تساعد أغشية البناء على التحكم في الرطوبة داخل الجدران والأسقف، لكن مظهرها نادرًا ما يكشف مقدار بخار الماء الذي تسمح بمروره. فقد تبدو طبقتان متطابقتين تقريبًا، مع أن أداءهما قد يختلف كثيرًا بعد تركيبهما. ولمقارنتهما، يحتاج المصنّعون ومحددو المواصفات إلى قياسات تُجرى في ظروف محددة، لا إلى أوصاف مثل «قابل للتنفس» أو «مقاوم لبخار الماء» فحسب.

يقيس جهاز اختبار معدل نفاذ بخار الماء لأغشية البناء سرعة مرور البخار عبر عينة عند وجود فرق في الرطوبة على جانبيها. ويمكن أن تساعد النتيجة في تحديد خصائص المادة، والتحقق من اتساق الإنتاج، أو دعم اختيار المنتج. ويكتسب فهم طريقة الاختبار أهمية لا تقل عن قراءة الرقم؛ إذ تؤثر درجة الحرارة والرطوبة وتجهيز العينة وطريقة التعبير عن النتائج في المقارنة.

ما الذي يقيسه نفاذ بخار الماء؟

يشير نفاذ بخار الماء إلى انتقال جزيئات الماء في حالتها الغازية عبر مادة. ويختلف ذلك عن نفاذ الماء السائل. فقد يقاوم الغشاء مياه الأمطار، مع السماح بمرور كمية معينة من بخار الماء. وعلى النقيض، قد تُصمم طبقة للتحكم في البخار بحيث تحدّ بدرجة كبيرة من انتقاله.

يصف معدل نفاذ بخار الماء، الذي يُختصر غالبًا إلى WVTR، كتلة البخار التي تمر عبر مساحة محددة خلال مدة محددة وفي ظروف منصوص عليها. ويُعبّر عنه عادةً بالغرام لكل متر مربع خلال 24 ساعة، ويُكتب g/m²·24 h.

يشير ارتفاع قيمة WVTR عمومًا إلى مرور كمية أكبر من البخار عبر العينة المختبرة في تلك الظروف. لكن ذلك لا يعني تلقائيًا أن الغشاء أفضل. فطبقة التغطية السفلية للسقف وطبقة التحكم بالبخار الداخلية تؤديان أغراضًا مختلفة، لذا يعتمد الأداء المناسب على مجموعة طبقات البناء والمناخ واستراتيجية إدارة الرطوبة.

طريقة الكأس: قياس البخار من خلال تغير الكتلة

تتمثل إحدى الطرق الشائعة في وضع عينة غشاء فوق فوهة كأس اختبار مفتوحة. وتُحكم الحواف حول العينة، بحيث تفصل البيئة داخل الكأس عن الجو المنضبط خارجه. وبسبب اختلاف الرطوبة على الجانبين، ينتقل بخار الماء عبر المساحة المكشوفة من الغشاء.

يُوزن الكأس على فترات. ويُستخدم تغير كتلته لحساب نفاذ البخار بعد استقرار معدل مناسب. وقد تزداد كتلة الكأس أو تنقص، بحسب ترتيب الاختبار.

ترتيبا كأس المجفف وكأس الماء

فيكأس المجفف، تنشئ مادة مجففة بيئة جافة نسبيًا أسفل العينة. وعندما تكون الرطوبة في الحجرة المحيطة أعلى، يميل البخار إلى الانتقال إلى داخل الكأس، فتزداد كتلته. ويُطلق على ذلك غالبًا اسم طريقة الكأس الجاف.

أما فيكأس الماء، فيوفر الماء أو مصدر رطوبة محدد آخر بيئة أكثر رطوبة داخل الكأس. وينتقل البخار عمومًا إلى الخارج نحو الجو المنضبط الأكثر جفافًا، فتقل كتلة الكأس. ويُطلق على ذلك غالبًا اسم طريقة الكأس الرطب.

