ENGLISH SUMMARY II

I.

SAMMANFATTNING I

II.

ENGLISH SUMMARY II

III.

LÄSARHANDLEDNING IV

1 INTRODUKTION 1

1.1 B AKGRUND 1

1.2 S YFTE 2

1.3 M ETOD 2

2 ARBETSRUTINER VID PLATSGJUTNING 3

2.1 B ESKRIVNING AV GJUTNINGSARBETET VID T RANAN 3

2.2 L ÄRDOMAR FRÅN REFERENSOBJEKTET 3

2.2.1 B ETONGKONSISTENS 3

2.2.2 T ÄLTGJUTNING 4

3 MATERIALET BETONG 5

3.1 D EFINITIONER 5

3.2 B ETONG 7

3.2.1 B INDEMEDEL 7

3.2.2 V ATTEN 10

3.2.3 B ALLAST 10

3.2.4 B ETONGTILLSATSMEDEL 11

3.3 S PRICKBILDNING I BETONGPLATTOR PÅ MARK 17

3.4 N EDBRYTNING AV GOLVMATERIAL PÅ BETONG 17

3.5 B ETONG , EMISSIONER , HÄLSA OCH MILJÖ 18

3.5.1 E MISSIONER 18

3.5.2 H ÄLSA OCH ARBETSMILJÖ 19

4 FUKTTEORI 20

4.1 D EFINITIONER 20

4.2 F UKT I MATERIAL 20

4.2.1 F UKT I BETONG 21

4.3 U TTORKNING ALLMÄNT 23

4.3.1 U TTORKNING AV BETONG 23

5.1 R ELATIV FUKTIGHET 26

5.1.1 A LLMÄNT 26

5.1.2 M ÄTNING MED H UMI -G UARD 26

5.2 L UFTHALT 28

5.3 H ÅLLFASTHET 28

5.4 A RBETBARHET 28

5.4.1 S ÄTTMÅTT 29

5.4.2 U TBREDNINGSMÅTT 29

5.5 P H 29

6 FÖRSÖKSSERIE 31

6.1 F ÖRFÖRSÖK I LABB 31

6.1.1 S YFTE 31

6.1.2 F ÖRSÖKSBESKRIVNING OCH RESULTAT 31

6.2 H UVUDFÖRSÖK I LABB 35

6.2.1 S YFTE 35

6.2.2 M ETOD 35

6.2.3 R ESULTAT 37

6.3 F ULLSKALEFÖRSÖK PÅ BETONGSTATION 38

6.3.1 S YFTE 38

6.3.2 M ETOD 38

6.3.3 R ESULTAT 38

6.4 F ULLSKALEFÖRSÖK PÅ ARBETSPLATS 38

6.4.1 B ESKRIVNING AV PROJEKTET U THAMRAHÖJDEN 38

6.4.2 S YFTE 38

6.4.3 M ETOD 39

6.4.4 R ESULTAT 40

7 UTVÄRDERING AV EKONOMISKA KONSEKVENSER 41

7.1 B ETONGKOSTNAD 41

7.1.1 R EFERENSPRISER 41

7.1.2 B ETONG MED HÖGT LUFTINNEHÅLL 41

7.1.3 K OSTNADSBERÄKNING 42

7.2 B ESPARING P . G . A . FÖRKORTAD TORKTID 42

7.2.1 J ÄMFÖRELSE AV UTTORKNINGSTID 42

7.2.2 F ÖRVÄNTADE BESPARINGAR PÅ BYGGARBETSPLATS . 43

7.3 V ÄDERSKYDD 43

7.3.1 S LUTSATS 45

8 SLUTSATSER OCH DISKUSSION 46

9.1 B ETONGRECEPT 48

9.2 B ETONGHANTERING 49

9.3 Ö VRIGT 49

9.4 C HECKLISTA FÖR EFFEKTIV ANVÄNDNING AV BETONG MED LUFTINBLANDNING 50 REFERENSER 51

BILAGOR 54

I. Sammanfattning

Sjuka hus har under de senaste decenniet varit ett hett debattämne och teorierna om orsakerna till problemet har varit ungefär lika många som antalet rapporterade fall. På senare tid har man dock börjat koncentrera sig på fuktens inverkan på problemet.

Vid småhusproduktion har under alla år valet av betong gjorts med utgångspunkt från

konstruktiva krav snarare än utifrån uttorkningskriterier. Men intresset för fuktproblematiken har dock medfört att man mer och mer börjat intressera sig för uttorkningsegenskaper vid val av betongsort. Kravet på betongen är att den, innan ytskiktet läggs, skall uppnå de för

ytskikten karakteristiska kritiska fukthalterna (RF

krit

), vilket för en platta på mark kan ta upp till 150-200 dagar.

För att uppfylla uttorkningskraven har man försökt påskynda uttorkningsförloppet, antingen genom yttre åtgärder (byggtorkar, värmeslingor o.s.v.) och/eller användande av

högpresterande betong (betong med ett vatten-bindemedeltal, vbt under 0.40). Problemen med dessa metoder har dock varit flera och ofta har därför inte åtgärderna givit de förbättringar som eftersökts.

För att angripa problemet på ett nytt sätt har G. Jonsson, LTH, genom labbförsök påvisat att det är möjligt att sänka vatten-cementtalet genom att öka lufthalten i betongen, från normala 1-5% till runt 10-15%, och därmed kringgå problemen, som uppstår med den högpresterande betongen, men samtidigt få de goda uttorkningsegenskaperna som lågt vct innebär.

Syftet med detta arbete har varit att utgå från de resultat, som G. Jonsson presenterat i sitt arbete och utifrån dessa undersöka möjligheterna att ta en sådan betong i produktion.

Slutresultatet skulle vara en betong av hållfasthetsklass minst K25, som på 20-25 dagar, kan uppnå en relativ fuktighet, RF på 85%.

Arbetet har bestått av tre delar: labbförsök och fullskaleförsök på betongfabriken, fältförsök på arbetsplats samt teoretiska studier och utvärderingar.

Labbförsöken visade att det var möjligt att uppnå mycket snabb uttorkning för betong med vbt lägre än 0.40. Vidare visade försöken att lufthalten, med hänsyn till hållfasthetskrav, bör vara ca 12% för en betong med vbt 0.37 resp. 10% för en betong med vbt 0.40. Däremot visade mätningar av alkalitet och hållfasthet inte någon större effekt av silicatillsats.

Fullskaleförsöken visade att det var möjligt att uppnå önskad lufthalt och konsistens vid normala blandningstider i fabriksblandaren. Vidare visade försöken att lufthalten i betongen kan ökas efter blandning genom rotation i betongbil.

Försöken på arbetsplats visade att de goda uttorkningsegenskaperna från labbförsöken även var överförbara till stor skala och i verkliga förhållanden. Dessutom tycks den snabba uttorkningen inte initialt påverkas av vattenhärdning.

Ser man till möjligheterna att sätta en betong med luftinblandning i produktion vid

småhusprojekt, tycks det, utgående från våra försök, inte föreligga några tekniska hinder. Vad

gäller de ekonomiska konsekvenserna, tycks betongkostnaden ligga i nivå med

II. English Summary

In the last few decades, health problems caused by our homes have been a frequently discussed topic and theories on the causes have been almost as many as the number of reported cases. Recently though, research has been more focused on damp and its role in the problem.

When producing houses, the building industry has traditionally always tended to choose concrete from a construction viewpoint, rather than looking at drying requirements. But the understanding of damp and its effects, has brought an increased interest in the desiccation qualities of the concrete. The demand on concrete is, that before applying a facing the concrete must fall to the critical dampness level associated with each facing. For a standard concrete this can take up to 100-150 days.

To fulfil the demands on desiccation, the building industry has tried to accelerate the drying course by outer measures (building fans, heating coils etc.) and/or the use of high

performance concrete (concrete with a water-cement ratio, W/C, lower then 0.40). These methods have created some problems though, and have therefore not given the improvement sought after.

To try a new approach to the problem G. Jonsson, Lund Institute of Technology, through experiments in the lab, has proven the possibility of lowering the water-cement ratio by increasing the air content in the concrete, from normal levels of 1-5% to about 10-15% and thereby avoiding the problems associated with high performance concrete but at the same time keeping the excellent desiccation qualities that a low W/C gives.

