158 74 204MB
Norwegian Pages 531 Year 1978
Asbjørn Markestad og Magne Maage
MATERIALLÆRE DEL II
Institutt for bygningsmateriallære
Norges tekniske høgskole
Universitetet i Trondheim
TAPIR 1978
ISBN 82 519-0253-3
FORORD
Denne boken utgjør andre delen av grunnkurset i ma
teriallære for bygningsingeniørstudentene ved Norges tekniske høgskole.
Den inneholder kapitlene 13 til 29 som planlagt
da del 1 kom ut i 1975.
Stoffvalget
har også denne gang skjedd ut fra en
helhetsvurdering mer enn ut fra hensynet til hva vi år om annet kan legge opp som pensum.
I dette ligger at vi så langt
rammen for en slik lærebok tillater det, har søkt å behandle
også andre materialtyper og deres egenskaper enn de hovedty pene som de konstruktive fagene krever kjennskap til under
studiet fram til sivilingeniøreksamen.
Dette gjelder spesielt
fra og med kapittel 24 og resten av boken.
Det er vårt håp
at det har lykkes oss i disse kapitlene å gi ingeniøren i
praksis en vegviser når det gjelder hjelpematerialer mv.
For den som vil studere et tema mer inngående, kan litteraturlisten vi har gjengitt etter hvert kapittel, tjene som anbefalt lesning.
For enkelte kapitler har vi ved tid
ligere revisjoner søkt bistand hos spesialister.
Slik bistand
er i 1969 ytet av laboratorieingeniør Roald Husevåg hva angår
kapittel 15 og 16 om fuktighet i materialer og varmetransport. Når det gjelder materialet tegl i kapittel 22,
fikk vi alle
rede i 1966 god hjelp av laboratoriesjef John Wilhelmsen ved
Teglverkenes Forskningsinstitutt.
I 1970 fikk vi på til
svarende vis hjelp til kapittel 23, Tre,
av forsker Gustav
S. Klem ved Norsk treteknisk institutt.
Kapittel 29 er
gjennomsett og korrigert av direktør Karl Erikstad i A/S Bygg
tjeneste.
For de mange gode tips og korrektiv vi har mottatt
fra de nevnte personer, er vi stor takk skyldig.
Vi takker
også enhver innenfor og utenfor instituttet som ellers har bistått i arbeidet med boken på forskjellig vis. Institutt for bygningsmateriallære, desember 1977
Magne Maage
Asbjørn Markestad
DEL I Kap.
1
ALLMENN OVERSIKT
Kap.
2
MATERIALENES STRUKTURELLE OPPBYGGING
Kap.
3
MATERIALENES FASTHETSEGENSKAPER
Kap.
4
MATERIALENES DEFORMASJON SOM FØLGE AV LASTPÅKJENNING
Kap.
5
MATERIALPRØVNING - METALLISKE MATERIALER
Kap.
6
TREKK FRA METALLURGIEN
Kap.
7
STÅL
Kap.
8
RUSTBESTANDIGE STÅL
Kap.
9
STØPEJERN
Kap.
10
KOBBER OG KOBBERLEGERINGER
Kap.
11
LETTMETALLEGERINGER
Kap.
12
KORROSJON
INNHOLDSFORTEGNELSE Side
DEL II
Kap-
13
VOLUMENDRINGER SOM FØLGE AV
TEMPERATUR OG FUKTVARIASJONER 13.1
Temperaturens innflytelse under
vanlige funksjonsforhold 13.2
13-1
Volumendringer som følge av fuktvariasjoner i materialet
13-7
13.2.1
Egenskaper som påvirkes
13-7
13.2.2
Svinn og svelling
13-7
13.3
Svinnets innflytelse på krypning
13-15
-VIII-
Side Kap.
14
DENSITET,
ROMDENSITET, TYNGDETETTHET
ROMTYNGDETETTHET , PORØSITET, PERMEA
BILITET 14.1
Densitets- og tyngdetetthetsbegrepet
etter NS 1020 Del 3
14-1
14.2
Porøsitet, porefyllingsgrad
14-4
14.3
Luftpermeabilitet
14-8
14.4
Permeabilitet overfor ensidig vanntrykk
Kap.
14-12
15
FUKTIGHET I MATERIALER
15.1
Innledning
15.2
Vannets fysiske og kjemiske egen
15-1
skaper
15-1
15.3
Damptrykk - relativ fuktighet
15-3
15.4
Vannets bindingsformer til faste
materialer
Kap.
15-4
15.5
Fuktopptak,
15.5.1
Sorpsjon i luft, sorpsjonsisotermer
15-7
15.5.2
Sorpsjon i vannfasen
15-10
15.6
Fukttransport
15-16
15.6.1
Transportformer i dampfasen
15-16
15.6.2
Transportformer i væskefasen
15-17
15.6.3
Beregning av fukttransport
15-19
15.7
Uttørking av materialer
15-24
15.7.1
Beregning av uttørkingsforløp
15-25
16
VARMETRANSPORT
16.1
Innlednina
16-1
16.2
Definisjoner
16-2
16.3
Teori
16-3
16.3.1
Varmeledning
16-3
16.3.2
Varmestrål ing
16-6
16.3.3
Konveksjon
16-10
16.3.4
Varmekapasitet , temperaturlednings-
sorpsjon
15-7
evne
16-10
16.4
Tillempninger i praksis
16-11
16.5
Praktiske varmeledningstall
16-15
-IX-
Side
16.6
Varmegjennomgangskoeffisient ,
"k-verdi" 16.7
16-16
Apparatur for måling av Å-verdier for bygningsmaterialer
16.8
Kap.
Kap.
16-19
Faktorer som påvirker Åt t for
porøse materialer
16-21
16.8.1
Temperaturens innvirkning på Åt t
16-22
16.8.2
Porøsitetens innvirkning på XtQt
16-23
16.8.3
Fuktighetens innvirkning på
16-24
16.8.4
Gassfyllingens innvirkning på Åt t
16-26
17
MATERIALER UTSATT FOR FROST
17.1
Teorier for frostmekanismer
17-3
17.1.1
Makroskopisk islinsedannelse
17-3
17.1.2
Hydraulisk trykk
17-5
17.1.3
Mikroskopisk isdannelse, uttørking
av gelporer med svinn
17-6
17.2
Herdnet sementpasta
17-8
17.3
Tilslag
17-8
17.4
Målemetoder for porøse materialers
frostmotstand
17-13
17.4.1
Metode ifølge NS 427A, Del 2
17-13
17.4.2
Kritisk og aktuell vannmetningsgrad
17-13
18
MATERIALER UTSATT FOR HØYE TEMPERATURER
18.1
Forekomst av høye temperaturer
18.2
Brannårsaker, avkorting,
18-1
lover og
forskrifter
18-1
18.3
Definisjoner
18-4
18.4
Faktorer som påvirker forløpet av en brann
18-9
18.5
Fysikalske virkninger
18-14
18.6
Forandringer av mekaniske egenskaper 18-16
18.6.1
Fasthetsegenskaper
18-16
18.6.2
Deformasjonsegenskaper
18-18
18.6.3
Temperaturbevegelser
18-18
18.7
Brannteknisk dimensjonering
18-20
-xSide
18.7.1
Aluminium
18-22
18.7.2
Armert betong
18-23
18.7.3
Plast
18-26
18.7.4
Stål
18-28
18.7.5
Tegl og murverk
18-29
18.7.6
Trekonstruksjoner
18-30
18.8
Varmebestandige materialer
18-32
18.9
Brannteknisk beskyttelse
18-33
18.9.1
Metoder for isolering
18-33
18.9.2
Metoder for øking av varme
kapasiteten
18-34
18.10
Brannteknisk prøving
18-35
18.11
Eksempler på brannteknisk klassi-
18- 38
f ikas jon Kap.
19
LYDFORPLANTING OG LYDISOLASJON
19.1
Innledning
19- 1
19.2
Fysiske grunnbegreper
19-1
19.2.1
Lyd, støy og bakgrunnsstøy
19-1
19.2.2
Lydbølge, amplityde,
frekvens og 19-3
bølgelengde 19.2.3
Kap.
Lydeffekt,
lydintensitet og lyd-
ef fektnivå
19-4
19.2.4
Desibelbegrepet og lydtrykknivået
19-4
19.2.5
Frekvensspekter og frekvensbånd
19-5
19.2.6
Lydnivå, desibel
19-6
19.3
Romakustikk
19.3.1
Lydabsorpsjon
19.3.2
Romform og romvolum
19-11
19.4
Lydisolering
19-12
19.4.1
Lydoverføring mellom rom
19-12
19.4.2
Luftlydisolasjon
19-13
19.4.3
Trinnlydisolasjon
19-18
19.4.4
Byggeforskriftene og Norsk Standard
19- 21
20
BETONGMATERIALER
20.1
Portlandsement
20- 1
20.1.1
Historikk
20-1
(A)
og A-veiing
19-8 og etterklangstid
19-8
-XI-
Side 20.1.2
Råmaterialer
20-4
20.1.3
Fabrikasjonsprosessen
20-5
20.1.4
Kjemisk sammensetning
20-7
20.1.5
Størkning og herding
20-10
20.1.6
Hydratasjonshastighet og fasthetsutvikling
20-17
20.1.7
Volumendringer
20-19
20.1.8
Varmeutvikling
20-20
20.2
Andre Portlandsementer og spesialsementer
20-21
20.2.1
Rapid Portlandsement
20-21
20.2.2
Lavvarme Portlandsement
20-22
20.2.3
Sement med høy motstand mot sulfater 20-22
20.2.4
Ekspansivsementer
20-23
20.2.5
Hvit-sement
20-23
20.2.6
Mursement
20-23
20.2.7
Al-sement
20.3
Vannet
20-25
20.4
Tilslagsmaterialer
20-25
20.4.1
Opprinnelse - petrografisk sammen
(aluminatsement)
20-24
setning
20-26
20.4.2
Korngradering
20-27
20.4.3
Kornform
20-29
20.4.4
Overflateruhet - tekstur
20-29
20.4.5
Densitet
20-30
20.4.6
Innhold av forurensninger
20-30
20.4.7
Foredlingsprosesser
20-30
20.5
Tilsetningsstof fer
20-31
20.5.1
Klasse L: Luftinnførende
20-32
20.5.2
Klasse P: Vannreduserende
(tidl.
plastiserende)
20-33
20.5.3
Klasse A: Akselererende
20-34
20.5.4
Klasse R: Retarderende
20-34
20.5.5
Klasse I:
20.5.6
Klasse T: Tetningsstoffer
20-35
20.5.7
Klasse PZ: Pozzolaner
20-35
20.5.8
Prøving og godkjenning av til
Injeksjonsstoffer
setningsstof f er
20-35
20-36
-XII-
Side
Kap.
Kap.
20.6
Fersk betongs egenskaper
20-37
20.6.1
Generelt
20-37
20.6.2
Blanding av betong
20-37
20.6.3
Bearbeidbarhet
20-38
20.6.4
Stabilitet
20-44
20.6.5
Vannseparasjon
20-44
20.6.6
Luftinnhold
20-45
20.7
Herdet betongs egenskaper
20-46
20.7.1
Generelt
20-46
20.7.2
Fasthetsegenskaper
20-47
20.7.3
Bruddformer
20-53
20.7.4
Deformasjonsegenskaper
20-54
20.7.5
Svinn og kryping
20-58
20.7.6
Permeabilitet for væsker
20-63
20.7.7
Nedbryting av betong
20-64
20.8
Betongproporsjonering
20-67
21
LETTBETONG
21.1
Typer av lettbetong
21.2
Høytrykkdampherdet lettbetong
21-1
(trykkherdet lettbetong)
21-3
21.2.1
Generelt
21-3
21.2.2
Materialegenskaper
21-5
21.3
Lettklinkerbetong
21-12
21.3.1
Generelt
21-12
21.3.2
Proporsjonering
21-14
21.3.3
Materialegenskaper
21-15
21.4
Kvalitetskrav og kontroll
21-18
22
TEGLFRAMSTILLING OG PRØVING
22.1
Teglstein
22-1
22.2
Leire - leirundersøkelser
22-2
22.2.1
Leire
22-2
22.2.2
Leirundersøkelser
22-2
22.2.3
Tilsetningsmidler
22-3
22.3
Framstilling av tegl
22-4
22.3.1
Råstoffbehandling
22-4
22.3.2
Forming
22-5
22.3.3
Tørking
22-6
XIII-
Side
Kap.
22.3.4
Brenning
22-7
22.3.5
Sortering
22-9
22.4
Klasseinndeling og fordringer
22-9
22.5
Prøving og egenskaper av teglstein
22-11
22.5.1
Kvalitetskontroll
22-11
22.5.2
Prøvetaking
22-11
22.5.3
Målvariasjoner
22-13
22.5.4
Vannabsorpsjon
22-13
22.5.5
Romdensitet
22-13
22.5.6
Trykkfasthet
22-14
22.5.7
Frostresistens i laboratoriet
22-15
22.5.8
Minuttsuging
22-16
22.5.9
Utslag av løselige salter
22-17
22.5.10
Vanngjennomgang i teglstein
(ikke
krevd i NS 3000)
22-17
22.5.11
Bøyefasthet (ikke krevd i NS 3000)
22-18
22.5.12
Deformasjon
22-19
22.6
Teglprodukter
22-19
23
TRE
23.1
Generelt
23-1
23.2
Trevirkets oppbygging
23-2
23.2.1
Trestammen
23-2
23.2.2
Cellenes oppbygging og funksjon
23-8
23.2.3
Porøsitet, tyngde og fysikalske
egenskaper
23-11
23.2.4
Kjemisk sammensetning
23-13
23.2.5
Variabilitet
23-15
23.3
Trevirkets forhold til vann
23-16
23.3.1
Fuktinnhold
23-16
23.3.2
Krymping og svelling
23-19
23.3.3
Tørking av trevirke
23-22
23.4
Trevirkets varighet
23-24
23.4.1
Destruksjonsformer
23-24
23.4.1.1
Mekanisk slitasje
23-24
23.4.1.2
Fysisk nedbrytning
23-24
23.4.1.3
Kjemisk nedbrytning
23-25
23.4.1.4
Brann
23-25
-XIV-
Side 23.4.1.5
Biologisk nedbrytning
23-25
23.4.1.6
Oppsprekking og vridning
23-29
23.4.2
Trebeskyttelse
23-33
23.4.2.1
Konstruktiv trebeskyttelse
23-33
23.4.2.2
Kjemisk trebeskyttelse
23-34
23.5
Trevirkets deformasjons- og
fasthetsegenskaper
23-42
23.5.1
Elastisk deformasjon
23-43
23.5.2
Strekkfasthet
23-45
23.5.3
Trykkfasthet
23-47
23.5.4
Bøyefasthet,
23-49
23.5.5
Oppsummering av fasthetsdata
23-52
23.5.6
Nyere, norske undersøkelser
23-52
23.6
Treindustrielle produkter
23-54
23.6.1
Rundtømmer
23-55
23.6.2
Skur- og høvellast
23-56
23.6.3
Prefabrikerte bygningskomponenter
23-61
23.6.4
Trykkimpregnert trevirke
23-62
23.6.5
Limtre
23-63
23.6.6
Finer og kryssfinér
23-65
23.6.7
Møbelplater
23-67
23.6.8
Trefiberplater
23-67
23.6.9
Sponplater
23-69
23.6.10
Andre produkter
23-70
23.7
Forskning og produktutvikling, informasjon, kvalitetskontroll
Kap. 24
23-71
PLASTMATERIALER
24.1
Historikk og betegnelser
24.2
Plastmaterialenes oppbygging og
24-1
struktur
24-2
24.2.1
Kjedemolekylets oppbygging
24-2
24.2.2
Bindinger
24-7
24.2.3
Steriske
(geometriske)
effekter og
taktisitet
24-7
24.2.4
Krystallinitet
24-8
24.2.5
Molvekt og -fordeling
24-9
-XV-
Side 24.2.6
Hjelpestoffer
24-10
24.3
Inndeling av plastmaterialene
24-11
24.3.1
Termoplastene
24-11
24.3.2
Herdeplastene
24-12
24.4
Aggregattilstander og overganger
24-15
24.4.1
Glasstilstand og overgang til gummitilstand
24.4.2
Kap.
24-15
Gummitilstand og overgang til væsketilstand
24-15
24.5
Materialegenskaper
24-17
24.5.1
Strekkfasthet
24-17
24.5.2
Deformasjon
24-17
24.5.3
Slagfasthet
24-18
24.5.4
Utmatting
24-19
24.5.5
Volumbestandighet
24-19
24.5.6
Kjemiske egenskaper
24-20
24.5.7
Brannegenskaper
24-20
24.5.8
Nedbrytning, eldning
24-20
24.5.9
Forskjellig
24-21
24.6
Plast i bygningskonstruksjoner
24-22
24.6.1
Generelt
24-22
24.6.2
De enkelte plasttypene
24-23
24.6.3
Produktoversikt
24-28
24.7
Identifisering av plast
24-29
24.8
Framtidsperspektiver
24-29
25
HJELPEMATERIALER
25.1
Glass
25-1
25.1.1
Innledning
25-1
25.1.2
Sammensetning
25-1
25.1.3
Egenskaper
25-2
25.1.4
Glassprodukter
25-3
25.2
Fiberarmerte materialer
25-5
25.2.1
Innledning
25-5
25.2.2
Asbestsement
25-6
25.2.3
Fiberarmert plast
25-8
25.2.4
Fiberarmert betong
25-9
25.3
Asfalt
25-10
-XVI-
Side
Kap.
Kap.
25.3.1
Innledning
25-10
25.3.2
Asfalt for vegbygging
25-10
25.3.3
Asfalt som lim i bygningsindustrien
25-12
25.4
Papp og folier
25-13
25.4.1
Innledning
25-13
25.4.2
Klassifisering
25-13
25.4.3
Egenskapskrav
25-15
25.4.4
Oppbygging, egenskaper og bruks
områder
25-15
25.4.4.1
Overlagspapp, -plast og -gummi
25-15
25.4.4.2
Underlagspapp
25-18
25.4.4.3
Vanntrykkpapp, -plast og -gummi
25-18
25.4.4.4
Forhudningspapp
25-18
25.4.4.5
Diffusjonstett papp, -plast og -folie
25-18
25.4.4.6
Lyddempende papp
25-19
25.5
Fugematerialer
25-19
25.5.1
Innledning
25-19
25.5.2
Fugematerialer
25-20
25.5.3
Tettelister
25-21
25.5.4
Fugebånd
25-23
26
SLITELAG - GOLVBELEGG
26.1
Innledning
26-1
26.2
Krav til industrigolv
26-1
26.3
Aktuelle typer industrigolv
26-3
26.3.1
Betonggolv
26-4
26.3.2
Asfaltgolv
26-7
26.3.3
Plastgolv
26-9
26.3.4
Keramiske golv
26-11
26.3.5
Tregolv
26-12
26.3.6
Natursteingolv
26-13
26.3.7
Metallgolv
26-13
26.3.8
Magnesittgolv
26-14
27
ISOLASJONSMATERIALER
27.1
Generelt
27-1
27.2
Mineralull
27-3
-XVIISide
Kap.
27.2.1
Steinull
27-3
27.2.2
Glassull
27-5
27.3
Skumplast
27-8
27.3.1
Polystyrenskum
27-8
27.3.2
Polyuretanskum
27-10
27.4
Trebaserte isolasjonsmaterialer
27-11
27.4.1
Kork
27-11
27.4.2
Treull-sementplater
27-11
27.4.3
Spon
27-12
27.5
Lettbetong
27-12
27.5.1
Lettklinker og lettklinkerbetong
27-12
27.5.2
Dampherdet gassbetong
27-13
28
KJEMISKE ANGREP PÅ BETONG
28.1
Begrensning av temaet
28.2
Betongens forhold overfor kjemisk
virksomme stoffer
28.3
28.4
28-6
Betongens kjemiske stabilitet overfor sjøvann
•
28-11
Betongens kjemiske stabilitet overfor jord og undergrunn
28-15
28.6
Angrep på vegbetong av tinesalter
28-20
28.7
Botemidler mot betongens kjemiske forvitring
Kap.
28-3
Betongs kjemiske stabilitet over
for fjellvann
28.5
28-1
28-22
29
MATERIALKLASSIFISERING OG ER-ORIENTERINGER
29.1
Innledning
29-1
29.2
UDK-systemet
29-2
29.3
SfB-systemet
29-3
29.3.1
Innledning
29-3
29.3.2
Systemets oppbygging
29-4
29.3.3
Anvendelser av SfB-systemet
29-7
29.4
CIB Master lists
29-9
29.5
ER-orienteringer
29-9
29.5.1
Innledning
29-9
29.5.2
Oppgave og arbeidsområder
29-10
A/S NORCEM STIKKORDREGISTER
Kap.
13
Kap.
13
1
VOLUMENDRINGER AV
TEMPERATUR
OG
SOM
FØLGE
FUKT-
VARIAS JONER
TEMPERATURENS INNFLYTELSE UNDER VANLIGE FUNKSJONS
13.1
FORHOLD
Ethvert material endrer sin lengde og sitt volum med temperaturendringer, i regelen slik at en høyere temperatur fører til en økning av lengde og volum.
Et
unntak er for eksempel vann når det befinner seg ved lavere temperatur enn 4°C. Når temperaturen heves mot
grensen 4
avtar vannvolumet.
Den lineære utvidelsen
med temperaturendringer beregnes etter formelen:
AL = a • L • AT
Her er AL = lengdeendringen over lengden L
a
= utvidelseskoeffisienten
L
= opprinnelig lengde
AT = temperaturendringen %
Utvidelseskoeffisienten a er altså forandringen av en lengde av materialet ved 1° temperaturendring.
a er
positiv om lengden øker med økende temperatur. For væsker
og for isotrope faste materialer blir volumutvidelsen meget nær lik 3-a. Koeffisienten a varierer i regelen noe med tempera turen, men innenfor det praktiske bruksområdet for materi alene pleier man å regne den som konstant.
materialer, dvs.
For anisotrope
slike som har forskjellige egenskaper i
de forskjellige akseretningene, er også a å finne blant disse egenskapene.
dvs.
Men særlig for inhomogene materialer,
slike som veksler i egenskap også langs hver av
aksene, blir det særlig vanskelig å angi a med en nøyaktig verdi.
Dette gjelder eksempelvis for betong hvor det er
alt for mange faktorer som innvirker.
En slik faktor er
vannets nærvær i de fine kapillærene i betongen.
Som vi
Kap.
2
13
ser av tabell 13.1 har tørr betong en a-verdi lik 8 10 * , mens våt betong har H‘10-6. De a-verdier man finner i
litteraturen varierer derfor betraktelig, sannsynligvis
på grunn av ulike funktinnhold.
Det er også verdt å
merke seg at man i regelen ikke finner samme a-verdi ved en temperaturstigning som under en senkning.
Videre
betyr det noe hvor stor temperaturstigningen er.
Dette
gjelder ikke bare for betong, men for steinmaterialer i
alminnelighet.
Etter oppvarming og avkjøling til samme
temperatur finner man altså en liten tilbakeværende for lengelse.
Dette skyldes at de forskjellige krystaller
som deltar i bevegelsene, har forskjellige a-verdier
langs de forskjellige akser.
Dette fører til en indre
glidning under prosessen. Stål og betong under normale bruksbetingelser har
omtrent samme a-verdi hvilket er en stor fordel ved armering av betong. Spesielt er det fasadematerialer og takmaterialer
som kan bli utsatt for store temperaturvariasjoner på
grunn av solstråling og vinterkulde.
Fasadematerialene
må derfor festes slik til konstruksjonen at bevegelsene
kan tas opp i fuger.
I vegger uten fuger medfører
temperaturendringer i overflaten at det oppstår spenninger.
Slike temperaturspenninger kan bidra til at det for eks empel oppstår puss-skader.
Et godt praktisk eksempel på at man må ta hensyn til lengdeutvidelsen finner vi ved taktekking med kobber-
plater.
Disse må brukes i mindre størrelser enn ved
bruk av forsinket stålplate hvilket skyldes at kobber har større utvidelseskoeffisient enn stål og derfor fordrer
flere skjøter til å ta opp bevegelsene.
Kap.
13
3
Tabell 13.1
Utvidelseskoeffisienten a for bygningsmaterialer ved normale temperaturer: a pr. grad
Material
Metaller: Aluminium
24
x 10
Kobber
16
ii
Stål
11-12
ii
Naturstein:
Granitt
ca.
8
li
10-15
ii
2-12
ii
8
ii
11
ii
7
ii
25
ii
8
ii
Tegl
5
ii
Klinker
3-5
it
Porselen
2-5
ii
Furu i fiberretningen
5
ii
Furu X
34
ii
AkryIplast
90
ti
Esterplast
55
ii
Kvarts Kalkstein
Betong, puss osv.:
Betong, tørr Betong, våt
Lettbetong, dampherdet Gips,
støpt
Glass:
Vindusglass, vanlig
Keramiske materialer:
Tre:
Plast:
Etenplast
Vinylplast (stiv PVC)
160-180
ii
50-60
ii
—6
Kap. 13
4
Vanns ekspansjon ved 20° utgjør 5 til 6 ganger stålets.
Når et fast stoff ekspanderer ved varmeopptak,
skyldes det at de.enkelte atomer i gitteret svinger
sterkere omkring sin posisjon i gitteret.
Det er derfor
intet merkelig i at koeffisienten ot står i nær tilknytning
til materialets spesifikke varme og til dets smeltepunkt, for også disse størrelser henger sammen med den samme
økte atomære svingning.
Er bindingene mellom atomene
eller molekylene i materialet svake, vil det si at smeltepunktet er lavt.
Samtidig må koeffisienten a bli
høy fordi det skal liten energiøkning til for å gi ytter ligere økning av atomsvingningene i gitteret.
Innenfor
en gitt sammenhørende klasse av materialer gjelder derfor loven:
a • T = konstant m
hvor T er smeltepunktet i °K. m
I overensstemmelse med dette ser vi i tabellen ovenfor at
plastene som jo har lavt smeltepunkt, oppviser overordent
lig høye a-verdier. Faktorer som bestemmer betongs termiske ekspansjon Ekspansjonen hos tilslagskorn
(sand, stein)
av
henger av de mineraler som de består av, og hvilken mengde de forekommer i.
Mange av mineralene som er tilstede i
et steinkorn, kan ha forskjellig utvidelseskoeffisient i
de forskjellige retningene.
Dette er f.eks. tilfelle med
kalkstein og marmor og tildels granittens bestanddeler
(ortoklas).
Det er derfor klart at steinpartikkelens
utvidelseskoeffisient vil avhenge av hvordan krystallene
er orientert og hvilken størrelse de har.
Blir derimot
steinen nedknust til fint steinmel, vil utvidelseskoeffi
sienten anta en middelverdi i alle retninger (4). Andre faktorer som påvirker utvidelsen:
Kap.
(a)
13
5
Sementtype
Siden betong er en blanding av tilslag og hydratisert sement, må dens termiske ekspansjon avhenge av
a-verdiene for begge disse bestanddeler.
Det viser seg
at de forskjellige sementtyper gir sementpastaer med høyst forskjellige a-verdier, men når sementene går inn
i betong, er likevel innflytelsen ganske minimal. (b)
Sementmengde Også innvirkningen av sementmengden gjør mindre
utslag i betongens a-verdi enn man skulle vente seg ut i fra a-verdien for sementen målt på herdnet sementpasta.
(c)
Alder_ved_prøvning_og_herdningsvilkår Ingen av disse faktorer gir merkbare utslag på
betongens utvidelse.
(d)
YanDinnhold Det viser seg at betongens vannsementforhold er av
liten betydning i denne sammenheng.
Det som betyr noe
er vanninnholdet i øyeblikket, altså innholdet av fritt vann.
Det har vist seg at betong som er fullstendig
tørr eller fullstendig vannmettet, har nær samme utvidelse,
mens samme betong med et mellomliggende vanninnhold har betraktelig høyere a-verdi.
Det er sementpastaen som til
fører betongen denne egenskap.
Da en
uttørring av sement
pasta eller betong går meget langsomt, kan en av dette utlede følgende regel:
For å oppnå en betong av lav ter
misk utvidelse er det nødvendig å produsere en betong av lav vannabsorbsjon.
I en betongkonstruksjon har betongens termiske utvidelse betydning på to måter.
For det første må en
betrakte betongens gjennomsnittlige utvidelseskoeffisient
og for det andre kommer differansen mellom a-verdiene for
tilslaget og den hydratiserte sement inn i bildet.
Kap. 13
6
Et stort antall tilfelle av skader på betong er påstått å skyldes det faktum at tilslaget og sement-
pastaen ikke oppviser identiske volumforandringer når temperaturen endrer seg,
(1,
2).
Som følge av dette vil
det, når det anvendes tilslag av særlig lav utvidelses
koeffisient, kunne bygges opp betraktelige indre spen ninger i betongen.
Blir så en slik betong utsatt for
mange gjentagelser av slike temperaturvekslinger, må
dette teoretisk sett kunne føre til nedbryting av betongen.
Denne teorien gir en tilfredsstillende forklaring
på skader på visse betongkonstruksjoner, men på den annen side motsies teorien ved de utallige eksempler på at tilslag av lav termisk utvidelse under lignende omstendig heter har gitt betong med helt tilfresstillende bestan
dighet
(3) . Det er derfor mulig at andre faktorer griper inn
i bildet.
Krypning kan avlaste betongen for indre
spenninger, videre må elastisitetsmodulene for tilslag og sementpasta tas med i betraktning foruten at størrelsen
av tilslagskornene og overflateruheten muligens spiller Som oppsummering må en konkludere med at for
en rolle.
en betongkonstruksjon synes det å være fordelaktig å sikte mot en lav termisk ekspansjon.
Siden foranstående
oversikt viser at det i første rekke er tilslaget som bestemmer betongens utvidelseskoeffisient, er det i til felle fordelaktig å velge et tilslag med lavest mulig
utvidelseskoeffisient.
For betong som skal motstå store
temperaturvariasjoner er derfor kalkstein å foretrekke
som tilslag framfor de kvartsholdige steinarter.
Et annet eksempel på bygningsskader som følge av
forskjellig relativ bevegelse mellom materialer, finner vi på området puss på betongflater.
I et tilfelle av
puss-skader hvor det hadde vært anvendt gipsmørtel, ble —A utvidelseskoeffisienten bestemt til a = 16-10 . Denne store avvikelse fra den underliggende betongens a-verdi
(8-9‘10
)
ble ansett å være en sterk medvirkende årsak
til puss-skadene.
Kap. 13
13.2
7
VOLUMENDRINGER SOM FØLGE AV FUKTVARIASJONER I MATERIALET
13.2.1
Egenskaper som påvirkes
De forskjellige byggematerialer reagerer meget forskjellig på fuktighet, men i hovedtrekkene kan en si at
har avgjørende innflytelse på
fuktinnholdet
følgende egenskaper: -svinn og svelling og dertil sammenhørende egen skaper , -materialenes varmeisolerende egenskaper, -fasthets, og elastisitetsegenskapene, steinmaterialene,
særlig
-motstandsdyktighet mot angrep av sopp og skadeinnsekter hos organiske materialer og angrep av korrosjon nos metalliske materialer, -utblomstringer og endringer i farge og utseende hos de fleste materialer.
13.2.2
Svinn og svelling
Under dette avsnitt skal vi se nærmere på feno
menene svinn og svelling. fenomener i praksis,
Det er lett å observere disse
kanskje særlig ved trematerialer.
Treet trekker seg tydelig sammen ved uttørring utvider seg igjen ved senere oppfukting
(svinn)
(svelling).
og
Også
porøse materialer av uorganisk karakter viser tilsvarende svinn og svelling,
jfr.
tabell 13.2.
Vi ser av tabellen at treverk oppfører seg sterkt anisotropt overfor fuktighet.
De nærmere årsaker til
dette skal vi komme tilbake til under kapitlet om treverk.
Sammenlignet med de store svinntallene for treverk opp viser betong svært beskjedne svinntall.
Man skulle kan
skje ut fra dette kunne anta at svinnet er av liten
viktighet.
Det må imidlertid sees på bakgrunn av materi
alets deformasjonsevne på strekk.
Denne deformasjonsevne
Kap. 13
8
Tabell 13.2 Material
Svinn %
Anmerkning
Tre lengderetning
0,1-0,35
Fra rå til absolutt tørr tilstand
"
radielt
2,0-8,5
fl
"
tangensielt
4,0-14,0
II
"
volum
7,0-21,0
II
Betong
0,03-0,06
Fra vannmettet til ca. 50 % RFx)
Autoklavherdet gassbetong
0,02-0,06
Fra vannmettet til 43 % RF
Tegl
0,0005-0,001
Fra vannmettet til likevekt med luft
X)
RF = relativ fuktighet i luften
er for betong bare ca 0,02 %, altså lavere enn svinntallene i tabellen ovenfor.
For en betongkonstruksjon
som er fullstendig innspendt og dermed helt forhindret i å trekke seg sammen, må derfor svinnet som oppstår ved
overgang fra vannmettet tilstand til likevekt med normalt innendørs klima, nødvendigvis føre til sprekkdannelser.
Vi skjønner også umiddelbart av tallverdiene i tabellen at svinnet og svellingen er prosesser som beror
på et samvirke mellom fuktighet og porestruktur.
De tre
gruppene treverk, betong og det brente tegl ligger på
hvert sitt nivå.
Det er porevolumet som bestemmer hvor
meget vann et porøst material maksimalt kan ta opp.
Men det er likevel ikke denne størrelse som er utslags
givende for graden av svinn og svelling.
Langt mer betyr
det hvordan porene fordeler seg og hvilken struktur de har. De porøse materialenes strukturelle oppbygning er
meget komplisert og har ikke latt seg beskrive geometrisk slik som man kan gjøre det ved krystallinske stoffer.
Selv om strukturen makroskopisk sett enkelte ganger virker
svært regelmessig oppbygd, endrer den seg likevel fra
punkt til punkt i materialet.
En har derfor måttet nøye
seg med å beskrive porøse materialers struktur ved vanlig
Kap.
13
9
eksperimentelt bestemte størrelser som porevolum og
porevolumets fordeling med hensyn til porestørrelser, kornradier, poreradier,
indre total adsorbsjonsflate
som porene utgjør osv.
Vi kommer nærmere tilbake til
dette i kap.
14.
Alt etter porestrukturen kommer da også for skjellige kraftvirkninger
(kapillarkrefter)
til som i
større eller mindre grad trekker fuktighet innover i materialet.
Materialegenskapene blir med andre ord
bestemt av den gjensidige påvirkning mellom molekylene i grunnmaterialet og molekylene i det inntrengende
i vårt tilfelle vann.
medium,
En finner derfor ofte eksempler på at man har valgt å inndele porestørrelsene slik at man samtidig
får et klart skille mellom de forskjellige former som vannet opptrer i.
For de sementbundne materialer så
ledes adsorbtivt bundet vann (i gelporer) og kapillært vann som er tilstede i fri tilstand i de grovere porene
som betegnes kapillarer.
Av disse to vanntypene har
det adsorbtivt bundne vannet langt større innflytelse
på svinn- og sveilingstendensen hos herdnet sementpasta enn det frie kapillarvannet.
Et tilsvarende forhold finner vi hos treverk. det sees av fig.
13.1 skjer det ingen endring av treets
volum om man øker eller senker vanninnholdet når en
Volum endring
befinner seg i området over 30 %.
Treets vanninnhold Fig.
13.1
Som
Volumendring i % av absolutt tørt volum for gran som funksjon av vanninnholdet.
Kap.
13 - 10
Med fuktmengde i % menes da vannmengde i forhold til materialets tørre masse.
Dersom fuktinnholdet under-
skrider ca 30 % avtar svinnet nærmest lineært med avtakende fukt
Man forklarer fenomenet på følgende måte:
mengde.
Ved
uttørring forsvinner først det relativt frie vannet i cellehuIrommene,
ca 30 %.
og under dette synker fuktmengden til
Her skulle da bare bundet vann finnes tilbake,
fiberveggene er altså mettet med vann, men selve hulrommene Dette punktet kalles derfor fibermetningspunktet.
er tømt.
Når fuktinnholdet synker under dette punktet, avgis det adsorbtivt bundne vannet med svinn til følge.
En svinnkurve for autoklavherdet lettbetong gjengis i fig.
13.2.
Figuren viser lineært svinn som
funksjon av fuktmengden i materialet når svinnet foregår
fra helt vannmettet tilstand.
Påfallende er igjen det
bratt stigende svinn ved lave verdier av fukt.
Svinnet
endres da meget kraftig om man endrer den omgivende luftens relative fuktighet.
Dette skjer selv om det her
ikke dreier seg om noen vesentlig endring av fuktmengden
i materialet. ■ M -
o o o o
CO
A)
00/
oOJ o
'UUIAC •
r
o— o o
0 --------------- —-------------- --------------2 3 4 5 10 20 30 40 50 Fuktighet, masse %
Fig. 13.2
100
Svinn i %o hos autoklavherdet lettbetong som funksjon av masse % vannmetning.
Denne følsomhet for luftens relative luftfuktig het synes for sementbundne materialer å henge sammen med måten de er herdet på etter tilvirkingen.
Høytrykks-
dampherdet materiale synes å følge en kurve av utseende
13 - 11
Kap.
som kurve B på fig. 13.3. forhold dvs.
Med herding under normale
atosfæretrykk og omtrent værelsestemperatur,
får man et materiale som i prinsipp følger kurven A. Svinnet stopper opp når luftfuktigheten synker under ca
50 % RF, mens det trolig igjen øker om materialet settes
ut for ekstrem lav luftfuktighet,
jfr.
fig. 13.2.
Svinn i %o som funksjon av relativ fuktighet i %. Kurve A: Herdnet i luft. Kurve B: Autoklavherdnet. Forsøkene gjennomført ved å lagre prøver i lengre tid ved valgte RF-nivåer som holdes konstant for den enkelte prøve.
De resultater man finner gjengitt i material-
brosjyrer vedrørende svinn og svelling er vanligvis
bestemt ved å utsette prøver av materialet for uttørring
fra nær vannmettet tilstand inntil det oppnås likevekt
med luft av en bestemt relativ fuktighet.
For sement-
bundne materialer er denne sluttfuktighet i luften vanligvis i området 40-50 % RF.
Et material i en
bygningskonstruksjon kan imidlertid komme til å bli ut satt for langt tørrere luft enn dette.
En relativ luft
fuktighet på 20-30 % RF er ikke uvanlig i boliger og kontorer i fyringsperioden.
En får i så fall
større svinn enn det som brosjyrene angir.
Men på den
annen side vil som regel ikke materialet bli innbygget i absolutt mettet tilstand.
F.eks. med dampherdnet
lettbetong vil man ikke ha et vannmettet materiale fra starten av.
For å danne seg det riktige bilde av for
holdet bør man fra de angitte forsøksverdiene trekke det svinn man kan få fra full vannmetning og ned til innbygnings-
Kap.
tilstanden,
og
13
12
øke verdien med et tillegg som svarer
til det svinn man får nedover mot den laveste grensen
for relativ fuktighet.
Betegner vi det funne prøvnings-
resultat med £0, vil den lineære langdeendring som til slutt interesserer oss og som vi betegner med
er = £o - £i + £2
(jfr. fig.
være:
13.4).
Når svinnet henger så nøye sammen med fuktmengden
i materialet og denne er avhengig av tiden for uttørking,
skjønner vi lett at også svinnet blir sterkt tidsavhengig. Jo mindre dimensjoner materialdelen har, dess raskere
skjer uttørking resp, fuktopptak og desto raskere oppnår også svinnet sin sluttverdi.
Vannavgivelsen skjer i
første omgang fra materialet nærmest overflaten mens
partiet innover mot kjernen henger igjen.
Dersom de
enkelte lag i materialet kunne svinne fritt skulle altså overflateelementene svinne først og kjerneelementene
senere.
Lagene er imidlertid koblet sammen og kan ikke
svinne fritt hvorfor det resulterende svinn i prøve
stykket får en eller annen middelverdi som svarer til det man kan beregne etter statikkens lover.
Pickett (7)
har angitt en beregningsmåte for svinnforløpet hos iso
trope materialer og hans metode har vist seg å gi god
Kap. 13
13
overensstemmelse for betong og likeledes for andre porøse materialer.
Fig.
13.5 gjengir et eksempel
beregnet etter hans metode.
hvor tykkelsen var h.h.v.
Det gjelder en konstruksjon
10 og 40 cm.
Som det sees av
figuren behøver den tynne platen ca 1 år for at svinnet skal nå sluttverdien mens den tykke platen trengte 6-7
år.
Halvdelen av svinnf or løpet var nådd etter ca 2 mnd for
den tynne platen og ca 15 mnd for den tykke.
Fig.
13.5
Tidsforløpet for svinn målt i % av sluttsvinnet for 10 cm og 40 cm tykk betong (7).
For mer porøse materialer som f.eks. lettbetong, går forløpet langt raskere, men stort sett kan en si at
fig. 13.5 er temmelig representativ for betong. Pickett har i et senere arbeid
(7 b) behandlet
betongens svinn som funksjon av pastaens svinn og volumfraksjonen av tilslag.
Han utleder følgende uttrykk:
Sb = Sp (l-a)n
hvor
Sb = betongens svinn Sp = svinn hos ren sementpasta a
= tilslagsmengde i volumfraksjon (desimalbrøk)
n
= konstant som eksperimentelt varierer mellom 1,2 og 1,7 avhengig av materialsammensetninaen.
Kap.
14
13
Tabell 13.3
Typiske svinnverdier for betongprøver av 5" (12,7 cm) sidekant lagret ved 20 C og 50 % RF i 6 mnd.
Svinn etter 6 mnd
Forhold Tilslag/sement
(x 10
0,5
v/c = 0,4
0,6
0,7
—
—
3
800
1200
4
550
850
1050
5
400
600
750
850
6
300
400
550
650
7
200
300
400
500
—
De elastiske egenskaper hos tilslaget bestemmer
svinnmotstanden.
Brukes stål som tilslag far man en
tredjedel mindre svinn, med ekspandert skifer en tredje
del mer svinn enn med vanlig tilslag. T.C.
Hansen og Knud E.C. Nielsen
Nylig har derfor
(9) utvidet teorien til
også å omfatte tilslagets svinn og E-modulene for såve1 sementpasta som tilslag.
Forfatterne mener at *
deres
ligninger har gyldighet for all relativ bevegelse mellom pasta og tilslag,
f.eks. også termisk ekspansjon.
Irreversibelt svinn
Drives
uttørkingen
for langt for sementbundne
materialer kan det inntre mikrosprekker.
Materialet kan
da ikke senere ved oppfukting gjenvinne helt ut sitt opp
rinnelige volum. reversibelt.
Det totale svinn er altsa bare delvis
Den reversible del andrar til 30—50 % av
det totale, opprinnelige svinn,
strukturell omdannelse.
avhengig av graden av
For et slikt material vil altså
en svinn-svellingskurve ikke kunne komme tilbake til sine opprinnelige endepunkter.
Denne endringen er perma
nent .
Ved et organisk material som treverk, kan vi også
observere en hystereselignende sløyfe om man fukter opp
Kap. 13
15
igjen et material som før var tørket ut.
bare et tidsavhengig fenomen,
Men dette er
sluttverdiene er her de
Hysteresesløyfen henger mer sammen med at fukt-
samme.
mengden i materialet,
som til en hver tid innstiller
seg i likevekt med den omgivende lufts fuktighet, ikke blir den samme under uttørking som under oppfukting. Vi kaller disse 1 ikevektskurvene over fuktmengden for
fuktisotermer, jfr.
fig. 13.6.
At disse altså blir
forskjellige i de to tilfelle kan det oppstilles for skjellige hypoteser til forklaring av, men de kan vel anses å være et uttrykk for det generelle prinsipp at alle endringer som bestemmer egenskapene i en molekyl
struktur, krever en viss minsteimpuls for å finne sted.
Fig.
13.3
13.6
Fuktisotermer.
SVINNETS INNFLYTELSE PÅ KRYPNING
Hos sementbundne materialer står svinn og krypning i nær sammenheng med hverandre.
Står en betong under
last og den samtidig far tørke ut, blir den observerte krypning
langt større enn om prøven på forhånd hadde
f ått innstillet seg i likevekt med luftens relative fuktig het.
Kap. 13 - 16
En betong med bare svinn:
resultat E •5 En betong med bare krypning: resultat ekr
Begge deler:
e.
,
LOtdl
L' Hermite (8)
= e.
jvl
+ e
+ Ae (et kombinasjonstillegg)
har angitt følgende ligning for å
gjengi virkningen av svinnet på størrelsen av den obser
verte krypning, c: c = ci (1+Q-s) hvor
cr = krypning under svinnfrie betingelser
s
= svinn (uten krypning) ved den betraktede relative fuktighet og
Q
= en konstant avhengig av betongen.
Betong som oppviser høyt svinn, viser i alminnelig
het også stor krypning.
Dette betyr ikke at de to feno
mener skyldes samme årsak, men at de begge er kjedet
sammen med den samme struktur hos den hydratiserte
sementpasta.
Svinn og krypning adskiller seg
jo typisk
ved at krypning foregår uten tap av vann fra betongen til omgivelsene.
Betongs krypning bestemmes vanligvis under slike betingelser at svinn eller svelling ikke finner sted samtidig.
Men hvis prøvestykket i somme tilfelle får
tørke ut under forsøket, gjør man vanligvis den for enklede antakelse at krypning og svinn er additive
størrelser.
Krypningen blir derfor beregnet som diffe
rensen mellom den totale observerte tidsdeformasjon og
svinnet for et lignende ubelastet prøvestykke som lagres
under samme betingelser i den samme periode.
Denne
betraktningsmåten er en praktisk forenkling, men svinn
og krypning må ikke ut fra dette tolkes som helt uav hengige fenomener.
En kommer nærmere tilbake til årsakene til svinn og svelling under omtalen av de respektive materialer.
Kap. 13
17
LITTERATURHENVISNING Pearson:
A. Concrete failure attributed to aggregate of low thermal coefficient. ACI-J. V 13. No. 1, Sept. 1941.
(1)
J.C.
(2)
J.C. Pearson:
(3)
F .V.
(4)i
L. J. Mitchell:
Thermal expansion tests on aggregates neat cements and concretes ASTM Proc. Vol. 53 pp. 963-975, 1953.
(5)
A.M. Neville:
Shrinkage and creep in concrete. Structural Concrete Vol. 1. No. 2 Mar/Apr. 1962, pp. 49-85.
ACI-J. V 15. No.
1,
Sept.
Reagel, T .F. Willis: Diskusjon av V 13. No. 6.
(6)i U.S. Bur. Reclamation: Concrete Manual. Denver 1942.
1943.
(2) ACI-J
4th Ed.,
(7 a) G .
Pickett:
Shrinkage stresses in concrete. ACI-J Jan.-Febr., 1946.
(7 b) G.
Pickett:
Effect of Aggregate on Shrinkage of Concrete and a Hypothesis Concerning Shrinkage. ACI-J Jan. 1956, pp. 581-590.
(8)1
R. L 'Hermite:
Volume changes of concrete. 4th Int. Symp. on the Chemistry of Cement. Washington D.C. 1960.
(9)l
T.C. Hansen, K .E.C. Nielsen: Influence of Aggregate Properties on Concrete Shrinkage. ACI-J No 7, (1965), pp. 783-794.
Kap.
Kap.
14.
DENSITET,
14
1
R OMDENSITET,
TYNGDETETT HET,
TETTHET,
ROMTYNGDE-
PO RØSITET,
PERME-
ABILITET. 14.1
DENSITETS- OG TYNGDETETTHETSBEGREPET ETTER NS 1020 DEL 3
Definisjoner, metoder for bestemmelse
Et kg masse defineres som massen av kilogramprototypen som oppbevares i Det internasjonale byrå for mål
og vekt i Paris. Et fast materiales densitet eller massetetthet, p, 3 er dets masse dividert med dets volum uten porer, kg/m ,
(svarer til tidligere "spesifikk vekt"). Denne masse og densitetsdefinisjon skal brukes når
det er snakk om størrelser som bevegelsesmengde, spinn,
treghetsmoment o.l. ved bevegelser.
