Modern betong torkar inte som förr

 

Artikelförfattare: Per Karnehed, Karnehed Design & Construction AB, Anders Sjöberg, AFEM Konsult AB

Modern betong blir tät. Nya rön visar att den moderna betongen som idag används kan bli upp till 50 gånger tätare än vad vi är vana med. Det gör att det inte går att torka betongen med värme eller avfuktare på ett effektivt sätt. Skall man då behöva använda självtorkande betong? Är det rimligt att välja betong med hög andel miljöbelastande cement bara för att torka ut fukt? Vi ska ju spara på resurser och ta ansvar för kommande generationer? Nej, använd istället tekniken för att minska miljöbelastningen och bygg ansvarsfullt. Artikeln belyser några av utmaningarna och möjligheter med modern betong baserad på Bascement.

Bascement i betong – nya möjligheter

Cementa AB har länge arbetat med utveckling av nya cementblandningar för att använda i betong som får lägre utsläpp av växthusgaser jämfört med tidigare produkter. Deras ansträngningar resulterade i introduktionen av Byggcement år 1999 där andelen miljö-belastande cementklinker sänktes till cirka 87 procent, resterande 13 procent var finmald kalksten. Cementa lyckades därmed sänka miljöbelastningen cirka 10 procent utan att cementets egenskaper ändrades nämnvärt. Med introduktionen av Bascement år 2013 har Cementa tagit ytterligare ett steg och reducerat klinkerandelen till cirka 80 procent. Cementa (2013) anger att resterande andel är 6–20 procent flygaska och 0–5 procent kalkstensfiller, normalt sett 16 procent respektive 4 procent.
En stor andel av ordinarie Portland-cement har alltså stegvis ersatts av andra mineraliska produkter som bindemedel i betongen. Resultatet är ett cement som ger lägre miljöbelastning och betongen har kvar likartade värden för hållfasthet, krympning, böjstyvhet etc.
Däremot är vi många som har fått erfara att betong baserad på Bascement torkar avsevärt mycket långsammare än betong som tillverkas med Byggcement eller ordinarie Portlandcement.

Cementklinker

Cementindustrin står för cirka 5 procent av världens totala utsläpp av koldioxid. Dessa koldioxidutsläpp orsakas genom dagens energiintensiva förbrännings-metod när cementklinker framställs från kalksten. Dels åtgår stora mängder energi för att hetta upp kalkstenen, dels frigörs koldioxid vid den kemiska process som sker under förbränningen. I sitt miljöarbete jobbar Cementa både med att minska utsläppen under produktionen av cement samt att ersätta mängd cementklinker i cementblandningen, ofta med restprodukter från andra industrier.

Krossad ballast

Natursand och grus från rullstensåsar mm finns bara i en viss mängd och kan inte återbildas inom överskådlig tid. Eftersom många av dessa täkter är viktiga för naturens processer som exempelvis att rena grundvattnet, har lagstiftningen styrt betongindustrin till att använda krossat bergmaterial vid betongtillverkning.
Cementklinker som förr bands på ytan av relativt välpolerade och enhetliga sten- och gruspartiklar i betongen blandas nu med krossad ballast där storleken varierar kraftigt. Detta medför att den omslutande ytan hos partiklar i den färska betongen har ökat markant vilket i sin tur påverkar betongens egenskaper och härdningsprocess.

Bascement – är bara början

Utvecklingen av modern betong går mot lägre koldioxidutsläpp, bland annat genom användning av cement med mer inblandning av restprodukter från andra industrier, vanligtvis flygaska, granulerad masugnsslagg och nanosilika. Denna cement benämns CEM II och behöver innehålla minst 65 procent Portlandcement enligt reglerna i SS-EN 197-1 Cement-Del 1. Eftersom Bascement fortfarande har 80 procent klinkerandel finns det möjlighet att ersätta ytterligare 15 procent av cementklinkern med delmaterial som ger ännu lägre miljöbelastning.