The aim of this thesis has been to take the results which G. Jonsson has presented in his masters thesis and from this examine the possibilities of producing this type of concrete. The goal was a concrete with a compressive strength of at least 25MPa, which in 20-25 days, was able to reach a relative humidity, RH of 85%.

This thesis has consisted of three parts: laborations and experiments in full scale in a concrete factory, field experiments on a construction site and theoretical studies and evaluations.

The lab experiments showed that it was possible to attain rapid drying for concrete with a W/B lower then 0.40. The experiments showed further that the air content from a constructive point of view should be approximately 12% for a concrete with W/B 0.40 and 10% for a concrete with W/B 0.37. Measurements of alkali and compressive strength on the other hand, showed no noticeable effect of silicate additives.

The experiments in full scale showed that it was possible to attain the air contents and consistency required in normal mixing times in the factory mixer. The experiments also showed that the air content of the concrete can be increased after mixing by rotation in a concrete truck.

Field experiments on a construction site showed that the excellent desiccation qualities shown

in the lab experiments also were applicable in larger scale and under actual conditions. In

addition it seems that the rapid drying is not affected by water hardening.

Looking at the possibilities of using concrete with air content when producing houses, there

seems, according to our experiments, to be no technical difficulties. When looking at the

economical consequences, it seems that the cost of the concrete is in level with that of a high

performance concrete. The gain associated with shorter drying times can therefore be assumed

to exceed the additional cost. However, the influence of climate on drying and thereby the

possibilities to economical gains, should not be underestimated. This means that demand on

drying always should be accompanied by demand on weather protection of the concrete from

concrete laying to rising of the frame.

III. Läsarhandledning

Detta är en rapport, som sammanfattar ett examensarbete vid Kungliga Tekniska Högskolans utbildning i Väg och vattenbyggnadsteknik, utfört på uppdrag av SKANSKA, Division Bostäder. Detta innebär att rapporten står med ena benet i den akademiska världen och med det andra i den kommersiella världen och Ni som läsare kommer även att ha skilda intressen, när Ni läser denna rapport.

För att underlätta inhämtandet av informationen som presenteras i följande kapitel har vi sammanställt följande läsarhandledning:

 För Er, med allmänt intresse av resultat från försöken, rekommenderas:

kapitel I-Sammanfattning, kap 1-Introduktion och kap 8-Slutsatser.

 För Er, med speciellt intresse av resultat från försöken, rekommenderas förutom ovanstående även kap 6-Försöksserie.

 För Er, med avsikten att fortsätta undersökningen av betong med hög luftinblandning, rekommenderas förutom ovanstående även kap 7-Utvärdering av ekonomiska

konsekvenser samt kap 9 Framtida rekommendationer.

 För Er, med ett allmänt intresse av betong och uttorkning, rekommenderas:

kap 3-Materialet betong och kap 4-Fuktteori.

 För Er, med ett intresse av försöksutförande och teorier bakom dessa, rekommenderas

förutom föregående, kap 5-Mätning av betongens egenskaper och kap 6-Försöksserie.

1 Introduktion

1.1 Bakgrund

Sjuka hus har under de senaste decenniet varit ett hett debattämne och teorierna om orsakerna till problemet har varit ungefär lika många som antalet rapporterade fall. Bl.a. har man

föreslagit att kaseinhaltigt flytspackel varit den största enskilda orsaken (Almqvist och Lindvall 1997).

På senare tid har det dock visat sig att problemen fortsatt, trots att kasein numera slutat att användas, varför man i stället börjat koncentrera sig på fuktens inverkan på problemet.

Vid småhusproduktion har man under alla år använt sig av konstruktionsbetong K25-K40, innebärande att valet av betong har gjorts med utgångspunkt från konstruktiva krav snarare än utifrån uttorkningskriterier. Intresset för kortare byggtid har dock medfört att man mer och mer börjat intressera sig för uttorkningsegenskaper vid val av betongtyp.

Kravet på betongen är att den, innan ytskiktet läggs, skall uppnå de för ytskikten

karakteristiska kritiska fukthalterna (RF

krit

), vilket normalt för en platta på mark kan ta 150- 200 dagar.

För att minska denna tid har man inom byggindustrin främst använt två metoder:

 Påskyndande av uttorkningsförlopp genom yttre åtgärder (byggtorkar, värmeslingor o.s.v.).

 Användande av högpresterande betong

(betong med ett vatten-cementtal, vct under 0.4).

Problemen med dessa metoder är flera. I det första fallet får man, om åtgärderna är utanpåliggande, problem med att plattan ej får beträdas, samt att dessa åtgärder generellt kräver kontinuerlig energiförsörjning. I det andra fallet har metoden inneburit en seg betong med hög konstruktiv funktion, men med en låg arbetbarhet. Vidare har högpresterande betong, p.g.a. sin höga cementhalt, en hög alkalitet, vilket inneburit nya problem i form av upplöst mattlim med illaluktande emissioner som följd. Slutligen innebär användandet av högpresterande betong en ökad risk för sprickbildning i plattan varför normalt sprickarmering krävs, vilket ger både arbetstekniska och ekonomiska nackdelar.

För att angripa problemet på ett nytt sätt har G. Jonsson, LTH genom labbförsök påvisat att

det är möjligt att sänka vatten-cementtalet genom att öka lufthalten i betongen, från normala

1-5% till runt 10-15%, och därmed kringgå problemen som uppstår med den högpresterande

betongen, men samtidigt få de goda uttorkningsegenskaperna som lågt vct innebär. Med

hänsyn till ovan förda resonemang vore denna lösning intressant att utveckla och försöka

utföra i stor skala.

1.2 Syfte

Examensarbetet syftar till att utifrån uttorkningskriterier, skapa en betong av hållfasthetsklass minst K25, som på kortast möjliga tid efter gjutning, kan uppnå en relativ fuktighet, RF på 85%. Utgångspunkten för examensarbetet är de resultat från labbmiljö som G. Jonsson presenterat i sitt examensarbete vid LTH och utifrån dessa skall möjligheterna att ta en sådan betong i produktion undersökas.

Detta innebär att hela processen, från betongkoncept via gjutning, till mattläggning skall studeras. Slutresultatet skall vara en platta på mark för småhus. Plattan skall ha följande tekniska specifikationer:

 Yta: 100 m

²

.

 Tjocklek: 100 mm.

 150-200 mm underliggande cellplastisolering.

 RF: max 85% efter 20-25 dygn.

 Golvbeläggning: Parkett eller våtrumsmatta.

Förutom de rent tekniska aspekterna, bör även en utredning av de ekonomiska och arbetsmiljömässiga aspekterna göras.

1.3 Metod

Vi har identifierat två delar av arbetet. Den ena är huvuduppgiften, d.v.s. den tekniska delen av uppgiften, att framställa och utprova en fungerande betongreceptur. Den andra är den mer organisatoriska delen av uppgiften, d.v.s. studier av kringarbetet vid gjutning på arbetsplatsen, samt utvärdera de ekonomiska konsekvenserna av betongrecepten.

Den tekniska delen av uppgiften har vi att angripit i två etapper. Den första etappen innebar teoretiska studier och arbete i labb, vilket resulterade i att 9 provplattor göts, varefter ett betongrecept valdes ut för att studeras närmare i ”fält”. Urvalskriterierna vid valet av betongrecept för fältgjutning var som följer:

 Uttorkningsegenskaper.

 Hållfasthet.

 Alkalitet.

 Kostnad.

 Arbetbarhet.

 Miljöaspekter.

Den andra etappen bestod av gjutning av två betongplattor på Uthamrahöjden, en arbetsplats i Skanskas regi. Denna etapp skulle visa om våra inledande tankar och labbtester var riktiga.

Under båda dessa etapper har vi kontinuerligt mätt ett antal av betongens materialparametrar.

