Bascement i en samverkanskonstruktion: En fuktteknisk analys med inriktning på uttorkning

(1)

Byggingenjör 180 hp

Bascement i en samverkanskonstruktion

En fuktteknisk analys med inriktning på uttorkning

Byggteknik 15 hp

2020-08-12

(2)

(3)

ANDREASSON & MÅRTENSSON ii

Sammanfattning

Kunskapen och användning av träkonstruktioner ökar kraftigt i nutidens byggindustri, trä är ett populärt byggmaterial och en stor anledning av det är på grund av dess klimatneutrala egenskaper. I takt med att klimatmedvetenheten i världen ökar, ökar även användandet av trä i större byggnationer.

Byggindustrin står för en stor del av växthusavgaser i Sverige och världen. Många företag jobbar hårt med att utveckla klimatsmarta alternativ för att minska dessa avgaser i byggbranschen. Med tanke på att detta är ett stort fenomen världen över tog projektgruppen ett intresse i ämnet.

I betongindustrin finns alternativet att använda betong som är framställd på portlandcement och flygaska, flygaska är en återanvändbar restprodukt från kolförbränning. Vid djupare undersökning har projektgruppen upptäckt att det finns mycket forskning om flygaska i betong men det finns även blandade tankar huruvida det fungerar som byggmaterial, det återkommande problemet med betong med flygaska är dess långsamma uttorkningstid i jämförelse med betong gjord på

standardportlandcement. På vilket sätt skiljer uttorkningen, och hur påverkar det anslutande byggnadsdetaljer?

Samverkansbjälklag är en byggnadsmetod som utnyttjar träs goda draghållfasthet och betongens tryckhållfasthet. Denna typ av konstruktion finns mycket kunskap om och tidigare studier har undersökt hur KL-trä i samverkanskonstruktioner påverkas av betongens uttorkning. Tidigare studier har kommit fram till att ett tätskikt mellan materialen bör användas men det finns undantag då det inte är

nödvändigt. Hur ser det här då ut med en cementtyp som leder till längre uttorkning av betong. Vilka problem kan den längre uttorkningen leda till och är riskerna som kan finnas stora nog att man inte ska använda sig av betong gjord med flygaska?

Studien som genomförts bygger på att genomföra en jämförelse mellan standardportlandcement och Portland-flygaskacement. För Portlandflygaska-cement används Bascement och denna jämförs med Byggcement. Vid jämförelse av Bascement och Byggcement i samverkansbjälklag, används en metod som bygger på en tidigare genomförd studie. Genom att sätta upp en fysisk modell av ett

samverkansbjälklag med betong gjord på Bascement kan uttorkningsprocessen dokumenteras och fuktpåverkan i KL-träet analyseras. Fuktkvoten i KL-träet mäts av under 28 dagar under experimentet. Utöver det fysiska experimentet genomförs även en simulering som visar hur fuktrörelserna ser ut under en längre period.

Resultatet från experimentet och även simuleringen har gett en tydlig uppfattning om hur Bascement kommer påverka KL-träet under en 28 dagarsperiod. Data som framtagits har presenterats i tabeller och grafer för att kunna jämföras med tidigare genomförda experiment. All data visar på att uttorkningen tar längre tid, men att den nödvändigtvis inte utgör en större risk jämfört med Byggcement på grund av den märkbart lägre maximala fuktkvoten i betongen gjord på Bascement.

Resultaten visar att ett tätskikt bör användas med hänsyn till de byggnadsfysikaliska egenskaperna hos trä och betong.

(4)

(5)

ANDREASSON & MÅRTENSSON iv

Abstract

One of today’s biggest concerns in many industries is indubitably the environmental concern we are standing against. Not least in the construction industry is this a big factor in creating and evolving construction methods. The construction industry alone stands for 19 % of the greenhouse gas emissions in Sweden.

This has led to an increased use of wood in buildings and different construction details. Such as wooden frames in higher buildings and as in this study is very relevant, concrete composite slabs. The use of CLT-concrete composite slabs utilizes the tensile strength from wood and the compression strength from concrete. While concrete has high carbon emissions this has led to development of Bascement which is a composition of Portlandcement and fly ash.

This project will analyze the use of Bascement in composite slabs and how the impact of moisture evaporation from the hardening concrete will affect the CLT slab. These results will be compared with an already published study which analyzed the moisture properties and effects on a CLT-concrete

composition with standard Portland cement. By using the same model and parameters and only changing the cement the moisture is being measured in a 28-days timeframe with laboratory work for short term vapor transmissions and an additional simulation for long term moisture content.

(6)

(7)

ANDREASSON & MÅRTENSSON vi

Förord

Vi vill tacka alla de som på något sätt hjälpt oss under denna extraordinära situation som världen befinner sig i, för att kunna slutföra vårt examensarbete. Vi vill rikta ett stort tack till vår handledare Margaretha Borgström, som har fört berikande diskussioner och handlett oss gott trots

omständigheterna.

Vi vill även rikta ett tack till de företag som försett projektgruppen med material för att kunna

genomföra examensarbetet. Urban Blomster på Södra KL som bidragit med provmaterial av KL-trä, Peter Nyberg från Rothblaas som bidrog med skjuvförbindare. Anders Rönneblad från Cementa som bidragit med nyttiga diskussioner. Ett stort tack till Emil Augustsson från tidigare examensarbete som har visat stort intresse i arbetet, som har bidragit med givande diskussioner och användande av fuktmätare. Slutligen vill vi tacka vår programansvarige John Lindgren som hjälpt oss få åtkomst till skolans lokaler under omständigheterna.

(8)

(9)

ANDREASSON & MÅRTENSSON viii Innehållsförteckning

Innehåll

1 Inledning... 1 1.1Bakgrund ... 1 1.1.1 Tidigare studier ... 1 1.2 Problemformulering ... 2 1.3 Metod ... 2 1.4 Syfte och mål ... 3 1.6 Avgränsningar ... 3 2 Teoretisk referensram ... 5 2.1 Samverkansbjälklag ... 5

2.1.1 Fördelar med samverkanskonstruktion ... 5

2.2 Tidigare studier ... 6 2.3 Cement ... 8 2.4 Flygaska ... 9 2.5 Fukt i betong ... 10 2.6 Fukt i trä ... 12 2.6.1 Fuktrörelser i trä ... 12

2.6.2 Fuktmekaniska egenskaper i korslimmat trä ... 13

2.6.3 Sprickbildning i KL-trä ... 14 2.6.4 Kritiskt fukttillstånd ... 14 3 Metod ... 17 3.1 Bjälklag Grund ... 17 3.1.1 Betongblandning ... 18 3.1.2 Samverkan trä-betong ... 19 3.1.3 Form ... 19 3.2 Mätmetoder ... 19 3.2.1 Torrviktsmetoden ... 19 3.2.2 Resistansmetoden ... 20 3.2.3 Kapacitansmetoden ... 20 3.3 Datorsimulering... 21 4 Felkällor ... 21 4.1 Betongblandning/Form... 22

(10)

ANDREASSON & MÅRTENSSON ix 4.2 Manuella mätningar ... 22 4.3 Simulering ... 24 5 Genomförande ... 26 5.1 Formuppställning ... 26 5.2 Gjutning ... 26 5.3.1 Resistansmetoden ... 27 5.3.2 Kapacitansmetoden ... 28 5.3.3 Torrviktsmetoden ... 29

5.4 WUFI Light Pro ... 30

6 Resultat ... 32

6.1 Resistansmätning ... 32

6.2 Kapacitansmätning ... 32

6.3 Torrviktsmetoden ... 32

7 Analys och diskussion ... 36

7.1 Felkällor i mätningsprocess ... 36

7.1.1 Diskussion med föregående examensarbete ... 36

7.2 Mätningsjämförelse Byggcement-Bascement ... 37

7.3 Torrviktsmetod mot resistans- och kapacitans-mätning ... 38

Monitor 1 och 2. ... 39

7.5 Manuella mätningar – WUFI simulering ... 40

7.6 Sprickbildning... 42

8 Slutsats ... 44

8.1 Framtida studier ... 45

10 Referenser ... 46

(11)

ANDREASSON & MÅRTENSSON 1

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Bascement har utvecklats med målet att skapa en betong med en minskad miljöpåverkan och

förbättrade gjutegenskaper jämfört med tidigare produkter av Cementa. I denna typ av cement blandas flygaska tillsammans med Portlandcement för att minska mängden vanlig portlandcement med 6–20% enligt standard SS-EN 197–1. Genom att blanda cement med flygaska som är en restprodukt av

kolförbränning kan koldioxidutsläppen minska med 61 kg per tillverkad ton cement. Bascement har dock en längre uttorkningstid och även en långsammare hållfasthetsutveckling som möjliggör

vidareforskningen om uttorkning för just Bascement (Cementa, 2018).

