9789144057552

BYGGNADSMATERIAL Tillverkning, egenskaper och användning

PER GUNN A R BURSTRÖM KJELL NILV ÉR

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och studenters begränsade rätt att kopiera för undervisningsändamål enligt Bonus Copyright Access kopieringsavtal, är förbjuden. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller Bonus Copyright Access.

Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare.

Studentlitteratur har både digital och traditionell bok­utgivning. Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.

Art.nr 7111 ISBN 978-91-44-05755-2 Upplaga 3:1 © Författarna och Studentlitteratur 2001, 2018 studentlitteratur.se Studentlitteratur AB, Lund Omslagslayout: Francisco Ortega Omslagsbild: Kjell Nilvér Formgivning inlaga: Henrik Hast Figurer om inget annat anges: Jonny Hallberg Foton om inget annat anges: Författarna Printed by Interak, Poland 2018

INNEHÅLL

Förord 17 Grekiska prefix 19 1 Allmän översikt 21

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Byggandets ekonomiska roll i samhället 22 Materialens funktion och egenskaper 23 Hållbart byggande och val av material 26 Regelverk och hjälpmedel 27 Klassificering av byggnadsmaterial 29 Bokens uppläggning och läsanvisning 30 Litteratur 31

2 Materialens strukturella uppbyggnad 33

2.1 2.2 2.3 2.4

Allmänt 34 Bindningstyper 36 Aggregationsformer 38 Isotropi och homogenitet 40 Litteratur 42

3 Porositet och densitet 43

3.1 3.2 3.3 3.4

Allmänt 44 Definitioner och samband 44 Metodik för att bestämma porositet och densitet 46 Porositetens betydelse för materialens egenskaper 52 Litteratur 54

4 Värme 55

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Värmetransportmekanismer 56 Strålning 56 Konvektion 58 Ledning 61 Värmeledningsförmåga hos porösa material 62

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3

Innehåll

4.6 4.7

Mätning av värmeledningsförmåga 71 Värmekapacitet 72 Litteratur 74

5 Fukt 75

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

Allmänt 76 Grundläggande definitioner 78 Kondensation, adsorption och kapillärkondensation 81 Hygroskopisk fukt och jämviktsfuktkurvor 84 Kapillär fukt – sugning 89 Fukttransport i vätskefas – kapillärtransport 94 Fukttransport i ångfas – konvektion och diffusion 97 5.7.1 Konvektion 97 5.7.2 Diffusion 99 5.7.3 Ånggenomgångsmotstånd 101 5.8 Fuktskador – kritiska fukttillstånd 103 5.9 Fukttransportberäkningar 107 5.9.1 Uttorkning av porösa material (exklusive ung betong) 109 5.10 Fuktutbyte mellan material 113 Litteratur 123 6 Hållfasthet 125

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

Normalspänning, deformation och brott 126 Skjuvspänning och skjuvdeformation 131 Seghet, sprödhet och kallbearbetning 133 Inverkan av spänningsriktning och spänningskombinationer 136 Utmattning 141 Provningsmetoder 143 Litteratur 146

7 Deformationer av last 147

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8

4

Olika typer av deformationer 148 Elastiska deformationer 149 Plastiska deformationer 151 Krypdeformation 151 Spänningsrelaxation 154 Reologiska modeller 156 Spännings-töjningskurvor och provningsmetoder 156 Tixotropi 161 Litteratur 161

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

I nnehåll

8 Temperatur- och fuktbetingade deformationer 163

8.1 8.2 8.3 8.4

Allmänt 164 Temperaturbetingade deformationer 164 Fuktbetingade deformationer 169 Sammanlagd effekt av deformationer i material 174 Litteratur 178