For en bygningsingeniør har det størst interesse å definere begrepene slik at de kan brukes som grunnlag
for utregning av krefter og spenningen på en konstruksjon. Kraftbegrepet newton, N, må da introduseres.
En newton
defineres som den kraft som gir et legeme med masse 1 kg 2 en akselerasjon 1 m/s . Tyngdetetthet, y , eller spesifikk
tyngde defineres da som kraft eller tyngde i N dividert
med volumet.
En skjønner av dette at tyngdetettheten
varierer noe over jordens overflate med tyngdens aksel
erasjon mens densiteten er konstant.
For å oppnå gunst
ige tallstørrelser, er det vanlig å uttrykke tyngdetett33 3 heten med kN/m som er lik 10 N/m slik dét er gjort i NS 3052 for beregninger av belastninger.
Tidligere ble
tyngdetetthet definert som kilopond pr. kubikkmeter, 3 kp/m . Sammenhengen mellom kp og N er: lkp= 9.80665 N.
I praksis blir ofte dette forenklet til 1 kp = 10 N. Begrepene densitet og tyngdetetthet er klare når det
Kap. 14-2
er snakk om kompakte stoffer. er derimot porøse.
Mange bygningsmaterialer
Slike materialer vil ha lavere den
sitet enn det kompakte stoffet de er bygget opp av. Man 3 snakker da om romdensitet, p , (kg/m ) hvor porene er medregnet i volumet i motsetning til i densiteten,p.
I kap. 21 vil det dessuten bli nødvendig å definere begrepet korndensitet.
I materiallæren vil vi holde oss til begrepene
densitet, romdensitet og korndensitet, alle gitt i kg/m
3
til tross for at størrelsene tyngdetetthet, romtyngdetetthet og korntyngdetetthet er mer anvendelige for en bygnings
ingeniør.
En har gjort dette valget fordi densitets-
begrepene er de mest vanlige samtidig som omregning til tyngdetetthetsbegrepene er enkle.
Bestemmelsen av densiteten p skjer oftest ved hjelp
av et pyknometer som vanligvis består av en glassflaske
med et fint stigerør.
Materialet knuses først ned slik at
porene så langt gjørlig er borte.
Det veies inn en prøve
i tørr tilstand og man bestemmer hvor stort volum pulveret inntar i pyknometeret ved å fylle dette opp med en egnet
væske.
Bestemt på denne måten blir densiteten p større
jo finere materialet er pulverisert inntil en viss grense.
Forholdet mellom et materiales densitet og romdensitet gir
opplysninger om innhold av porer i materialet. For de materialer vi har mest å gjøre med i bygnings
teknikken ligger densiteten innenfor følgende områder: 3 Steinmaterialer: 2650 - 2700 kg/m 3 Sement: 3100 kg/m 3 Trematerialer: 1520 - 1620 kg/m for det kompakte stoff
Teglstein:
2600 - 2750 kg/m
3
avhengig av brenn-
ings graden idet den hardest brente stein har lavest densitet.
Romdensiteten pr bestemmes gjennom veiing
og en bruker
alltid prøven i tørr tilstand om intet annet er sagt.
Kap. 14-3
Volumet bestemmes gjennom måling dersom prøven har en enkel geometrisk form.
I motsatt fall bestemmes volumet
vanligvis ved å veie prøven i luft og nedsenket i vann. Dersom materialet er porøst, suger det imidlertid vanlig
vis vann og denne oppsugningen må i så fall elimineres.
Til dette bruk kan en enten tette overflaten med parafin, eller senke ned prøvestykket i en væske som ikke suges
opp.
Men oftest går en fram slik at en først veier prøven
i tørr tilstand og deretter senker den ned i vann så lenge
at den blir vannmettet.
Det vannmettede prøvestykket kan
man så veie i luft og i vann og tyngdedifferensen utgjør
da tyngden av det fortrengte vannet hvis volum er lik prøvens.
En forutsetning for denne siste framgangsmåten
er at prøven ikke er så grovporig at vannet renner av når prøven veies i luft (skjer f.eks. ved Lecalettbetong).
Et material som tre endrer volumet merkbart ved for andring av fuktmengden,
jfr.kap.13.
For et slikt material
må man derfor definisjonsmessig angi ved hvilket fuktinnhold volumet skal måles.
For treverk bruker man således å definere romdensiteten på to ulike måter, o massen i tørr tilstand en som = -------------------------------------------volum i tørr tilstand u _ massen i tørr tilstand eller vanligere som p Volum ved u % fukt der u oftest er lik 12 %. At man for treverk foretrekker å angi romdensiteten
ved et volum svarende til 12% fuktinnhold beror på at ved dette fuktinnholdet beholder prøvestykket en nøye målbar
geometrisk form, mens det ved full uttørring gjerne opp
viser så store kastninger eller andre deformasjoner at det kan være vanskelig å måle volumet tilstrekkelig nøye.
Dette materiale kan en jo ikke veie i luft og deretter ned senket i vann.
For partikkelmasser som sand, sement, kalk er pakningsgraden av vesentlig betydning for romdensiteten.
Om man feks.
Kap. 14-4
fyller et målekar med tørr sand så forsiktig som mulig,
kan man finne en lav romdensitet på f.eks. 1500 kg/m^. Om man sa vibrerer karet eller banker litt på karveggene, kan en fylle på ytterligere sand og romdensiteten kan feks.
komme opp i ca.
1700 kg/m .
Et resultat blir altså verdi
løst dersom man ikke enten angir prøvningsmetoden eller på
annen mate karakteriserer pakningsgraden.
En annen viktig
faktor for romdensiteten hos partikkelmasser er fuktinn-
holdet,
Dette influerer nemlig meget sterkt på volumet
som et slikt materialkvantum inntar.
Hos en del materialer kan det bli tale om to ulike rom-densiteter som vi kunne kalle brutto romdensitet og netto romdensitet.
Dette gjelder f.eks.
for hulltegl der
selve teglmassens romdensitet kan betegnes netto romdensitet
mens hele teglsteinens romdensitet inkl, hullene kan be
tegnes brutto romdensitet. ved volum funnet
Netto romdensitet kan bestemmes
gjennom veiing
vannmettet i luft og i
vann og brutto romdensiteten ved oppmåling.
Romdensiteten hos materialene anvendes for å beregne tyngden av konstruksjonene i en bygning og dermed også be
lastningen på den underliggende bygningsdel.
Av rom
densiteten kan en også bedømme transportomkostninger og håndterbarheten hos materialpartier.
I slike tilfelle har
romdensiteten direkte betydning, men den indirekte betydning
av den er langt større.
Romdensiteten anvendes nemlig meget
ofte som en karakteristisk egenskap til å skille mellom ulike typer av samme vare av samme materiale og den inngår ofte i et
materials eller en vares betegnelse.
I normer og forskrifter
finner vi ofte at kravene stilles i forhold til materialets romdensitet.
14.2
PORØSITET, POREFYLLINGSGRAD
Porøsiteten hos et material defineres som forholdet mellom det totale porevolum i forhold til materialets totale
Kap. 14
5
For et material av masse M (kg) blir sammen
ytre volum.
hengen mellom porøsitet p, romdensitet p
og densitet p
som følger:
Totalt volum (inklusive porer) V
Fast volum
(eksklusiv porer)
V
t
= p
f
= — P
r
porøsiteten
p
eller uttrykt i %: p = 100(1 - pr )
%
Anvender man disse formler for noen av våre alminne ligste bygningsmaterialer får man følgende tabell:
Tabell 14.1
—---------------------Material
Romdensitet nr v / 3 P kg/m
Densitet „ , z 3 p kg/m
j Porøsitet %
Betong
2400
2700
Murtegl 1,6
1600
2700
11 41
Lettbetong 0,5
500
2700
81
Tre
(furu)
500
1560
68
Mineralull
50
2700
98
Celleplast
1,5
1050
99
i
Vi ser av denne tabellen at selv vanlig betong kan
ha en betydelig porøsitet og dette vel og merke til tross for at betongen for største delen består av nesten pore-
Kap.
frie tilslagsmaterialer.
14-6
Porøsiteten i sementpastaen
er altså langt større.
Slik som vi foran har definert porøsitet blir alle hulrom eller porer medregnet enten de er lukkede
eller åpne.
Denne porøsitet kan vi derfor kalle den
absolutte porøsitet eller den totale porøsitet.
Men
ofte er man like interessert i det porevolum som er tilgjengelig for en bestemt påvirkning utenfra, det
være seg væske eller gass.
Denne porøsiteten kunne man
Den bestemmes ofte
kalle den tilsynelatende porøsitet.
ved at man lagrer en prøve i vann og i blant ved å kom
binere dette med koking av vannet eller ved å anvende vakuum eller overtrykk.
Disse metodene gir da selvsagt
forskjellig resultat, dvs. tilsynelatende porøsiteter.
Når vi snakker om porøsitet mener vi i alminnelighet den absolutte porøsitet når ikke annet er angitt.
I
spesielle tilfelle kan som nevnt porøsiteten være bestemt konvensjonelt etter en nærmere angitt metode og må da vurderes under iakttagelse av dette.
Har man bestemt den totale porøsitet p % og bestemmer vanninnholdet ved uttørring til konstant masse ved 105 C,
kan en beregne porefyllingsgraden,
f, dvs. den andel av
porevolumet som er vannfylt. , , , . Vanninnhold, veiing
Mo - M våt tørr vvekt -----------------------------M, tørr
, Vanninnhold etter volum
vvq1
vol vann _ - vol>material ,M O4_ ( vat
M,tørr)/vann . x zP
Mtørr/pr
Alts* VVQ1 = vvekt •
'Pr/Pyann1
(100 %)
(•100%)
Kap. 14-7
Har vi et material som viser et vannopptak lik 10% av tørr masse og dets romdensitet er p = 2000kg/m 3 r blir vannopptaket 0,10 • 2000 = 200 kg/m . Settes
3
Pvann = 1, svarer vannopptaket til 20 volumprosent. Porefyllingsgraden kan etter dette uttrykkes slik:
f - Vv°l
10 0 _ ( Mvåt
P
tørr
Mtørr) pr . p
,100 .
vann
P^Pr p
Porøsiteten er av stor betydning for å bedømme et
materials egenskaper, men som vi har sett i kap. 13, strekker ikke denne størrelse alltid til.
Man må også
kjenne til porenes størrelse og størrelsesfordelingen
og helst også så langt det er gjørlig, deres form. gjør f.eks.
Det
stor forskjell med henblikk på visse egen
skaper om et material har et sammenhengende poresystem eller om porene utgjøres av små luftblærer uten forbind
else med hverandre. Porenes
antall,
form og størrelse har stor betydning
for bl.a. følgende egenskaper: Varme- og lydisolering , fuktforhold, frostbes tandighet,
luftgj ennomgang og fasthet.
Porebetegnelser. Porer betegner hulrom av alle slag.
Submikroskopiske porer mindre enn j/q^qq' 111111 = 1/10 mikron = — 1 in-4 mm pm = 10
(1 pm = 1 mikrometer = 10
Mikroskopiske porer
(
m = 0,001 mm,jfr. NS 1020)
1 - —) nTO/ 10000 10
(io“4 - 10-1)mm
Kap.
14-8
Synlige porer større enn 1/10 mm. _8 Da vannmolekyl ets diameter er ca. 3 Å = 3’10 cm = _6 0,3’10 mm er denne størrelse samtidig den minste pore-
størrelse vi er interessert i. Pores tørrelse betegner porenes minste utstrekning.
Et kapillar er en pore innenfor det kapillære område (mindre enn 1/10 mm) .
Betegnelsen brukes fortrinns
vis for å angi at poren har en betydelig lengde.
Når
flere kapillarer og andre porer står i forbindelse med
hverandre har man et kapi 1 larsystem .
Form og størrelse på de forskjellige porer og faste partikler varierer sterkt fra et material til et annet og innen det enkelte material.
Felles for alle de porøse
materialene er at de har en stor poreveggflate pr. masse
enhet.
Denne veggflaten tjener som nedslagsfelt for vann-
dampmolekylene og har et kapillarsystem som tjener som transportveg for vannet eller vanndampen.
(I herdnet
sementpasta er den indre poreflaten bestemt til ca.
pr.
200m
2
gram.)
LUFTPERMEABILITET
14.3
Det kan ofte ha stor interesse å måle luftgjennomgangen
etter en bestemt metode gjennom et porøst material.
På
den ene side kan dette være av interesse for å karakteris
ere selv poresystemet og på den annen side kan det ha en
direkte praktisk hensikt å få et begrep om den luftgjennomgang man under praktiske forhold kan vente seg. gjennomgangen gjelder følgende formel:
g = k, 4^ * luft d
k iuft
• t, enhet m^ eller
= * q d A.p.t
4 der knuft = luf tpermeabiliteten,-----------
For luft-
Kap. 14
q
= luftvolum, m
d
A
= materialtykkelse, m 2 = eksponert flate, m
p
= trykkforskjell
t
= tid
N/m
9
2
(h = time)
Permeabiliteten er altså i dette tilfelle med luft det volum som pr. time strømmer gjennom et material med 2 tykkelse 1 m og med flaten 1 m når trykkforskjellen 2 mellom de to sidene er 1 N/m .
Luftpermeabiliteten beror på materialets porøsitet, porestørrelsen og porestrukturen.
Men også fuktmengden i
materialet spiller en stor rolle fordi vann i porene hindr
er luften i å passere.
Den gitte definisjon ovenfor gjelder bare så lenge strømingen er laminær noe som dog vanligvis holder med de
små trykkforskjeller og luftmengder som det normalt er spørsmål om.
Ved meget tynne skiver av visse materialer gjelder ikke alltid sammenhengen mellom tykkelse og permeabilitet
hvilket skyldes at overflaten ikke alltid har samme egen skaper som materialet forøvrig.
Dersom porene er store og
materialtykkelsen liten kan det endog finnes direkte gjenn
omgående porer. Ved meget tynne materialer som papp, trefiberplater osv. kan det være mere formålstjenlig å angi en verdi som gjelder
for produktet med den forekommende tykkelsen.
Denne størr
elsen som vi kan kalle produktets permeabilitet, ^luft * Z
følgelig
blir
tykkelsen d utgår dermed fra
betraktningen:
q = Kluft •A'P’t
Luftpermeabiliteten hos et material er av betydning når det gjelder å beregne en konstruksjons lufttetthet,
f.eks.
for å bedømme risikoen for ufrivillig ventilasjon gjennom vegger.
Skorstener og ventilasjonskanaler bør også være så
Kap. 14 - 10
tette som mulig.
Av permeabiliteten kan en også bedømme
risikoen for konveksjon i isoleringsmaterialer.
Stor
luftpermeabilitet hos et material innebærer i regelen og så stor gjennomtrengelighet for vanndamp
(diffusjon).
(Derimot gjelder ikke alltid det motsatte).
Tabell 14.2
nedenfor gjengir forskjellige materialers spesifikke perme
abilitet,
og i derpå følgende tabell 14.3 gis luft-
permeabiliteten K for en del plateformige materialer (etter Nevander) .
De angitte tallverdier gjelder for selve materialene.
I konstruksjoner er det ofte fuger som slipper igjennom
mest luft.
Som et eksempel kan nevnes at et vanlig nøkkel2 hull slipper igjennom like mye luft som 50 m 1% stens pusset teglvegg.
Kap.
14 - 11
Tabell 14.2
Omtrentlige verdier på spesifikk luftpermeabilitet. 1 Romdensitet Spesifikk luftpe: 'me kg/m3 abilitet k, m‘ 7h-N luft
Material
Tegl
2 - 20 x 10"5
1470
Lettbetong
0,5-3
Kalkmørtel
2
Kalkcementmørtel
0,1 - 1,5
"
Cementmørtel
0,1 - 0,5
"
Celleplast av polysteren
15-20
Mineralull, lette kvaliteter
10-50
1-20
J.
overflaten
0,3 - 1,5
II
overflaten
0,6 - 3,0
Mineralull, tunge plater
100-150
J- overflaten
0,05 - 0,2
|| overflaten
0,1
-0,4
Kutterspon løst ifylt
100
2,3
komprimert
160
0,2
II
240
0,04
II
360
0,01 - 0,02
Tabell 14.3 Omtrentlige verdier for luftpermeabilitet K formige produkter.
(5)
Material
Tykkelse mm
Kryssfinér Sponplate Trefiberplater,hård
halvhård
" Celluloseråpapp ''' • 1 -
ft for plate-
porøs
Romdensitet kg/m 3
Luftperme abilitet K, luft
4,4
600
0,00005
10,2
630
0,004
3,5-6,5
1000
3,3-6,6
900
0,0002-0 ,0004
10-19
280
0,008 - 0,03
0,4 0,4-0,7
0,00005-0,0001
0,02 i
Forhudningspapp ------------ ----------------------- -- L_______________ i
0,0005-0,00005
Kap. 14
12
PERMEABILITET OVERFOR ENSIDIG VANNTRYKK
14.4
Materialenes gjennomsleppelighet for vann har særlig
interesse for porøse materialer som naturstein, tegl, be tong, sand og andre jordarter, når de forekommer i kon
struksjoner som utsettes for vanntrykk.
Det er klart at det bare er det åpne, sammenhengende kappillar-system som kan lede væske.
Den vannmengde som
kan passere gjennom en materialtykkelse, beror
foruten på
trykket også på porenes kontinuitet, porestørrelse, porefordelingen, porenes indre areal og av kapillar-virkninger.
En kan derfor ikke vente å finne noen direkte sammenheng mellom permeabiliteten og porøsiteten slik som vi før har definert denne.
Forskjellige typer av porøse materialer
med samme porøsitet kan derfor ha meget ulik permeabilitet såvel overfor luft som vann.
For materialer av samme grunn
struktur som eksempelvis forskjellige betonger, vil derimot
permeabiliteten øke når den naturlige porøsiteten øker. Kunstig innførte luftporer vil dog normalt redusere perme
abiliteten . For vanntransport i kapillarrør gjelder'Hagen-Poisseulle 's
lov:
4 2 _ _ nirr .P r -A'.p. Qn - -sWHTt8n-L
hvor Q = vannstrøm i cm
= K
_ A-P. ‘ K~*
A'-P
3
2 27 (=77-)
K' = teoretisk permeabilitetskoeffisient -------8ri A' = effektivt strømningstverrsnitt, sum av n porer
n
= viskositeten i centipoise
n r
= antall ,. = radius
L
= materialtykkelse i cm
P
= vanntrykk, cm vannsøyle
A
= materialflate under vanntrykk, cm
porer (rør) 4,4, 4 r . r, +r„ +.............. r , . . , 4 12 n bestemt ved: r = ---------------------------------n
2
Kap. 14
13
Videre har en innført:
A' = m-A dvs. effektivt strømingstverrsnitt propor sjonalt materialflaten A
K
= m’K' = observert permeabilitetskoeffisient, enhet cm pr. tidsenhet. AP Q = K’z—t kalles Darcy's lov, funnet empirisk i 1-1 1856 .
Loven gjelder for lave strømingshastigheter, dvs. om
rådet for laminær strømning hvor Q er proporsjonal med P. Permeabilitetskoeffisienten fastlagt ved forsøk blir:
K = —------ —, enhet cm/tidsenhet. A-P-t
Størrelsen K er velegnet til karakterisering av et mate rials gjennomsleppelighet for vann.
Mens Q er avhengig av en
rekke valgte forsøksbetingelser bør K falle mer likt ut ved forskjellige laboratorier.
Måling av permeabilitet overfor
vann har i Norge særlig interesse for karakterisering av betong til dambygg.
Fortsetter man målingene over en lengere
tid, viser det seg da at permeabiliteten ikke er noen kon
stant størrelse, den kan vokse og den kan avta alt etter be
tingelsene : Permeabiliteten kan avta pga.
uiistoppende faktorer:
1.
Fortsatt hydratasjon av sement
2.
Svelling av sementpasta
3.
Luft innesluttet i porene, eventuelt utskilt fra prøvnings-
vannet pga. trykkfall
4.
Medfølgende
partikler resp, salter mv.
som felles ut
(vannets jerninnhold, karbondioksyd) 5.
Økt betongkvalitet Faktorer som øker permeabiliteten:
1.
Utløsning av fri kalk, Ca(OH)2,
2.
Senere utløsning av sementpastaens bestanddeler
3.
Underskudd på luft i inntrengende vann
fra betongen
(poreluften absorberes, luftsperrene forsvinner) 4.
Redusert betongkvalitet
I likhet med det som ble påpekt vedrørende luftgjennomgang, nemlig dette at permeabiliteten kunne være meget av
hengig av overflatens tilstand, møter en det samme i utpreget
Kap. 14
14
grad ved betong utsatt for vanntrykk.
I det ytre laget
som ligger an mot formen, får betongen uvegerlig en annen
sammensetning enn den har i det indre.
Dette ytre laget
med egenartet sammensetning kan regnes å ha en tykkelse som svarer til halvparten av den maksimale steinstørrelsen.
Aller ytterst mot formveggen får vi et sementrikt lag på
ca.
1 mm tykkelse.
Egne undersøkelser over permeabiliteten
i dette tynne laget og i det ytre laget forøvrig som her nevnt, viste for en alminnelig betongkvalitet at: Det tynne laget på ca.
1 mm svarte til
ca. 5,3 cm betong
Det ytre lag svarte til et tillegg lik
ca. 0,7
Tillegg for veggeffekt i alt
ca. 6,0
Støper man altså en 8 cm tykk betongblokk for forsøk og prøver den med flatene intakt, vil den i permeabilitet svare til 6 + 8 + 6 = 20 cm normal betong.
Ved perme-
abilitetsprøvning av betong må derfor ihvertfall det ytre
laget på ca 1 mm meisles bort. Egne forsøk med en rekke betongkvaliteter viste at Darcy's enkle lov syntes å gjelde tilfredsstillende for betong,
(dvs. proporsjonalitet mellom Q og P).
Men perme-
abilitetskoeffisienten K varierer ganske sterkt fra betong til betong og mellom enkelte betongblokker av samme betongsats.
Dette skyldes ikke bare den ting at betong i seg selv
er et inhomogent material, men at det finnes en rekke fak
torer som i sterk grad influerer på permeabiliteten.
Av
slike faktorer kan en nevne sammensetningen av tilslaget, sementmengde, sementens finhetsgrad, betongens alder og
herdningsforhold, dens innhold av luftporer osv.
Under
søker man disse faktorer hver for seg ved at man holder de
øvrige faktorer konstant,
finner man at permeabilitets-
koeffisienten gir et markant utslag ved endring av faktorene. Sammenlagt får man nærmest en følelse av at koeffisienten
K er et for ømfindtlig mål på variasjoner i betongen.
I tabell 14.4. er det oppført permeabilitetskoeffi-
sienter for en del bygningsmaterialer.
Det store sprednings-
området som er angitt, er uttrykk for det nettopp anførte.
Permeabilitetskoeffisientene er i tabellen angitt pr.sekund etter amerikansk mønster.
I siste rubrikk er det ført opp
Kap.
14 - 15
negative logaritmer til permeabilitetskoeffisientene. Dette tall blir et uttrykk for materialets ugjennomsleppe-
lighet eller tetthet.
Tabell 14.4 Omtrentlige permeabilitetskoeffisienter for forskjellige
materialer, etter Ruettgers, Vidal & Wing
Material
K cm/sek
(1).
Tetthetsklasse (-log K) 10'10
Granitt
(0,6-3)
Betong og mørtel, ved v/c 0,5-0,6
(0,3-90)
II
11-9
Betong og mørtel, ved v/c 0,6-0,7
(3-200)
II
10-8
Betong og mørtel, ved v/c 0,7-0,8
(9-520)
II
9-8
Betong og mørtel , ved v/c Q,8-1,0
(45-750)
II
9-8
Betong og mørtel, ved v/c 1,0-1,2
(300-21000)
II
11-10
8-6
Sandstein
(2000-150000)
II
Fasadetegl
(30000-300000)
II
6-5
Vannfylt sand
(300000000)
II
2
7-5
Kap.
14 - 16
LITTERATURHENVISNING
(1)
A.Ruettgers & E.N. Vidal & S.P.Wing: An investigation of the permeability of mass concrete with particular reference to Bolder Dam.
ACI-J Mars-April 1935, s. 382-416.
(2)
T.C. Powers, L.E. Copeland & H.M. Mann:
Capilary
continuity or discontinuity in cement
pastes.
Journ. of the PCA Research &
Dev. lab., May 1959 , s.38-48 . (3)
A.E. Scheidegger:
Hydro-dynamics in porous media.
Handbuch der Physik, von S. Flugge.
Band VIII/s Berlin (4)
1963, s. 225 ff.
A. Markestad: An investigation of concrete in regard to permeability problems and factors in-
fluencing the results of permeability tests.
Cement and Concrete Research
Institute. Technology.
(5)
The Norwegian Institute of STF 65A 77027.
June 1977.
L.E. Nevander:Byggnadsmaterialens allmanna egenskaper.
Kompendium, KTH, Stockholm 1962.
1
Kap. 15
Kap.
15
15.1
FUKTIGHET
MATERIALER
I
INNLEDNING
I innledningen til kap. 13.2 ble det oppsummert en
rekke materialegenskaper som alle i sterk grad ble in fluert av fuktmengden i materialet.
Som regel nedsettes
funksjonsdyktighet med økende fuktinnhold.
materialenes
Fuktighet i byggematerialer kan ha mange forskjellige
årsaker.
Det kan være naturfuktighet som f.eks.
materialer,
i tre
produksjons fuktighet som i mørtel og betong,
eller det kan være fuktighet som er tilført materialene
ved nedbør, kondens, fuktig luft eller vannsøl under lag
ring og på byggeplassen. På grunn av den store rolle som både fuktinnholdet og
fuktfordelingen spiller,
skal vi i dette kapitlet se litt
nærmere på i hvilke former vannet forekommer og hvordan
fukttransporten foregår. VANNETS FYSISKE OG KJEMISKE EGENSKAPER
15.2
Vannmolekylet har en diameter på 3,3 Å, se fig. 15.1.
ca.
Valensvinkelen a på
105° gjør at molekylet
får dipolstruktur.
Den
negative pol får sentrum
i oksygenatomet og den posi tive pol får sentrum mellom de to hydrogenatomer. Dipolstrukturen hos
vann er relativt utpreget
og fører til sterke elek trostatiske tiltreknings Fig.
15.1
Vannmoleky let.
krefter mellom nabomolekyler.
Kap.
Ved oppvarming,
15
2
smelting og fordamping av vann må disse
kreftene overvinnes, noe som krever relativt store energi mengder. Resultatet av dette er at vannets spesifikke varme er høyere enn for noe annet stoff, 4,2-103 J/kg-°C,
og smeltevarmen og fordampningsvarmen er usedvanlig høye, 0,33'10 og 2,3"106 J/kg. Uten dipolstrukturen ville vannets kokepunkt og frysepunkt ligge ved henholdsvis ca. -80°C og -100°C.
Når vann fryser til is, bygger det opp en karakter
istisk krystallstruktur ved at hvert molekyl forbinder seg med 4 nabomolekyler, to via oksygenatomet og ett via hvert hydrogenatom.
Det heksagonale system som derved
oppstår, blir meget åpent, og dette forklarer vannets ut videlse på ca.
9% ved overgang til fast form,
se fig. 15.2.
Når isen smelter, bryter krystallstrukturen sammen
og molekylene blir tettere
pakket, men en del bindinger opprettholdes selv etter smeltingen slik at volumet avtar helt til + 4 °C. Først
herfra kan den normale ter miske ekspansjonen igjen føre til volumutvidelse
-3 -2 -1012
3
4 5 6
7
Temperatur i °C Fig. 15.2
Vannets spesifikke volum avhengig av temperaturen,
temPerature" •
vanne^s tilstands-
diagram, fig. 15.3 går det frarn at frysepunktet synker merkbart ved høye trykk.
Dette har stor praktisk betydning idet vann i de minste
materialporene kan stå under så høye trykk at det ikke fryser før ved svært lave temperaturer.
Kap .15-3
15.3
DAMPTRYKK - RELATIV FUKTIGHET
Over en vannflate
(eller isflate)
være vannmoleky ler i dampform.
vil det alltid
Dette skyldes spredningen
i molekylenes bevegelsesenergi ved samme temperatur.
Ved
likevekt vil man ha et masimalt damptrykk som blir kalt
metningstrykket, pm.
I praksis regner man at pæ bare er
avhengig av temperaturen,
til stede.
og uavhengig av om det er luft
Metningstrykket som funksjon av temperaturen
er vist i fig.
15.4.
I luft blir damptrykket dampens
partialtrykk av det totale trykk. ikke mettet med vanndamp, enn metningstrykket p^.
Vanligvis er luften
og damptrykket p blir da mindre Man angir da luftens relative
fuktighet som er definert slik:
RF =
•
100 %
Av tabell 15.1 over metningstrykk og tilsvarende
Kap. 15-4
dampmengde i g/m
i det aktu
elle temperaturområde ser man at det blir noe ukorrekt å beregne RF som prosentvis for-
hold mellom dampmengder i g/m . Metningstrykket varierer sterkt
med temperaturen.
Kokepunktet
er bestemt av at det tilsvar ende metningstrykk er lik total-
trykket. Duggpunktet er bestemt av at det tilsvarende metningstrykk
er lik damptrykket. Fig.
15.4
Metningstrykk avhengig av temperaturen.
Hvis vi av
kjøler luft som ikke er mettet, vil duggpunktet være den temper
atur hvor luften når metning, og ytterligere avkjøling vil
føre til kondens eller rimdannelse. For luft som f. eks. har 20 °C og RF = 40 % er duggpunktet 6 °C. For å få kondens må også vannets fordampningsvarme ledes bort, da denne frigjøres ved kondensasjonen. Metningstrykket over en vannflate er mindre hvis vann
flaten er sterkt krummet som inne i et trangt kapillar. Effekten gjør seg gjeldende for krumningsradier under ca. —4 10 mm, se kap. 15.5.1 om kapillarkondensas jon.
Over en saltoppløsning som øker vannets bindings
krefter vil luftens relative fuktighet ved likevekt inn
stille seg på en lavere verdi enn 100
%.
Dette benyttes
f. eks. i klimarom for å stabilisere luftens RF.
15.4
VANNETS BINDINGSFORMER TIL FASTE MATERIALER De fleste byggematerialer er porøse stoffer som i
større eller mindre grad kan ta opp vann i væske- eller dampform og binde det i poresystemet.
Når vann binder
seg til et materiale, frigjøres energi i form av varme,
Kap. 15
Tabell 15.1
Temperatur °C
x)
5
Metningstrykk og vanndampinnhold
Metningstrykk 2 Pm N/mm x)
-4
Vanndampinnhold / 3 g/m
-
20 18 16 14 12 10
-
8 6 4 2 0
3,09 3,68 4,37 5,17 6,11
" " " " "
2,54 3,00 3,53 4,15 4,86
+
1 2 3 4 5 6
6,57 7,05 7,59 8,13 8,13 9,35
" " " " " "
5,18 5,57 5,96 6,37 6,79 7,26
7 8 9 10 11 12
10,01 10,73 11,48 12,28 13,12 14,03
" " " " " "
7,74 8,27 8,83 9,40 10,03 10,67
13 14 15 16 17 18 19 20
14,97 15,99 17,05 18,17 19,37 20,64 21,97 23,38
" " " " " " " "
11,38 12,05 12,83 13,66 14,49 15,36 16,29 17,3
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
24,86 26,44 28,09 29,84 31,68 33,61 35,65 37,80 40,05 42,42
" " " " "
18,3 19,4 20,6 21,8 23,0 24,4 25,8 27,2 28,7 30,4
1,03-10 1,24 " 1,51 " 1,81 " 2,17 " 2,60 "
2 1 N/mm = 10 bar,
" " " "
0,89 1,06 1,27 1,52 1,81 2,15
1 bar = 1,01325 atmosfære
Kap. 15
6
og mer varme jo sterkere bindingen er.
mellom kjemiske,
Man skiller
fysikalske og mekaniske bindings-
former, og overganger mellom disse. De kjemiske bindingene
varmeutvikling.
er de sterkeste, med stor
De skjer alltid i bestemte mengdefor
hold, og ofte under dannelse av et nytt stoff.
vann har en relativt svak kjemisk binding.
Krystall-
Kjemisk bundet
vann blir en del av selve materialet og kan ikke delta i fukttransport.
Overgangsformene til fysikalske bindinger er midd els sterke, som eksempel kan nevnes strukturell binding ved geldannelse.
Slikt vann er lite mobilt, men det kan
tørkes ut uten oppvarming og presses ut under trykk.
De fysikalske bindingene er svake sammenlignet med de forannevnte, og gir bare beskjeden temperaturstigning.
Men det er disse som har interesse i forbindelse med fuktproblemer og fukttransport, da det her dreier seg om vann
med høy grad av mobilitet.
Den viktigste er adsorpsjons-
bindingen som skyldes elektrostatiske tiltrekningskrefter
mellom overflatemolekylene til det faste stoffet og vannmolekyler.
De umettede overflatekreftene vil tiltrekke
alle typer væske og gassmolekyler, også' luft med
og
,
men p.g.a. vannmolekylenes dipolstruktur vil de sistnevnte adsorberes lettere og bindes sterkere, og derfor også for
trenge andre molekyler. Det bindes vanligvis 2-3 lag gassmolekyler, mens
vannmolekylene derimot kan adsorberes i adskillig tykkere sjikt.
Man regner at det på poreoverflåtene i vanlige
byggematerialer kan adsorberes ca.
10
3
20-30 lag vannmolekyler.
Bindingskraften for det innerste laget kommer opp i 2 N/mm , og under dette enorme trykket blir vannet nær
mest en seig væske.
Det kan da ikke danne is eller delta
i kjemiske reaksjoner.
Men de øvre molekyHagene sitter
løsere bundet, så vannet her er mobilt og kan delta i fukt
transport,
(se kap.
15.6.2 om krypning).
Sjikttykkelsen vil
være bestemt av luftens temperatur og relative fuktighet, og
Kap. 15
av adsorpsjonskreftenes styrke.
7
Ved likevekt vil varme-
svingningene i de ytre molekyllag skape balanse mellom avgitt og opptatt fukt.
Sjikttykkelsen vil øke med øk
ende relativ fuktighet men minke med økende temperatur p.g.a. livligere varmebevegelser ,
se fig. 15.5.
Bindingskreftene er forskjellige for ulike materialer,
glass f.eks. har så sterke adsorpsjonskrefter at antall
molekyllag kan komme opp i ca. 200, og det trengs opp varming til nesten 500°C for å få fjernet det innerste
laget. Osmotiske bindinger p.g.a. hygroskopiske salter og
saltoppløsninger i materialene er en annen form for fys ikalske bindinger.
Hvis byggematerialer inneholder salter,
kan dette ha betydelig innflytelse på materialenes fuktig-
hetsbalanse.
De mekaniske bindingene omfatter kapillært
bundet vann og vann i materialenes makroporesystem.
Vannet
er da svakt bundet og lar seg lett transporteres.
I praksis skiller man for porøse byggematerialer gjerne mellom fordampbart og ikke-fordampbart vann.
Etter den al
minnelige vedtatte definisjon forsvinner det fordampbare vannet under tørking ved en fastsatt temperatur, normalt 105°C. Ikke-fordampbart vann blir da i det alt vesent
lige kjemisk bundet vann.
FUKTOPPTAK, SORPSJON
15.5
Sorpsjon er brukt om alle former for fuktopptak, både i væske- og dampfase.
Både hastigheten og den to
tale opptatte vannmengden er avhengig av om materialet
står i kontakt med fritt vann eller ikke.
15.5.1
Sorpsjon i luft, sorpsjonsisotermer
Alle porøse materialer er mer eller mindre hygro
skopiske, dvs. at de sorberer fukt fra luften.
Ved like
vekt er damptrykk og temperatur likedan inne i porene som
Kap. 15
i luften utenfor materialet.
8
Sorbert fuktmengde vil da
for et bestemt materiale ved likevekt være avhengig av
luftens temperatur og RF.
Fig. 15.5 viser typiske sorp-
sjonsisotermer, hvor fuktmengden er angitt i masseprosent vann av materialets totale masse.
En ser at fuktmengden
som før omtalt avtar med stigende temperatur, jfr. iso
termene på fig. 15.5.
Fuktisotermene har en karakteristisk form.
Den
relativt sterke stigningen ved lavt fuktinnhold kan
forklares med at her ad-
sorberes de første mole-
kyllagene som bindes kraf tig.
Siden slakker kurven
av etter som vannmolekylene adsorberes med stadig svak ere bindingskrefter.
Ved
høy relativ fuktighet be
gynner kurven å stige kraf tig igjen, og dette skyldes
at en tilleggseffekt, kapillarkondensas jon, her k omme r Fig.
15.5
Sorpsjonsisotermer (11).
sterkt inn i bildet.
Det
er i dag vanlig å regne fuktinnholdet i masseprosent
av tørr masse.
Dette gjelder både trevirke, løsmasser som
sement, sand, grus,
stein og i herdet betong m.m.
Før ble
fuktinnholdet ofte definert i volumprosent av materialets totale volum.
Etter at tilstrekkelig mange molekyllag er blitt ad-
sorbert,
dannes det væskemenisker i de minste porene, se fig.
15.6 a.
Over slike menisker vil vannmolekylene lettere
fanges inn,
(kondensere), enn over en plan flate, og lettere
jo mindre meniskens krumningsradius er.
På fig.
15.6b er
antydet hvordan tilstrekningskraften mellom et vannmolekyl
og væskeoverfalten blir større ved sterkere krumning.
K ap. 15 - 9
Fig.
15.6
Væskemenisker (a) og tiltrekningskrefter (b) i små porer.
Fig. 15.7
Relativt metningstrykk avhengig av krumningsradius.
Dette fører til at vanndampens metningstrykk rett
over en slik menisk blir lavere enn over en plan flate.
Sammenhengen mellom metningstrykk og krumningsradius kan utledes matematisk, og som vist på fig. 15.7 avtar metnings trykket eksponensielt med avtagende krumningsradius, r.
En
ser at effekten er begrenset til krumningsradier under er metningstrykket over en plan flate, (r=°°). m Metningstrykkene må imidlertid utjevnes. Dette skjer ved
10-4mm.
P
at antall lag av vannmolekyler som er adsorbert over menisken, øker inntil siste laget er bundet like sterkt overalt. Når damptrykket innover i poresystemet når opp til met-
ningstrykker for de fineste kapillarene, inntreffer kapillar
Kap. 15
kondensasjonen, se fig. 15.5.
10
Prosessen vil ikke være
særlig merkbar ved lav relativ fuktighet, fordi de aktu elle porene da er svært små og følgelig har et lite to
talt volum.
Først når RF når opp i ca. 80%, vil kapillar-
kondensasjonen for alvor begynne å gi utslag, og virkning ene øker raskt når RF nærmer seg 100%.
15.5.2
Sorpsjon i vannfasen
Det største fuktopptak i et porøst materiale får vi
når det kommer i direkte kontakt med vann.
Vi sier at
materialet absorberer vann.
Med ordet absorpsjon mener vi
at materialet tar opp vann.
Fuktopptaket skjer som kapillar-
suging.
I en fuktet pore som står vertikalt, vil adsorpsjons-
kreftene og vannets overflatespenning trekke opp en væske-
søyle, se fig. 15.8.
Væskesøylens høyde er bestemt av like
vekt mellom de oppadrettede kreftene og væskesøylens tyngde.
Dette gir: 2
2irr • er • cosa = irr H-p-g a er overflatespenningen,
den
virker langs meniskens omkrets,
a = 0,00075 N/cm.
Hvis man kan
regne at vannet fukter materialet fullstendig, kan fuktvinkelen a
settes lik null, (coscfI) . p = vannets densitet, p = 1000 kg/m3
og tyngdeakselerasjonen g = 9,812m/s Definisjonsmessig er 1 kg = 1 Vi får da: Fig. 15.8
Opptrekking av vann i vertikal kapillarpore.
H = p’-g.r = °'15/r
regnes i cm.
(cm) når r
m
Kap.
15 - 11
Midlere stigehøyde kan brukes som uttrykk for et
tørt materiales sugekraft eller sugeevne. innført begrepet suction
og betegnes pF.
Man har her
som er logaritmen til H i cm
En sugekraft eller suction på pF = 5
betyr da for et tørt materiale at maksimal kapillær 5 stigehøyde er 10 cm, og for et fuktig materiale at gjen5 værende stigehøyde er 10 cm. Et materiales suction
varierer altså både med fuktinnhold og porestruktur. Motsatt kan suction-målinger brukes til vurdering av porestrukturen,
jfr.
(10). Fig. 15.9 viser en
typisk suctionkurve eller suctionisoterm.
Man får
to kurver, en for helt
tørt materiale som gradvis
fuktes opp a), og en for et gjennomfuktet materiale som gradvis tørres ut, b). Denne hystereseeffekten skyldes flere faktorer,
bl.a. at vannmolekylene
under oppfukting av et mat eriale må fortrenge luft-
molekyler som er adsorbert på poreoverflåtene.
Suctionisotermer og sorpsjonsisotermer
det samme, bare på forskjellig måte.
(fig.15.5)
viser
Hysteresevirkningen
finner man også igjen ved opptak av fuktisotermer, idet
man får desorpsjonsisotermer som ligger over sorpsjonsisotermene, altså høyere fuktinnhold ved samme RF.
Når RF
nærmer seg 100%, stiger fuktisotermene svært bratt og blir
upresise, og noe eksakt punkt ved 100% RF er vanskelig å angi.
I praksis brukes derfor fuktisotermer ved lave og
suctionisotermer ved høye fuktinnhold.
I bygningsteknikken
er man interessert i å kjenne tidsforløpet for sorpsjonen.
For å få tiden inn i bildet må man gjøre en strømningsberegning.
En tilnærmet løsning gir stigehøyden som funksjon
Kap. 15
12
av tiden, t: tt/4-\
n \t)
Jl r. o • cosa • t 1 =W
2r)
hvor n er vannets dynamiske viskositet, n = 0,01 poise (1 poise = 0,1 Pa-s) ved 20°C. Stigehastigheten blir: dH _ yl r-o-cosa 1 dt V 8 n•t
Av de funne uttrykkene kan oppsummeres: 1.
Maksimal stigehøyde øker med minkende kapillarradius r.
2.
Stigehastigheten øker med økende r.
3.
Stigehastigheten avtar med tiden.
Fig. 15.10 viser den beregnede stigehøyde respektive inn-
trengningsdybde ved forskjellige tidspunkter som funksjon av kapillarradius.
Fig.
15.10
Stigehøyde resp, inntrengingsdybde avhengig av tid og kapillarradius.
Kap. 15
13
I et materiale er forholdene ikke like enkle på grunn av varierende porestruktur og fordi det samtidig
forekommer kapillarer med høyst forskjellige radier. Sammenhengen mellom stigehøyde og tid synes likevel til nærmet å bli som ligningen for H(t)
angir.
Man skriver
derfor forenklet: (cm)
H(t)
hvor m = -----------------r•o•cosa rs/cm / 21Jeller ,, rs/m / 2 1
Fig. 15.11
Fig.
er motstandstallet som angis i
Stigehøyde H(t) avhengig av tiden t og motstandstallet m.
15.11 viser stigehøyden som funksjon av tiden
med motstandstallet som parameter.
Omtrentlige verdier
for motstandstallet for noen materialer er gjengitt i
tabellen 15.2.
Autoklavherdet gassbetong har altså det
høyeste motstandstallet, dvs. liten evne til kapillær
vannsuging.
Årsaken til dette er selvsagt de kuleformede-
porene som er karakteristiske for gassbetongen. kapillarene og reduserer dermed sugeevnen.
De bryter
Det har vanlig
vis større interesse å kjenne oppsugd vannmengde enn stige
høyden.
Ved kapillærsuging antas at kapillarporene fylles.
Kap. 15 - 14
Motstandstallet m.
Tabell 15.2
1
/ 2 s/cm
Material
50
50’104
20-300
20-300 -104
1100
1100•104
70-120
70-120-104
200
200 -104
250-400
250-400-104
Tegl, gjennomsnitt variasjonsområde
Autoklavherdet gassbetong, 560 Kalkmørtel
Kalksementmørtel Sementmørtel
/ 2 s/m
Kapillarporøsiteten kalles pk og det oppsagde vannvolum 2 pr. cm er H(t)-pk og oppsugd vannmengde G(t) blir
G(t)
uttrykt i
=P.pk.H(t)
[g/cm2] eller
Størrelsen CT = P *
k/
= ppk\[y *
= ci ft1
[kg/m2].
er kapillaritetstallet .
Det gir
et uttrykk for materialets sugekapasitet.
Oppsugd vannmengde pr. tidsenhet blir:
dG _ n
/ 2p
dt
Ligningen gjelder bare ved kapillær suging fra fri vann
flate , der vannmengden er stor nok til å tillate maksimal
oppsuging.
For å redusere den kapillære vannsugningen
bruker man iblant å impregnere materialene med egnede stoffer Disse kan være av to slag, nemlig slike som mer eller mindre
fyller porene, eller slike som gjør poreveggende vannavvisende, hydrofobe. De poretettende stoffene har imidlertid den kjedelige egenskap at vanndampen hindres fra å komme ut.
Kap. 15
Tabell 15.3
15
Omtrentlige verdier på kapillaritetstallet for noen materialer
, 2 |—. g/cm y s
Tegl, gjennomsnitt variasjonsområde
kg/m^
0,03
0,3
0,006-0,06
0,06-0,6
Autoklavherdet gassbetong, P = 560
0,008
0,08
Kalkmørtel
0,025
0,25
Sementmørtel
0,008
0,08
Til de vannavvisende hører blant annet silikoner og stearater.
Disse midlene kan enten strykes på mater-
ialoverflaten, eller materialet kan fullimpregneres . Stearatene brukes gjerne som tilsetningsmidler til vann
avvisende pussmørtel.
En ulempe er også her at fordampingen reduseres.
Dette kan gi uheldige virkninger.
En vegg som er be
handlet ved påstrykning, vil kunne ta opp fukt gjennom
spalter og sprekker, og siden fordampningen er redusert,
kan veggen bli stående med større fuktmengde enn ellers ville vært tilfelle.
Et tredje middel til å redusere den
kapillære vannsugning er som nevnt foran innføring av fine luftporer i pussmørtelen.
Luftporene bryter kapill-
arene og hindrer vanntransporten , samtidig som de bedrer
fordampningsmulighetene. Kapillarsugingen er ikke alltid en uønsket effekt. Ved f.eks. innvendig isolasjon av betongvegger er det
viktig at isolasjonsmaterialet er kapillarsugende.
Når
vanndamp diffunderer inn i veggen, vil den kondensere på den kalde siden av isolasjonen.
Denne fuktigheten vil så
ved en kapillær tiIbakesuging i isolasjonsmaterialet tran
sporteres til overflaten hvor den fordamper igjen.
Kap. 15
15.6
16
FUKTTRANSPORT De forskjellige former for fuktopptak fører i seg
selv til fukttransport, men mens vi hittil har betraktet
dem som prosesser som endrer fuktinnholdet, skal vi nå ta for oss de forskjellige former for fuktvandring som
i mater
kan opptre mens fuktinnhold og fuktfordeling
ialet kan betraktes som konstant. 15.6.1
Transportformer i dampfasen
Diffusjon som skyldes ren damptrykkforskjell er her den viktigste transportformen.
Den foregår som en like-
vektsinnstilling av vanndampens partialtrykk og derfor
alltid i retning av lavere damptrykk.
Ren diffusjon er
egentlig betinget av at materialet er ikke-hygroskopisk, men i vanlige materialer med lav luftpermeabilitet og
middels grove porer,
regner man i praksis at fukttran-
sporten vesentlig skjer ved diffusjon. Termodiffusjon oppstår når man har temperaturfor skjeller ved samme damptrykk.