Samverkanskonstruktioner är ett känt sätt att konstruera byggdetaljer, i standarden för

byggkonstruktion i stål, Eurocode 4 behandlas samverkan av stål och betong. Samverkan mellan trä och betong har inte fått samma uppmärksamhet i svenska standarder men har blivit berört i mycket forskning. Denna typ av bjälklag är en sammansättning av KL-träplattor och betongplattor. I

samverkansbjälklag gjuts en betongplatta ovanpå träplattan. Genom att utnyttja träets draghållfasthet och betongens tryckhållfasthet blir deformationerna i samverkansbjälklagen lägre och det tillåter att trä i samverkan med betong går att använda vid längre spännvidder (Yeoh, D. et al. 2011).

Två tidigare studier som skett på Chalmers respektive högskolan i Halmstad har undersökt hur betongen påverkar träet i samverkansbjälklaget under uttorkningsfasen. Båda studierna har innefattat en

undersökning för vanlig portlandcement i samverkansbjälklag. Med att studierna ger kunskap om hur KL-träet reagerar i fuktsynpunkt från betongen skapar möjligheter för vidareforskningen om Bascement i samverkansbjälklag.

1.1.1 Tidigare studier

Studien av Augustsson, E och Jamel, H (2019) som genomfördes på Halmstad högskola uppförde en samverkanskonstruktion med KL-trä och betong med vanlig Portlandcement. Studien visar på att utföra ett samverkansbjälklag utan tätskikt kan vara kritiskt, men kan vara ett fungerande alternativ.

Resultaten från denna studie visar att fukttekniska problem kan undvikas utan fuktspärr men trots att det kan fungera finns risken att fuktrörelser blir för kraftiga för att bortse. Även att i tidigare studier visar på att sprickbildning hos KL-träet kan uppstå, som kan påverka träets hållfasthetsegenskaper.

Setragian, Z-B, Chandra Kusuma, C (2019) Från Chalmers undersöker risker som kan uppstå vid

uppförande av ett samverkansbjälklag. Studien undersöker skador på KL-träet vid kontakt av fukt, värme och alkaiteten från uttorkningsprocessen hos nygjuten betong. Dessutom undersökte projektgruppen skador på detaljer och egenskaper hos ett samverkansbjälklag mellan KL-trä och betong. Resultatet visar på att inga fukttekniska problem uppstår vid ett vct tal på 0,6, som visar på att inget tätskikt är

(12)

1.2 Problemformulering

Bascementen som är en blandning av portlandklinker och flygaska har sina fördelar, men

uttorkningsprocessen tar längre tid än vanlig portlandcement. Det skapar då frågan, hur går det då att kombinera Bascement med träkonstruktioner i ett samverkansbjälklag. Med en modell som skapats av Augustsson, E och Jamel, H (2019) så ska tester genomföras med syfte att undersöka fuktrörelser och uttorkning av Bascement över KL-trä, hur skiljer sig denna process från Byggcement och vad för konsekvenser kan fuktrörelserna från Bascement leda till för KL-träet som det gjuts på?

1.3 Metod

En litteratursökning genomförs för att få fakta och information om Bascementens egenskaper. Där specificeringen blir mot fuktegenskaper och uttorkningsprocessen i cement med flygaska.

En modell av en samverkanskonstruktion ska tillverkas, där betong av Bascement ska gjutas över en KL-träplatta. Efter gjutningen kommer mätningar av fuktnivåerna i träet göras dagligen i totalt 28 dagar. Mätningarna ska utföras med samma omgivande förutsättningar som tidigare utförd studie genomförd av Augustsson, E och Jamel, H (2019). Det kommer ske med liknande dimensioner på konstruktionen, vct 0,6. Det som skiljer experimenten åt är annan cement, Bascement istället för Byggcement. Dessutom genomförs bara en mätningsmodell, där inget tätskikt används.

Utöver mätexperimenten utförs en datasimulering för samverksbjälklagets uttorkning, med hänseende på det klimatet som råder i laborationsrummet. Simuleringen ställs upp med indata som ska efterlikna fysiska experimenten för att få en god reliabilitet för resultatet av fuktbelastningen hos bjälklaget, för att sedan kunna genomföra en jämförelse mellan simulering av uttorkning och fysiska experimentet.

Resultatet från experimenten och simuleringen kontrolleras, för att se på faktiska inverkan från betongens uttorkning på träkonstruktionen. Detta jämförs sedan mot tidigare forskning med liknande karaktär där man har sett att fuktspärr mellan betong och träplatta inte är nödvändigt, för att därpå analysera om det även inte är nödvändigt vid en annan slags betong med en betydligt längre uttorkningstid.

(13)

1.4 Syfte och mål

Syftet med studien är att analysera hur Bascement påverkar träet i en samverkanskonstruktion ur fuktsynpunkt. Därför kommer denna aktuella studie hantera följande:

• Hur skiljer sig uttorkningsprocessens påverkan på underliggande trä för Bascement kontra Byggcement.

• Hur kommer fukten från betongen påverka träet under en kortsiktig och under en längre tidsperiod.

• Vilka problem kan fuktrörelser som upptäcks leda till för träet? • Kontrollera om ett tätskikt mellan betongen och träet är nödvändigt

Målet är att få en tydlig uppfattning av hur uttorkningsfasen för betong gjord på Bascement ser ut i en kort tidsperiod och över en längre tid samt hur detta kommer att påverka träet i denna typ av

samverkanskonstruktion. Som ska sedan kunna redovisas på ett sätt som möjliggör en jämförelse med samverkansbjälklag av Byggcement.

1.6 Avgränsningar

• Studien kommer enbart ta hänsyn till Bascementens uttorkningsegenskaper och hur dessa kommer påverka träet.

• Endast Bascement kommer experimenteras med.

• Lika andelar ballast, cement och vatten som användes av Augustsson, E och Jamel, H (2019) kommer användas.

• Resultat och diskussioner gällande sprickbildning kommer enbart ta sprickor i träet i beaktning, specifikt synliga sprickor.

(14)

(15)

2 Teoretisk referensram

2.1 Samverkansbjälklag

Denna typ av bjälklag är en sammansättning av KL-träplattor och betongplattor. En KL-träplatta har goda egenskaper för drag och tryckspänningar när det kommer till lägre belastningar och spännvidder i byggsammanhang. Brädor placeras korsvis i flera skikt och fogas samman till ett plattsystem. Vid jämförelse med andra plattsystem i trä har korslimmat trä en lägre styvhet i huvudbärriktningen men dess mekaniska egenskaper tillåter den att bära större laster vinkelrätt mot huvudbärriktningen. (Träguiden, 2017)

I samverkansbjälklag gjuts en betongplatta ovanpå träplattan, dessa sammanfogas med skjuvförbindare. Om en sammanfogning utförs väl hamnar neutrallagret precis i anslutningen mellan trä och betong. Detta innebär att i tvärsnittet av profilen kommer dragspänningen och tryckspänningen mötas i anslutningen och då uppnås en samverkan mellan betong och trä. Genom att utnyttja träets

draghållfasthet och betongens tryckhållfasthet blir deformationerna i samverkansbjälklagen lägre och det tillåter att trä i samverkan med betong går att använda vid längre spännvidder (Yeoh, D. et al. 2011). För att utföra en effektiv modell krävs tre fundamentala kriterier:

1. Neutrallagret i tvärsnittet bör vara så nära trä-betonganslutningen som möjligt för att utnyttja betongens tryckhållfasthet och träets draghållfasthet med så god utnyttjandegrad som möjligt.

2. Anslutningssystemet måste vara starkt och styvt nog för att överföra sammansättningen tvärkraft och ge en effektiv sammansatt verkan.

3. Konstruktionsvirket måste vara starkt nog att motstå deformationer som skapas på grund av egentyngden.

2.1.1 Fördelar med samverkanskonstruktion

• Vid användning av samverkansbjälklag ökar styvheten för bjälklaget jämfört med träbjälklag, som ger en ökad ljuddämpningseffekt.

• Värmekapaciteten ökar och därmed krävs inte lika mycket energi för att värma upp och kyla ned byggnaden jämfört med om det enbart skulle vara träbjälklag.