9 Beständighet 179

9.1 9.2

9.3

9.4

Allmänt 180 Nedbrytningsmekanismer 181 9.2.1 Kemiskt angrepp 181 9.2.2 Elektrokemiskt angrepp 184 9.2.3 Fysikaliskt angrepp 194 9.2.4 Biologiskt angrepp 199 9.2.5 Strålningsangrepp 202 Miljöfaktorer 203 9.3.1 Atmosfär 203 9.3.2 Klimat 203 9.3.3 Vatten 205 9.3.4 Mark 205 Provning och bedömning av beständighet 206 9.4.1 Giltighet och tillförlitlighet 206 9.4.2 Tidsfaktorn 207 9.4.3 Synergism 209 9.4.4 Samverkan mellan material 209 9.4.5 Fältinventeringar och erfarenheter 209 Litteratur 210

10 Materialens egenskaper vid höga temperaturer 211

10.1 Allmänt 212 10.2 Strukturella förändringar 212 10.3 Egenskapsförändringar 214 10.3.1 Hållfasthet 215 10.3.2 Deformationsegenskaper 216 10.3.3 Temperaturbetingade rörelser 216 10.4 Nedbrytning av material 217 10.4.1 Förbränning 217 10.4.2 Avflagningar och termochock 218 10.5 Brandskyddstekniska begrepp 220

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

5

Innehåll

10.6 Olika material från brandteknisk synpunkt 222 10.6.1 Tegel och murverk 222 10.6.2 Stål 223 10.6.3 Aluminium 225 10.6.4 Betong 225 10.6.5 Armerad betong 228 10.6.6 Lättbetong 229 10.6.7 Natursten 230 10.6.8 Trä 230 10.6.9 Skivmaterial 232 10.6.10 Plast 233 10.6.11 Övriga material 234 Litteratur 234 11 Övriga egenskaper 235

11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7

Hårdhet 236 Slagseghet 237 Motstånd mot nötning 238 Värmebehaglighet 238 Friktion och halksäkerhet 241 Luftgenomsläpplighet 242 Strålningsskydd 243 Litteratur 243

12 Betong 245

12.1 Allmänt 246 12.2 Delmaterial till betong 249 12.2.1 Cement 249 12.2.2 Vatten 255 12.2.3 Ballast 255 12.2.4 Tillsatsmedel 259 12.2.5 Tillsatsmaterial 261 12.3 Färsk betong 264 12.3.1 Inledning 264 12.3.2 Arbetbarhet och gjutbarhet 264 12.3.3 Konsistens 265 12.3.4 Stabilitet och separation 268

6

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

I nnehåll

12.4 Betongens hårdnande 269 12.4.1 Inledning 269 12.4.2 Kemiska reaktioner och strukturutveckling 271 12.4.3 Värmeutveckling och temperatursprickbildning 275 12.4.4 Inverkan av tid och temperatur på härdningsförloppet 277 12.4.5 Inverkan av fukttillgången på härdningsförloppet 279 12.4.6 Frysning av nygjuten betong 283 12.5 Hårdnad betong 284 12.5.1 Hållfasthet 284 12.5.2 Deformation av last 286 12.5.3 Fuktbetingade rörelser (krympning och svällning) 288 12.5.4 Beständighet 291 12.5.5 Täthet mot vätskor 296 12.6 Högpresterande betong 298 12.7 Självkompakterande betong 300 12.8 Uttorkning av byggfukt i betong 301 12.9 Fasadbetong och betongens yta 303 12.10 Svensk och europeisk betongstandard 307 12.11 Proportionering av betong 310 12.11.1 Allmänt 310 12.11.2 Principer för proportionering 311 12.11.3 Bestämning av betongsammansättning 312 Litteratur 312 13 Lättbetong 313

13.1 Olika typer av lättbetong 314 13.2 Autoklaverad lättbetong 315 13.2.1 Allmänt 315 13.2.2 Materialegenskaper 318 13.3 Lättballastbetong 322 13.3.1 Allmänt 322 13.3.2 Framställning och proportionering 323 13.3.3 Materialegenskaper 324 13.4 Cementbunden lättklinker och lättklinkerblock 325 13.5 Lättbetong med ballast av cellplast 326 13.6 Litteratur 326