لا ينبغي التعامل مع هذين الترتيبين على أنهما قابلان للتبادل. فبعض مواد الأغشية تستجيب للرطوبة، ولذلك قد تعطي اختبارات الكأس الجاف والكأس الرطب نتائج مختلفة للمنتج نفسه. وتصف كل نتيجة الأداء في ظروف الاختبار الخاصة بها، ولا تمثل أي منهما قيمة عامة تنطبق على جميع حالات البناء.

من بيانات الوزن إلى WVTR

يقسم الحساب الأساسي مقدار تغير الكتلة المستقر لكل وحدة زمن على مساحة الاختبار المكشوفة:

WVTR = تغير الكتلة ÷ (المساحة المكشوفة × الزمن)

على سبيل المثال، إذا كانت مساحة العينة المكشوفة 0.01 m² وتغيرت كتلة الكأس بمعدل ثابت قدره 0.02 g خلال 24 ساعة، فإن قيمة WVTR المحسوبة تبلغ 2 g/m²·24 h. يوضح هذا المثال المبسط طريقة الحساب؛ أما الاختبار الفعلي فيجب أن يلتزم أيضًا بمتطلبات المعيار المختار بشأن تهيئة العينة وفترات الوزن والحساب وإعداد التقارير.

قد تؤثر أخطاء القياس الصغيرة، لا سيما في المواد ذات معدل نفاذ البخار المنخفض. فقد يؤدي تسرب الحواف أو عدم دقة قياس المساحة المكشوفة أو تغير درجة حرارة الكأس أو التعامل مع العينة بما يؤثر في قراءة الميزان إلى تحريف النتيجة. لذلك، يُعد إحكام إغلاق العينة واستقرار بيئة الاختبار عاملين أساسيين للحصول على قياس مفيد.

هل يمكن لجهاز قياس نفاذ البخار دون وزن الأكواب؟

نعم. تستطيع طرق القياس بالأجهزة قياس البخار المار عبر العينة باستخدام مستشعر رطوبة أو نظام كشف آخر. وفي ترتيب نموذجي، يفصل الغشاء بين جانب رطب وآخر أكثر جفافًا. ويتحكم الجهاز في الظروف ذات الصلة أو يراقبها، ويرصد البخار الذي يصل إلى جانب الاستقبال.

بحسب الطريقة والمعدات، قد ينقل غاز حامل البخار النافذ إلى مستشعر. ويستخدم الجهاز إشارة البخار المقاسة والمساحة المكشوفة وظروف الاختبار لحساب نتيجة النفاذ. ويمكن لهذه الأنظمة تقليل الحاجة إلى الوزن اليدوي الروتيني وتوفير سجل للقراءات المتغيرة مع تقدم الاختبار.

لكن هذا لا يعني أن كل نتيجة قائمة على المستشعر تعادل مباشرة نتيجة طريقة الكأس. فقد يختلف تدرج الرطوبة ودرجة الحرارة وتركيب العينة ومبدأ القياس والإجراء المعمول به. وعند مقارنة بيانات من أجهزة مختلفة، تحقق من توافق الطرق والظروف قبل عزو أي اختلاف إلى المواد نفسها.

ويعتمد الاختيار أيضًا على الغشاء. فبعض منتجات البناء ذات سطح محبب أو متعددة الطبقات أو معززة أو سميكة نسبيًا. ويجب أن يثبت حامل الاختبار العينة بإحكام وأن يحكم إغلاق حوافها من دون إتلافها أو إنشاء مسار جانبي لنفاذ البخار.

المعايير المستخدمة لاختبار أغشية البناء

توفر معايير الاختبار إطارًا مشتركًا للمختبرات لإعداد العينات وتهيئتها وقياسها وإعداد التقارير. وتشمل الوثائق ذات الصلة ما يلي:

• ASTM E96/E96M: يغطي نفاذ بخار الماء للمواد باستخدام طريقتَي المجفف والماء. ويُشار إليه على نطاق واسع في مواد البناء، ومنها الأغشية والصفائح، عند الاقتضاء.
• ISO 12572: يتناول تحديد خصائص نفاذ بخار الماء لمواد ومنتجات البناء باستخدام إجراءات قائمة على الأكواب.
• EN 1931: يتناول خصائص نفاذ بخار الماء للصفائح المرنة المستخدمة في العزل المائي، بما في ذلك الصفائح البلاستيكية والمطاطية لعزل الأسقف المائي ومنتجات الصفائح المرنة الأخرى المحددة.

