Hydrauliskt kalkbruk - komparativ studie av bindemedlets inverkan på murverkets egenskaper
Hydraulic lime mortar - a comparative study of the properties of mortar binders
Boström, D.
Examensarbete, 15hp
Högskoleingenjörsprogrammet i Byggteknik Institutionen för tillämpad fysik och elektronik Umeå Universitet
Vårterminen 2020
Sammanfattning
Hydrauliskt kalk är ett bindemedel i mur- och putsbruk som idag främst används vid restaureringar. Likt bruk med cement som bindeme- del härdar hydrauliskt kalkbruk även under vatten. Hydrauliskt kalkbruk når en högre hållfasthet än luftkalkbruk men lägre än cementbruk. Enligt EU:s avfallsdirektiv ska återanvändning eller materialåtervinning ske av merparten av icke-farligt avfall en avfallsgrupp till vilket tegel och mur- bruk hör. Likt luftkalkbruk kan tegel murat med hydrauliskt kalkbruk rensas från bruket och sedan återbrukas i nyproduktion. Denna möjlighet tillsammans med god hållfasthet och de hydrauliska egenskaperna gör det intressant att titta på hydrauliskt kalkbruk som ett alternativ till de idag vanligt förekommande bruken på marknaden.
Syftet med denna rapport är att redogöra för egenskaperna hos hydrau- liskt kalkbruk och jämföra dessa med de cementbaserade bruk som fram- förallt används idag. Typiska faktorer som påverkar valet av murbruk är ekonomi, funktion, tillgång, hållfasthet samt fukttekniska och andra bygg- nadsfysikaliska egenskaper. Arbetet utfördes genom litteraturstudie samt genom ett praktiskt försök genom provning av den kapillära absorptions- förmågan. Provningen utfördes för att bestämma fukttekniska egenskaper hos bruket och se om de liknar det diffusionsöppna luftkalkbruket. Försö- ket utfördes med hydrauliskt kalkbruk samt två referensbruk i tegelmurar.
En litteraturstudie genomfördes för att ingående kartlägga egenska- perna hos hydrauliskt kalkbruk. Brukets sammansättning studerades och uppbyggnadens påverkan på brukets fuktbetingelser analyserades. Denna analys låg till grund för genomförandet av absorptionsproven. De vikti- gaste egenskaperna vid val av bruk sammanställs även för andra, typiskt förekommande, brukssorter och jämförs med det hydrauliska kalkbruket.
Vid proven simulerades slagregn mot fasaden genom att en testplatta fäs- tes vid murverkets yta. Genom ett stigrör anslutet till plattan tillfördes vatten varpå murens absorption skulle bestämmas.
Resultat från litteraturstudien visar på god hållfasthet och god tillgång till råvara samt indikerar miljömässiga fördelar jämfört med cementbase- rade bruk. Priset och kunskapsbrist hos projektörer och entreprenörer ligger idag i den andra vågskålen, till det hydrauliska kalkbrukets nack- del. Provningen resulterade tyvärr inte i någon användbar data. Problem med tätning mellan utrustningen och murverket ledde till ofullständiga och osäkra resultat. Någon slutsats om absorptionen hos det hydraulis- ka kalkbruket jämte murcement- och kalkcementbruk i oliksugande tegel kan således inte dras. Ytterligare försök vore intressanta, under rätt för- utsättningar, genom absorptionstest eller genom uttorkningsprov för att bestämma det hydrauliska kalkbrukets fuktegeskaper. De allt större miljö- mässiga kraven som ställs i samhället och i byggbranchen kan öppna upp för ett ökat användande av hydrauliskt kalkbruk i framtiden.
Nyckelord: hydrauliskt kalkbruk, kalk, egenskaper, fukt, absorption, torkning, murverk, bruk
Abstract
Much like mortars with cement binders mortar with hydraulic lime har- dens in contact with water. Eventually, as the process of carbonation starts, the hardening will be more similar to that of non-hydraulic lime.
The compresive strength of hydraulic mortar lies inbetween the weaker non-hydraulic lime and the stronger mortars with Porland cement as bin- der. According to the european union directive 2006/12/EC on waste 70%
of all non-hazardous waste should be reused, recykled or in other ways ma- terial recovered. Bricks layed with lime binders can be scraped of hardened mortar and reused in new buildings. This trait together with the strength and hydraulic properties of hydraulic lime opens up for the mortar as a more widely used alternative to the more commonly used mortars of today containing cement as binders.
This project aims to give a thorough presentation of the properties of hydraulic lime and give a comparison with mortars containing Portland cement as binder. Price and access together with strength and function are all traits that can be of interest in regard to properties of mortar. By performing absorption test on hydraulic lime mortar together with two cement based mortars the moisture movement through mortar joints are compared. The tests are perfomed on multiple sample walls consisting of three different facade clay bricks with low, normal and high suction after 28 days of curing.
A litterature study has been performed in support of the experimental study in wich the structure of hydraulic lime has been analysed. The absorption and desorption and it’s connection to the porus structure of mortar is investigeted. This is the basis for the absorption tests performed by the use of test plates applied to the masonry. Wind driven rain is simulated with the use of RILEM-tubes connected to the test plates after which the absorption can be determined.
Unfortunaly the experiment did not result in conclusive data because of problems with the equipment. It was not possible to achieve a tight seal between the equipment and the masonry so water leaked out during testing. As a result it was not possible to draw any conclusions regarding the moisture properties of hydraulic lime. Future testing should be done in better conditons or by using another method.
Keywords: hydraulic lime, lime, properties, moisture, absorption, drying, masonry, mortar
Förord
Detta examensarbete, omfattande 15 hp, innebär ett fullgörande av mina studier till högskoleingenjör med inriktning byggteknik vid Umeå Universistet. Arbetet har utförts mot och tillsammans med Randers Tegel AB under senare delen av vårterminen 2020, En period som påverkades stort av utbrottet av Covid-19 vil- ket även påverkade genomförandet av detta arbete. Jag vill börja med att rikta ett stort tack till Susanna Bondesson på Randers Tegel AB som välkomnade mig att utföra arbetet hos dem och gjort det möjligt att genomföra, med vissa förändringar, trots omständigheterna.
Jag vill även tacka Niklas Martinsson, även han på Randers tegel, som till- sammans med Susanna varit med och format en ursprunglig idé till ett konkret arbete och sedan varit behjälplig med stöd under hela processen.
Jag vill ge ett särskilt tack till min handledare Fredrik Häggström vid Insti- tutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå universitet som bidragit med kunskap, synpunkter och kritik under arbetets gång.
Ytterligare ett tack vill jag rikta till Miklós Molnár, Avdelningen för Kon- struktionsteknik vid Lunds Universitet, som bidragit med utrustning, handled- ning och kunskap till laborationsförsök.
Tack sker även till respondenter vilka bidragit med information och kunskap jag inte kunnat få på annat håll. Slutligen vill jag tacka anställda på Randers tegel med vilka jag haft både intressanta och lärorika diskussioner med och som guidat mig runt anläggningen i Bara.
Dan Boström Umeå, maj 2020
Innehåll
1 Inledning 6
1.1 Bakgrund . . . 6
1.2 Problemformulering . . . 6
1.3 Mål . . . 7
1.4 Avgränsningar . . . 7
1.5 Randers Tegel AB . . . 7
1.6 Metodik . . . 8
2 Litteraturstudie 9 2.1 Tegel . . . 9
2.2 Murbruk . . . 10
2.2.1 Svenska murbruksklasser . . . 11
2.3 Egenskaper hos bruk . . . 12
2.3.1 Färskt bruk . . . 12
2.3.2 Hårdnande bruk . . . 13
2.3.3 Hårdnat bruk . . . 13
2.4 Kalk . . . 14
2.5 Hårdnande . . . 15
2.6 Hydrauliskt kalk . . . 15
2.6.1 Framställning . . . 16
2.6.2 Hydrauliska egenskaper . . . 16
2.6.3 Utförande och ekonomi . . . 17
2.7 Fukttekniska egenskaper . . . 17
2.7.1 Fukt . . . 18
2.7.2 Fukttransport över kontaktyta tegel-murbruk . . . 18
2.7.3 Absorption . . . 18
2.7.4 Torkningsprocessen . . . 19
2.7.5 Teori - bestämning av kapillär vattenabsorption . . . 20
3 Praktiskt experiment av fuktegenskaper 22 3.1 Material . . . 22
3.1.1 Murbruk . . . 22
3.1.2 Tegel . . . 23
3.2 Utrustning . . . 24
3.3 Metod . . . 25
3.4 Genomförande . . . 27
4 Resultat 29 4.1 Resultat från praktiskt experiment . . . 31
5 Diskussion 32 5.1 Vidare studier . . . 33
1 Inledning
Det har spårats bruk med hydrauliska egenskaper som har daterats äldre än 4000 år f.Kr och i norden har hydrauliska kalkbruk använts sedan 1100-talet.