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

7

Innehåll

14 Keramiska byggnadsmaterial 327

14.1 Allmänt 328 14.2 Framställning 329 14.2.1 Råmaterial 330 14.2.2 Formgivning 332 14.2.3 Torkning 333 14.2.4 Bränning och avkylning 334 14.2.5 Glasering och engobering 339 14.3 Egenskaper 340 14.3.1 Allmänt 340 14.3.2 Struktur och porositet 340 14.3.3 Hållfasthet och deformation 341 14.3.4 Fuktegenskaper 344 14.3.5 Termiska egenskaper 345 14.3.6 Beständighet 345 14.4 Produkter 348 Litteratur 352 15 Natursten och kalksandsten 353

15.1 Allmänt 354 15.2 Natursten 354 15.2.1 Stensorter 354 15.2.2 Brytning och bearbetning 359 15.2.3 Egenskaper och tekniska data 361 15.2.4 Arbetsmiljö 362 15.3 Kalksandsten 363 15.3.1 Tillverkning 364 15.3.2 Egenskaper och tekniska data 365 15.3.3 Produkter 365 Litteratur 366 16 Puts- och murbruk 367

16.1 Allmänt 368 16.2 Bindemedel till bruk 370 16.2.1 Släckt kalk (luftkalk) 370 16.2.2 Hydraulisk kalk 372 16.2.3 Cement 373 16.2.4 Kalkcement 373 16.2.5 Murcement 373

8

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

I nnehåll

16.3 Övriga delmaterial till bruk 374 16.3.1 Ballast 374 16.3.2 Vatten 375 16.3.3 Tillsatsmedel 375 16.3.4 Färgpigment 376 16.4 Brukstyper 376 16.4.1 Klassificering av bruk 376 16.4.2 Proportionering av bruk 377 16.4.3 Torrbruk 378 16.5 Bruksegenskaper 378 16.5.1 Färskt bruk 379 16.5.2 Hårdnande bruk 379 16.5.3 Härdat bruk 381 16.6 Val av bruk 383 16.6.1 Murbruk 383 16.6.2 Putsbruk 383 16.7 Putsning 383 Litteratur 385 17 Stål 387

17.1 Allmänt 388 17.2 Stålframställning 388 17.2.1 Råjärn 388 17.2.2 Färskning 390 17.2.3 Stränggjutning 391 17.3 Legeringsämnen och föroreningar 392 17.3.1 Kol 392 17.3.2 Andra vanliga legeringsämnen i konstruktionsstål 394 17.4 Kallbearbetning 397 17.5 Värmebehandling och svetsning 399 17.5.1 Värmebehandling 399 17.5.2 Svetsning 402 17.6 Egenskaper 403 17.6.1 Hållfasthet och töjbarhet 403 17.6.2 Deformationsegenskaper 404 17.6.3 Sprött brott 405 17.6.4 Korrosion av stål 406

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

9

Innehåll

17.7 Produkter av stål 408 17.7.1 Allmänt 408 17.7.2 Armeringsstål 408 17.7.3 Varmvalsad balk och stång 411 17.7.4 Konstruktionsrör 412 17.7.5 Kallformade stålprofiler 412 17.7.6 Byggplåt 413 Litteratur 413 18 Aluminium, koppar, zink och titan 415

18.1 Aluminium 416 18.1.1 Framställning 416 18.1.2 Legeringar, kallbearbetning och värmebehandling 416 18.1.3 Formningsmetoder 416 18.1.4 Beständighet mot korrosion 418 18.1.5 Övriga egenskaper 420 18.1.6 Svetsning 421 18.2 Koppar 421 18.2.1 Allmänt 421 18.2.2 Egenskaper 421 18.2.3 Miljöpåverkan 422 18.3 Zink 423 18.4 Titan 423 Litteratur 424 19 Trä 425

19.1 19.2 19.3 19.4 19.5

19.6 19.7 19.8 19.9

10

Allmänt 426 Träets uppbyggnad och struktur 428 Träets porositet och densitet 433 Störningar och fel hos virke 434 Träets fuktinnehåll 435 19.5.1 Uttorkning och uppfuktning 435 19.5.2 Fuktbetingade rörelser 437 Hållfasthet 441 Deformation 445 Hårdhet 446 Termiska egenskaper 446