Den arter seg som en
separasjonsprosess i det de tyngre gassmolekylene, 02
og N2, vil ha en tendens til å gå mot lavere temperatur, mens de lettere, H20, vil gå mot høyere.
Fukttransport
ved termodiffusjon er størst i høyporøse materialer, og
retningen er alltid mot høyere temperatur.
Den kan virke
med eller mot en vanlig diffusjon som skyldes partialtrykkforskjell, men i praksis vil den gjerne bli mot satt rettet.
Dette kommer av at damptrykket som regel
er høyest på den varmeste siden av materialet. Effusjon er en spesialform for diffusjon som fore
går i trange porer.
Når porediameteren er mindre enn
dampmolekylenes fri veglengde, skjer diffusjonen som
effusjon.
Molekylbevegelsene er da ikke lenger bestemt
av sammenstøt med nabomolekylene, men av sammenstøt med
poreveggene, og damptransporten blir avhengig av antall
Kap.
15 - 17
molekyler som treffer poreåpningen pr.
tidsenhet.
Netto
transportert dampmengde blir differansen mellom de mengder som effunderer i de to motsatte retninger.
Ved partial-
trykkforskjell vil transporten gå i retning av lavere damptrykk, og ved temperaturforskjell vil transporten gå
i retning av høyere temperatur, fordi antall molekylstøt pr.
tids- og flateenhet blir lavere på den varmeste siden.
(Samme partialtrykk opprettholdes der av kraftigere men
færre molekylstøt pr. tids- og flateenhet). Effusjon og termodiffusjon spiller liten rolle i for
hold til normal diffusjon,
og man ser derfor gjerne bort
fra virkningen av dem i praksis.
I en bygningskonstruk
sjon legges derfor fuktsperren mot det varme rommet.
I bygningskonstruksjoner kan konveksjon føre til stor fukttransport i dampfasen, særlig mellom ulike rom
i en bygning,
noe som kan føre til store kondensdannelser
i kjøligere rom.
Likedan vil overtrykk på innsiden av en
konstruksjon medføre kondensfare.
Slikt overtrykk kan
skyldes trykkfall p.g.a. vind, overtrykksventilasjon eller
skorsteinseffekt. 15.6.2
Transportformer i væskefasen
Kapillarsuging er her den viktigste transportformen. Hvis et materiale tilføres vann på ett sted og gis mulig
het for fordampning på et annet sted, kan man få en jevn transport av fukt ved kapillarsuging gjennom materialet.
Generelt får man kapillarsuging når det oppstår suctionsgradienter, og disse kan skyldes forskjeller i fuktinn-
hold, temperatur og hygroskopisitet, eller sorpsjons-
hysterese.
Fukttransporten skjer altså så lenge en ikke
har likevektsinnstilling av sugekreftene i materialet. Fukttransporten er størst i de middels store porer og
øker sterkt med fuktinnholdet. Ved opptukting av et materiale er det de sma porene som først fylles med vann.
I disse porene vil suctions-
gradienter bare kunne føre til beskjeden fukttransport
Kap.
15 - 18
p.g.a. lav strømningshastighet og lite volum.
Noen større
fukttransport starter derfor først ved relativt høy fukt
innhold, og den øker meget sterkt med fuktinnholdet etter som stadig større porer fylles.
Ved meget store porer
avtar kapillarsugingen igjen p.g.a.
liten sugekraft.
Man kan regne med en poreradius på ca.
1 mm som en prak
tisk øvre grense for kapillarsugingen.
Kryping eller overflatekryping er fukttransport som foregår i porer som ikke er fylte med vann.
I disse
porene vil det være et adsorbert vannsjikt på veggene,
og kryping er den vanntransport som oppstår fordi en
ikke har likevektsinnstilling av adsorpsjonskreftene. Kryping fører til fuktvandring i et materiale på tilsvar ende måte som kapillarsuging.
Kryping og kapillarsuging kan bare bevirke fuktopptak og fuktfordeling inne i et materiale.
Renner det
vann ut av materialet, må det skyldes ytre overtrykk i form av vanntrykk eller lufttrykk, eller utpressing p.g.a. deformasjoner i materialet.
Slike krefter sammen med
gravitasjonskrefter er gjerne med i bildet når det er tale
om transport av virkelig store fuktmengder. I materialer som inneholder løselige salter, kan det oppstå væsketransport p.g.a.
osmose.
Hvis saltkonsentra-
sjonen i porevannet varierer, vil det oppstå en trykk-
gradient som presser vann fra lavere mot høyere konsentras jon. Ved å sette en elektrisk spenning over et gjennomfuktet materiale, vil man p.g.a. vannmolekylets spesi
elle konstruksjon få fuktvandring fra negativ til positiv pol. Det fins enda en rekke mindre effekter, som f.eks.
termoosmose og termisk glidning, men de skal ikke om tales nærmere her.
Kap. 15 - 19
Beregning av fukttransport
15.6.3
Fukttransport har som regel flere årsaker samtidig. De forskjellige transportformene opptrer også samtidig
og påvirker hverandre gjensidig.
Vanligvis vil man få
damptransport i det grovkapillare og væsketransport i det finkapillare system, og vekslingen mellom damp- og
væsketransport fører til en kontinuerlig energiomsetning Den samlede prosess er derfor vanske
inne i materialet.
lig å behandle regnemessig, selv om enkeltfenomene som regel kan uttrykkes ved enkle ligninger.
Diffusjon p.g.a. damptrykkgradienter i ren luft kan beregnes teoretisk, og antar man isoterme forhold og små trykkvariasjoner,
får man et forenklet uttrykk for tran
sportert dampmengde G pr. tids- og flateenhet:
Fick's lov
G = kd
Ax Damptransporten blir da proporsjonal med trykkfallet pr. lengdeenhet, Ap/Ax, og diffusjonstallet kdDiffusjonstallet uttrykkes i [kg-m/N-s] eller bare i[s]når sammen hengen mellom kg og N introduseres.
En del diffusjons-
tall er viste i tabell 15.4. Men har man derimot damptrykkforskjell over et por
øst materiale, må man regne med at samtlige av de omtalte
transportformer vil delta i fukttransporten i mer eller mindre grad.
Selv ved isoterme forhold vil man i hvert
fall ha diffusjon, effusjon, kapillarsuging og kryping.
I praksis har det imidlertid vist seg at man med
god tilnærmelse kan beregne damptransport gjennom et materialsjikt ved hjelp av Fick's lov,
idet man som
diffusjonstall benytter materialsjiktets fuktpermeabili-
tet D.
For tynne materialsjikt er det oftest hensikts
messig å benytte materialets permeans, som er D/Ax ut
trykt i
[kg/N-s] .
motstanden,
Den inverse verdi kalles diffusjons-
m=Ax/D uttrykt i [iSJ-s/kg]
.
Transportert
Kap. 15
20
fuktmengde blir da:
kg
G=Ap/m.
• s Fuktpermeabiliteten er ingen materialkonstant, men
en størrelse som kan variere sterkt med materialets fukt- og temperaturtilstand.
Man angir derfor kurver
over de forskjellige materialers fuktpermeabilitet som funksjon av luftens relative fuktighet, og med tempera
turen som parameter.
For de fleste materialer vil perme
abiliteten øke med den relative fuktighet, og sterkere jo mer hygroskopiske de er.
Tetting
Fukttransport *
1________
Tetting Prøve
Mettet saItløsning
Fig.
15.12
Apparat for måling av fuktper meabilitet.
Til måling av fuktpermeabilitet brukes mest en appara
tur som vist i prinsipp på fig. 15.12.
Den benyttes også
ved en standardisert prøvemetode hvor det måles ved 20 °C og med RF=75% utvendig og 35% innvendig i boksen.
Resul
tatet angis å gjelde for middelverdien 55% RF og 20°C, se tabell på neste side.
Slike verdier gjelder altså bare
ved et bestemt sett målebetingelser og må ikke brukes ukritisk.
A.Tveit
(1,4 og 5) har konstruert et klimaskap
hvor man måler på store serier av slike prøvestykker sam
tidig, med gode muligheter for variasjon av målebetingelsene og god kontroll over disse. Ved beregning av fukttransport gjennom en konstruksjon
som består av flere lag, beregner man transport)
(analogt med varme
fallet i partialtrykk Ap for hvert lag.
G a s s b e to n g
cm
m u-> cm lill o o o o 1
LT) CO CM i—1
lill kø kø oo co
1 1
CM CO
i 1
1
k g /N -
o I-H (fl o
10
o oo CO rH rH fa u u
•
m
1
= 2 ,1
kØ
mHg
ro CM H
•
lill
V a rie re r
CM o
0 ,1 0 ,0 4
* M
40
in o n (N in
g /m h
o o o tø
ID
100
-1 0
-1 0
"16 *10Zio - 2 1 -1 0
-1 0
O O O O
CM
V in y l-flis e r
o o o o o m cm m co ro r- er»
4
14
6
2
o o o o o
L in o le u m
o m rco
(N O
3 5 0 -5 0 0
i p
260 (N/m2 )
208 (N/m2)
Ingen kondens
? —►
Fig. 15.14 b
-10 (°C)
Fra fig.
15.14 a har tegl og gassbetong skiftet plass.
for ugunstig bilde, skulle man i hvert fall være på den sikre siden. Man har forsøkt å beregne kapillartransport med en
tilsvarende metode, basert på fuktgradient og et fukt-
ledetall, særlig med tanke på kapillarsuging bort fra området med kondensasjon.
Kapillaritetstallet varierer
imidlertid så sterkt med fuktinnholdet at det ikke kan anslås i praktiske tilfelle.
Dessuten er suctiongrad-
ienter og ikke rene fuktgradienter den drivende kraft,
jfr.
15.7
(12).
UTTØRKING AV MATERIALER I bygningsteknikken er det ofte ønskelig å vite
hvor lang tid det tar før et materiale ved uttørking
har nådd en bestemt fuktighetsgrad.
Man vil f.eks. vite
når man kan montere tettende belegg, eller hvor lang tid
det tar før byggfukten er borte og bygningen har opp nådd stasjonær tilstand.
Med uttørring menes her fordunstning fra material ets overflate.
På samme måte som man får en sorpsjons-
Kap.
15 - 25
kurve ved oppfukting av et materiale, får man en desorp-
sjonskurve ved uttørring,
Hvert punkt på
fig. 15.15.
kurven gjelder for likevekt ved vedkommende luftfuktig Som nevnt tidligere faller ikke sorpsjons- og des-
het.
orpsjonskurvene sammen p.g.a. en viss hystereseeffekt.
Fig.
15.7.1
15.15
Likevektsfuktighet avhengig av relativ fuktighet.
Beregning av uttørkingsforløp Under uttørking ved et bestemt klima er det bare en
del av det fordunstningsbare vannet som skal angis , idet fuktinnholdet senkes fra et høyere til et lavere punkt
på desorpsjonskurven.
Man ønsker å beregne sammenhengen
mellom tiden og fallet i fuktinnhold, d.v.s. finne f(t)
når f går fra fT til f2
u (t)
f (f) = — f(o)
,
fig. 15.15.
Ved å innføre:
- f (oo) - f(°°)
får man en dimensjons løs størrelse u(t) 0.
som går fra 1 til
u(t) uttrykker forholdet mellom resterende og opprinne
Kap. 15
26
lig avdunstningsbar vannmengde og kalles fuktpotensialet. Uttørkingsforløpet kan da beskrives med differensiallig ningen : 2
9u , 9t = kf
2
2
, 9 u , 9 u , 9 u . 2+~^ + — 9x 9y 9z
hvor kf er fuktledningstallet.
(Det tilsvarer temperatur-
ledningstallet a = Å/cp, jfr. kap.
16).
Løsningen av differensialligningen gir u som funk2
sjon av F hvor F = k^-t/Z
.
2 er en karakteristisk størr
else som angir den tykkelsen av materialet som deltar i
For en plate med avdunstning fra begge
fuktleveringen .
sider er £ =
• platetykkelsen .
For en sylinder med
avdunstning fra sylinderflaten, og for en kule, er £ = radien. plate,
Fig.
15.16 viser u som funksjon av F for en
sylinder og kule.
Fig. 15.16
Sammenheng mellom fukt potensialet u og faktoren F for kule, sylinder og plate.
Kap.
15
27
Talleksempel En plate med tykkelse 4 cm har ved forsøk avgitt 90% av
sitt overskuddsvann etter 100 timer.
Hvor lang tid vil
det ta før en sylinder med radius 20 cm og av samme
material og i samme atmosfære oppnår den samme grad av
tørrhet?
Ved slutt-tilstanden er det igjen 10% av over
skuddsvannet, altså er u = 0,1 for begge prøvene.
Plate
Sylinder
u = 0,1 Fra fig.15.16 F = 0,80
fl =
2 cm
t = 100 h 2
kf= F£ /t=0,0320
u = 0,1
F = 0,32 £ = 20 cm
t= ? 2
kf= F£ /t=128/t
kf er den samme for begge prøvene, og vi får: t = 4000 timer = ca.5,5 mndr. Noen høy grad av nøyaktighet kan en ikke vente av kalkyler
av dette slag, siden konstanten k^ som tidligere nevnt varierer sterkt med fuktmengden i materialet.
Dog gir
diagrammet mulighet for en overslagsmessig beregning av
uttørkingstiden.
Kap. 15 - 28
LITTERATURHENVISNING Forelesninger NTH
1.
A. Tveit:
2.
H. Granum:
3.
Bergstrøm m.fl.: Lund 1970.
4.
A. Tveit: Vanndampdiffusjonstall for papp og trefiberplater. Rapport nr. 9 fra Norges Byggforskningsinsti tutt, Oslo 1954.
5.
A. Tveit: Fukt og fukttransport i porøse materialer. Rapport 39 fra Norges Byggforskningsinstitutt. Oslo 1964.
6.
L.E. Nevander: Moisture Insulation. Report from the "Insulation Commission". Féderation Européenne des fabricants de tailes et de briques. Paris 1961.
7.
C. Gemmel: Fuktlåra. Kap. 144 i Bygg, bind I, 3.opplag, Stockholm 1961.
8.
S. Svendsen: 1968.
9.
V.T. Tutkimuslaitos: Avancerade metoder for byggnadsmaterialforskning och -provning. Samlet av NM-bygg 1969.
Forelesninger NTH i Husbygningsteknikk Allmankurs i byggnadsmateriallara .
Forelesninger i Husbygningsteknikk NTH
10.
G. Fagerlund: Methods of characterization of pore structure. The Lund Institute of Technology, Lund, Sweden 1973.
11.
L. Ahlgren: Lund 1972.
12.
L.O. Nilsson: Lund 1977.
Fuktfixering i porosa bygnadsmaterial,
Materialet betong ur fuktsynpunkt,
Kap.
Kap. 16.
16.1
16
1
VARMETRANSPORT
INNLEDNING
Varmetransport oppstår ved likevektsinnstillinger
av varmeenergi, og retningen er derfor alltid fra høyere mot lavere temperatur siden temperatur er et mål for energiinnhold.
Varmeenergi måles i Joule,
1 J = 1 Ws -
1 Nm = 0,239 cal. Temperaturen finnes vanligvis ved å måle sekundære effekter som volumu tvidelse, termospennilng
elektrisk ledningsevne, utstråling m.m.
Med varmeenergi menes til vanlig molekylers og atomers bevegelsesenergi i væsker og gasser, og sving-
ningsenergi i faste stoffers gitter.
Men den er også
knyttet til elektronenes energinivåer i atomet.
I
atomet kan et elektron følge bestemte baner eller ener
ginivåer.
Sprang fra et energinivå til et annet betyr
at energi enten tas opp eller avgis.
Hvis atomet ikke
tilføres energi, faller elektronene stadig mot lavere
energinivåer, og energidifferansene stråles ut i form av elektromagnetiske bølger som varmestråling.
Varmeener
gien stråles derfor stadig ut fra ethvert medium, og absorberes mer eller mindre av de media strålene treffer,
slik at det foregår en kontinuerlig strålingsutveksling. I metaller er atomenes ytterste elektroner så
løst bundet at de kan elektroner.
betraktes
som en gass av fri
Varmetransport skjer her ved vekselvirkning
og diffusjon av de frie elektronene.
Dette forklarer
metallenes høye varmeledningsevne, og at det er sammen
heng mellom varmeledningsevne og elektrisk ledningsevne. Ulike former for varmetransport er da:
1.
ImpuIsoverføring mellom molekyler i gasser, væsker og
amorfe stoffer. 2. Overføring av svingningsenergi i gitteret hos krystal linske stoffer.
3. Varmetransport som følge av differanse mellom avgitt
og opptatt strålingsenergi.
Kap.
4.
16
2
Energioverføring ved frie elektroner i metaller.
16.2 DEFINISJONER
Tradisjonelt inndeles varmetransport i ledning, konveksjon og stråling. Varmeledning er varmeoverføring gjennom et medium
som ikke beveges med varmestrømmen.
Transporten skjer i
gasser, væsker og faste stoffer, og betraktes som ener
gioverføring mellom molekyler og atomer.
Konveksjon er varmeoverføring ved massetransport i form av bevegelse i væsker og gasser.
Når bevegelsen
skyldes temperaturgradienter, taler man om egenkonveksjon eller naturlig konveksjon.
I en luftspalte oppstår
det en slik egenkonveksjon ved at den varme luften stiger opp, og den kalde synker ned.
Men bevegelsen kan også
være påtvunget f.eks. ved luftvifter eller ved vindtrykk.
Denne form kalles derfor påtvunget konveksjon.
Varmetransport ved diffusjon av molekyler i væsker og gasser kan betraktes som en form for egen
konveks j on. Varmestråling er varmeoverføring fra et sted til et annet uten at noe medium tar del i den.
Strålene som
er elektromagnetiske bølger, forplanter seg i vakuum,i
de fleste gasser og en del væsker og faste stoffer,
(glass).
Varmetransporten blir oftest en differanse mellom avgitt og opptatt strålingsenergi.
Man regner i praksis med at væsker og faste stoffer er varmestrålere, og at gassene slipper strålene tilnærmet
uhindret gjennom. Varmeovergang kalles i praksis varmeoverføring på
grenseflaten mellom to ulike medier.
Det vanlige er
grenseflaten mellom fast stoff og væske eller gass.
Slik
varmetransport er viktig i f.eks. varmekraftmaskiner,
varme- og kjøletekniske anlegg og i ytterveggkonstruksjoner.
Varmeovergang er ikke en ekstra transportform,
Kap.
16
3
men en sammensatt prosess hvor alle de nevnte former for varmetransport kan delta.
16.3
TEORI
16.3.1
Varmeledning Varmetransport ved ledning er proporsjonal med
temperaturfallet pr lengdeenhet, temperaturgradienten. Tenker vi oss en tynn skive av et homogent fast materiale
med tykkelse Ax og temperaturgradient AT/Ax, vil det ved
stasjonære forhold ledes en varmemengde Q gjennom skiven i tiden t.
Er skivens areal A, blir varmestrømmen:
Q t
n -rAT Å, A — Ax
(Watt)
Faktoren Å
(lambda) er materialets spesifikke varmeled
ningsevne ,
(eng.: thermal conductivity).
Det angis i
W/m•°C. Varmefluxen, som er varmestrøm pr flateenhet, 2 q = Q/At, (W/m ), blir:
q - X -—
1
Fouriers lov (1) Ax ------------------------
Tilnærmet betraktes X som en materialkonstant, men som vi i skal se senere i kapitlet, er det flere faktorer som in fluerer på tallverdien av X, og en av dem er temperaturen. Temperaturfordeling ved ikke stasjonære forhold
Lign.
(1) vil strekke til for mange praktiske an
vendelser, men i det alminnelige tilfelle vil temperaturen
på et bestemt sted variere med tiden.
Vi må derfor be
trakte temperaturen som en funksjon av tid og sted.
Når
varme ledes gjennom et medium, vil det i hvert øyeblikk alltid være punker i mediet som har samme temperatur,
Kan.
4
16
slik at man kan legge en isotermflate gjennom disse punkter.
Tegner vi opp isotermflater for hver grad
temperaturdifferans, får vi et bilde av temperaturfordelingen.
Varmestrømmen går da loddrett på iso-
termflatene og er proporsjonal med temperaturgradienten . For å gjøre det enklest mulig, tenker vi oss at isotermflåtene er parallelle plan og velger x-aksen
loddrett disse.
Temperaturgradienten blir da 3T/3x,
siden temperaturen varierer med både tid og sted,
dT =
31
dt +
3x
dx
Vi betrakter så variasjonene av temperaturen innenfor
et lite volumelement dv = dx dA: *
q (x, t)
q (x+dx,t)
Da temperaturen varierer langs x-aksen, kan'det strømme mer varme inn i volumelementet enn det strømmer ut.
Dette
vil forårsake en oppvarming av mediet.
Inn i volumelementet strømmer i tiden dt en varme
mengde :
dQ. = q(x,t) dA dt inn '
Ut av volumelementet strømmer i samme tidsrom en varme mengde :
dQut - q(x+dx,t) dA dt =
(q(x,t)+-||J dx)
dA dt
Varmetilførselen, som er forskjellen mellom dQ. oq inn dQ , blir: ut
■^-3 3x
dx dA dt
Kap.
Dette kan uttrykkes ved Å
16-5
idet lign.
(1)
kan omformes
til : 3g _ . 3x
32 T 3 x2
Varmetilførselen blir da: f dx dA dt
X
(2)
3x Lar vi nå spesifikk varme være c, densiteten p og tempe
raturøkningen pr tidsenhet 3T/3t, kan volumelementets
varmetilførsel i tiden dt også uttrykkes slik:
c p dx dA
(2)
og
dT
dt
(3)
(3) gir:
Man pleier innføre en ny konstant, temperaturledningsevnen a = Å/c p.
(Denne omtales i pkt 16.3.4.)
Differensialligningen
(4)
er utledet under den
forutsetning at temperaturen bare varierer langs x-aksen,
eller at temperaturgradienten er rettet langs x-aksen. Nøyaktig samme betraktning kan gjøres også for y-retningen
og for z-retningen.
Varmetilførselen
blir da summen
(3)
av tilført varme i de tre akseretninger tilsammen.
Den
generelle differensialligning for tredimensjonal ikke
stasjonær varmeledning får da formen:
3T , 32 T , , 32T , , 32T c 0 at = V yy2 + xy yy2 + xz yy
(Fouriers lign.)
Ved stasjonære forhold får ligningen formen: (Laplace's lign.)
Kao. 16
6
Bortsett fra stasjonære endimensjonale forhold kan disse
Men
ligningene løses eksakt bare i spesielle tilfelle.
det finnes en rekke tilnærmede metoder som kan brukes, og ved hjelp av disse og datamaskiner er det mulig å
løse ganske kompliserte oppgaver med brukbar nøyaktighet.
16.3.2
Varmestråling
Elektromagnetiske bølger i bølgelengdeområdet -4-8 £ = 10 - 10 m regnes som varmestråling (se fig. 16.1).
Varmestrålingen fra et legeme er fordelt over et
spektrum av bølgelengder. Fig.
16.2 viser energifor-
delingen, strålingsintensi-
teten I som funksjon av bølgelengden for absolutt
svart legeme.
Hovedbølge-
SL , der strålingsm intensiteten er størst, er
lengden,
for et svart legeme bare av
hengig av temperaturen: SL
m
-T - konst.
(7) '
Konstanten er 2,96-10 2m °K. (Wiens forskyvningslov.)
Total varmestråling
øker meget sterkt med temp eraturen, og for svart legeme
gjelder Stefan-Boltzmanns
emisjonslov: Fig.
16.1
Inndeling av elektro magnetiske bølger.
q = a Tu
(8)
hvor o er Stefan-Boltzmanns konstant a = 5,76’ID-8 W/m2 °K4
Kap.
Fig.
16.2
16-7
Sammenheng mellom strålingsintensitet og bølgelengde for forskjellige termperaturer for absolutt svart legeme.
q er varme- eller stråleflux, q = Q/At
(= f I d£,
fig.
16.2).
For alle praktiske materialer må man regne med en lavere verdi for o.
Man innfører da en ubestemt faktor,
e, emisjonstallet, med tallverdi mellom 0 og 1’, og varme-
stålingen fra et legeme blir:
q = e a T
4
(9)
Emisjonstallet er først og fremst avhengig av legemets overflate, hvilken farge den har, og hvor blank
eller ru den er.
Emisjonstallet og absorbsjonstallet er
alltid like store for samme legeme.
Når varmestråler
treffer et legeme, blir noe reflektert, noe absorbert,
og noe transmittert,
se fig.
16.3.
Sammenhengen mellom
absorbsjons-, refleksjons- og transmisjonskoeffisientene
A, R og T er: A + R + T = 1
(10)
Ved langbølget varmestråling kan vi se bort fra T for
Kap.
Fig. 16.3
16
Reflektert, absorbert og transmittert varme.
8
16.4
Fig.
Varmestråling mellom to flater.
faste legemer og væsker, og vi får:
R=l-A=l-e
(11)
Gjensidig stråling
I de fleste praktiske tilfelle vil stråling foregå
som en utveksling mellom to flater, dvs. begge flatene vil både sende ut og motta strålingsenergi.
Vi tenker
oss to plane parallelle flater med temperaturer henholds vis
og T2 og emisjonstallene
e^
og
e2,
(fig.
16.4).
Varmetransporten blir:
g12 ~ 2E1 " ^E2
hvor ZE^ og ZE2 er flatenes resulterende utstråling som
utgjør summen av egenemisjon og alle refleksjoner.
Samlet
stråling ZE^ fra flate 1 er egenemisjonen E^ pluss den reflekterte del av samlet stråling fra flate 2:
EE1 = E1 + R1EE2
og tilsvarende er
ZE2 = E2 + R2ZE1
16
Kap.
9
Ligningene løses med hensyn på
= 1 -
11) , og E^ =
(lign.
q12 = e12 ° (T1
hvor
E,? _L z_.
og ^2' man innfører e.
a IL 4
(lign. 9)
4
4
og får:
(12)
" T2 }
= J_
Jl
z_.
_L
I porøse materialer påvirkes varmetransporten av
porestrukturen. i porene,
Dette skyldes i vesentlig grad strålingen
idet antall strålegap påvirker varmetransporten.
(b)
(a) Fig.
På fig.
16.5
Varmestråling i en spalte (a) og i mange spalter (b).
16.5.b blir varmefluxen på grunn av stråling:
q12 = e12 °
(T1
q23 _ e23 °
(T2
^(n-l)n
(n-l)n
4
4 “ T2
4
4 " T3 )
4 n-1
4 n
Ved stasjonære forhold er
q12 = q23 OSV* = q Oq ei2 = £23 °SV- =£' og summering gir:
Kap. 16 - 10
q = e o
(n - 1)
4 4 (T, - T ) In
Dette viser at varmetransporten ved stråling er omvendt proporsjonal med antall ganger strålestrømmen blir av brutt:
= H^l e 0
(T1 4 " Tn 4 }
(13)
Karakteristisk for et godt isolasjonsmateriale er derfor
blant annet et stort antall strålegap. 16.3.3
Konveksjon
Konveksjon opptrer i forbindelse med varmeovergang.
En eksakt teoretisk behandling av den samlede
prosess er svært komplisert.
Løsninger utført med
dimensjonsanalyse inneholder strømningshastigheten og
de fysiske størrelser, men også konstanter og ekspo nenter som må bestemmes eksperimentelt.
De gjelder
også bare i spesialtilfeller, og blir derfor lite al-
mengyIdige.
Problemet behandles derfor ikke regnemessig
her. 16.3.4
Varmekapasitet, temperaturledningsevne Varmekapasiteten for et materiale er:
C = c p hvor c = spesifikk varmekapasitet (J/kg °C) og p = densitet 3 (kg/m ). Materialets verdi som varmemagasin er også av hengig av varmeledningstallet Å.
Som et mål for hvor
lett materialet tilpasser seg en temperaturendring har
man temperaturledningsevnen (eng.: a = Å/cp
thermal diffusitivity):
2 (m /s)
16
Kap.
11
Veggmaterialer som skal virke utjevnende på romtempera turen må ha både stor varmekapasitet og stor temperatur-
ledningsevne.
16.4
TILLEMPNINGER TIL PRAKSIS
Eksakte beregninger av varmetransport i kompli serte konstruksjoner og særlig i porøse materialer kan
være meget vanskelige å gjennomføre. derfor forenklede metoder.
I praksis benyttes
Det teoretiske grunnlaget er
imidlertid nødvendig både for å kunne vurdere konse
kvensene av forenklingene og ikke minst for å kunne vite hvordan saken skal gripes an når mer nøyaktige metoder må brukes.
Varmeledningsevnen Å for et materiale bestemmes eksperimentelt.
Man kan f.eks.
lede gjennom det en
kjent varmestrøm q og måle temperaturgradienten AT/Ax Å finnes da fra ligning
ved stasjonære forhold.
(1),
q = Å AT/Ax: °C) * (W/m
Å = q Ax/AT
For homogene materialer finner man Å som funksjon av For porøse materialer vil den målte Å
temperaturen.
gjelde for samlet varmetransport ved såvel ledning som
Å blir da ingen materialkonstant
konveksjon og stråling.
fordi gassen/væsken i porene forandrer egenskaper med
forsøksbetingelsene, særlig får eventuelt fuktinnhold stor betydning.
(Se pkt.
16.8.3.)
Varmestråling er i praksis uttrykt ved ligning
% = f12 0
(T1
4
4 ' T2 ’
Her innføres en ny størrelse, temperaturfaktoren g: 6
=
(TT
4
4 - t2 )/(t1 - t2)
o 3 (V)
(12) :
Kap.
qs =
Det gir
12
16
“ T2^
0
Som en analogi til varmeledningstallet i lign.
man sette:
q
= Å
s
kan
AT/Ax, eller:
= qs Ax/AT
Å
Å
s
(1)
(W/m-°C)
er en funksjon av emisjonsevnen e,
temperaturfor
skjellen AT, middeltemperaturen T^ og tykkelsen Ax. I praktisk bygningsteknikk er 6 nyttig, da den
med god tilnærming kan sies å variere bare med middel3 2 2 1 temperaturen, [ø = 4T^ (1 + AT /4T^ )j . Middeltempe raturen er oftest kjent, og man kan da angi en brukbar
tallverdi for (3. Konveksjon opptrer i praksis i forbindelse med
I et hulrom er total varme-
varmetransport i hulrom.
transpor t:
= ql + qd + qs + qk hvor indeksene står for ledning, diffusjon, stråling og
konveksjon.
q forutsettes kjent, q
betingelser beregnes, og
(q^+q^)
kan ved gitte
kan finnes eksperimen
Man finner da q. som en differanse, dvs. som den ^k resterende andel av varmetransporten. Som for varme
telt.
ledning skriver man:
Å. jv
q^ =
AT/Ax, og:
= q. Ax/AT K
Konveksjonstallet Å,
(W/m-°C)
varierer med forsøksbetingelsene,
(hulrommets form og størrelse, gassens/væskens tempera tur,
trykk,
strømningshastighet ,
seighet og friksjon, og
varmestrømmens retning, særlig om den går oppover eller nedover.) Samlet varmestrøm kan for porøse materialer skrives:
Kap. 16 - 13
+ qk + qs =
"■tot =
Åt
* (x
+ \ + V
blir da materialets spesifikke varmegjennomgangs-
tall.
^tot ant er den vannmetning det bestemte materialet vil oppnå under gitte ytre klimatiske forhold.
S
akt kan derfor oppfattes som en analogi til opptredende
spenninger i en konstruksjon,
Bestemmelse av S , bør akt variere alt etter de forhold den aktuelle konstruksjonen utsettes for.
Frostsikkerheten F defineres da som F = S
kr
- S
* akt
Metodiske detaljer for bestemmelse av frostsikkerhet
F
beskrevet i
(12)
og tas med i et videregående kurs.
For sammenligning av en rekke betongkvaliteter i laboratoriet må man velge en bestemt prosedyre også for bestemmelse av Sakt. Den verdi man finner brukes til
beregning av F som så gir grunnlag for en klassifiser ing av betongen med hensyn til frostmotstand.
Men den
malte Sakfc i laboratoriet sier selvsagt intet om hva
fukt tilstanden
vil bli under de klimatiske forhold
betongen vil bli utsatt for. Erfaringene hittil med metoden viser at en reduk
sjon av permeabiliteten
(økning av vanntettheten)
ved
hjelp av øket sementinnhold, tilsetning av silikastøv
respektive innføring av luft, gir en reduksjon av S
Ved første blikk synes dette å være meget uheldig.
Imidlertid reduseres ogsa Sak^_ og i langt større grad enn
$kr
at differansen F
(frostmotstanden)
Særlig ved meget tett betong er
av eksponeringstiden.
øker.
sterkt avhengig
Ved ekstrapolasjon kan en da angi
tiden som medgår før S^t = S^^,.
Etter dette tidspunkt
er F = 0 eller negativ og frostsikkerheten er tapt i den laboratoriebehandlede prøven.
Kap.
17 - 16
LITTERATURHENVISNING
1.
Poul Nerenst:
Frost action in concrete.
Fourth
international symposium on the chemistry of cement,
Washington,
2.
D.C., 1960, p. 807-827.
T.C. Powers:
A working hypothesis for further studies
of frost resistance of concrete, Proc. Am. Concrete Inst. 41, 3.
1945.
245-272, Feb.
J. Jessing:
Freezing of tiles, RILEM Bull. 43/44,
103-116 Paris 1958.
4.
T.C. Powers and R.A. Helmuth: Theory of volume Changes in hardened Portland Cementpaste during freezing, High-
way Research Board Proc.,
32 p.
285-297
(Washington,
D.C., 1953) 5.
P. Klieger:
Studies of the effect of entrained air on
the strength and durability of concretes made with vari-
ous maximum sizes of aggregate, Highway Research Board, Proc. 31, p. 6.
177
(1952) .
Durability of concrete, Highway Research
C.H. Scholer:
Board, Proc., 10, 132 7.
Stanton Walker:
(1930).
Resistance of concrete to freezing and
thawing as effected by aggregates, Proc. Conf. Plans for
Post-war Highways, Circ. 26 8.
H.S. Sweet:
(1944) .
Physical and Chemical tests of mineral
aggregates and their significance, Symp. Mineral Aggre
9.
gates
(1948) , Am. Soc. Testing Materials Spee. Tech.
Publ.
83,
49-73
C.J. Bernhardt:
(1948). Skader ved frost på nystøpt betong
Teknisk Ukeblad 31,
681-687, 1954.
Kap. 17 - 17
10.
Birger Warris:
Hypothesis on the frost resistance
of concrete,RILEM Symp., Durability of Concrete, 271-280. Prag 1962.
Proc. p. 11.
I.Th. Rosenqvist:
Fundamental Properties of Some
Norwegian Magmatic and Metamorphic Rocks.
Proc.
Sixth Int. Conf. on Soil Mech. and Foundation Eng. Canada 1965 pp.
12.
G. Fagerlund:
109-111.
The critical degree of saturation
method of assessing the freeze/thaw resistance of concrete. 4 CDC.
Prepared on behalf of RILEM Committee
Materials and Structures July - August 1977,
pp 217 - 229.
Kap.
18
Kap.
18
MATERIALER
HØYE
1
UTSATT
FOR
TEMPERATURER
FOREKOMST AV HØYE TEMPERATURER
18.1
Det temperaturområdet som våre bygningsmaterialer må tjenestegjøre under, er normalt -r 30 °C til + 50 °C.
Av og til må imidlertid bygningsingeniører prosjektere
bygninger som skal stå under høyere temperaturer. kan eksempelvis gjelde fabrikkhaller
(smelteverk)
Dette
hvor
man kan finne varige temperaturer under etasjeskiller eller tak på 60-100 °C. I reaktor-anlegg har man målt ca.
300 °C i visse betongkonstruksjoner.
I den industri
elle produksjon benytter man seg av temperaturer fra r 270 °C til + 6000 °C. (De laveste temperaturene fore kommer i trykkluftindustrien) .
Med høye temperaturer skal vi dog i dette kapittel i første rekke tenke på materialer utsatt for branntemperaturer. I branntilfelle kan man få alle temperaturer opp til 11-1200 °C, i særskilte tilfelle opp til 1500 °C. Til sammenligning kan nevnes at temperaturen i gloen på en tent sigarett er ca. 500 °C, i en tent sigar ca. 600 °C
og i en fyrstikkflamme ca. 1000 °C.
18.2
BRANNÅRSAKER, AVKORTING, LOVER OG FORSKRIFTER De materielle tapene som forårsakes av branner her i
landet har steget raskt de siste årene som vist i fig. 18.1.
Norge topper i dag verdenestatistikken når det
gjelder brannskader fordelt pr. person.
En av de utveiene vi har til å begrense brannskadene er å sørge for at bygningskonstruksjonene våre får en høy motstandsevne mot brann.
Dette kan gjøres ved å ta brann
faren med i betraktning ved materialvalget eller ved å be
skytte de svakere materialene ved egnet overdekning.
Begge deler fordrer kjennskap til materialenes egenskaper
Kap. 18-2
under brann.
En annen mer direkte veg som samtidig må følges, er å forsøke å redusere antallet av branner.
Ser man
på brannårsakene finner man et langt register av slike: barns lek med fyrstikker, uforsiktig anvendelse av
sveiseflamme, bygningsmessige mangler som utilstrekke lige brannmurer,
feil ved elektriske anlegg osv., og
til slutt også noen tilfelle av selvantennelse.
I
mange tilfelle er det ikke mulig å finne brannårsaken slik at den største gruppen har ukjente brannårsaker. De fleste regner med at tapene ved en eventuell
brann blir små for den enkelte forsikringstaker som følge av gode og omfattende forsikringer.
Dette vil man
oppdage er galt i de fleste tilfelle av forskjellige år
Kap. 18 - 3
saker.
En av årsakene kan være avkorting i forsikrings
summen som følge av uaktsomhet.
Forsikringsselskapene
har en egen nemnd som vurderer graden av avkorting i alle
saker hvor forsikringstilfellet er framkalt ved uaktsom
Slike nedskjæringer i utbetalt forsikringssum kan
het.
føre til store økonomiske problemer for den som rammes. I kampen mot brannene har derfor de offentlige myndig heter funnet det nødvendig å utgi et kompleks av lover
og bestemmelser.
(Eldst i så henseende er Magnus Laga-
bøters lov fra 1274).
Våre byggeforskrifter har bestemm
elser av følgende art: 1.
For reduksjon av antall branner, under dette krav til
fyringsanordninger,
avtrekk av skorsteiner angående
innretning og plassering.
2.
For reduksjon av branners forplantning fra bygning til bygning, blant annet angående avstander mellom
hus, adskillelse med brannvegger, bygningshøyder, takbekledning osv. 3.
For begrensing av en brann innen samme hus med krav til vegger, etasjeskiller, dører osv.
Dette tar sam
tidig sikte på: 4.
å hindre skader på mennesker og dyr.
Til dette hører å
sikre utganger i visse bygninger som hoteller, labora
torier osv.
ved krav om to trapper, særlige trappe-
rom, elevatorsjakter osv, se
(11).
Disse offentlige bestemmelsene fremmes av Kommunal-
og arbeidsdepartementet, Kontoret for bygnings- og brann vesen.
Godkjenninger av materialer, bygningsdeler, kled
ninger, branndører, kokeapparater etc. gis av samme de
partement eller det bemyndiger andre til å gjøre det på grunnlag av forutgående prøving
ved Norges Branntekniske
Laboratorium eller tilsvarende institusjon.
Overvåkingen
av bestemmelsene forøvrig er underlagt de stedlige bygnings
råd. Bygningsingeniører og arkitekter har et stort ansvar
også på det branntekniske området da det i høy grad er opp
Kap.
18-4
til dem om man skal unngå feil og mangler ved planer og utførelse som ved en gitt anledning kan gi mulighet for
branner av stor økonomisk rekkevidde.
DEFINISJONER
18.3
Begrepet brann kan defineres forskjellig, men for
vårt formål kan det passe med følgende:
Brann er en
forbrenning som oppstår eller sprer seg utenfor et formålsbestemt arnested med
til følge.
skadevirkning på omgivelsene
- Betraktet fra den kjemiske side kan vi de
finere brann som en kjemisk reaksjon mellom ett eller
flere faste, væskeformige eller gassformige stoffer med luftens oksygen under utvikling av lys og varme.
I visse
tilfelle kan en brann utvikle seg til en eksplosjon f.eks. ved brann i eksplosivstoff.
En brann oppstår følgelig
ved at man på en eller annen måte skaffer til veie den
aktiveringsenergi som skal til for å få denne kjemiske
oksydasjonsprosess til å starte. Vi kaller dette antennelse
og forutsetningen for
denne er tilstedeværelse av brennbart stoff"og en viss mengde oksygen eller luft foruten tilførsel av en viss
varmemengde utenfor og en viss varmeintensitet eratur) .
(temp
Men også andre faktorer spiller en rolle for
antennelsen, så som oppvarmingens varighet og hvilken
form materialet foreligger i.
Findelt tre er jo langt
lettere å tenne enn en bjelke av samme tresort.
Også
beliggenheten i forhold til andre materialer spiller
en stor rolle.
F.eks. kan lettantennelig papir opptre
som ganske tungtantennelig dersom det er limt til gips-
plate eller vikles rundt en metallstav.
For de vanlig
brennbare materialer fortsetter så brannen av egen evne, for eksplosivstoffenes vedkommende har man samtidig
nådd det såkalte "eksplosjonspunkt". Tenntemperåturen eller tennpunktet er det
(relativt
Kap.
høye)
18-5
temperaturpunkt vi kan varme opp stoffet til for
å få den kjemiske reaksjon med oksygen - som fører til forbrenning - til å starte. antennelse,
Prosessen er analog selv-
forskjellen er bare at aktiveringsenergien
tilføres utenfra. Selv om tennpunktet for et material ligger over 500 °C vil det enda være brannfarlig, for alle rene flammer har jo høyere temperatur og dermed evne til å
antenne slike stoffer.
Derfor kommer den nødvendige
varmemengde til å spille en større rolle enn tennpunktets
beliggenhet.
F.eks. kan vi ikke betegne en bjelke av
grantre som lettantennelig tiltross for det lave tennpunkt (ca. 250 °C), fordi den krever en stor varmemengde
for å komme i varig brann.
Omvendt kan man ikke kalle
bensin for tungtantennelig til tross for det relativt høye tennpunkt (ca.600 °C). Det kreves nemlig bare en
liten varmemengde, f.eks. en liten gnist, for å få bensin dampen antent.
Ildsfarlige væskers reaksjon på intense varmekilder
(flammer) kan karakteriseres med et par andre karakter istiske temperaturpunkter.
Det er temperaturene som
betegnes med flampunkt og brennpunkt.
Flampunktet kan
populært defineres som den laveste temperatur en brenn bar væske har når dens damp akkurat så vidt kan tennes
av en bar flamme.
Bensin ligger i så henseende langt
ned på minustemperatur (klasse A-væske) mens petroleum ligger over + 22 °C og hører dermed til klasse B ifølge Ildfarlighetsloven som setter + 22 °C som klasseskille.
En ildsfarlig væske som har nådd flampunktet, vil imidlertid ikke kunne brenne videre av egen evne.
Varmes den litt videre,
når man det punkt hvor dette
skjer og dette definers da som væskens brennpunkt.
Disse temperaturpunkter spiller en stor rolle for inn deling av de ildsfarlige væsker i fareklasser, men er
på den annen side ikke lette å anvende overfor faste
Kap.
18-6
Dog kan enkelte plaster oppføre seg
materialer.
slik under oppvarming at analogien med de brennbare
væskene under oppvarming kommer tydelig fram.
Be
tingelsen for dette er da at det skjer en avspalting
av brennbare gasser. (Eks. fraksjon av tjæreolje: Flampunkt 88 °C, brennpunkt 108 °C og tenntemperatur ca. 600 °C) .
Med selvantennelse forstår vi det fenomen at brann kan oppstå i et material uten å bli antent eller være
oppvarmet utenfra til tennpunktet.
Vi har eksempler på
at ferske trefiberplater har begynt å brenne under tran
sport f.eks. på jernbanevogn eller under lagring på fabrikker,
fordi platene ikke var tilstrekkelig avkjølt
før de ble lagt i stabler.
Temperaturen ble dermed til
strekkelig til at visse oksydasjonsprosesser startet
under nærvær av restfuktighet.
I rått høy har det også
inntrådt selvantennelse, betinget av visse bakterielle prosesser.
En hyppig kilde til branner i verksteder er
selvantennelse i pussegarn innsatt med umettede oljer
som er oksyderbare.
En viktig betingelse for at selv-
oksydasjonen skal føre til brann, er at "sfartvolumet"
er godt isolert mot varmetap til omgivelsene.
Temp
eraturen kan da stige etter hvert slik at oksydasjons-
prosessen akselereres.
Spesifikk latent varme eller brennverdi er den
varmemengde et material utvikler ved fullstendig for brenning.
Definisjonen sier ikke noe om hvor fort
varmeutviklingen foregår. Den del av en bygning som man i en viss tid anser
det mulig å begrense brannen til, benevnes en branncelle.
I en boligblokk er f.eks. hver leilighet en
branncelle.
Med brannbelastning menes den samlede varmemengde som pr.
flateenhet av en branncelles totale omhyllings-
flate frigjøres ved fullstendig forbrenning av alt
Kap. 18-7
Tabell 18.1
Spesifikk latent varme
(brennverdi)
for en del aktuelle materialer
Materialer
Brennverdi kJ/kg
Faste stoffer:
16100
Ren cellulose
ca.
18500
Trekull
ca.
32000
Koks
ca.
30000
Bartre
(spon)
Tre
(uinnpregnert)
ca.
18500
Tre
(kreosotinnpregnert)
ca.
42000
29000
Aluminium
Bomull
ca.
17000
Gummi
ca.
45000
Krutt
ca.
21000
Dynamitt
ca.
5500
Brunkull
ca.
10500
Kork
ca.
31000
Avispapir
17200
Nylon
29300
Polyester (ren)
27200
Polyvinylklorid
20900 ca.
27200
Bensin
ca.
43500
Alkohol
ca.
28000
Dieselolje
ca.
42000
Acetylen,
ca.
48000
Propan, C^Hg
ca.
47700
Butan, C4Hiq
ca.
47700
Metan, CH^
ca.
49800
Polyuretanskum
Flytende væsker:
Gasser:
Kap. 18-8
brennbart materiale i branncellen, iberegnet bærende konstruksjoner, innredning, kledninger og golvbelegg. 2 Brannbelastningen angis i MJ/m (1J=1 Ws).
For beregning av brannbelastningen trenges kjenn
skap til brennverdien hos forskjellige aktuelle mater
ialer, jfr. tabell 18.1. Bygningsdeler klassifiseres ved en bokstav og et
tall,
f.eks. A60, B30 m.v. med hensyn til bæreevne og
stabilitet under brann samt evne til å hindre gjennombrenning.
Bokstaven A betyr at bygningsdelen
skiller, pilar)
(vegg, etasje-
praktisk talt helt består av ubrenn-
bart materiale og B betyr at bygningsdelen også kan inneholde brennbart materiale i den utstrekning dens
branntekniske funksjonstid tillater.
Tallet etter
bokstaven angir i minutter den tid som bygningdelen
ved normert brannprøving
motstår opphetning og even
tuell vannsprut og avkjøling med bibehold av de egen
skaper som kreves av dem. Til branntrygge bygninger kreves det bygningsdeler vesentlig av klasse A 60 og bedre, til brannherdige
bygninger kan det brukes B 30 eller bedre.
"Bygge
forskrifter av 1969" gir side 82 en tabell over hvilk
en klasse av bygningsdeler som kreves bl.a. hus,
for lave
inntil 2 etasjer, inntil 4 etasjer og over 4
som funksjon av brannbelastningen. For den 2 laveste brannbelastningen, høyst 105 MJ/m finner man
etasjer,
dog A 30 og til og med B 30-klassene tillatt for branntrygg bygning.