Erfarenhet från fältmätningar

Många av oss arbetar med att utföra eller tolka resultaten från RBK-mätning i betong, och har under flera års tid haft problem och överraskningar med fuktig ung betong som inte torkar som förväntat. För två-tre år sedan kunde man hänvisa till att det var enstaka byggen med unika förutsättningar som drabbades av oförutsedda problem vid uttorkningen, att fuktmätning inte utförts korrekt eller på annat sätt hitta förklaringar varför betongen inte torkat som avsett.
Sveriges Byggindustrier, som är huvudman för RBK, har uppmärksammat detta och skriver i sammanfattningen till sitt beviljade SBUF-projekt (13560) att ”Byggbranschen upplever idag problem med uttorkning av betong inför beläggning av ytskikt.… Det har visat sig medföra att den kan bli mycket tät och då i princip omöjlig att diffusionsuttorka inom rimlig tid.”

TorkaS duger inte längre

Det verkar också vara så att TorkaS 3.2 inte kan prognostisera uttorkningen av modern betong på ett korrekt sätt. När man frågade branschen visade det sig att TorkaS hade för stora begränsningar och var inte i fas med dagens krav och behov. Stelmarczyk (2015) sammanfattar: ”… metoder och verktyg för uttorkningsberäkningar är i omedelbart behov av ett mycket omfattande omtag för att kunna motsvara branschens realistiska krav. För att möjliggöra detta måste i princip samtliga, hittills i verktygen använda, materialmodeller revideras eller utökas, ibland redan från grundläggande forskningsnivå. Inmätning av fundamentalegenskaper för moderna betonger, baserade på cement med mineraltillsatser, identifieras vara av vital betydelse.” Vilket är mycket skarp kritik mot de befintliga programmen.

Forskning bakom ny beräkningsmodell

Efter förstudien 2015 anställdes två doktorander vid avdelningen för byggnadsmaterial, LTH för att reda ordning i detta. Dels Oscar Linderoth som (2018) lade fram sin licentiatrapport ”Binding of moisture in fly ash blended Portland cement paste and mortar”. Dels Marcin Stelmarczyk med erfarenhet av modellering och programmering inom en rad tillämpningar. exempelvis Heat xx och PPB åt byggbranschen.
I detta mastodontuppdrag har Marcin doktorandarbete främst inriktats på att mäta in fundamentaldata (materialegenskaper) för Bascementbetong, utvecklat en beräkningsmodell för uttorkning av Bascementbetong. Marcin har dessutom programmerat och implementerat en fuktmodul till PPB2.

PPB 2 – Produktionsplanering Betong

Den första versionen av Produktionsplanering Betong kom 2014 och inriktade sig på att hjälpa platschefer planera och förbereda sig inför gjutningen. Den innehöll ett stort antal 2D typfall och en modul som prognostiserade temperatur- och hållfasthetsutveckling i ung betong. December 2018 introducerades PPB version 2 som även kan beräkna uttorkning av fukt i ung betong med Bascement. Programmet är snyggt och användarvänligt, finns en utförlig manual i hjälpmenyn. Manualen finns ännu inte för fuktberäkningar, men eftersom menyhanteringen är uppbyggd på samma sätt för både temperatur och fuktberäkningar så är den tillräckligt bra för komma igång för oss som är vana vid beräkningar med WUFI och liknande program.

Indata och resultathantering

Första gången man använder PPB 2 känns det lite ovant med ikonerna för ”Nytt…” och ”Beräkna…”. När man väl hittat de tre typfallen för fuktberäkningar och ställt in parametrarna får man lära sig att SMHI:s nordligaste klimatstation heter ”Naimakka”. Därefter är det dags att klicka på ”miniräknaren” så att beräkningen startar.
Diagramhanteringen för utdata ger många nya möjligheter när man väl hittat alla inställningar. Här kan man fördjupa sig i alla möjligheter som jämförande flikar, färgkartor och kurvdiagram innebär. Prova gärna att ställa muspekaren mitt i ett diagram och scrolla med mushjulet. Gör sedan samma sak när med muspekaren står på en av axlarna i ett linjediagram för att se hur diagrammet expanderar och komprimeras kring muspekaren.

