Water Absorption in Two-Layer Masonry Systems - Properties, profiles and predictions

Abstract: Popular Abstract in Swedish Många beständighetsproblem uppträder i gränsytor mellan material. Exempel är lossfrysning av puts på tegel, avflagning av färg, sprickbildning hos ytskikt, vidhäftningsbrott mellan reparationsmaterial och underlag. I nästan alla fall är nedbrytningen kopplad till alltför höga fuktnivåer i gränsytan. Flera beständighetsproblem, t.ex. frostnedbrytning, uppstår enbart om materialen kan ta upp vatten genom mer eller mindre långvarig kapillärsugning. Det har varit mycket svårt att teoretiskt förutse vilka fuktnivåer som kommer att uppstå i dessa fall eftersom man saknat materialdata för beräkning av fukt vid mycket höga fuktnivåer. Dessutom saknas experimentella metoder att bestämma erforderliga materialdata liksom verifierade metoder för beräkning av fukttransport vid höga fuktnivåer. Inte heller har det varit känt hur olika materialegenskaper såsom jämviktsfuktkurvor och porstorleksfördelningar hos angränsande material påverkar fuktförhållandena i gränsytan mellan materialen. Målet med projektet var att utveckla metoder för bestämning av relevanta materialegenskaper och att tillämpa dessa metoder på ett antal material, främst cementbruk, kalkcementbruk och kalksandsten. Målet var dessutom att undersöka möjligheter att teoretiskt beräkna fukttillståndet i gränsytor genom att jämföra teoretiskt uppmätta fuktprofiler med beräknade profiler baserade på uppmätta materialegenskaper. Jämviktsfuktkurvor bestämdes över hela fuktområdet, från fullständig vattenmättnad till fullständig uttorkning. Inom det hygroskopiska området (0 till 98% relativ fuktighet, rf) bestämdes sorptionsisotermen, dvs. sambandet mellan jämviktsfukthalt och rf. Såväl desorptionsisotermen som absorptionsisotermen bestämdes med hjälp av en automatisk sorptionsvåg i vilken omgivande rf ändras i steg enligt ett förprogrammerat schema. Inom det överhygroskopiska området (rf>98%) bestämdes den kapillära jämviktsfuktkurvan, dvs. sambandet mellan fukthalt och kapillärt vattentryck. Pressure plate-tekniken användes. Det vattenmättade provet placeras på ett finporöst vattenmättat keramiskt filter och innesluts i en tryckkammare. Luftrycket i denna ändras stegvis varvid vatten efter varje tryckökning trycks ut ur provet tills en resterande vattenhalt i provet som motsvarar det aktuella trycket uppnåtts. Fukttransportkoefficienten bestämdes över hela fuktområdet på prover som konditionerats till olika nivå och sedan utsatts för ensidig kapillärsugning. Inflödet av vatten mättes. Transportdata utvärderades med Bolzmanntransformation. Två tekniker för bestämning av fuktprofiler användes; (1) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) med vars hjälp den totala vattenhalten i ett smalt ?fönster? vinkelrätt mot fuktflödet kan registreras, (2) ?spräck-och-torktekniken? vid vilken långa kapillärsugande prover efter en förutbestämd uppsugningstid momentant spräcks upp i ett antal skivor som vägs och torkas. Fuktprofiler under ensidig bestämdes för enskilda material och materialkombinationer. Dessa avsågs simulera vanliga fasader av puts på murverk. Såväl tjocklek hos yttre putsskiktet som dess egenskaper varierades. Experimentella materialdata användes i ett existerande fuktberäkningsprogram för att teoretiskt simulera fuktförhållandena hos de experimentella kapillärförsöken. Samma randvillkor användes vid beräkning som vid försök. Såväl desorptions- som absorptionsisotermer kunde bestämmas med hög precision med sorptionsvågen. Pressure-platemetoden att bestämma jämviktsfuktkurvor inom överhygroskopiskt område fungerade utmärkt för desorption (uttorkning). Däremot kunde man inte ens efter stora ansträngningar bestämma absorptionskurvan. Vid de teoretiska beräkningarna användes därför desorptionskurvan trots att försöken var absorptionsförsök. Försöksmetoden att bestämma fukttransportkoefficienter fungerade väl för höga fuktnivåer. Däremot visade sig metoden ge mindre trovärdiga resultat vid lägre fuktnivåer. Resultatspridningen kunde reduceras kraftigt genom att fukttillståndet uttrycktes som porfyllnadsgrad. Genom detta kunde effekten av variationer hos provkroppar reduceras. NMR-tekniken för bestämning av fuktprofiler under pågående kapillärsugning gav hög upplösning och är icke-destruktiv, men är dyrbar och visade sig vara känslig för järn i provet. Spräck-och-tork-tekniken visade sig vara enkel och tillförlitlig men har lägre upplösning och är förstörande. Mätningarna på materialkombinationen puts på underlag visade att fuktförhållandet i puts och gränszon berodde mer på fuktinträngningen och fuktnivån i underlaget än på putslagrets tjocklek. Datorberäkningarna för materialkombinationer gav god överensstämmelse med försöksdata. Samstämmigheten var sämre när den tillämpades på enskilda material. Analys visade att detta sannolikt beror på felaktigheter hos uppmätta fukttransportkoefficienter vid lägre fuktnivåer. Det använda fuktberäkningsprogrammet JAM-2, som främst utvecklats för fukttransport inom hygroskopiskt område, visade sig även kunna användas för beräkning av fukttransport vid mycket höga fuktnivåer. Beräkningar av fuktprofiler vid kapillärsugning visade god överensstämmelse med uppmätta fuktfördelningar vid. Överensstämmelsen var bättre för kombinationer av olika cementbruk och kalksandsten än för materialen testade enskilda. De mätmetoder som användes för att bestämma erforderliga materialkoefficienter, gällande vid höga fuktnivåer, visade sig fungera väl. Metodik måste dock utvecklas för bestämning av uppfuktningskurvor i överhygroskopiskt område. Detta krävs för att man skall förbättra noggrannheten i beräkningarna och för att man även skall kunna beräkna fukttransport vid varierande yttre fuktbelastning. Den utvecklade mät- och beräkningstekniken bör kunna användas för utveckling av materialkombinationer med hög beständighet.