Den organisatoriska delen av arbetet har vi angripit vartefter arbetet med den tekniska delen

fortskridit, d.v.s. framförallt under de tider då provkuber och dylikt härdat. Denna del av

2 Arbetsrutiner vid platsgjutning

För att kunna angripa problematiken kring platsgjutning av betongplattor och krav på uttorkning, inledde vi arbetet med att välja ut och studera ett referensprojekt. Studien av referensprojektet bestod av dels intervjuer och dels av insamling av data och handlingar från arbetet med korta torktider.

2.1 Beskrivning av gjutningsarbetet vid Tranan

Vid arbetet med projektet Tranan, ett bostadsområde med ca 74 småhus uppförda i Skanskas regi, har man under hela byggtiden arbetat med målsättningen att avkorta torktiden för betongplattorna. Detta har skett genom framförallt två metoder:

 Användande av speciella betongsorter resp. kombination av betongsorter.

 Aktivt skydd av plattan genom hela gjutprocessen.

Vid projektets början använde man en högpresterande betong av hållfasthetsklass K55 till hela plattan. Denna betong gav erforderlig uttorkningshastighet, men var för svårbearbetad.

Detta bl.a. då den beroende på sin höga hållfasthet krävde överkantsarmering för att reducera sprickbildning, vilket ytterligare försvårade gjutningsarbetet.

För att öka arbetbarheten försökte man tillsätta flyttillsatser i betongbilen precis innan utläggning, men beroende på betongens höga tillstyvnadshastighet var denna metods

effektivitet starkt tidsbegränsad. Dessa problem ledde till att man vid det fortsatta gjutarbetet övergick till en tvådelad platta, där voterna göts med K55 och själva plattan göts med vanlig K30.

För att skydda plattan från fuktkällor arbetade man under hela projektet med gjuttält. Dessa tält täckte hela plattan och stod kvar till dess att stomresning påbörjades. Förfarandet med tält innebar att man redan från dag 1 skapade förutsättningar för ett kontrollerat klimat.

2.2 Lärdomar från referensobjektet

2.2.1 Betongkonsistens

Efter samtal med betongarbetare, som arbetat med referensobjektet, framkom att K55-

betongen krävde mycket mer arbete vid utläggning än den vanliga K30-betongen. Detta trots

att båda betongerna hade samma sättmått. Av detta har vi dragit slutsatsen att man för att

avgöra en betongs användbarhet, förutom ett godkänt sättmått, också måste få åsikter från

erfarna betongarbetare. Vidare tycks effekten av flyttillsatser på arbetsplatsen ha begränsad

effekt på betong med låg vct, vilket innebär att betongkonsistensen helst skall vara acceptabel

utan denna tillsats på arbetsplatsen.

2.2.2 Tältgjutning

Gjutning av plattor med skydd av tält skapar som ovan nämnts möjligheten till ett kontrollerat klimat direkt efter gjutning. Detta innebär att uttorkningen av plattan kan gå betydligt fortare.

Men tältgjutning har även ett antal nackdelar:

 Hyrkostnader.

 Fler arbetsmoment.

Resning av tält, angörande av tält varje eftermiddag o.s.v.

 Behov av kran.

För att flytta tälten.

 Behov av avställningsytor.

Innebär att man på mindre byggarbetsplatser kan bli tvungen att hyra mark.

 Behov av flera tältdimensioner.

Beror på plattarean, men även på höjdbehov och dylikt.

Alla dessa faktorer ger kostnadsökningar. Den direkt ekonomiska vinsten med tältanvändning på kort sikt är alltså beroende av en mängd faktorer. Dock skall påpekas att på längre sikt kan en kvalitetshöjning av betongplattorna generera stora ekonomiska vinster.

Figur 2-1 Gjutningsarbete.

3 Materialet betong

3.1 Definitioner Hydratation

Med hydratation menas bildande av hydrat, innebärande fasta ämnen innehållande bundet vatten. I denna text avses cementets tillstyvnande vid vattentillsats, d.v.s. huvudsakligen omvandling från kalciumoxid (CaO) till kalciumhydroxid (Ca(OH)

2

).

Hydratationsgrad ()

Med hydratationsgrad avses kvoten mellan mängd hydratiserad cement (cement som reagerat med vatten) i en betongmassa och den ursprungliga mängden tillsatt cement.

Hydratationsgraden beräknas enligt formel (3-1):

) (

) ( kg d cementmäng Tillsatt

kg d cementmäng ad

Hydratiser

  (3-1)

För fullständig hydratation (=1) krävs normalt att vbt>0.39 och vct>0.40.

Figur 3-1 Cementpastans sammansättning, =1 (Czernin 1959).

Vatten-cementtal (vct)

Vct är kvoten mellan i betongen ingående vatten och cementmängd i kg, vilket beräknas enligt formel (3-2):

) (

) (

kg Cement

kg Vatten

vct  (3-2)

Anm. Vid beräkning av receptets vatteninnehåll måste hänsyn tagas till samtliga ingående materials fuktkvot.

Vct ger vid betongrecept utan tillsatser sambandet mellan hållfasthet, cementsort och cementmängd. D.v.s. vid en given cementsort och ett givet vct uppnås teoretiskt en viss bestämd hållfasthet.

Låga värden på vct ger:

 Hög hållfasthet.

 Hög alkalitet p.g.a. hög cementhalt.

 Svårbearbetad betong, som härdar snabbare.

 Litet avstånd mellan cementpartiklarna och därmed små och liten mängd kapillärporer.

 Korta torktider p.g.a. lågt vattenhalt och stor kemisk krympning.

Vatten-bindemedelstal (vbt)

Vid betongrecept där, förutom cement, även andra bindemedel ingår (t.ex. silicastoft), anges normalt vbt i stället för vct.

Vbt är kvoten mellan i betongen ingående vatten och bindemedelsmängd i kg, vilket beräknas enligt formel (3-3):

) ( )

(

kg bindemedel övriga

Cement

kg Vatten

vbt   (3-3)

K-värde

K-värde är ett mått på en betongs hållfasthet. Måttet anger betongens tryckhållfasthet i MPa

28 dagar efter gjutning. Den statistiska behandlingen av mätresultaten gör att den hållfasthet,

som måste erhållas för varje enskilt prov för att uppnå ett visst K-värde varierar med antalet

mätta provkroppar. Generellt kan dock sägas att ju fler provkroppar som testas för ett visst

recept desto lägre är kraven på varje enskilt prov.

3.2 Betong

Betong är ett kemiskt sammansatt material som består av:

 Bindemedel.

 Vatten.

 Grus.

 Sten.

 Tillsatser.

Bindemedlet och vattnet tillsammans benämns cementpasta, vilket är det ”lim” som binder samman grus och stenkorn till en homogen massa. Sten och grus i olika fraktioner benämns ballast, vilken har som uppgift att ge betongen önskad hållfasthet, beständighet och

arbetbarhet.

3.2.1 Bindemedel

Vid betongframställning används framförallt cement som bindemedel, men för att uppnå vissa önskade egenskaper hos den färdiga betongen ersätts ibland en viss del av cementen med andra bindemedel, t.ex. silica. Cement och övriga bindemedel som härdar genom reaktion med vatten benämns hydraliska bindemedel, medan silica och övriga bindemedel

innehållande reaktionsbenägen kiselsyra benämns puzzolaner.

Cement

Det vanligast förekommande cementet i Sverige är Portlandcement, vilket fått sitt namn av att den färdighärdade cementstenen bär stora likheter med en naturlig stensort, som finns på ön Portland utanför England.

Framställning av cement

Utgångsprodukterna vid framställning av Portlandcement är:

 Kalksten (CaCO

3

).

 Mjäla (SiO

2

).

 Ler ( ^Al

²

^O

³

^{ 2SiO}

²

^{ 2H}

²

^O samt ^Al

2

^O

3

 ^4SiO

2

 ^H

2

^O ).

Dessa material blandas och får härda vid en temperatur av ca 1450

^o

C, varvid s k cementklinker uppstår.

De i cementklinkern ingående mineralfaserna kan ses i tabell 3-1.

Tabell 3-1 Mineralfaser

Klinkermineral Formel Kortbeteckning Andel i mass%

Trikalciumsilicat Dikalciumsilicat Trikalciumalumnat Kalciumalumnatferrit

SiO

2

3CaO  SiO

2

2CaO 

3 2 2

Fe O Al 4CaO 

3 2

O Al 3CaO 

C

3

S C

2

S C

3

A C

4

AF

63 16 11 8

Anm. Utöver ovanstående mineraler ingår även bl.a. fria CaO och MgO.