Första beräkningen med PPB 2

Stelmarczyk med flera (2019) guidar oss genom en uttorkningsberäkning av en platta på mark som gjuts i början av oktober i Stockholmstrakten. På nästa sida i figur 2 visas färgkartan vid 150 dygn samt linjediagrammet för fuktnivån på ”4 djup” i plattan. Notera att 3 av ”djupen” egentligen är något annat. Den gröna linjen visar lägsta (Min) RF-nivån i plattan, den blå linjen visar högsta (Max) RF nivå samt den röda linjen visar ett enkelt medelvärde för RF i plattan. Dessa fuktnivåer finna alltså inte på ett speciellt djup i betongen.
Notera att den röda linjen, till vänster i figur 2, RF på ekvivalent djup i plattan, inte påverkas nämnvärt av att det regnar 6 gånger innan det hinner bli tätt hus efter 90 dygn. Det 7:e ”regnet”, vid 120 dygn, är inte är ett regn utan det hopp i RF som uppstår då sorptionen och den termodynamiska jämvikten i porsystemet förskjuts av temperaturökningen då torkningsklimatet i byggnaden startar. Hur kommer det sig att vi aldrig såg detta fenomen i TorkaS?

100-års regnet saknas

Alla funktioner är ännu inte på plats i PPB 2.0.14, som är den senaste versionen i skrivandets stund. Exempelvis går det ännu inte att simulera ett kraftigt skyfall eller effekten av ett läckage som resulterat i att vatten blivit stående på betongplattan över helgen. Det går inte heller att importera det faktiska klimatet som råder på arbetsplatsen och betongen exponeras för innan tätt hus.
I PPB:s temperatur- och hållfasthetsmodul går det däremot bra att importera mätdata i realtid från temperatur-mätningar, samt även lägga till ett eget betongmaterial som man mätt in fundamentaldata för själv. Motsvarande funktioner kommer sannolikt att implementeras i PPB-fukt också, speciellt om vi aktörer i branschen efterfrågar det.

Undvik tidig uppfuktning

Den nuvarande versionen av BBP-fukt bygger på fundamentaldata (material-egenskaper) som är uppmätta på Bas-cementbetong med vct 0,55–0,32.
I figur 2 jämförs ovan nämnda beräkning med motsvarande beräkning utförd med TorkaS 3.2 samt tre parameterstudier utförda i PPB 2. Notera att TorkaS 3.2 (grön streckad linje) visar för högt resultat jämfört med ”grundfallet”(svart heldragen linje) som beräknats med PPB2. PPB 2 räknar alltså lägre än Torkas 3.2.
I ett försök att återskapa de höga värdena, som ofta förekommer vid fuktmätningar innan mattläggning, så simulerades en betongyta med hög fuktbelastning. Eftersom det ännu inte går att lägga in egna regn som indata i PPB så sattes torkmiljön till 100 procent under dygn 0–120. Därefter samma fuktnivåer som för grundfallet. Temperaturen följde hela tiden grundfallet.

Temperaturen påverkar RF

Resultatet i form av RF på ekvivalent djup redovisas som gul heldragen linje i figuren. Efter ett år är fuktnivån på ekvivalent djup nere på cirka 90% RF medan grundfallet har torkat till 83% RF.
Den bästa självuttorkning på ekvivalent djup erhölls i betongen med låg temperaturen de första dagarna efter gjutning. I figuren redovisas att RF blir 75 % RF på ekvivalent djup efter ett år om temperaturen omkring betongen hålls vid -4°C under dygn 0–7 efter gjutning. Notera att detta främst är ett hypotetiskt exempel för att illustrera effekten. Skulle någon få för sig att använda denna metod för att sänka RF i betongen så finns det en mängd andra effekter som också behöver beaktas, exempelvis frysning av betongen, långsammare hållfasthetstillväxt och förlängd tid till avformning för att nämna några.
Den röda kurvan i figuren visar effekten av förhöjd temperatur under dygn 0–7, betongen blir fuktigare på ekvivalent djup. Efter ett år är fuktnivån på ekvivalent djup 85% RF, det vill säga 2% RF högre än för grundfallet.