Hydraliskt och subhydrauliskt kalk har alltså använts lika länge som luftkalk och kan således räknas till ett historiskt byggmaterial [1]. Även om luftkalkbruk historiskt varit betydligt mer vanligt förekommande har hydrauliskt bruk haft en viktig roll vid byggandet i Europa och Norden. Sedan murverken i mångt och mycket övergått från bärande murar till skalmurar och den tidigare exklusiva cementen blivit billigare så har hydrauliskt kalkbruk använts sparsamt. Kalkens tekniska egenskaper, miljöaspekter och krav på återanvändning kan innebära en renässans för såväl luftkalkbruk som hydrauliskt kalkbruk. I och med att den hydrauliska kalken uppnår en större hållfasthet än luftkalk och även kan hårdna under vatten kan cement som har liknande egenskaper eventuellt ersät- tas. Med detta som grund avser detta examensarbete analysera det hydrauliska kalkbrukets för- och nackdelar samt genom provning undersöka om luftkalkens fördelaktiga diffusionsegenskaper även finns hos hydrauliskt kalkbruk.
1.1 Bakgrund
Bygg- och anläggningssektorn tog 2018 fram Färdplan för fosilfri konkurens- kraft i vilken klimatmål om netto-nollutsläpp av växthusgaser år 2045 fastställ- des. Målen motsvarar Sveriges klimatmål och innebär stora omställningar för byggsektorn som står för 19% av utsläppen inom Sverige (2017).
En miljöindikator mot vilket insatser krävs är mängden avfall som genere- ras. Byggbranschen står för en tredjedel det avfall som skapas i Sverige. Enligt Boverket [2] måste bygg- och rivningsavfallet minska för att Sverige ska uppnå de nationella miljökvalitetsmålen God bebyggd miljö och Giftfri miljö.
I EU:s avfallsdirektiv (Direktiv 2008/98/EG om avfall) framgår att återan- vändning eller materialåtervinning ska ske av 70% av det icke-farliga avfallet som uppkommer vid byggnation och rivning. I Sverige kommer de närmsta åren ändringar av lagar och förordningar att ske till följd av revideringar i direktivet.
Krav kommer bland annat att ställas på planeringsunderlag för att förebygga uppkomst av avfall i framtiden.
En väg till att minska uppkomsten av avfall och därigenom miljöbelastning- en i byggsektorn är att förlänga ett materials tekniska livslängd. Fasad- och mursten är material vars avfall idag främst återanvänds som fyllnadsmassor el- ler går till deponi men skulle kunna återbrukas och användas igen i nya murverk.
Den danska miljöstyrelsen har, genom livscykelanalys, uppvisat att återbruk av fasadsten kan ge en miljöbesparing om 100 kg CO2-ekvivalenter/ton murstens- avfall [3]. I Danmark finns idag etablerade metoder för att återbruka tegelsten och goda exempel på nya byggnader som murats med sten från murverksavfall.
1.2 Problemformulering
Inför återanvändning av fasad- och mursten separeras det gamla murbruket från stenen. En förutsättning för att separation ska ske på ett effektivt sätt är att stenen murats med kalkbruk. Idag är cementbaserade murbruk domineran- de vid uppförande av nya murverk vilket förhindrar möjligheten till återbruk.
Hydrauliskt kalk ger ett bruk som kan göra det möjligt att i större utsträck- ning använda kalkbaserat bruk då det ger en större hållfasthet än luftkalkbruk samtidigt som det precis som cementbruk härdar under vatten. Det gör att bru- ket mindre känsligt vid nederbörd och att det kan brukas i mer utsatta lägen.
Genom att använda hydrauliskt kalkbruk vid murning idag skulle livslängden på tegelsten förlängas och därigenom minska uppkomsten av framtida avfall.
Intressanta frågeställningar att undersöka är: Hur ser möjligheterna ut för ökat nyttjande av hydrauliskt kalkbruk? Finns kunskapen, tillgången och de tekniska förutsättningarna? Var ligger de huvudsakliga hindren idag? Är det mer svagt hydrofoberande kalkbrukets fuktegenskaper bättre än vanligt förekomande ce- mentbaserade bruk? I och med att fukt kan vandra genom bruket och inte bara genom teglet kanske murverket kan torka upp betydligt snabbare och på så sätt minska risken för uppkomst av skador.
Rapportens syfte är att belysa egenskaperna hos hydrauliskt kalkbruk och undersöka om förutsättningar finns för ökat användande trots den idag högre kostnaden. Typiska egenskaper som kan vara intressanta är ekonomi, tillgång och tekniska krav. Särskilt fokus läggs på det hydrauliska kalkbrukets påverkan på absorption och uttorkning av ett murverk i tegel.
1.3 Mål
Arbetes huvudsakliga mål är
att fastställa skillnaderna avseende kapillär absorption vid användande av ett hydrauliskt kalkbruk jämte murcement- och kalkcementbruk.
att kartlägga en tegelmurs diffusionsegenskaper vid användning av hydrau- liskt kalkbruk.
att redogöra för ekonomiska, miljömässiga och tekniska skillnader mellan hydrauliskt kalkbruk samt murcement och kalkcementbruk.
1.4 Avgränsningar
Rapportens avgränsas till fokus på hydrauliskt kalkbruk i murverk av tegel. And- ra murelement, exempelvis av natursten och lättklinker, ligger således utanför rapportens räckvidd.
Avgränsning sker även till att endast omfatta studier av förutsättningar inom den Svenska marknaden.
1.5 Randers Tegel AB
Randers Tegl är den största tegelproducentetn i Skandinavien med svenskt säte i Bara utanför Malmö. Den huvudsakliga produktionen av fasad-, mark- och taktegel sker i Danmark och Tyskland. Företaget erbjuder tegelbalkar som till- verkas i Sverige genom Bara Prefab samt i Danmark. Randers Tegel såg möjlig- heten att erbjuda en helhetslösning där hydrauliskt kalkbruk används tillsam- mans med deras fasadtegel för att visa på ökad teknisk livslängd hos teglet. Fö- retaget har därför visat intresse av att undersöka egenskaperna hos hydrauliskt kalkbruk samt undersöka om det finns fukttekniska föredelar med att använda detta bruk istället för cementbaserade bruk.
1.6 Metodik
Arbetet utförs genom litteraturstudier, experimentellt arbete och slutligen ut- värdering. Det experimentella arbetet har gjorts för att tillförlitligt data vad gäller kapillär absorption saknas från tillverkare. Valet av metoder ska säker- ställa att arbetet håller vetenskapligt hög nivå.
Egenskaperna hos murbruk och hydrauliskt kalkbruk i synnerhet har sam- manställts genom litteraturstudier. För att säkerställa kvalitativa data användes en bred grupp källor bestående av vetenskapliga artiklar, relevant facklitteratur och elektroniska dokument. Artiklar inom området har inledningsvis uppsökts genom Digitala Vetenskapliga Arkivet, DiVA. Bland de sökord som används hör:
hydrauliskt kalkbruk, hydraulic lime, nhl, absorption mortar, absorption mason- ry, drying masonry, water absorption test. Bland intressanta egenskaper som undersökts ingår användbarhet, sammansättning, kostnad och hållfasthet. Lit- teraturstudien har kompletterats med enstaka intervjuer för att undersöka hur förutsättningarna för ökat användande ser ut avseende ekonomi samt kunskap hos och upplevda hinder från aktörer i byggbranchen. Intervjuer har främst skett med leverantörer då dessa besitter den främsta kunskapen om produk- terna samtidigt som de har en god överblick över kundernas behov. Urvalet av respondenter har gjorts kvalitativt utifrån aktörer som dykt upp i undersök- ta rapporter eller projekt samt efter rekommendation från handledare Niklas Martinsson.
För att kunna bestämma det hydrauliska kalkbrukets inverkan vid absorp- tion och uttorkning av en tegelmur utförs praktiskt experiment. Fuktegenska- perna hos hydrauliskt kalkbruk i moderna tegelmurverk är relativt outforskade varför denna den av arbetet utförs genom provning. Försöket är komparativt och avser att direkt ge en jämförelse av fuktegenskaperna hos de bruk som in- går i studien. Uppmurning sker av tegelmurar med olika typer av bruk för att observera hur absorptionen hos ett murverk påverkas av bruksval. I och med att försöket utförts på både det studerade hydrauliska kalkbruket samt på referens- bruk säkerställs att den bestämda absorptionsförmågan utförts under samma förutsättningar. Laborationen utförs i tre uppsättningar på tegel som är svagt sugande, normalsugande samt högsugande.
2 Litteraturstudie
Hydrauliskt kalkbruk är ett bruk producerat med kalksten som råvara som till skillnad från hydratkalk (luftkalk) härdar i kontakt med vatten precis som bruk med cement som bindemedel. Hydraulisk kalk kan användas som bindemedel för både putsning och murning men användningen är idag begränsad även om uppgifter från leverantörer1visar på ett svagt ökande i Sverige de senaste åren.
I denna rapport undersöks hydrauliskt kalkbruk främst i egenskap av murbruk i murverk av tegel och jämförs med andra förekommande och vanligt använda bruk. Litteraturstudien avslutas med ett avsnitt som ger teoretisk grund till det praktiska försök som utförs i kapitel 3.
Bevarade historiska byggnader utgör ett bra bevis på beständigheten hos murverk. Beständigheten är en av de främst fördelarna med murverk oavsett om de är murade med tegel, natursten eller andra murstenar. Den goda bärför- mågan kommer väl till användning i bärande konstruktioner. För att klara av böjmoment och dragkrafter kan murverk behöva armeras. I många fall räcker dock det tryck som konstruktionens egenvikt utsätter murverkeet för för att klara av dessa krafter [4]. Överbyggnad av öppningar kan ske genom valvkon- struktion eller genom att använda balkar, vanligtvis prefabricerade på fabrik.