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

I nnehåll

19.10 Beständighet 448 19.10.1 Kemiskt angrepp 448 19.10.2 Angrepp av svampar och bakterier 448 19.10.3 Angrepp av insekter och havsdjur 451 19.11 Kemiska skyddsmetoder 452 19.12 Sortering och klassificering 453 19.12.1 Sågade trävaror 453 19.12.2 Limträ 455 Litteratur 456 20 Plast och gummi 457

20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8

Allmänt 458 Polymera material 459 Fyllmedel och tillsatser 462 Viktiga termoplaster 463 Viktiga härdplaster 466 Viktiga gummimaterial 467 Mekaniska och termiska egenskaper 468 Beständighet 470 Litteratur 470

21 Ytbehandlingsmaterial 473

21.1 Allmänt 474 21.2 Olika typer av ytbehandlingsmaterial 474 21.3 Färgernas sammansättning och uppbyggnad 475 21.3.1 Bindemedel 477 21.3.2 Pigment 478 21.3.3 Fyllnadsmedel 479 21.3.4 Lösningsmedel 479 21.3.5 Tillsatsmedel 480 21.4 Olika typer av färger 480 21.4.1 Linoljefärger 480 21.4.2 Alkydfärger 481 21.4.3 Latexfärger 481 21.4.4 Lösningsmedelburna polymerhartsfärger 482 21.4.5 Tvåkomponentfärger 482 21.4.6 Övriga färgtyper 483 21.5 Val av lämplig färg 484 21.5.1 Ytbehandlingens uppbyggnad 485 21.5.2 Färgernas applicering 486

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

11

Innehåll

21.6 Underlagets inverkan på målningsresultatet 486 21.6.1 Målning av trä och träbaserade material 487 21.6.2 Målning av mineraliska material 489 21.6.3 Målning av metall 490 21.6.4 Målning på gammal färg 491 Litteratur 492 22 Lim 493

22.1 Allmänt 494 22.2 Limningsteorier 494 22.2.1 Mekanisk vidhäftning 494 22.2.2 Molekylär vidhäftning 495 22.2.3 Limförbandets uppbyggnad 497 22.3 Limmens sammansättning 498 22.4 Limmens stelningssätt 499 22.5 Limmens applicering 500 22.6 De viktigaste limtyperna och användningsområden 501 22.6.1 Vegetabiliska limämnen 501 22.6.2 Asfalt 501 22.6.3 PVAc-lim 502 22.6.4 Akrylatlim 502 22.6.5 Natur- och syntetgummilim 503 22.6.6 Karbamid-, melamin-, fenol- och resorcinollim 503 22.6.7 Epoxilim 504 22.6.8 Polyuretanlim 504 Litteratur 504 23 Fogmaterial 505

23.1 Allmänt 506 23.2 Krav på rörelsefogar 507 23.3 Olika typer av fogmaterial 508 23.3.1 Fogmassor 508 23.3.2 Foglister 511 23.3.3 Drevningsmaterial 512 23.3.4 Fogband 513 23.4 Val av fogmassa 514 23.5 Dimensionering av rörelsefogar 515 23.6 Brandtätning av fogar 517 Litteratur 518

12

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

I nnehåll

24 Värmeisolerings­material 519

24.1 24.2 24.3 24.4 24.5

Allmänt 520 Mineralull 522 Cellplast 525 Träbaserade värmeisoleringsmaterial 529 Övriga värmeisoleringsmaterial 531 24.5.1 Högpresterande värmeisoleringsmaterial 532 Litteratur 534

25 Skivmaterial 535

25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.6 25.7 25.8 25.9 25.10

Allmänt 536 Plywood (kryssfanér) 536 OSB-skivor 538 Lamellträ 539 Träfiberskivor (board) 539 MDF-skivor 540 Spånskivor 541 Cementbundna skivmaterial 542 Gipsskivor 543 Övriga skivmaterial 545 Litteratur 547