• Anslutning mellan trä och betong om den uppnår hög samverkan resulterar i att man kan använda mindre balkar och längre spännvidd jämfört med träbjälklag. Konstruktion av samverkansbjälklag resulterar i lägre koldioxidemissioner i kontrast till om det enbart skulle användas betongbjälklag med samma förutsättningar på grund av att trä är ett kol-neutralt material (Yeoh, D. et al. 2011).

Bild 2.1

Samverkanskonstruktion teknisk visualisering

(16)

2.2 Tidigare studier

Augustsson, E och Jamel, H (2019) genomför flera fysiska experiment där undersökningsområdet är fuktegenskaper i samverkanskonstruktioner. Fyra testmodeller konstrueras för att efterlikna verkliga samverkansbjälklag med skjuvförbindare och armering. KL-träplattor med dimensioner 400x400x120

mm används, ovanpå dessa gjuts betong gjord på CEM-II standardportlandcement med tjockleken 80 mm och vct 0,6. Fysiska mätexperimenten kompletteras med fukt och värmesimulering med mjukvaran

WUFI Light Pro, simuleringen av uttorkningen jämförs med mätdata och den givna informationen sammanställs för att analysera fuktinnehållen och hur användning av fuktspärr bör användas. Betongen blandas och gjuts ovanpå KL-trä för att avläsa fuktpåverkan under 28 dagar efter gjutning. Studien hade i syfte att undersöka huruvida användning av fuktspärrar i samverkansbjälklag bör vara ett krav enligt Eurokoderna. Ett exemplar tillverkas utan fuktspärr och de andra tre implementerar olika typer av fuktspärrar varav vissa har ljud- eller vibrations-dämpande egenskaper. Mätningarna genomfördes under 28 dagar med två metoder, resistans- och kapacitansmätning. När 28 dagar har passerat utförs en torrviktsmätning för att beräkna den slutgiltiga fuktkvoten i träplattorna. Provexemplaret utan fuktspärr mellan betong och trä uppnådde en högsta fuktkvot över

fibermättnadspunkt med resistansmätaren, 33,6 %. Högsta medelfuktkvot med kapacitansmätaren uppmättes till 29,8 %. Fuktkvoten efter 28 dagar uppmättes till ca 18 % för både resistans och

kapacitansmätaren. Med torrviktsmetoden efter dessa 28 dagar uppmäts en medelfuktkvot till 21,2 % i det översta lagret på KL-träet. Med simuleringar som stöd visar att en hög fuktkvot och relativ ånghalt uppnås i träet som är över kritisk fukttillstånd i en tre månader lång period.

I exemplaret med diffusionsspärr uppmäts en betydligt lägre högsta fuktkvot med resistansmätaren, 11,70 %, med kapacitansmätaren uppmäts en högsta medelfuktkvot på 22,5 %.

Med torrviktsmetoden beräknas efter 28 dagar en medelfuktkvot till 11,2 %.

Simuleringen för konstruktionen med diffusionsspärr visar på att kritiskt fukttillstånd inte uppnås vid utförande av konstruktionen.

Resultaten som uppnåtts ger slutsatsen att en fuktspärr kan vara nödvändigt med hänsyn till

fuktbetingade rörelser, utan fuktspärr syns en stor variation i fuktkvot vilket kan leda till att krympningar och svällningar i materialen kan orsaka att spänningar i skjuvförbindarna förändras från den

projekterade spänningen.

I provexemplaret utan fuktspärr uppnåddes kritiskt fuktinnehåll och enligt simulering är den i kritiskt tillstånd i tre månader. Med hänsyn till mikrobiell tillväxt är det här inte ett problem då pH-värdet i byggfukten från betongen är i spannet 11–13, mögelsvampar klarar ett pH-värde upp till 10.

(17)

En studie genomförd av Setragian, Z. B. och Kusuma, C. C. 2018 genomförde flera numeriska simuleringar på samverkansbjälklag mellan KL-trä och betong gjord på standardportlandcement. Simuleringar för flera exemplar med olika tjocklekar på material, olika utformningar och olika vct genomförs i syfte att identifiera problem och risker som betongen kan orsaka på KL-trä under uttorkning. Simuleringar som genomförts med vct 0,6 visar i resultaten att fuktskador inte kommer uppkomma under de förutsättningar som simuleringen har skett i. Relativ ånghalten för konstruktionen med vct 0,6 uppnår ett maximivärde på 96 %. Det betyder att ingen kondensation sker, för att mögel ska frodas kräver det att vattenångan som existerar är inom ett visst pH-värde. pH-värdet som uppnås från byggfukt från betongen har ett för högt initialt pH-värde för att mögeltillväxt ska påbörjas. Slutsatsen som Setragian, Z. B. och Kusuma, C. C. 2018 gällande samverkansbjälklag med vct 0,6 kommer fram till är då att med hänsyn till pH-värdet för byggfukt är risken för mikrobiell tillväxt låg. Trots att relativa ånghalten är hög i KL-träet i tidigt skede anser de att risken för fuktskador är låg och en fuktspärr är inte nödvändig.

(18)

2.3 Cement

I framställning av betong används beståndsdelarna vatten, cement, ballast och tillsatsmedel. Cement utgör bindningen i blandningen, det är ett hydrauliskt bindemedel som innebär att vid kombination med vatten skapas betong.

Cement klassas enligt europeisk standard in i fem olika klasser, varav de tre listade nedan är de som används oftast i Sverige.

• CEM I: Portlandcement. 100 % Portlandcement.

• CEM II: Portlandkomposit-cement. Minst 65 % Portlandcement, de vanligaste kompositmaterial är masugnsslagg, flygaska och kalksten.

• CEM III: Slaggcement. Minst 20% Portlandcement, mindre än 64 % portlandcement (Betonghandboken, Material – del 1. 2017)

Byggcement är den produkt som användes av Augustsson, E och Jamel, H (2019). Denna typ av cement betecknas CEM II/A-LL 42,5 R (Cementa, 2018). Beteckningen II/A-LL 42,5 R förklarar innehållet

portlandklinker och kalksten, CEM II/A-LL kan ha ett spann på 80–94% portlandklinker och 6–20% kalksten. 42,5 R innebär att hållfastheten 42,5 MPa uppnås efter 28 dygn och att 2-dagarshållfastheten är ≥ 20 MPa (Betonghandbok Material del 1. 2017).

Bascement är vad Cementas produkt där portlandcement blandas med flygaska för att skapa ett bindemedel för betong. Bascement har utvecklats med målet att skapa en betong med lägre

koldioxidutsläpp jämfört med deras tidigare produkter. Bascement faller in i CEM II under beteckningen CEM II/A-V 52,5 N. Det är en portlandflygaskekomposit som innehåller 80% portlandklinker, 16 % flygaska och 4 % kalksten. 52,5 N förklarar att 28-dygns hållfastheten är 52,5 MPa och

2-dagarshållfastheten är ≥ 10 MPa. (Betonghandbok Material del 1. 2017)

Genom att använda flygaska och portlandklinker istället för bara portlandklinker har medfört att hållfasthetstillväxten för Bascement kan till en början vara långsammare än Byggcement.

Kompaktdensiteten för Bascement är ungefär 3000 kg/m3 _{och kompaktdensiteten för Byggcement är}

cirka 3080 kg/m3_.

Bascement som utvecklas av Cementa jämförs med deras produkter som är helt klinkerbaserat Portlandcement. En livscykelanalys har gjorts för både flygaskebaserat cement och klinkercement. Resultaten från denna visar att koldioxidemissioner minskar med 61kg/tillverkad ton cement för Bascementen kontra Byggcement (Cementa, 2014).

(19)

2.4 Flygaska

Flygaska är en biprodukt som skapas vid kolförbränning, både vid fossila bränslen eller andra

förbränningsmetoder, som till exempel vid kolkraftverk. Flygaska är den icke-förbränningsbara delen i kol som är en biprodukt av förbränningsprocessen. På grund av diverse klimatmål och lagar har flygaska kunnat användas i betongtillverkning antingen genom att blanda det med portlandcement eller till och med ersätta det helt. (Xiao, H. Et al. 2017)

Askan från pulvereldade kolkraftverk avskiljs i filter. Flygaska innehåller aluminium och kiselföroreringar, som har puzzolana egenskaper, det vill säga det reagerar med vatten och kalciumhydroxid och som resulterar i att det kan ersätta en viss del klinker i cement. I svenska cement används aska från stenkol. (Betonghandbok Material del 1. 2017)

Flygaskan är sfäriskt formade små partiklar som är kemiskt sammansatt av oxider av kisel, aluminium, järn och kalcium och det finns två typer av flygaska som går att använda med cement, typ V och typ W. Dessa är kiseldioxidrik respektive kalciumdioxidrik. I Bascement används enbart flygaska typ V enligt definitionen i cementstandarden SS-EN 197–1: Cement- Del 1 (Cementa, 2014).