Idag används murar främst som klimatskal och uppförs som halvstens skalmu- rar. De muras alltså med endast en halv stens djup och utgör inte en bäran- de del i byggnaden utan infästs till bakomliggande konstruktion med kramlor.
Murverkskonstruktioner lämpar sig väl till yttre beklädnad tack vare det låga underhållsbehovet. Det är inte ovanligt att det går upp mot 50 år innan något underhåll behöver sättas in [4]. Till viktiga egenskaper hos murverk hör förutom beständigheten, bärförmåga, estetik samt för utvändigt murverk klimatskydd.
Oaktat hållfastheten hos de ingående materialen var för sig avgör samverkan hos murbruket och tegelstenen till stor del bärförmågan hos konstruktionen.
Korrelationen mellan vidhäftningen mursten-bruk och styrkan hos ett murverk är tydlig medans ökad tryckhållfashet hos bruket inte ger motsvarande hållfast- hetsökning för murverket [5].
2.1 Tegel
Tegel är ett naturmaterial som produceras genom bränning av lera. Färgen va- rierar beroende på temperatur vid bränning och vilken sorts lera som används.
Lera med högre järnhalt ger ett rött tegel medans en högre kalkhalt ger gult tegel. Olika strukturer kan fås beroende på tillverkning genom handslagning, sträng- eller formpressning och ytan kan även glaseras [4]. Sammantaget ger detta att utseendet kan varieras stort vilket syns på den stora mängden olika tegel som saluförs från tillverkarna. För massivt tegel är vidhäftningen än vikti- gare än för håltegel där viss mekaniskt förankring sker genom att bruk pressas ner i kanalerna [6].
Man skiljer på murtegel och fasadtegel. Murtegel är ett, vanligen rött, tegel som putsas eller bekläs med fasadtegel om det används utvändigt. Vid invändig murning med tegel är det framförallt murtegel som används. Fasadtegel används främst som beklädnad och är hårdbränt, frostresistent samt förekommer i en mängd olika utseenden.
1Fredrik Hesselbom, Teknisk säljare Weber Sweden, e-post 2020-05-12
Tegelsten förekommer i flera olika format. Danska format, 228x108x54 mm, är mycket vanligt idag. Historiskt har stortegel, 300x140x70 mm och normalfor- mat, 240x120x65 mm, varit vanligt förekommande i Sverige. För unik gestaltning kan tegel även fås som formsten och är då tillverkad i särskilld geometri [4].
Tegel är ett poröst material med relativt grov porstruktur. Tegel kommer därför att, vid kontakt med vatten, absorbera och magasinera fukt. Porositeten ändras beroende på bränningsgrad och den öppna porositeten kan variera stort från 14 till 40 procent [7]. Beroende på porositet kommer sugningen att vara olika stor. Teglet delas därför in i starkt sugande, normalsugande och svagt sugande. Klassificeringen, som syns i tabell 1, görs efter teglets minutsugning.
Lösbränt tegel med stor andel öppen porositet uppnår vid 98% relativ fuktighet på omkring 5% porfyllnadsgrad medans ett hårdbränt tegel har det dubbbla ca 10% [7].
Tabell 1: Klassificering av tegel efter dess absorptionsförmåga Klass Minutsugning
Svagt sugande < 1 kg/min·m−2 Normalsugande 1-3 kg/min·m−2
Starkt sugande > 3 kg/min·m−2
2.2 Murbruk
Mur- och putsbruk består av bindemedel, ballast och vatten samt i vissa fall tillsatsämnen som används för att ge bruket specifika egenskaper. Hårdnandet och det färska brukets smidighet bestäms främst av bindemedlet vars huvud- sakliga syfte är att, likt ett lim, binda bruket med underlaget. Fram till andra världskriget var kalk det främst använda bindemedlet i murbruk [8]. Sedan dess har bruk med cement varit dominerande på marknaden. Kalkbruk används i Sverige idag främst vid restaurering av äldre byggnader och i liten utsträckning vid nyproduktion.
Bindemedlen till bruk kan tillhöra de med icke-hydrauliska egenskaper eller med hydrauliska egenskaper. Luftkalk, även kallat hydratkalk eller bara kalk, hör till de lufthårdnande alltså de med icke-hydrauliska egenskaper. Cement, murcement och hydraulisk kalkbruk är alla bindemedel med hydrauliska egen- skaper [9]. Bindemedel kan vara mer eller mindre hydrauliska och kan blandas för att få ett bruk med eftersträvade egenskaper.
Murbruk utgör främst det klister som sammanfogar murblocken med varand- ra men har även andra funktioner. I en yttermur utgör det tillsammans med fasadstenen väggens klimatskärm och genom att ge fogen en specifik kulör eller utseende förändras estetiken hos muren. Konstraterar fogens färg mot teglets så blir murförbandet tydligare. Ibland kan den synliga fogen utföras med ett särskilt fogbruk men vanligen utförs fog och murning i samma bruk. Konvexa fogtyper som sticker ut utanför murverket är känsliga för påverkan från klimat såväl som mekanisk påverkan. Vanligen förekommande fogar är slät, konkav, fogskrapad och tryckt fog [4].
Fogen utgör vanligen mer 20% av fasadytan med det kan vara mer eller mindre beror på val av tegel och foghöjd. Typiskt för murar med vanligt fö- rekommande stenformat är fog på 12-13 mm [10]. Väljs istället en foghöjd om
20 mm så ökar fogens andel av murverkets yta till omkring 25% om murverket utförs i tegel av normalformat.
Murbruket ska anpassas efter underlagets korttidssugning för att rätt vid- häftning ska uppnås vilket framgår i standard för dimensionering av murverks- konstruktioner, SS-EN 1996-1-1.
2.2.1 Svenska murbruksklasser
I enighet med svensk standard SS-EN 1996-1-1 delas murbruk in i olika typer och ges beteckningar beroende på murbruksklass, bindemedel och blandnings- proportioner [11]. Klassificering görs beroende på om bruket är platsblandat, fabriksblandat eller delvis fabriksblandat.
Bruk kan sedan tillhöra normala murbruk, tunnfogsbruk samt lättmurbruk där normala bruk kan vara receptmurbruk eller proportionerade specialmur- bruk enligt SS-EN 998-2 [12]. Som framgår av namnen är torrdensiteten hos lättmurbruk låg medans tunnfogsbruk appliceras i en tjocklek om 0,5-3 mm.
Receptmurbruk blandas i givna proportioner för att få rätt egenskaper medans specialmurbruk tillverkats för att uppfylla rätt egenskaper. Specialmurbruk vil- ka proportionerats av tillverkaren samt receptmurbruk betecknas med ett M följt av tryckhållfastheten i MPa. För receptmurbruk anges därefter samman- sättningen i volymdelar. Exempelvis kan ett kalkcementbruk anges som M2,5 i det fall det är ett specialmurbruk och M,2.5-1:1:8CK om det är ett recept- murbruk. Receptmurbruket ska då blandas med lika delar cement och kalk till 8 delar sand. Det är inte ovanligt att tidigare indelning av murbruk med bok- stavsklass enligt BKR används där A, B, C och D-bruk motsvarar M10, M2,5, M1 respektive M0,5 [13]. Beroende på bindemedel ges beteckningar på bruket enligt följande:
• Cement, C
Tillverkning av cement sker genom bränning av råvarorna kalksten samt märgelsten vilket är en kalksten med lera. Materialen finmals och värms därefter upp till ca 1450◦C [14]. Efter kylning erhålls cementklinker från vilken cement fås genom att tillsätta en liten mängd gips. Genom olika justeringar och tillsatser under processen fås olika typer av cement exem- pelvis anläggningscement, bascement och byggcement.
• Murcement, M
Murcement är ett speciellt cementbruk anpassat för murning där omkring 20% kalkstensmjöl använts som tillsats. Bruket med murcement som bin- demedel hårdnar på liknande sätt som rena cementbruk. Genom tillsatser, bland annat luftporbildare, har bruket fått egenskaper som är önskvärda vid just murning. Till dessa hör ökad vattenkvarhållning och större frost- beständighet. I Sverige går murcementbruk ofta under produktnamnet Gullex som är Cementa AB:s varumärke på murcement [15].
• Kalkcement, KC
Ett blandat bindemedel som erhålls genom att kalk och cement mixas vil- ket ger ett bruk som är starkare än rent kalkbruk. Egenskaperna hos bruk med kalkcement som bindemedel beror till stor del på blandningsförhål- landet mellan kalk och cement [9].
• Kalkbruk, K
Luftkalkbruk tillverkas genom bränning av kalksten vid en temperatur strax under 1000◦C. Till den brända kalken tillförs sedan vatten och där- med fås släckt kalk som utgör bindemedlet i kalkbruk [14].
• Hydrauliskt kalk Kh
Hydrauliskt kalk tillverkas på liknande sätt som kalkbruk men får, tack va- re orenheter eller tillsatser, hydrauliska egenskaper. Bruk med hydraulisk kalk hårdnar alltså till skillnad från luftkalk under vatten.
Även gipsbruk och bruk baserade på lera är förekommande men är förbehållen till användning inomhus [9].