Dette kan forståes når en erindrer at
klassebetegnelsen for en bygningsdel er ervervet etter
normert prøving.
En A 30 resp. B 30 bygningsdel kan
derfor i en bygning med lav brannbelastning gi bygning
en en brannmotstand på 1 time
på branntrygg bygning.
hvilket er definisjonen
Ved økende brannbelastningen i
bygningen kreves omvendt bygningsdeler med økende klassetall like opp til A 240 for å sikre branntrygg bygning.
Kap.
18
9
Mye av vår viten om bygningsdelers branntekniske egenskaper er baserte på prøving.
For å kunne jevn
føre resultatene fra den branntekniske prøvingen mell om laboratoriene,
er det nødvendig at laboratoriene
bruker den samme varmepåk jenning.
Ut fra dette er det
etablert en internasjonal tids-temperatur kurve som vist i
fig. 18.2.
Kurven har den matematiske formen:
T-T
= 1325 - 430e-0'2t-270e-1'7t-625e”19t o t = prøvingstiden i timer Tq= temperaturen i °C ved prøvingens begynnelse
T = temperaturen i °C i ovnen ved tiden t Her er bare de viktigste definisjonene for for
Det vises til
ståelse av dette kapitlet omtalt.
"Byggeforskrifter av 1. august 1969" for et grundigere studium av definisjoner, klassifisering, branntekniske
Branntekniske bestemmelser finnes ogsa i
krav o.s.v.
"Statlige byggebestemmelser, del 2".
18.4
FAKTORER SOM PÅVIRKER FORLØPET AV EN BRANN Et material er antent av en ytre kilde når det
dannes gasser som så forbinder seg med luftens oksygen under utvikling av varme.
Fjernes den ytre varmekilden
kan det godt hende at prosessen stanser opp av seg selv, materialets varmeledningsevne og varmekapasitet ligger i
så fall så høyt at prosessen bremses opp.
er da ikke å betegne som brennbart.
Materialet
I andre tilfelle
vil brannen fortsette fordi det utvikles tilstrekkelig varmemengde til å holde spillet igang. I begynnelsen av en brann vil den bare beherske en
meget liten del av branncellen.
Men snart utvikler de
brennbare materialene så mye gass at brannen etterhvert omfatter størstedelen av rommet.
Dette fenomen betegnes
overtenning. Den temperaturen som så etter hvert oppnås i en
Kap. 18 - 10
Fig.
18.2
Standard tids-temperatur kurve.
Kap.
18 - 11
branncelle, kan nå opp til ca. 1200 °C,
jfr. fig.
18.3.
Temperaturutviklingen beror på en rekke faktorer hvorav
de mest betydningsfulle skal omtales kort. Mengden av brennbart materiale påvirker tids-temp-
eratur utviklingen som eksempelvis vist i fig. 18.3. Økende mengde brennbart materiale, dvs. økende brann-
belastning av samme materialet,
fører til noe lang
sommere brannutvikling, men maksimaltemperaturen blir noe høyere.
Fig.
18.3
Temperaturforlgp under brann ved varierende mengder treverk pr. m2 .
Materialarten påvirker temperaturutviklingen både
ved at forskjellige materialer har forskjellig brenn verdi som vist i tabell 18.1 og fordi de brenner med
forskjellig hastighet. Materialets orientering i branncellen kan variere sterkt og dermed brannens evne til å gripe fatt i mat
erialet . Materialets finfordeling og partikkelform, dvs. dets spesifikk overflate, er avgjørende for hvor hurtig
Kap. 18 - 12
brannen utvikler seg.Økende spesifikk overflate fører
til raskere brannutvikling. Hvis materialet inneholder fuktighet vil det bi
dra til å gjøre brannen mer langsom, jfr. fig. 18.4. Tilført luftmengde vil også påvirke brannens hastighet.
Ved underskudd av luft vil brannen få en
langsom utvikling, jfr.
fig. 18.4.
Ved økende luft
mengde vil temperaturen stige raskere og maksimal-
temperaturen bli høyere inntil en optimal luftmengde.
Fig. 18.4
Temperaturforløp under "normal" og "langsom" brann.
Øker luftmengden utover dette vil en økende del av
varmen bli borte med luften og temperaturen i branncellen vil bli lavere.
I et praktisk branntilfelle
ligger lufttilgangen i det første området og en snakker om en ventilasjonskontrollert brann.
Luftens temperatur, trykk og relative fuktighet påvirker temperaturutviklingen på innlysende måte.
Varmeledningsegenskapene og varmekapasiteten for
Kap.
18 - 13
de bygningsdeler som ligger i og utenom branncellen påvirker temperaturutviklingen.
Materialer med god
varmeledning vil bidra til å lede varmen bort fra
branncellen og dermed holde temperaturen i branncellen lavere enn ellers.
Dette vil normalt være positivt,
men i ugunstige tilfelle kan det bidra til å spre
brannen til andre brannceller.
Materialer med høy
varmekapasitet trenger større varmemengde tilført for
å oppnå samme temperatur.
Høy varmekapasitet vil der
for bidra til å holde temperaturen i branncella lavere enn ellers. Temperaturen vil variere mye fra golv til tak i branncella som vist i fig. 18.5, spesielt når takhøyden
Fig.
18.5
Temperoturforløp i forskjellig høyde i en branncelle i prinsipp.
er stor i forhold til branncellens dimensjoner ellers.
Den siste tidsperioden under en brann består i
glødning og avkjøling.
Forløpet av disse faser har
meget stor betydning for materialenes mulighet for fort
satt bruk.
Disse faser av brannforløpet er ennå util
Kap.
18 - 14
strekkelig belyst i brannforskningen. I disse perioder får materialet ofte en kraftig vannpåsprutning med termosjokk til følge.
Dette termo-
sjokk kan ofte ødelegge mere enn selve varmepåkjenningen.
FYSIKALSKE VIRKNINGER
18.5
Under oppvarmingen tilføres materialet varmeenergi hvilket gjør at atom og molekylbevegelsen økes.
Mater
ialets kjemiske struktur endres og ved tilstrekkelig høy temperatur smelter materialet.
Men før man når så langt
vil krystallinske materialer ofte oppvise en endring av
krystallstrukturen.
En slik endring oppviser kvarts. Dette mineral beholder sin normale tette struktur opp til 573 °C, så kalt a-kvarts.
Ved denne temperatur omdannes a-struktur-
en til en B-struktur som har større volum.
Forløpet av
denne volumutvideise framgår av fig.
Ved oppvarm
18.6.
ing av et material som inneholder kvarts, bør derfor temperaturnivået 573 °C passeres meget langsomt om man skal
ha sjanse til å unngå sprekkdannelser.
Temperatur, Fig.
18.6
G
Varmeutvidelse for kvarts.
Et annet eksempel på en slik strukturendring under
oppvarming har vi ved det rene jern.
Ved vanlig tempera-
Kap. 18 - 15
tur er det kubisk romsentrert, ved 906 °C går det over
til kubisk flatesentrert og ved 1401 °C blir det igjen kubisk romsentrert inntil det smelter ved 1528 °C.
Rene stoffer smelter ved en karakteristisk temp eratur,
smeltepunktet.
Legeringer har derimot et smelte-
område mellom to temperaturer som er nøye bestemt av legeringens sammensetning.
I dette området er en del
av legeringen flytende og en del fast.
I tabell 18.2
er en del smeltetemperaturer gjengitt. Amorfe materialer oppviser ikke noe smeltepunkt,
men har et smelteintervall hvor det blir stadig mykere
inntil det blir flytende.
Dette er f.eks. tilfelle med
glass og mange plastmaterialer.
Tabell 18.2 , , o Smeltepunkt C Kull
3900
Wolfram
3000
Kvarts
1710
Krom
1615
Jern
1528
Nikkel
1450
Stål
Glass Kobber
Sølv
1400-1450 800-1400
1080 960
Bronse
ca 900
Messing
ca 900
Sink
419
Bly
330
Plast
80-300
Kap. 18 - 16
FORANDRINGER AV MEKANISKE EGENSKAPER
18.6
På grunn av energitilførselen og den derav følg
ende økte atom-resp. molekylbevegelse med eventuell
krystallstrukturendring til følge, vil egenskaper som
fasthet, deformasjon, utvidelsesevne osv. påvirkes. Endringene skal bli omtalt hver for seg, men det må understrekes at de henger sammen slik at en endring
i en egenskap ofte er betinget av endringer i de andre. 18.6.1
Fasthetsegenskaper
Man må skille skarpt mellom materialenes fasthet under varmepåkjenningen og etter avkjøling til vanlig temperatur.
I alminnelighet kan en si at fasthetsegenskapene
svekkes når temperaturen heves.
I noen tilfelle får
man en viss fasthetsøkning innen fallet begynner.
Hvor
høyt temperaturen må heves før materialet blir ubrukbart må studeres særskilt for hvert material.
Som eksempel
kan nevnes stål som viser jevnt fallende flytegrense inntil 600 °C der flytegrensen er 0, jfr. fig. 18.7.
~E Z 2-105
-u o E UJ
1-105
Q T
temperatur,
Fig.
18.7
Stålkvalitet tilstand.
z''
C
St. 37 korttidsprpvet i varm
Kap. 18 - 17
Etter varmepåkjenningen kan fasthetsegenskapene for materialet være forandret.
Størrelsen av denne
endring kan bero på hvor høy temperaturen har vært og
hvor raskt avkjølingen har foregått, i metallindustrien utnyttes dette til endring av metallenes egenskaper. Således herder man karbonstål ved en rask kjøling.
I brannteknikken er man også meget interessert i mater ialenes fasthet etter brannpåkjenninger, særlig når man
står overfor tilfellet å måtte vurdere brannskadede konstruksjoners brukbarhet.
Man taler da om materialenes
restfasthet, som er tilstede etter avkjøling.
F.eks. kan
en herding av stål ha gått tapt og likeledes den fasthetsøkning som kan ha foreligget i kaldtrukket stål. I keramiske materialer og steinmaterialer kan man få et
fasthetstap som følge av sprekkdannelse.
Restfastheten
hos sprø materialer er i mange tilfelle blitt påvist
å være mindre enn fastheten ved den høye temperaturen,
noe som antagelig beror på at flere sprekker har opp stått under avkjølingen.
Dette fenomen bør i tilfelle
vise seg ved at strekkfastheten faller sterkere enn trykkfastheten.
Fig. 18.8 viser resultatet av et forsøk med
granittbetong prøvet i varm tilstand og etter avkjøling. Den avkjølte betongen viser lavest fasthet.
Temperatur,
Fig.
18.8
C
Trykkfasthet av granittbetong i % av fasthet før eksponering for høy temperatur.
Kap. 18 - 18
18.6.2
Deformasjonsegenskaper
Arbeidslinjens utseende er meget temperaturav hengig for de fleste materialer.
synker en god del, jfr.
Elastisitetsmodulen
fig. 18.9.
Bruddforlengelsen
6 øker med temperaturen, materialene blir mindre sprø.
For bløtt stål er forholdene gjengitt på fig. 18.7 for korttidsbelastning.
Fig.
18.9
E - modul for stål og betong i. varm tilstand i % av verdi ved normal temperatur.
Temperaturbevegeiser
18.6.3
Fig.
18.10 viser lengdeutvidelsen for noen mater
ialer som funksjon av temperaturen.
Av figuren sees
at det er bare for stål at man kan regne med et line
ært forhold mellom utvidelsen og temperaturen utvidelseskoeffisient).
(konstant
Sementpastaens kontraksjon be
ror på at den avgir fuktighet og endog kjemisk bundet vann.
foran.
For kvarts er utvidelseskurven vist på fig. 18.6
Kap. 18 - 19
Fig. 18.10
Relativ lengdeutvidelse som funksjon av temperaturen.
I materialer som er dårlige varmeledere, oppstår
det under oppvarming en ujevn temperaturfordeling og som følge av dette en ujevn spenningsfordeling med
trykkspenninger i overflaten, jfr. fig. avkjøling får man motsatte forhold.
18.11.
Ved
Dersom de spenn
inger som oppstår i overflaten er større enn mater ialets bruddfasthet, vil det oppstå sprekker vinkel
rett mot flaten og i en viss dybde parallelt med flaten, altså avflakninger.
Slike avflakninger er særlig ut
preget ved termosjokk, f.eks. ved vannpåsprutning .
I
betong, særlig i relativt fersk betong, kan ytterligere vann fordampe inne i materialet.
Damptrykket medvirker
da til å sprenge overflaten i stykker.
Ved spennbetong
kan også spenningsbildet være slik at det bidrar til rask avflakning,ved strengbetong inn til første lag av
stålstengene.
Trådene blir så avspent og forspenningen
går tapt,
(9).
jfr.
Kap. 18 - 20
cm fra pilarens periferi
Fig. 18.11
Beregnet temperaturfordeling i rund betongpilar (2).
BRANNTEKNISK DIMENSJONERING
18.7
All tidligere brannteknisk dimensjonering har vært
gjort ut fra forskrifter, lover og anbefalinger som igjen
bygger på brannteknisk prøving og klass-ifisering.
Vi vil
om en tid få vår første standard for beregning av bygnings
konstruksjoners brannmotstand.
Standarden bygger på at
en konstruksjon skal fylle visse funksjonskrav, og en er
derfor ikke så bundet til bestemte konstruksjoner som
tidligere. Denne omtalen bygger på utkast nr. 5 til standard. I den endelige standard kan det bli en del endringer.
Først skal vi kort omtale de generelle sider ved standardens dimensjoneringsprinsipp for deretter å gå over
til dimensjonering av de enkelte bygningsmaterialer sett i relasjon til deres oppførsel ved brannpåkjenning.
Dimensjoneringen bygger på samme prinsipp som annen dimensjonering der brannpåkjenning blir oppfattet som et lasttilfelle på like linje med snølast, vindlast osv.
Kap. 18 - 21
Den overliggende målsetningen er at konstruksjonen ikke
skal bryte sammen i den tiden brannen pågår,
Dette er
av sikkerhetsmessige årsaker for menneskene, spesielt
for brannmannskapet. Brannbelastningen g regnes ut etter formelen
q = ££HVG
1 MJ/m* 2
At
f er en forbrenningsgradsfaktor mellom 0 og 1 avhengig
av hvor stor del av materialene som vil brenne opp i løpet av brannen
Hv
er brennverdien for materialene i MJ/kg
G
er masse av materialene i kg
A
er total omhyllingsflate av branncellen i m
2
Brann- og temperaturutviklingen i branncellen kan
regnes ut etter to metoder.
Etter en forenklet metode
beregnes branntiden T av formlene T = 0,285 q
T - 0,57
(minutt)
(q-420)
når q < 840 MJ/m
2
(minutt) når q > 840 MJ/m
2
Tid-temperaturutviklingen forutsettes å følge den stand ardiserte tid-temperatur kurven vist i fig.
18.2.
Som
en forstår av omtalen i pkt. 18.4, kan denne forenklede metoden gi branntider og dermed temperaturer som avviker
vesentlig fra utviklingen i et aktuelt tilfelle. Etter en noe nøyaktigere metode beregnes tid-temp-
eraturutviklingen ved hjelp av varme- og massebalanseligninger.
I
c
Den grunnleggende sammenheng er:
= IT + I + I_ + I L W R B
hvor
er frigjort varmemengde pr. tidsenhet
I
I.Li T er den varmemengde som unnviker fra branncellen sammen med luftstrømmen, jfr. pkt. 18.4
er den varmemengde som blir overført til konstruksjonen
I
i og omkring branncellen
I I
IX.
er den varmemengde som unnviker i form av stråling er den varmemengde som går med til å varme opp
branncellens gassvolum
Kap.
18 - 22
For en del vanlige praktiske tilfelle er dette prinsippet lagt til grunn for utregning av ferdige diagrammer.
Dimensjoneringen kan utføres etter tre metoder
med økende nøyaktighet. Etter den enkleste metoden beregnes brannbelastningen som omtalt tidligere, branntiden T beregnes etter
den enkleste metoden.
For å sikre seg mot at konstruk
sjonen ikke skal bryte sammen i den tiden brannen pågår,
branntiden, må en sette sammen konstruksjonen slik at konstruksjonen som helhet og hver enkelt konstruksjons
del har like eller høyere brannklassifikasjon enn den
beregnede branntiden.
I "Byggkatalogen" som er utgitt
av A/S Byggtjeneste finnes oversikter over brannklassifiserte bygningsdeler og byggevarer og godkjente konstruksjer, jfr. pkt. 18.11.
Etter den andre metoden beregnes brannbelastningen
og branntiden på samme måte som etter den første metoden.
Ved dimensjonering som omtalt i det videre for hvert en kelt bygningsmateriale skal det påvises at konstruksjonen kan motstå den branntid den blir utsatt for 'uten å bryte
sammen. Etter den mest nøyaktige metoden beregnes brann
belastningen på vanlig måte.
Branntiden beregnes etter
den mest nøyaktige metoden og selve dimensjonering fore
går som omtalt i det følgende for hvert enkelt bygnings materiale . På grunn av manglende data, vil det ennå ta en del
tid før denne mest avanserte metoden kan tas i bruk.
18.7.1
Aluminium
Aluminium i bygg forekommer i profiler i bærende kon
struksjoner, i vinduer og som plater i tak og vegger. Aluminium som bygningsmateriale er ubrennbart, men
Kap. 18 - 23
i pulverform eller som fine spon kan aluminium gjennomgå
en oksydasjon som kan arte seg som en brann.
Aluminiums-
legeringer kan ved brann smelte så hurtig at det virker
som det brenner.
Aluminium smelter ved ca. 650
C og
ubeskyttede deler vil bryte sammen relativt raskt.
empelvis vil en ca.
Eks
1 mm tykk uisolert plate i tak smelte
ved en standardprøving etter 10-15 min. Aluminium er en god elektrisk leder og elektriske overslag med gnistdannelse kan forekomme.
Derimot gir
ikke aluminium gnistdannelse ved mekanisk påkjenning.
De viktigste faktorene for aluminiumskonstruksjoners brannmotstand er:
a)
Legeringstype og legeringstilstand
b)
Geometrisk form og dimensjon av konstruksjonsdeler
c)
Type konstruksjon
d)
Beskyttelse av konstruksjonen
Beregning av brannmotstanden baseres på flytegrensen og elastisitetsmodulen ved den aktuelle temperatur
°0 2
en.
Standarden inneholder kurver som viser sammenhengen
mellom temperaturen og ou>2
og E for forskjellige leger-
ingstyper og legeringstiIstander.
18.7.2
Armert betong
Armert betong er som kjent vårt viktigste bygnings
materiale.
Det er sammensatt av betong og stål, men det
vil her bli behandlet som ett materiale.
Dersom stålet beskyttes på foreskrevet måte, hører den armerte betongen med til de mest motstandsdyktige
materialene.
Det viser seg at bygningsdeler av armert
betong ofte står tilbake i så god kondisjon etter heftige
branner at de bare trenger ny overdekning over stålene.
En del forhold som er viktige for en betongkonstruk sjons brannmotstand skal omtales
kort:
Kap. 18
a)
Alder og tetthet.
24
Ung betong holder mer
fuktighet enn en gammel og vanndampen kan da sprenge betongen, særlig dersom denne er tett.
Man har i de
senere år observert det eiendommelige forhold at det opptrer større skader på betong enn tidligere etter
branner.
Dette antar man må skyldes den ting at vibre
ring av betongen er blitt alminnelig.
Om betongen blir
tettere og tyngre, blir den omtrent like raskt oppvarmet
under brann fordi Å-verdien øker omtrent proporsjonalt Samtidig blir vanndampens avløp etter
med romdensiteten.
hvert hindret.
Uten at man ennå har laboratorieforsøk
som direkte belyser forholdet, antar man at luftporetilsetning til betongen er gunstig også i brannteknisk hen
får hulrom til rådighet.
seende ved at dampen
b)
Type betong og tilslag.
Kvarts og kvartsholdige
materialer som granitt og gneis, regnes å være de minst
motstandsdyktige.
Kalkstein regnes som det beste til
slag da den etter hvert avgir karbondioksyd fra over flaten.
varme.
Det foregår altså da en kalkbrenning som sluker
Betong med lett tilslag gir betydelig reduksjon
i temperatur på sider som ikke eksponeres mot varmen. Ved enkelte typer ekspanderte tilslag er det imidlertid
mulighet for eksplosive
c)
avskallinger.
Type armering og stålkvalitet.
får styrkereduksjon
ved oppvarming.
Alle typer stål
Styrkereduksjonen
er større ved høykvalitets stål og visse forspenningsstål
på grunn av kaldbearbeiding.
For praktisk konstruksjons-
arbeide må en kjenne til uttrykket "kritisk temperatur" som er den temperatur der stålets flytegrense er redusert til
den stålspenning en har i konstruksjonselementet.
Stand
arden gir kurver over sammenheng mellom stålets egenskaper
med økende temperatur.
d)
Type konstruksjon.
Kontinuerlige konstruksjoner
med hensiktsmessig arrangering av overkantarmering i soner
med negativt moment viser vesentlig bedre brannmotstand
Kap.
18 - 25
enn fritt opplagte konstruksjoner.
Nedbøyningene i
løpet av brannen blir også mindre. Den store nedbøyning som en bærende drager av
armert betong vil kunne oppvise under en brann, skyldes
temperaturutvidelsen og den store reduksjon av E—modulen ,
18.9.
jfr.fig.
Etter avkjøling vil derfor nedbøyningen
for en stor del gå tilbake. e) Geometrisk form og dimensjon av konstruksjonsdel. Temperaturøkningen i en konstruksjonsdel er avhenig av
forholdet mellom eksponert flate og tverrsnittsarealet.
Brannmotstanden avtar med økende forhold.
Store dimen
sjoner har større varmekapasitet og temperaturen øker
derfor langsommere.
Standarden inneholder kvantitative
sammenhenger. f) Betongoverdekning og annen beskyttelse av armer
ingen .
Betongoverdekningen bidrar til å redusere tempera
turstigningen i armeringen.
Dersom betongoverdekningen
alene ikke er tilstrekkelig, må andre isolerende materialer
benyttes i tillegg, g)
jfr. pkt.
18.9.
Avflaking og termosjokk.
Avflaking av betong
overdekningen frilegger armeringsstålet og faren for sammen brudd øker.
Eksplosiv avflaking vil normalt opptre i løpet
av de 25 første minuttene,
damptrykk.
sannsynligvis på grunn av indre
Senere kan avflaking oppstå som følge av termo-
sjokk når vann sprøytes på i slukningsfasen. Brannteknisk dimensjonering av armert betong er basert
på kritisk temperatur i armeringen.
Armeringstemperaturen
er igjen avhengig av betongoverdekningen slik at dimensjoneringskravet er knyttet til overdekningen pluss even
tuelt annen isolasjon når det er nødvendig. For de vanligste praktiske tilfellene er ferdige
tabeller og kurver som viser nødvendige dimensjoner, tatt med i standarden.
I en nøyaktigere dimensjonering ma og
så betongens reduserte egenskaper med økende temperatur
tas med.
Kap. 18 - 26
Bedømmelse av skader som kan være påført konstruk sjonene under brann, resp, under avkjølingen
(vannpå—
sprøyting) , samt spørsmålet om hvordan en utbedring
eventuelt kan foregå, er spørsmål som ikke kan tas med
i dette grunnkurset, se
(2)
og
(12).
Dog må det nevnes
at blottlagt stål i en vanlig armert bjelke ikke må
tolkes som kriterium pa at bjelken må kondemneres.
I en forspent strengbetongbjelke er derimot dette til felle fordi trådene da er blitt avspenningsglødet og forspenningen er gått tapt. 18.7.3
Plast
Den store materialgruppen som oetegnes plast, består av høypolymere organiske stoffer av hvilke de aller fleste
kan brenne.
Plastene anvendes i stadig høyere grad til
forskjellige husgerad, til tekstiler og i bygningsindustri
en til forskjellige formål, kanskje mest som isolasjonsplater og som kledninger og golvbelegg.
Ettersom deres
egenskaper i brannteknisk henseende har vært relativt
ukjente, har de ofte vært arsak til voldsomme branner på produksjonsstedet og ellers på steder hvor større kvanta har vært konsentrert.
En tysk undersøkelse har vist at av
branner der plastmaterialer i vesentlig grad var delaktig, var hele 29 % storbranner.
Dette er et ekstra høyt pro
senttall da det ellers er vanlig å regne at bare ca. 3 % av samtlige branner faller i gruppen storbranner.
I kjemisk henseende består plastene for størstedelen av karbon, hydrogen og oksygen.
Karbon og hydrogen i et
material synes i første rekke å gi bidrag til brannbelast-
ningen.
Karbonholdige produkters brannfarlighet avhenger
dog av styrken hos den kjemiske bindingen.
I plastene
brytes imidlertid bindingene relativt lett under brann og
materialet deltar derfor mer eller mindre sterkt i pro
sessen.
Brennbarheten hos plastmaterialer beror også
Kap. 18 - 27
på eventuelle tilsetningsmidler (fyllstoffer, myknere osv.): Plastene brenner oftest under sterk røykutvikling noe som kan gjøre slukningsarbeidet vanskelig.
Iblant utvikles
også giftige eller etsende gasser,
for eksempel oppstår
det HCl-gasser når polyvinylklorid
(PVC) brenner.
Ved
brann i en elektrisk apparatfabrikk ødelag HCl-gass fra
14 kg PVC, apparater til en verdi av ca. 3 mill.kroner. HCl-gassen forårsaket at alle apparatenes metalldeler
korroderte. Plastene kan deles i to hovedgrupper, de termoplast iske og termoherdnende.
De termoplastiske er de mest
kjente og mest anvendte.
Polyvinylklorid (PVC), polyet-
en, nylon og akryl hører til denne gruppen.
I normal
tilstand er de faste, men ved 100—200 °C blir de myke og
smelter, hvilket innebærer at ved brann vil de opptre som
Da de ofte anvendes som kledninger
en brennbar væske.
eller isolasjon, kommer de under brannen til å falle ned.
De kan da vanskeliggjøre slukningsarbeidet og eventuelt føre ilden videre.
Anvendelsen som kledning bidrar også
til at brannene kan bli meget intense fordi materialet
da har en meget stor flate i forhold til volumet.
De
termoherdnende her gjennomgått en irreversibel prosess
(herdning), som gjør dem harde og uløselige.
Ved opp-
hetning forkuller de og brytes ned uten først å smelte. De må ansees å være mindre farlige enn de termoplastiske. Til de termoherdnende hører fenolplastene
(bakelitt) ,
karbamid, melamin, ester og epoxyplast.
Den branntekniske klassifiseringen av plast er som
følge av det ovenfor nevnte meget komplisert.
En intens
forskning pagar for å komme fram til egnede prøvingsmetoder, jfr.
(6)
og
(13).
Som nevnt har en i dimensjoneringsstandarden hact som målsetting at konstruksjonen ikke skal falle sammen.
Som for aluminium blir derfor dimensjoneringen utført
på grunnlag av materialegenskapene ved den aktuelle temp
Kap. 18 - 28
eraturen.
Om plasten brenner og faller ned er uintere
ssant i dimensjoneringssammenheng.
Med de spesielle branntekniske egenskaper som plastmaterialene har, er det innlysende at dimensjonerings-
prinsippet er langt fra tilstrekkelig.
Helt andre faktorer
enn de mekaniske egenskapene vil normalt være avgjørende
for plastens brannmotstand. Det er svært vanskelig på forhånd å angi forholdet
mellom temperatur og plastmaterialers fasthetsegenskaper. Plaster kan av utseende være fullstendig like selv om de
branntekniske egenskapene er høyst forskjellige.
Man må
derfor gjøre seg til regel å omgås plastmaterialene like
forsiktig som ethvert annet organisk bruksmaterial, jfr. (7) . 18.7.4
Stål
Stål er et av våre mest brukte bygningsmaterialer. På grunn av sin store varmeledningsevne vil ubeskyttet stål i branntilfelle hurtig miste sin bæreevne.
Sam
tidig med dette får en stålkonstruksjon store temperatur-
utvidelser.
En 10 m lang bjelke vil ved oppvarming
til 500 °C forlenges 6,0 cm hvilket kan være tilstrekke lig til å velte en teglmur.
Stålet kan ogsa lede varme
til andre rom der brennbart material kan bli oppvarmet
til antennelse. Det er først og fremst stålkvalitet,
geometrisk
form og dimensjon av konstruksjonsdelen, type konstruk
sjon og beskyttelse
(isolasjon)
som avgjør stålkonstruk
sjoners brannmotstand.
Brannteknisk dimensjonering baseres på den tempera turavhengige reduksjon av flytegrense og elastisitets-
modul på samme måte som for aluminium.
Stålets fast-
hetsegenskaper med økende temperatur er gitt i ferdige kurver i standarden.
De branntekniske krav kan bare
tilfredsstilles ved bruk av beskyttelse, jfr. pkt. 18.9.
Kap.
18 - 29
I Norge er det krevet at temperaturen i stålet ikke skal overskride 250 °C. Ved ca. 450 °C er strekkfastheten lik tillatt spenning.
18.7.5
Tegl og murverk
Tegl framstilles ved brenning til temperaturer på 900-1100 °C. Tegl kan derfor ikke direkte skades ved en fornyet langsom, oppvarming til dette området.
Men alt etter leirens art vil man kunne nå et område
hvor teglet mykner og siger under last. (3)
Egne forsøk
har vist at det i denne henseende ikke spiller
noen rolle om en øker steinens trykkfasthet fra eksem2 pelvis 20 til 60 N/m (lettbrent resp, hardbrent stein). Brenningsgraden later altså ikke til å spille noen rolle.
Av stor betydning er derimot en god puss.
I vårt til
felle ble det brukt en kalk-sementmørtel nr. 3 som består av den del sementmørtel 1:3 og tre deler kalkmørtel 1:3.
Denne pussen sto helt fortreffelig under
en fem timers normalbrann.
For en puss er heftfast
heten under brann helt avgjørende.
Puss som faller av
etter noen minutter, vil bevirke at steinen plutselig utsettes for sterk varme med økt fare for at steinen sprekker.
En puss med dårlig heft kan følgelig være
verre enn ingen puss. Mangehullstein skiller seg fra den kompakte tegl stein ved at den i varm tilstand ikke i tilstrekkelig
grad tåler vannpåsprøyting. til første hullrekke.
Den skaller lett av inn
I mange andre henseender er ut
formingen av teglmaterialer i form av mangehullstein en
heldig løsning.
Man får redusert materialforbruket og
tyngden, økt isolasjonsevnen og frostbestandigheten osv.
Hva den branntekniske svakheten angår, kan den avhjelpes ved bruk av en god puss som foran nevnt.
For bygnings
deler av tegl som blir pusset, er den praktiske konse
kvensen liten.
Mangehullstein er godkjent til brannmur
Kap.
18 - 30
omkring ildsteder hvor den kan pusses og til utmuring av peiser.
Den er også godkjent til brannvegger under
forutsetning av 15 mm puss.
De eneste anvendelser hvor
kompakttegl, men ,ikke hullstein er tillatt, er til røyk-
piper og til innermur i peiser hvor den kan komme i dir ekte berøring med ild.
Murmørtel har dårligere motstandsevne mot høyere temperaturer enn tegl og dette gjør at murverkets mot
Kalkmørtel mister sin
stand mot brann blir dårligere.
fasthet ved omkring 500 °C og kalksementmørtel omkring 600 °C.
En beregning av murte konstruksjoners bæreevne i oppvarmet tilstand er i dag så godt som umulig idet be tydningen av reduksjonen av mørtelens og blokkens fast
het ikke er tilstrekkelig kjent.
Brannteknisk dimen
sjonering baseres derfor på empiriske klassifikasjons-
forsøk og erfaringer. 18.7.6
Trekonstruksjoner
Trekonstruksjoner er som kjent brennbare i større eller mindre grad, men må brannteknisk sett likevel
karakteriseres som relativt gode. Tre er en dårlig varmeleder og har stor varme
kapasitet.
Blant annet av disse grunner er brannens
forplantingshastighet innover i veden meget konstant. Standarden gir forbrenningshastighet på 35-60 mm/time
avhengig av oksygentiIgangen.
Innenfor brannsonen
er veden frisk og har sin fulle bæreevne.
Treets
tendens til å utvikle gasser ved høyere temperatur kan
nedsettes ved trykkimpregnering.
Dette har i første
rekke betydning for flammespredningen på en treverkskledning.
Impregneringen hindrer dog ikke at veden
forkuller, bare at tenningen hindres eller forsinkes. I de senere år har limte, laminerte konstruksjoner
vunnet innpass i buer, bærende dragere osv.
Brann-
Kap. 18 - 31
stabiliteten hos slike konstruksjoner er høyere enn
hos massivt tre.
Bortbrenningshastigheten er bare ca.
halvparten av den som naturlig treverk oppviser.
Når
det gjelder utformingen, viser det seg at I-tverrsnitt har dårligere brannstabilitet enn slike med rektangu
lært tverrsnitt.
Flensene destrueres nemlig fortere
og risikoen for utknekking til siden øker.
Konstruksjon
er hvor det brukes dybler resp, spiker har dårligere brannstabilitet enn tilsvarende limte, sjoner, jfr.
laminerte konstruk
(4) og (5) .
Det er i denne sammenheng et annet forhold med tre som man bør være merksam på.
Tre som i lang tid har
vært utsatt for noe over 100 °C, tørker langsomt ut og
en begynnende forkulling inntreffer.
I denne tilstand
har treet en sterk tendens til økt adsorbsjon av gasser.
Under en oppvarming i denne tilstand tar det derfor opp oksygen i sterk grad.
Ved at oksydasjonen blir livligere,
blir også varmeutviklingen sterkere og treet antennes ved en temperatur som er langt under den normale.
Man mener
således å ha påvist at branner må ha oppstått allerede ved en temperatur noe over 100 °C. Fenomenet kan opptre blant
annet bakom en for tynn brannmur (pyrofort tre).
Prinsippet ved brannteknisk dimensjonering av tre
konstruksjoner er derfor, med utgangspunkt i den utregnede branntidenz å finne hvor stor del av tverrsnittet som
brenner bort. Brannen regnes å være slutt når temperatur en er kommet ned igjen i 300 °C. Dimensjonene må da være så store at det gjenværende tverrsnittet er i stand
til å bære de belastninger konstruksjonen er utsatt for. Om man vil forsyne trekonstruksjoner med kledninger
av armert puss, gips-, asbest-, eller mineralullplater o.l. kan tidspunktet for treets antennelse i alminnelighet
forsinkes med minst 15-20 minutter.
Kap.
18.8
18 - 32
VARMEBESTANDIGE MATERIALER
I visse tilfelle kreves det konstruksjoner som
kan tåle høyere temperaturer under lang tid.
Man må
da velge materialer med særlig varmebestandige egen skaper.
I regelen finnes det ikke noe material eller
noen materialgruppe som har alle de egenskaper man skulle ønske seg hos et varmebestandig material.
I alminnelighet kan en si at et varmebestandig mater ial med høyt smeltepunkt bevarer sin fasthet lengere enn et med lavt smeltepunkt.
Den materialgruppen som man oftest tar i bruk er
ildfaste keramiske produkter og visse naturprodukter
som f.eks. asbest.
De er karakterisert ved høye smelte
punkter og god kjemisk stabilitet, men de er vanligvis
vanskelige og dyre å framstille og de oppviser liten motstandsevne mot termosjokk og plutselige mekaniske påkjenninger.
De kan anvendes ved temperaturer opptil
1300 °C.
Tegl kan som før nevnt brukes opp til ca. 450 °C murt i kalkmørtel og opp til 550 °C murt i kalksementmørtel.
For mange metaller gjelder det at de nok har høyt
smeltepunkt, men de mister sin fasthet ved en temperatur som er langt lavere, vanligvis alt ved 5-600 °C, og
dessuten blir de sterkt oksyderte.
Ved legering av stål
med nikkel, krom og kobolt kan fasthetsegenskapene og oksydasjonsmotstanden bedres vesentlig, selv om smelte
punktene synker.
Vanlig betong ansees normalt ikke å kunne tåle var ig bruk ved høyere temperaturer enn ca. 250 °C. Ved spesielle forholdsregler er det dog mulig å framstille betong som kan motstå temperaturer inntil 1400 °C. Dette problem er nøye belyst av D. Nekrassow, jfr.
(8).
Av særlig betydning er det for sådan betong å bruke et
Kap. 18 - 33
velegnet tilslag,
(nedknust tegl eller andre keramiske
produkter, olivinstein) . Etter en nedbrytings fase vil slike materialer ved 900 °C og oppover etter hvert sin-
tre i hop til et nytt, langt mer varmebestandig mater iale .
BRANNTEKNISK BESKYTTELSE
18.9
I de senere år har det foregått en intensiv utvik
ling av nye materialer og metoder for brannisolering av konstruksjoner.
Det primære siktemål med brannisolering
er å redusere temperaturstigningen
i de bærende deler
av en konstruksjon og i mindre grad å hindre en brann i å oppstå.
En legger likevel vekt på å bruke materialer
som selv har god motstandsevne mot brannpåkjenning. Beskyttelsesmetodene kan deles i metoder der en
tar sikte på isolering av konstruksjonen mot varme og i metoder der en øker konstruksjonens varmekapasitet og på den måten holder temperaturen nede.
18.9.1
Metoder for isolering
Disse metodene er de mest tallrike og de deles nor
malt i våte og tørre metoder.
Den vanligste av de våte metodene var tidligere innstøping i betong eller innmuring i tegl.
Dette er nå
foreldet både fordi konstruksjonene blir for tunge og fordi det er uøkonomisk. De mest aktuelle våtmetodene i dag er sprøyting elle
pussing.
Både sprøyting og pussing kan foregå direkte
på den overflaten som skal beskyttes eller på netting spent omkring konstruksjonsdelen.
Dette siste er den
sikreste og beste metoden, men samtidig dyrere.
Sprøyting har foregått med mineralullfibre eller asbestfibre blandet med sementpasta respektivt gips som
Kap. 18 - 34
bindemiddel.
En må regne med at bruk av asbestfibre
vil ta slutt av helsemessige grunner.
Sprøytet isolasjon
er relativt myk og tåler liten mekanisk påkjenning.
Det
kan i slike tilfelle være aktuelt å pusse utenpå med et mer robust lag.
Pussing foregår med vermikulitt - eller perlittmørtel med sementpasta, kalk eller gips som bindemiddel. Vermikulitt er et lett tilslag framstilt ved ekspander-
ing av en spesiell glimmerskifer som brytes i USA.
Per-
litt er tilsvarende en ekspandert lava og har altså ikke noe med bestanddelen perlitt i stål å gjøre, jfr. kap. 7.
Brannvernmaling er en nyere beskyttelsesmetode som også hører til de våte metodene.
Denne malingen kan på
føres overflaten på vanlig måte. Det spesielle med denne malingen er at når temperaturen kommer opp i 100-150 °C sveller den kraftig og danner skumlignende sjikt som vir
ker varmeisolerende.
En del fargetyper binder dessuten
en del varme i form av sublimeringsenergi. De tørre metodene synes å være de mest brukte i dag.
Metodene går i korthet ut på å kle inn konstruksjonsdel ene med ferdige plater, elementer eller lignende,
Kled
ningen kan festes til konstruksjonen på mange forskjellige måter.
En må da spesielt tenke på at befestningsmetoden
skal kunne motstå høye temperaturer slik at de ikke faller
ned etter at brannen har pågått en tid.
Det finnes en rekke produkter på markedet som kan brukes.
De mest vanlige er plater og elementer laget av
mineralull, vermikulitt eller gips.
Flere funksjoner kan i en del tilfelle kombineres, eksempelvis ved at undertak, skillevegger o.l.
samtidig
kan brukes som brannisolasjon.
18.9.2
Metoder for øking av varmekapasiteten
Jo høyere varmekapasitet en konstruksjon har, desto
Kap.
18
35
lavere blir temperaturøkninger.
Den mest aktuelle
metoden for økning av varmekapasiteten er å bruke
rørprofil som fylles med vann.
Rørprofilene vil nor
malt være av stål og de kan direkte danne den bærende
konstruksjon.
Ved å forbinde konstruksjonen med et
vannreservoar kan vannet sirkulere under en brann og
motstandstiden kan bli vesentlig lengre.
Dette kan
eksempelvis gjøres ved å kople eventuelt sprinkler anlegg til konstruksjonen.
Denne metoden er relativt ny og lite brukt i Norge.
En plastbedrift på Ørebekk ved Fredrikstad er oppført etter dette prinsippet.
Byggomkostningene blir ikke
høyere når sprinklene monteres direkte til konstruksjonen.
I tidligere tider ble betong brukt både inni rør
profil og utenpå andre profiler for å øke varmekapasiteten. Denne metoden er foreldet av flere årsaker. 18.10
BRANNTEKNISK PRØVING
Skal resultatene fra den branntekniske prøvingen kunne jevnføres mellom laboratoriene, er det en nødvendig
het at laboratoriene utsetter sine materialer og bygnings deler for den samme varmepåkjenning.
Man startet derfor
for årtier siden arbeidet med å måle temperaturer opp
nådd under fullskala-modellforsøk hvor det ble etablert
brann og siden fikk man disse målinger verifisert ved målinger under virkelige branner.
Ut fra dette ble det
etablert en normalbrann-tidtemperaturkurve som ble an
vendt i alle land.
Mindre divergenser i de anvendte
normalkurver har forkommet, vesentlig som følge av en viss avrunding etter omregning fra Fahrenheit til °C.
En har nå samlet seg om kurven definert i pkt. 18.3 og vist i fig. 18.2.. Det ideelle ville være at man kunne prøve bygnings
deler i den kombinasjon som de vil forefinnes i i praksis,
Kap. 18 - 36
f.eks. at vegg og dekke blir prøvet under ett.
Videre
ville det ideelle være å få prøvet bygningsdelene i full målestokk.
Ingen av disse ønskemål kan vanligvis
oppfylles ved en brannteknisk prøving med henblikk på
klassifisering.
Ved den konvensjonelle prøving er man
derfor blitt stående ved å prøve vertikale og horison
tale konstruksjoner hver for seg, henholdsvis i en vertikalovn og en horisontalovn.
Norges Branntekniske laboratorium, som er tilknyttet SINTEF NTH, kan prøve vegger i sin vertikalovn i en bredde
av 2 \ meter og høyde 3 meter, dekker i horisontalovnen med spennvidde 5 meter og bredde 2 % meter og likeledes bjelker med spennvidde helt opp til 5 meter.
Ved en så
stor dybde i ovnen spiller det ingen vesentlig rolle om det er en brennbar eller ubrennbar bygningsdel som prøves.
En hel rekke eksisterende ovner i andre land har så liten dybde at om man prøver en brennbar konstruksjon, vil bi
draget fra konstruksjonen under brannen forrykke tid-
temperaturkurven. Begge ovnene blir oppvarmet ved hjelp av oljebrennere
som er selvproporsjonerende og som er progrhmregulert slik at den fastsatte tid-temperaturkurve så nær som mulig kan
overholdes.
Under prøvingen blir temperaturene i ovnen
målt ved hjelp av 4-6 termoelementer.
Den eksakte temper-
aturkurve .kan aldri overholdes, men i forsøksrapporten gjengis da den øvre og nedre grense for ovnstemperaturer.
Fig.
18.2 viser et eksempel på hvor nær de øvre og nedre
temperaturgrenser ligger i forhold til den fastsatte temperaturgrense.
Som kjent vil det under brann i et rom være et visst overtrykk tilstede øverst i rommet, og dette avtar nedover
slik at man nederst kan ha et undertrykk.
Derfor er ovnene
arrangert slik at i en tredjedel ovnshøyde er trykket inne
i ovnen i balanse med trykket utenfor. Vertikalovnen viser -5 2 da øverst et overtrykk på 1,75«10 N/mm og nederst ved -5 2 avtrekket for ovnen et undertrykk på 0,85'10 N/mm . For
Kap. 18
37
visse kontroller kreves større overtrykk enn dette.
Til de to ovnene hører det også belastningsutstyr . For prøving av et veggelement foran vertikalovnen kan
det påføres en jevnt fordelt belastning på tilsammen
tonn.
120
Horisontalovnen er utstyrt med en belastningsramme
hvor man kan anbringe 4 punktlaster, hver på 20 tonn. Punktlastene er flyttbare ved traverser slik at de til
nærmet kan fungere som en punktlast på ialt 80 tonn. Det er derimot ikke mulig å få etablert jevnt fordelt be lastning på f.eks. en dekkekonstruksjon.
I et slikt til
felle blir belastningen anbrakt i tredjedelspunktene slik at man får tilnærmet de maksimalmomenter som kan oppstå ved
en jevnt fordelt belastning. Forutsetning for prøvene må være at de er utformet i overensstemmelse med det som vil forekomme i praksis.
Man
må således sørge for at de typiske konstruksjonsdetaljer blir med i prøvestykket.
Det kan i denne forbindelse nevnes
at hvis f.eks. en vegg er bygget opp av seksjoner med skjøt-
forbindelse, skal det i prøveveggen inngå minst en slik skjøtforbindelse.
Som før nevnt skal bærende konstruk
sjoner under prøvingen være belastet med den nyttelast
som de er dimensjonert for.
Så lenge det er en ren stat
isk bestemt konstruksjon, er dette i og for seg en enkel sak.
Det vil i praksis imidlertid kunne komme inn andre
belastninger og fra tilstøtende bærende elementer kan det eventuelt komme inn påkjenninger som på forhånd er vanske
lig å vurdere.
Det er ønskelig at man i størst mulig grad
også kan ta disse påkjenninger med i vurderingen ved fast settelse av størrelsen av belastningen.
Sistnevnte spørsmål kan tilmed komme inn i bildet når det gjelder ikke-lastbærende konstruksjoner.
Således kan
de såkalte curtain-walIs under en brann bli utsatt for på kjenninger fra de bærende konstruksjonselementer som disse ikke-bærende veggene er innfelt i eller knyttet til.
Be
las tningsproblemet er i det hele tatt et meget komplisert
Kap.
18 - 38
spørsmål noe som man ennå ikke har ofret nok oppmerk somhet på innen den branntekniske prøvingen.
Belastningen skal påføres konstruksjonen 1 døgn før brannprøvingen finner sted.
Ifølge det nye prøvings-
forslag til INSTA skal belastningen også være påført minst 1 døgn etter at prøvestykket er blitt avkjølt etter brannprøvingen. EKSEMPLER PÅ BRANNTEKNISK KLASSIFIKASJON
18.11
I "Meddelelser" fra Norges branntekniske labora
torium har det fra tid til annen vært utgitt ajourførte fortegnelser over vegger, etasjeskillere og pilarer som er godkjent i de respektive klasser. For å konkretisere klasseinndelingen skal en her an føre noen eksempler på klassifisering av forskjellige ut
førelser av vegger. Type A
(ikke brennbart material):
Vegger kl. A 480:
1 steins tegl 1 \ steins tegl,mangehulIstein, pusset 40 cm uarmert betong i kjellermur
30 cm armert betong når 7 cm overdekning av stål Vegger kl. A 240:
\ steins tegl, pusset 1 steins mangehullstein, pusset
20 cm uarmert betong og armert beton når 4 cm overdekning av stålet p > 700, a > 4,00 N/mm 2 at11 = 0,30 N/mm
20 cm lettbetong,
Vegger kl. A 120:
2
\ steins tegl, upusset \ steins tegl, mangehullstein, pusset
12 cm uarmert betong og armert når 2,3cm
overdekning av stålet 20 cm hulblokk av betong
2 = 0,35N/mm )
Kap.