26 Glas 549

26.1 Allmänt 550 26.2 Glasets sammansättning 550 26.3 Glasets fysikaliska egenskaper 552 26.3.1 Densitet 552 26.3.2 Termiska egenskaper 552 26.3.3 Hållfasthet och deformationsegenskaper 553 26.3.4 Optiska egenskaper 553 26.4 Glasets beständighet 554 26.5 Planglasvaror 555 26.5.1 Blåst glas 555 26.5.2 Draget glas (maskinglas) 556 26.5.3 Flytglas (floatglas) 556 26.5.4 Trådglas 557 26.5.5 Valsat glas (gjutglas) 557

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

13

Innehåll

26.6 Förädlingsprodukter av planglas 558 26.6.1 Säkerhetsglas 558 26.6.2 Ljus- och värmereflekterande glas 559 26.6.3 Brandskyddsglas 559 26.6.4 Smutsavvisande glas (”självrengörande glas”) 560 26.7 Förseglade rutor (isolerrutor) 561 26.8 Glasformgods 564 Litteratur 564 27 Bitumen, byggpapp, folier och fuktspärrar 565

27.1 27.2 27.3 27.4

Allmänt 566 Bitumen 567 Bitumenmattor och dukar av gummi och plast 568 Fuktspärrar 571 Litteratur 572

28 Golvmaterial 573

28.1 Allmänt 574 28.2 Olika typer av golvmaterial 574 28.2.1 Trägolv 575 28.2.2 Textilmattor 577 28.2.3 Linoleum 578 28.2.4 Plastmaterial 579 28.2.5 Laminatgolv 580 28.2.6 Kork 581 28.2.7 Gummimaterial 581 28.2.8 Natursten 582 28.2.9 Keramiska plattor 582 28.2.10 Cementmosaik (terrazzo) 583 28.2.11 Hårdbetong 583 Litteratur 584 29 Materialens miljöpåverkan 585

29.1 Allmänt 586 29.2 Inomhusmiljö 586 29.2.1 Farliga ämnen i byggnadsmaterial 586 29.2.2 ”Sjuka hus” 586 29.2.3 Emissioner från byggnadsmaterial 587 29.2.4 Radon 589

14

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3

Porositet och densitet

3 P o r o s i t e t o c h d ens it e t

3.1 Allmänt Byggnadsmaterial kan delas in i: ■■ porösa material (t.ex. tegel, betong, trä, gips och mineralull) ■■ kompakta material (t.ex. de flesta metaller, plaster och glas).

I strikt bemärkelse är de allra flesta material porösa, alltså även många som vi betraktar som kompakta. Exem­pelvis är även en plastfolie eller plastmatta porös i viss utsträckning. Hos metaller före­kommer en viss porositet i form av mikrosprickor mellan kristallerna eller som ren porositet i t.ex. gjutjärn (kapitel 17).

Det är dock lämpligt att behålla benämningen ”porös” för material med en porositet, som är stor nog att ha en avgör­ande betydelse för materialets mekaniska och fysikaliska egenskaper. Ett praktiskt exempel finns i figur 3.1 (se även figur 2.4). Fler exempel finns i bl.a. kapitel 12–14.

3.2 Definitioner och samband En viss del av volymen hos ett poröst material upptas av porer; resten är kompakt material. Porerna kan i sin tur delas in i öppna porer och slutna porer. Med slutna porer menas sådana porer som en vätska inte kan tränga in i. I figur 3.2 beskrivs de olika volym­andelarna schematiskt i ett blockdiagram. Av en viss totalvolym V [m3] upptar porerna en volym V P och det kompakta materialet resterande volym V–V P. Porositeten P anger förhållandet mellan porvolymen V P och den totala volymen V: (3.1) Porositeten brukar vanligen anges i procent.