För att fördröja cementklinkerns tillstyvnad tillsätts mellan 1-3.5% viktprocent malt gips (CaSO

4

).

Cementets härdande vid vattentillsats

När vatten tillsätts till cementklinkern, kommer fria CaO och MgO att hydrolyseras, varför cementlimmet blir starkt basiskt.

Cementklinkerns hydratation kan indelas i två faser, silicatfasen (huvudfasen) och

aluminatfasen (Franke 1997). Silicatfasen inleds ca fyra timmar efter det att vatten tillsatts och innebär omvandling av trikalciumsilicat (alit) och dikalciumsilicat (belit) till

trikalciumsilicathydrat (tobermorit). Denna är huvudbeståndsdelen av hydratiserad Portlandcement. Reaktionerna sker enligt reaktionsformlerna:

) (

Ca(OH) O

3H 2SiO 3CaO

O 4H S 2C

) (

3Ca(OH) O

3H 2SiO 3CaO

O 6H S 2C

2 2

2 2

2

2 2

2 2

3

tobermorit tobermorit





















Anm. Tobermolit benämns ibland även CSH eller CSH-gel.

Aluminatfasen inleds direkt efter vattentillsats och sker i två steg. Första steget innebär att det tillsatta gipset reagerar med trikalciumalumnat och kalciumalumnatferrit och bildar ettringit och trisulfat. Detta sker enligt reaktionsformlerna:

) (

O 32H 3CaSO

AF C O 32H 3CaSO

AF C

) (

O 32H 3CaSO

A C O 32H 3CaSO

A C

2 4

4 2

4 4

2 4

3 2

4 3

trisulfat ettringit





















När gipset förbrukats, reagerar de kvarvarande C

3

A- och C

3

AF- andelarna dels med ettringit och trisulfat och bildar monosulfat, och dels med kalciumhydroxid. Detta sker enligt

reaktionsformlerna:

) (

O 12H CaSO AF

C AF 2C Trisulfat

) (

O 12H CaSO A

C A 2C Ettringit

2 4

4 4

2 4

3 3

monosulfat monosulfat

















AF]

C O][

13H O

Fe 4CaO O

13H O

Al [4CaO O

H 4Ca(OH) AF

C

O 19H O

Al 4CaO O

H Ca(OH)

A C

2 2 3

2 2

3 2 2

2 4

2 3

2 2

2 3

























 x

Det beskrivna hydratationsförloppet kan även illustreras grafiskt enligt figur 3-2.

Figur 3-2 Hydratationsförlopp (Betonghandboken 1994).

Silica

Silica är ett kiseloxidrikt finkornigt pulver som fås som avfallsprodukt vid bl.a. aluminium och kiselutvinning. Silicastoft har ett lågt kalkinnehåll och reagerar därför inte med enbart vatten. Blandas däremot silica med cement och vatten skapar cementreaktionen

kalciumhydroxid. Vid denna reaktion binds silican till kalciumoxiden och bildar ett gel, som påminner om cementgelen. Detta sker enligt F. Björk genom reaktionsformeln:

2 2

2 2

2

S 4H O 3CaO 2SiO 3H O Ca(OH)

2C     

När halten silica i den färska betongen ökar, eller mer exakt när betongens C

2

S-halt ökar, ändras proportionerna mellan C

2

S och C

3

S i betongmassan. Denna proportionsförändring innebär två saker, dels att mindre kalciumhydroxid (Ca(OH)

2

) bildas vid omvandling till tombermorit och dels att mer tombermorit utvinns ur samma mängd kalciumoxid (CaO) (se reaktionsformler sidan 7). Effekten av den minskade mängden Ca(OH)

2

är att halten

hydroxidjoner minskar och med den alkaliteten, medan den ökade mängden tombermorit innebär en hållfasthetsökning. Hållfasthetsökningen till följd av silicareaktionen är i storleksordningen 3 ggr, d.v.s. om samma hållfasthet eftersträvas kan teoretiskt sett

cementmängden i ett recept innehållande silica minskas med 3 gånger mängden tillsatt silica.

Detta är en positiv effekt om höga hållfastheter eftersträvas, men vid småhusproduktion, där betongens hållfasthet är av underordnad betydelse, kan detta vara ett problem.

Hållfasthetsutvecklingen är dock starkt temperaturberoende (silican är i princip oreaktiv under 5

^o

C).

Silicastoftets finhet ger ett antal effekter på den färdiga betongen. För det första så innebär finheten att den är väldigt reaktionsbenägen och därmed kan medföra kortare härdnings- och torktider. Men denna effekt vidhålls endast så länge det finns tillräckligt god tillgång på hydroxidjoner, vilket innebär uttorkning ner till RF 90%, dessutom ger den snabba

härdningen ökad risk för ytsprickor. Vidare ger finheten en fillereffekt, vilket ger en betong med bättre konsistens och stabilitet, d.v.s. minskad risk för separation. Dock innebär även denna finhet att partiklarna har en tendens att klumpa ihop sig, varför tillsats av silica ofta även kräver tillsats av flytillsatser.

Effekterna av silicatillsats vid betongtillverkning kan alltså sammanfattas som:

 Betongens konsistens och stabilitet förbättras.

 Alkaliteten sänks.

 Uttorkningen av betongen påskyndas.

 Hållfastheten ökar.

3.2.2 Vatten

Vatten som kan drickas är lämpligt att använda som blandningsvatten vid betongtillverkning.

Saknas tillgång till rent vatten måste det tillgängliga vattnet analyseras före användning.

3.2.3 Ballast

Ballast är bergartsmaterial såsom sand, grus och singel. Materialet kan vara antingen

naturgrus (singel) vilket har en rundare kornform, eller krossat material (makadam) med en

kantigare kornform. Ballastmaterialet indelas i fyra klasser beroende på partiklarnas största

och minsta kornfraktion, indelningen kan ses i tabell 3-2.

Tabell 3-2 Kornfraktioner Benämning Minsta korn

(mm) Största korn (mm)

Filler 0 0.125

Sand 0 4

Fingrus 0 8

Sten 4 >32

Ballastens kornform, kornstorlek och kornfördelning påverkar den färdiga betongen på en mängd sätt, t.ex. ger rundkornigt ballastmaterial lägre vattenbehov än krossmaterial (Carlsson och Tuutti 1991) och ett finkornigt ballastmaterial en bättre arbetbarhet än ett grovkornigt.

Vidare påverkar även ballastvalet betongens hållfasthet och förmåga att uppnå en hög och stabil lufthalt.

För att uppnå maximal lufthalt har sandfraktionen och mängden sand inverkan. Den sandfraktion som är bäst med hänsyn till förmågan att hålla kvar luftbubblor är sand av storleken <0.6 mm respektive <0.15 mm, detta då sandkornens inbördes avstånd

sammanfaller med luftbubblornas storlek 33-130 m (Jonsson 1997). Detta innebär att man genom att öka andelen sand, upp till en viss gräns, kan få mer luftinnehåll i betongen. Den sandhalt som är mest gynnsam är beroende på lufthalt och vct enligt tabell 3-3.

Tabell 3-3 Gynnsam sandhalt (Jonsson 1997)

Vct Luft Sand

0.5 2-5% 75-110 kg/m

³

0.4 7-25% 70-100 kg/m

³

0.37 7-20% 35-45 kg/m

³

3.2.4 Betongtillsatsmedel Luftporbildande medel

Betong liksom alla ickemetalliska byggnadsmaterial innehåller porer. Dessa kan indelas i fyra grupper beroende på form och storlek (Franke 1997):

 Kapillärporer.

 Öppna/slutna porer.

 Luftporer.

 Gelporer.

Ett materials egenskaper och användningsområden påverkas starkt av mängden porer och

deras storlek. Med ökande porositet försämras t.ex. egenskaper som hållfasthet och

värmeledningsförmåga.