Volym- eller viktinnehåll kan ibland anges intill beteckningen. Samansätt- ning i volymdelar inleds med bindemedelsförkortningen och sedan proportio- nerna av de ingående delmaterialen vilka åtskiljs med kolon [13]. Exempelvis innebär C 1:4 fyra volymdelar ballast på en del cement och KC 2:1:18 två delar kalk, en del cement vilket blandas med 18 delar sand. Anges proportioneringen med snedsträck mellan andelarna så avses istället viktdelar. Här utgör summan av bindemedel alltid 100. Kh 100/850 innebär alltså att till 100 kg hydraulisk kalk tillsätts 850 kg ballast.
2.3 Egenskaper hos bruk
De funktionskrav som finns hos bruk ställs inte bara då bruket härdat och nått sitt färdigt tillstånd. Egenskaperna hos det färska bruket och under själva hårdnandet är mycket viktiga och påverkar både arbetet och resultatet [9].
2.3.1 Färskt bruk
För färskt bruk gäller främst att det ska ha god arbetbarhet [9]. Ett bruk som är smidigt, plastiskt och klistrigt anses lättarbetat. Bruk med dessa egenskaper brukar kallas feta och till dessa hör bruk med stort kalkinnehåll. Då cement- bruk inte är lika finkorniga har de sämre arbetbarhet. Ett kalkcementbruk får bättre smidighet ju större andel kalk som blandats i bruket. Hydraulisk kalk är smidigare än cement men aningen kärvare än ren kalk [9].
Smidigheten är även beroende av ballasten, vilken vanligen utgör sand el- ler dolomit och ska ha låg halt av humus. En större andel filler, fingraderad ballast, innebär att mängden bindemedel behöver vara större vilket i sin tur ökar smidigheten. Vidhäftningen kan även ökas om finare gradering av sand används. Sammansättningen måste dock balanseras då hållfastheten minskar och krympningen blir större då andelen filler ökar [9]. Ballasten påverkar även porositeten och frostbeständigheten. För att uppnå största möjliga hållfasthet önskas en välgraderad ballast så att utrymmet mellan kornen fylls med binde- medel och en kompakt stomme bildas. Smidigheten kan även ökas genom att tillsätta luftporbildare vilket är vanligt förekommande i bruk med murcement.
Även vatteninnehållet påverkar smidigheten. En lägre andel vatten ger ett starkare och tätare bruk på bekostnad av arbetbarheten. Konsistensen hos bru- ket påverkas indirekt av hur mycket vatten som finns i bruket. Beroende på vilket arbete som ska utföras så kan mer eller mindre styvt bruk vara önsk- värt. Vid slamning används ett löst bruk och vid plattläggning ett mycket styvt
bruk. Vid murning bör man sikta på ett så kompakt bruk som möjligt men ändå säkerställa arbetbarheten [9].
Pavia och Hanley [16] visar att ett bruk i svagare klass med god vidhäftning kan ge ett starkare murverk än ett murat med starkare bruk men med dålig vidhäftning. Vidhäftningen beror till stor del på vattenkvarhållningen snarare än bindemedlets hydrauliska styrka. Ett bruk med låg förmåga till vattenkvar- hållning kommer tillsammans med ett svagt sugande underlag resultera i att murstenen ”flyter”. Då blir vidhäftningen lidande och i sin tur hållfastheten minskar. Vidhäftningen hos hydraulisk kalk kan mycket väl jämföras med den hos cementbruk enligt Pavia och Hanley [16]. Författarna har visat på vidhäft- ningsstyrkor om 0.06-0.38 MPa respektive 0.17-0.5 MPa för bruk med de olika bindemedlen.
2.3.2 Hårdnande bruk
Bruk som hårdnar kommer att krympa eftersom vatten torkar och sugs in i underlaget. Det är en process som påbörjas så fort bruket applicerats på un- derlaget. Stort sugande underlag måste förvattnas för att vidhäftningen ska bli bra. Medelsugande underlag ger god vidhäftning tillsammans med de flesta bruk medans svagt sugande underlag vanligen ges bättre vidhäftning med större an- del cement i bruket. God vidhäftning och samverkan mellan bruket och muren är viktigt samtidigt som bruket inte ska vara starkare än underlaget. Efter att bruket uppnått en viss hållfasthet kan fortsatt krympning medföra spänningar i murverket. Sprickor kan komma att uppstå om dessa spänningar blir större än den uppnådda hållfastheten. I bruk med stor andel cement blir spänningarna från krympning större och sker snabbare vilken ökar risken sprickor [9]. Genom att fukta bruket fram till dess att tillräcklig hållfasthet uppnås minskas proble- met med krympning. Ett bruk med mycket kalk har större krympningar men dessa sker främst under torkningen och medför därför inte samma problem med spänningar.
2.3.3 Hårdnat bruk
Funktionen hos det färdigt hårdnade bruket är främst att uppfylla de tekniska funktionskrav och den beständighet som ställs på byggnadsdelen [9]. Mekaniska krav avser hållfasthet, vidhäftning, frostbeständighet, krympning och durabili- tet.
Den hållfasthet som uppnås i det färdiga bruket beror främst på vilket bin- demedel som använts men varierar även med härdningstiden, ballastinnehållet och sugförmågan hos ballasten. Hållfastheten då ett bruk läggs på ett underlag med dålig sugförmåga kan bli betydligt lägre än på ett sugande underlag. Suen- son [17] fastställer att applicering av kalkbruk som inte utsätts för sugning vid applicering inte får samma egenskaper genom uttorkning i ett senare skede. Det- samma gäller för cementbruk och hydrauliskt kalkbruk vilka erhåller väsentligt högre hållfasthet om de utsätts för sugning under hårdnandet [18].
Vad gäller hållfasthet och murbruk avses vanligen tryckhållfastheten när inget annat anges. Det är den historiskt främst förekommande egenskapen som bestämts hos murbruk och erhålls genom provning av provkroppar. Det är dock sällan önskvärt att uppnå en så hög tryckhållfasthet som möjligt. Sprickor, till följd av rörelser i byggnaden beroende på sättningar eller temperaturrörelser,
sker genom murstenen istället för att följa murbruket vilket kan undvikas om ett bruk med kvalitet M1 används istället för ett M2,5 bruk [6]. En typisk regel brukar vara att bruket ska vara svagare än teglet [6]. I och med att Kh-bruk kan uppnå liknande tryckstyrka som B-bruk (M2,5) går det i många fall att upp- nå tillräcklig tryckhållfasthet med hydrauliskt kalkbruk även då större styrka krävs. Draghållfastheten hos bruk är lika relevant som tryckhållfastheten men anges sällan specifikt då den är svårare att bestämma genom provning. Istället bestäms böjdraghållfastheten vilken är ungefär proportionell mot draghållfasst- heten. Ett C-bruk vilket har hög andel cement har en böjdraghållfasthet på ca 25% av tryckhållfastheten. Med lägre andel cement i bruket närmar sig böj- draghållfastheten tryckhållfastheten och uppgår för rent kalkbruk till omkring 60% [19]. Tryckhållfastheten ger alltså inte hela bilden av ett bruks hållfasthe- tesegenskaper. Egenskaper som är nog så viktiga är god vidhäftning och hög elacticitet.
Den spänning som skapas när bruket hårdnat är avhängd elasticiteten hos bruket. Elasticiteten är ungefär proportionell mot tryckhållfastheten. Kalkbruk har en låg elasticitetsmodul, från 3 GPa och skapar vid spänningar främst mik- rosprickor [20]. Bruk med en hög andel cement ger istället upphov till få men grova sprickor vilka är problematiska då det visat sig att vatteninträdet ökar exponentiellt för sprickor som överskrider 0.2 mm [9]. Sprickorna, som uppstår när dragspänning blir större än draghållfastheten hos murverket, tenderar ock- så att fortsätta genom teglet istället för att följa fogen vilket sker istället då svagare bruk nyttjats. Av denna anledning måste glidskikt mot fundament och dilatationsfogar införas i murverk över större ytor [6]. Dessa fogar fyllda med mjuk fogmassa utförs vertikalt genom hela murverket för att tillåta rörelse utan att skador uppstår och benämns även mjukfog eller rörelsefog. Cementbruk har en E-modul på 20-30 GPa och hydrauliskt kalkbruk ligger på omkring 9-10 GPa [20]. Behovet av rörelsefogar, är därmed lägre vid murning med kalkbruk och till viss del även med hydrauliskt kalkbruk vilket kan vara positivt ur ett estetiskt perspektiv.
2.4 Kalk
Kalk erhålls genom bränning vid, omkring 1000◦C, av bruten kalksten, en bergart som främst består av kalciumkarbonat, CaCO3. Genom frigörandet av koldiox- id, som sker tack vare upphettningen, fås kalciumoxid CaO vanligen benämnt bränd eller osläckt kalk [14].
CaCO3+ energi ⇒ CaO + CO2
Genom att sedan tillföra vatten omvandlas kalken under stark värmeutveck- ling till släckt kalk, kalciumhydroxid, Ca(OH)2.
CaO + H2O ⇒ Ca(OH)2+ energi
Reaktionen kan ske på två sätt genom våtsläckning eller torrsläckning. Vid våtsläckning tillförs mer vatten än vad den kemiska reaktionen kräver. Då fås ett vattenöverskott som resulterar i en kalkdeg vilken utgör det färdiga bindemedlet.