Vilket vct är bäst

På många ritningar anges betongens exponeringsklass i inomhusmiljö till X0, vilket motsvarar vct 0,9. Alltså behöver inte betongen vara starkare än vct 0,9 ur konstruktivt perspektiv.
Samtidigt visar simuleringsresultaten i figur 3 att uttorkningen hos Bascementbetong med vct 0,55 påverkas av andra faktorer än vi är vana att lägga tonvikten vid. Detsamma gäller med största sannolikhet i ännu högre grad för betong med lägre vct än 0,55.
I Stelmarczyk (2019) framgår det att Bascementbetong med vct 0.55 har en transportförmåga som är cirka en sextiondel (1/60) jämfört med betong med ren OPC för samma vct. För lägre vct minskar förhållandet mellan transportförmågan för betong med Bascement jämfört med ren OPC. Det är dock fortfarande så att minskande vct för betong med Bascement ger minskande fukttransport och att betong med Bascement har avsevärt lägre fukttransport än betong med ren OPC för samma vct.

 Vilket mätdjup gäller?

Idag är det ofta alldeles för fuktigt på ekvivalent mätdjup när man mäter RF innan mattläggning enligt RBK-systemet. Och trots stora insatser med uppvärmning, avfuktning och förskjutna tidplaner, torkar ändå inte betongen ut som förväntat. Är det då rimligt att fortsätta välja högpresterande Bascementbetong med tanke på självtorkning, som ändå inte verkar fungerar som man tänkt sig?
Ovanstående problem verkar inträffa eftersom Bascementbetong bli så tät att omfördelning av byggfukt inte förekommer inom rimlig tid. Det måste väl i sin tur innebära att grunden till RBK-systemet, som beskrivs i avsnitt 2.3 på flik 2 i RBK-manualen, är satt ur spel. Kan man verkligen fortsätta att tala om ekvivalent mätdjup när det inte finns någon egentlig omfördelning av byggfukt i betongen?
Sveriges Byggindustrier (RBK) har uppmärksammat problematiken med den täta Bascementbetongen som i princip är omöjlig att diffusionstorka inom rimlig tid. Det pågående SBUF-projektet (13560) syftar till att ta fram och verifiera ”ett antal fuktsäkrade lösningar vad gäller golvkombinationer (betong, avjämning lim och ytskikt) för omedelbar användning.” Och på längre sikt skall man identifiera problemen och stimulera forskning och utveckling som kan lösa dem.

Limning av matta

Skolor, äldreboenden och andra offentliga miljöer behöver vara lättstädade och beställaren önskar ofta limmade plastmattor på golven. Det verkar som om vi i dessa fall behöver börja beakta all Bascementbetong som ett icke sugande underlag, åtminstone om vct är 0,55 eller lägre.
Den extrema tätheten som har visats uppstå efter några månader hos Bas-cementbetong hindrar i princip all insugning av fukt från betongytan (efter cirka 3 månader) samt omfördelning av fukt från ekvivalent djup. Det borde i så fall innebära att det är byggfukten i avjämningsmassan och limfukten i vattenbaserade golvlim som orsakar fuktskador i dessa konstruktioner.
Det är känt sedan länge att limning av plastmattor på tät betong ger problem om limfukten inte beaktas, Wengholt-Johnsson (1995). Rekommendationen är att förse golvet med minst 5 mm normaltorkande avjämningsmassa, gärna 10–20 mm. Denna bör läggs så tidigt som möjligt efter tätt hus och lämpligt klimat ordnats, för att ge avjämningen så bra förutsättningar som möjligt att torka tillräckligt.
Byt även till diffusionsöppna ytbeläggningar där det går. Montera inte plastmatta i fläktrum, undercentraler eller liknande av gammal vana. En bättre lösning för dessa utrymmen är att istället gjuta 100 mm klackar i betong innan regelväggar byggs. Dammbind betongytan och göra ordentliga hålkäl mot väggar och in bakom dörrkarmarna i hela väggens bredd.