يهم الإصدار المعمول به ومواصفات المنتج وترتيب الاختبار. فقد يتيح المعيار أكثر من مجموعة واحدة من الظروف، أو يشترط حسابات وتفاصيل محددة لإعداد التقارير. وقبل طلب إجراء الاختبار، تأكد من ملاءمة الطريقة المختارة للمادة وللسوق أو المواصفة التي ستُستخدم النتيجة فيها.

قد تخضع الطرق القائمة على الأجهزة لمعايير أخرى أو لإجراءات متفق عليها. ومجرد ذكر أن جهازًا يقيس WVTR لا يثبت، بحد ذاته، الامتثال لمعيار معين خاص بمواد البناء.

WVTR والنفاذية وقيمة Sd: لماذا تختلف الأرقام؟

لا تعرض أوراق البيانات سلوك البخار دائمًا بالطريقة نفسها. فإلى جانب WVTR، قد تصادف نفاذية بخار الماء أو معامل النفاذية أو عامل مقاومة انتشار البخار أو سماكة طبقة الهواء المكافئة المعروفة باسمقيمة Sd.

يصف WVTR التدفق الكتلي المقاس لكل مساحة وزمن في ظروف محددة. وترتبط النفاذية بتدفق البخار وفرق ضغط البخار عبر العينة. أما معامل النفاذية فيأخذ أيضًا سماكة المادة في الحسبان، ويكون عمومًا أكثر دلالة للمواد المتجانسة منه للأغشية المعقدة متعددة الطبقات.

تعبر قيمة Sd عن مقاومة المادة لانتشار البخار من خلال سماكة طبقة هواء ساكن مكافئة لها في المقاومة. وتشير قيمة Sd الأقل عمومًا إلى مقاومة أقل لانتشار البخار، بينما تشير القيمة الأعلى إلى مقاومة أكبر. وهي ليست مجرد تسمية أخرى لـ WVTR.

يتطلب التحويل بين الخصائص المعلنة معرفة فرق الضغط الصحيح والوحدات وافتراضات الحساب ذات الصلة. لذلك، قد تؤدي مقارنة قيمة WVTR في ورقة بيانات بقيمة Sd في ورقة أخرى، من دون معلومات إضافية، إلى استنتاج خاطئ.

ما العوامل التي تغير نتيجة الاختبار؟

ليس من الضروري أن ينفذ الغشاء البخار بالمعدل نفسه في جميع البيئات. وعند مراجعة النتائج، انتبه إلى الظروف التي استند إليها الرقم.

• درجة الحرارة: تؤثر في ضغط البخار وقد تؤثر في سلوك الغشاء نفسه. وقد لا تكون النتائج المأخوذة عند درجات حرارة مختلفة قابلة للمقارنة مباشرة.
• الرطوبة النسبية: تحدد الرطوبة على كل جانب القوة الدافعة لانتقال البخار. كما أن بعض المواد تتأثر بمستوى الرطوبة نفسه، وليس بالفرق بين الجانبين فحسب.
• حالة العينة: قد يؤثر زمن التهيئة والتقادم والتلف والتعرض السابق في المادة المختبرة.
• الاتجاه: قد تكون الأغشية متعددة الطبقات أو المطلية حساسة للاتجاه. وينبغي أن يحدد التقرير الوجه المعرض لكل بيئة، عند الاقتضاء.
• التركيب والإحكام: قد يُظن أن التسرب حول العينة نفاذٌ عبرها. كما يمكن أن تؤثر التجاعيد والثقوب والتحديد غير الصحيح لمساحة الاختبار في النتائج.
• حركة الهواء والطبقات الحدية: قد تؤثر الظروف القريبة من سطح العينة في انتقال البخار المقاس، لا سيما عندما تسمح المادة بمرور البخار بسهولة نسبيًا.