En normal betong brukar innehålla ca 1.5% luft, med detta avses att volymen av luften innestängd i luftporerna motsvarar 1.5% av betongens totalvolym. Luftporer är klotformiga stängda porer med en diameter på 25-250 m. Om en specifik egenskap kopplad till

betongens porositet önskas, är mängden luftporer den parameter, som enklast kan varieras.

För att öka mängden luftporer i betongen tillsätter man normalt ett luftporbildande medel.

Detta är en ytaktiv kemikalie av antingen naturlig eller syntetisk härkomst, som tillsätts i blandningsvattnet.

Exempel på luftporbildande tillsatsmedel är:

 Vinsol Resin.

Vinsolhartsbaserat medel utvunnet från kåda.

 Tensider.

Kemisk framställt medel av syntetisk härkomst.

 Talloljor.

En biprodukt från pappersmassaindustrin som består till hälften av fettsyror och till hälften av rosinsyror.

Luftporbildares principiella funktion

I motsats till vad namnet antyder skapar luftporbildaren i sig inga luftporer, dessa skapas av blandarens rörelser vid omblandningen av betongen. Luftporbildaren stabiliserar bara de bildade luftbubblorna och hindrar därmed luften från att lämna betongen.

En luftporbildare består av molekyler, som är ytaktiva i gränsskiktet mellan vatten och luft.

En sådan molekyl får sin ytaktiva effekt genom att den består av två delar med sinsemellan olika egenskaper, en hydrofil del (vattenvänlig) och en hydrofob del (vattenovänlig). Detta innebär att den hydrofila delen ständigt strävar efter att befinna sig i vatten medan den hydrofoba delen strävar efter att befinna sig i luft. När blandarens rörelser skapar luftporer, orienterar luftporbildarens molekyler alltså sig så att den hydrofoba delen befinner sig inne i luftbubblan och den hydrofila delen utanför. Effekten av detta är att molekylerna stabiliserar luftporen och förhindrar denna från att lämna betongmassan. Beroende på molekylens orientering bestäms luftporernas storlek av storleken på den hydrofoba molekyldeldelen, varför luftporbildare med olika molekylär uppbyggnad ger något olika luftpordimensioner (Olsson). Molekylernas orientering och luftporens uppbyggnad kan ses i figur 3-3.

Figur 3-3 Luftporers uppbyggnad och orientering av LP-molekyler (Betonghandboken 1994).

Effekten av luftporbildartillsats beror på en mängd faktorer och faktorerna samspelar

dessutom sinsemellan, varför det kan vara svårt att på förhand bedöma vilken dosering som

krävs för att uppnå en bestämd lufthalt på ett oprövat recept.

De viktigaste faktorerna som påverkar en luftporbildares effektivitet kan dock sägas vara (Johansson 1988):

 Dosering av luftporbildaren.

För hög eller för låg dosering medför minskad lufthalt.

 Cementsort.

Kemisk sammansättning och cementkornstorlek påverkar båda lufthalten.

 Ballaststruktur.

Kornfraktion och mängd av respektive fraktion påverkar båda lufthalten.

 Konsistens hos betongmassan.

För lös eller för trög konsistens medför minskad lufthalt.

 Blandartyp, fyllnadsgrad i blandaren, blandningsordning och blandningstid.

Samtliga dessa faktorer måste beaktas om en hög lufthalt skall uppnås.

 Temperatur.

Lägre betongtemperatur ger högre lufthalter vid konstant dosering.

Om samtliga ovanstående faktorer optimeras, innebär detta att man kan skapa en betong med en hög lufthalt direkt efter blandning. Denna lufthalt har dock tyvärr egentligen endast akademiskt värde då den lufthalt som eftersöks är den lufthalt betongen har efter utläggning.

Skälet till att dessa lufthalter kommer att vara olika höga, är att betongen, på sin väg från blandaren till gjutning, påverkas av ett antal faktorer som medför lufthaltsförluster. Dessa förluster kan indelas i fyra grupper (Johansson 1988):

 Transportförluster.

 Byggplatshanteringsförluster (t.ex. användande av pump).

 Vibreringsförluster.

 Förlust med tiden.

Detta innebär att lufthalten direkt efter blandning måste ligga högre än beställd lufthalt.

Tabell 3-4 redovisar ett beräkningsexempel med hänsyn till olika typer av förluster.

Tabell 3-4 Beräkningsexempel lufthaltsförluster Beställd

lufthalt

Transport- Förluster

Hanterings- Förluster

Säkerhets- Marginal

Lufthalt efter Blandning

12% 10%

=>0.1*12

=1.2%

10%

=>0.1*12

=1.2%

5%

=>0.05*12

=0.6%

12%+3.0%

=15.0%

Anm. Förlusternas storlek baseras på utförda försök inom ramen för detta arbete.

Effekt av luftporbildartillsats på betongen

Inblandning av luftporbildande medel och därmed en ökning av betongens lufthalt medför vissa komplikationer. För det första en hållfasthetsminskning, som teoretiskt kan antas motsvara en tillsats av 10 l vatten per 1% ökning av luftporer (Franke 1997). Denna är dock beroende på luftporbildartyp, för våra försök se bilaga 7.1. Vidare ger lufthaltsökningen betongen ett minskat vattenbehov. Detta beror på att luftporerna fungerar som ett slags smörjmedel och därmed ger en smidigare betongmassa. Behovsminskningen kan vid normala tillsatser av LP-medel (1.5–6 volymprocent luft) antas vara ca 1-4% per procent ökning av luftporer (Betonghandboken kap 5, 1994). För högre lufthalter kan dock behovsminskningen förväntas avtaga något. För framtagande av teoretiska värden på vattenbehovsminskningen för lufthalter upp till 20%, har vi, baserat på tidigare utförda tester (Jonsson 1997, Johansson 1988) skapat kurvor, som beskriver behovsminskningen som funktion av lufthalten se bilaga 6.1. Baserat på dessa kurvor har vi vid våra betongrecept räknat med en

vattenbehovsminskning på mellan 15 och 30 l per kubikmeter betong.

Vattenbehovsminskningen för respektive vct redovisas i tabell 3-5.

Tabell 3-5 Vatteninsparing vid olika vct

Volymprocent luft Vct: Vattenbehovsminskning:

~12 0.37 15 l / m

³

~12 0.40 25 l / m

³

~12 0.45 30 l / m

³

Slutligen kan en ökad lufthalt innebära både ett snabbare uttorkningsförlopp (Penttala och Wirtanen 1997) och att mindre vatten tas upp i betongen efter gjutning (Jonsson 1997).

Fig 3-4 Tillsatsmedel skall tillsättas i små doser! (Carlsson och Tuutti 1991).

Sammanfattningsvis kan sägas att ökad lufthalt innebär:

 Minskad risk för vattenseparation.

 Ökad arbetbarhet.

 Minskad hållfasthet.

 Minskat vattenbehov.

 Ökad frostbeständighet.

 Minskad vattenupptagningsförmåga.

Flyttillsatser

En flyttillsats är en vätska som tillsätts till blandningsvattnet eller direkt i betongbilen på arbetsplatsen. Tillsatsen har en ytaktiv effekt och skapar en friktionsdämpning mellan cementkornen, vidare medverkar den till en dispengering av kornen.

Tillsats av flytmedel av någon form i ett betongrecept kan principiellt göras av tre skäl (Ramachandran 1995):

 För att öka betongens hållfasthet.

Flyttillsatsen används som vattenreducerare vid konstant cementmängd, vilket innebär sänkt vct och därmed högre hållfasthet vid samma konsistens.

 För att spara cement.

Flyttillsatsen används som vattenreducerare vid konstant vct, vilket innebär minskat cementbehov vid konstant konsistens.

 För att öka betongens arbetbarhet.

Flyttillsatsen används som flytmedel vid konstant vct, vilket innebär lösare konsistens vid konstant hållfasthet.

Exempel på flyttillsatser är:

 Melaminhartser.

 Naftalenhartser.

 Lignosulfonat.

 Polykarboxylateter (Glennium 51).