 Större risk med snabbtorkande produkter

Det har visat sig i studier av Grantén (2004) att snabbtorkande avjämningsmassor i själva verket har ett snabbt härdningsförlopp så att de blir gångbara inom ett dygn. Uttorkningen av fukt är inte speciellt snabb i dessa produkter, i några fall torkar de till och med långsammare än de normala produkterna.
För att en avjämningsmassa skall fortsätta torka i nämnvärd omfattning efter att mattan limmats, krävs i princip ett torrt sugande underlag som kan ta hand om fukten i avjämningsmassan, detta gäller även självtorkande och snabbhärdande produkter. Bascement-betong kan inte anses vara ett sugande underlag (efter 3 månader) med dagens kunskap. Det är därför viktigt att avjämningen får torka ordentligt så att den kan buffra limfukten. Användning av ”snabbtorkande” avjämning innebär i praktiken en ökad risk för fuktskada.

Fukt och alkalispärrar

Alkalispärrar, fuktskydd och förseglingar är i många fall helt meningslösa åtgärder när de används på en tät Bascementbetong. Om de över huvud taget har någon effekt finns det nog bara två ordentliga studier på, Sjöberg (2001) samt Grantén (2015). Hur kan det vara så lågt intresse för väl undersökta och dokumenterade egenskaper (hos dessa produkter) när behovet av fungerande lösningar är så stort?
Allmänt kan man säga att det inte verkar behövas några fuktspärrar på Bas-cementbetong eftersom den blir extremt tät efter 2-3 månader. Möjligtvis behövs en alkalispärr på Bascementbetong och det har visats av Wengholt-Johnsson (1995), samt en rad andra studier, att lågalkalisk normaltorkande avjämningsmassa fungerar utmärkt som alkali-spärr. Samtidigt kan den ta hand om limfukten när den är väl uttorkad, gärna till 75% RF.

Åtgärder just nu

Bristen på kunskap om uttorkning av fukt i Bascementbetong är stor för tillfället. Av allt att döma verkar det som om Cementa har introducerat en ny produkt utan att uppge vilka konsekvenser den kan orsaka kunderna. Sveriges byggindustrier och RBK har tagit ansvar och spelar nu en central roll i den kunskapsuppbyggnad som vi nu behöver och står inför.
Till dess att kunskapsluckorna täppts till kan en rimlig rekommendation vara att inte använda Bascementbetong med låg vct i syfte att utnyttja självtorkningen. Det verkar inte längre vara vct som är den mest avgörande parametern för att få en låg fuktnivå i betongen. Använd vct 0,55 eftersom det är den högsta vct som är inmätt och går att simulera med PPB 2. Dessutom gör man då miljön en tjänst eftersom en kubikmeter betong med högre vct har en betydligt mindre klimatpåverkan då cementhalten är mindre.

 Avjämningsmassa för limfukten

Välj vct som avgörs av konstruktionsklassen, inte efter uttorkning. Strunta i att försöka diffusionstorka betongen med värme och avfuktare. Prova gärna att simulera olika förhållanden med PPB, och glöm inte att registrera er för uppdateringar etc när ni laddar ner programmet från SBUF.se.
Avjämna betongen med 10–20 mm normaltorkande avjämningsmassa när det blivit tätt hus och lämpligt klimat. Torka avjämningsmassan till minst 75% RF eller utför en fuktdimensionering av hela golvsystemet inklusive limfukt.

RF-mätning innan mattläggning

För att uppfylla kravet på egenkontroll innan mattläggning behöver (sannolikt) fortfarande fuktmätning utföras. Det mest rimliga verkar vara att mäta RF i avjämningsmassan enligt GBR-metoden för att säkerställa att den torkat till 75% RF eller lägre. Alternativt behöver avjämningen ha torkat till värdet som beräknats med fuktdimensioneringen.
För att mätningen i betongen skall vara meningsfull behöver den utföras som en fuktprofil i syfte att säkerställa att ingen diffusionsuttorkning sker i betongen eller något annat oväntat inträffat. Lämpligt utförande av fuktprofilen är mätning på tre djup, 20 procent, 40 respektive 70 procent av betongtjockleken vid enkelsidig uttorkning. Använd RBK-systemets metoder och jämför mätvärdena med beräkningar i PPB 2.