Vegger kl. A 60:
18 - 39
Armert betong med overdekning ifølge
NS 3473 Type B
(av brennbare materialer) :
Vegger kl. B 60:
Alle vegger som tidligere var godkjente
som B 60, B 30 og B 15
går nå automatisk til klasse B 60 etter den nye inndeling da alle var prøvet i
60 minutter Vegger som tidligere var klassifisert
Vegger kl. B 30:
som C 5 var prøvet i 30 min, og til-
fredsstiller dermed den nye klasse B 30 Prøvingstid 15 min.
Vegger kl. B 15:
Veggen skal ikke
brenne igjennom eller svikte sin bær
ende funksjon i 15 min. A/S Byggtjeneste, Oslo, vil utgi ajourførte for
tegnelser over klassifiserte konstruksjoner og materialer.
LITTERATURHENVISNING 1.
Anders Nielsen:
Byggnadsmateriallara, AK.
Kompendium T.H. i Lund 1965.
2.
Svenska Tarifforeningen: Betong och Brand. Stockholm 1959 .
3.
A. Markestad:
4.
Claes Holm:
Årsmelding fra NBL,
Trakonstruktioners brandstabilitet.
Symposium vid C.T.H.
skolas Handl. Nr. 5.
Hans Anton Bakke: lag av tre.
1946-47
1962.
Chalmers Tekn. Hdg-
274. Brannforsøk med vegger og bjelke
NBI-rapport nr. 5, Oslo 1953.
Kap.
6.
18 - 40
Plastmaterialer — branntekniske
Wilhelm Gundersen:
egenskaper og anvendelse i bygningssektoren.
NIF's
kurs i Brannteknikk ved NTH, jan. 1964. 7.
Plast (Om brannsikre og brann
Norsk Plastforening: farlige typer).
8.
Hitzbeståndiger Beton.
K.D. Nekrassow:
Tysk utgave
1961 . 9.
Hans Anton Bakke:
Brannforsøk med vanlig armerte og
forspent armerte betongbjelker NBL. Trondheim 1957. 10.
0. Pettersson:
Den byggnadstekniska brandforskningen
i dag och i framtiden. 11.
Norsk Brannvern Forening:
forskrifter.
12.
Gullkornet 1964, hefte 2 og 5.
Branntekniske lover og
(Suppleres etter hvert.)
NORCEM-temahefte 1975:
Rehabilitering av betong
konstruksjoner etter brann.
13.
Per J. Hovde:
Branntekniske egenskaper hos glass
fiberarmert umettet polyester (GUP)
og polyvinyl
klorid (PVC) med og uten tilsetningsstoffer.
Inst, for bygningsmateriallære, desember 1976. 14.
S.E. Magnusson, 0. Pettersson og J. Thor:
Brand-
teknisk dimensjonering av stålkonstruktioner.
SBI,
Publikasjon 38, 1974, Stockholm. 15.
Kursdagene ved NTH 1970, Brannteknisk dimensjonering.
Diverse foredrag av H.A. Bakke, W. Gundersen og 0. Høyland.
16.
0.Pettersson och S.E. Magnusson:
Brandtekniska
provningsmetoder - bakgrundsfilosofi, utvecklings-
tendenser och behov. Januar 1977.
Tekniska Hbgskolan i Lund.
1
Kap. 19
Kap. 19
OG
LYDFORPLANTING
LYDISOLASJON
INNLEDNING
19.1
Alle former for lyd oppfattes av øret som fra naturens side har fått evne til å motta og oppfatte
lyder over et stort bølgeområde og over et stort lydstyrkeområde.
Det er stort sett naturens lyder
som har ført til de naturlige grenser. I vår tid er imidlertid vårt lydmiljø drastisk
endret.
Lydnivået i våre byer er mange ganger høyere
enn i naturen som følge av trafikkstøy. bedrifter,
Men i industri
verksteder o.l. bidrar også en rekke maskiner
til å lage et høyt lydnivå. Dersom øret utsettes for et alt for høyt lydnivå,
vil det oppstå hørselskader. som arbeidstilsynet har satt.
Fig.
19.1 viser de grenser
Uønsket lyd er imidlertid
plagsom ved langt lavere lydnivåer enn antydet i fig. 19.1
og våre byggeforskrifter stiller derfor strengere krav til lydisosasjon avhengig av den funksjon en bygning
skal ha.
De individuelle toleransegrensene er også for
skjellige slik at et lydnivå kan være skadelig for noen
og helt ufarlig for andre. I tillegg til lydisolering av bygninger er det blitt
mer nødvendig å lage støyskjermer også ute i naturen, eks empelvis langs veger og flyplasser.
I dette kapitlet vil
imidlertid slik støyskjerming ikke bli behandlet.
19.2
FYSISKE GRUNNBEGREPER
19.2.1
Lyd, støy og bakgrunnsstøy Lyd kan defineres som mekaniske svinginger og bølger
i et elastisk medium der frekvensen
(jfr. pkt.
19.2.2)
Kap. 19
2
ligger innenfor høreområdet fra ca. 20 til 20 000 Hz.
5 timer 2-5 timer 1-2 timer 20 min. 5 min.
19.1
Fig.
Grenser for hprselskadel ig støy (1).
Luftlyd er lyd som forplanter seg i luft mens lyd
som brer seg i faste stoffer kalles strukturlyd.
Struktur-
lyd høres ved et det faste stoffet setter luften i be
vegelse slik at bølgene forplanter seg til trommehinnen
i øret.
Svingingene er i realiteten små trykkvariasjoner
omkring det statiske trykket.
Slike trykkvariasjoner måles
med en mikrofon.
Støy defineres gjerne som uønsket lyd og dette er et svært subjektivt begrep.
Det som er støy for en person,
kan være ønsket lyd for en annen.
Bakgrunnstøy er en rekke forskjellige lyder som vi vanligvis ikke legger merke til.
For at lyder skal kunne
skilles fra bakgrunnstøyen, må de ønskede lyder overskride
bakgrunnstøyen med minst 15-20 dB
(jfr. pkt.
19.2.4).
Kap. 19
19.2.2
Lydbølge,amplityde,
3
frekvens og bølgelengde
Lyd forplanter seg i form av lydbølger. I luft
brer lydbølgene seg med en hastighet på ca. 340 m/s. I faste stoffer og væsker er hastigheten vesentlig høy ere
(vann ca.
1440 m/s, stål ca.
5100 m/s).
Det er
vanlig å dele bølgene i hovedtypene transversalbølger
°9 longitudinalbølger der partiklenes utsvingsretning omkring 1ikevektspunktet er henholdsvis vinkelbrett på og parallelt med forplantingsretningen.
Transversal-
bølger deles i bøyingsbølger, torsjonsbølger eller skjær-
bølger avhengig av mediets belastning. Amplityden gir uttrykk for hvor store utslag par tiklene i et medium har om sine likevektsposisjoner.
Store utslag fører til en sterkere lyd,
jfr. fig. 19.2.
Tidsintervallet T mellom hver gang svingebildet gjentar
seg kalles periodetiden.
Frekvensen f angir antall sving
ninger pr. sekund og enheten er Herz forkortet til Hz.
Forholdet mellom periodetid og frekvens er:
Fig.
19.2
f = 1/T.
Sinusformede svinginger eller lydtrykksvariasjoner.
19
Kap.
Bølgelengden Å svinger likt.
4
er avstanden mellom to punkter som I luft betyr dette avstanden mellom
hvert overtrykksmaksimum.
Mellom størrelsene bølge
lengde Å, frekvens f og forplantningshastigheten c gjelder sammenhengen c = Å’f uttrykt i m/s.
Lydeffekt, lydintensitet og lydeffektnivå
19.2.3
Lydkilder produserer en viss lydeffekt.
Denne
effekten defineres som utstrålt lydenergi pr. tidsenhet
fra kilden.
Effekten måles i watt
(W).
Eksempelvis
kan et jetfly produsere flere kilowatt (kW) mens en -2 vanlig talestemme produserer ca 10 W. Når lydeffekten fra en kilde brer seg utover i
luften, vil effekten stadig fordeles over et større areal.
Effekten pr. flateenhet kalles lydintensiteten
I og uttrykkes i W/m .
For en kulestråle gjelder i av2 Q standen r fra lydkilden: I = W/4nr (W/mz). Lydeffekten W måles nå konvensjonelt mot en refer-12 anselydeffekt som er satt til 10 watt og som betegnes W . Forholdet mellom disse størrelsene foretrekker man o å angi som et logaritmisk uttrykk på grunn av den store wattforskjell mellom lydeffektene. jfr. pkt.
Lydeffektnivået, L
,
19.2.4, defineres derfor slik: L«= 10
(dB)
B o
Ettersom dB-skalaen er logaritmisk, kan en ikke uten videre addere to eller flere dB-størrelser.
Visse
addisjonsregler er utviklet, men en kan alltid gi til
bake og addere lydeffektene. 19.2.4
Desibelbegrepet og lydtrykknivået Som nevnt tidligere er lydbølger i luft i realiteten
små variasjoner i trykket omkring det statiske trykket.
Kap. 19
5
De trykkendringer øret registrerer, ligger i området fra -52 .22 ca. 10 N/m (høregrensen) til ca. 10 N/m (smertegrensen). Lydtrykknivået kan derfor vanskelig angis langs en lineær
I stedet brukes en logaritmisk skala og lydtrykk
skala.
nivået L
uttrykkes i desibel
ir
2 Lp = 10 lg H~2 Ho
(dB) ved følgende definisjon:
= 20 lg
(dB)
p Fo
2 der p er det effektive lydtrykket i N/m og po er et refer-5 2 anselydtrykk satt til 2 10 * N/m (ca. lik høregrensen). Med denne definisjonen vil høregrensen ha dB-verdien O og smertegrensen for dB-verdien ca. 134.
Det er lett å blande sammen de to begrepene lydef-
da begge uttrykkes i
fektnivået,L^ og lydtrykknivået,
Det første definerer imidlertid effekten fra en
desibel.
lydkilde mens det andre definerer det lydtrykk en mottaker
utsettes for. og L .
Det kan uttrykkes en sammenheng mellom
Utledningen vises ikke her, men resultatet blir:
L
= L
W
- 20 lg r - 11
(dB)
der r er avstanden mellom lydkilde og mottaker målt i meter.
hver fordobling av r. 19.2.5
reduseres altså med 6 dB for P Dette er den såkalte avstandsloven.
Lydtrykknivået L
Frekvensspekter og frekvensbånd
En ren tone består av en enkelt frekvens.
De fleste
lyder er imidlertid sammensatt av uendelig mange frekvenser
som til sammen utgjør et frekvensspekter.
En lyds frekvens
spekter kan bestemmes ved en frekvensanalyse, dvs. en regi strerer lydtrykknivået innen forskjellige frekvensintervaller eller frekvensbånd.
Bredden av slike frekvensbånd kan med
egnet utstyr velges etter ønske og behov.
Når forholdet
mellom to nabofrekvenser er 2/1, avgrenser de et frekvens
bånd som kalles en oktav.
Det er ofte vanlig å måle lyd
trykknivået innen spesifiserte oktavbånd.
Oktavbåndene
19
Kap.
6
defineres ved sine senterfrekvenser .
Et oktavbånd er
i de fleste sammenhenger et alt for stort frekvens
område og det er vanlig å operere med frekvensbånd på 1/3 av et oktavbånd.
Våre byggeforskrifter stiller
krav til 1/3 oktavbånd med senterfrekvensene 100,
160,
200 , 250 ,
1600, 2000,
314 , 400,
2500,
50,0 ,
3150 Hz.
630 ,
800 ,
125,
1000, 1250 ,
Senterfrekvensene for de
hele oktavbåndene er understreket. 19.2.6
Lydnivå, desibel
(A)
og A-veiing
Utstyr for måling av lydtrykknivå og vårt menne
skelige øre oppfatter ikke den samme lydstyrken ved vari able frekvenser.
enn for andre.
Øret er mer følsomt for noen frekvenser
Dette er vist i fig.
19.3.
Kurven for
60 dB ved senterfrekvensen 1000 Hz er uthevet og valgt
Fig. 19.3
Nødvendig lydtrykknivå for å oppnå samme hørestyrkenivå ved forskjellige senterfrekvenser og forskjellige lydtrykkni vå (2).
Kap.
19
7
som eksempel på tolkingen av kurvene.
Av kurven går
det fram at for lave frekvenser må lydtrykknivået økes
for at lyden skal oppfattes like sterkt, dvs. ha samme hørestyrkenivå.
Øret er altså mindre følsomt for lave
I frekvensområdet 2000-5000 Hz er øret
frekvenser. mest følsomt.
Med bakgrunn i dette har en prøvd å konstruere et måleapparat som best mulig etterligner ørets måte å opp Det betyr at målte dB-verdier innen hvert
fatte lyd på.
frekvensbånd må korrigeres.
som referanse. reduseres.
Frekvensen 1000 Hz er valgt
For lave frekvenser må de målte dB-verdier
For frekvenser i området 1000 - ca. 5000 Hz
gis en liten økning av målt dB-verdi.
verdiene A-veies.
Fig.
fig.
19.4
19.4.
En sier at dB-
Størrelsen av korreksjonen er vist i
A - veiekurve for omregning fra dB til dB (A), (4).
Eksempelvis vil målt dB-verdi ved 250 Hz lik
60 få en dB(A)-verdi lik 51.
A-veiingen kan gjøres auto
matisk i måleinstrumentet eller regnes ut på grunnlag av
Kap. 19
målte dB-verdier.
8
De korrigerte verdiene kalles lyd
nivåer og betegnes dB(A) .
19.3
ROMAKUSTIKK
Lyden i et rom kan komme utendørs fra, fra nabo-
rom eller fra en lydkilde i det samme rommet.
Lyden blir
dels absorbert i og dels reflektert fra rommets begrens
ningsflater. o.l.
Noe lyd forsvinner ut åpne dører, vinduer
De faktorer som først og fremst påvirker romaku-
stikken er lydabsorpsjonen, romformen og etterklangstiden.
Lydabsorpsjon og etterklangstid
19.3.1
Når en lydbølge treffer en flate, vil noe lyd reflek
teres, noe absorberes og noe gå gjennom. faktoren
Absorpsjons-
a uttrykker hvor stor del av effekten i lydbølgen
som blir absorbert i flaten.
Ved å multiplisere flatens
areal S med dens absorpsjonsfaktor, lente absorpsjonsareal A=S•a.
fås flatens ekviva
A er altså en tenkt flate
med absorpsjonsfaktor 1 og som absorberer like mye lyd
effekt som den aktuelle flaten. De forskjellige materialer absorberer lyd i forskjel lig grad. Absorpsjonen er også normalt frekvensavhengig.‘
I praktisk romakustisk prosjektering vil det vanligvis
være nødvendig å kombinere flere 'materialer for å oppnå
de beste forhold. Materialene klassifiseres grovt i fire grupper: Gruppe 1:
Materialer med lav absorpsjonsfaktor,
dvs. a < 0,1 i hele det aktuelle frekvensområdet.
pel:
Eksem
Betong, tegl, gipsplater. Gruppe 2:
Porøse materialer der en får stor kontakt
flate mellom luft og fast stoff.
Materialets flatevekt,
tykkelse og overflate vil også være viktige faktorer.
Eksempel:
Mineralull, tekstiler o.l.
Kap.
19-9
Absorpsjons f aktor a for en del
Tabell 19.1
materialer og konstruksjoner
Gruppe
1
2
Materialer og
Absorpsjons f aktor a for frekvenser i Hz
konstruksjoner
125
250
500
Gummibelegg på betong
0,04
0,04
0,08
0,12
0 ,03
0,10
Linoleum på betong
0,02
0,02
0,03
0,03
0,04
0,04
Te glmur, pusset, malt
0,01
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
Betong,pusset,upusset
0,01
0,01
0,02
0,02
0,02
0,03
Treullsementplate, 30mm,upusset, 100 mm hulrom bak
0,09
0,25
»0,52
0,49
0,55
0,73
Mineral f iberpl at e , 20mm, 30mm hulrom bak
0,10
0,30
0,50
0,70
0,80
0,60
Steinull, 7 5mm,udekket,50mm hulrom bak
0,68
0,84
0,82
0,78
0,75
0,77
Steinull,7 5mm,udekket,direkte mot vegg
0,53
0,74
0,78
0,78
0,75
0,77
Gadin,sterkt foldet
0,07
0,30
0,50
0,80
0,65
0,55
Nålefilt, 4mm tykk,på betong
0,05
0,04
0,04
0,22
0,40
0,70
Tett plate,3kg/m ,50mm hulrom hvori 25 mm matte
0,50
0,42
0,15
0,11
0 ,10
0,10
Tett plate (gips),100mm hulrom hvori 100mm matte
0,45
0,20
0,11
0,10
0,10
0,10
Puss på rabits
0,02
0,05
0,06
0,08
0,04
0,06
Vindu m/vanlig glass,lukket
0,35
0,25
0,18
0,12
0,07
0,04
Tynn metallplate , f inperforert 500mm hulr.hvori 25mm matte
0,50
0,65
0,70
0,80
0,85
0,85
Tynn metallplate,19,3% finperfor.200mm hulr.hvori 50mm min.ull,
0,43
0,95
1,03 '
0,95
1 ,01
0,63
5 mm plate,3% perf.,50mm hulr. hvori 25 mm matte
0,50
0,75
0,70
0,60
0,50
0,45
10 mm plate, 12% perf.,100mm hulr. hvori 25 mm matte
0,50
0,75
0,70
0,60
0,50
0,45
5 mm plate, 12% perf., 50 mm hulr. hvori 25 mm matte
0,15
0,45
0,70
0,65
0,55
0,45
13 mm plate, 11% slisset, 25mm hulr. hvori 25 mm matte
0,07
0,18
0,60
1,07
0,60
0,40
Spalteavstand 50 mm, 100 mm hulr. hvori 100 mm matte
0,44
0,43
0,33
0,44
0,74
0,40
78-hull teglstein på kant, 50mm hulr. hvori 25 mm matte
0,50
0,75
0,40
0,30
0,65
0,35
1000
2000
4000
2
3
4
Kap. 19 - 10
Gruppe 3:
Membranabsorbenter består av plater
montert med et luftsjikt
bakenfor.
Platens flatevekt
og luftrommets dybde er viktige faktorer.
Veggpaneler på stendere,
Eksempel:
fritthengende himlingsplater,
vinduer, dører o.l.
Gruppe 4;
Hulromsabsorbenter består av plater
med perforeringer eller spalter med bakenforliggende
luftrom og/eller mineralull. I en sal vil tilhørerene også være absorbenter
med egenskaper som for gruppe 2. sorbere noe lydenergi.
Også luften vil ab
Det ekvivalente absorpsjons-
arealet A for et luftvolum V er gitt ved formelen der m er en faktor mellom 0,006 og 0,013 av-
A = 4«m V *
ehngig av luftfuktighet og frekvens .
Absorps j ons f aktoren a for en del materialer og materialkombinas joner er gitt i tabell 19.1. Ette rk langs ti den defineres som den tid det tar fra lydkilden avbrytes til lydtrykknivået er sunket med
60 dB.
Ønsket etterklangs tid i et rom vil variere med
rommets bruksområde og dets volum som vist i fig. 19.5. Etterklangstiden bør stort sett være den samme for alle
Fig. 19.5
Ønsket etterklangstider ved 500 Hz for musikk og tale ved variable romvolum (2).
Kap.
19
11
frekvenser.
Etterklangstiden T i sekunder kan uttrykkes 3 som T = 0,163 V/A der V er romvolumet i m og A er rommets 2 ekvivalente absorpsjonsareal i m . I en del tilfelle kan
det være aktuelt å ha variabel»etterklangstid.
Dette kan
gjøres ved å variere lydabsobentene og dermed variere A.
Med kjent romvolum og måling av etterklangstiden kan et roms ekvivalente absorpsjonsareal regnes ut.
Romform og romvolum
19.3.2
I tillegg til absorpsjonsforholdene og etterklangs-
tid spiller romform og -volum en stor rolle for romaku-
stikken.
Romvolum og etterklangstid henger som nevnt
sammen.
Optimalt romvolum for romaktustikken varierer fra 3 3-4 m pr. person for tale til 6-10 m pr. person for 3
musikk.
Romformen er avgjørende for lydforplantingen i et
rom.
Når en lydkilde sender ut en lyd, vil mottakeren Umiddelbart etter ankommer
først høre direktelyden.
den første refleksjonslyden og deretter mye refleksjonsTiden fra direktelydens ankomst til første refleks-
lyder.
lyds ankomst kalles initialgapet.
Ved ren geometri kan
vegen for direktelyd og de forskjellige refleksjonslyder
konstrueres.
Resultatet kan tegnes i et lydtrykknivå-tids
diagram som vist i fig. 19.6.
diagram.
Dette kalles et ekko-
Tidsavstanden mellom to lydimpulser må ikke over-
skride 35-40 m-s
(m=10
)
ellers vil en få ekkovirkning.
Normalt vil initialgapet være størst.
Mange tidlige re
fleksjoner bidrar til å forsterke direktelyden.
Initial
gapet bør være mindre enn 20 m-s.
For å oppnå optimale ekkodiagram i en sal, vil det ofte være aktuelt å henge opp reflekterer.
Hvis reflek
torene plasseres feil?kan forholdene bli verre enn uten reflekterer.
Stående bølger kan oppstå når to parallelle vegger
Kap. 19
Fig.
19.6
12
Eksempel på ekkodiagram (2).
har en avstand lik et helt multiplum av den halve bølge
lengde.
Dette kalles egenfrekvenser og de bør unngås.
De romakustiske forhold er her behandlet på en ufullstendig måte.
Formålet har mer vært å trekke fram
de viktigste faktorer som påvirker romakustikken uten å detaljbehandle dem.
til
(2)
For et fyldigere studium viser en
i litteraturlisten.
19.4
LYDISOLERING
Lydisolering ser ut til å bli viktigere i tiden
som kommer.
Dette henger delvis sammen med det generelt'
økende støynivået og delvis fordi vi bruker lettere og tynnere konstruksjoner.
De aktuelle krav til lydisolering
mellom de forskjellige rom, mellom leiligheter og ut til det fri finnes i byggeforskriftene
(5).
Lydoverføring mellom rom
19.4.1
Mellom to rom kan lydoverføringen foregå på for skjellige måter:
1: rom.
Direkte gjennom den felles vegg mellom de to
Denne lydvegen er viet størst oppmerksomhet.
Kap. 19
2:
13
Gjennom huller, utettheter og eventuelle Denne lydvegen kan være like stor som den
kanaler.
første i uheldige tilfeller.
3:
Gjennom flankerende bygningsdeler, eksempel
vis vegger, golv, tak.
Dette kalles flanketransmisjon.
Både for 1 og 3 setter luftlyden i senderrommet
de aktuelle bygningsdelene i svinginger som igjen setter luften i svinginger i mottakerrommet.
Tilsvarende vil
fottrinn, slag o.l. sette bygningsdeler i svinging.
Dette kalles trinnlyd.
De forskjellige lydisolerings-
krav i byggeforskriftene er knyttet til luftlyd og trinnlyd og vi deler derfor lydisolasjon i luftlydisolasjon og trinnlydisolasjon.
Luftlydisolasjon
19.4.2
Luftlydovergang defineres som luftlydovergang fra et rom til et annet gjennom bygningsdeler, utettheter og
flankerende bygningsdeler.
I våre byggeforskrifter skilles
mellom luftlydisolering ved reduksjonstall og ved rom-
isolering.
Reduksjonstallet R karakteriserer selve skille-
konstruksjonenes lydisolasjon mens romisoleringen DQ
innbefatter alle de aktuelle lydvegene.
R kan bare måles
i laboratorium der alle andre lydveger kan elimineres
mens DQ 5 må måles på den aktuelle, ferdige konstruksjon. Reduksjonstallet R defineres som
R = 10 lg
= 10
(lg Is - lg lm)
(dB)
m
der Is er lydintensitet (jfr. pkt. 19.2.3) og Im er lydintensitet på mottakersiden.
på sendersiden
Ved å introdusere
lydtrykknivåene Ls og Lm i henholdsvis sender- og mottaker rommet.
(jfr. pkt. R = L
s
- L
19.2.3)
m
kan R skrives som
g + 10 lg — A
(dB)
der S er skillekonstruksjonens areal og A er ekvivalent
Kap. 19 - 14
absorpsjonsareal i mottakerrommet. Romisoleringen Dn _ defineres tilsvarende som u, □
T 0,5
D0,5 = Ls ' Lm + 10
(dB)
Der T er etterklangstid i mottakerrommet.
For konstant
lydnivå i senderrommet vil lydnivået i mottakerrommet være avhengig av etterklangstiden.
Med økende etter
klangstid vil lydnivået i mottakerrommet bli høyere og
differansen Ls -
isoleringen.
gir ikke uttrykk for den riktige rom
Dette er grunnen til at vi må korrigere
differansen til et standard mottakerrom med T - 0,5 s. I våre byggeforskrifter er det stillet krav både
til R og Dq
for de senterfrekvenser som er nevnt i
pkt. 19.2.5.
Det aritmetiske middel av R og D^
i de
16 frekvensbåndene kan det også stilles krav til. betegnes henholdsvis R
De
og D .
Kravet til Dn c er det sikreste fordi det innbeUfo fatter alle de aktuelle lydvegene. Forskjellen mellom
gir uttrykk for hvor mye lyd som går utenom
R og Dq
selve skillekonstruksjonen .
Som nevnt oppstår lydgjennomgang ved at skillekonstruksjonen f.eks. en plate settes i svinginger.
Isola-
sjonsegenskapene kommer følgelig av platens motstand mot
å settes i svinginger.
De viktigste faktorene er da
platens masse, størrelse og stivhet.
Prinsipielt forløp
for reduksjonstallet for en homogen plate er vist i fig. 19.7.
Ved resonansfrekvenser er reduksjonstallet lavt, men det er bare de laveste resonansfrekvensene som har betyd
ning for reduksjonstallet.
Resonansfrekvensene f
n ,m
kan
uttrykkes som
f
n ,m
= T iflT . 2 |'M ’
/H \ lx /
,
/ m \2| \ Ty/ J
der B er stivhet pr. breddeenhet, M er masse pr.
flate
19
Kap.
15
enhet, lx v og lv y er platens dimensjoner og m og n kan anta alle hele tall fra 1 og oppover. Det er ønskelig
med lavest mulige resonans frekvenser.
Fig. 19.7
Generell sammenheng mellom reduksjonstal I og frekvens for en
homogen plate.
er også reduksjonstallet
Ved grense frekvensen
lavere enn ellers.
Grensefrekvens er definert som den
frekvens der bølgelengden i platen er lik bølgelengden
i luften.
Grensefrekvensen f^ kan uttrykkes som
f
c2 = — g 2n
iFfT is — b
der c er lydhastighet i luft
(340 m/s).
Grensefrekvensen
for en del homogene plater er vist i tabell 19.2.
Grense-
frekvensen ønskes høyest mulig. I det lineære området mellom resonansfrekvensene og
grensefrekvensen gjelder den såkalte masseloven: R = 15 lg (M f) *
26
(dB)
Kap.
19
16
som uttrykker at for en gitt frekvens øker reduksjons-
tallet med økende masse pr.
flateenhet og for konstant
masse øker R med økende frekvens.
Dette forklarer det
faktum alle har observert at bassen trenger lettere gjennom en konstruksjonsdel enn de høyere tonene.
Grensefrekvens f
Tabell 19.2
i Hz for en del materialer
der h er tykkelse målt i meter
Material
(2)
Grensefrekvens,
Betong, C 30,
armert
sementmørtel
ca 25/h
ca 20/h
Gipsplate
ca 34/h
Grantre
ca 10/h
"
f
ca 20/h
Teglstein, kalksementmørtel
Trefiberplate,
og (4).
porøs
ca 44/h
hard
ca 30/h
Sponplate
ca 27/h
Stål
ca 13/h
Glass
ca 12/h
Ved dobling av massen i en enkeltvegg økes reduksjonstallet med 4,5 dB.
Ved å bruke to enkeltvegger med
mellomrom, blir økningen vesentlig større.
Lette dobbelt-
vegger som ikke har noe felles festepunkt kan derfor gi gode reduksjonstall.
I praksis vil en dobbeltvegg der de
to separate veggene er like, gi et reduksjonstall R$ som ligger mellom R+4,5 dB og 2R der R er separatveggens reduksjonstall.
Mineralull mellom separatveggene vil ha stor
betydning.
Også dobbeltvegger har sine resonansfrekvenser og
grensefrekvens. mulig.
De bør henholdsvis være lavest og høyest
17
19
Kap.
En avgrensingskonstruksjon består normalt av flere delelementer som vegg, dør, vindu, kanaler osv. med forskjellige reduksjonstall.
Når delelement
ene har arealene S± og de tilsvarende reduksjonstallene
er R±, kan det totale reduksjonstallet Rs finnes av
formelen:
*
R
= 10 lg
s
S±
E
ES.
•
10"Ri/10
1
J
De dårligste lydisolerende delene vil bli av gjørende for Rs.
Små åpninger som nøkkelhull, dårlige
tetningslister i dører o.l. kan gjøre en ellers god vegg
dårlig.
Eksempel på dette er vist i tabell 19.3.
I tabell 19.4 er vist reduksjonstallet for en del aktuelle skillekonstruksjoner og dører.
til at de lange, av tettelister,
En legger merke
smale luftspaltene som oppstår uten bruk slipper gjennom vesentlige mengder lyd-
energi. Vinduer har også lave reduksjonstall.
Et enkelt-
glass av 4 mm tykkelse har et reduksjonstall på 27 dB. Dobbeltvinduer av samme glasstykkelse og 20 mm avstand mellom glassene har ikke øket sitt reduksjonstall til mer enn 28 dB.
Som ved dører vil ofte lydisoleringen
være bestemt av luftlekkasjer i spalten mellom karm og
ramme.
Tabell 19.3
Reduksjonstall avhengig av åpninger i skillekonstruksjonen (2) Eksempelvis
Relativ
Resulterende
åpning
reduksjonstall Rg i
dB
30
40
50
60
Tett vegg
0,001%
30
40
47
50
Nøkkelhull
0,1%
27
30
30
30
Lufteventil
10%
10
10
10
10
Åpent vindu
30%
5
5
5
5
0
Åpen dør
Kap. 19 - 18
Reduksjonstall R^ i dB for en del
Tabell 19.4
aktuelle skillekonstruksjoner
(2)
Skillekonstruksjon Gipsplate,
R m
13 mm
Sponplate, 10 mm Mineralull, 50 kg/m3, 150 kg/m3,
28 25
50 mm
8
100 mm
27
Betong, 120 mm, pusset på begge sider
53
210 mm, pusset på begge sider
59
Tegl, 100 mm, 15 mm puss på begge sider Lettklinker, begge sider
770 kg/m ,
50
200 mm, 15 mm puss på 49
Gassbetong, 100 mm
Gipspl.,
39
2x13 mm, avst.72 mm,trestender,enkeltvegg
2x13 mm, avst.72 mm,trestender, mineralull
32
60 mm
38 ---------------- i
2x13 mm, avst.100 mm, separate trestendere, 100 mm mineralull 51 Gassbetong, 2x75 mm, avst.50 mm, 20 mm mineralull 51 Gipspl.,
Vanlig enkelt dør,lett, uten tettelister " " " fl ■■" medT
22
Vanlig dobbeltdør med
28
18
"
Spesialdør med tettelister
19.4.3
38
Trinnlydisolasjon
Trinnlyd oppstår ved at vi går på et golv eller
noe banker mot en konstruksjon.
Konstruksjonsdelen
kommer i svinginger og utstråler luftlyd.
For måling av
trinnlydisolasjon må lyden lages som standardisert bank
1 i
! 1
Kap.
19
19
ing ved bruk av et såkalt normhammerverk.
Trinnlydnivået
Lt i mottakerrommet defineres som T LT ~ LM ~ 10 1^ (),5
(dB)
dor Lm er lydnivået i senderrommet.
Det andre leddet gir
korreksjonen til en etterklangstid på 0,5 s, jfr. pkt. 19.4.2.
God trinnlydisolasjon fører altså til lave L -
verdier mens god luftlydisolasjon fører til høye DQ 5~ verdier.
Byggeforskriftene stiller krav til trinnlyd-
nivået ved de samme senterfrekvenser som omtalt i pkt.
19.2.5
Normalt vil trinnlydnivåene være for høye dersom ikke spesielle foranstaltninger settes i verk.
Trinn
lydnivåene kan senkes etter tre prinsipielt forskjellige
metoder.
Fig.
19.8
Eksempel på trinnlydreduksjon ved bruk av elastiske golvbelegg på 14cm betong som undergolv (2).
Kap. 19
1.
20
Elastiske golvbelegg reduserer selve kilden til
trinnlyden.
Belegget må være mykt for at reduksjonen
skal bli tilfredsstillende.
Et mykt belegg er upraktisk
på mange andre måter og det er vanlig å bruke belegg med
et hardt, tett oversjikt på et mykere underlag.
Trinn-
lydreduksjonen ved bruk av elastiske belegg er økende med økende frekvens.
Fig. 19.8 viser eksempel på trinnlyd-
reduksjon etter dette prinsippet.
2.
Flytende golv har et elastisk sjikt som skiller
overgolv fra det faste dekket. Som elastisk sjikt kan brukes mineralull, sand o.l. og som overgolv kan brukes
tregolv, sponplater, betong o.l.
Et slikt golv vil også
forbedre luftlydisoleringen, overgolvet må ikke komme i strukturell kontakt med råbygget da lyden vil forplante
seg som flanketransmisjon.
Fig.
19.9
Eksempel på trinnlydreduksjon
Eksempel på trinnlydreduksjon ved bruk av flytende golv på 14 cm betong som undergolv (2).
3.
Strålingsminskende himling består av et opphengt
undertak som samtidig virker luftlydisolerende .
Ved denne
Kap.
19
21
løsningen er problemet med flanketransmisjon større enn for de to første løsningene.
Isolering av veggen
kan bli aktuelt for å redusere dette problemet.
Fig.
19.10 viser eksempel på trinnlydreduksjon etter dette
prinsippet.
Fig.
19.10
19.4.4
Eksempel på trinnlydreduksjon ved bruk av strålingsminskende himl ing.
Byggeforskriftene og Norsk Standard
I byggeforskriftene av 1.
august 1969 stilles det
krav innen de fire feltene:
1.
Luftlydisolasjonen skal tilfredsstille krav både
dB)
frekvensavhengighet og
til romisoleringens
(Dn „ i
til middelverdien.
Forskjellige krav gjelder for for
skjellige tilfeller.
Avvik innen visse grenser i nega
tiv retning tolereres.
2.
Trinnlydisolasjonen sikres ved å stille krav til
trinnlydnivået
(L^ i dB)
normerte frekvenser.
i mottakerrommet ved forskjellige
Kravene er forskjellige for for
skjellige tilfeller som beboelsesrom, hotellrom osv.
Kap. 19
3.
22
Etterklangstiden skal ikke overstige visse grenser
avhengig av hva bygningen skal brukes til.
4.
Støynivået fra tekniske installasjoner o.l. skal
i de aktuelle mottakerrom ikke overstige visse krav av
hengig av hva rommene skal brukes til. stillt i dB
Kravene er her
(A).
Interessante standarder innen området er:
NS 4801
Fysiske og subjektive størrelser for beskrivelse
av lyd og støy NS 4803
Prefererte frekvenser ved akustiske målinger
NS 4805
Effekt og intensitetsnivåer for lyd og støy
NS 3051
Bestemmelse av lydisolering og støynivå i bygninger
NS 3420
Beskrivelsestekster for bygg og anlegg
LITTERATURHENVISNING 1.
Maksimal tillatt eksponering av vedvarende støy
i arbeidsperioden.
Veiledning nr.
10, Arbeids
tilsynet 1974.
2.
Lydlære 1976. NTH,
3.
Institutt for husbyggingsteknikk,
1976
Empfehlung fur Schallschutz im Wohnungsbau. Schweizerischer Ingenieur - und Architekten-Verein .
Empfehlung 181, Ausgabe 1970.
Schallisolation, ETH - EMPA,
4.
A. Lauber:
5.
Byggeforskrifter av 1.
august 1969.
1971.
Kap.
20
1
BETONG MATERIALER
Kap. 20
PORTLANDSEMENT
20.1
20.1.1
Historikk Ordet sement kommer av det latinske caedimentum,
som igjen henger sammen med verbet caedere,
tilhugge.
å hugge eller
Det kom siden til å betegne den tilsats som
ble gitt kalken for å få den til å herdne under vann,
for
Etter at portland-sementen
med andre ord å bli hydraulisk.
ble oppfunnet i forrige hundreår, er ordet sement mer og
mer kommet til å bety selve bindemiddelet.
Det eldste bindemiddelet i byggekunstens historie er sannsynligvis leiren, og etterpå kom gipsen og kalken
som ble brukt av egypterne så tidlig som ca.
2600 år f . Kr.
Kalken manglet imidlertid en meget vesentlig egenskap: den kunne ikke herdne under vann.
Men allerede oldtidens
folk kjente kunsten å framstille et hydraulisk murbruk, altså et murbruk som herdnet i vann.
brukte var av forskjellig slag,
Den tilsatsen de
- fønikerne nyttet tegl-
steinsmel, og grekerne og romerne så tidlig som ca. 700 f.Kr. forskjellige lava-produkter som santorin og puzzolan.
Senere, da romerne erobret Vest-Tyskland,
ble de også
kjent med en ny, vulkansk bergart, nemlig trass.
Trass ble brukt bl.a. som hydraulisk tilsetning
under anlegget av en romersk vannledning fra Kflln til
Eifelområdet i år 55 e.Kr.
Ved Kdln var det rikelig til
gang på trass, ved Eifel derimot ikke.
På det siste
stedet fant byggmesteren et annet hydraulisk bindemiddel,
han brente nemlig en mergel som inneholdt kalk, kiselsyre
og leire i slike forhold at han fikk et hydraulisk murbruk sot
kunne sidestilles med trassmørtelen.
Dette brennings-
produktet kaltes romansement og må betraktes som den første kjente sement i verden.
Kap. 20-2
Men så gikk det 1200 år uten at man gjorde noen nye framskritt på området.
Vi må helt ned til slutten
av 1600-tallet før vi finner at Europa igjen for alvor
tok til å nytte hydrauliske bindemidler.
Nederlenderne
var nå foregangsmennene, men de fikk snart følge av andre. Den egentlige Portland-sement ble oppfunnet i
England.
I 1824 tok Joseph Aspdin fra Leeds ut patent
på et produkt han kalte "Portland-cement", fordi produktet i farge og utseende lignet den kjente engelske Portland-
steinen fra øya Portland.
Denne sementen var
i virkelig
heten en kunstig romansement, men riktignok langt bedre
enn alle tidligere typer av den art.
Aspdins sement
brentes nemlig ikke lenger enn til at all CO2 var drevet ut, dvs.
til ca.
1000°C, altså ikke til sintring som
idag er siste fase i brenningsprosessen.
Metoden ble
utviklet videre av sønnen William Aspdin slik at i alle
fall en del av massen ble sintret.
Hans sement ble i
virkeligheten en blanding av romansement og egentlig
Portland- sement. Den egentlige oppfinner av Portland-sement er imidlertid Isaac Charles Johnson,
som omkring
driftsbestyrer ved en engelsk sementf abrikk.
1840 var
Han på
viste for det første at råstoffene måtte blandes i et
nøyaktig bestemt forhold og for det andre at brenningen
(kalsineringen) måtte foregå til en temperatur,
nemlig til sintring.
høyere
Endelig for
bedret han ovnene som den gangen ble brukt i sementindustr ien. Året 1844 er den egentlige Portland-sementens fødselsår.
Det nye epokegjørende produkt ble straks
populært selv om det virkelige gjennombruddet ikke fant sted før i 1850-åra
da man fikk metoder for prøving
av holdbarheten og konstaterte at Portland-sement i så
måte var romansementen langt overlegen. Det varte nå ikke lenge før andre land tok etter. I slutten av 1870-åra
ble den første franske sement-
fabrikk startet i Boulogne og i 1850 den første tyske
Kap.
fabrikk ved Stettin.
20-3
Russland fikk sin første fabrikk
Særlig den tyske sementindustrien vant snart
i 1856.
ry for kvalitetsvarer og høyt teknisk nivå og den fikk /stor betydning for utviklingen av den nordiske sement
industr i . Her i Norden startet man også meget tidlig og det er verdt å merke seg at Norge her lå foran.
Allerede i 1841 anla cand.jur. Hans Konow en sementfabrikk på Nordre Langøen i Bunnefjorden.
Konow,
som lenge var
eier av Oslo Ladegård, var antagelig blitt kjent med
Aspdins sement under et opphold i England.
På Langøen
brukte man en mølle av horisontale stein og det knuste
pulver ble brent i en sjaktovn.
Også en annen norsk
sementfabrikk ble anlagt i 1840-åra
ved Akerselva.
nemlig ved Bogås
Begge fabrikkene sendte prøver av sin
sement til verdensutstillingen i Paris i 1855 og fikk "Mention Honorable". Denne første norske sementen var ikke en Portland-
sement i den betydning ordet har idag, men antagelig
en sement av Aspdins type.
Denne typen kunne ikke
lenger konkurrere da den virkelige Portland-sement etter
hvert tok til å gjøre seg gjeldende.
Den første nordiske fabrikk for egentlig Portlandsement ble bygget i Danmark ved Ringsted i 1868. fikk sin første fabrikk ferdig i 1874 i Skåne
Cementaktiebolaget).
Sverige
(Skånska
Den 5. november 1888 ble det dannet
et svensk-tysk selskap,
Christiania Cement-Aktiebolag.
Dette selskap kjøpte eiendommen Slemmestad i Røyken og anla en sementfabrikk i tilknytning til et derværende
teglverk.
Det ble bygget to sjaktovner og en ringovn
av den type som ennå er i bruk for brenning av tegl
stein.
Råmaterialene var imidlertid av en annen art
enn man var vant til i de utenlandske fabrikkene og forsøket ble mislykket både teknisk og økonomisk.
I
1892 ble selskapet oppløst og sementfabrikken med til hørende teglverk, tønnefabrikk,
jordeiendom og beholdninger
ble solgt til det nyopprettede selskap A/S Christiania
Kap.
Portland Cementfabrik.
20-4
Også dette selskap hadde mange
vanskelige år foran seg hvilket skyldtes mange forhold.
For det første manglende kjennskap til den tekniske prosessen, uegnet produksjonsutstyr, manglende ressurser
til å legge opp produksjonen rasjonelt, bl.a. hadde
man ikke lager for tilstrekkelige mengder råmaterial så man fikk tid på seg til å avstemme sammensetningen.
Samtidig virket det inn at landet gjennomgikk harde år både politisk og økonomisk. Etter en totalbrann i 1908 ble fabrikken gjenreist med fabrikasjonsutstyr etter prinsipper som senere har
vært rådende, nemlig med brenning ved hjelp av rotérovn. Fra da av har norsk sementindustri arbeidet seg jevnt
framover til den sterke stilling den har idag.
(Denne
historikk er hentet fra jubileumsskrift utgitt av A/S
Christiania Portland Cementfabrik ved 50 års jubileet
i mai 1942.)
20.1.2
Råmaterialer
Mange mineraler og bergarter fra natuten kan brukes som råmaterialer for sementproduksjon, men av økonomiske
grunner er man stort sett henvist til å bruke noen få.
Råmaterialene deles grovt i de kalkholdige og de kiselsyreholdige
(sure).
(basiske)
De viktigste basiske rå*
materialene er kalkstein, sementstein, kritt, høyovnslagg og skjellsand.
Kvarts,
leire, skifer,
sandstein,
sement
stein og høyovnslagg er sure råmaterialer. De fleste av disse råmaterialene er kjent fra geologien.
Flere av råmaterialene er urene og inne
holder både basiske og sure bastanddeler (sementstein, høyovnslagg).
Høyovnslagg er slaggavfall fra forskjellig
smelteverksindustri og det knytter seg store interesser
til å kunne utnytte dette til sementproduksjon.
komme nærmere inn på dette i pkt.
En vil
20.2.
Mest vanlig er det å framstille sement av tre rå
stoff komponenter .
Hovedmengden kan bestå av en blandings-
Kap.
20-5
stein som så må blandes med en rent basisk og en rent sur slik at den kjemiske sammensetning kommer innenfor
de snevre grensene som kreves for å få et godt resultat. 20.1.3
Fabrikas jonsprosessen Fabrikas jonsprosessen kan deles
1)
i tre trinn:
oppredning av råmaterialene, 2) brenning, 3) maling
av det brente produkt og pakking av den ferdige sementen. Oppredning av råmaterialene består av nedknusing
av materialene,
overføring
av sammensetningen.
til slamsiloer og finjustering
Nedknusingen deles i grovmaling og
f inmaling. Finmalingen kan foregå etter våtmetoden eller
I våtmetoden blir råmaterialene tilsatt
tørrmetoden.
så mye vann at de kommer ut av møllene
som slam.
I
tørrmetoden må råmaterialene tørkes godt og malingen foregår i tørr
tilstand.
Etter f inmaling har 30-60 % av massen en korn-
diameter mindre enn 0,02 mm og overflatekrefter gjør seg sterkt gjeldende, kornene agglomor erer.
virkes ved tilsetting av dispergerende
Dette kan mot-
stoffer.
Hensikten med en så sterk nedmaling av råmaterialene er å oppnå best mulig blanding av råmaterialene samtidig
som reaksjonene under brenningen går raskere med avtakende par tikkelstørrelse .
Våtmetoden var før den mest vanlige, men de høye energiprisene favoriserer
i dag tørrmetoden.
Etter finmalingen blir sammensetningen av massen
f in justert.
Empiriske formler for kjemiske sammensetninger
er utviklet. Det andre trinnet i produksjonsprosessen omfatter brenning av sementen.
Dette er den mest kostbare og teknisk
vanskeligste del av prosessen.
Brenningen foregår i
rotérovnen som består av et langt, stort rør som roterer om sin egen akse.
Røret kan være opp mot 200 m langt og
20-6
Kap .
4-5 m i diameter.
få grader. og
Røret ligger med en helning på noen
Råmaterialene føres inn i øvre ende av ovnen
beveger seg
langsomt nedover mot stadig varmere brenn-
soner og kommer ut av ovnen som klinker .
Brenselet og
f orbrennings lu f ten føres inn i nedre ende av ovnen slik
at forbrenningsgasser av meget høy temperatur beveger seg oppover i motsatt retning
av materialene.
Etter prosessene som foregår i avhengighet av
temperaturen, deles roterovnen i fire soner: 1. tørkesonen, 2. kalsiner ingssonen,
3. sintr ingssonen og 4.
kjøle-
sonen nevnt ovenfra og nedover. I tørkesonen er temperaturen under ca. 600°C.
danner etter hvert små kuler, noduler
Massen
som sikrer en
jevn
massestrøm nedover i ovnen. I kals iner ing ssonen ligger temperaturen mellom ca.
600-900°C og kalkstein spaltes idet kar bondioksyd unnviker
sammen med røykgassene.
Reaksjoner mellom CaO og sure
bestanddeler i råmaterialene starter i denne sonen. I sintringssonen når
temperaturen opp i ca.
og
25-30 % av massen går over i smeltet tilstand.
er
i denne sonen de viktigste reaksjonene foregår.
1400°C Det
CaO
fra den opprinnelige kalksteinen reagerer med kiselsyre,-
SiO2, til dikalsiumsilikat
(2Ca0-SiO2)
(3CaO-Si02),
som ikke er verdifulle for
og trikals iumsilikat
Enkelte bestanddeler sementens praktiske bruk,
er
nødvendige under brenningsprosessen . De viktigste bestanddelene som dannes under
brennings-
pr osessen er :
Kjemisk formel
Navn
Symbol
1.
Trikalsium silikat,
* 3CaO SiO2
C3S
2.
Dikalsium silikat,
2CaO-SiO2
C2S
3 .
Trikalsium aluminat,
3CaO-A12O3
c3a
4.
Tetrakalsium aluminat-f errit,
4CaO* A12O3’Fe2 O3
CUAF
Kap.
