintaosien kastumista ja kuivumista varmistettu asianmukaisesti.

Tiiviin muovimaton asentamisen jälkeen betonin kosteus tasaantui kohti pintaa. Päällysteen alla mattoliiman kosteustaso nousi korkeaksi ja liima sekä muovimatto vaurioituivat kemiallisesti.

Tapaus osoittaa käytännössä, että:

• betonin kuiva pinta ei osoita koko rakenteen olevan kuiva
• kosteuspitoisuus jakautuu betonilaatassa syvyyssuunnassa
• päällystäminen muuttaa rakenteen kuivumisolosuhteita
• kosteutta siirtyy ja sitoutuu myös päällystämisen jälkeen
• väärältä syvyydeltä saatu mittaustulos voi johtaa virheelliseen päätökseen
• mittaustulosta pitää tulkita suhteessa rakenteeseen ja tulevaan päällysteeseen.

Tapaus on kuvattu tarkemmin FISEn virhekortissa Betonilattiarakenteen päällystettävyyden arvioinnissa tehdyt virheet ja niistä johtuvat ongelmat.

Tavallisimmat tulkintavirheet

Hygroskooppinen materiaali imee aina vettä itseensä

Ei aina nestemäistä vettä. Hygroskooppisuus tarkoittaa ensisijaisesti vesihöyryn sitomista ympäröivästä ilmasta. Nestemäisen veden imeytyminen riippuu materiaalin kapillaarisuudesta ja veden kanssa kosketuksessa olevasta pinnasta.

Sama RH-arvo tarkoittaa samaa vesimäärää kaikissa materiaaleissa

Ei tarkoita. Eri materiaaleilla on erilaiset sorptiokäyrät, tiheydet ja huokosrakenteet. Sama tasapaino-RH voi vastata hyvin erilaista materiaalin kosteuspitoisuutta.

Painoprosentteja voidaan verrata eri materiaalien välillä

Ei voida suoraan. Painoprosentti suhteutetaan kuivan materiaalin massaan. Materiaalien tiheys ja kosteudensitomiskyky voivat poiketa huomattavasti toisistaan.

Kuiva pinta tarkoittaa kuivaa rakennetta

Ei tarkoita. Rakenteen pinta voi kuivua nopeasti samalla, kun syvemmissä osissa on edelleen runsaasti kosteutta.

Hygroskooppinen materiaali estää kosteusvauriot

Ei estä. Materiaali voi tasata lyhytaikaisia kosteusvaihteluita, mutta pitkäaikainen tai toistuva kosteusrasitus voi nostaa sen kosteuspitoisuuden vaurioitumisen kannalta haitalliseksi.

Kuivuminen palauttaa materiaalin ennalleen

Ei välttämättä. Kosteuden aiheuttamat mittamuutokset voivat osittain palautua, mutta mikrobikasvu, lujuuden menetys, kemiallinen hajoaminen tai pysyvä muodonmuutos eivät välttämättä poistu kuivaamalla.

Yksi kosteusmittaus kertoo rakenteen tilanteen

Harvoin. Rakenteen kosteustila vaihtelee paikan, syvyyden, lämpötilan ja ajan mukaan. Luotettava arvio edellyttää mittausmenetelmän, mittauskohtien ja olosuhteiden suunnittelua.

Yhteenveto

Hygroskooppisuus tarkoittaa materiaalin kykyä sitoa vesihöyryä ilmasta ja luovuttaa sitä takaisin ympäristöön.

Materiaalin hygroskooppinen tasapainokosteus riippuu suhteellisesta kosteudesta, lämpötilasta, materiaalin ominaisuuksista ja kosteushistoriasta. Sama RH-arvo voi tarkoittaa eri materiaaleissa erilaista vesimäärää.

Materiaalin kosteustila voidaan ilmoittaa esimerkiksi:

• painoprosentteina
• vesimääränä tilavuutta kohti
• materiaalin huokosilman suhteellisena kosteutena.

Nämä suureet kuvaavat eri asioita eikä niitä pidä sekoittaa keskenään.

Hygroskooppiset materiaalit voivat tasata lyhytaikaisia sisäilman kosteusvaihteluita, mutta ne eivät poista kosteutta rakennuksesta eivätkä korvaa ilmanvaihtoa. Jatkuvassa kosteusrasituksessa materiaalin kosteuspitoisuus kasvaa ja vaurioriski voi lisääntyä.

Kosteus voi muuttaa materiaalin:

• mittasuhteita
• lujuutta
• lämmönjohtavuutta
• pintakäsittelyjen kestävyyttä
• kemiallista toimintaa
• mikrobikasvun edellytyksiä.