En flyttillsats principiella funktion

Vid transport och lagring av Portlandcement har cementpartiklarna, beroende på bl.a.

partiklarnas laddning, en tendens att klumpa ihop sig och bilda agglomerat (ej vattenlöslig partikelsamling), se figur 3-5b. Vid tillsats av enbart vatten kommer därför inte

cementpartiklarna att fullständigt dispergeras, d.v.s. då vattnet, beroende på ytspänningen,

inte kan tränga in i agglomeraten, kommer cementpartiklarna inte att vara helt jämnt utspridda

i blandningen.

Vid tillsats av ett flytmedel i blandningsvattnet kommer dennas molekyler att vandra mot cementkornens yta och väta denna. Detta leder till att ytspänningen sänks och vattnet ges möjlighet att penetrera agglomeraten. Effekten av detta är dubbel, dels fördelas cementkornen jämnare i blandningen och dels ökar cementens hydratationsgrad, eftersom en större mängd cement kommer i kontakt med vattnet. När flyttillsatsens molekyler dras till cementkornens yta, resulterar det förutom ovanstående även i att den ökar cementkornens negativa laddning.

Detta sker genom att flyttillsatsens molekyler, som är dipoler, absorberas av cementkornsytan och därmed beroende på ytans laddning antingen förstärker eller skapar en negativt laddad cementkornsyta. Detta leder till att cementkornen sinsemellan kommer att ha samma laddning och därmed repellera varandra, vilket innebär att dessa inte kommer tillräckligt nära varandra för att åter kunna agglomerera, se figur 3-5a.

Om cementet inte bildat agglomerat innan blandning, kan detta inträffa vid vattentillsats, vilket resulterar i att agglomeraten innesluter vattenmolekyler. Dessa vattenmolekyler kommer därmed inte att ge någon smörjande effekt. Tillsats av ett flytmedel efter blandning, t.ex. på arbetsplats, medför att partiklarna dispergeras, vilket leder till att färre

vattenmolekyler stängs inne och betongmassans smidighet därmed ökar.

Den konsistensförbättring, som uppnås med flyttillsats, är dock tidsbegränsad. Detta beror på att vid betongens hydratation frigörs en mängd metalljoner, vilka binds till flyttillsatsens joner och därmed stegvis neutraliserar den negativa laddningen hos cementkornen. I och med detta försvinner den repellerande kraften mellan cementkornen och betongen styvnar.

Figur 3-5 Repulsion (a) och agglomeratbildning (b) (Betonghandboken 1994).

Luftporbildare i kombination med flyttillsats

Då de flesta flyttillsatser liksom luftporbildare består av ytaktiva molekyler, har de till viss del en luftporbildande effekt. Denna effekt är vid de flesta tillfällen inte helt önskvärd, då

luftporer i betongmassan, som tidigare nämnts, minskar hållfastheten och flyttillsatser

exempelvis har stor användning vid arbete med högpresterande betong. För att minska

flyttillsatsens luftporbildande förmåga innehåller därför dessa ofta en skumdämpare. Detta är

en tillsats som har till funktion att bryta ned bildade luftbubblor som den kommer i kontakt

med. Resultatet av tillsats av både luftporbildare och flyttillsats blir därmed att luftporer som

bildats och som kommer i kontakt med skumdämparen stiger uppåt och lämnar betongmassan

vid tillförsel av rörelseenergi i form av exempelvis vibrering. Detta innebär att en betong med

hög lufthalt och tillsats av flytmedel är särskilt känslig vid hantering och utläggning.

3.3 Sprickbildning i betongplattor på mark

Sprickor i betongkonstruktioner är något naturligt och oundvikligt. Dessa sprickor

uppkommer beroende på att den aktuella töjningen överskrider gränstöjningen. Orsaken till detta kan vara yttre påverkan eller finnas hos betongen själv.

Sprickor kan indelas i grupper baserat på antingen form (ytsprickor, genomgående sprickor o.s.v.) eller uppkomstanledning (böjsprickor, skjuvsprickor o.s.v.). Beroende på

konstruktionstyp ställs olika krav på sprickförekomst och därmed krav på förebyggande åtgärder, såsom sprickarmering. Vid dimensionering av platta på mark för småhus är sprickkraven oftast kopplade till kraven på en tät platta. Detta bl.a. för att förhindra att fukt eller radon tränger upp i konstruktionen, om plattan står på radonrik mark. Vidare utsätts inte plattan för några större laster, varför sprickbildningen uteslutande härhör från egenspänningar hos betongen. Detta innebär att behovet av sprickarmering och därmed den kostnadsökning som detta medför är direkt kopplad till betongens egenspänningar. De faktorer som påverkar egenspänningarna i betongen är i princip följande:

 Betongens krympning.

Stor krympning medför ökad sprickrisk.

 Betongens och omgivningens temperatur.

Stor värmeutveckling vid härdning samt stor temperaturskillnad mellan betongyta och omgivning medför ökad sprickrisk.

Båda dessa faktorer påverkas av betongens cementhalt, d.v.s. en hög cementhalt medför både större krympning och större värmeutveckling vid härdandet.

Ur ekonomiskt perspektiv innebär detta alltså att en betongplatta skall ha låg sprickrisk genom en låg cementhalt så att kostnaden för sprickarmering och cement kan minimeras

3.4 Nedbrytning av golvmaterial på betong

I ett vanligt småhus förekommer ofta flera typer av golvmaterial, parkett i vardagsrum, klinker i hallen, PVC-matta i tvättstugan o.s.v. Gemensamt för dessa material är att de i större eller mindre omfattning påverkas av underlagets beskaffenhet. Detta gäller i synnerhet PVC- mattan, då denna limmas direkt mot underlaget.

Vid läggning av PVC-matta används golvlim för att fästa mattan. Om golvlimmet utsätts för en aggressiv miljö, exempelvis en alltför fuktig eller kraftigt alkalisk betongplatta, bryts detta ned. Nedbrytningsprocessen kallas alkalisk hydrolys, vilket innebär att alkalikänsligt material reagerar med vatten i alkalisk miljö. För att nedbrytningen skall inledas måste det alltså finnas tillgång på både alkalisk fukt (vatten från lim och betong samt hydroxidjoner från betongen) och alkalikänsligt material (akrylatsampolymerer från limmet).

Reaktionsprodukterna från nedbrytningen är flyktiga ämnen såsom alkoholer och aldehyder,

som dels emitteras direkt till inomhusluften och dels tränger ned i betongen. Detta innebär att

dessa ämnen kan avgå från betongytan till inomhusluften även efter det att mattan avlägsnats

Nedbrytningsprodukternas hälsoeffekter på människor är alla ungefär desamma, oavsett vilken nedbrytningsprodukt som studeras. Dessa kan sammanfattas som:

 Hudirritationer.

 Ögonirritationer.

 Irritationseffekter på luftrör.

 Irritationseffekter på slemhinnor.

Dock har olika människor olika känslighet för de olika ämnena, varför redan en låg koncentration av ett ämne kan innebära stora obehag för vissa.

Problemen med träprodukter, exempelvis parkettgolv eller uppreglade konstruktioner, i kontakt med betong består i att en hög fuktighet i kombination med normal

inomhustemperatur är ideala förhållanden för mögeltillväxt.

Sammanfattningsvis kan alltså sägas att risk för nedbrytning av golvmaterial i kontakt med betong föreligger om:

 Betongens relativa fuktighet är för hög (RF>RF

krit

).

 Betongens alkalitet är för hög (pH>11)

¹

. 3.5 Betong, emissioner, hälsa och miljö

3.5.1 Emissioner

Under senaste decenniet har man i många sammanhang börjat tala om byggnadsmaterials påverkan på omgivningen i allmänhet och påverkan på människor i synnerhet. Detta har lett till ett ökat intresse för flera av byggnadsmaterialens kemiska och fysikaliska egenskaper, bland annat risken för emissioner från materialen.

Med begreppet emissioner avses ett materials ”avgasning” av olika ämnen, exempelvis formaldehyd, till omgivningsluften. Betong utan tillsatsmedel består som tidigare nämnts av vatten, bindemedel och ballast. Dessa material avger var för sig inga skadliga emissioner.

Dock kan material i kontakt med betongen vara en olycklig kombination, som leder till att

skadliga ämnen avges (se kap 3.4). Tillsätter man däremot tillsatsmedel såsom luftporbildare

och flyttillsatser, kan detta innebära att skadliga ämnen emitteras. Detta sker dock under en

kortare period direkt efter gjutning och efter ca en månad har halterna av skadliga ämnen, som

avges avklingat till knappt mätbara mängder (SACA 1999).

