Modifierat trä i bärande konstruktioner

Figur 1: Vä: Trepunkts-böjning för bestämning av brottenergi. Hö: Exempel på uppmätt kraft-deformationssamband för acetylerat och omodifierat trä.

Det stora träbyggandet har varit i blickfånget sedan våra byggregler ändrades i mitten av 1990-talet. En tydlig utveckling har skett vad gäller flervåningsbyggandet i trä. Användningen av trä i infrastrukturer som broar och vindkraftverk har också ökat, även om användningen av trä i sådana bärande utomhuskonstruktioner i allmänhet är blygsam. Genom att modifiera trä på kemisk väg kan många av de svårigheter som förknippas med kombinationen trä och fukt undvikas. Kunskapen om hur man kan använda modifierat trä i bärande konstruktioner är dock begränsad. Artikeln handlar om en sådan modifieringsmetod – acetylering – och om det acetylerade träets egenskaper.

Inledning

Trä och fukt – En utmaning 

För utomhuskonstruktioner utgör fukt­belastning i allmänhet en stor utmaning och särskilt ett ständigt växlande mellan uppfuktning och uttorkning. Den be­gränsade naturliga beständigheten hos trä utgör en utmaning, men också form­stabiliteten och risken för sprickbildning vid snabb (ojämn) uttorkning eller upp­fuktning kan orsaka problem. I många fall kan inhemska (svenska) träslag inte uppfylla kraven utan någon form av ytbehandling eller impregnering. Kon­struktivt träskydd i form av väldesignad detaljutformning av förband, täckande plåtar och/eller utnyttjande av offerträ är också avgörande faktorer för att åstad­komma beständiga, välfungerande bygg­nadsverk. Sådana åtgärder kan dock komplicera och fördyra konstruktioner­na. Traditionella träskyddsmetoder löser främst utmaningarna kopplade till be­ständighet, och utmaningar vad gäller formstabilitet och risken för sprickbildning kvarstår.

Även när vi använder trä i inomhusklimat spelar materialets fuktegenskaper stor roll, inte minst gäller detta konstruktio­ner med större spännvidder (sporthallar, lagerbyggnader) där stora tvärsnitt och stålbeslag kan leda till problem med sprickbildning. Om till exempel limträ tillverkas med en målfuktkvot på 12 % motsvarar detta ungefär fuktkvoten vid jämvikt med den fuktigaste inomhusluften (på sommaren). I ett extremt fall (inomhus på vintern i Norra Sverige) kan jämviktsfuktkvoten vara kanske en femtedel av detta, 2 %–3 %. Risken för sprickbildning på grund av variationer i fukt över året (från 2 % till 12 % fuktkvot) är uppenbar, om inte fuktrörelserna kan tillåtas utan att spänningar uppstår. 

Modifierat trä

Begreppet modifierat träsyftar på att förändra materialets kemi eller samman­sättning. Modifieringen görs för att få nya och förbättrade egenskaper, till exem­pel vad gäller beständighet. Exempel på modifi­eringsmetoder är termisk behand­ling, furfurylering och acetylering. Meto­derna har en stor fördel jämfört med mer traditionella impregneringsmetoder, ef­tersom det behandlade materialet inte innehåller några biocider, och har därför en minimal påverkan på miljön. 

Här behandlas en kemisk modifierings­metod, nämligen acetylering. I korthet handlar acetylering om att på kemisk väg ändra träets sammansättning så att det modifierade träet inte tar upp lika mycket fukt som vanligt trä. Modifieringsmetoden gör alltså att träet håller sig torrare samt krymper och sväller mindre vid variationer i luftfuktigheten. 

Forskningsprojekten, mål och syfte

Forskningen som presenteras har ge­nomförts dels inom ramen för det strategiska innovationsprogrammet Bio-Innovation (IPOS, delprojekt ”Bärande utomhusträ”) där ett antal forsknings­utförare och industrideltagare, från flera olika länder (se faktaruta), har deltagit [1]. BioInnovation är ett strategiskt in­novationsprogram som finansieras av Vinnova, Energimyndigheten och Formas. Dessutom har ett doktorandprojekt genomförts vid Lunds universitet. Dokto­randprojektet har finansierats av Formas (projektnummer 2016-01138), se även [2, 3, 4]. Inom båda dessa projekt har ett antal olika undersökningar genomförts på olika material och komponenter vad gäller beständighet, grundläggande mekaniska egenskaper, egenskaper vid limning och egenskaper för mekaniska förband. 

Det övergripande målet med forsk­ningen inom området modifierat trä är att bidra till ett ökat mervärde för den inhemska biomassan genom ett ökat användande av trä i byggandet. 

Forskningen fokuserar på modifiering av inhemska träslag, och undersöker möjligheten att använda ”nya” träslag för bärande ändamål, träslag som har bättre mekaniska egenskaper, eller som lämpar sig särskilt väl för ett storskaligt skogsbruk, eller möjligen både och. Om nya material och komponenter ska introduceras är det viktigt att undersöka behovet av nya eller anpassade konstruktionsregler, något som i sin tur kräver kunskap om materialets egenskaper. Forskningen som presenteras här syftar till just detta: Att genom ny kunskap om modifierat trä, i det här fallet acetylerat trä, hitta nya möjligheter för framtidens – i dubbel bemärkelse – hållbara träkonstruktioner!

I artikeln presenteras resultat från prov­ningar som gjorts inom de ovan nämnda pro­jekten avseende materialets mekaniska egenskaper och egenskaper hos förband baserade på acetylerat trä. För ytterligare information om projekten och ytterligare resultat hänvisas till [1].

Läs hela artikeln i Bygg & teknik nr 4/21.

Artikelförfattare: Erik Serrano, Karin Forsman och Henrik Danielsson, Byggnadsmekanik, Lunds tekniska högskola, LTH