Yksittäinen kosteuslukema ei riitä vaurion syyn tai laajuuden määrittämiseen. Tulosta pitää arvioida suhteessa materiaaliin, mittausmenetelmään, lämpötilaan, kosteushistoriaan ja koko rakenteen toimintaperiaatteeseen.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä hygroskooppisuus tarkoittaa rakennusmateriaalissa?

Hygroskooppisuus tarkoittaa materiaalin kykyä sitoa vesihöyryä ympäröivästä ilmasta ja luovuttaa sitä takaisin ilman suhteellisen kosteuden laskiessa. Ilmiö ei edellytä materiaalin joutumista kosketuksiin nestemäisen veden kanssa.

Mitä materiaalin tasapainokosteus tarkoittaa?

Tasapainokosteus on kosteuspitoisuus, jota materiaali lähestyy pysyvissä lämpötila- ja kosteusolosuhteissa. Arvo riippuu materiaalista, ilman RH-arvosta, lämpötilasta ja materiaalin aikaisemmasta kosteushistoriasta.

Voiko kuivalta näyttävä materiaali sisältää kosteutta?

Voi. Hygroskooppinen ja materiaalin pieniin huokosiin sitoutunut kosteus ei tavallisesti näy pinnalla. Myös paksun rakenteen pinta voi olla kuiva, vaikka sen sisäosat olisivat edelleen kosteita.

Voiko eri materiaalien kosteusprosentteja verrata keskenään?

Ei suoraan. Esimerkiksi puun ja betonin painoprosenttilukemat eivät kuvaa samaa kosteustilaa. Vertailussa pitää huomioida materiaalin tiheys, sorptio-ominaisuudet, mittausmenetelmä ja käytetty yksikkö.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Suhteellinen ja absoluuttinen kosteus rakennusfysiikassa – Miten lämpötila vaikuttaa ilman RH-arvoon, vesihöyrypitoisuuteen ja materiaalien kosteusrasitukseen.
• Vesihöyryn diffuusio sekä μ- ja Sd-arvot – Miten vesihöyry siirtyy materiaalien ja rakennekerrosten läpi osapaine-eron vaikutuksesta.
• Miksi parketti voi nousta irti lattiasta? – Miten puun kosteuseläminen, sisäilman kosteus ja märkä alusta voivat aiheuttaa lattian muodonmuutoksia.
• Miksi kosteus ei usein näy pintaan, vaikka rakenteessa on jo vaurio? – Miksi pinnan kuivuus ei sulje pois rakenteen sisäistä kosteutta tai aikaisempaa vaurioitumista.

Aiheeseen liittyvät ORDOL-palvelut

• Tutkimus- ja kartoituspalvelut – Rakenteiden kosteustilan, kosteusjakaumien, vaurioiden ja kosteuden lähteiden tutkiminen kohteeseen soveltuvilla menetelmillä.
• Projektinjohto ja korjaussuunnittelu – Kosteusvaurioiden korjaustapojen, kuivumisen, materiaalivalintojen ja toteutuksen tekninen suunnittelu ja koordinointi.

ORDOL alueellasi

• ORDOL Tampere – Rakennusten kosteusmittaukset, kuntotutkimukset ja korjaushankkeiden asiantuntijapalvelut Tampereella ja Pirkanmaalla.
• ORDOL Lahti – Rakenteiden kosteus- ja vauriotutkimukset sekä korjaushankkeiden tekninen ohjaus Lahdessa ja Päijät-Hämeessä.
• ORDOL Helsinki – Rakennusten tutkimus-, rakennuttamis- ja valvontapalvelut Helsingissä ja Uudellamaalla.

Lähteet ja lisätietoa

• Ympäristöministeriö: Rakennuksen kosteus- ja sisäilmatekninen kuntotutkimus – Rakennusmateriaalien hygroskooppinen tasapainokosteus, kosteusmittausmenetelmät ja tutkimustulosten tulkinta.
• Ympäristöministeriön ohje rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta – Rakennusten kosteusteknisen suunnittelun ja toteutuksen periaatteet.
• Ympäristöministeriön asetus rakennusten kosteusteknisestä toimivuudesta 782/2017 – Rakennuksen ja rakenteiden kosteusteknistä toimintaa koskevat olennaiset vaatimukset.
• VTT: Moisture Buffering of Building Materials – Rakennusmateriaalien sorptio-ominaisuuksia ja sisäilman kosteuden puskurointia käsittelevä tutkimusraportti.
• FISE: Betonilattiarakenteen päällystettävyyden arvioinnissa tehdyt virheet – Todellinen vaurioesimerkki betonin kosteuden virheellisestä mittaamisesta ja tulkinnasta.

‍