Idag används istället främst torrsläckning vilket sker då mängden tillsatt vatten är noga vald så att den precis motsvarar den mängd som krävs för att den brända kalken ska omvandlas till kalciumhydroxid. Resultatet av den torrsläckta kalken
är ett fint pulver som måste förvaras torrt då bindemedlet härdar i kontakt med fukt.
2.5 Hårdnande
Icke-hydrauliska bindemedel som hydratkalk hårdnar genom karbonatisering.
Karbonatiseringsprocessen sker vid tillgång till luft som gör att kalcumkarbonat återskapas.
Ca(OH)2+ CO2⇒ CaCO3+ H2O
Luftkalkbruk hårdnar först genom torkning och därefter genom karbonatisering då koldioxid reagerar med kalciumhydroxid. Bildandet av kalciumkarbonat sker mycket långsamt och sker från brukets yta och inåt. Ett tjockt murverk kan ta flera år innan det karboniserats fullständigt [14]. Under processen sker i prin- cip ingen krympning vilket dock sker under uttorkningsfasen. Sprickor uppstår däremot inte i någon större omfattning då bruket i detta skede är plastiskt.
Bindemedel med hydrauliska egenskaper hårdnar istället genom reaktion med vatten. Bruk är dessutom mindre känsliga för väder i samband med uppfö- randet i och med att hårdnandet kan ske vid kontakt med vatten utan att lösa upp sig.
2.6 Hydrauliskt kalk
Kalk med hydrauliska egenskaper erhålls om föreningar av kisel, aluminium och järn finns naturlig i kalkstenen eller om de tillsätts vid bränningen. Vid bränningen sker flera reaktioner mellan stenens beståndsdelar. Viktigast är att silikater bildas tack vare kiselsyran då detta ger de hydrauliska egenskaperna [14].
Hårdnandet av denna kalken sker först genom hydratisering, då en gel bil- das genom kemisk bindning av mineralerna, och sedan genom karbonatisering förutsatt att det finns tillgång till luft [9]. Likt cement innebär hydratiseringen att hårdnandet sker under upptagande av vatten. För att bruket ska uppnå rätt egenskaper är det viktigt att det hålls fuktigt varför eftervattning kan behövas en tid efter applicering. God hållfasthet uppnås på kort tid genom hydratiseringen och krympning sker ej i samma utsträckning som för luftkalk.
Hydraulisk kalk är alltid torrsläckt då närvaro av vatten genast påbörjar reaktioner med de hydrauliska komponenterna. Det är därför viktigt att förvara bruket torrt i obruten förpackning.
Tillsatsermedel kan tillföras bruket för att ge det önskade egenskaper. Luft- porbildare, konsistensgivare och infärgning är vanligt förekommande tillsatser i bruket. Till skillnad från bruk med cement kan frostskyddsmedel ej tillföras hydraulisk kalkbruk. Det begränsar den period som det är möjligt att arbeta utomhus då karbonatisering måste ske innan frost. Enligt Johansson [21] lämpar sig hydrauliskt kalkbruk bättre än luftkalk i områden med luftföroreningar, myc- ket slagregn samt i områden där många temperaturvandringar över fryspunkten sker under vintern.
2.6.1 Framställning
Den hydrauliska kalken kan antingen framställas naturligt eller artificiellt. Då en oren kalksten, vilken har 70-90% kalkhalt, bränns erhålls naturligt kalk. Den- na kalk går under namnet Natural Hydraulic Lime, NHL-kalk. Bruket finns i tre olika klasser: NHL2, NHL3.5 och NHL5, givet dess minsta tryckhållfast- het i MPa. Luftkalk har än lägre andel lera än 10% medans naturlig cement har en lerhalt på 30-40% [1]. Om puzzolan, hydrauliska tillsatsmedel, tillsätts under själva bränningen så talar man om artificiell eller konstgjord hydraulisk kalk [1]. Dessa bruk kan klassificeras som Hydraulic Lime, HL eller Formula- ted Lime, FL beroende på sammansättning. Hur klassificeringen sker framgår i norm EN-459[22]. För att saluföra bruk som NHL-bruk gäller att inga till- satser, varken mineraliska eller organiska, får göras. I övrigt ställs krav både på mineralinnehållet och hållfastheten. I FL-bruk får upp till 20% hydrauliska material tillsättas. Dessa är vanligtvis flygaska eller cement. Detta gör att dessa bruk egentligen är en variant av KC-bruk. HL-bruk är en produkt som kan be- stå av en mängd olika råvaror. I standarden för klassificering framgår även vad som gäller avseende sammansättning för dessa bruk. Tillsatserna kan bestå av cement, flygaska, kalciumhydroxid, kalciumkarbonad eller olika slaggprodukter.
Beroende på sammansättning kan egenskaperna därmed vara väldigt olika.
Bränningen vid framställning av hydraulisk kalk sker vid lägre temperatur, 1000-1200◦C än för cement som framställs vid ungefär 1450◦C. Vid karbonati- seringen binder hydrauliskt kalkbruk, precis som hydratkalkbruk, även en viss mängd koldioxid.
2.6.2 Hydrauliska egenskaper
Sammansättningen av de ingående komponenterna i kalkstenen påverkar styr- kan och de hydrauliska egenskaperna hos kalken. Den hydrauliska modulen, hm, (även benämnd cementindex, CI) används vid analyser av bruk för att ge en uppskattning om beständighet och styrka hos bindemedlet [1]. Genom kemis- ka analys kan andelen kalciumoxid (CaO), magnesiumoxid (M gO), kiseldioxid (SiO2), aluminiumoxid (Al2O3) samt järnoxid (F e2O3) bestämas varpå modu- len kan beräknas enligt
hm=2.8 · SiO2+ 1.1 · Al2O3+ 0.7 · F e2O3 CaO + 1, 4 · M gO
Med hjälp av den hydrauliska modulen kan bruket klassificeras där bruk med hydraulisk modul under 0.15 klassificeras som luftkalkbruk. Hydraulisk kalk klassificeras i fyra kategorier: sub-, låg- medel- eller höghydraulisk. Subhydrau- lisk kalk har modul 0.15-0.3, låghydraulisk 0.3-0.5, medelhydraulisk 0.5-0.7 och höghydraulisk 0.7-1.1. Naturligt cement har en hydraulisk modul på över 1.1[1].
Saint-Astier kalk, vilket är vanligt förekommande på marknaden idag, har bruk som klassas till subhydrauliskt/låghydrauliskt NHL2 (hm= 0.29), medel- hydrauliskt NHL3,5 (hm = 0.62) och höghydrauliskt NHL5 (hm = 0.74). De tre bruken har producerats från samma kalksten men har erhållit olika egenska- per tack vare skillnader i brännings- och avsvalningstid, temperatur samt andra olikheter vid själva bränningsprocessen.
Hos hydrauliskt kalkbruk sker hållfasthetstillväxten under en lång period.
Costigan och Pavía [5] har visat att en ökning på 180% kan ske mellan den
tryckhållfasthet som uppnåtts vid 28 dagar och efter 6 månader för ett NHL5- bruk.
2.6.3 Utförande och ekonomi
Murning med hydrauliskt kalkbruk kan ske under samma betingelser som KC- bruk och murcementbruk2. Härdningen tar lite längre tid vilket dock kan över- kommas genom god planering. Genom ett strukturerat och väl planerat arbete så kan ökade kostnader till följd av ökad genomförandetid eller arbetsförsening, vilket är ett upplevt hinder för ökad användning av hydrauliskt kalkbruk, för- hindras 3. Här krävs dock ökad kunskap om hydrauliskt kalkbruk hos de som projekterar murverket samt hos dem som ansvarar och arbetar med utförandet ute på arbetsplatsen.
Beroende på sammansättning kan blandat hydrauliskt kalkbruk återupp- blandas tillsammans med nytt bruk i upp till ca 8 timmar. Något som inte är möjligt för bruk som innehållet cement. Det gäller dock att kontrollera att till- verkaren bistår att så är möjligt då egenskaperna kan se olika ut beroende på tillsatser som kan förekomma i bruket.
Prismässigt är hydrauliskt kalkbruk jämförbart med luftkalkbruk och dyrare än både KC-bruk och murcementbruk. Priset, per ton, kan uppskattas vara det dubbla jämfört med cementbaserade bruk 4. För att få en prisbild presenteras priset för några vanligt förekommande bruk i tabell 2. Alla bruk är färdigblan- dade torrbruk vars åtgång vid tegelmurning är ungefär densamma.
Tabell 2: Prisbild för några bruk på markanden
Murbruk Pris
Murcement B, M2,5 1.65 kr/kg KC-bruk (B och C) 1.72 kg/kg Cementbruk A 1.67 kg/kg
Kalkbruk 4.06 kg/kg
Hydrauliskt kalkbruk 4.16 kg/kg NHL (Saint Astier) 5.04 kr/kg
Priset, i detta fall ett grossistpris till fackhandeln, ger en uppskattning om prisförhållandet mellan bruken. Det faktiska priset kan dock skilja sig stort från dessa priser då priset beror stort på vilken kvantitet som köps in samt om inköpet görs från återförsäljare eller grossist. Bruken nedan utgör standardbruk på marknaden vars priser kan skilja sig stort från mer ovanliga bruk och bruk som tagits fram med speciella egenskaper.