Slutsatser

Som många gånger förr inom bygg-branschen är det små förändringar inom ett område som får stora effekter inom andra områden. Det är helt rimligt att cementindustrin söker nya vägar för att minska sitt ekologiska avtryck.
Vid sidan av de problem som uppstått finns det en rad fördelar med bascement som kan lyftas fram. Betong tål fukt och blir en mycket tät produkt med Bascement. Detta är en egenskap som kan utnyttjas tillsammans med normaltorkande avjämningsmassa för att bemästra de utmaningar som tidigare funnits vid limning av golvbeläggningar.
Bascementbetong har visat sig blir mycket tät när den har fått härda i 2–5 månader. Därefter sker endast en mycket långsam omfördelning av fukt enligt PPB 2.
Efter cirka 9 månader upphör även självtorkningen av betongen enligt PPB 2. Därefter sker endast en mycket långsam uttorkning av betongen.
Normaltorkande, lågalkalisk avjämningsmassa utgör ett gott skydd för limfukt på bascementbetong. Vid limning av täta beläggningar med vattenbaserat lim kan uttorkad avjämning (70 % RF) ta hand om limfukt, upp till 90 gram per m².

=> Låt bascementbetongen härda cirka 5 månader.
=> Applicera 20 mm normaltorkande avjämningsmassa så fort det har blivit tätt hus med godtagbart klimat.
=> Torka avjämningsmassan till 70 % RF i medeltal.
=> Limma därefter golvbeläggning, ånggenomgångsmotstånd (Z) ≤ 2.5·106 s/m.

Använd maximalt 90 gram limfukt per m² vid limning
Tjockare skikt avjämning, torrare avjämningsmassa, mindre mängd limfukt eller öppnare golvbeläggning innebär mindre risk (ökad säkerhetsmarginal) för fuktskada.
Miljön lyfter på hatten och vi står beredda att hjälpa till i det kommande omställningsarbetet.

Referenser

[x] Grantén J. (2015) Spärrskikt mot golvemissioner, – Tester av olika golvsaneringsmetoder, – Utvärdering av olika åtgärdseffekter i fält. Slutrapport SBUF Projekt nr: 12890. www.sbuf.se
[1] Cementa AB (2013) Bascemett, teknisk beskrivning. www.cementa.se
[2] Linderoth, Oskar (2018) Binding of moisture in fly ash blended Portland cement paste and mortar, impact of replacement level and curing temperature. TVBM-3186. Avd Byggnadsmaterial, LTH.
[3] Stelmarczyk, M., Hedlund, H., Johansson, P., Rapp T. (2015) Förstudie och metodutveckling för implementering av fuktberäkningsmodul i datorprogrammet Produktionsplanering Betong. Slutrapport. www.sbuf.se
[4] SBUF-projekt (13560) Framtidens golv-system med modern, tät betong (2018–2020) Projektledare: Ted Rapp, Sveriges Byggindustrier. www.sbuf.se
[5] Sjöberg, A. (2001) Egenskaper och funktion hos fukt- och alkalispärrar på betong. Rapport P-01:5. Inst för Byggnadsmaterial, CTH.
[6] Stelmarczyk, M., Rapp, T., Hedlund, H., Gränne, F. (2019) Bascementet inmätt – PPB beräknar uttorkning. Nyhetsartikel. www.sbuf.se
[7] Wengholt-Johnsson, H. (1995) Kemisk emission från golvsystem, effekten av olika betongkvalitet och fuktbelastning. Rapport P-95:4. Inst för Byggnadsmaterial, CTH.

Artikeln är publicerad i Bygg & teknik nr 2/19

Dela på: