Materiallære. 2 [2] 8251902533 [PDF]

Zitiervorschau

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