2.7 Fukttekniska egenskaper
Funktionen hos ytterväggar och tak är att ge ett fullgott klimatskydd [23].
De ska alltså klara påfrestningar från klimatet och isolera mot värmeförluster.
Nederbörd, vind, strålning och temperaturvariationer utgör väderbetingade be- lastningar på klimatskärmen.
2Anders Brunsfors, Marknadsansvarig Målarkalk e-post 2020-05-08
3Martin Varma, Teknisk Chef Finja Betong AB e-post 2020-05-26 samt fotnot 2
4Fredrik Hesselbom, Teknisk säljare Weber Sweden, e-post 2020-05-12
Som fasadmur utgör ett murverk del av byggnadens fuktskydd och ska ta hand om fuktbelastning på ett sådant sätt att konstruktionen inte tar skada.
Fritt vatten eller vattenånga kan orsaka direkta fuktskador eller påverka mate- rials egenskaper så att de ej uppfyller sin ursprungliga funktion.
2.7.1 Fukt
Fukt påverkar fasadmurar främst som nederbörd i form av regn, slagregn och snö. Slagregn innebär att regn vandrar horisontellt på grund av vind något som utsätter fasader för stor fuktbelastning då det pressas mot fasaden . Fuktinnehåll motsvarande en relativ fukthalt på 100% kan uppnås i material vid kraftig nederbörd [4]. Påverkan av fukt vid slagregn blir vanligen störst intill kanterna av en fasad. Vid konstruktion och uppförande av byggnader bör slagregn tas i beaktning, speciellt i områden där det är ofta förekommande [23].
En tegelfasad är kapillärsugande och kommer att absorbera slagregn som slår mot ytan. Tegel och bruk är i sig inte känsliga för påverkan av enbart fukt.
I kombination med frysning kan dock vatten medföra nedbrytning. I många kon- struktioner finns även organiska material vilka kan ta skada eller ge upphov till skador om fukt tar sig in bakom murverket. Utan fuktavledande behandling så är tegelmurverk fuktbuffrande. Tegel och bruk absorberar och magasinerar vatten vilket sedan torkar ut över tid efter att fukttillförsel upphör varför nedfuktning kan accepteras [24]. Tegelstenen som buffrat fukt kan vid frysning sprängas sön- der om vattnet i porerna fryser och expanderar. På ett murvek syns detta då bitar eller skrivor av stenen spjälkar loss. Det är därför viktigt att tegel med tillräcklig frostresistens används samt att konstruktionsdetaljer som eventuell luft- eller dräneringsspalt är korrekt utförd. Vid förekomst av grövre sprickor kan vatten tränga in fortare och längre in med ökad risk för omfattande skador.
På en skalmur kan vatten börja rinna på insidan, vilket inte utgör något direkt problem förutsätt att luftspalten är fri från bruk och vatten kan dräneras ut nertill.
I ett bruk som står mättat i vatten över lång tid lakas bindemedlet så små- ningom ut. Detta sker både för cement- och kalkbruk och kan i svåra fall resul- tera i att endast ballasten kvarstår. Då har egenskaperna hos bruket i princip försvunnit och murverket har tappat sin hållfasthet.
2.7.2 Fukttransport över kontaktyta tegel-murbruk
Mellan material i kontakt med varandra sker fuktutbyte tills dess att fuktjämvikt uppstår vartefter fukttransport upphör. För att redogöra för hur fukt transpor- teras i en tegelmur räcker det inte att studera fuktegenskaperna för materialen var för sig utan man måste titta på materialen i samverkan. Brocken [25] visar att fukttransporten för bruk i fog skiljer sig markant från bruk som härdat i form, ett vanlig utförande vid laborationsförsök. Fukttransporten mellan mate- rialen i ett murverk påverkas dessutom av fukttransporten mellan färskt bruk och tegel under uppförandet.
2.7.3 Absorption
Såväl tegelsten som murbruk är porösa material vilka har både öppna och slutna porer. Porsammansättningen hos tegel beror på sammansättningen hos leran och
bränningen vilket i sin tur påverkar absorption och desorption. Grövre struktur fås vanligen hos ett mer lösbränt tegel. Murbrukets porstruktur beror på ballas- ten samt vilket bindemedel som använts. Större andel filler i bruket ger ett bruk med färre fina porer. Hydrauliska bruk innehåller även gelporer. Det är mycket små porer, ner mot molekylnivå vilka vattenfylls snabbt av vattenånga i luften vid normal fuktighet [9]. Det gör att dessa porer inte bidrar till fukttranspor- ten. För att erhålla beständigheten mot frost bör bruk bestå av en vissa mängd porer om 0.01 - 0,2 mm [9]. Brukets porositet, och därmed även fuktegenskaper och mekanisk styrka, påverkas av sugningen hos underlaget. Det är alltså viktigt att beakta interaktionen mellan murbruk eller puts och tegelstenen för att dra slutsatser om ett murverks fukttekniska egenskaper.
Cement som bindemedel ger ett finporigt bruk med en porsamansättning som ger bruket hög kapillär uppsugningsförmåga. Högre cementhalt ger mindre porstorlek. Förmågan att dunsta vattnet minskar samtidigt vilket resulterar i sämre frostbeständighet och större risk för saltutfällning på teglet. En fog av kalk har god förmåga att både absorbera och sedan släppa ifrån sig fukt vid uttorkning. Genom att fukttransport i större utsträckning sker genom bruket så kommer saltutslag, vilka uppstår då salter i vattnet kristalliseras, att i första hand ske på fogen istället för på teglet. Kalkcement har en porstruktur som, i förhållande till cementbruk, är grov men inte lika grov som kalkbruk. Brocken [25] visar att cementbruk med kalkinblandning torkar långsammare än rena ce- mentbruk i ett murverk. Närvaron av kalk medverkar dock till att murstenen torkar ut fortare i och med en jämnare fuktbalans. Vidare faställs att fukttrans- portegenskaperna hos bruket påverkar vattenabsorptionen stort.
Andelen porer är större i kalkbruk som visat på 30-40% porositet än hos bruk med portlandcement som bindemedel vilket har ca 20% porositet. Porositeten hos kalkcement varierar beroende på samansättning men ligger omkring 25%
medans NHL-bruk har en porositet på strax över 30%.
Porstrukturen är även viktig för att förstå hur fuktvandring kommer att ske mellan materialen i ett murverk. Kapillärsugning sker endast från material med grova porer till finare porer [23]. Vid putsning av tegel innebär det vanligtvis att fukt inte sugs till det bakomliggande teglet från putsen som har finare porer.
Sprickor i fasaden, vilka kan härstamma från krympning, ökar absorptionen.
Uttorkningen går alltid långsammare då den måste ske genom diffusion till ytan och därefter avdunsta till luft.
2.7.4 Torkningsprocessen
Initialt sker uttorkningen genom att vatten vid en fri yta avdunstar. Så länge ytan hålls fuktig genom tillräcklig fukttransport i materialet fortsätter denna avdunstning. Efter en tid är inte vattentransporthastigheten tillräckligt hög.
Ytan kan inte längre kan hållas våt så att avdunstning kan ske utan nästa uttorkningsfas tar vid [23].
I detta skede beror uttorkningshastigheten på hur fukt transporteras i ma- terialet. Små porer fortsätter suga vatten fram till ytan men de grövre porerna är nu luftfyllda. I dessa porer sker fukttransport istället i ångfas. Fukttranspor- ten sker alltså genom kapillärtransport och ångtransport. När merparterna av materialet är fyllda av luft istället för vatten återstår endast ångtransport.
Uttorkningen sker snabbast i den första fasen och avtar under nästa fas ju längre den pågår fram till dess att materialet uppnåt jämviktsfukthallt. Uttork-
nignshastigheten för ett blött material avhängd på ånghalten i omgivande luft, lufthastighet vid ytan samt materialets temperatur [23]. Vid blåst, låg ånghalt i luften samt högre temperatur hos materialet kommer uttorkningen ske fortare. I kontakt med täta skikt kommer tiden, beroende på ånggenomgångsmotståndet hos skiktet, för uttorkning förlängas kraftig.
2.7.5 Teori - bestämning av kapillär vattenabsorption
Vanligt förekommande angivelser för fuktegenskaperna hos byggnadsmaterial är minutsugning, kapillär vattenupptagning och kapillärkoefficient [10]. Minutsug- ningen är definerad som skillnaden i massa efter en minuts vattensugning över en yta. Den kapillära vattenupptagningen är motsvarande värde efter en längre, bestämd, tidperiod.
Efter uppmätning av absorption hos ett material erhålls den mängd vätska som sugits upp som ett värde i milliliter eller gram. Vid absorptionsmätning av murverk bortses från den första absorptionen, som sker vid initial fuktning av ytan. Detta sker genom att räkna bort den första minutens absorption. Den kapillära vattenabsorptionen kan därefter utifrån resultatet bestämmas till
W = w ·√
t kg m2
(1) Vilket är ett värde som kan användas för att jämföra absorptionsförmåga [26]. Vattenabsorptionskoefficienten w bestäms utifrån det uppmätta absorp- tionsvärdet, wP l(t), det vill säga den mängd tillfört vatten efter tiden t enligt
w = wP l(t)· 1 AP l · 1
√t
"
kg m2h0.5
#
(2) AP l avser mätarean. Tiden, t, anges i timmar och absorptionsvärdet i kg.