20-7
I tillegg til de fire viktigste bestanddelene kan også andre bestanddeler dannes.
Små mengder kalk finnes
også tilbake ureagert som fri CaO.
Den ferdigbrente massen, som kalles sementklinker, forlater så roterovnen for å bli nedkjølt.
Avkjølings-
hastigheten vil også påvirke sementklinkerens sammen setning og dens motstand mot nedmaling. Det tredje trinnet i produksjonsprosessen omfattar så nedmalingen av sementklinkeren til sement.
Nedmalingen
foregår i møller til sementens finhet har nådd ønsket nivå.
Sementens finhet kan måles ved sikting på sikt
med kjente maskeåpninger eller ved å måle sementens
spesifikke overflate.
Spesifikk overflate er overflate
av 1 g sement angitt i cm2.
Det er vanlig i dag å angi
sementens finhet i Blaine etter navnet på den person som utviklet prøvemetoden. 3500 Blaine,
Når en sement har en finhet på
betyr det at sementen har en spesifikk over
flate på 3500 cm2/g målt etter Blaines metode. Under nedmalingsprosessen blir gips
(CaSCh ’2H20)
tilsatt for å hindre at sementen skal stivne for raskt
når den kommer i kontakt med vann.
For at ikke gipsens
gode egenskaper som regulerende tilsetning skal bli redusert, må temperaturen i møllene holdes under ca. 120°C. De fleste forhold tilsier at sementen burde males så fin som mulig.
Norsk Standard stiller krav til finhet for
de forskjellige sementtyper. 20.1.4
Kjemisk sammensetning
Tabell 20.1 viser en analyse av to Portland-sementer, A og B, og normale grenser for de forskjellige bestand
delene i vanlig Portland sement.
Ut fra den kjemiske
sammensetningen har man nederst i tabellen regnet ut mengde
forholdene av de fire nevnte hovedbestanddelene.
Utregningen
er basert på at alle reaksjoner løper til ende i roterovnen og kan ikke ventes å gi helt riktige resultater.
Kap.
20
8
Kjemisk analyse av Portlandsement
Tabell 20.1
A
Portlandsement
Normale grenser
B
19-22
Kiselsyre, SiCh
21,0
20,6
Al-oksyd, AI2O3
6,2
6,2
4-7
Jernoksyd, Fe2O3
2,7
2,7
2-4
63,5
64,5
Magnesiumoksyd, MgO
3,5
3,2
1-4
Svoveltr ioksyd,
1,8
1,8
1,5-2,0
0,7
0,7
0-2
—
-
Kalsiumoksyd, CaO
SO3
Fri CaO Alaklier
(K20 + Na20)
Forkortelser:
62-65
B
A
Mineraloppbygging etter Boque
C3S
3CaO-SiO 2
45,4
52,5
c2s
2CaO-SiO 2
26,0
19,2
c3a
3CaO-Al2 O3
11,8
11,8
CUAF
4CaO-Al2 03
8,2
8,2
’Fe2O 3
Etter den kjemiske analysen synes ikke forskjellen
stor mellom de to sementer A og B, men ser ipan på mineraloppbyggingen^
er forskjellen betydelig.
Altså skal det
bare en liten forskyvning til i kjemisk sammensetning før man får en betydelig
endring
i mineraloppbyggingen.
Dette understreker betydningen av en riktig innstilling av råblandingen før den går til roterovnen.
Sementens
egenskaper vil være resultanten av mineralenes egenskaper. Ved å forskyve dette mengdeforhold, kan man endre sementens
karakter.
Det er som regel denne veg man går
når man framstiller spesialsementer dvs.
sementer som
finner anvendelse for spesielle formål. Tabell 20.2 viser de viktigste typene Portland
sement etter typeinndelingen i amerikansk standard. Videre er deres midlere mineralsammensetning vist.
legger merke til at summen av C3S og C2S er ca. den samme for alle sementtypene.
En
Kap.
Tabell 20.2
20-9
Noen typer Portlandsement og deres midlere mineralsammensetning. Portland sement
Type I
Type III
Type IV
Type V
Standard
Rapid (hur tigherdende)
Lavvarme (langsomtherdende)
Sulf atbestandig
C3 S
49
56
30
43
c2 s
25
15
46
36
C3 A
12
12
5
4
3
8
13
12
Mineral (%)
Cu AF
i
I tillegg til de fire hovedmineralene inneholder sementen mindre mengder av andre komponenter som kan ha
negative konsekvenser i en del sammenhenger.
Fri kalk, hydroksyd,
CaO, reagerer med vann og danner kalsium-
Ca(OH)2 som har vesentlig større volum og som
derfor kan virke sprengende.
Fri kalk oppstår normalt
som følge av for dårlig brenning eller for høyt kalkinnSementen er i dag vesentlig finere
hold i råmaterialene.
malt enn i tidligere tider og problemet med fri kalk er
av den grunn redusert.
Dette skyldes at det bare er den
kalken som reagerer med vann etter at massen er blitt
stiv som vil virke sprengende.
Magnesia, MgO, reagerer også med vann til magnesiumhydroksyd, Mg(OH)2, med sprengvirkning
et senere tidspunkt.
som kan opptre på
MgO—innholdet ma derfor ikke over
skride 5 % . Svoveltrioksyd, SO3, blir tilført sementen i form
av den tilsatte gipsen. og C3A,
Reaksjonsproduktet mellom gips
etringitt eller sementbasillen er sprengende.
Derfor er også gipsmengden som kan tilsettes klinkeren, begrenset i Norsk Standard til 3,7
% SO3 for Standard
Portland og til 4,2 % for Rapid sement. henholdsvis SP30 og RP 38.
Disse betegnes
Kap.
20 - 10
Alkaliene, Na2O og K2O, kan reagere med enkelte tilslagsmaterialer med sprengende virkning.
Problemet
er uaktuelt med norske tilslag, men ikke lenger borte enn i Danmark
(flint) kan det være et problem.
I nyere tid er det blitt klart at også bestanddeler
son er til stede i så små mengder at de må kalles spor stoffer, kan spille en stor praktisk rolle.
Av slike
kan nevnes titan, fosfor, mangan og krom.
20.1.5
Størkning og herding
Portlandsementens brukbarhet for praktiske formål
er et resultat av dens kjemiske reaksjoner med vann. Reaksjonsfor løpet deles i de to stadiene størkning
og herding.
Det finnes ingen klart definert overgang
mellom disse to stadiene.
Størkningen kommer først og
skal være avsluttet i løpet av timer mens herdingen
kommer etterpå, kan pågå i måneder og år.
som
Begynnende og
avsluttende størkning bestemmes rent empirisk ved hjelp
av et spesielt apparat for formålet, Vicatapparatet.
Norsk
Standard stiller krav til størkningstidene for forkjellige sementtyper.
I tillegg til de kjemiske reaksjoner,
også en fysikalsk prosess,
foregår det
spesielt i herdingsperioden.
I det følgende skal hvert enkelt av de fire hovedmineralenes kjemiske reaksjoner med vann refereres skjematisk.
Reaksjonene er meget kompliserte og ennå
bare delvis klarlagt.
C3S:
Undersøkelser viser at reaksjonen med vann foregår i mengdeforhold som tilsvarer denne ligningen:
2(3CaO-SiO2)
+ 6H2O -> 3CaO-2SiO2 • 3H2O + 3Ca(OH)2
eller på symbolform: 2C3S + 6H + C3S2H3 + 3Ca(OH)2
Omregnet til mengder i gram
11
20
Kap.
X )
:
100g C3S + 24g H -> 75g C3S2H3 + 49g Ca(OH)2 Denne reaksjonen er under normale forhold avsluttet i løpet av ca. ett år.
C2S:
Den tilsvarende ligningen for reaksjonen mellom C2S og vann er: 2(2Ca0-SiO2)
+ 4H2O -*
3CaO • 2SiO2'3H2O + Ca(OH)2
eller på symbolform: 2 C2S + 4H -+ C3S2H3 + Ca(OH)2 , x) Omregnet til mengder 1 gram :
100 g C2S + 21 g H ■*
100 g C3S2H3
Denne reaksjonen er meget langsommere.
+ 21 g Ca(OH)2 Etter 4 års lagring
ved normale forhold vil ca 15 % C2 S fremdeles være uomsatt.
C3A + gips: C3A reagerer med vann etter følgende ligning:
3CaO'Al2O3
+ 6H2O + 3 CaO • Al 2 0 3 • 6H 2 O
x) eller omregnet til mengder i gram :
100g C3A + 40g H + 140g C3AH6
Reaksjonen mellom ren C3A og vann vil gjøre sementpastaen stiv umiddelbart etter vanntiIsetning. blir gips
(CaSOu-2H2O)
For å hindre dette,
tilsatt under nedmalingsprosessen.
En skal ikke gå inn på de innviklede kjemiske sidene ved
dette.
Det må imidlertid nevnes at hvis gipsmengden blir
for høy i sement,
kan den reagere videre med C3AH6 og
vann og denne "sementbasillen" etringitt som kan forår
sake sprengning pga. store mengder krystallvann.
Gips
mengden må derfor som foran nevnt holdes under visse
grenser .
Atomvekter:
Ca 40,1, Si 28,1, 0 16,0, Al 27, Fe 55,8.
Molvekter:
CaO 56, SiO2
60, A12O3
102, Fe2O3 159.
Kap.
20
12
C^AF:
Denne reaksjonen forbruker noe av den frigjorte Ca(OH)2: 4CaO • Al 2 O3 * Fe 2 O3
+ 3Ca(OH)2 + 10H2O->
3CaO•Al2O3•6H20 + 3CaO • Fe203 •6H2O
eller omregnet til mengder i gram: 100g Ci+AF + 31g Ca(OH)2 + 37g H +
78g C3AH6
+ 90g C3FH6
Reaksjonsproduk tene av C3S og C2S består av
C3S2H3og Ca(OH)2.
Det er først og fremst produktet
C3S2H3som danner sementlimets gelsubstans.
Denne kalles
tobermoritt og består av en finkrystallinsk masse holdt sammen av van der Waals krefter.
Reaksjonsproduktet
Ca(OH)2, kalsiumhydroksyd, foreligger som vesentlig større krystaller og kan ikke tillegges noen vesentlige binde-
egenskaper.
Sementens kjemiske karakter kan imidlertid
i stor grad henføres til mengden av Ca(0H)2 i slutt produktet. Som vist i de kjemiske reaksjonene, forbruker de
fire hovedmineralene forskjellige mengder vann.
Likevel
viser det seg at en Portlandsement, uansett sammensetning, bruker omlag samme mengde vann, nemlig 28+1 % av sin vekt
ved fullstendig hydratasjon.
I praksis velges dette tallet
lavere, ofte 25 %, fordi fullstendig hydratasjon er vanskelig å oppnå.
Det konstante vannbehovet for Port-
landsementer skyldes at C3S og C2S forbruker omlag samme vannmengde,
at summen av C3S og C2S er omlag konstant og
dessuten at de dominerer i kvantitet. Størkningstiden påvirkes av en rekke faktorer der
de vitktigste er tilsetning av gips,
finmalingsgraden,
massens temperatur og eventuelle tilsetningsstoffer.
I en del tilfeller kan falskstørkning oppstå ved at sementpastaen stivner umiddelbart etter vanntiIsetning. Dette er vanligvis et resultat av at gipsen er blitt ut satt for altfor høy temperatur under malingen.
Ved ny
omrøring etter noen minutter, vil sementen igjen oppføre seg normalt.
Kap.
20
13
Herdetiden påvirkes også av en rekke faktorer der temperaturen, finmalingsgraden og eventuelle tilsetnings-
stoffer er de viktigste. Den andre siden av prosessen omfatter de fysikalske forhold.
Det skal i det følgende gjøres rede for hoved
punktene .
Utgangspunktet er en blanding av sementkorn med diameter ca.
10 pm og vann.
Under den kjemiske reaksjonen
bindes en del av vannet kjemisk med sementen.
betegnes ofte Wn og det er ikke-fordampbart.
Dette For en
praktisk "fullstendig hydratasjon" utgjør Wn ca. 25 %
av sementens vekt. Samtidig og parallelt med Wn blir en del vann bundet på en løsere måte som gelvann.
Dette betegnes
ofte We og det fordamper og unnviker ved ca.
105°C.
15 % av sementens vekt ved praktisk
Dette utgjør ca.
"fullstendig hydratasjon".
Ved uttørking etterlater
gelvannet en poretype som kalles gelporer med diameter i området 0,001-0,008 pm
(10-80 Å).
For å oppnå en "fullsetndig hydratasjon", må man derfor ha en vannmengde som minst tilsvarer 40 % av
Dette betegnes vann/sement-forholdet
sementens vekt. eller v/c-tallet.
Dersom v/c-tallet skulle være mindre
enn 0,40, vil bare en tilsvarende mindre del av sementen
kunne reagere med vannet. Når sement og vann reagerer kjemisk, får produktet
noe mindre volum enn summen av utgangsmaterialenes volum.
Denne volumreduksjonen tilsvarer ca.
1/4 av det vann
volumet som har reagert kjemisk med sementen. blir stiv, dvs.
Massen
størkningen er avsluttet, når ca. 0,5 %
vann er kjemisk bundet.
Den vesentligste del av reaksjonen
foregår altså etter at massen er blitt stiv og volumreduksjonen må resultere i porer i sementlimet.
poretypen kalles kontraksjonsporer.
Denne
De er vesentlig
grovere enn gelporene og har en midlere diameter på ca. 1 pm
(10000 Å).
Kap.
20
14
Reaksjonsproduktet er en stiv og fast masse som kalles gel.
Gelvannet
(ev. gelporene)
hører med til
gelvolumet, men kontraksjonsporene regnes ikke i dette
volumet.
Gelvolumet er derfor noe mindre enn det totale
volum. Dersom det skulle være mer vann enn det som til
svarer v/c = 0,40, vil denne overskytende del danne Dette er også grove porer av samme
kapillarporer.
størrelsesorden som kontraksjonsporene, kanskje noe større.
I betong finnes det også to typer luftbobler. Den ene typen er et resultat av bruk av luftinnførende
stoffer (pkt.
20.5.1)
og den andre blir pisket inn i
løpet av blandetiden også når det ikke brukes luftinn-
førende stoffer. for "porer".
Luftboblene kalles også vanligvis
Luftinnførende stoffer skal fortrinnsvis
gi bobler med liten diameter mens de naturlig innpiskede boblene har større diameter. ligger i området 10-300 pm,
Luftboblenes diameter
altså vesentlig større enn
kapillarporenes diameter.
Summen av grove porer
(kontraksjonsporer, kapillar-
porer og luftporer) er bestemmende for en rekke av
sementlimets egenskaper. senere.
Fig.
Dette vil en komme tilbake ti
20.1 viser
summen av kontraksjons
porer og kapillarporer i fullstendig hydratisert sementpasta som funksjon
av v/c-tallet.
For v/c > 0,40 avtar
mengden av kontraksjons porer i takt med avtakende volumprosent sement.
Samtidig inntrer en sterk stigning i kapillarpore-
volumet slik at summen av kontraksjonsporer og
v/c - tall
Fig. 20.1 Sum av kontraksjons - og kapillarporer i fullstendig hydratisert sementpasta som funksjon av v/c - tallet.
Kap. 20
15
kapillarporer stiger sterkt som vist i fig. 20.1.
I
tillegg kommer luftporene. Stort porevolum er uheldig i de aller fleste sammenhenger.
En bør derfor tilstrebe å komme ned
mot et v/c-tall på 0,40 så sant ikke andre forhold hindrer det.
For å oppnå en konsistens som gir be-
arbeidbar betong, vil v/c-tallet i praksis ligge i
området 0,40-0,80 avhengig av en rekke faktorer som en vil komme tilbake til etter hvert. For å illustrere de fysikalske forhold under den kjemiske hydratasjonen, skal noen eksempler gjennomregnes.
Eksempel 1;
100g sement blandes med 40g vann.
Sementens
densitet settes til 3,15 og de interessante volum skal
finnes etter fullstendig hydratasjon.
Sementens faste volum, Vc = 100:3,15
= 32 cm3
Vannets volum, Vv
= 40 cm3
Massens totale ytre volum, Vo
= 72 cm3
Kjemisk bundet vann, Wn = 100- 0, 25 = 25g, Vn = 25 cm3 Gelvann
(ev. gelporer),
We = 100-0,15 = 15g, Ve = 15 cm3
Kontraksjonsporer, Vko = 25-1/4
=
6 cm3
Gelvolum, Vg = VQ - V^o =72-6
=66 cm3
Gelvol./totalt vol. = V /VQ = 66/72 y
= 0,92
Det finnes ingen kapillarporer fordi vannet er akkurat
tilstrekkelig til hydratasjonen.
Eksempel 2:
100g sement blandes med 50g vann.
De
interessant volum skal finnes etter fullstendig hydrata
sjon.
Sementens faste volum, Vc = 100:3 , 15
- 32 cm3
Vannets volum, Vv
= 50 cm3
Massens totale ytre volum, VQ
= 82 cm3
Kap.
20
16
Kjemisk bundet vann, Wn = 100-0,25 = 25g, Vn = 25 cm3
Gelvann (ev. gelporer), We = 100'0,15 = 15g, Ve = 15 cm3 Kontraksjonsporer, Vko = 25-1/4
Kapillarporer, Vka = V
-
=
(Vn+Ve) =
50 Gelvolum, Vg = Vo -
6 cm3
(Vko+Vka) = 82 -
(25+15) = 10 cm3
(6+10)
Gelvol./totalt vol. = Vg/Vo = 66/82
= 66 cm3
= 0,80
Summen av grove porer utgjør altså 20 vol %.
Eksempel 3:
100g sement blandes med 30g vann.
De
interessante volum skal finnes etter fullstendig hydra
tasjon.
Her er for lite vann til at all sementen kan
hydratisere fullstendig.
En regner derfor som om en
sementmengde tilsvarende v/c - 0,40 har hydratisert og
Sistnevnte
den resterende sementmengden er uhydratisert.
bakes dog inn i gelmengden og regnes med i denne som
kompakt masse.
Sementens volum, Vc - 100:3,15
= 32 cm3
Vannets volum, Vv
= 3 0 cm3
Massens totale ytre volum, VQ
= 62 cm3
Kjemisk bundet vann, Wn = 30 - 0,25/0,40 = 19g, Vn = 19 cm3
Gelvann (ev. gelporer), We = 30-0,15/0,40 = llg, Ve = 11 cm3
Hydratisert sement, Wck = 30/0,40 = 75g, Vck = 24 cm3 Uhydratisert sement, W
= 100 - 75 - 25g, Vcuk = 8 cm3
Kontraksjonsporer, Vko =19 1/4 *
Gelvolum, Vg = Vck + Vcuk + Gelvol./totalt vol. = 57/62
=5 cm3
(Vn-Vko)
+ Ve
= 57 cm3
= 0,92
Det finnes ingen kapillarporer fordi alt vannet er brukt til hydratasjonen.
Kontraksjonsporene utgjør altså 8 %
(5 cm3 av 6 2 cm3) .
Eksempel 4:
100g sement blandes med 50g vann.
De
interessante volum skal finnes ved 80 % hydratasjon.
Kap.
20 - 17
Siden her er mer enn nok vann til hydratasjonen regnes det som om 80 % av sementen har hydratisert.
= 32 cm3
Sementens volum, Vc = 100:3,15 Vannets
volum, Vv
= 50
cm3
Massens
totale ytre volum, VQ
= 82
cm3
Hydratisert sement, Wck = 100-0,8 = 80g, Vck = 26 cm3 Uhydratisert sement, Wcu^ = 100-0,2 = 20g, Vcuh = 6 cm3
Kjemisk
bundet vann, Wn = 80 -0,25= 20g,
Gelvann
(ev. gelporer), We = 80-0,15 = 12g,
Vn
Kontraksjonsporer, Vko =20-1/4
Kapillarporer, Vka = Vv -
cm3
Ve = 12 cm3
=5 cm3
(Vn+Ve)
Gelvolum, Vg = Vch + Vcuh +
= 20
(20 + 12) = 18 cm3
= 50 -
(Vn-Vko)
+ Ve
Gelvol./totalt vol. = 59/82
=59 cm3
= 0,72
Sum grove porer utgjør altså 28 % Eksemplene viser at det ekstra vannet vi ofte må
bruke for å sikre god bearbeidbarhet,
porevolum,
eks.
2.
lett gir store
Særlig ille blir det dersom man i
tillegg ikke får god hydratasjon som i eksempel 4.
20.1.6
Hydratasjonshastighet og fasthetsutvikling
Disse to begrepene henger for en stor grad sammen.
De skal likevel behandles hver for seg. De fire forskjellige hovedmineralene reagerer hver
for seg med vann som vist i fig. med aluminium er meget raske.
er meget langsom.
20.2.
Hovedmineralene
Dikalsiumsilikat
(C2S)
For å hindre at spesielt C3 A skal
gjøre sementen stiv umiddelbart etter vanntilsetning,
må det tilsettes gips som nevnt i pkt.
20.1.5.
I et sementkorn foreligger imidlertid de fire mineralene i intim kontakt med hverandre.
Det viser
seg derfor at ved et gitt tidspunkt er den hydratiserte fraksjon den samme for alle de fire mineralene.
Når
en sement er 50 % hydratisert, betyr det at alle de fire
Kap.
20 - 18
Fig.20.2 Hydratasjonshastighet for rene hovedmineraler . ( Copeland & Bragg )
mineralene også er 50 % hydratisert.
Det finnes teorier
som kan forklare dette faktum. Det må her presiseres at dette ikke forhindrer at
sementer med forskjellige kjemiske sammensetninger vil få forskjellige reaksjonshastigheter.
Økes mengden av
de raske mineralene på bekostning av de langsomme, vil sementen få raskere hydratasjon.
Fig.20.3 Fasthetsutvikling for rene hovedmineraler.
( Bogue )
Kap.
19
20
Fasthetsutviklingen i en sement er et direkte
resultat av hydratasjonsgraden.
De fire hovedmineralene
bidrar imidlertid ikke like sterkt til fastheten som
vist i fig.
20.3,
som gjengir forsøk med hvert enkelt
I den første måneden dominerer C3S, men C2S,
mineral.
som er seinere i starten, oppnår samme fasthet som C3S
etter ett års tid.
De raske aluminium-forbindelsene
C3A og C4AF bidrar som en ser lite til den totale fast
het. Både hydratasjonshastighet og fashetsutvikling
er påvirket av faktorer som temperatur,
tilgang på vann,
finmalingsgraden av sementen og eventuelle tilsetnings-
stof fer. I Norsk Standard er det stilt krav til fastheten
for de forskjellige sementtyper ved forskjellige
herdingstider når
prøvingsbetingelsene er definerte.
Metoden er standardisert i de fleste land verden over,
og kalles RC-metoden etter de internasjonale organisa sjonene RILEM og CEMBUREAU som introduserte den. 20.1.7
Volumendringer Volumendringer foregår både før massen er blitt
stiv
(dvs.
i fersk tilstand)
i
herdingstiden og etter
at massen i det vesentlige er herdet. Vi har tidligere vært inne på kontraksjonsporer som en uunngåelig volumreduksjon .
Siden det meste av
denne volumreduksjonen kommer etter at størkningen er
slutt, reduserer ikke massen sitt ytre volum i samme grad, men det oppstår i stedet porer i den stive massen.
I fersk tilstand fører vannseparasjon ("bleeding")
til volumreduksjon.
Temaet vil bli behandlet under
betongens ferske egenskaper i pkt.
20.6.5.
I herdet tilstand er det først og fremst svinn og
svelling, men også kryping som fører til volumendringer. Dette vil også bli behandlet senere under betongens
egenskaper i herdet
tilstand i pkt.
20.7.5.
Kap.
20
20
Alle de nevnte volumendringene er først og fremst knyttet til sementen.
De vil likevel bli behandlet i
tilknytning til betongens egenskaper fordi sammensetningen
av betongen influerer på volumendringene. 20.1.8
Varmeutvikling Sementens reaksjon med vann utvikler store varme
mengder.
For Standard Portlandsement utgjør det ca. 400
joule pr. gram etter 28 døgns normal herding.
Tabell 20.3
viser de fire hovedminerålenes varmeutvikling bestemt på basis av en rekke sementer og etterfølgende statistisk be
handling for å finne mineralenes bidrag og tallenes usikkerhet.
Tabell 20.3
Varmeutvikling i joule pr. gram av de fire hovedmineralene i sement. 3 d øgn
7 døgn
28 døgn
90 døgn
C3A
710184
790180
840184
1200173
c3s
410120
460120
475120
510120
CuAF
121173
180165
200173
196165
80120
75116
184120
230116
Mineral
C2S
Varmeutviklingen har både positive og negative
konsekvenser.
I massive betongkonstruksjoner får man
en betydelig temperaturstigning i det indre.
Under
uheldige ytre klimaforhold kan dette føre til
opp
sprekking av betongen.
Problemet kan reduseres ved å
lede bort varmen ved hjelp av innstøpte vannrør, bruke
lavest mulig sementmengde og lav utgangstemperatur . Sementer med lavere total varmetuvikling finnes også,
tabell 20.2
Det mest positive ved varmeutviklingen er at støping kan foregå ved lavere temperaturer.
De kjemiske
reaksjonene stanser opp når temperaturen kommer under
0°C og d erm ed stanser også varmeutviklingen .
I kaldt vær
kan derfor vann og om nødvendig tilslaget varmes opp for å få reaksjonene i gang.
Disse produserer deretter
nok varme til å holde seg selv i gang.
20
Kap.
21
De faktorer som først og fremst influerer på hastigheten av varmeutviklingen, er utgangstemperaturen,
sementens finmalingsgrad, vannmengden og eventuelle
tilsetningsstoff er.
Den viktigste faktoren som påvirker den totale varmeutvikling er sementens sammensetning.
20.2
ANDRE PORTLANDSEMENTER OG SPESIALSEMENTER
Standard Portlandsement vanlige betongkonstruksjoner.
(SP30)
er den mest brukte i
I Norge kan den nå inne
holde mindre mengder amorft silika-støv og/eller rå-
jernslagg som blir tilsatt under klinkernedmalingen . Til sammen kan disse tilsetninger utgjøre opp til 10 %.
Til spesielle formål blir det produsert andre Portlandsementer og spesielsementer.
De viktigste skal kort
omtales.
Rapid Portlandsement
20.2.1
Rapid Portlandsement den herder hurtigere.
(RP38)
er normalt størknende, men
Kjemisk sett avviker den lite fra
Standardsement, men den inneholder ikke silika-støv eller
Dens hurtighet er hovedsakelig et resultat av
slagg.
dens finmalingsgrad.
på ca.
Rapidsement har en Blaine-finhet
4300 cm2/g mens Standardsementen har ca.
2800 cm2/g.
Fastheten oppnås derved raskere og under like forhold har
Rapidsementen etter 3 døgn høyere fasthet enn Standardsementen har etter 7 døgn.
Rapidsement brukes når det stilles høye krav til tidlig fasthet, når det er viktig å kunne rive forskalingen tidlig,
til vinterstøping,
i betongproduktindustrien ,
til
spennbetong mv.
Rapidsement er på grunn av den raske varmeutviklingen ikke egnet til store, massive konstruksjoner.
Kap.
20.2.2
20 - 22
Lavvarme Portlandsement
Lavvarme Portlandsement er ogsa relativt fin— malt (Blaine-finhet ca. 3400 cm2/g) •
Den har lav fast
het etter 3 og 7 døgn, men fastheten etter 28 døgn er omtrent som for Standardsementen.
Kravene til etter-
vanning av betongen er derfor større enn normalt.
Lav varmeutvikling er et resultat av den kjemiske sammensetningen av sementen.
Innholdet av C3S og C3A
er lavere enn for Standardsement. Lavvarmesement er velegnet til dammer, vegbygging
og større massive konstruksjoner der store svinn og temperatursving inger må unngås. 20.2.3
Sement med høy motstand mot sulfater Det karakteristiske for sementer med høy motstand
mot sulfater er lavt innhold av C3A og ofte noe høyere innhold av C4AF.
Både finhet og fasthetsutvikling er ■
omtrent som for Standardsement, men de har mindre svinn.
Sulfatbestandigheten øker med fallende C3A-innhold ned
til 4-5 %.
Lavere C3A-innhold medfører ingen ekstra
positiv gevinst. Sulfatbestandige sementer anvendes med fordel
over alt der betongen utsettes for sulfatangrep.
Mot
andre kjemiske nedbrytninger har ikke denne sementen
større motstand enn Standardsement. silikastøv til sistnevnte,
adgang til,
Tilsetning av
slik Norsk Standard åpner
øker sulfatmotstanden.
Silikastøvet
reagerer med Ca(OH)2 og stabiliserer dermed den herdede sementpastaen, men like viktig kan det være at betongens permeabilitet nedsettes som en sekundæreffekt av den
samme reaksjonen.
Den gunstige effekten av silikastøvet
må derfor ventes å være mer generell enn virkningen av å redusere C3A-innholdet.
Kap. 20 - 23
20.2.4
Ekspansiv sementer
Produkter med sement som bindemiddel,
oppviser ved
uttørking et større eller mindre svinn hvilket i mange tilfeller medfører store problemer.
en ekspansivsement,
Ønsket om å utvikle
eller en svinnkompenserende sement,
har bare delvis lykkes.
I prinsippet blir en ekspansiv
komponent tilsatt Standardsement med det tilsiktede
resultat at ekspansjonen skal starte etter at betongen
har oppnådd en viss fasthet og avsluttes før betongen blir sprengt.
Denne reguleringen har vært vanskelig,
likeledes langtidsstabiliteten. Ekspansivsement er tatt i bruk i en del sammen
henger og
anvendelsesområdene er store så snart inten
sjonene med sementen blir fullt innfridd.
2 0.2.5
Hv it-sement
Hvit sement er en Portlandsement framstilt i
Danmark av meget rene råstoffer.
Egenskapene er omtrent
som for Standardsement.
Hvit sement brukes vesentlig til dekorative formål. Ved tilsetning av fargepigmenter kan forskjellige farge-
sementer produseres.
fasthet noe. farget betong.
Pigmentene reduserer sementens
Hvite utslag skjemmer ofte overflaten på
Slike utslag oppstår når kalkholdig vann
fordamper på overflaten.
Kalsiumhydroksyd blir liggende
igjen og reagerer med CO2 fra luften til kalsiumkarbonat. Utslaget kan fjernes ved vasking med fortynnet syre,
eksempelvis saltsyre. 20.2.6
Mursement
Mursement er en blanding av minst 40 % Portland-
sementklinker og høyst 60 % inaktive stenmater ialer, vanligvis kalkstein.
Dette blir malt til høy finhet,
24
Kap. 20
6000-8000 cm2/g.
Uten ytterligere tilsetninger ville
den gi mørtler med meget dårlig
smidighet.
Tilsetning
av luftinnførende stoff forbedrer mørtelens egenskaper ved at de små, innførte luftporene virker som kulelager
i massen.
Mørtelen blir på den måten lett og smidig
å arbeide med. Mursement brukes både til fugemørtel for muring
av tegl og betongstein og til pussarbeider .
20.2.7
Al-sement
(aluminatsement)
Al-sementen avviker markert fra Portlandsement både i sammensetning og egenskaper.
Innholdet av SrO2
og CaO er relativt lavt mens Al2O3-innholdet er høyt. Kjemisk bundet vann utgjør ca.
50 % av sementvekten
mens det tilsvarende tallet for Standardsement er ca.
25 %.
Dette fører til at overskytende vann som er
nødvendig av hensyn til konsistensen/blir mindre og
betong av Al-sement oppnår lav porøsitet og permea bilitet.
De kjemiske reaksjonene produserer ikke Ca(OH)2
Al—sement har meget rask f asthetsutvikling og varmeutviklingen er stor.
Den er vesentlig mer stabil
mot de fleste kjemiske angrep enn Standardsement og på grunn av dens gode temperaturbestandighet er den brukt
til produksjon av ildfaste materialer.
Ved å blande
små mengder Al-sement til Standardsement oppnås en meget
hurtigstørknende sement for spesialf ormål.
For vanlig
bruk må disse sementene aldri blandes. Imidlertid har Al-sement oppvist så alvorlige
svakhetstegn under varmt og fuktig klima at den i dag ikke er tillatt brukt i konstruksjonsbetong
i Norge.
Til spesielle formål kan den likevel med fordel an
vendes . Svakheten ved Al-sement er at reaksjonsproduktet
CaO-A12O3-10H2O
(CAH10) er ustabilt i fuktig miljø når
temperaturen kommer over ca.
20°C.
Det dannes da nye
Kap. 20 - 25
krystaller av C3AH6 av samme størrelsesorden som CAHiqkrystallene, men overgangen medfører så stor volum-
reduksjon at porøsiteten øker sterkt.
Denne porøsitets-
økningen medfører et fasthetstap på opp til 70 %.
Det
finnes flere eksempler på konstruksjoner av Al-sement som har falt ned av denne grunn.
20.3
VANNET
Vann til betong skal ikke inneholde forurensninger
av en slik art eller i slike mengder at det er skadelig for betongen eller armeringen.
Det skal ikke brukes
vann som gir lavere mørtelfasthet enn 90 % av den fast
het som oppnås ved bruk av destillert vann.
Det skal
heller ikke brukes vann som påvirker sementens størknings-
tid i for stor grad. Rent sjøvann kan brukes hvis betongens totale klorid innhold ikke overstiger 1,0 masseprosent av sementvekten.
Hvis det samtidig brukes tilsetnings-
stoffer som kalsiumklorid og hvis det er snakk om spennbetongkonstruksjoner , kan ikke sjøvann brukes.
Bruk av sjøvann øker faren for skadelige saltutslag og
armeringskorrosjon.
Avløpsvann, eksempelvis fra industri, kan være direkte farlig som blandevann for betong.
Har man mis
tanke om at slikt vann kan foreligge, må man få gjennom
ført en vannanalyse.
Det er spesielt SO3-innholdet og
innhold av organiske stoffer, framfor alt sukker som er
farlig.
Sukker må det ikke finnes målbare mengder av da
dette hindrer betongens herding.
20.4
TILSLAGSMATERIALER
Tilslagsmaterialene til betong kan bestå av naturlig forekommende sand-, grus- og steinmaterialer, av nedknuste
Kap. 20 - 26
materialer eller en blanding av begge deler.
Tilslags-
materialenes brukbarhet for betong karakteriseres av
forskjellige egenskaper der de viktigste er petrografisk sammensetning, korngradering, kornform, overflateruhet, densitet og eventuelle forurensinger.
I andre land der
tilgangen på gode tilslagsmaterialer er dårligere enn
i Norge, kan det være viktig å undersøke andre egen skaper .
Opprinnelse - petrografisk sammensetning
20.4.1
Alle grusforekomster har sitt opphav i omkring
liggende fjell og transportavstandene er relativt små.
Det er vanskelig å generalisere, men hovedtendensen er at Østlandet, Sørlandet,
Sør-Vestiandet og Indre
Finnmark har gode bergartsmaterialer mens Vestlandet, Trøndelag og Nord-Norge forøvrig har dårligere fore
komster . Petrografisk sett bør tilslag til betong bestå av
tilstrekkelig værbestandige materialer.
Porøse,
skifrige,
forvitrede eller sterkt glimmerholdige bergarter bør ikke brukes.
Tilslaget skal ikke inneholde alkalireaktive
materialer
(aktive silikat-komponenter)
eller andre
stoffer som kan virke skadelige på betongens egenskaper. Kornene bør ikke ha flisig eller stenglig korn form, de bør ikke ha glatt eller fet overflate og de skal ikke ha belegg av leire eller lignende som hindrer god heft. De vanligste bergarter, granitt og gabbro, gir
gode og sterke partikler i tilslaget med normalt gode heftegenskaper.
Fyllit består av vannholdige silikater som kan forårsake alkalireaksjon .
rhyolitt, andesitt o.fl.
Sure vulkanske bergarter som som bl.a.
inneholder vulkansk
glass eller opal, reagerer på samme måten.
Sulfatholdige bergarter må det advares mot både fordi herdingen kan bli alvorlig påvirket, styrken
Kap.
27
20
redusert og den ferdige betongen kan sprekke.
Innhold av svovelkis og magnetkis i knust fjell kan være et problem og reaktiviteten må undersøkes.
I
naturgrus regnes kisen ikke å være farlig da den forlengst har forvitret. Glimmer
(spesielt muscovit)
i sandfraksjonen er
uheldig ved at den omgir seg med 7 ganger tykkere lag
adsorptivt bundet vann enn kvarts eller feltspat.
Til
slaget blir vannkrevende med alle de uheldige konse kvenser dette har.
20.4.2
Korngradering I tilslaget bør korn av forskjellig størrelse
forekomme i et visst innbyrdes forhold.
De hulrom som
finnes i en tett pakning mellom de største kornene skal
fylles av stadig mindre korn.
Resterende hulrom skal
fylles av sementpasta som dessuten skal omgi hvert korn
med et bindesjikt som limer partiklene sammen.
En
riktig tilpassing av korngraderingen har derfor stor
betydning for sementpastabehovet og vannbehovet i betongen.
Fig.20.4
Siktekurver for tilslagsmaterialer.
Kap.
20
28
Korngrader ingen karakteriseres med en siktekurve
som vist i fig.
Siktekurven bestemmes ved sikting
20.4.
av det aktuelle tilslaget gjennom, sikter med stadig
minkende maskevidde som vist i fig.
20.4.
Den kumula
tive sikterest på hvert sikt veies og kurven kan tegnes opp.
Data etter en sikteanalyse for sand og stein er Tilslagets Di00 defineres som den
vist i tabell 20.4.
sikt der 99 % av tilslaget passerer.
I praksis settes
Dloo lik det minste sikt der 100 % av tilslaget passerer.
Sanden i tabell 20.4 sies derfor å ha DjOo = 4 mm. Sikteanalyse av sand og stein.
Tabell 20.4
iMaskevidde i mm ISO
Sand Sikterest i vekts %
Stein
Beregning av finhetsmodul
Sikterest i vekts Q, O
Beregning av finhetsmodu 1
64
0
0
0
0
32
0
0
1
0,01
16
0
0
35
0,35
8
0
0
68
0,68
4
0
0
100
1,00
2
8
0,08
100
1,00
1
23
0,23
100
1,00
0,5
48
0,48
100
1,00
0,25
74
0,74
100
1,00
94
0,47
100
0,50
0,125
L _
Sum = FM:
FMs=2,00
FMn.-6,54 I-- st___ _________
Fingrus defineres som korn med diameter mindre enn 8 mm,
sand mindre enn 4 mm og stein større enn 4 mm.
I
naturlige forkomster spenner ofte graderingen både over sand- og steinområdet.
Dette kalles samfengt masse og
tilfredsstiller sjelden kravet til en god siktekurve. Sikting i flere fraksjoner og deretter sammensetning til ønsket gradering er ofte nødvendig.
Kap.
20 - 29
Korngraderingen karakteriseres også med tilslagets finhetsmodul , FM.
Utregningsmetoden er vist i tabell
20.4 der det går fram at på det fineste siktet skal bare halve sikteresten tas med.
Finhetsmodulen karakteri
serer siktekurven på en dårlig måte fordi vidt forskjellige
siktekurver kan gi samme FM. Tilslag med diameter mindre enn 0,125 mm kalles fillersand.
Det er gunstig at tilslaget inneholder noe
fillersand for å redusere faren for bleeding, men for
stor fillermengde er uheldig ved at tilslaget får unødig høyt vannbehov.
20.4.3
Kornform Kornformen innvirker på hulromsvolumet og til
slagets samlede overflate.
Flisige partikler pakker seg
eksempelvis vesentlig dårligere enn runde og de vil derfor gi en åpen gradering som øker sementbehovet.
Korn
formen angis vanligvis ved en visuell subjektiv vurdering
som "runde",
"kubiske",
"avlange" eller
"flate".
Mer
objektive metoder finnes også.
20.4.4
Over flateruhet - tekstur
Tilslag skornenes ruhet har betydning for den totale spesifikke overflate for et tilslagsmateriale samtidig
som pakningsgraden påvirkes.
En ru overflate vil ha
større overflate og vil derfor trenge mer vann og sement. Knuste materialer vil få en mer ru overflate enn natur
materialer.
Sandfraksjonen av et knust tilslag vil
derfor ha vesentlig større spesifikk overflate enn
steinfraksjonen og bidrar derfor sterkere til betongens vannbehov.
Det er derfor uten vesentlige problemer at
knuste steinmaterialer
(pukk)
blir brukte i betong.
Sanden bør derimot være natursand. Heftfastheten mellom sementpasta og kornenes over flate påvirkes også av ruheten ved at ru overflater gir bedre heft.
Kap.
20.4.5
20-30
Densitet Tilslagets densitet er avhengig av mineral-
sammensetningen og porøsiteten.
For normale tilslags-
materialer i Norge ligger densiteten omkring 2700 kg/m3.
Lav densitet indikerer en uheldig høy porøsitet. 20.4.6
Innhold av forurensninger
De vanligste forurensninger i tilslaget er humus-
innhold, slam og leire.
Industriavfall kan også være
årsak til spesielle forurensningsproblemer.
Humusinnhold oppstår ved forråtnelse av planter. I store nok mengder kan de redusere betongfastheten
ved tidlig alder.
En orienterende metode for måling av
tilslagets humusinnhold er beskrevet i Norsk Standard. Resultatene fører ikke alltid til entydig korrelasjon
med betongens herdningsutvikling.
Humusinnvirkningen
kan motvirkes ved tilsetning av små mengder kalsiumklorid.
Usikkerheten vedrørende innhold av leire og slam
Mindre mengder av disse fine
i tilslaget er også stor.
partiklene synes å forbedre betongegenskapene ved at de virker som filler og binder overflødig vann.
mengder virker uheldig. er usikkert.
Store
Hvor den kritiske grense går,
Hvis leire og slam sitter sa fast på
overflaten av de store steinkornene at de ikke løsner
i blandemaskinen, kan også små mengder være skadelige. Den sikreste måten å undersøke dette på er å lage prøve-
blandinger. 20.4.7
Foredlingsprosesser
Kvaliteten av tilslagsmaterialene, spesielt sand-
fraksjonen avtar med tiden som følge av at de beste
forekomstene tar slutt.
Det blir derfor etter hvert
nødvendig å foredle de naturlige tilslagsmaterialene .
Den mest vanlige foredlingsprosessen er å sikte
Kap.
20-31
tilslaget i flere fraksjoner og deretter sette det sammen igjen i det ønskede blandingsforhold.
Mange naturlige tilslag har for lite innhold i området 2,5-4,5 mm,
siktekurven viser en "sandpukkel"
som gir åpen gradering.
Dette kan rettes på i en
kontinuerlig prosess ved at en del av materialet med
mindre korndiameter fjernes. Forskjellige vaskeprosesser kan også redusere effekten av en "sandpukkel" samtidig som materialene
vaskes og uheldige mangder finstoff kan fjernes. Fri glimmer kan også reduseres ved vasking, likeledes humusinnhold.
20.5
TILSETNINGSSTOFFER Tilsetningsstoffer defineres som stoffer som til
settes betongen under blandingen i tillegg til sement,
vann og tilslag i den hensikt å forbedre betongens egenskaper i en eller annen retning. Betongens egenskaper reguleres først og fremst
ved å variere blandingsforholdene mellom delmaterialene. I tillegg brukes i dag ofte tilsetningsstoffer for
ytterligere regulering av egenskapene i ønsket retning. Mangler ved betongen som eksempelvis kan skyldes feil
aktig proporsjoner ing, kan tilsetningsstoffene vanligvis
ikke råde bot på. Tilsetningsstoffene har som regel en kombinert
virkning idet de innvirker på flere av betongens egen skaper .
Slike bivirkninger kan være både gunstige og
ugunstige.
Ved bruk av tilsetningsstoffer må man derfor
vurdere den samlede virkning.
Tilsetningsstoffenes
virkning varierer med flere faktorer, eksempelvis både
sementen og tilslagets karakter.
Stoffene bør derfor
i hvert enkelt tilfelle prøves og tilpasses forholdene.
Kap.
20
32
I det følgende skal de viktigste klassene av tilsetningsstoffer gis en kort omtale.
Alle stoffer
skal underkastes en offentlig godkjenningsprosedyre
før de kan omsettes. Klasse L:
20.5.1
Luftinnførende
Denne klasse omfatter i dag de mest brukte
tilsetningsstoffer og blir derfor omtalt først.
Hovedhensikten med bruk av luftinnførende tilsetningsstoffer er å øke luftmengden i sementlimet for på den
måten å øke betongens frostmotstand. Tidligere var det vanlig å stille krav til total luftporemengde i betongen,
men det er blitt mer og mer klart at total luftmengde er av underordnet betydning i forhold til porenes størrelse
og fordeling i massen.
For at luftporene skal fungere
som avlastere ved frostsprengning, må midlere avstand mellom dem (avstandsfaktoren) være mindre enn ca. 0,2 mm.
Dette kan oppnås ved at luftporene er små og uten at total luftmengde øker særlig mye.
Avstandsfaktoren
måles ved hjelp av mikroskoper ing på planslipte prøve stykker . Effekten av luftinnførende stoffer påvirkes av mengde tilsetningsstoff, av sementtype og mengde, av
tilslagets art og gradering, av vannmengden, av andre tilsetningsstoffer og av blandemaskintype og blandetid.
Av positive bivirkninger kan nevnes forbedret bearbeidbarhet eller nedsatt vannbehov for en gitt konsistens.
Erfaringsdata viser at vannmengden kan
reduseres med ca.
5 1 pr. m3 betong for hver prosentenhet
luft utover det normale.
Dette har sin årsak i luft-
porenes kulelagervirkning.
Den viktigste negative bivirkning ligger i at
økende luftmengde reduserer betongens fasthet. Fastheten
avtar erfaringsmessig med ca.
økning av luften.
5 % for hver prosentenhet
Det reduserte vannbehovet gjør dette
problemet noe mindre.
Kap. 20 - 33
Andre egenskaper ved betongen er lite og ikke påvirket av luftinnførende stoff.
Uten bruk av luftinnførende stoff vil luftinn holdet normalt ligge i området 1-3 vol%.
Ved bruk av
tilsetningsstoff kommer det vanligvis opp i 4-6 vol%. Klasse P:
20.5.2
Vannreduserende
(tidl, plastiserende)
Vannreduserende tilsetningsstoffer har som hovedhen
sikt å forbedre betongens bearbeidbarhet ved konstant v/c— tall eller redusere v/c-tallet ved uendret konsistens.
Ofte velger man en mellomting. at stoffene letter
fuktingen
ved en dispergerende virkning.
Effekten oppnås delvis ved av de faste partiklene og Ofte virker også disse
stoffene som luftinnførende. Det er naturlig å dele P-stoffene i de med retarderende
virkning og de uten retarderende virkning. P-stoffer med retarderende virkning er mest brukt og
består av derivater av lignosulfonater og/eller carboxylsyrer.
Den retarderende virkningen på betongens størkning
øker med doseringen og setter grenser for hvor sterk dosering som kan brukes. denne grunn.
Den vannreduserende effekten avgrenses av
I grovere konstruksjoner blir overdosering av
P-stoffer med retarderende virkning brukt med store fordeler. P-stoffer uten retarderende virkning er av nyere dato
og blir også kalt "superplastiserende" tilsetningsstoffer. De består av kondensater av melamin eller naftalen med formaldehyd.
Siden stoffene ikke medfører retardasjon av betongens
størkning, kan de brukes i større mengder og man kan oppnå
såkalt "flytebetong", dvs. betong som flyter også ved bruk av lave v/c-tall.
Stoffene har sin største berettigelse for
høyere betongkvaliteter og i elementproduksjon.
I visse
situasjoner kan det være et problem at virkningen er sterkt
avgrenset i tid, ned til 0,5-1 time.
P-stoffer uten retar
derende effekt er dessuten vesentlig dyrere i bruk enn P-
stoffer med retarderende virkning.
De bør derfor brukes
med vesentlig større omtanke enn tidligere.
Kap.
Klasse A:
20.5.3
20
34
Akselererende
Akselererende tilsetningsstoffer har som hoved
hensikt å øke sementens hydratasjonshastighet .
Derved
oppnås en høyere temperatur i betongen og nødvendig
oppnås
fasthet
etter kortere tid.
Denne positive
effekten er det spesielt viktig å utnytte ved støping i vinterhalvåret og når man av en eller annen grunn vil
avforme betongen snarest mulig. Det vanligste akselererende tilsetningsstoffet
i dag er kalsiumklorid
(CaCl2), også kjent som "veqsalt".
For praktiske formål ligger doseringen i område 1-2 %
av sementvekten og fasthetsøkningen er betydelig
(dvs.
opp i over 30 %), spesielt de første døgn. Bruk av kalsiumklorid som tilsetningsstoff har en
del negative sider som man må være oppmerksom på. Risikoen for korrosjon av armeringsstålet øker.
Det er derfor ikke tillatt å bruke CaCl2 sammen med sjø vann, ikke i spennbetongkonstruksjoner og ikke når det brukes sulfatresistent sement. Det forskes for tiden videre hva angår berettigelsen av sistnevnte forholdsregel.
Nye
data tyder på at sulfatresistent sement, ikke er dårligere til å bremse klorioners inntregning enn andre portland-
sementtyper.
Det er dessuten minst like viktig som ellers
at støpearbeidet blir godt utført. Betongens uttørkingssvinn øker noe ved bruk av
CaCl2.
Dette øker faren for svinnsprekker tilsvarende.
Frostmotstanden blir betydelig redusert ved bruk
av CaCl2.
Dette problemet kan rettes opp ved samtidig
bruk av luftinnførende stoff. 20.5.4
Klasse R:
Retarderende
Retarderende stoff skal først og fremst forsinke betongens normale størkning.
Denne effekten er ønskelig
foran opphold i støpearbeid for å unngå støpeskjøter, ved lange transportavstander, ved støpning av massive
Kap. 20 - 35
konstruksjoner for å fordele varmeutviklingen over
lenger tid, ved glidestøp i spesielle tilfeller og ved produksjon av fasadeelementer der overflaten skal vaskes
etter avforming. Retarderende stoffer virker ofte også noe inn på herdningsforløpet ved at fastheten blir noe mindre de
første døgn.
De aktuelle retarderende stoffer er stivelse- og celluloseprodukter ,
En
sukkerarter og syrer og salter.
og samme retarder kan gi forskjellige effekter ved bruk av forskjellige sementer.
En bør derfor prøve seg fram
til den mest hensiktsmessige dosering.
20.5.5
Klasse I:
Injeksjonsstoffer
Injeksjonsstoffer blir brukt i injeksjonspasta
eller -mørtel, eksempelvis for innstøping av forspente stål i spennbetongkonstruksjoner.
Injeksjonsstoffer
skal bidra til å øke massens frostmotstand og gjøre
den mer lettflytende.
Den skal virke noe ekspanderende
for å fylle kanaler o.l. helt og det må bidra til å få
bort separasjonstendens. 20.5.6
Klasse T:
Tetningsstoffer
Dette er tilsetningsstoffer som ved sin vannavvisende og/eller poretettende virkning bidrar til å
redusere betongens vannoppsugning. 20.5.7
Klasse PZ:
Pozzolaner
Pozzolaner består hovedsakelig av amorfe kiselsyrer som reagerer kjemisk med det lett løselige kalsiumhydroksydet fra sementreaksjonen.
Reaksjonsproduktet er tungt
løselig og betongens vanntetthet økes betraktelig.
Ned
Kap. 20
36
brytende væsker har derfor vanskeligere for å trenge inn.
Pozzolaner kan også reagere aktivt i betongen slik at
sementmengden kan reduseres uten at det går ut over fast heten .
Pozzolantilsetning til Standardsement vil føre til
noe retarderende virkning.
Denne klasse tiIsetningsstoffer har så å si ikke vært i bruk i Norge.
Silikastøv fra ferrosilisium-
industrien som nå kan innmales i Standardsement, er imidlertid et pozzolan med en rekke utmerkede egenskaper.
Prøving og godkjenning av tilsetningsstof f er
20.5.8
Et tilsetningsstoff blir bragt på markedet så snart man har oppdaget en positiv virkning på betong som synes å forespeile mulighet for salg. Det betyr imidler
tid ikke at man kan vente seg det samme positive resultat med andre sementer og tilslag.
Det er også fare for at
den positive virkningen kan være ledsaget av uheldige
bivirkninger på andre egenskaper. prøving
En relativt omfattende
av tilsetningsstoffer er derfor nødvendig.
Det
finnes i dag felles nordiske retningslinjer for prøving
av tilsetningsstoffer.
Stoffene skal i Norge ifølge
bestemmelser i Norsk Standard være prøvet etter de nordiske retningslinjene og tilfredsstille kravene som
disse gir før de kan markedsføres.
Denne prøving og
godkjenning er delegert til Forskningsinstituttet for Cement og Betong.
Gruppe for utførelse av kontroll.
SINTEF, NTH.
Også godkjente stoffer må brukes med kritikk. Både tilsiktede og uheldige effekter kan variere mye
avhengig av en rekke faktorer og den aktuelle dosering må finnes ved prøveblandinger under de stedlige
betingelser.
Kap.
20.6
20 - 37
FERSK BETONGS EGENSKAPER Generelt
20.6.1
Betong er en blanding av sement, vann og tilslag
der tilslagets viktigste oppgaver er å redusere betongens
pris, redusere uttørkingssvinnet og redusere varmeut
viklingen.
Sementpastaen danner limfasen.
Ved betongproduksjon stilles det en rekke krav
til betongen både i fersk og herdet tilstand.
Flere
krav kan være motstridende og problemene kan være kompli serte .
Sammenhengen mellom betongens sammensetning og egenskaper i herdet tilstand baseres på to fundamentale forutsetninger.
a)
Betongen må være fullgodt komprimert slik at
den fyller det volum den skal fylle og slik at store
luftporer blir drevet ut. b)
Delmaterialene må være jevnt fordelte i volumet
etter utstøpingen.
Disse forutsetningene stiller krav til alle deler av betongproduksjonen og utstøpingen.
20.6.2
Blanding av betong
Det generelle kravet til blandearbeidet er at alle tilslagskorn skal bli fuktet og omhyllet av sementpasta og at blandingen skal være homogen.
For å oppnå dette på mest mulig effektiv måte, brukes det normalt blandemaskiner.
De mest vanlige maskintypene
kan grupperes i frittfallsblandere og tvangsblandere.
I
frittfallsblandere roterer blandekaret om en skråstilt
akse slik at massen følger med oppover langs sideveggene og faller ned igjen.
Innvendige skjenner hjelper til med
å ta massen med oppover. karet om en vertikal akse.
I tvangsblandere roterer blande
Oppe i blandekaret roterer
noen skovler i motsatt retning om en vertikal akse noe
Kap.
20 - 38
til siden for blandekarets akse.
Skovlene er i kontakt
med karets bunn og vegg og tvinger fram en kraftig røring
i massen. Tvangsblanderen er mest effektiv og er derfor den
mest vanlige på større anlegg og på permanente betongfabrikker.
Fig.20.5 Trykkfasthet og dens sprednirfg avhengig av blandetid. ( Shalon & ;Reinitz )
Blandetiden påvirker betongens egenskaper som vist i fig. 20.5.
En blandemaskins kapasitet økes ved å redu
sere blandetiden.
Imidlertid bør ikke blandetiden reduseres
for sterkt da spredningen i betongens fasthet øker sterkt
og middelfastheten avtar som vist i fig.
20.5.
Minimal
blandetid ligger i området 1 til 3 minutt avhengig av blanderens effektivitet.
For lang blandetid er også
uheldig da dette gir økt temperatur, nedknusing av materi alene og økt vannbehov. 20.6.3
Bearbeidbarhet
Betongen må ha en slik sammensetning at den lar seg transportere, plassere og overflatebehandle tilstrekkelig
Kap.
20
39
lett uten å separere, den må være bearbeidbar.
Defini
sjonen er dårlig fordi denne "evnen" er avhengig av komprimeringsutstyret (vibrator eller ikke)
struksjonens form
og av kon
(trang eller åpen).
Bearbeidbarhet burde vært definert bare ved betongens iboende egenskaper i fersk tilstand så som elastisitet,
plastisitet, viskositet og kohesjon.
Dette lar seg vanskelig
gjøre i praksis på en enkel måte og man må i stedet gripe
til forenklede metoder for måling av betongens konsistens.
Innenfor normale betongsammensetninger gir forenklede metoder for konsistensmåling relativt godt uttrykk for
betongens iboende egenskaper.
Vanlige metoder for konsistensmåling i Norge er
slump- eller synkmetoden, Vebe-metoden og Thaulow-metoden. Slumpmetoden er vist i fig.
20.6.
(Ordet "slump" ble i
betongens barndom overtatt fra engelsk med meningen
"plutselig fall".)
Fig.20.6 Konsistensmåling ved slump - eller synkmetoden.
En metallkonus blir fyllt opp etter bestemte regler. Konusen løftes opp og betongen siger utover avhengig av
dens konsistens.
Størrelsen av denne sammensigingen måles
og angir betongens slump eller synkmål.
Metoden passer
best for måling av "stiv" betong og bløtere som vist i
tabell 20.5.
20 - 40
Kap.
Vebe-metoden er bedre for tørre og stive blandinger.
Metoden er vist i fig. 20.7. måleren mens den fylles.
Konusen står oppi Vebe-
Konusen fjernes, en glassplate
plasseres oppå betongen og vibrasjonen settes i gang.
Den tid i sekunder som går med inntil betongen fyller helt ut under glassplaten kalles Vebe-tall eller Vebegrader og det gir et mål på betongens bearbeidbarhet.
Fig.20.7
Konsistensmåling ved Vebe-metoden.
Thaulow-metoden blir noe mindre brukt i dag og den skal ikke forklares her.
Resultatene faller stort sett
sammen med resultatene etter Vebe-metoden.
Det finnes
også en del andre metoder.
Konsistensmåling definerer ikke betongens bearbeid barhet fullt ut.
Betongen kan i tillegg karakteriseres
subjektivt som "harsk"
(mye stein),
"fet"
(mye sement)
eller klebrig. I praksis kan ikke den ønskede konsistens fore skrives med ett bestemt tall, men innenfor et bestemt
område.
Tabell 20.5 viser en oversikt over betegnelsene
Kap.
20-41
på konsistensområdene og tilsvarende slump- og Vebeverdier. Konsistensbetegnelser og måleverdier
Tabell 20.5 Betegnelse
Symbol
Slump (cm)
Vebe (sek)
Jordfuktig
J
—
32-18
Meget stiv
MS
—
18-10
Stiv
S
3)2 I de fleste naturlige vanntyper er den vesentlige
del av CO2 til stede bundet til det oppløste bikarbonat.
I tillegg finnes en mindre del som fri CC>2 for å opp
rettholde den kjemiske likevekten ifølge ligningen. Denne delen kalles fri CO2, men den er ute av stand til
å løse ut mer kalk.
løsningen fortsette. derfor aggressiv CO2.
Kommer det mer fri CC>2 til, kan ut
Dette overskuddet av fri CO2 kalles Det finnes utarbeidede diagrammer
som ut fra en analyse av fri CO2 og CO2 bundet som bi
karbonat,
raskt gir svar på hvilken andel av den fri CO^
som må betraktes som aggressiv.
Den kan også bestemmes
direkte ved at en vannprøve tilsettes kalksteinspulver
som løses proporsjonalt mengden av aggressiv CO2
2 pr liter foruten den opprinnelige mengde, altså 9 vanntyper i alt.
De brukte nå disse vanntypene til
kontinuerlig ekstraksjon av herdet nedknust karbonatisert
sementpasta.
Karbonatiseringen var utført for å etter
ligne overflaten på betong i praksis og resultatene av speiler således det utvendige angrep på betong.
Resultatene fra ekstraksjon i 172 timer ved 3 passasje av 250 cm vann pr time gjennom 10 g sement, pastakorn av dimensjon 1 til 2 mm,
sees av fig. 28.3 hvor x-
aksen angir totalhardheten. Ser vi først på virkningen av destillert vann,
Kap. 28-9
så ligger dette aller høyest i utløst
jfr. y-aksen, mengde CaO.
Økes innholdet av fri CO2,
faller pH-verdien
og angrepet på betongen Okes i farlig grad.
Samtidig
sees av kurveforløpet mot høyre at angrepet avtar raskt om vannet får ta opp de vanlige salter og dermed øker
Altså utgjør både den bløte og den
sin hardhetsgrad.
sure karakter hos våre høyfjellsvann et faremoment over Til orientering er det inn
for karbonatisert betong.
tegnet en aktuell vanntype, nemlig Bordalsvann, leverer vann til Tokkeanlegget.
som
"B",
Vi ser at dette ligger
meget nær det destillerte vannet på fig. 28.3 og reflek
sjonene gjør seg selv. Tilsvarende forsøk med de samme 9 vanntyper an vendt på ukar bona tisert sementpastakorn er gjengitt på fig. 28.4.
Disse resultater avspeiler utløsningen inne
i betong. Her må vi være oppmerksom på at resultatene som
følge av metodens bruk av nedknust sementpastakorn,
ikke
kan gi resultater helt i samsvar med forholdene ved gjennomstrømming av vann inne i betong.
Der får vi som
før nevnt karbonatutfel1 ing i yttersjiktet, og etter å
ha avgitt CO2 opptrer alle vanntyper deretter som det
Men for forholdene i over-
destillerte CO2~frie vann,
flaten og like under denne kan forsøkene sies å være "B" V" |
1800 ^□5
E 0 0 0
l/)
1600 1400 1200 1000
D"
"S
H=4,6
P_Hh5'] 80 mg aggr CO2 PH=6,5
pH-4,8
800 600 400 200 OL-i 0
pH-6,6 30mg aggr. CO2 £^“7^4 0-4mg aggr. CO2 5
10
o
pH=7,5 1
Total hardhet, dH Fig. 28.3
Utløst CaO fra herdet, sementpasta (1).
karbonatisert
Kap.
28 - 10
helt representative for det som skjer i praksis.
Ser
vi også her på resultatet etter 172 timer, så ligger det destillerte,
karbonsyrefrie vann "V",
for seg med meget stor kalkløsende evne.
i en klasse
Økes CO2~inn-
holdet reduseres utløsningen av kalk så lenge vi har med så bløtt vann å gjøre.
Altså: Vannets bløthet er
da en helt avgjørende faktor. Hva angår det harde vannet "D" er effekten av fri CO2 ganske det omvendte idet utløsningen øker sterkt
Fig. 28.4
Utløst CaO fra herdet, ukarbonatisert sementpasta (1).
Under henvisning til figurene kan oppsummeres: Destillert
(bløtt)
og CC^-fritt vann øker sin
løsningsevne meget sterkt ved overgang til ukarbonati
sert sementpasta,
nemlig fra ca 800 til ca 2800 mg
CaO/liter i løpet av 172 timer.
fritt Stockholmsvann,
Det samme gjør CO2~
(fra 200 til 1400), mens CO2~fritt
hardt vann ikke øker utløst mengde,
(konstant ca 80 mg
CaO/liter).
Kalkbegjærligheten hos det bløte vannet kommer
Kap.
28 - 11
altså ytterligere sterkt til syne overfor ukarbonatisert pasta.
Ser vi på den annen side på virkningen av meget CC>2 i vannet,
80 mg/1, ligger kurvef or løpet i de to
figurene temmelig likt.
Det vil si at det spiller mindre
rolle om betongoverflaten er karbonatisert eller ikke eller om vannet er bløtt eller hardt. Vi ser av det som her er vist at betong som er
utett nok til å bli utsatt for gjennomstrømming av høy-
fjellsvann går jevnt og sikkert sin ødeleggelse i møte og
det med en fart som langt overstiger hva de andre vanntyper kan oppvise.
Dambygg som står under slike forhold
stiller derfor de strengeste krav til betongens tetthet om ikke farlige angrep skal komme. granitt etc.
kan ikke nøytralisere CO2,
CaCO
+ CO
sementen må
Kalkstein er nyttig,
bære angrepet alene.
jo CO :
Tilslag, kvarts,
den forbruker
+ H?O -> Ca(HCO )?.
BETONGENS KJEMISKE STABILITET OVERFOR SJØVANN
2 8.4
I sjøvann finnes en rekke salter som kan gi opp
hav til en serie av reaksjoner som forløper samtidig. De viktigste ioner i sjøvann er Na+, Mg++, Ca++, Cl
og SO^
.
Disse ionene kan eksempelvis reagere med
kalsiumhydroksydet i betongen: Ca (OH) 2 + 2NaCl
CaCl2 + NaOH
På grunn av disse salters nærvær øker altså oppløseligheten av Ca(0H)2 i betongen dersom sjøvannet
kommer inn i denne. Magnesiumsulfat, MgSO^ Hovedangrepet kommer fra dette saltet.
Det rea
gerer kvalitativt etter følgende ligning med tobermoritt: (1)
3CaO-2SiO2 • 3H20+3MgS04 + 6H20 tobermoritt 3(CaSO4‘ 2H2O)+3Mg (OH) 2 + 2SiO2
gips
Kap.
28
12
Denne reaksjonen blir drevet mot høyre ved at magnesiumhydroksydet , Mg(OH)2, er tungtløselig og felles
ut.
På samme vis kan MgSO^ reagere med det frie kalsium-
hydroksydet i betongen under dannelse av Mg(OH)2 og gips: (2)
Ca (OH) 2+MgS04+H20
Mg (OH) 2+CaSO4 • 2H2O
For det tredje reagerer det med hydratisert kal-
siumaluminat: (3)
Al 3CaO *
2O3 * 6H20+3MgS04 + 3Ca (OH) 2+nH2O = 3Ca0-Al2O3 • 3CaSO4 • 32H2O+3Mg (OH) 2
Etringitt Denne siste reaksjonen som ledsages av en sterk
volumutvidelse på ca 330 %,
foregår heldigvis bare i
beskjeden utstrekning i sjøvann.
Dette skjønner vi av
den ting at betongens ekspansjon ikke er skremmende stor. Angrepet kommer mer i form av erosjon og utvasking.
Laboratorieforsøk med MgS04~oppløsninger har vist at eks pansjonen (og skaden) reduseres ved tilsetting av klorider. Sjøvannets innhold av klorider er altså en fordel for
betongen når det gjelder sulfatangrep. Etringitten kan ved tilgang av mer MgSO4 eventuelt
også dekomponeres igjen til hydratisert A12C>3, gips og Mg(OH)2-
Selv om sprengvirkningen dermed reduseres,
dog bindestoffet ødelagt.
er
Som følge av det hydratiserte
kalsiumaluminatets reaksjoner med sjøvannets magnesium-
sulfat
(lign.
hersker det stort sett enighet om at
3)
innholdet av C3A i den opprinnelige sement ikke må være
for høyt.
Grensene for tillatelig nivå kan finnes angitt
forskjellig fra nærmest intet til 6-7 % beregnet C3A.
Som tidligere vist i kap.
sement 10-12 % C3A. skal ha < 5 %.
20.1.4 har standard portland-
Amerikansk sulfatresistent sement
(Med sistnevnte typer må man ikke bruke
CaCl2-tilsetning,
jfr. NS 3474,
pkt. 2.5.3.)
Kap.
28 - 13
Å finne fram til den mest motstandsdyktige
sementtype for sjøvannsbetong er en meget viktig oppgave for et land som Norge med sine mange havneanlegg og etter
Statens Havnevesen har
hvert også betongplattformer.
stadig hatt forsøk gående med utlagte betongprøver langs
kysten,
Likevel utgjør sement-
spesielt ved Berlevåg.
typene bare en av faktorene. av kaianlegg mv.
Amerikanske undersøkelser
i praksis har vist at de betongtekno-
logiske faktorer også her er ganske avgjørende,
jfr.
Hadley (4). Han får støtte av en rekke fagfolk i det syn at skadene i sjøvann kunne unngåes helt ved å sikre seg mot:
a)
dårlige bearbeidelse ved støpingen
b)
utilstrekkelig sementinnhold
c)
overskudd av vann
d)
uheldig gradering av tilslaget
e)
dårlige korn
(somme tider fant en at det ble brukt
lite motstandsdyktig feltspat som tilslag). I sin ytterste konsekvens skulle dette syn inne bære at sementtypen ikke skulle
ha
noen innflytelse.
Selv om man må innrømme at laboratorieforsøk ikke kan tillegges samme vekt som erfaringer fra praksis når disse vel å merke er basert på systematisk planlagte arbeider, så er laboratorieforsøkene dog temmelig overbevisende og
talende til fordel for sementer med begrenset C^A-innhold. At forsøk i praksis ikke alltid avspeiler dette forhold,
kan like meget skyldes at man ved den praktiske arbeids
utførelse ikke har maktet å gi alle sementer like beting elser.
Publiserte NTH-forsøk,
(13), bekrefter helt ut
dette syn på C^A-innholdet.
En betong som forvitrer kjemisk i sjøvann anrikes som vist i ligningene på hydratisert kiselsyre og Al^O^,
og fram for alt Mg(OH)2, mens kalkinnholdet avtar.
Kai-
pilarer av porøs betong viste ved analyse av den ødelagte
betongen at opptil 80 % av CaO-innholdet var utløst mens MgO-mengden var økt med opptil 14 ganger det normale,
(13).
MgO-økningen er i tillegg til reaksjonene
også
(1)
til
(3)
Kap.
28 - 14
en følge av reaksjonen: MgCl2 + Ca(OH)2 -> Mg (OH) 2 + CaCl2
I motsetning til magnesiumhydroksydet er kalsiumkloridet
lettløselig og lutes ut.
Betong av ikke altfor stor tykkelse vil i sjøvann oftest vise tegn på slik utvasking av kalk, mens tykkere betong hvor vannet bare kommer til i beskjedne mengder,
oftest viser tegn til ekspansjon.
Angrepet øker med
temperaturen og influeres av sementtypen som er brukt. Karbondioksyd i sjøvann Under visse forhold i bukter og havner hvor sjø
bunnen dekkes av organiske stoffer som produserer karbon
dioksyd, kan karbonsyren bli et problem.
Hvis ikke kar
bonsyre ledsages av økt karbonatinnhold, vil aggressiv CC>2 angripe betongen.
dette.
I USA har man funnet eksempler på
Der angir man at sjøvann med pH > 7,5 neppe løser
ut kalk mv.
som følge av C02, vann med pH = 7 er nær det
tolererbare og med pH < 7 er det overveiende sannsynlig
het for at C02~innholdet er for høyt og vil skade selv den best sammensatte betong av portland sement.
Angrep over høyvannslinjen
Erfaring har vist at de alvorligste angrep av sjøvann på betong inntrer like over høyvannslinjen, av snittene mellom høy- og lavvann angripes mindre og betong
som alltid er helt neddykket^er sjelden skadet.
Dette
skyldes følgende forhold: Ingen betong angripes hvis ikke vannet trenger inn.
Nå er ingen betong absolutt tett, men en god betong er så tett at inntrengningshastigheten er uten betydning dersom
betongen står helt neddykket.
Men i betong like over
vannlinjen vil sjøvannet stige oppover i betongen på grunn
av kapillarsuging.
Fordi vannet igjen kan fordampe, vil
Kap. 28
15
nytt vann kontinuerlig trekkes etter.
Sjøvannet angriper
da kjemisk som foran omtalt og derril kan det forekomme sprengende utkrystallisasjoner over vannlinjen.
I tillegg til dette er det i vårt kalde klima også det sistnevnte område omkring høyvannslinjen av betongen
som blir angrepet av frost og av bølgeslagene.
Armert betong er langt sterkere utsatt for for
vitring enn den uarmerte,
fordi sjøvannet ofte finner
veg til armeringsstålet og korroderer dette med spreng virkning til følge,
jfr.
(15).
I tilslutning til dette bør det nevnes at bruken
av sjøvann som blandevann for betong, har vært meget diskutert.
De fleste betongteknologer fraråder det an
vendt og særlig da i armert betong når det kan skaffes
ferskvann uten for store omkostninger, 2.3,
jfr. NS 3474 pkt
hva angår norske begrensninger.
I kalde strøk hvor frosten deltar i forvitringsprosessen er det fastslått at den mest effektive måte å beskytte betongen på mot angrep av sjøvann, er å la for
skalingen bli stående over det særlig utsatte område.
Den bør da være utført solid og av impregnert virke. Ulempen ved dette er at man da ikke har mulighet for a
kontrollere om man har fått fylt formen helt.
NTH-under-
søkelser har ettervist overraskende mangler i så hen
seende selv hvor vante folk har utført arbeidet.
Å
fjerne formen for inspeksjon og så legge den inntil
igjen, betviles sterkt med hensyn til likeverdighet i beskyttelsesevne.
28.5
BETONGENS KJEMISKE STABILITET OVERFOR JORD OG UNDERGRUNN De fleste undersøkelser som er utført på dette
bruksområde knytter seg til anvendelsen av betongrør i
jord i form av drenerings- og kloakkrør.
Rør er jo
relativt tynnvegget og skader som følge av grunnvannets
28 - 16
Kap.
angrep blir særlig følelige. Vi har sett i det foregående at vann kan inneholde
karbonsyre.
Mengden av denne kommer til syne i surhets
graden (reduserer pH-tallet).
Men vi har også sett at
det inneholder salter som kan være meget aggressive over for betong,
i første rekke sulfater.
Mengden av disse
kan ikke avleses av pH-tallet og en pH-verdi over 7,0 er
ikke nok til å gi oss trygghetsfølelse. grunnvannet må til.
En analyse av
I slike tilfelle hvor grunnvannets
sammensetning kan fastlegges og blir funnet tilstrekkelig stabilt, kan undersøkelse av dette legges til grunn.
(Analyseres på: pH, C02
(aggr.), sulfater.)
Faktorer 1)
Innholdet av aggressiv karbonsyre er en hovedfaktor.
2)
Lav surhetsgrad, pH, eventuelt som følge av innhold
av salter samt humussyrer. 3)
Innhold av sulfater.
I følge amerikansk angivelse
(5) vil SO^-innhold utover 25 mg pr liter være en
mulig kilde til angrep og dersom SO^-insiholdet andrar til noen hundre mg/1, må betorigen beskyttes.
Det er vanlig å sette 300-400 mg/1 som grense i
sistnevnte henseende.
Sulfatene er med andre ord
farligere når de finnes i grunnvann enn i sjøvann hvor mengden SO^ kan ligge mellom 2000 og 3000 mg/1.
(Totalt saltinnhold ca 35000 mg/liter.) I England har Ministry of Public Building and
angitt hvilke forholdsregler som bør tas i 3 de enkelte tilfelle med hensyn til sementmengde pr m
Works
(16)
respektive vannsementtall som funksjon av sulfatkonsen-
trasjonen. Oftest må en dog gripe til ytterligere analyse av
jordtypen for å danne seg et bilde av forholdene: I Sveits ble det i 1922 startet omfattende under
søkelser med betongrør som ble lagt ned i forskjellig artede jordlag
(6).
Resultatet av dette var at det
28
Kap.
Tabell 28.2
Forholdsregler anbefalt av Ministry of Public Building and Works, England (16).
Konsentrasjon av sulfat regnet som S03 I grunn vann mg/1
I jord Q.
300
0,2
300-1200
0,2-0,5
17
Anbefalinger
Sementmengde kg/m^ min.
Sementtype
Maksimum v/c-tall
Vanlig
280
0,55
Vanlig resp. BS 4027:1966
330
0,50
280
0,55
0,5-1,0
1200-2500
BS 4027:1966
330
0,50
1,0-2,0
2500-5000
BS 4027:1966
370
0,45
BS 4027:1966
370
0,40
> 5000
> 2,0
Hertil beskyttelse med asfaltemulsjon armert med glassfiber foruten virkningen av surt vann og sulfater ble definert to andre årsaker til skadene.
Den ene av disse var til
stedeværelsen av betraktelige mengder magnesiumkarbonat
eller bikarbonat i jorden.
Magnesiumkarbonatet førte
til utløsning av kalk fra betongen:
Ca (OH) 2+Mg (HCO3) 2
Mg (OH) 2+Ca (HCO3) 2
Den annen faktor var utbyttbare jordsyrer.
Visse jord
typer som ikke gir sur reaksjon ved rysting med vann, kan gi fra seg
hydrogenioner
ved en ionebyttereaksjon ved
rysting med et salt som f.eks. natriumacetat. Prøvingen 3 består enkelt i å ryste 100 g jord i 200 cm n Na-acetat i en time og titrere oppløsningen med 1/10 n NaOH med
phenolftalein som indikator.
Resultatet benevnes Bau3 mann-Gully-tallet og er lik cm forbruk av 1/10 n NaOH
pr 100 g jord.
Konklusjonen av de sveitsiske forsøk ble at betong rør burde beskyttes på egnet måte dersom:
Kap.
28 - 18
1)
Surhetsgraden pH i jorden var under 6,0
2)
Baumann-Gully-tallet var over 20
3)
SO^-innholdet var over 0,2 % i jord
4)
MgO-innholdet var over 2,0 % i jord Den viktigste kvalitetsegenskap ved rørene som
legges ned er vanntettheten.
(Ved dreneringsrør skjer
vanninntrengningen til rørene utelukkende gjennom Dette har vist seg å være tilfelle også ved
skjøtene.
rør av tegl idet veggene tetter seg etter kort tid.)
Forsøk med betongrør i jord har pågått ved Norges Land brukshøgskole
(7).
Svenske forsøk
(8)
med rør som var utsatt for surt
vann i en 10 års periode understreket betydningen av god
utførelse.
Rør som bare var håndstampet var tæret i
stykker, mens sentrifugerte rør var tilsynelatende helt uskadd.
Maskinpressede og maskinstampede rør viste mindre
skader. I disse forsøkene var det også med håndstampede
rør med forskjellige bestrykninger.
Impregnering med
varm asfalt viste at asfalten ble sprø med tiden, at den
så sprakk opp og løsnet fra betongen. dog av noenlunde god beskaffenhet enda, virkning var påviselig.
Selve rørene var
så en positiv
Impregnering med et annet pro
dukt ga noe bedre resultat, men aller best var altså rørene som i seg‘ selv var tette og av førsteklasses fabrikat da disse var uten skader.
Ut fra dette er det
enkelt å gi råd overfor kjøpere av betongrør: Kjøp bare
rør fra produsenter med moderne utstyr og forlang papirer
på at produktene er kontrollert og funnet tilfredsstillende i henhold til prøvningsreglene.
rør med mangedoblet levetid.
I så fall sikrer man seg
Videre bør kjøperen ikke
bruke for ferske rør, 3-4 måneders luftlagring bør de ha
for å bli tilstrekkelig karbonatisert, ved dette vist i fig.
Alunskifer:
jfr. fordelene
28.3 og 28.4.
Blant bergartene er det noen som kan
føre til store skader om de kommer i berøring med eller
i nærheten av betong, f.eks.
i fundamenter eller de blir
Kap.
19
28
brukt som tilslag i betong.
Disse bergartene består av
svovelholdige kiser som svovelkis,
(FeS^)
vekslende mengder magnetkis,(FeS).
og de kan ha
Særlig den sistnevnte
oksyderes lett når oksygen og vann kommer til og danner
da lettløselige sulfater som med vann kan føres til be tongen og angripe denne. I Alunskiferen i Oslo-området finnes en særlig lett
oksyderbar magnetkis, nemlig monoklin magnetkis, og denne
katalyserer også oksydasjonen av andre kistyper, fordi den foreligger finfordelt i blanding med disse (9, I første omgang oppstår ferrosulfat, FeSO^,
10).
som har stor
løselighet i vann selv ved så høy pH som inne i betongen,
dvs. pH over 10.
Reaksjonsproduktet er igjen dobbelfor-
bindelsen etringitt som skaper sterk ekspansjon.
Samtidig
felles noe toverdig jernhydroksyd som oksyderes til tre-
verdig og pH faller.
Ved lav pH vil sementkomponentene
bli mer ustabile og lettløselige.
Derfor antas en to
verdig jernsulfatoppløsning å gi en langt farligere og hurtigere virkning enn f.eks. natriumsulfat som omsettes
til gips uten merkbar endring av pH. Treverdig ferrisulfat, Fe2(SO^)2,
sur oppløsning, pH under 4,
danner en meget
og en skulle da gjerne tro
at en slik oppløsning må vise seg enda farligere overfor
betong.
Heldigvis er dette ikke tilfelle.
Tvert imot
så kan ferrihydroksyd ikke holde seg oppløst ved så høy
pH som ved betongoverflaten og følgen blir rask utfelling og tetting av overflaten i dette tilfelle. En fullt oppoksydert alunskifer som skaper en lav pH i løsningen er således ikke særlig farlig lenger for
betongen.
pH må eventuelt synke til under 3 før nevne
verdige jernmengder kommer i berøring med betongen.
An
grepet vil i så fall arte seg analogt angrep av svovel syre under dannelse av gips.
Jernet vil nemlig bli
utfelt før det rekker inn i betongen, mens sulfationet
går til angrep som svovelsyre. De vernetiltak man har å ty til er å hindre til
gang av oksygen til friskt alunskiferbrudd.
Dette kan
Kap.
28 - 20
skje ved asfalt- eller epoksybelegg og ved påstøpning
med betong.
Dersom det pipler vann fra alunskifer-
fyllinger eller skjæringer i alunskifer, bør vannet gjennomluftes godt og helst fortynnes med annet vann
før det blir ledet inn i betongrør eller kommer i be røring med betong i det hele.
28.6
ANGREP PÅ VEGBETONG AV TINESALTER
For å øke kjøresikkerheten brukes det somme steder store mengder tinesalter på vegene i vintertiden.
I første rekke er det natriumklorid, NaCl, og kalsium-
klorid, CaCl2,
som blir brukt.
På den ene side er dette
uheldig for bilene som utsettes for økt korrosjon.
På
den annen side går det også ut over den betongen som
Foreløpig
saltoppløsningen måtte komme i berøring med.
har ikke betongvegdekkene slått igjennom her i landet,
noe som igjen skyldes at disse trenger et ekstra godt
grunnarbeid som utelukker telehevning.
I det øyeblikk
man finner en økonomisk isolasjon mot telen^ vil en tro at betongvegdekker blir tatt i bruk i fullt omfang og da
melder saltproblemet seg også med full tyngde.
Hittil møter vi problemet særlig på bruene av
armert betong og på fortau av betong som under trafikken oversprøytes av saltholdig vann.
Som topplag på brudekkene legges det som regel asfaltdekke, hvilket ikke har vist seg å ha noen beskytt ende virkning.
Tvert imot synes det som om et slikt lag
bevirker økt metningsgrad i betongen med hensyn til vann
og salt.
Det er nærliggende å anta at osmotiske effekter
bidrar til dette.
Asfaltlaget hindrer avdunsting i tørre
perioder, mens det ikke er tett nok til å forsegle mot inntrengning av vann ovenfra.
Store frostskader på be
tongen blir følgen og reparasjoner må til.
Et eksempel
er Nydalen-brua som ble reparert ved hjelp av epoksy-
mørtel på betongen i 1968-69.
Også Elgesæter bru har
Kap.
28 - 21
hatt slike skader, og lignende forhold rapporteres fra Sverige og andre land. I Tyskland har man studert tinesaltenes innflytelse
på betong ved laboratorieforsøk over en 10-års periode fra 1960 av
(17,
Alle forsøk tok sikte på deres
18).
motorveger av betong uten asfalt.
De anbefalinger man
er kommet til, kan oppsummeres slik: 1)
Frostbestandige tilslag må brukes.
Summen av
skal for betong med 30 3 mm maksimalkorn ligge mellom 350-400 kg/m .
sement og finstoff under 0,2 mm,
2)
v/c-tallet skal ligge omkring 0,55, og når egnet
luftinnførende tilsetningsstoff er brukt,
kan det heves
til 0,70.
3)
Luftinnholdet bør utgjøre minst 4,5 % for betong
av liten maksimalstørrelse på steinen
(7 mm).
For større
maksimalstørrelse kan det tillates redusert noe fordi 3 volumet av sementmatriks pr m betong da er mindre.
4)
Betong vegdekke av høy kvalitet og med foreskrevet
luftinnhold som legges senhøstes kan motstå påkjenningen av tinesalter dersom betongen har oppnådd høy fasthet
(høy hydratasjonsgrad)
og i det minste har hatt anledning
til å avgi en del av overskuddsvannet som var nødvendig
for dekke-produksjonen. 5)
En impregnering av betongoverflaten med linolje-
ferniss eller med epoksy-løsninger kan helt utelukke de
mindre frostskader som kan inntre i tilfelle 4 på et nylig lagt dekke i løpet av den første vinteren. vinteren overstått uten skade,
Er den første
skjer det en gunstig ut
tørking i løpet av sommertiden og dermed er dekket reddet
og trenger ikke fornyet impregnering. På gammel betong som har utilstrekkelig luftinnhold,
kan en slik impregnering øke betongens motstand mot tine salter og i dette tilfelle kan gjentatt impregnering hver
høst komme på tale.
Betongkvaliteten og luftporene er
følgelig mer avgjørende faktorer enn impregneringen som
Kap.
28 - 22
må betraktes som en utveg til å forlenge høstperioden
for legging av høyverdige betongdekker uten risiko for
frostskader første vinteren.
Linoljeferniss blir påført i to omganger med 1 2 døgns mellomrom, hver gang med ca 0,1 1/m . For å lette inntrengningen i betongen skal den varmes til ca 80 °C. Ved første påføring fortynnes den med f.eks. terpentin, bensin eller petroleum 1:1, ved annen gangs påføring
brukes ufortynnet ferniss.
28.7
BOTEMIDLER MOT BETONGENS KJEMISKE FORVITRING
En har i det foregående omtalt hvorfor og hvor
ledes betongen angripes kjemisk av høyfjellsvann,
sjø
vann, grunnvann generelt og grunnvann i alunskifer
spesielt.
Når det gjelder botemidler er vi dessverre ikke kommet så langt at vi kjenner noe universalmiddel.
Men
vi har av det foregående sett at har vi en tilstrekkelig tett betong,
så de farlige oppløsninger ikke kommer inn
i betongen, kan intet særlig galt skje.1
Med andre ord
er det bygningsingeniøren som i første rekke må løse problemet ved å sørge for motstandsdyktig betong:
a)
Bruk av gunstigste sementtype for formålet
b)
Bruk av tilstrekkelig sement
(v/c-forhold ikke over
0,5) c)
God støpelighet - ingen separasjon av vann
d)
God blanding i minst 1,5 min. etter at alle kompo nenter er tilsatt
e)
God komprimering med hensiktsmessige hjelpemidler
f)
Ettervanning av betongen.
Dette betyr enda mer for
betongens tetthet enn for oppnåelse av fasthet.
Det som her er nevnt er gamle, gode arbeidsregler
som også omfatter valg og sammensetning av tilslag.
Moderne betongteknologi forutsetter at samme forholdsregler tas idag om et godt resultat skal oppnåes.
Gjøres dette,
Kap.
28
23
har man nå i tillegg flere hjelpemidler som ytterligere øker tettheten eller bidrar til jevnere kvalitet og god støpelighet slik at risikoen for svake punkter reduseres.
Av slike hjelpemidler kan en nevne de vannredu
serende tilsetningsstoffene,
jfr. kap.
Disse
20.5.2.
tillater en reduksjon av v/c-tallet og virkningen av dette kan avleses på fig.
20.1 hva angår mengden av grove
kapillarporer i sementpastaen.
En ny gruppe tilsetningsstoffer i Norge er pozzolaner som består av amorfe kiselsyrer som reagerer kjemisk
med det lett løselige kalsiumhydroksydet i betongen.
Reaks jonsprodv.ktet tetter kapillarene så å si fullstendig i en betong som utsettes for vanntrykk
(19).
Foreløpig
er det silikastøv fra ferrosilisiumindustrien som står til rådighet for anvendelse.
Velger man i framtida å
bygge varmekraftverk basert på kullfyring, vil man ved rensing av røykgassene få betraktelige kvanta av såkalt
flyveaske. Denne er også kiselsyrerik med pozzolanegen-
skaper og virker i samme retning som silikastøvet. Pozzolaner bør imidlertid bare brukes i moderate mengder
i tørre konstruksjoner som f.eks.
industribygg.
Betongen
har i slike bygg alltid et visst svinn og luftens kar bonsyre får adciang gjennom kapillarer og svinnspj. ekker.
Da må det være nok kalsiumhydroksyd tilbake til å binde syren før den når inn til armeringsstålet og opphever
passiveringen der.
Ved en gitt dosering ma det følgelig
settes krav om et minimum sementinnhold pr m
som sikring
mot armeringskorrosjon. Det drives for tiden et iherdig forskningsarbeid
over plastemulsjoner for tetting av kapillarene.
Disse
bør kunne tilsettes under blandingen og problemet er å få plasten til å forgrene seg i kapillarene i stedet for
å danne konkrete partikler spredt i betongen.
Fører dette
arbeidet fram, vil vi få et godt hjelpemiddel til økning også av betongens motstandsevne mot kjemiske angrep.
Likeledes vil svinnreduserende midler som måtte komme,
virke i samme retning.
Kap.
28
24
Undersøkelser over tetthetsgraden for betong fra norske anlegg har vist at det å lage tett betong har
ikke alltid vært en enkel sak.
Behovet for tetthets—
kontroll insees alltid av våre dambyggere, men det er, som vist foran,
en rekke andre anvendelser av betong
hvor tettheten spiller en meget viktig rolle.
Det vil gå fram av det foranstående at en herdet betong Kjemisk sett ikke er en død og dermed interesse-
løs masse, men rommer et helt spektrum av kjemiske muligheter.
Dette såvel til godt som ondt med henblikk
på våre bygningskonstruksjoners varighet. En har ikke her kunnet berøre betongens forhold når den brukes til spesialformål, da dette ville blitt
alt for omfattende.
Innenfor den kjemisk-tekniske indu
stri kan f.eks. påkjenningene på materialene være eks
tremt store og betongen blir som en rekke andre materialer ofte påført skader. driftsbygninger.
Det samme er tilfelle i landbrukets
Et nytt produkt som tilrådes tilsatt i
20 % av sementvekten, er nylig markedsført av NORCEM A/S og Norsk Hydro A/S i fellesskap.
Det betegnes Corrocem
og tar sikte på å øke betongens mostand mot kjemiske an
grep på industrigolv, brudekker og kaidekker etc.
LITTERATURHENVISNING (1)
R.V. Frost og E.I. Virgin: Meddelande 48. Statens Provningsanstalt, Stockholm 1929.
(2)
D. Werner:
(3)
N. Sundius og G. Assarsson:
(4)
H.M. Hadley:
(5)
B. Kellam:
ASTM Proc. Vol.
(6)
H. Gessner:
Schweiz. Verband fur die Mat. Prufung der Tecknik. Bericht Nr. 10, Zurich 1928.
(7)
E. Harildstad:
Zement 20, p.
626,
1931.
Zement 21, p.
64-67,
1932.
American Soc. of Civil Eng. Trans 107, p. 345, 1942. 33, p. 289,
Betongen Idag nr 2, p. 37,
1933.
1958.
Kap.
(8)
H. Granholm:
(9)
I. Th.
28 - 25
Chalmers Tekniske Høgskoles Hand lingar nr 27, 1944.
Rosenqvist: Norges Geotekniske Institutt. Publikasjon nr 13, 1956.
(10)
R.J. Moum. Bastiansen og I.Th. Tosenqvist: Norges Geotekniske Institutt, Publika sjon nr 22, 1957.
(11)
J.
(12)
K.A. Løken:
(13)
O.E. Gjørv,
(14)
A. Markestad:
The resistence of different cement mortars to sulphate Solutions determined by testing %-inch cubes. Tech. Rep. 383 (1964) Cement and Concrete Ass. London.
(15)
O.E. Gjørv:
Durability of Reinforced Concrete Wharves in Norwegian Harbours. Ingeniørforlaget A/S, Oslo 1968.
(16)
W.A. Loe:
Sulfatresistent cement for det norske marked. Bygg Bd 18, nr 1 (1970) , s. 18-19.
(17)
K. Walz und Helms-Derfert: Schutz von jungem Strassenbeton gegen Tausalzeinvirkung beton Nr 4-5 (1965) s 155-59, 201-205.
(18)
J. Bonzel:
Beton mit hohem Frost- und Tausalzwiderstand. Beton Nr 11-12 (1965) s. 469-474, 509-515.
(19)
A. Markestad:
An investigation of concrete in regard to permeability problems and factors influencing the results of permeability tests. Forsknings instituttet for Cement og Betong. Tapirs Forlag 1977 (278 s) .
Cement. (Bok utgitt 1958 på Teknisk Ukeblads forlag.)
Rutle:
Bygging av siloer for surfor. Sær trykk nr 25 fra Landbrukshøgskolens inst, for bygningslære.
I. Gukild og H.P. Sundh: Forsøk med betongpeler i sjøvann - 27 års lagring. Betongtekniske Publika sjoner nr 5, januar 1966.
Kap.
Kap. 29
29
1
MATERIALKLASSIFISERING
OG
ER-ORIENTERINGER
INNLEDNING
29.1
Prosjekteringen av et byggverk foregår i tre trinn:
a)
planløsning og valg av ytre form
b)
valg av bygningskonstruksjoner
c)
valg av materialer
Disse tre punktene må avveies og tilpasses hver
andre, hvert steg man tar får betydning for de neste.
Byggherren står sjelden helt fritt med hensyn til første
punkt, bygningsvedtekter og reguleringsdokumenter kan inneholde bestemmelser om fasadeutforming, takutforming, materialvalg av hensyn til brannfare osv.
Dette sammen
med de krav som følger av bruken av bygget blir så av gjørende for punktene b)
og c).
I tillegg til tegninger og beregninger må det utarbeides en arbeidsbeskrivelse.
Tegningene gir nok opp
lysninger om materialvalget, men spesifiserte krav til materialkvalitet får ikke plass på disse.
Arbeidsbeskrivelsen skal fylle mange funksjoner.
Den skal gi byggherren grunnlag for å bedømme kvaliteten
av det arbeidet han har bestilt. underleverandører
(håndverkere)
Hovedentreprenør og skal ved hjelp av be
skrivelsen kunne regne ut arbeidets pris.
Under arbeidet
på byggeplassen skal beskrivelsen tjene som arbeidsinstruks og samtidig danne grunnlaget for kontrollen.
Den er der
for et overordentlig viktig dokument som det må legges svært meget arbeid i for å bli tilfredsstillende.
Som
ledd i arbeidet for rasjonalisering av byggevirksomheten
har Norges Byggstandardiseringsråd utarbeidet NS 3420 som kom ut i to store bind i 1976.
Denne standarden
inneholder beskrivelsestekster for hovedavsnittene:
Kap.
29
2
Tekniske bestemmelser, Spesifiserende tekster og
Prisgrunnlag og måleregler.
NS 3420 kan likevel
ikke brukes uten kompletteringer fordi byggene er så mangeartet.
Men den peker ut punkter som må av
klares, f.eks. krav til materialer og utførelse. Skal det være gjørlig for alle parter å orien tere seg om hva arbeidsoppgaven krever og fortsatt
holde oversikten, må arkitekt og rådgivende ingeniør bruke et kodesystem for de opplysninger som gis.
Slike koder kan være rene sifferkoder eller et siffer kan være erstattet av bokstaver.
Det er viktig å
kjenne til disse systemene som brukes for å finne
fram til materialoversikter som grunnlag for valg av materialer med egnede egenskaper og hvordan dette
så kan kodes for en kortfattet og entydig arbeids
beskrivelse.
En vil derfor i dette kapittel gi en
kort omtale av UDK-systernet, SfB-systemet og de norske ER-orienteringene.
NS 3420 har utviklet egen kode for de spesifiserende tekster, men for byggevarer og materialer
brukes SfB-systemet.