Tabell 3-6 anger exempel på halten formaldehyd i olika miljöer samt uppmätt emitterad mängd från betong (Wengholt och Jonsson 1995, SACA 1999).

Tabell 3-6 Formaldehydhalt i olika miljöer

Miljö Formaldehydhalt

(g/m

³

luft)

Havsluft 6

Stadsluft 19-67

Cigarettrök 48000

Nygjuten betong (med tillsatsmedel) 6

Härdad betong ~0

Anm. 1. Svenska nivågränsvärdet anges till 600 g/m

³

luft, känsliga personer har dock reagerat på halter ner till 13 g/m

³

.

Anm. 2. Värdet på emitterad halt från härdad betong skall utläsas som icke mätbar.

Det kan alltså konstateras att hälsoeffekterna av emissioner från betong bör betecknas som mycket ringa.

3.5.2 Hälsa och arbetsmiljö

Cement och andra mineraliska bindemedel är alla kraftigt alkaliska. Detta innebär att arbete med färsk betong kan resultera i hudirritationer. Vidare innehåller cement vattenlösliga föreningar av s k sexvärt krom, vilket kan resultera i kromeksem vid hudexponering.

Vad gäller flyttillsatser och luftporbildare kan dessa ge upphov till irritationer och allergier.

Dock innebär användandet av dessa tillsatser att betongens arbetbarhet ökar, vilket innebär att

gjutnings- och vibreringsarbetet underlättas och därmed minskar risken för skador kopplade

till detta.

4 Fuktteori

4.1 Definitioner Relativ Fuktighet

Relativ fuktighet (RF) anger kvoten mellan aktuell ånghalt och mättnadsånghalten i procent, d.v.s. hur stor mängd fukt innehåller luften i förhållande till vad den maximalt skulle kunna ta upp. RF beräknas enligt formel (4-1):

100

(%)  

ghalt Mättnadsån

ånghalt Aktuell

RF (4-1)

4.2 Fukt i material

Fukt är definitionsmässigt vatten i de olika aggregationstillstånden fast, flytande och gasform.

Detta innebär att fukt uppträder överallt, i luft, i byggnadsmaterial och i marken och endast är delar av vattnets naturliga kretslopp och inte i sig är något skadligt. Problemen uppstår när fukt uppträder i för stora mängder på fel ställen.

Vatten kan bindas mer eller mindre fast till olika byggnadsmaterial. Från byggnadsteknisk synpunkt kan vatten i material förekomma antingen som kemiskt eller fysikaliskt bundet vatten. Kemiskt bundet vatten är så fast bundet att det inte behöver tas in i begreppet fukt. Det vatten som normalt kan betecknas som fukt är det fysikaliskt bundna vattnet. Från praktisk synpunkt är begreppet förångningsbart vatten mera användbart. Med detta avses det vatten som förångas vid en bestämd temperatur, vanligen 105 C. Det råder alltid något slags balans mellan fukttillståndet inne i materialets porsystem och tillståndet i omgivningen. Materialets förhållande till omgivningen kan motsvara något av följande tre fall (Nevander och Elmarsson 1994):

 Materialet upptar fukt från omgivningen, materialets fukthalt är lägre än omgivningens, vilket kallas uppfuktning eller absorption.

 Materialet avger vatten till omgivningen, materialets fukthalt är högre än omgivningens, vilket kallas uttorkning eller desorption.

 Materialet kan befinna sig i jämvikt med omgivningen, man kan tala om dynamisk

jämvikt.

Med hjälp av cementhalt, hydratationsgrad och vct kan sorptionsisotermen beräknas.

Sorptionisotermens utseende beror på om materialet har nått sitt tillstånd genom uppfuktning eller uttorkning. Där desorptionisotermen alltid ligger över absortionsisotermen, se figur 4-1, vilket medför att uttorkning sker långsammare än uppfuktning av betong.

Figur 4-1 Sorptionsisotermer (Elmarsson och Nevander 1994).

Omgivningen kring ett material har givetvis en avgörande betydelse för hur snabbt och hur mycket vatten, som upptas eller avges. När material är i kontakt med fuktig luft är det materialets hygroskopiska egenskaper som är bestämmande, d.v.s. det är två fenomen, adsorption och kapillärkondensation, som gör att material tar upp vattenmolekyler direkt från fuktig luft. Då den relativa fuktigheten är låg är det huvudsakligen adsorption som verkar, medan kapillärkondensation blir dominerande vid högre relativa fuktigheter. När material är i kontakt med fritt vatten är det den kapillärsugande förmågan eller permeabiliteten som är avgörande.

I praktiken bör det vara så att den relativa fuktigheten i materialets porer inte överstiger ca 98% då materialet endast är i kontakt med fuktig luft under konstanta temperaturförhållande.

För att intervallet 98-100% skall uppnås måste antingen materialet stå i direkt kontakt med fritt vatten eller vattnet kondensera i materialet till följd av temperaturskillnader. Fukten kan i så fall anses uppträdda i vätskefas i materialet.

4.2.1 Fukt i betong

Fuktförhållandena i betong har avgörande inverkan på materialet i sig och på materialets beteende i olika miljöer. De material som kombineras med betong påverkas ofta av betongens fukt. Det är följaktligen av stor vikt att kunna förutsäga vilka fukttillstånd som kommer att uppstå i ett praktiskt fall, man kan referera till en s k kritisk fuktnivå.

Med kritisk fuktnivå avses den fuktnivå som ett material i kontakt med en betongyta maximalt

kan utsättas för utan risk att skadas. Detta innebär att fuktigheten hos en betongyta, som skall

beläggas med ett ytskikt, inte får överstiga ytskiktets kritiska fukthalt.

Exempel på kritiska fukthalter ges i tabell 4-1.

Tabell 4-1 Kritiska fukttillstånd för några byggnadsmaterial (Hedenblad 1995)

Material RF

krit

Trä och träbaserade material 80%

Organiska föreningar

(sågspån och dyl. kvarlämnat på plattan) 80%

Plastmatta med baksida som kan utgöra näring för mykologisk tillväxt

80%

Limmade golvbeläggningar:

 Långvarig fuktbelastning (> 6 månader)

 Kortvarig fuktbelastning (< 6 månader)

90%, skiktade beläggningar 85%, homogena beläggningar 95%, skiktade beläggningar 90%, homogena beläggningar Korkplattor:

 Utan plastskikt på undersidan

 Med plastskikt på undersidan

80%

85%

Anm. 1. För att uppnå önskad säkerhet mot ytskiktsskador bör värden ur ovanstående tabell minskas med en säkerhetsmarginal på 5-10% (AMA-nytt Mark Hus 2/90).

Anm. 2. Tabellvärdena är framtagna för konventionell betong (vct 0.5-0.8). Används betong med ett lägre vct, kan de kritiska fuktnivåerna bli lägre.

I normal betong binds en del av blandningsvattnet kemiskt vid cementets hydratisering.

Övrigt vatten, fysikaliskt bundet och byggfukt, måste torka ut. Byggfukt kan definieras som den mängd vatten som måste avges för att materialet skall komma i fuktjämvikt med sin omgivning.

Platsgjuten betong får en begynnelsefukthalt som bestäms av betongkvalitet, hydratationsgrad och fukttillförsel i samband med härdning. Figur 4-2 visar att mängden byggfukt minskar med högre betongkvalitet. S k högpresterande betong har så lågt vct att allt vatten kan bindas kemiskt så att den blir ”självtorkande”, d.v.s. ingen byggfukt behöver torkas ut.

Figur 4-2 Begynnelsefukthalter (Elmarsson och Nevander 1994).

Även för fuktaspekter är vct den parameter som bäst karakteriserar en betong. Porerna i betong är tämligen små, vilket medför att kapillärsugning och ångdiffusion sker ganska långsamt. Porstorleken medför också att fukthalten inom det hygroskopiska området är förhållandevis hög, vilket medför att vid RF 100% kan man räkna med att alla porer i betongen, utom luftporer, är vattenfyllda.

4.3 Uttorkning allmänt

Man kan säga att med uttorkning avses den avgivning av fukt som måste ske för att ett material ska komma i jämvikt med sin omgivning, där jämvikten kan ändras t.ex. med årsperiodiska variationer. Inom småhusområdet handlar det mest om att gå från ett högt fukttillstånd till, med hänsyn till skaderisker, tillräckligt lågt fukttillstånd.

Uttorkningsförloppet delas in i tre skeden (Nevander och Elmarsson 1994):

 Under det första skedet är ytan fuktig och avdunstningen kan ske som från fri vätskeyta.

Under det första skedet är uttorkningen mycket stor jämfört med vad som gäller för skede två och tre.

 Under det andra och tredje skedet blir byggnadsdelens materialegenskaper och

fukttillstånd avgörande för uttorkningshastigheten. Man kan säga att en fuktfront gradvis drar sig tillbaka in i konstruktionen. Därav följer att fukten måste transporteras allt längre väg för att kunna avges vid ytan. Den längre vägen betyder ett allt större motstånd, vilket i sin tur leder till avtagande uttorkningshastighet.

Vid torkning av vissa material, t.ex. betong, saknas den första fasen av uttorkningsprocessen och torkningen sker endast i den andra fasen. Under den andra fasen, speciellt för betong, bör fukttransporten till ytan vara så stort som möjligt. Detta kan uppnås genom t.ex. låg RF i luften och/eller en hög temperatur i materialet.

4.3.1 Uttorkning av betong

Det vatten som finns i betongen kan antingen bindas kemiskt eller fysikaliskt. När betongen

härdar binds en del av vattnet kemiskt i reaktioner mellan cementen och vattnet s k kemisk

uttorkning. En annan del binds i betongens porsystem, s k fysikalisk uttorkning. Ju lägre vct

desto mera vatten binds kemiskt och fysikaliskt. Det vatten som då blir kvar i betongen kallas

för byggfukt.

Det fysikaliskt bundna vattnet kan beskrivas av jämviktskurvor. Exempel på sådana kurvor visas i figur 4-3. Figuren gäller för betong, som är några månader gammal.

Figur 4-3 Jämviktskurvor för olika vct (Svenska Betongföreningen 1997).

För betong med vct 0.7 är det ca 40 kg vatten per m

³

betong som skall torka ut för att betongen skall nå 90% RF. För betong med vct 0.4 är det endast 15 kg som skall torkas ut.

Om betongen har tillsats av silica minskar byggfukten. Detta beror på att mer vatten binds vid låga RF i betongen och vid högre RF är jämviktskurvorna flackare än som visas i figuren ovan. Då den kritiska RF-nivån normalt ligger inom det flackare området betyder det, att det är mindre mängd vatten (i kg vatten per m

³

betong) som skall torka ut för nå kritisk RF.

En annan avgörande faktor för uttorkningen är betongens förmåga att transportera vatten.

Fukttransportförmågan hos betong beror på betongens sammansättning, hydratationsgrad, temperatur, relativ fuktighet mm. Porositeten i betongen minskar med vct, vilket leder till att betong med lägre vct får en tätare porstruktur. Detta medför att fukttransportförmågan minskar, vilket i sin tur leder till en långsammare fysikalisk uttorkning, men en sådan betong har en kraftig kemisk uttorkning initialt. Effekten av dessa två fenomen leder dock vanligtvis till att en betong med lägre vct får en kortare torktid.

Också hydratationen påverkar betongens porstruktur så att den blir allt mer finporös allt

eftersom hydratationen fortgår. Då porernas storlek minskar, minskar också den hastighet

varmed vattnet kan transporteras i betongen, d.v.s. uttorkningshastigheten minskar med

betongens ålder. Nygjuten betong har hög permeabilitet. För att utnyttja denna gynnsamma

egenskap bör torkningen starta så fort som möjligt för att få en snabb uttorkning.

Beroende på konstruktionens utförande kan uttorkningen antingen ske enkel- eller dubbelsidigt. Hos platta på mark sker uttorkningen enkelsidigt, d.v.s. uttorkningen kan i princip endast ske i en riktning. Vid uttorkning av en betongplatta sker uttorkningen först vid ytan, medan man fortfarande har en högre fukttillstånd i mitten av konstruktionen. Fukt i betongen transporteras mot ytan, där den avgår till luften. Då betongytan är torr, sker

fukttransporten i betongen långsammare än fuktavgången vid ytan. Detta ger en fuktprofil, där RF ökar med djupet. Då fukt hindras från att avgå på grund av att ytskikt appliceras på

betongen, sker en omfördelning av den inneslutna fukten. För att kunna bestämma vilken fuktnivå som erhålls i en betongplatta efter omfördelning av fukten under en tät ytbeläggning, har man infört begreppet nominellt djup. Relativa fuktigheten vid detta djup är den relativ fuktighet som kommer att erhållas i betongen efter ytskiktets applicering. Vid enkelsidig uttorkning anges nominellt djup som 40% av plattjockleken.

Figur 4-4 Fuktfördelning före och efter torkning samt efter golvläggning. Enkelsidig

uttorkning vid platta på mark med underliggande cellplast (Svenska Betongföreningen 1997).

5 Mätning av betongens egenskaper

5.1 Relativ fuktighet

5.1.1 Allmänt

Mätning av RF i betong kan i princip göras på tre sätt:

1. I borrade hål.

2. På uttaget prov.

3. Med kvarsittande givare.

Mätosäkerheten är ungefär den samma för förstörande provning (t.ex. uttaget prov) och icke förstörande provning (t.ex. kvarsittande givare). Men för samtliga mätmetoder gäller att osäkerheten är starkt beroende av klimatet, d.v.s. det krävs närmast ”inomhusklimat” för att få en säker mätning. Detta innebär att mätosäkerheten för en givare på en byggarbetsplats kan bli betänkligt högre än för ett uttaget prov som analyseras på labb.

Vid fuktmätning av betong med ett lågt vct, måste det uppmätta värdet korrigeras enligt formel (5-1):

RF

verkligt

= RF

uppmätt

+ RF (5-1)

Skälet till detta är att cementhalten påverkar alkaliinnehållet i betongen och alkalihalten påverkar jämviktsfuktkurvan, d.v.s. vid en given fukthalt i betongen minskar RF med ökande alkaliinnehåll. Vidare innehåller olika cementsorter olika mängd alkali. Värdet på faktorn

RF vid olika vct vid mätning av betong med Slite Std-cement ses i tabell 5-1.

Tabell 5-1 RF vid olika vct

Vct RF

0.45 1.5%

0.40 2%

0.37 2.5%

Anm. Vid silicatillsats av minst 5% av cementvikten, behöver korrektionsfaktorn ej beaktas.

5.1.2 Mätning med Humi-Guard

Under vårt arbete har vi mätt den relativa fuktigheten i betongen framförallt med hjälp av Humi-Guard, vilket är ett instrument som visat sig ge god repeterbarhet för mätningarna (Wahlman och Wikefeldt 1997). Systemets effektiva mätintervall ligger mellan 75-98% RF.

Humi-Guard består av ett mätrör och en givare samt en referenscell. Vid givarmontage borras ett hål med diameter 16 mm i betongplattan. I hålet stoppas mätröret och i röret placeras givaren. Därefter tätas röret med mineralull och tillsluts med en gummiplugg. Mätningarna kan påbörjas 4 dagar efter borrning, detta för att minimera borrningens inverkan på

mätresultaten. Därefter utförs avläsningar av RF och temperatur ungefär varannan dag.

Parallellt med avläsningarna av provplattornas RF och temperatur mäts omgivningens RF och temperatur kontinuerligt med en datalogger (Testostar 175). Denna registrerar värden

varannan timme.

Vid utförd mätning med Humi-Guardgivare har mätosäkerheten för RF beräknats till 1.4%

vid försöken i labb och 1.3% vid försöken i fält. Beräkningarna är utförda enligt anvisningar från Humi-Guard.

Figur 5-1 Principiellt förfarande vid fuktmätning i borrhål (Almqvist och Lindvall 1997).

Figur 5-2 Monterade Humi-Guardgivare i provplatta.