Vattenabsorptionen, W , för en utvändig fasadyta sker för murverk både ge- nom tegelsten samt fog vilket gör att den kan beskrivas som W = WSt+ WF
[26]. Där absorptionen genom murstenen WSt ges av WSt= wst· Ast·√
t (3)
under tiden, t och stenens absorptionsarea ASt givet absorptionskoefficienten wSt [26]. Motsvarande absorption genom fogen WF fås ur
WF = wF· p · AF· t + wM · AF ·√
t (4)
där p avser vattentrycket, wF fogens abosorptionskoefficient och AF fogens ab- sorptionsarea. Den andra delen av ekvationen som avser den mängd vatten som absorberas direkt genom fogytan är vanligtvis förhållandevis liten jämfört med den absorption som som sker vid gränsytan murbruk och mursten vilket ges av den första delen av ekvationen. Absorptionen genom fogen är därför näst in till lineärt beroende av tiden, t och trycket p.
För ett murverk med starkt sugande tegel kommer sugningen domineras av murstenen. Då kan murverkets absorption förenklas och antas vara densamma som stenen [26]. I det fall stenens absorption är okänd kan den mätas med utrustning som täcker en mindre area, exempelvis Karsten provrör (Karsten test tube).
Har murverket murats med klinker eller någon annan sten som är icke- sugande så kommer vatten i huvudsak absorberas genom fogen. Då kommer absorptionskurvan som erhålls efter prov med WA-provplatta att vara i prin- cip lineär över tid. Då kan vattenabsorptionen över en timme på 1 m2 efter approximeras till
W = w · t = wpl(15min)· 60min 14min· 1
0.02075· t = 193 · wpl(15min)· t (5)
3 Praktiskt experiment av fuktegenskaper
Fuktegenskaperna hos murverk är av stor vikt för att säkerställa funktionen över tid. Genom provning av hydraulisk kalk och två referensbruk samt fukttekniskt teori analyseras om det hydrauliska kalkbruket har fördelar jämte cementba- serade bruk. Det är fastställt att luftkalkbruk medför att bruket i större grad
”andas”, det vill säga det är diffusionsöppet och har möjlighet att lättare avge fukt [27]. Enligt tillverkare kan hydrauliskt kalkbruk ersätta bruk innehållande cement tack vare att de delar de hydrauliska egenskaperna samt att liknande hållfasthet kan uppnås. Hypotesen är att hydrauliskt kalkbruk ska ha egenskaper som ligger närmare det diffusionsöppna kalkbruket än det täta cementbruket.
I avsnitt 2.7.2 framgår att ett murbruk får olika fuktegenskaper beroende på typ av mursten varför försöket utförs på tegel med olika sugningsförmåga.
3.1 Material
Försöket utförs med tre olika tegel och murbruk vilket resulterar i uppförande av totalt nio provkroppar. Förutom det hydrauliska kalkbruket har två vanligt förekommande bruk, ett KC-bruk och ett murcementbruk, valts vilka utgör refe- rens vid undersökningen. Teglet som försöksmurarna uppförs med är fasadtegel med olika vattenabsorberande egenskaper.
3.1.1 Murbruk
Alla murbruk är fabriktillverkade torrbruk och kommer från en och samma leve- rantör, Weber Saint-Gobain. Vid utförande blandas torrbruken med kranvatten enligt tillverkarens instruktioner. Till detta försök används följande bruk
• Hydrauliskt kalkbruk (Webercal 148)
• Puts och murbruk C (weberbase 224)
• Weber färgat murbruk M2,5 (23001)
Det hydrauliska kalkbruket är ett bruk vars bindemedel består av en bland- ning av naturligt hydrauliskt kalk, NHL5 och luftkalk för att uppnå önskade egenskaper. Bruket är alltså ett KKh-bruk (15/85/650) och ska enligt datablad från tillverkaren efter klassificering enligt standard EN-1015-11 ha en tryckhåll- fasthet motsvarande M1. Bruket lämpar bland annat på tegel som underlag, vilket enligt tillverkarens instruktioner ska fuktas innan murning. Ballasten i bruket är en sammansättning av fingraderad dolomit och natursand, kornstor- lek 0-3 mm.
Kalkcementbruket som använts är ett puts- och murbruk C (50/50/650) vilket alltså består av lika delar kalk och cement som bindemedel. Tillverka- ren förordar murning med torra jämt sugande murstenar. Även detta bruk har murbruksklass M1 och ballasten utgörs av natursand 0-3 mm.
Det tredje bruket som används är murcementbruk Weber färgat murbruk M2,5. Brukets bindemedlet utgörs av portlandcement med tillsats av mald kalk- sten (35/65/650) och har luftporbildande och konsistensgivande tillsatser. Till- verkaren tillhandahåller produkten i ett flertal kulörer och det finns även i tre olika utföranden anpassade efter sugförmågan hos teglet. Här väljs dock bruket
anpassat för normalsugande tegel till samtliga tegelprover. Tillverkaren framhä- ver att underlaget ska hållas torrt samt damm- och fettfritt vid påslag. Även i detta bruk är det natursand 0-3 mm som ballast.
3.1.2 Tegel
Teglet kommer från Randers Tegel AB och är fasadtegel med tre olika porstruk- turer. Provningen utförs med ett rött tegel med hög minutsugning, ett gult normalsugande tegel och ett svart svagt sugande tegel. Alla sorter är i danskt normalformat och kan ses in figur 1.
Figur 1: Rött, gult och svart fasadtegel med olika minutsugning
De modeller som valts presenteras nedan tillsamans med, för försöket, relevant teknisk information från tillverkaren:
• RT 307 Classica rött slaget Densitet: 1900 kg/m3.
Maximal vattenupptagning (viktprocent): 13 % Minutsugning (medelvärde± tolerans): 2 ± 1
• RT 209 Classica gult slaget Densitet: 1650 kg/m3.
Maximal vattenupptagning (viktprocent): 19 % Minutsugning (medelvärde± tolerans): 1, 7 ± 0, 5
• RT 522 Unika, Alexandria svart med grått färgspel Densitet: 2050 kg/m3.
Maximal vattenupptagning (viktprocent): 7.5 % - 9.5 % Minutsugning (medelvärde± tolerans): 0, 9 ± 0, 5
3.2 Utrustning
Vid genomförandet av provningarna användes två utrustningar. Ett störe mä- tinstrument framtaget för att mäta absorptionsförmågan hos både tegel och murbruk samtidigt samt ett karstenrör som även möjliggör testning av tegel och bruk var för sig i muren. Den utrustning som användes presenteras mer ingående nedan:
• WA-provplatta Franke (Water absorption test plate)
Denna provutrustning är framtagen speciellt för murverk och utvecklades av Franke vid Hamburg University of Technology 1987 för att mäta ab- sorptionen över en yta. Fördelen med just denna utrustning är att den täcker en yta om 250 x 83 mm och således mäter absorptionen över tegel samt ligg- och stötfog. Plattan monteras vid mätning mitt över en liggfog samt på ett sådant sätt att minst två halva stötfogar täcks av ytan. Runt plattans finns en kant på några milimeter som medför att ett litet utrym- me som kan fyllas med vatten bildas mellan plattan och murverket. Ett stigrör, vilket ses tillsamans med plattan i figur 2, hör även till utrustning- en till vilket vatten tillförs vid provning. I och med utformningen med ett
Figur 2: WA-provplatta Franke - platta och stigrör
stigrör bildas ett hydrostatiskt tryck vilket simulerar det tryck som kan uppstå vid slagregn mot fasaden. Detta är viktigt då det utgör en avgö- rande del av det fuktpåslag som ett utvändigt murverk utsätts för. En stighöjd på 50 mm motsvarar en vindhastighet på 27.5 m/s och ett dyna- miskt tryck på 0.5 kN/m2. Enligt Beauforts skala utgör vindstyrkan klass 10, storm. Hastigheten kan dock uppnås redan vid lägre vindstyrkor vid en byggnads hörn. WA-provplattan kan användas vid försök på provmurar men även vid provning i fält på befintliga murverk. Det resultat som fås vid provningen utgör ett värde på vattentätheten hos ytan. Typiskt an- vänds utrustningen för att bestämma hur effektiv en hydrofob behandling är. Resultatet kan även ligga till grund för beslut om omfogning behövs eller ej [28].
• Karstenrör
Fungerar på samma sätt som WA-provplattan men har en betydligt mind- re, cirkulär, absorptionsarea med en diameter på 20 mm. Det gör att den inte kan mäta absorptionen över både fog och tegel samtidigt men det gör den mycket lämplig att mäta absorptionen hos en tegelsten. Precis som provplattan så består den av ett stigrör för att skapa ett tryck och där- med simulera slagregn. Stigröret är graderad, vilket framgår i figur 3, och fullt uppfyllt rymmer det 10 ml vatten vilket motsvarar 10 cm stighöjd.
Tuben kan fästas vid murverk med modellera eller silikon på samma sätt som WA-plattan. Vattentrycket som skapas är ännu starkare än det tryck som WA-plattan ger motsvarande klimatförutsättningar som är mycket ovanliga i Sverige och uppkommer då främst i landets södra delar. Det fås således ses som extremt och eventuell vattengenomtränging på baksidan av muren vid försök ska inte ses som något som troligen kommer att ske i verkligheten.