UDK - SYSTEMET
29.2
Dette er et internationalt universalsystem for desimal klassifikasjon som er bygget opp for å dekke
de behov bibliotekene har.
Vi finner det angitt på
norske standarder, på fagbøker,
tidsskriftartikler
og andre tekniske trykksaker. UDK-systemet har som
mål å gruppere og ordne vår viten.
Det kan derfor
sies å være et samlende system.
Systemet klassifiserer vår viten i 10 hovedgrupper:
0
allment
1
filosofi
2
religion, teologi
3
samfunns forhold, sosiologi
4
språkvitenskap filo]ogi
29-3
Kap. 5
naturvitenskap, matematikk
6
anvendte vitenskaper, teknikk
7
kunst, musikk, sport
8
litteratur
9
geografi, historie
Hver av disse gruppene deles i 10 undergrupper (00-10-20-30-40-50-60-70-80-90)
av disse undergrupper, iseringsmuligheter.
og ved deling på nytt
får man hver gang ti spesial-
For hvert tredje tall settes
punktum som eksemplet viser: Anvendte vitenskaper
6
69 Husbygging
691.43 Glaserte produkter
691 Byggematerialer
691.4 Jord,leire,keramiske produkter 691.42 Teglprodukter Den
691.423 Takstein
691.434 Glaserte keramiske produkter 691.434.3 Veggfliser
som skal klassifisere noe etter dette system
et, må bruke en fortegnelse etter vedtatte regler.
Under
gruppene lar seg ikke bygge opp logisk slik at de kan Man har derfor ikke følt det som tilfredsstill
huskes.
ende for dekking av byggeindustriens behov. 29.3 29.3.1
SfB-SYSTEMET
Innledning
Dette systemet har fått sin betegnelse etter opphavet: den svenske "Samarbetskommittén for Byggnadsfrågor",
som ut
arbeidet den første ByggAMA (AMA står for "Allmena materialoch arbetsbeskrivning" - og har samme formål som vår nye
NS 3420) .
SfB-systemet bygger på den inndeling og disposi
sjon som ByggAMA fikk, og er derfor gått ut fra en praktisk inndeling av vanlige byggbeskrivelser.
SfB-systemet ble tatt i bruk i Norge i 1958 av Norges byggforskningsinstitutt for Byggdetalj-serien for inndeling
av konstruksjoner (bygningsdeler) og av A.S Byggtjeneste for gruppering av byggevarer.
Siden den gang er systemet utviklet
videre såvel med tilleggskoder som med tilpassing til elektro
niske datamaskiner.
Dette siste kalles CBC-systemet (Coordi-
nated Building Communication) og innbefatter en ufravikelig
rekkefølge av kodesifrene.
Hvor et siffer for tilfellet
Kap. 29
4
ikke trenges, må det for maskinbruk settes et null.
SfB-systemet er nå tatt i bruk internasjonalt, og rettighetene
(Copyright)
til systemet innehas av CIB - The
International Counsil for Building Research, Studies and Documentation.
Det får stadig økt anvendelse som inter
nasjonalt kommunikasjonsmiddel på byggeområdet.
av systemet kan anskaffe CIB-rapport nr.
22
lag av denne bygge sammen det han trenger.
(4)
En bruker og på grunn
Men etter hvert
vil det komme nasjonale håndbøker som utarbeides av den in stans som er ansvarlig for utbredelsen og utviklingen av SfB-
systemet i vedkommende land.
I Norge blir SfB-rettighetene
ivaretatt av Norges byggstandardiseringsråd
(NBR), Oslo.
Systemets oppbygging
29.3.2
Systemet er bygget opp ved hjelp av tre grunntabeller med struktur som vist nedenfor.
SfB-grunntabellenes struktur (4)
Tabell 29.1
1.
Bygningsdeler (1)
Grunn og fundamenter
(2)-(4)
Bygningskonstruksjoner
(5)-(6)
Tekniske anlegg
(7)
2.
Innredning og utrustning
Konstruksjoner A-C
Forutsetninger, grunnarbeider
osv. se tabell 29.2 3.
Ressurser
a
Administrasjon
b
Hjelpemidler
c
Arbeid
e-w x
(eller Ålment)
Materialer
Sakvarer
(funksjonelle)
Kap.
29
5
Noen av kodene i tabell 29.1 er ledige eller reserverte. De sistnevnte står til rådighet for SfB-byrået til bruk
på et senere tidspunkt. De ledige derimot kan en bruke etter eget omdømme, men ikke slik at det strider mot
definisjonen for hovedgruppen de tilhører.
Skal et kodesystem fungere må anvendte betegnelser være klart og entydig definerte.
Vi skal her bare se på
grunnordene.
Bygningsdeler er større deler av en bygning.
De kan
være sammensatt av deler med forskjellig funksjon,
f.eks.
en bærende del, en varme- eller lydisolerende del, som det er knyttet ytelsesbeskrivelser og krav til.
Hvert
tall i parantes i oversikten foran er et hovedtall for ti
undergrupper, f.eks.: (2)
Råbygg.
(20)
Se Tomt
(25)
ledig
(21)
Yttervegger
(26)
lt
(22)
Innervegger
(27)
Yttertak
(23)
Bjelkelag, dekker
(28)
Reservert
(24)
Trapper, ramper
(29)
Råbygg som helhet
Tallet
(3)
står for komplettering av råbygg og
Ferdig overflate.
(4)
for
Disse har likeledes ti undergrupper
hver og tilsvarende for de øvrige tall i grunntabellene. Konstruksjoner representerer forskjellige tekniske løs
ninger for en bygningsdel.
En etasjeskiller kan f.eks.
være en stål-, tre- eller betongkonstruksjon.
Angis
med store bokstaver, jfr. tabell 29.2.
Ressurser midler
består av: administrasjonen
(koaen b), arbeid (koden c)
(koden a),
og varer
hjelpe
(kodene e - x
De fleste av kodene, e til w, er under-inndelt nummerisk, men kodene a,b,c og x er ikke inndelt slik.
Dette gjør
det mulig å tilføye en hvilken som helst spesiell under-
inndeling som brukeren måtte trenge for å dekke sine be hov.
Som eksempel fra ressurstabellen gjengis her
Kap.
29
6
tabell 29.3 som dekker gruppene e og f under form gi tte materialer.
Tabell 29.2
SfB - grunntabell 2 - konstruksjoner
(4)
A
PRELIMINÆRT. GENERELLE BESTEMMELSER, KOST NADER OG KONSTRUKSJONER, OGSÅ MIDLERTIDIGE
B
RIVING OG SIKRING
C
GRAVING, SPRENGNING, FYLLING
D
Reservert
E
PLASSTØPTE KONSTRUKSJONER
F
MURVERK
G
KONSTRUKSJONER AV MONTERINGSFERDIGE ELEMENTER
H
STANGKONSTRUKSJONER
I
RØRLEDNINGER
J
KONSTRUKSJONER AV TRÅD, NETTING, KABLER
K
MATTEKONSTRUKSJONER
L
PAPP- OG FOLIELAG
M
TYNNPLATEKONSTRUKSJONER
N
KONSTRUKSJONER AV STIVE OMLEGGSPLATER
O
Reservert
P
PUSS
Q
Ledig
R
PLATEKONSTRUKSJONER (UTEN OMLEGG)
S
FLISER OG HELLER
T
MYKE BELEGG
U
Ledig
V
MALERARBEIDER
W
BEPLANTNING (Arbeid med levende former)
X
KONSTRUKSJONER AV SAKVARER TIL KOMPLETTERING, OVERFLATE OG TEKNISKE ANLEGG
Y
Reservert
Z
Reservert
Reservert
Kap. 29
Tabell 29.3
7
Eksempel på SfB-inndeling fra grunntabell 3, Ressurser
e-o
FORMGITTE MATERIALER
e
Naturstein 0
Generelt
1
Granitt, basalt, andre eruptive bergarter
2
Marmor
3 4
Kalkstein
5
Ski fer
6
Reservert
7
Reservert
8
Reservert
9
Andre formgitte materialer av naturstein
(unntatt marmor)
Sandstein
Betong, kalk, gips m.m. i bundet form
f
29.3.3
(4)
0
Generelt
n
Kalkprodukter
2
Betongprodukter
3
Terazzoprodukter
4
Porebetongprodukter, bl.a. gassbetongprodukter
5
Lettklinkerbetongprodukter
6
Asbestsementprodukter
7
Gipsprodukter
8
Magnesittprodukter
9
Produkter av andre materialer med bindemiddel
Anvendelser av SfB-systemet
SfB-kodene er utarbeidet slik at de kan brukes alene eller som kombinasjon av en betegnelse fra hver av de aktu-
Kap.
29-8
elle grunntabeller. Eksempel:
(4 2)
Innvendig.veggoverflate(bygningsdel) ,
S Fliser O2_heller (konstruksjon), e2
Marmor
(ressurs).
Den sammensatte kode for dette sett av begreper fra de tre grunntabellene, er (42)
(Koden sies her å
S e2.
være sammensatt av tre fasetter.
Navnet på en gruppe
innen en fasett utgjør en betegnelse).
I tilknytning til eksemplet kan en oppsummere tolk ingen av koden slik:
Informasjon
(42)
om bygningsdelen
(42)
S
(42)
S e2 Informasjon om ressurser til konstruksjonen i tilknytning til bygningsdelen
(42)
Informasjon om konstruksjonen i tilknytning til bygningsdelen
e2 Informasjon om ressurser i tilknytning til bygningsdelen
S e2 Informasjon om ressurser i tilknytning til konstruksjonen
e2 Informasjon
om ressurser
Den vedtatte rekkefølge i koden er grunntabellene 1-2-3, se tabell 29.1.
SfB-systemet kan brukes til forskjellige hovedbruksområder som brukeren først må ha valgt, for eks
empel slike: - Koding av varer - Anbudsdokumenter og prosjektinformasjon som tegninger, beskrivelser o.s.v.
- Prosjektering/kostnadskontroll - Produksjons-kostnadskontroll - Entreprenørens egne produksjonsdata - Samlinger av litteratur i biblioteker
De forskjellige lands SfB-byråer utgir nå brukstabeller over egnede koderekker tilpasset forskjellige behov. Det
kan derfor være å anbefale kontakt med NER om dette før man legger ned arbeid på feltet.
Kap.
29.4
29
9
SYSTEMATISERING AV PRODUKTBESKRIVELSER (CIB MASTER LISTS)
Som nevnt tidligere har det internasjonale byggforskningsråd - CIB - overtatt de internasjonale rettigheter for
SfB-systemet.
Organisasjonen har også tatt opp andre prak
tiske informasjonsspørsmål, og har arbeidet med et opplegg for systematisering av byggebransjens produktbeskrivelser. Det gjelder først og fremst byggevarer, men også "produkter"
på høyere nivå: bygningskomponenter, bygningsdeler og også hele bygninger.
Resultatet av arbeidet er utgitt i publika-
sjonen"CIB Master Lists for structure Documents relating to Buildings,
Building Elements, Components, Materials and
Services", CIB rapport nr.
18.
Man har lagt særlig vekt på en systematisk og utfyllende
liste over de egenskaper som kan være aktuelle i forbindelse
med tekniske spesifikasjoner.
Disse egenskapslistene er nå
brukt i flere land, og ikke bare innenfor byggefaget. Innenfor skandinavisk skipsbyggingsindustri brukes egenskapslisten for innredningsarbeider.
Grunnstrukturen
for egenskapslisten er utgitt som Norsk Standard 2791.
CIB Master Lists er benyttet av Norges byggforsknings institutt for de ytelsesbeskrivelser instituttet har utarbei
det for de viktigste bygningsdeler og -komponenter.
(NBIs
Anvisninger.)
A.S Byggtjeneste bruker CIB anvisninger når det gjelder
produktdatablad i Byggkatalogen, og Norsk ER-nemnd for egen-
skapsbeskrivelse i sine ER-orienteringer. CIBs publikasjoner kan kjøpes gjennom Byggtjenestes
bokhandel,
29.5 29.5.1
Oslo.
ER-ORIENTERINGER Innledning
Norsk ER-nemnd (ER = egenskapsredegjørelse for bygge varer)
er opprettet av Byggefagrådet med formål å legge opp
Kap. 29 - 10
et system for egenskapsdeklaras jon av byggearbeder.
Nemnda
er høsten 1977 kommet så langt i sitt arbeid at den har valgt ut egenskaper og fastlagt dokumentasjonsomfang og -metoder for et 20-talls produktgrupper.
Deklarasjonsgrunnlaget for
hver produktgruppe publiseres i form av en ER-orientering
som inngår i A.S Byggtjenestes publikasjon, Byggkatalogen. De kan også kjøpes enkeltvis fra Byggtjenestes Bokhandel, Oslo.
Bak ER-nemnda står 11 av byggfagets viktigste institu sjoner og organisasjoner.
Kommunal- og arbeidsdepartementet
yter økonomisk støtte til arbeidet. 29.5.2
Oppgave og arbeidsområde
ER-nemndas oppgave er to-delt:
Man skal for det første
utrede og komme fram til et teknisk grunnlag for egenskapsvalg og egenskapsmåling for hver enkelt varegruppe, og der
nest arbeide for at byggevareprodusentene på basis
av dekla
ras jonsgrunnlaget gir de tekniske data for egne produkter i
sin vareinformasjon. ER-nemnda arbeider med to "hovedentreprenører" - nemlig Norges byggforskningsinstitutt når det gjelder de tekniske
utredninger, og A.S Byggtjeneste når det gjelder informasjons siden . Det tekniske arbeidet baserer seg på ytelsestankegangen
og består i å finne fram til de viktige tekniske egenskaper
for hvert enkelt vareslag, å velge en bestemt prøvingsmetode for måling av de enkelte egenskaper og å gi et vurderings grunnlag for måleresultatene.
Dette arbeidet skjer i kontakt med materialprodusenter
og praktiserende byggefagfolk.
Resultatet av arbeidet utgis i form av de tidligere nevnte ER-orienteringer og sendes både til produsenter og gjennom Byggkatalogen til byggefagfolk. Byggtjenestes oppgave er - foruten trykning og spred
ning av ER-oversiktene - å selge deklarasjonsopplegget til byggevareprodusentene for å få dem til å publisere produktenes
Kap.
29
11
egenskapsverdier i spesielle ER-merkede Byggkatalogblad.
Nemnda ser det ikke særlig aktuelt å arbeide med vare grupper hvor det tekniske grunnlaget allerede er godt ut
bygget - f.eks.
for konstruksjonsmaterialer som stål, betong,
tre o.l., men å legge arbeidet vesentlig på de øvrige bygge varer hvor kvalitetsgrunnlaget er dårlig. Man regner med å bearbeide ialt ca.
50 varegrupper før
det vesentligste av de byggevarer som systemet egner seg for,
er behandlet. Et problem som ER-nemnda ofte hemmes av i sitt arbeid,
er at det ikke finnes standardiserte prøvingsmetoder for be stemmelse av kvalitetsegenskapene.
Ved internasjonalt sam
arbeid gjennom materialprøvingsanstalter, byggforsknings-
institutter og standardiseringsorganer har det lykkes å bygge opp et grunnlag for egenskapsdeklarasjoner innenfor byggevaresektoren.
Også Nordtest, som er et felles nordisk organ
for fremme av felles prøvingsmetoder i Norden, opprettet av
Nordisk Ministerråd i 1973, har kunnet bidra i gunstig ret
ning.
Tre av de arbeidsgruppene Nordtest har startet,
sikter
mot byggeindustrien: Nordtest-bygg, Nordtest-brann og Nordtest-akustikk.
Nordtest utgir prøvingsmetoder som må oppfat
tes som rekommandasjoner for senere adopsjon som nasjonale
standarder. Norske bygningsingeniører og arkitekter står i høy grad
ansvarlige for årlige milliardinvesteringer i våre byggevirk
somheter.
Det bør være en nærliggende oppgave i egen og sam
funnets interesse å stille krav til produsentene om å studere
ER-orienteringene og skaffe de opplysningene som disse etter
lyser .
Kap.
29 - 12
LITTERATURHENVISNING 1.
E. Nicklin: Et nytt klassifikasjonssystem for byggefaget (Innledning ved K.Erikstad) Bygg 5, 1958, s.93-98.
2.
CIB - Report No.6: Building classification practices. Int.council for building research and documentation. Rotterdam 1966.
3.
H.P. Sundh: Klassifikasjon og koding av byggevarer NBI: Arbeidsrapport, Oslo 1967.
4.
CIB - Report No. 22: Building classification practice (I norsk oversettelse: Norges byggstandard iseringsråd 1976)
5.
A.S Byggtjeneste, Oslo: Byggkatalogen informasjon og ER-orienteringer)
(byggevare-
BILAG Etter henvendelse har A/S NORCEM velvilligst
gitt en kort omtale av konsernet og dets aktivitets områder .
Denne orienteringen har stor verdi for brukerne
av alle de byggematerialer og -varer som A/S NORCEM produserer og omsetter.
Orienteringen bidrar dessuten
til å gjøre boken billigere. Forfatterne vil takke for den interesse og vel
villighet A/S NORCEM har vist.
-1-
BILAG A/S NORCEM ble etablert 14. november 1968 ved fusjon
av A/S Christiania Portland Cementfabrik, etablert 1892, A/S Dalen Portland-Cementfabrik,
etablert 1916, og Nord
land Portland Cementfabrik A/S, etablert 1918.
Foruten
landets tre eneste sementfabrikker, omfatter Norcem en rekke andre byggevarebedrifter over hele landet.
Konsernet er et
av landets 10 største industriselskaper regnet etter omset Samtidig som selskapet er det ledende på det norske
ning.
byggevaremarked, er Norcem også en av Vest-Europas største oversjøiske sementeksportører.
NORCEMs divisjonsoppdeling 1.
Cementdivisjonen
2.
Byggevaregruppen 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Betongdivisjonen A/S Norsk Leca Eternit- og Siporex-Ytong-divisjonen Zanda A/S A/S Jøtul
3.
Divisjon for Internasjonale Operasjoner
4.
Divisjon Diverse Virksomheter
-2-
1.
CEMENTDIVISJONEN
Produksjonen av portlandsement skjer i Norge ved A/S NOR-
CEMs tre fabrikker: Dalen ved Brevik, Kjøpsvik i Tysfjord, ca. 0,3 mill, 1,0 mill,
tonn pr. år.
ca.
1,1 mill, tonn,
tonn og i Slemmestad, ca.
Ved alle tre fabrikkene benyttes som
råstoff en kalkstein som i det vesentligste inneholder de
mengder kvarts,
skifer etc. som trengs til sementframstillin-
Bare små kvanta tilsetning av andre mineraler er nød
gen.
vendig .
I
Kalksteinen brytes i dagbrudd alle steder, men i Dalen
brytes også i gruve en spesiell høyverdig kalkstein som med tilsetning av kvarts, kisavbrann, bauxitt etc. gjør det mulig
å framstille sementer med spesielle egenskaper.
Etter brytingen går kalksteinen gjennom flere knusertrinn før endelig finmaling i rørmøller.
I Dalen tørkes steinen
samtidig med nedmalingen til et fint mel
(tørrprosessen),
mens i Kjøpsvik og Slemmestad blir kalksteinen tilsatt vann slik at man får et kalksteinslam (våtprosessen).
Den finmalte kalksteinen blir deretter
(som pulver eller
ført til roterende ovner med svak helling og oppvarmet
slam)
i motstrøm til ca.
1450°C.
Under denne brennprosessen sintrer
partiklene sammen til små kuler,
sementklinker,
som forlater
ovnen og videre blir bråkjølt i luftkjølere.
Klinkeren,
som minner om grus,
inneholder de aktive mine
raler i sementen og nedmales til sement under tilsetning av
3-7% gips.
Kvalitetsstyring og -overvåking er viktige ledd i sementframstillingen.
Kalksteinen varierer sterkt i innhold av kal-
siumkarbonat, og under boringen før utsprengning tas det derfor prøver av borestøvet for å klassifisere steinen som fet eller mager.
Homogenisering skjer i store mellomlagre.
Under nedmalingen kontrollerer man mølleproduktet hver
time på innhold av kalsiumkarbonat, og ved å endre volumforholdet mellom fet og mager stein som går inn i møllene, påser
man at innholdet av kalsiumkarbonat stadig holdes på den øns
kede verdi.
-3-
Behovet for ekstra tilsetning av kvarts og jernholdige komponenter fastsettes etter hyppige fullstendige kjemiske analyser. Brenneprosessen overvåkes ved at man hver time påser at
kalken har reagert med oksydene.
Dette skjer ved bestemmelse
av fri kalk i klinkeren. Ved den endelige nedmaling av klinker til sement, kontrol
leres og justeres finheten og gipstilsetningen ved uttak av timeprøver.
Når sementen leveres,
foretas en spesiell stikk
prøvekontroll under pakking i sekker eller lasting i bulk.
De uttatte sementprøver blir underkastet en fullstendig prø
ving i henhold til de normer som gjelder for den aktuelle sement. Sementtyper
For anvendelse i Norge produseres 2 typer portlandsementer etter NS 3050:
SP 30 eller Standardsement,
for alminnelige bygningsformål
hvor det ikke stilles noen spesielle krav. ca.
Denne typen utgjør
85% av all sement som anvendes i Norge.
Tallet 30 i beteg
nelsen står for standardens krav til 7 døgns fasthet i MPa.
RP 38 eller Rapidsement,
for bruk der det kreves særlig
høy tidligfasthet, for eksempel til produksjon av forspente betongelementer eller når en ønsker god varmeutvikling ved be-
tongarbeider i kjølig vær. Dalen SR-Sement framstilles etter British Standard BS 4027: 1966 for portlandsement med høy sulfatresistens. alle krav i NS 3050 til SP 30.
Den fyller
Den anvendes ved betongarbeider
hvor det foreligger fare for sulfatangrep på betongen,
for
eksempel til grunnarbeider i områder med alunskifer.
På grunn av det lave innhold av C^A, ca.
1 - 2%, og dermed
lav varmeutvikling, kan sementen med fordel anvendes ved mas
sive konstruksjoner hvor varmeavledning er dårlig.
-4-
Slemmestad mursemsnt etter NS 1098 leveres for bruk ved
puss og murarbeider.
Den framstilles på Slemmestad.
Norwell-sementene er en egen gruppe
som framstilles i
Dalen etter American Petroleum Institute's standard STD 10 A. De er alle sulfatresistente portlandsementer, og brukes ved
støpearbeider i brønner for gass og olje.
anvendesle ved særlig høye trykk, turer 30 - 140°C.
Tabell 1:
De er beregnet for
200 - 1 000 atm., og tempera
Mineral-sammensetning
1
SP 30
SR-sement
RP 38 Trikalsiumsilikat, C^S
ca.
60
Dikalsiumsilikat, C2S
ca.
14
Trikalsiumaluminat, C^A Tetrakalsiumaluminatferrit, C^AF
% Q."O
ca.
55
%
ca.
20
%
ca.
8, 5%
ca.
1,6%
ca .
9, 0%
ca.
15,2%
Kvalitet
Denne er i det vesentlige gitt ved at kravene som er
stilt i Norsk Standard for portlandsement, NS 3050, fylles med god margin.
Kravene til trykkfasthet etter 3-7 døgn
som er stilt i NS 3050 er blant de høyeste i verden både for
SP 30 og RP 38, slik at våre sementer har fastheter betydelig over det nivå som er vanlig i mange andre land.
Representa
tive verdier for våre portlandsementer er vist i tabell 2. Sementen fra den enkelte fabrikk avviker noe fra de an
gitte verdier, og brukere som har spesielt behov for nøyaktige verdier vil få disse oppgitt ved forespørsel. Det gjøres spesielt oppmerksom på at alle data for størk-
ningstid,
fasthet og hydratasjonsvarme er bestemt ved 20°C.
Når sementen brukes ved andre temperaturer, må en regne med
avvik. For øvrig er det opprettet en egen informasjonstjeneste for brukere som har behov for nøyaktige
opplysninger om fore-
-5-
kommende endringer i fastheter og størkningstider.
Disse
blir tilsendt oppgaver over sementfabrikkenes egne prøvere sultater.
Nærmere opplysninger ved henvendelse.
Tabell 2:
Fysiske egenskaper
NS 3050
SP 30
RP 38
BS 4027: 1966 SRsement
Størkningen
Begynner etter Er avsluttet etter
190 240
90 140
130 190
ca. min. ca. min.
Bøye-strekkfasthet
Etter 24 timer, Etter 3 døgn, Etter 7 døgn,
XT / 2 N/mm? N/mnu N/mm
ca. ca.
5,4 6,5
ca. ca. ca.
4,5 6,5 7,5
ca. ca.
5,6 6,4
Trykkfasthet
Etter 24 timer, Etter 3 døgn, Etter 7 døgn,
, 2 N/mnu N/mm„ N/mm
ca. ca.
29,5 38,5
ca. 25,0 ca. 40,0 ca. 48,5
ca. ca.
28,5 35,5
ca.
3,5%
ca.
1,0%
ca.
0,5%
ca.
3100
ca.
4600
ca.
3400
Finhet
Sikterest ved 90 Spesifikk overflate etter Blaine, cm /g
Hydratasjonsvarme 7 døgn, Cal/g (bes temt ved løsnings metoden) Densitet Romdensitet Sekkfarge Sekkevekt
kg/m^ kg/m
71 ca. ca. 3100 ca. 1250 Brun 50 kg
78 ca. ca. 3100 ca. 1200 Grønn 50 kg
ca. 64 ca. 3200 ca. 1250 Gul 50 kg
Sementens temperatur
Når sementen kommer ferdigmalt ut av møllene er tempera turen 100 - 120°C. Under lagring i siloer og under transport avgis varme, slik at temperaturen normalt er nede i 30 - 50°C
når sementen er levert på brukerstedet.
Ved store uttak og på særlig varme dager kan imidlertid temperaturen leilighetsvis gå opp i 70°C eller mer.
-6-
Svingninger i sementtemperaturen må påregnes, og det kan som tommeregel regnes med at betongtemperaturen vil svinge 1°C for hver 10°C variasjon i sementtemperaturen.
NS 3050 krever at sementtemperaturen skal være under 90°C
og tilrår at den bør være lavere enn'75°C.
Tilsetningsstoffer
Tilsetningsstoffer blir i dag i stor utstrekning benyttet
ved betongfram stilling.
Normalt trenger SR-sementen betydelig
mindre doseringer enn SP 30,
for å oppnå samme effekt.
Da
egenskaper og virkning varierer sterkt hos de forskjellige fabrikat, kan det ikke gis generelle anvisninger for bruk av
tiIsetningsstoffer.
De enkelte leverandører av tilsetnings-
stoffer vil kunne gi nærmere opplysninger. Distribusjon og salg
Levering av sement foregår innenlands fra de tre fabrikkene
og fra ca.
25 siloanlegg over hele landet.
Distribusjonssi—
loene tilføres sement med Norcems 6 spesialbygde bulkbåter.
Disse båtene leverer også sement direkte til enkelte større foredlingsbedrifter med egne siloer. Fra alle fabrikkene og fra enkelte av distribusjonssiloene
leveres også sekket sement med bil. Til mottagere langs kysten sendes sekket sement med frak
tefartøyer fra Dalen og Kjøpsvik.
Fra Dalen og sementsiloene
på Sjursøya i Oslo distribueres såvel sekket sement som løs-
sement pr.
jernbane.
Sekket sement leveres forbrukerne også
fra byggevareforretninger over hele landet.
2.1
BETONGDIVISJONEN
Betongdivisjonen ble etablert i 1971 for å ivareta sel
skapets engasjement innen sand, grus,pukk, fabrikkblandet be
tong, betongvarer og betongelementer. I 1976 omsatte divisjonen for ca.
150 mill,
kroner.
-7-
Divisjonens 18 produksjonssteder er organisert i 3 sek sjoner : Fabrikkbetong- og tilslagsseksjonen,
betongvareseksjonen
og betongelementseksjonen . Produksjonsprogram Fabrikkbetong: Rødskjær, Sortland, Mosjøen, Hamar, Fred
rikstad,
Sarpsborg, Larvik, Grenland og Arendal.
Avløpsprodukter:
Rødskjær, Sortland og Mosjøen.
Betongelementer; Rødskjær, Kjøpsvik,
Mosjøen, Vang,
Fredrikstad og Hønefoss.
Betongvarer: Mosjøen og Larvik. Sand, grus: Jessheim, Halden, Vang og Grenland.
Produktspekteret innen betongvarer og elementer dekker et
meget stort område.
Av spesielle produkter hvor man etter hvert
har etablert en viss spesialkompetanse bør nevnes:
- Betongvarer
- til park/have, gater, veier.
- Betongelementer — til småbygninger:
telefonkiosker, pum-
pehus, vegtoaletter,
leskur o.l.
- Fasadeelementer
- Støyskjermer
2.2
LECA OG LECA LETTBETONG
Navnet LECA er en forkortelse for Light Expanded Clay
Aggregate. Leca fremstilles ved at leire tørkes og brennes i rotér-
ovn.
Leiren bringes opp til sitt smeltepunkt.
Den vil da
svelle og få en finporøs struktur med lukkede celler. Etter kjøling går Lecaen til sortering og knusing. sorteres i 3 fraksjoner,
Det
0-3 mm, 3-10 mm og 10 - 20 mm.
Materialdata for løs Leca framgår av tabell 3. Løs Leca benyttes til isolasjon i golv på grunn,
til iso
lasjon av tak og som tilslagsmateriale i konstruksjonsbetong. Med riktig materialsammensetning kan man ved å erstatte steinmaterialer i betong med Leca, framstille en betong C 25 med
romdensitet ca. 1 600 kg/m^.
-8-
I Norge går det meste av den løse Lecaen til produksjon
av Leca blokker.
Blokkene er i prinsippet undergraderte be
tongblokker med romdensitet fra 600 - 1 300 kg/m3.
Blokkene
produseres av løs Leca 0-10 mm, sement, fillermateriale og
I de tyngre blokktypene kan det også inngå sand.
vann.
Tekniske data for løs Leca
Tabell 3:
Gradering mm
3-10
Romdensitet kg/m3
=*
Porøsitet (eksterne porer), løst ifylt %
400
10 - 20 =»
3 50
47
47
750
660
< 10
< 10
Likevektsfukt ved 50% RF
0,1
0,1
ved 90% RF
0,5
0,5
ubetydelig
ubetydelig
0,115
0,115
0,23
0,23
Korndensitet kg/m3 Komprimering ved bear beiding %
Kapillaritet
Varmeledningstall W/m°C Varmekapasitet Wh/kg°C
Det framstilles en rekke blokktyper1 med forskjellige
hovedbruksområder.
For nærmere spesifikasjon vises til bro
sjyrer fra A/S Norsk Leca. De viktigste materialdata for Leca blokker framgår av tabell 4.
Leca pipe er en høyisolert pipe, fyring med flytende brensel.
spesielt velegnet for
Den består av et røykrør av en
spesiell Lecabetong og et utvendig element av Lecabetong 3/770.
Mellom røykrøret og ytterelementet isoleres med mineralull. Til pipen leveres spesielle feielukeelementer, røykrørinnfø
ringer, toppbeslag, pipehatt osv.
Leca elementer er aandwichelementer bestående av et lag med relativt lett Lecabetong mellom to lag av Lecabetong med
romdensitet 1600 kg/m3.
elementer.
x)
1 M
Det produseres golv-, tak- og vegg
Golv- og veggelementer produseres i bredde 6 M
10 cm
-9-
og i lengder inntil 72 M.
Tykkelsene varierer fra 125 - 300 mm.
Bæreevnen er avhengig av spennvidden.
Veggelementene produseres i størrelser opp til 12 m ,men det ene sidemålet kan ikke være større enn 24 M.
Det leveres
en rekke forskjellige overflater og tykkelsene varierer etter behov. Alle elementer kan leveres med en lydabsorberende flate
av Leca-betong 3/770. Mere utførlige opplysninger om bruk av Leca-produkter. finnes i A/S Norsk Lecas brosjyremateriell. Tabell 4:
Materialegenskaper for Leca blokker
2/600
3/770
3/900
8/1300
, / 3 Romdensitet kg/m
600
770
900
1300
Trykkfasthet MPa
2,0
3,0
3,0
8,0
2000
3000
*K
7000
MPa/Romdensitet ------------ >
E-modul MPa
0,4-0,9
0,6-1,0
0,6-1,0
1,6-2,6
2 7
2 7
2 7
1,5 5
Praktisk svinn o/oo
0,2-0,3
0,2-0,3
Fritt svinn o/oo
0,5 0,5 0,5 0,8 10-5 0,8 10"5 0,8 10 — c
Bøyestrekkfasthet MPa Fuktinnhold ved 50% RF vekt% ved 90% RF vekt%
Varmeutvidelseskoeff isient Varmekapasitet Wh/kg°C
Lydisolasjon R dB/tykkelse mm
Lydabsorpsjonskoeffisient (upusset) Å-verdi (basis Å tørr) W/m°C * ** Brannklasse/veggtykkelse mm
0,2-0,3 0,15-0,25
0,4
0,9 10
—5
0,23
0,23
0,23
0,23
51/300
51/250 49/200 46/150
0,42
0,42
0,42
0,15
0,20
MK
0,46
**
A240/150
A240/300 A120/100 A240/150
55/250 53/200 49/150
—
* Praktisk Å-verdi er avhengig av muremetode (fugestørrelse) og av likevektsfuktighet i veggen. Strengmurt murverk over bakken får et tillegg på ca. 0,04 W/m C. **Med Konstruksjonsblokk avhengig av
istøping av kanalene.
-10-
2.3
SIPOREX-YTONG
Produktene Siporex og Ytong er svenske oppfinnelser som daterer seg tilbake til slutten av 1920—årene.
Deres mange
gode egenskaper kombinert i ett produkt har resultert i en stadig økende posisjon på markedene med fabrikker over hele verden. I Norge stammer den første fabrikken fra 1947 og i 50-
årene var det 3 fabrikker som produserte trykkherdet lettbe
tong.
Etter sammenslåingen med Norcem i 1968, ble det besluttet
å bygge ut fabrikken på Hokksund, og den er nå den eneste fabrikken i dag som produserer trykkherdet lettbetong - en
kombinasjon av Siporex og Ytong.
Produksjonprogrammet dekker bærende, armerte golv- og
takelementer med not og fjær. ser og har tykkelser 10,
til 6 m.
15,
De er av forskjellige vektklas
20,
25 og 30 cm og lengder opp
Standard bredde for alle elementer er 60 cm.
Videre lages armerte,
liggende veggelementer og stående,
bærende veggelementer - også de i forskjellige tykkelser og lengder med 6 m som største mål og standard bredde 60 cm. Edelbetongelementene er armerte lettbetoagelementer med
en påstøpt betongoverflate og med frilagte steinmaterialer. Det er en rekke forskjellige steinsorter og farger å velge i.
Produktene leveres i to tykkelser,
23 og 28 cm og begrenses
for øvrig av målene 180 x 160 cm.
Senterarmerte produkter er slanke, etasjehøye elementer anvendt som lette skillevegger for forskallingselementer til
støpte grunnmurer.
Tykkelsen er 7,5,
10,
12 og 15 cm og stan
dard bredde 60 cm. Overdekningsbjelker i lettbetong har en bæreevne på
15 kN/m.
De leveres for veggtykkelsene 20 og 25 cm med største
lengde 420 cm. Uarmerte produkter leveres som blokker for muring og
liming.
Blokkene er presisjonsskårne og assortementet er
meget omfattende. Vegmasse er knust lettbetong som benyttes i stor utstrek
ning til lette fyllinger i veger,
støtningsmurer.
i industribygg og bak for-
-11-
Anvendelsesområder.
Produktene er godt markedsavpasset
og benyttes i alle slags kombinasjoner til alle typer bygg i
bransjen.
Utslagsgivende fordeler er som regel de eminente
brannegenskaper,
god varmeisolasjon, lav vekt, bra styrke,
god bearbeidbarhet og hurtig montasje. Firmaet har utarbeidet omfattende detalj samlinger for å lette prosjekteringen.
Det har egen prosjekteringsavdeling
til å assistere bransjen med prosjekteringsanvisninger, det har en monteringsavdeling som kan forestå elementmontasje og gjennom samarbeid med andre firmaer kan de ønskede tilbud og
tjenester framskaffes.
2.4
ZANDA A/S Zanda A/S er en bedrift som produserer og markedsfører
betongtakstein med tilbehør.
Firmaet ble dannet i 1968 og er
et aksjeselskap hvor 50% av aksjene eies av Nordiska Redland AB og 50% av A/S Norcem. Den moderne betongtakstein,
Zanda,
slik den representeres av
er utviklet gjennom årtier.
Det er drevet målbevisst
forskning med hensyn til takfunksjon, produktutforming og framstillingsmetoder.
Dimensjoner for normalstein og hah stein: Normalslein: Bredde 332 mm Hovde 420 mm Veid ca. 4.9 kg
Normalslein
Ventilasjonsstein
Pr.nr ca 9.6 slk. Ilalvslem Bredde 1X2 mm I lovde 420 mm
Trinnslein in/trinn (3 deler)
Zanda takvindu
Halvstein
Takfottrinn m/ stigesikring (5 deler)
Gjennomføringsstein og soilavlufter
Zanda lakluke
Zanda mekanisk ventilasjonsenhet
-12-
I dag dominerer Zanda det europeiske taksteinmarked med ca.
1 milliard takstein pr.
år (650 000 boliger).
I Sverige
finnes det 2 fabrikker som årlig leverer ca. 26 000 tak
til
det svenske marked. Til tross for den korte perioden Zanda har vært markeds
ført i Norgef har produktet allerede utviklet seg til å bli det ledende på markedet. Zanda systemet
Zanda betongtakstein inngår i et system for komplett
tekking av tak.
Systemet er konstruert for å utgjøre takets
primære tetting og baserer seg på flerårige studier samt funksjonsprøving i vindtunnel - såvel av komponenter som av kom
plette tekkinger. Komponentomfanget tar sikte på å unngå kostnadskrevende tilleggsarbeider og omfatter derfor foruten normalstein en
rekke komponenter som vist i figuren.
Produktbeskrivelse Zanda takstein framstilles av en tørr betong med meget
høy kvalitet
(C65) .
Blandingen skjer etter nøyaktig spesifika
sjon og består av sand,
sement og vann som automatisk veies i
riktig forhold.
Betongen komprimeres under høyt trykk på former, og dette
gir meget god homogenitet,
passform og styrke.
Risikoen for
frostskade elimineres da betongen er praktisk talt porefri.
Overflate - farger
Zanda har matt, ru overflate av
kvartssand solid forankret i betongen.
Overflaten hindrer
løv i å klebe seg fast og reduserer faren for snøras. Zanda leveres i 6 bestandige naturfarger: sort, brun,
rød, grønn, gul og høstrød.
Fargesjiktet består av et pigmen-
tert slurry-belegg og kvartssand som brennes med metalloksyder
ved ca.
1200°C.
Hvert sandkorn forenes derved med et metal
lisk yttersjikt av høy bestandighet.
-13-
Zandatakets funksjon Generelt.
Zandasteinen er konstruert for å utgjøre takets
primære tetting.
Ved en tradisjonell anvendelse av takstein
utgjør undertaket den primære tettefunksjonen
(bordtak og
papp), og taksteinen er bare en beskyttelse av undertaket. Hvilke kvalifikasjoner en takstein har, gjøre kun ved å studere den enkelte stein.
som en funksjon i taket.
kan man ikke av
Man må se steinen
Zanda takstein har fått en riktig
form takket være mangfoldige år med studie av tak samt funk-
sjonsprøving av tak i vindtunnel. Tetthet mot vann og snø.
Taksteinens omlegg er av avgjø
rende betydning for takets tetthet.
skal minst være 75 mm,
Zandasteinens
omlegg
men varierer med takets vinkel, dvs.
trykkhøyden skal være lik. Dersom takvinkelen er under 22° kan ingen takstein fungere
som primær tetting.
Ved takvinkler under 22
ma kravet til
undertaket heves.
Zandasteinen har tre tetningskanter som danner 2 vindlabyrinter.
Disse danner ckspansjonsrom mellom kantene som med
fører at den innblåsende luften taper energi og den medfølgende
nedbør renner ut og ned på steinens overflate.
Videre forhind
rer tetningskantene kapilær transport av vann samt sørger for å drenere ut eventuelt kondensvann fra steinens underside.
Produktkontroll.
Zandasteinen er underlagt offentlig kon
troll ved "Kontrollrådet for betongprodukter" .
Kontrollen ved
fabrikken skjer fortløpende av råvarer/produksjon .
trolleres bl. a. styrke,
bredde,
Det kon
vanntetthet/f rostsikkerhet, passform,
lengde, diagonalmål og tykkelse.
Garanti.
Zanda har 30-års garanti med hensyn til styrke,
tetthet og frostsikkerhet. dard 3011.
Garanti er basert på Norsk Stan
-14-
3.
DIVISJON FOR INTERNASJONALE OPERASJONER
Eksport av sement har foregått siden før den første ver denskrig.
Fra en meget beskjeden begynnelse har eksporten
avhengig av konjunkturene vært oppe i over 1 mill, tonn klinker og sement pr.
år fra våre norske sementf abrikker.
På bakgrunn av ønsket om internasjonalisering, arbeider
Divisjon for Internsjonale Operasjoner for ytterliger å øke eksporten av klinker og sement.
Dette søkes bl. a. oppnådd
ved å engasjere seg i aktiviteter utenlands som har tilknytning til klinker,
sement og sementbaserte produkter.
Dette gjelder
også salg av know-how på ovennevnte produktområder i forbin delse med turn-key prosjekter og management-kontrakter.
Videre utvikler divisjonen nye produkter med sikte på eksport og salg av produksjonsrettigheter m.v. gjelde plateprodukter,
Dette kan
systemhus og miljøprodukter.
Hittil har dette resultert i at Norcem er engsjert i virk somhet på en eller annen måte i USA., Vest-Afrika, Midt-Østen og Sydøst-Asia.
4.
DIVISJON DIVERSE VIRKSOMHETER
Divisjonen vil i 1977 ha en omsetning på ca. 210 mill,
kroner og har nå ca.
800 ansatte.
Divisjonen består av følgende virksomheter:
K/S Norht Sea Exploration Services A/S & Co. (Norsea) i Stavanger (Servicebase for offshore virksomhet) .
Norcem Oil Section i Oslo (Handelsselskap for oljeboringssement og baryte, med egen baryte-mølle i Brevik.) A/S Symac i Brevik (Konsulentfirma for predektiv tilstandskontroll av pro duksjonsutstyr. ) Corrosion International A/S (Handelsselskap for rustbestkyttende midler etc.)
Norcem Paper Mill A/S i Drammen (Papirfabrikk som bruker returpapir som råstoff.) A/S Fjord Plast på Rjukan (Lystbåtfabrikk.)
-15-
Norcem Perlite i Lier (Produksjon av Perlite.)
tomt a 1 e
Perlite er en stein av vulkansk opprinnelse eller en form for naturglass, som inneholder fra 2 til 6% kjemisk
bundet vann.
Når den knuste og fraksjonerte råperliten varmebehandles ved temperaturer over 3000°C, fordamper vannet, og de enkelte
Perlite-partiklene ekspanderer og blir hvite og danner et av
de letteste tilslagsmaterialer som er tilgjengelig.
Den eks
panderte Perliten framstilles Og graderes på fabrikk til spe sielle bruksområder, som f.eks. tilslag i betong og puss,
til
løs isolasjon etc.
Perlite-tilslaget blandet med Portland sement og vann
gir en meget lett isolasjonsbetong til bruk på tak og golv,
i
sanwichelementer, blokker og til andre formal, som krever førs teklasses branntekniske egenskaper, lav vekt og varig isolasjon.
Norcem Plast i Lier (Fabrikk som produserer forskjellige produkter i glassfiber
armert plast.)
pI2É21St22t212 Norcem Plast er spesialisert på området armert plast. Produktutvalget er meget bredt, og av spesiell interesse for bygningsindustrien kan nevnes:
- plane og korrugerte plater for lysfelter i vegg og tak, brystringer og tak for balkonger og ramper, carports etc. - sandwichplater med kjerne av polyuretanskum, spesielt for fryse- og kjøleanlegg. - radomer, kuppelformede bygningskonstruksjoner til be skyttelse av radar-,satelitt- og kommunikasjonsantenner. - biologiske klosetter for fritids- og helårsbebyggelse.
Videre framstilles produkter som
- fyr- og
nerkemateriell
- isolerende traverser for høyspentmateriell
-16-
- påbygg på fryse- og kjølebiler - diverse militære produkter
Som navnet sier, består armert plast av to hovedkomponenter
vanligvis plast i form av umettet polyester og armering i form av glassfiber.
Disse to hovedkomponenter kan varieres innen
svært vide grenser avhengig av ønskede egenskaper på sluttpro
duktet .
Med polyesteren varieres - værbestandighet - kjemikalieresistens
- elektriske egenskaper - elastisitet
- brennbarhet
og med armeringen varieres - strekkfasthet - E-modul
- retningsbestemt fasthet
Tabell 5:
Mekaniske og fysikalske verdier for glassfiber armert polyester
Glassfiberinnhold Armeringstype Densitet kg/m
3
— 33%
43%
50%
Matte
Vev
Rovings
Stål
Al.
Glass fiber
Poly ester
L550
1.7 00
L800
7.80 0
2.70 0
Z570
1200
140
300
600
550
200
3.8 0 0
40
10.000
20.000
30.000 210.000
70.000
7 0.000
3.0 0 0
25
10
7
12
24
3
100
Varmeledn.evne W/m.°C
0,25
0,29
0,43
Strekkfasthet/ densitet
0,09
0,18
0,33
0,07
0,07
Strekkfasthet MPa
E-modul
(E ) MPa s Varmeutv.koeff 1/°C.1O'6
Tabellen viser at materialet har stor styrke på strekk,
men at materialet ofte kommer til kort når det blir snakk om stivhet
(ca.
1/10 av stålets E-modul).
-17-
Dette betyr i realiteten at materialet har en god evne til å ta dynamiske påkjenninger, mens det statisk ofte kan se
ut til å komme til kort.
Dette kompenseres for ved å benytte
avstivningsribber eller gunstige profiler.
En annen metode er å øke tverrsnittet ved å bygge "sand wich" -konstruks joner hvor kjernematerialet vanligvis er skum plast, honeycomb eller f.eks. balsatre. Det finnes videre en rekke framstillingsmåter for armert
plast,
avhengig av størrelse og utforming på det ferdige pro
dukt og ikke minst det antall enheter som skal framstilles. De viktigste er:
- håndopplegg hvor materialene legges på en åpen form og bearbeides med kost eller rull. - sprøyting hvor materialene sprøytes på formen og be arbeides som ovenfor.
- pressing hvor materialene plasseres mellom to formhalvdeler som lukkes av en hydraulisk presse. - vikling av rør og tanker.
Armert plast er med sin formbarhet og med sine muligheter
for styring av styrkeegenskaper et spesielt interessant og ut
fordrende konstruksjonsmateriale som fortsatt burde ha store
utviklingmuligheter innen bygningsindustrien.
OMREGNING TIL SI-ENHETER Prefikser for anbefalte multipler av SI-enheter
Tabell 1.
Faktor som enheten
Navn
multipliseres med 1018
exa
E
10‘5
peta
P
10'2
tera
T
109
Tabell 2.
beta gamma delta epsilon zeta eta theta iota
kappa lambda my
giga
G
106
mega
M
103
kilo
k
102
hekto
h
10'
deka
da
w1
desi
d
10‘2
centi
c
10"3
milli
m
10'6
mikro
M
w9
nano
n
w'2
piko
p
10"15
femto
f
10’18
atto
a
Det greske alfabet
Navn
alfa
Symbol
Rett
A B r A E z H 0 I K A M
ot p y
8 E, € c 7) $.6 i x, k Å p
Kursiv
A
Navn
a
ny ksi omikron
B p r y Zl