كما يستحق أخذ العينات الاهتمام. فإذا احتوى الغشاء على تقوية أو طلاءات أو تباين واضح على امتداد عرضه، فقد لا تمثل عينة صغيرة اللفة بأكملها. اتبع المعيار المعني ومتطلبات المنتج عند اختيار العينات وإجراء الاختبارات المكررة.

قراءة التقرير بثقة

يقدم التقرير المفيد أكثر من قيمة رئيسية واحدة. ابحث عن معيار الاختبار وإجراءاته ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية على كل جانب واتجاه العينة والمساحة المكشوفة وتفاصيل التهيئة والوحدات المستخدمة. وينبغي أن يوضح أيضًا ما إذا كانت النتيجة تخص عينة منفردة أو نتيجة محسوبة من عدة عينات.

إذا اختلفت القيم المعلنة لمنتجين، فتحقق مما إذا كانا قد اختُبرا في ظروف متطابقة. فلا ينبغي مقارنة نتيجة الكأس الجاف عند درجة حرارة معينة على نحو عابر بنتيجة الكأس الرطب عند درجة حرارة أخرى. وبالمثل، لا تصف نتيجة مختبرية لغشاء سليم جميع ظروف تركيبه؛ إذ يمكن أن تؤثر الوصلات والتراكبات والاختراقات والتلف وجودة التنفيذ في انتقال الرطوبة عبر مجموعة طبقات مكتملة.

في تطوير المنتجات أو مراقبة الجودة، يمكن للاختبارات المتكررة باستخدام طريقة متسقة أن تكشف التغيرات بين الدفعات. أما قرارات التصميم، فينبغي أن تأخذ النتيجة في الحسبان إلى جانب بقية طبقات الجدار أو السقف، بما في ذلك موضع الغشاء وقدرة مجموعة الطبقات على الجفاف.

اختيار جهاز اختبار معدل نفاذ بخار الماء لأغشية البناء

ابدأ بتحديد السؤال الذي يجب أن يجيب عنه الاختبار. هل الهدف مقارنة عينات التطوير أو مراقبة الإنتاج أو الحصول على بيانات لمواصفة محددة؟ تساعد الإجابة في تحديد المعيار ونطاق الرطوبة والتحكم في درجة الحرارة وتنسيق التقرير المطلوبة.

ثم تحقق من الملاءمة العملية. تأكد من أن نطاق النفاذ المتوقع يقع ضمن قدرة الجهاز على القياس، وأن الحامل يستطيع إحكام إغلاق سطح الغشاء وسماكته، وأن مساحة الاختبار مناسبة لبنية المادة. وضع في الحسبان الوقت اللازم للوصول إلى نتيجة مستقرة، وعدد العينات المطلوب اختبارها، ومتطلبات المعايرة والصيانة. وفي اختبارات الأكواب، تكتسب دقة الميزان واستقرار الحجرة أهمية أيضًا.

تعمل شركة Paratronix Instruments Co., Ltd. على تطوير وتوريد أجهزة اختبار التغليف وحلول الاختبار للمواد المستخدمة في صناعات تشمل تغليف المستحضرات الصيدلانية والبلاستيك وتطبيقات الحواجز عالية الأداء. وعند تقييم معدات لأغشية البناء، تتمثل الخطوة التالية المنطقية في مناقشة العينة والطريقة المستهدفة ونطاق القياس المتوقع، بدلًا من افتراض أن جهاز اختبار مخصصًا لمادة معينة يناسب كل التطبيقات الأخرى.

يحوّل اختبار نفاذ بخار الماء خاصية غير مرئية إلى بيانات مفيدة. ولا تقتصر المقارنة الأقوى على مقارنة رقمين، بل تشمل نتائج مفهومة من حيث طرقها وظروفها واستخداماتها المقصودة.