Figur 3: Karstenrör för absorptionsmätning
Till provtillfället behövs även modellera (plastilin) för att fästa platta och rör vid murverket samt ett tidtagarur då utrustningen ska avläsas vid givna tillfällen. Ett mätglas eller en våg används för att se hur mycket vatten som fylls på i plattan. För påfyllning i karstenröret används en doseringsflaska då stigröret är relativt smalt.
3.3 Metod
Metoden, bestämmande av sugning genom absoptionsprov med Frankes prov- platta och karstenrör, har valts för att den är relativt enkel samtidigt som den ger bra förutsättningar att kunna jämföra fuktegenskaper mellan bruken. Förde- len med både WA-provplattan och Karstenröret är att de är absorptionstest som inte är destruktiva. Försök kan alltså utföras på befintliga murverk utan att riva eller på annat sätt förstöra murverket. De är också, till skillnad från exempelvis rena uttorkningsförsök, möjliga att utföra under en kortare tidsperiod.
Vid laborationstillfället fästs provplattan likadant på alla murverk så att lika mycket tegel, stöt- och liggfog täckts vid varje mätning. Plattan fästs med
modellera för att sluta tätt mot murverket. Leran appliceras jämt längst plattans kant och trycks därefter fast vid ytan ordentligt. Detta för att säkerställa att det inte ska finnas luckor mellan lera och platta och att leran inte kryper innanför provplattan så att absorptionsytan ska bli större eller mindre. Ett alternativ är att limma plattan mot murverket vilket dock försvårar borttagningen. Plattan fästes med minimal lutning på ett sådant sätt att plattans högsta punkt hamnar något högre i det övre högre hörnet än det vänstra. Detta då det högra hörnet har ett litet hål ur vilket luft kan släppas ut.
Vid mätningen tillförs vatten i stigröret tills det att vatten rinner ut genom den lilla öppningen i plattans övre högra hörn. Öppningen försluts därefter med lite modellera. På detta vis säkerställs att hela plattan är fylld med vatten och inte innehåller några luftbubblor. Därefter fylls stigröret på med vatten upp tills dess att vattnets menisk når den röda linjen och stighöjden är 50 mm.
Nivån hålls sedan konstant genom att tillföra vatten. Påfyllnad bör ske omkring tre gånger under en mätperiod på 15 minuter. Hur mycket vatten som tillsätts noteras då mängden utgör det mätvärde som ligger till grund för att bestämma absorptionen. Den uppmätta mängden eller vikten kan sedan användas för att beräkna den kapillära vattenabsorptionen enligt ekvation 1 och 2. Resultatet skall främst ses som komparativt och användas för att jämföra de bruk som ingår i denna provning. Extrapolering som sker till en kvadratmeters fasadyta eller absorption över en timme är vanligt. Några klara slutsatser kan dock inte dras från resultat vid denna typ av prov utförda vid olika betingelser då det kan variera stort beroende på uppförandet, typ av tegel samt luftfuktighet och andra variationer i omgivningen. De värden som fås kan dock kontrolleras mot i andra studier förekommande värden för att ge en grov indikation på absorptionen hos bruket.
Mätningen påbörjas då stigröret fyllts upp första gången och sker under minst 15 minuter. Längre mätningar kan ske i det fall egenskaperna hos ett specifikt murverk studeras mer ingående. Vattnet ligger nu an mot murverket och absorption kan ske. Genom att fylla på vattnet med hjälp av ett mätglas går det att se hur mycket vatten som tillförts. Mängden tillfört vatten antecknas efter 1, 5, 10 och 15 minuter.
Då en platta flyttas för att utföra provet på en ny yta rensas anläggnings- ytan från modellera och ny, eller uttorkad, lera används vid appliceringen. Då säkerställs att leran sluter tätt samt att fukt från leran ej påverkar mätningen genom att förfukta murverket.
Karstenröret fästs på motsvarande sätt med en tunn sträng modellera vid provytan vilket kan ses i figur 4. Provkupolen fylls därefter upp till den angivna nollnivån. Likt mätningen med WA-provplattan mäts hur mycket vatten som absorberats efter 1, 5, 10 och 15 minuter. Då karstenröret är graderad kan man direkt avläsa hur mycket vatten som absorberats. Så fort nivån har sjunkit runt 1-2 ml fylls stigröret upp igen så att trycket består någorlunda konstant.
Det utförs ett par försök på varje provplatta då sugningen hos individuella tegelstenar kan skilja sig åt stort. Försöken påbörjas då längst ner på muren och fortsätter uppåt detta för att det vatten som kan rinna ut vid borttagning av utrustning inte ska påverka absorptionen på ytan som ska testas därefter.
Försöken ska utföras på murverk som härdat i åtminstonne 28 dygn varför uppmurning vid laborationsprov måste ske i god tid före provning.
Figur 4: Karstentub med modellera som tätning för montering mot murverk
3.4 Genomförande
Innan själva provningen så murades nio halvstens provtavlor upp. Detta skedde på enklast möjliga sätt genom att först blanda bruken med vanligt kranvatten enligt tillverkarens instruktioner. Med vart och ett av de tre bruken murades sedan murar upp med varje tegelsort. Murarna uppfördes som halvstens skal- murar med halvstens löpförband och resultatet kan ses i figur 5. Vid applicering av bruket säkerställdes ordentligt fyllda fogar och att överflödigt bruk ströks av.
Figur 5: Murade provtavlor med tre olika fasadtegel
Försök utfördes först med WA-provplattan då syftet är att mäta brukets påverkan på fuktegenskaperna i murverket och WA-plattan lämpar sig bäst för
dessa mätningar. Försöken förbereddes enligt tillverkarens instruktioner och vat- tenmängden innan påfyllnad uppmättes med både mätglas och våg för att vara på den säkra sidan. De uppmurade provtavlorna hade fått härda i precis 28 dygn i ouppvärmt utrymme under tak.
Det var ganska kallt ute vid provtillfället varför modelleran var relativt styv.
Genom att arbeta upp den med händerna och använda fläktar kunde strängar rullas ut och fästas vid plattan. De första försöken att fästa plattan vid muren misslyckades dock. Plattan fick fäste men när vatten tillfördes visade det sig att plattan inte slöt tätt mot murverket något som kan ses tydligt i figur 6.
Tydligast blev det vid fogarna där vattnet vällde ut vilket gjorde att det inte ens gick att fylla upp provplattan under försöket. Ytterligare prov gjordes efter försök att värma upp muren med värmefläktar med liknande resultat. Försök
Figur 6: Misslyckat försök med WA-provplatta på murverk där vatten läckt ut nertill
gjordes sedan genom att stryka lim längs anläggningsytan på murverket med avsikten att agera brygga mellan modelleran och WA-provplattan. Det ledde till viss förbättring men det gick tyvärr inte att få plattan tät över fogarna. Försöken övergick nu till Karstentrören med förhoppningen att det skulle gå bättre att få tätt tack vara den mindre arean. Ett första försök utfördes på enbart tegelyta för att se om det skulle gå bra att få fäste. Här lyckades provet relativt bra och ett resultat erhölls trots att Karstenrören släppte helt från väggen i slutet av mätningen. Ytterligare försök gjordes nu med karstenrören över fog samt över fog och tegel. Tyvärr visade sig resultatet bli liknande det vid användning av WA-provplattan. Efter en stund rann vatten fritt ut mellan rör och murverk då anslutningen med modellera inte höll tätt.
Det framgår också tydligt från figur 7 att vid dessa prov sker sugningen ut från absorptionsytan vid fog i en så stor grad som bara kan ske vid läckor.
Figur 7: Misslyckat försök med karstenrör där vatten läckt längst fogar
4 Resultat
Resultaten från litteraturstudien presenteras här tillsammans med resultatet från det praktiska experimentet. Litteraturstudiens resultat får ses som en sam- manställning av de viktigaste egenskaperna hos hydrauliskt kalkbruk jämte and- ra förekommande bindemedel. Nedan redogörs för de huvudsakliga resultaten vad avser de bruk som presenterats i litteraturstudien.
• Cementbruk
Kräver tillgång till vatten krävs för att härda.
Hög risk för krympsprickor vilket minskas med eftervattning. Kan ej åter- blandas efter att härdningsprocessen påbörjats.
Dålig arbetbarhet och vattenkvarhållning.
Billigt jämfört med kalkbruk.
• Murcementbruk
Ett cementbruk med mald kalksten vilket tillsammans med luftporbildare medför ökad arbetbarhet.
Har bättre vattenkvarhållning än rent cementbruk.
Priset ligger i nivå med cementbruk.
• Kalkcement
Blandning mellan luftkalk och cement med egenskaper som beror stort på blandningsförhållandet.
Ökad mängd kalk ger ett smidigare bruk med bättre vattenkvarhållning.
Störe andel kalk ger även ökad elasticitet och mindre risk för sprickbild- ning.
Mer cement ger högre hållfasthet vars tillväxt också sker snabbare.
Bruket är billigt och ligger i samma prisspann som andra cementbaserade bruk.
• Luftkalk
Härdar vid kontakt med luft genom karbonatisering och saknar hydrau-