Den totala massan m [kg] inom volymen V utgörs endast av det kompakta materialets massa. Förhållandet mellan massa och volym kallas densitet och beteck­nas med ρ [kg/m3]: (3.2)

44

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3 Por osite t och densite t

Figur 3.1 SEM-bild av furu. Övergången mellan vårved (vänster) och sommarved (höger) syns tydligt. I sommarveden syns även en hartskanal. Foto: Lars Wadsö.

Vp

Vpö Vp – Vpö

Öppna porer

Massa 0

Slutna porer

V V – Vp

Kompakt material

Massa m

Figur 3.2 Blockdiagram av ett poröst material.

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

45

3 P o r o s i t e t o c h d ens it e t

I denna definition av densitet ingår den totala volymen V, dvs. även materialets porvolym V P. För att framhålla att hela volymen ingår, brukar man ibland även använda benämningen skrymdensitet.

Man kan även beräkna materialets kompakt­densitet ρk [kg/m3]. I kompaktdensiteten ingår endast det kompakta materialets volym: (3.3) Divideras ekvation 3.2 med ekvation 3.3 erhålls

dvs.

(3.4) Om man känner ett materials densitet och kompaktdensitet kan man alltså beräkna dess porositet med hjälp av ekvation 3.4. I tabell 3.2 anges ungefärliga värden på kompaktdensitet, den­sitet och porositet för ett flertal vanliga byggnadsmaterial. I de olika materialkapitlen (kapitel 12–28) finns fler exempel på sådana värden.

Angivna värden på kompaktdensiteten är tämligen säkra. Normalt avviker dessa mindre än 5 % från tabellens värden. Man kan notera att kompaktdensiteten nästan är konstant för många material­g rupper. För ”stenmaterial” är värdet ca 2 700 kg/m3. Samma värde gäller även för mineralull, som tillverkas av diabas (sten­ull) eller kvartssand (glasull), se kapitel 24. Beroende på de önskemål som finns beträffande slut­ produktens egenskaper kan man vid tillverkningen skapa produkter med olika densitet. Mineralull tillverkas därför med densiteter mellan ca 15 och 200 kg/m3. Ju högre densiteten är, desto lägre blir porositeten. Detta påverkar även t.ex. värmeledningsförmågan som ökar med ökande densitet (kapitel 4).

3.3 Metodik för att bestämma porositet och densitet Kompaktdensiteten är från strikt fysikalisk synpunkt förhållandet mellan massa och volym hos materialets minsta beståndsdelar, dvs. de kristaller eller molekyler som materialet är uppbyggt av. Detta värde kan bestäm-

46

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3 Por osite t och densite t

mas endast om man känner kristallernas dimension, antalet molekyler de är uppbyggda av och viktandelarna av olika kristaller i materialet.

De vanligaste byggnads­materialen är emellertid så komplext uppbyggda att kompaktdensiteten måste bestämmas på annat sätt. Normalt gör man så att materialet krossas till ett fint pulver så att alla porer ”försvinner”. Ju finare porer materialet innehåller, desto finare måste det sönderdelas för att inte avvikelsen från det rätta värdet ska bli för stor. Bestämningen av pulvrets kompaktdensitet görs sedan ofta med en pyknometer.

Det torra pulvret vägs och hälls i pyknometern. Genom att fylla pyknometern med en vätska, t.ex. sprit eller vatten, kan man mäta hur stor volym pulvret upptar. Pyknometern vägs dels med pulver plus vätska, dels enbart med vätska. Man kan därefter beräkna hur stor mängd Glaspropp med fint stigrör

Figur 3.3 En pyknometer kan användas för att bestämma kompaktdensiteten hos ett material.

Cell för prov Vcell

Ventil

Expansionsvolym Vexp

Prov

Figur 3.4 Gaspyknometer.

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

47

3 P o r o s i t e t o c h d ens it e t

vätska provet undanträngt. Med kännedom om vätskans densitet beräknas pulvrets volym. Metodiken används bl.a. vid bestämning av kompaktdensiteten hos ballastmaterial till betong (kapitel 12).

Numera finns det även automatiska pyknometrar där man använder en gas (ofta helium) i stället för en vätska, se figur 3.4. De båda volym­ erna Vcell och Vexp är kända. Ett första tryck mäts då ventilen är öppen.

Därefter stängs ventilen och volymen Vcell utsätts för ett känt gastryck.

Slutligen öppnas ventilen och det tryck som då uppstår i de båda volym­ erna uppmäts. Med de tre kända trycken och de två kända volymerna kan provets volym beräknas med allmänna gaslagen. Med känd vikt hos provet kan kompaktdensiteten slutligen beräknas.

För att bestämma skrymdensiteten (normalt kallad densiteten) måste man känna materialprovets torra vikt och totala volym. Materialet torkas vanligen i 105 °C innan vikten fastställs. Om provet har en enkel geometrisk form kan volymen bestämmas genom uppmätning. I annat fall bestäms volymen normalt med Arki­medes princip, dvs. provkroppen vägs i luft mluft och i vatten mw. Om man dividerar differensen mellan vikterna med vattnets densitet ρw (≈1 000 kg/m3) erhålls provets volym: (3.5) När provkroppen vägs i vatten måste man förhindra att vattnet sugs in i materialet. För att göra detta kan man först mätta provet helt med vatten eller försegla dess ytor före vägningen.

Densiteten för en uttorkad provkropp brukar även kallas för torrdensitet. En del material, t.ex. trä, sväller och krym­per avsevärt vid förändringar av fuktinnehållet. För sådana material måste man därför definiera vid vilket fuktinnehåll volymen ska mätas. Torrdensiteten för trä brukar därför definieras på två olika sätt. Antingen som (3.6) eller vanligare som (3.7) där u ofta är 12 %. Fuktkvoten u definieras i kapitel 5.

48

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3 Por osite t och densite t

Anledningen till att man för trä föredrar att ange torrdensiteten beräknad från volymen vid t.ex. 12 % fukt­k vot, är att en träbit vid denna fuktkvot bibehåller en geometrisk form, som är lätt att mäta upp. Arkimedes princip, dvs. vägning i vatten och luft kan inte användas för trä eftersom dess densitet är lägre än vattnets.

För partikelmassor som sand, cement och kalk, är packningsgraden av stor betydelse för densiteten. Om man t.ex. fyller ett kärl med torr sand utan att komprimera denna, kan sandens densitet bli så låg som 1 520 kg/m3. Om man därefter skakar eller vibre­rar sanden kan densiteten uppgå till 1 710 kg/m3. Packningsgraden måste därför definieras noga för att få reproducerbara resultat vid bestämning av densiteten hos partikelmassor.

Fuktinnehållet hos partikelmassor är också av stor betydelse för den volym en viss viktmängd material upptar vid en viss packningsgrad.

För en del material kan man tala om två olika densiteter, nämligen bruttodensitet och nettodensitet. Detta gäller t.ex. för håltegel. Själva tegelmassans densitet utgör nettodensiteten och hela stenens densitet (inklusive hålen) kallas bruttodensitet (se även kapitel 14).

Porositeten kan beräknas ur ekvation 3.4, om materialets kompaktdensitet och densitet är kända. Det är även möjligt att bestämma porositeten utan att kompaktdensiteten är känd. Man kan nämligen fylla porsystemet med någon vätska med känd densitet, t.ex. vatten. Vikt­ ökningen från torrt tillstånd utgör ett mått på porvolymen.

För en del material kan det dock vara svårt att fylla alla porer med vätska. Vissa porer kan nämligen vara slutna, vilket medför att vätskan inte kan tränga in i dem. Vätskan tränger då bara in i de öppna porerna.

Genomströmningsbara porer

Öppna porer

Icke genomströmningsbara porer

Slutna porer

Figur 3.5 Olika typer av porer i ett material.

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

49

3 P o r o s i t e t o c h d ens it e t

Indelningen i slutna och öppna porer visas schematiskt i figur 3.5. Om man försöker bestämma porositeten genom att fylla porsystemet med vätska erhåller man bara öppen porositet, som även kallas skenbar porositet. Bestämning av absolut porositet kan ske enbart efter nedkrossning av de slutna porerna och beräkning med hjälp av ekvation 3.4.