Vid förbränning av fossila bränslen släpps kvicksilver ut i den omgivande miljön. Vid kolförbränningen omvandlas en del av kolets kvicksilver till flygaska och sprids ut i miljön.

Kvicksilver är en giftig gas som kan färdas långt i luften och med dess starka biologiska gifter kan den orsaka luftföroreningar i stora områden. Förutom luftföroreningar som kvicksilver kan bringa är det också oroväckande med hänsyn till dess konsekvenser på hur det påverkar djur och människor, giftet är starkt för nervsystemen och organ. Under senare år när klimatmedvetenheten har ökat har även metoder för att minska luftföroreningar utvecklats som har lett till en större andel kvicksilver vid förbränning omvandlas till flygaska. Som Du, W. et al skriver är cement och betong en av de viktigaste och mest använda byggmaterialen i världen. Detta har skapat möjligheter att implementera flygaska i betongtillverkningen för att utnyttja stora volymer industriavfall och återanvända denna i

betongindustrin. Betong som skapas med flygaska har visats att jämfört med vanlig portlandcement har egenskaperna förbättrats i form av förbättrad hållbarhet i betongen. (Du, W. Et al. 2018)

(20)

2.5 Fukt i betong

Vid betongblandning startar den kemiska bindningen mellan vatten och cement när vattnet och cementen kommer i kontakt. Reaktionens hastighet är som störst de första dygnen, men

cementreaktionen kan ske under många år. Där Lars-Olof Nilsson menar på att 60–80 % av reaktionen skett vid de första 28 dygnen. Reaktionens hastighet sker dock beroende på vatten-cement kvoten. Betongens vct har en direkt inverkan på uttorkningstiden. Ju högre vct i blandningen desto större mängd vatten innehåller den som inte blir kemiskt bundet med cementen. Vid hög vct kommer en större mängd byggfukt behöva torka ut. En tydlig visualisering för att förstå det här skapades av Lars-Olof

Nilsson (2012).

Fukttransportegenskaper kommer också påverkas av vct, lägre vct har en lägre fukttransportkoefficient, det innebär att en betong med hög vct har en större mängd byggfukt att torka ut men fukttransporten är snabbare. På grund av högre vct minskar självuttorkningseffekten och det innebär att torktiden kommer bli längre, med ökad vct. Det är fuktnivån som avgör hur fort den kemiska bindningen sker och de kemiska reaktionerna kommer fortgå under den tid som porsystemet innehåller tillräckligt mycket fukt. Den kemiska bindningen är en process som minskar fuktnivån i betongen, denna effekt minskar fuktnivån med ca 0,25 liter/kg cement. När relativa fuktigheten når en nivå under 75–80% upphör vatten bindas och därmed den kemiska reaktionen, självuttorkningsprocessen. (Nilsson, L-O. 2012) Samtidigt som självuttorkningen sker, sker en uttorkning till omgivningen. När självuttorkningsprocessen inte är stor nog, främst i betong med hög vct kommer en överbliven mängd fukt i betong torka ut till omgivningen.

Under uttorkningsprocessen skapas spänningar i betongens yta på grund av vatten som tillkommer i betongens porer. Detta leder till att ett kapillärt undertryck byggs upp och ökar tillsammans som

förångningsprocessen ökar. Trycket som skapas kan nå upp till 1 MPa under 8 timmar i nygjuten betong. trycket verkar sedan på betongpartiklarna som gör att de plastisierade partiklarna minskar. Om det här inte motverkas kan det leda till att brottgränsen för betongens tryckbelastning uppnås och sprickor bildas.

Bild 2.5.1

Ofärgade rutor i figuren visar

mängden byggfukt som behöver torka ut för att nå en RF <90%. Betong med olika vct och blandningsmängd på 180 l/m3_.

(21)

Betongens uttorkning sker i två stadier. Stadium 1 som torkar med en konstant förångningshastighet och stadium 2 där förångningshastigheten minskar i en andragradskurva. Under stadium 1 kommer så kallat ”bleed water”, fukten som transporteras ut ur betongen upp till betongens yta under

torkningsprocessen, förångas från betongytan. Ytvattnet når en kritisk gräns när flödet från betongens porer inte kan uppnå en konstant uttorkningshastighet. Det är då stadium 2 uppnås och

förångningshastigheten kommer sjunka. Om temperaturen som omger torkande betong ökar, ökar även uttorkningshastigheten. Om ökning av vindhastighet sker tillsammans med en minskning av den

omgivande relativa ånghalten kommer uttorkningshastighetens ökning bli ännu större. En ökning av vindhastighet runt betongen resulterar i att luften som omger betongytan minskar i tjocklek och kommer i sin tur resultera i en ökning av uttorkningshastigheten (Bakhshi, M et al. 2012).

(22)

2.6 Fukt i trä

2.6.1 Fuktrörelser i trä

Vid förändring av träs fuktkvot, sväller eller krymper träet. Träet har tre olika riktningar, det innebär att volymförändringen kan ske i tre olika riktningar. Dessa är fiberriktningen, tangentiell riktning och radiell riktning.

Vid förändring av fuktkvot blir volymförändring störst i tangentiell riktning, alltså vinkelrätt mot fiberriktningen (Träguiden, 2017).

Genom att KL-träet vid inbyggnad har samma fuktkvot som omgivande miljö kan svällning och krympning minimeras. Precis som annat trä sväller KL-trä vid uppfuktning respektive minskar vid avfuktning. Med hänsyn till KL-träets korslagda utformning kommer att svälla och krympa i en lägre volym kontra vanligt massivträ (Träguiden, 2017).

Krypning är en typ av deformation som sker i träet över tid. Där det finns många yttre faktorer som kan påverka krypningens storlek. Trä med högt fuktinnehåll visar på att deformationer sker i högre grad än trä med låg fuktighet. Även att ett högt fuktinnehåll kombinerat med lastning utger en ökning av deformationer. Krypdeformationer menas med att när ett träbjälklag lastas så böjer träet ner, men med krypningseffekt kan dessa böjdeformationer förstoras utan ytterligare belastning. Där fuktförhållanden är den största faktorn till att krypning sker, om fuktinnehållet ökar så ökar även krypningen. Om krypningseffekterna blir tillräckligt höga så kan det leda till brott i träet (Träguiden, 2015).

Bild 2.6.1

Träets tre olika riktningar Källa: Träguiden

(23)

2.6.2 Fuktmekaniska egenskaper i korslimmat trä

Är ett KL-trä utsatt för fukt eller en hög relativ ånghalt (RÅ) under en kort tid kan det resultera till att mögelpåväxt etablerar sig. Mögelskador kan avlägsnas men fuktkällorna ska identifieras för att kunna åtgärda fuktproblem. Under vissa förutsättningar kan fukt vid långtidsutsättning orsaka att mögel frodas som i sin tur kan resultera i att träets bärighet och egenskaper kan minska och i vissa fall göra att det är oanvändbart. (Schmidt, E. Riggio, M. 2019)

Konstruktionsvirke som bär höga laster i en miljö med ojämnt väder och hög exponering för väta kan resultera i deformationer på grund av träets fuktmekaniska egenskaper. Studier som har gjorts på korslimmat trä i klimatskärmen har med olika förutsättningar kommit fram till samma slutsats, KL-trä som är utsatt för höga fukthalter har en uttorkningskapacitet som tillåter materialet att nå en acceptabel relativ ånghalt under ett halvår. Förutom vid anslutningar i konstruktionen så som: vägg- grund anslutningar. (Schmidt, E. Riggio, M.2019)

Tre kritiska punkter som har framkommit för korslimmat trä och dess fuktegenskaper är:

• Golvelement som byggs tidigt i byggprocessen utsätts för en högre fuktkvotsökning och har en längre tid med fukt över fibermättnad, jämfört med takkonstruktionen som byggs senare i byggskedet.

• I KL-golv visar de övre delarna störst fuktkvots-ökning, dock visade alla lager i korslimningen en fuktkvots-känslighet med lägst uttorkningskapacitet i de inre lagren.

• Byggnadsdelar med liknande förutsättning har tendenser att variera i fuktkvots ökning och minskning.

(Schmidt, E. Riggio, M.2019)

Fuktinnehållet i material under byggprocessen kommer skilja mycket beroende på geografisk plats då nederbörd, temperaturer, solstrålning och vind har en tydlig påverkan på materialets

uttorkningshastighet. (Schmidt, E. Riggio, M.2019)

Vid byggnation kan mikroklimat skilja hur materialen utsätts för fukt, tillexempel nordliga väggar kan skilja sig från södra väggar beroende på hur solen står eller vilka vindar som bygget utsätts för. (Schmidt, E. Riggio, M.2019)

(24)

2.6.3 Sprickbildning i KL-trä

Träguiden har skrivit en kort sammanfattning gällande sprickor i KL-trä och huruvida dessa tillåts, sammanfattningen är uttaget från olika tillverkare av KL-trä och hur dessa resonerar kring sprickor och sprickbildning. När det kommer till KL-trä används olika utseendeklasser, dessa kan benämnas olika beroende på tillverkare, men träguiden har sammanställt dessa som:

• Synlig yta • Industriyta • Ej synlig yta

I alla dessa klasser tillåts torksprickor, sprickor som uppkommit på grund av uttorkning i trät (Träguiden, 2017).

En studie skriven av Kukk, et al. (2017) undersöker hur sprickor påverkar byggnadsfysikaliska egenskaper i KL-trä.

I studien genomförs fysiska mätningar på fyra provexemplar som utsätts för olika omgivande klimat under en viss tid. Dessa provexemplar hade skiljande begynnelsefuktkvot och alla fyra experiment utsätts för olika relativa ånghalter och temperaturer under olika tidsintervall för att kunna analysera sprickbildning och uppfölja denna undersökning med hur byggnadsfysikaliska egenskaper förändras med sprickbildningen.

Efter att exemplaren hade blivit utsatta för respektive klimatbelastningar upptäcktes att de

provexemplar som hade högre begynnelsefuktkvot och även blivit utsatta för en hög relativ ånghalt löper betydligt större risk för sprickbildning, specifikt i lamellerna i KL-träet Kukk, et al. (2017).

2.6.4 Kritiskt fukttillstånd

Boverket beskriver att vid ett kritiskt fukttillstånd förändras materialegenskaper drastisk, även att en mikrobiell tillväxt kan uppkomma. För att mögel och bakterier skall växa ska ett kritiskt fukttillstånd, en temperaturnivå och varaktigheten tills att mikrobiell tillväxt uppkommer. Där Boverket även beskriver att ett kritiskt fukttillstånd sätts till 75% relativfuktighet för material med icke dokumenterade

egenskaper (Boverket, 2014). Detta stödjer även Träguiden, där de beskriver att kritiskt fukttillstånd hos trä sätts till 75–80% (Träguiden, 2018). Ett experiment från Svenskt trä på granvirke som även KL-bjälklag är uppbyggt av visar på att en fuktkvot mellan 21,8% och 22,2% visade tecken på mögeltillväxt, men virke på 15,5% och 18,9% visade ingen mögeltillväxt i lagringsmiljö. Där studien fastställde att ett kritiskt fukttillstånd för konstruktionsvirke av gran ligger omkring 85% i relativfuktighet. Där en kan läsa av ett värde i fuktkvot utifrån sorptionskurvan med den relativa fuktigheten i träet.

Bild 2.6.4 Sorptionskurva Källa: Träguiden

(25)

2.7 Kalibrering

Kalibrering är en metod som utförs på en mätare, för att kontrollera mätarens korrekthet. Verktyget tar reda på skillnaden mellan det avlästa värdet och det korrekta värdet i form av en kvot. verktyget utförs genom att genomföra en mätning på ett material med en känd fukthalt och avläsa hur mycket värdena skiljer sig från varandra. Som även kontrolleras med flera olika mätfukthalter, för att kalibrering ska ha en hög reliabilitet. (Nordtec, 2020)

Projektgruppen utnyttjar en kalibrering som genomfördes av Augustsson, E och Jamel, H (2019) på resistansmätaren Testo 6500 samma mätare som används i denna aktuella studie. Kalibreringspåslaget genomförs på grund av att nå valida jämförelser mellan de två rapporterna. Bilden nedan visar

kalibreringskurvan som utfördes av Augustsson, E och Jamel, H (2019). Esping, B., Sander, P., & Salin, J.-G. (2005) beskriver att en kalibreringskurva skall utföras om differensen mellan värdena avviker med 0,5%. När man skapar en kalibreringskurva skall den avlästa fuktkvoten vara på den vertikala axeln och den kalibrerade på den horisontella. Skapa en horisontell linje från det avlästa värdet till

kalibreringskurvan, denna punkt följs upp av en vertikallinje ner till den horisontella axeln, som resulterar till den verkliga fuktkvoten.

Bild 2.8

Kalibreringskurva

(26)

(27)

3 Metod

3.1 Allmänt

Arbetet genomfördes under laborationsförhållanden på Halmstad högskola. Experimentet har utförts på en samverkanskonstruktion med tillämpning av en KL-träplatta och Bascement. Uppställningen av bjälklaget utfördes med skjuvförbindare och armering för att uppnå en god samverkan mellan betongen och träet. Tre olika fuktprover genomförs på bjälklaget och kompletteras därefter med en simulering som utvärderar träets fukthalt över lång tid och en simulering som utvärderar betongens fuktighet över tid. I uppförandet av en samverkanskonstruktion framkommer det inte i standardiserat dokument att ett tätskikt är nödvändigt som även ett experiment från Chalmers utfört av Setragian, Z-B, Chandra Kusuma, C (2019) stödjer. Augustsson, E och Jamel, H (2019) ställde frågan till Svenskt Trä, som är utgivare av KL-trähandboken och responsen var att Svenskt Trä inte trodde att ett tätskikt var nödvändigt, på grund av att uttorkningen i både materialen skulle ske med en god hastighet så att inga problem skulle uppkomma. Med det här i bakgrund har aktuella studien utfört mätningar för att analysera om ett tätskikt behövs vid uppförande av ett samverkansbjälklag med Bascement, där uttorkningstiden är betydligt längre än Byggcement.

3.2 Bjälklag uppförande

3.2.1 Bjälklag grund

Bjälklagets grund är en KL träplatta av typen 120 5s där formen senare kommer fästas runt, där 120 menar på bjälklagets tjocklek i mm och 5s ger träet uppbyggnad som i det här fall är fem lager.

Dimensioneringen bestäms därefter utifrån en beräkningsmodell hämtad från KL-trähandboken som är ett samarbete mellan olika träleverantörer (Borgström, Fröbel och Gustafsson, 2017). Där de har beskrivit att en samverkanskonstruktion kan användas med spännvidder mellan 6–12 meter. Tvärsnittet bestäms utifrån beräkningar, där betong tjockleken fås från hb ≈ 0,4 × htot och KL-träet från hKLT ≈ 0,6 ×

htot.

Projektgruppen uppförde bjälklaget som tidigare examensarbete för att uppnå samma förhållanden. Där konstruktionens tjocklek utgår ifrån KL-träplattans höjd som är 120 mm. Höjden i tvärsnittet på KL-träet används för att beräkna en lämplig tjocklek på betongen, vilket resulterade till att konstruktionens totala tjocklek kan beräknas till 200 mm.

(28)

3.2.1 Betongblandning

För att uppnå en valid jämförelse mellan Bascement och Byggcement har gruppen använt en

betongblandning med Bascement som uppnår likadan hållfasthet som vid användning av Byggcement.

Bild: 3.1

Betongblandning Källa: Cementa

I utförandet 2019 där undersökning angående Byggcement användes receptet som visas ovan. Denna var vald enligt Cementas rekommendationer vid användning av Bascement. Betongklass C20/25 är den använda i tidigare experimentet och det är även den har använts i aktuella studien. För att uppnå motsvarande egenskaper med Bascement följs Cementas råd vid användning av Bascement som följer:

Bild: 3.2

Råd för Bascement. Källa: Cementa

Enligt punkt 1 i bild 3.2 som är aktuell för studien har ett recept beräknats som följer likadan

innehållsfördelning som används för Byggcement. Med ändamålet att uppnå lika förutsättningar som vid användning av Byggcement från studien 2019 har inga förändringar i receptet genomförts. I Cementas rekommendationer skrivs att cementhalten bör höjas med upp till 15 kg/m3 _{vid recept som inte tidigare}

nyttjats. Studiegruppen gjorde valet att inte sänka vct-talet, för att uttorkningen och

tillstyvnadsprocessen kommer skilja beroende på receptet och därmed även uttorkningsprocessen skiljer vid olika vattenmängder.

(29)

3.2.2 Samverkan trä-betong

För att uppnå en god samverkan mellan träet och betongen installerades skjuvförbindare uppföljt av ett intilliggande armeringsnät. Vid denna typ av uppförande uppnås god böjstyvhet och det motverkar att glidning mellan materialen skulle uppstå. Vid val av skjuvförbindare, bör en skjuvförbindare med hög skjuvstyvhet tas i beaktning som resulterar till att glidningen mellan träet och betongen blir försumbar, vilket motsvarar att full samverkan mellan materialen är uppnådd (Svenskt trä, 2017). Skruvarna som använts i studien är CTC9160 från Rothblaas VB där det är angivet att deras skruvar är accepterade att använda i samverkanskonstruktioner mellan trä och betong. Vid användning har skruvarna placerats i en lutning av 45 grader i en ”X” form som gör det möjlig att uppnå perfekt koppling mellan

samverkansmaterialen (Rothoblaas, 2019).

3.2.3 Form

Gruppen har vid uppsättning av gjutform nyttjat plywoodskivor med ytbehandling med fuktbeständiga egenskaper, för att byggfukt inte skulle kunna tränga in i betongformen och därmed påverka

ackumulerade fukten i KL-träplattan.

3.3 Mätmetoder

Projektgruppen använde sig av tre olika mätmetoder som är rekommenderade av träguiden, dessa användes även under tidigare examensarbete av Augustsson, E och Jamel, H (2019). Mätmetoderna som används är:

• Torrviktsmetoden (SS-EN 13183–1 Fuktkvotsbestämning)

• Resistansmetoden (SS-EN 13183–2 Uppskattning av fuktkvoten med Resistansmetoden) • Kapacitansmetoden (SS-EN 13183–3 Uppskattning av fuktkvoten med Kapacitansmetoden)

3.3.1 Torrviktsmetoden

För att beräkna fuktkvoten i trä finns det flera metoder, den onekligen mest precisa metod är

torrviktsmetoden. Denna görs enligt standardmetod, antingen ISO 3130 eller SS-EN 1383–1. En träbit vägdes i fuktigt tillstånd för att få gemensamma vikten på trä och fukt. Som sedan följdes upp med att låta exemplaret torka ut för att torrvikten ska fås fram. För att torka ut träet så placeras träet i ett utrymme på 103 ± 2 grader Celsius tills all fukt förångats. En vägning av träbiten efter uttorkning ger torrvikten och fuktkvoten kan bestämmas(Träguiden, 2017).

(30)

3.3.2 Resistansmetoden

Resistansmetoden är en mätning som sker med instrument som bestämmer det elektriska motståndet i trä. Stift slås in i träet vinkelrät mot fiberriktning. Det finns flera olika instrument på marknaden och dessa kan skilja i kvalitet som kan vara en riskfaktor. Dock har dessa instrument gemensamt att uppmätta värden måste korrigeras för rådande temperatur och träslag.

Vid resistansmätning kan träets ledningsförmåga påverkas av en stor mängd faktorer men den som har störst påverkan är fuktkvoten hos materialet. Resistansen kan förändras kraftigt med varierande fuktinnehåll hos träet, med att en ökad fuktkvot resulterar till en lägre resistans och en sänkt fuktkvot ger en hög resistans. (Rosenkilde, 2003)

Mätning med resistansmetoden utfördes enligt SS-EN 13183–2. Ett kriterium för att resistansmetoden ska gå att genomföra är att fuktkvoten i provexemplaret måste vara mellan 7 och 25 %.

Mätningen genomförs genom att isolerade hammarelektroder slås in på exemplarets flatsida parallellt med fiberriktningen på ett specifikt avstånd från kanter och även ett specifikt djup. De indirekta metoderna är inte helt exakta och man bör då beakta att en spridning på ± 2 procentenheter kan förekomma. (Träguiden, 2017)

Resistansmätare som använts i tidigare experiment var Testo 6500. För att uppnå valida resultat genomfördes aktuella studien med samma modell.

3.3.3 Kapacitansmetoden

Exotek är ett verktyg för oförstörande kontroller av fuktkvoter i material, där inställningar kan anpassas till olika materials densitet i omlopp av 20kg/m3_{. Modellen som använts är en MC-380XCA som är en}

handhållen fuktmätare, den är väldigt lätt att använda och ger ut ett snabbt och trovärdigt svar för fuktkvoten i träet. Instrumentet känner av den elektriska kapacitansen som bildas mellan mätgafflarna genom att sända ut en högfrekvent signal. Bruksområdet för verktyget är stort, men har i experimentet bara mätt fukten i träet. Exoteken gör det möjligt att mäta fuktigheten i ett material till ett djup på 100 mm utan att göra hål i materialet, enligt bilden nedan visar Exotekens räckvidd (Exotek, 2020).

Bild 3.3

visualisering av Exotekens mätdjup Källa: Woody

(31)

3.4 Datorsimulering

Utöver fysisk mätning under tillstyvnadsprocessen genomfördes även datorsimuleringar. Simuleringen ftillhandahåller en visualisering av hur fukttransporter i uttorkningen sker. Genom samverkan av fysisk mätning och simulering kunde studiegruppen erhålla en större förståelse av vad som sker under tillstyvnadsprocessen. Datorsimuleringen förser även hur fukttransporten ser ut under helt opåverkat klimat, när manuella mätningar genomförs finns flera riskmoment och felmarginaler som äventyrar ett korrekt resultat.

Flera olika simuleringar har genomförts i datorprogrammet WUFI Light Pro 6.3. I programmet WUFI finns en material-databas där företag och tillverkare kan lägga in olika produkter så som KL-träplattor eller olika betongtyper. Från denna databas går det att bygga upp en konstruktion som simulering ska utföras på. Utöver materialtyper finns även möjligheten att ställa in klimatdata för att anpassa till en specifik konstruktionsdetalj.

Vid färdigställd konstruktion och klimatdata ges möjligheten att tillföra monitorpositioner där värme och fuktrörelser visualiseras för att ge en tydlig simulering på vad som kommer ske i punkter av intresse för konstruktionen.

Flera simuleringar har genomförts för att få en tydlig bild av hur fukt och värme kommer flöda i konstruktionen, dessa har varit med olika tidsramar. De som specifikt har använts vid jämförelser har varit fem månader som har gett en tydlig bild av uttorkningsprocessen under tidig fas av

tillstyvnadsprocessen och en simulering för fem år för att se hur länge kritisk relativ ånghalt kommer verka i konstruktionen.

(32)

4 Felkällor

4.1 Betongblandning/Form

Vid blandning av betong kan det lätt uppkomma fel som innebär att andelen ballast respektive vct inte blir helt fullständig med betongreceptet, som kan resultera till en annan uttorkningstid än den

beräknade. Efter gjutning är det särskilt viktigt att betongen vibreras för att undvika segregering, en jämnfördelning av kornen och tätpackad betong. På grund av att en tätt packad betongen har en inverkan på betongen uttorkningsförmåga tillsammans med fuktinnehållet (Rapp, T. 2017).

Vid formuppställningen är det särskilt viktigt att otätheter fogas för att undvika att fukt från betongen kan tränga sig till träets vertikala sida. Som kan medföra till att fuktmätningar blir oprecisa och ger ett felaktigt värde på fuktinnehållet hos träet.

4.2 Manuella mätningar

Innan en mätning process påbörjas bör dessa punkter nedan blivit noterade.

• Du mäter alltid fel. Hur mycket fel det blir beror både på instrument och den som gjort mätningen.

• Grova fel måste elimineras.

• Systematiska fel kan hanteras om du känner till hur stora de är • Slumpmässiga fel kan elimineras om man mäter flera gånger

Det krävs flera olika mätmetoder för att säkert säkerställa ett virkes fuktighet, därför brukas tre olika mätmetoder resistansmetoden, kapacitansmetoden och torrviktsmetoden som är rekommenderade metoder från svenskt trä, utgivare av KL-trähandboken. Dessa metoder skall komplettera varandra, Resistansmetoden och Kapacitansmetoden är ett utförande man kan göra dagligen och

torrviktsmetoden kan endast utföras vid slutet av en fuktmätningsprocess. Där man säkert svara på om fukthalten i träet har nått en kritisknivå efter uttorkning.

Grova fel innebär fel som inte går att ta hänsyn till under en matematisk process, som beror på att dessa fel är mycket slumpmässiga. Vilket resulterar till att man måste ta hänsyn till dessa problem innan en mätningsprocess kan påbörjas, för att uppnå en mätning med hög reliabilitet.

Systematiska fel beror på att resultaten som fås ut i mätningen har ett upprepande fel som man i efter hand får kännedom om. Som man i senare i processen kan ta hänsyn till vid en matematisk beräkning för att kompensera och för att uppnå en förbättrad noggrannhet.

Slumpmässiga fel beror på fel uppstår slumpvist och kan bero på ett flertal olika källor, vilket kan tas i beaktning genom att utföra ett flertal prov och sedan genomföra en matematiskberäkning som tar ut ett medelvärde av de olika proven för att uppnå en högre reliabilitet för mätningen.

(33)

Grova fel

• Fel mätkrav.

• Mätaren är inställd på fel virkessort vilket kommer ge ett felaktigt motstånd i resistansmätaren. • Mätaren är okalibrerad.

• Temperaturskillnad i mätaren och omgivningen. • Fel utformning på mätstiften.

• Mätintervallet är utanför 7–25% fuktkvot eller mätintervallet är utanför mätarens temperaturintervall.

• Avläsning sker inte direkt efter inslagna stift (ger för låga värden). • Mätningar görs på fel ställe och djup.

• Mätningar i punkter med kåda och kvistar. Systematiska fel

• Mätningar sker inte på träets flatsida. • Mättemperaturen skiljer sig från 20 °C. • Felaktig utformning av mätspetsar.

• Fel resistansfuktkvotskurva i instrumentet. • Träet är impregnerat.

Slumpmässiga fel

• Onoggrannhet vid avläsning

• Osäkerhet i kalibrering och variation i kalibreringsmotstånd. • Osäkerhet i framtagande av resistansfuktkvotskurva. • Osäkerhet i temperaturmätning.

• Variation av elektriskt motstånd i träet. • Fuktprofilens variation inom virket.

(34)

4.3 Simulering

Vid simulering av värme-, och fukt-rörelser med programmet WUFI används flera indata, kraven är höga gällande dokumentation och utförande. ”Hygrothermal performance of building components and

building elements – Assessment of moisture transfer by numerical simulation”, EN15026 framtogs 2007,

vilket är en europeisk standard för redovisning av numeriska beräkningar. Jesper Arfvidsson, professor i byggnadsfysik på LTH har skrivit en artikel ”hur vet man du att en WUFI-simulering är genomförd på ett

bra sätt?” I standarden EN15026 finns ett avsnitt gällande dokumentation av indata och resultat. Enligt

standard ska innehålla följande: • Problembeskrivning

- Allmänt

- Objektet och sammanhang - Begynnelsevillkor

- Randvillkor

- Materialparametrar

• Hygrotermisk modell och numerisk lösning. - Allmänt - Simuleringsverktyg - Numerisk simulering - Benchmark test • Beräkningsrapport - Allmänt - Presentation av resultat - Tolkning av resultat

I problembeskrivningen ska alla uppgifter som krävs för att kunna genomföra simuleringen införas. Praktisk information, in och utdata för den konstruktionsdel som ska simuleras ska dokumenteras. Här beskrivs klimatdata, förutsättningar så som temperaturer, torktid, fuktfördelning och starttid och sluttid för simulering. Materialegenskaper för konstruktionsdelen ska införas.

I punkten hygrotermisk modell och numerisk lösning beskrivs hur simuleringen ska genomföras. Alla uppgifter och indata för simuleringen ska vara infört i programmet. En benchmarksimulering bör genomföras för att kunna använda som referensram under simulering av konstruktionsdelen.

(35)

I beräkningsrapporten beskrivs alla relevant information om presentationen, utvärdering och tolkning av beräkningsresultaten. I presentation av resultat bör all nödvändig information om fuktegenskaper för den aktuella studien presenteras. Presentationer kan ske i form av diagram och tabeller och dessa bör beskriva:

• Transienta fördelningar

• Variation av fuktinnehåll över tiden på specifika platser. • Extremvärden

• Medelvärden på platser, i skikt och ytor av intresse för simulering - Temperatur och värmeflöde

- Fukthalt och fuktflöde - Relativ fuktighet - Ånghalt eller ångtryck.

(36)

5 Genomförande

5.1 Formuppställning

Formen för betongen utfördes med en likadan process som Augustsson, E och Jamel, H 2019. Där föregående experiment genomfördes med fyra KL-träprofiler med dimensionerna 400x400x120 mm. Det som skiljer de två studierna är att den aktuella genomfördes med Bascement och enbart ett

provexemplar.

För att uppnå en god förbindelse mellan träet och betongen behövs skjuvförbindare, för att motverka att materialen glider isär vid nedböjning från belastning. Ovanpå skjuvförbindarna placerades ett

armeringsnät för att uppnå en god förbindelse mellan materialen. Formen som omsluter KL-träet var ett diffusionstätt material, för att motverka att andra faktorer än just KL-träet suger upp vattnet från betongen under uttorkningen. För att maximera fuktbelastningen hos KL-träet, där man uppnår de värsta förhållanden ur fuktsynpunkt. När formarna monterats på KL profilerna tätades skarvarna för att motverka läckage av betong eller vatten vid anslutningarna som kan påverka mätresultaten. För tätningen användes latexfog.

5.2 Gjutning

Vid nästa fas i experimentet gjöts betongen i formarna med receptet som syns i kapitel 3.1.1. Formen fylls stegvis med betong, genom att fylla på stegvis och vibrera formen elimineras luftbubblor och segregation motverkas som resulterar i en jämnare betongblandning och en mer hållfast betong uppnås. När betongen är gjuten och uttorkningsprocessen ska påbörjas så placerades formen i ett klimatskåp där den yttre påverkan kan minimeras. I yttre faktorer som kan påverka uttorkningstiden räknas ventilation, drag och temperatur- och luftfuktighetsförändringar. Dessa yttre faktorer kan påverka

uttorkningsprocessen hos betongen och ge upphov till felkällor.

Bild 5.1

Formuppställning med skjuvförbindare, armering och tätning

(37)

Klimatskåpet är uppbyggt av en trähylla, där formen placeras och täcks av diffusionsplast för att motverka den yttre påverkan av inomhusmiljön se bild 5.3, betongen är täckt av diffusionsplast på ovansidan för att inte betongen ska torka för snabbt under de första 24 timmarna, för att motverka att sprickbildning i betongen på grund av för snabb uttorkning som förklaras i kapitel 2.5. I skåpet

kontrollerades även temperaturen och fuktigheten i luften för att i senare skeden ta dessa värden i beaktning när man ser på fukt och temperaturen i inomhusklimatet kan ha påverkat träet vid uttorkningsprocessen i betongen.

5.3 Mätningsmetoder

Mätningarna påbörjades med att ta en begynnelsefuktkvot i träet innan gjutningen. Nästa avläsning utfördes 24 timmar efter att betongen blivit gjuten, på grund av betongens uttorkningshastighet är som störst vid det här tillfället och har nu gått från flytandeform till fast form. Vilket resulterar till att stor del av vattnet i betongen har nu tagits upp av KL-träet. De två olika mätningarna utförs klockan 10.00 varje dag under 28 dagar.

5.3.1 Resistansmetoden

Den första mätningen som utförs på modellen är en resistansmätning där fuktkvoten i träet mäts, där det elektriska motståndet mellan de två metallstiften mäts. Mätningen utförs 10 mm under

anslutningen mellan träet och betongen, för att minimera risken av att fukten och resistansen i

betongen påverkar resultatet. För att uppnå en hög reliabilitet hos mätningarna så utförs de tre gånger där sedan ett medelvärde hos mätningarna tas fram. Ytligare en mätning görs närmare anslutningen i betongen för att se på hur fuktkvoten i träet varierar med avstånd till anslutningen.

Stiften från resistansmätaren placeras 10 mm under anslutningen och slås in vinkelrätt mot fiberriktningen hos träet. Mätinstrumentet ställs in med hänseende på temperatur med en

temperaturvariation på 10 grader och materialtyp. Projektgruppen ställde in mätaren som bilden nedan där temperaturen sattes till 20 grader och materialtypen till gran.

Bild: 5.2

Resistansmätning I KL-trä med Testo 6500, placerad 10 mm under anslutning Källa: Egen bild

(38)

5.3.2 Kapacitansmetoden

Den andra mätningen som utförs är en kapacitansmätning, med detta mätinstrument avläses ett materials förmåga att lagra ström. Med mätare ifrån Exotek modell mc-380xca görs det möjligt att mäta fuktkvoten mellan två punkter. Kapacitansmätaren kalkylerar en medelfuktighet med ett djup på 100 mm in i träet. Där sedan gruppen lagrar resultaten med den maximala fuktkvoten respektive det minsta värdet och utför en medelfuktkvot. Denna mätning utförs dagligen under samma tidpunkt som

resistansmätningen.

Exoteken ställs in för materialtyp gran och till att mäta medelkvoten i träet. Sensorerna från Exoteken placeras mot KL-träets sida cirka 10 millimeter nedanför anslutningen mellan träet och betongen på grund av att betongens fuktighet inte ska påverka mätresultatet, endast träets fuktighet är intressant. Instrumentet förflyttas sedan sidledes och kontrollerar maximala respektive minsta värdet av fuktkvot.

Bild 5.3

Genomförande av kapacitansmätning med modell mc-380xca

(39)

5.3.3 Torrviktsmetoden

29e dagen efter gjutning genomförs torrviktsmätningen för att få slutgiltiga fuktkvoten i träet. En träkloss från samverkansbjälklaget kapas som sedan delas in i fyra provexemplar. För att kontrollera hur fördelningen av fukten ser ut kapas dessa fyra exemplar upp ytterligare genom att separera översta lagret i KL-träet. Dessa kroppar betecknas utifrån dess ursprungliga position i konstruktionen, till exempel klossarna i mitten vid anslutningen betecknas ”ITOP,1–2 och ” de yttre klossarna som satt i

anslutningen betecknas ”YTOP,1–2.”, värden från dessa mätningar presenteras i resultatkapitlet i bild 6.1.

Efter kapning vägs dessa provbitar i fuktigt tillstånd med en våg som väger med en noggrannhet på 0,1 gram. Vikten dokumenteras och provbitarna placeras i en ugn med en temperatur på 102°C, för att fukten som är i provbitens porer ska evaporera och kunna kvantifieras. Proverna tas ut ur ugnen med jämna mellanrum och vikten dokumenteras, som därefter upprepas tills viktminskning inte längre inträffar.

Bild 5.4

Genomförande av torrviktsmetod med ugn 103 ± grader.

(40)

5.4 WUFI Light Pro

Vid användning av WUFI light är första steget uppbyggnad och dimensionering för

konstruktionen. Vid installation av WUFI får användaren tillgång till en materialdatabas som tillverkare kan bifoga deras produkter vilket gör användningen väldigt simpel. Här ingår aktuella dimensioner på produkter, materialdata och möjligheter för modifiering av produkterna. I figuren visas vilka

möjligheter man har att modifiera

konstruktionen som beskrivs steg för steg.

Bild 5.5

Konstruktionsindata WUFI Light Pro Källa: Egen bild

1. Konstruktionen dimensioneras enligt det uppbyggda samverkansprovet. I materialdatabasen väljs först KL-trä från Stora Enso CLT, denna enligt Stora Ensos sortiment som motsvarar den som används i fysiska experimentet med tjocklek 120 mm. Vid val av betongen finns inget alternativ för betong med flygaska-cement, därför väljs en standard CEM II betong med VCT 0,6 med tjocklek 80 mm.

När dimensionering av konstruktionen är färdig ges möjligheten att välja positioner för var man vill bevaka hygrotermiska förändringar. Intresset i detta fall är störst i anslutningen mellan trä och betong, därför placeras en monitor på insidan av träplattan mot betongen som markerats med en cirkel i bild 5.1. Med dessa valen kommer simuleringen framställa data för fukt- och temperaturfördelningen som sker under experimentets gång i monitorns position.

Bild 5.6 Materialdata Stora Enso-CLT

(41)

2. I fliken Orientering/lutning/höjd ges möjlighet att välja indata för geografisk position och formgivning för konstruktionen, i detta fall är orientering och höjd inte intressant så dessa exkluderas och lutningen sätts till 0˚.

3. I tredje fliken väljs ytövergångskoefficienter och diverse tillhörande parametrar så som faktorer gällande strålning, regn och liknande. Eftersom materialet som används finns i databasen medföljer värden som är anpassade till respektive konstruktion. Dessa kontrollerades även mot värden som anges i KL-trähandboken. (Borgström, Fröbel & Gustafsson, 2017)

4. I begynnelsevillkor anges temperaturer och relativ fuktighet, vilket kan göras antingen som ett medelvärde över hela byggnadsdelen eller angivet för skikten separat.

Vid simulering kan alternativ för tidsintervall göras, till att börja med valdes att simulera för de dagar som provexemplaret simuleras. Med hänsyn till att simuleringen är enkel att genomföra prövas flera tidsintervall för en större uppfattning om hur fukt och värmetransporten skiljer över olika tidsintervall. WUFI ger en möjlighet att välja klimatdata för var simuleringen ska ske, här får man möjlighet att ställa in data för temperatur, luftfuktighet, sol och vind. Det finns även en databas för förinställda klimat för olika geografiska positioner. I denna databas väljs Lunds klimatdata då det är den plats som är närmst Halmstad. I WUFI är det förinställt att det är ytterklimat på ena sidan och inneklimat på andra sidan konstruktionen, detta justerades så inneklimat verkar på båda sidor konstruktionen. Därmed var alla parametrar för att genomföra simuleringen angivet och första beräkningen kan genomföras.

Vid simulering med WUFI Light Pro ges möjlighet att visa olika hygrotermisk data. Vid exportering av data från genomförd simulering skapas en rapport som innehåller byggnadsfysikaliska egenskaper om respektive material i konstruktionen och förvalda data som är av intresse. Vid utförd simulering tas hänsyn till temperatur och relativ fuktighet, detta anses vara de värden som är i experimentets intresse.

(42)

6 Resultat

6.1 Resistansmätning

Tidigt i mätningsprocessen kan man avläsa en tydlig ökning av fuktkvot i träet efter 24 timmars

uttorkning. Där startfuktkvoten är 7,03 och har sedan stigit till 20,13 som visar på att den största delen av uttorkningen i betongen sker under denna tidpunkt. Fuktkvoten i träet ökar därefter med en låg hastighet till 24,46 under den 10e dagen av mätningsprocessen och sedan reduceras med låg hastighet tills att träet kommit jämnvikt med omgivande klimat. Projektgruppens slutfuktkvot på den 29e dagen i mätningsprocessen ligger på 22,50. Den maximala fuktkvoten som blev uppmätt är 25,88 och den lägsta 19,88. Se diagram 6.1.

De högsta värdena som uppmätts är under den första delen i mätningsprocessen som medför ett värde vid fibermättnadspunkt som kan medföra volymförändringar som kan påverka träets

hållfasthetsegenskaper.

6.2 Kapacitansmätning

Resultatet visar på ett liknande resultat som resistansmätningen där start fuktkvoten i träet startar på 7,05 % och även i denna mätningen ökar kraftigt under de första 24 timmarna av uttorkning i betongen och avläses till 17,5 % Fuktkvoten ökar sedan till sin maximala gräns på 24,4 % under dag två och därefter reduceras och accelerera slumpvis under en stor del av uttorkning processen tills den når en fuktkvot på 16,8 % under den 25e dagen, där den sedan stannar upp och håller denna fuktkvot i

resterande dagar av experimentet. Den högsta fuktkvoten som blev uppmätt under kapacitansmetoden är 24,4 % och den lägsta 11,5 %. Se diagram 6.2

Mätningen underifrån visar på varierande resultat som aldrig visar på värde som är kritiskt. Det högsta värdet som avläses från mätaren är 12,6 % och lägsta 7,9 %.

6.3 Torrviktsmetoden

När konstant vikt på träklossarna uppnåtts beräknas fuktkvoten med formel:

= 𝐹𝑢𝑘𝑡𝑘𝑣𝑜𝑡 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎(𝑣å𝑡) − 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎(𝑡𝑜𝑟𝑟) Massa(torr)

∗ 100

M= Massa (gram) i fuktigt tillstånd MD= Torrmassa

MW= Massa vatten.

Bild 6.1

Torrviktsmetoden Resultat Källa: Egenbild

(43)

ANDREASSON & MÅRTENSSON 33 Diagram 6.1 Resistansmätning

Diagram 6.2 Kapacitansmätning

(44)

6.4 WUFI Light Pro

Graf 6.1 KL-trä, anslutning. Graf 6.2. 10mm under anslutning

Källa: WUFI Källa: WUFI

Fukt och värmesimuleringen genomfördes över en fem-årig period.

Grafen 6.1 visar temperatur och fuktförändringar över monitorpositionen som placerades i KL-trät i anslutningen till betongen.

Under första perioden kan man se att RÅ når över 80% och först efter sex månader når det under 80%. Graf 6.2 visar fuktförändringarna i höjd där avläsningarna med resistansmätaren har skett, 10 mm från anslutningen mellan betong och trä. RÅ avläses vara över 80% under första sex månaderna och efter ungefär 13 månader nås 75% RÅ.

(45)