I verkligheten är det också svårt att fylla de öppna porerna, eftersom en del luftblåsor stängs in i porsystemet. För att motverka detta kan man t.ex. vakuummätta provet. Detta innebär att provet placeras i vakuum innan man fyller det med vätska.

Porstorleksfördelningen är kanske det särdrag som har den största betydelsen för ett poröst materials egenskaper. För att karakterisera porstorleksfördelningen fixerar man en serie gränser för porstorlekar i form av t.ex. porradier. Man kan sedan ange fördelningen på två sätt: 1. Genom att ange frekvensen, dvs. den volymandel som finns inom varje intervall mellan två gränser.

2. Genom att ange summaporositeten, dvs. summan av volym­ andelarna av de porer vars storlek har högst ett visst värde.

Ett exempel på en porstorleksfördelning angiven i tabellform finns i tabell 3.1.

Tabell 3.1 Porstorleksfördelning angiven i tabellform.

Porradie [μm]

Frekvens [%]

Summaporositet [%]

4 1

4 14

3

18 33

10

51 25

30

76 16

100

92 8

300

50

100

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

3 Por osite t och densite t

Frekvens (%)

Summaporositet (%)

40

100

30

80 60

20

40

10

20

0

0 0.3

1

3

10

30 100 300 Porradie (µm)

0.3

3

1

10

30 100 300 Porradie (µm)

Figur 3.6 Exempel på en porstorleksfördelning uttryckt som frekvenskurva och summaporositet.

I figur 3.6 finns motsvarande porstorleksfördelning angiven i diagramform. Vanligen brukar man använda logaritmisk skala för att ange porradien.

De stora skillnaderna i fysikaliska egenskaper mellan betong och tegel med samma porositet kan till stor del förklaras av olikheterna i porstorleksfördelning, se figur 3.7. Den stora andelen av mycket små porer hos betong (radier mindre än 5 · 10–2 µ m) gör materialet hygroskopiskt, dvs. det har förmågan att binda vatten vid normal luftfuktighet.

Ett annat sätt att karakterisera ett materials porer är att ange den specifika ytan. Denna definieras som sum­man av porernas eller partiklarnas omslutningsytor för en viss mängd av materialet. Den specifika ytan anges som yta/massa, dvs. som m 2/kg. Den specifika ytan

Cementpasta vct = 0.3 Porositet = 19 %

Summaporositet (%) 100 80

Keramiskt material bränt vid 1100 °C Porositet = 22 %

60 40 20 0 10-3

10-2

10-1

100

101

102

103 104 Porradie (µm)

Figur 3.7 Porstorleksfördelning för en cementpasta (bindemedel i betong) och tegel.

© F ö r f a t t a r n a o c h S t u d e n t l i t t e r a t u r

51

Per Gunnar Burström är teknologie doktor och f.d. universitetslektor vid Lunds tekniska högskola. Han har där, men även på andra högskolor i Sverige och Norden, omfattande erfarenhet av undervisning om Byggnadsmaterial och angränsande ämnen. Sedan mer än 45 år arbetar han även som konsult och har då fått stor erfarenhet av praktiskt förekommande problemställningar.

Kjell Nilvér är f.d. universitetslektor i byggnadsmaterial vid KTH där han även varit studierektor och prefekt vid institutionen för Byggvetenskap.

Han har gedigen erfarenhet av undervisning och pedagogisk utveckling både inom och utanför KTH. Som konsult har han bl.a. kvalitetsgranskat universitetsutbildningar internationellt och producerat utbildningsmaterial inom byggområdet (e-lärande).

BYGGNADSMATERIAL

Tillverkning, egenskaper och användning

Byggbranschen använder ett mycket stort antal material, vars sammanlagda kostnad uppgår till drygt 40 procent av den totala byggkostnaden. Alla dessa olika material behandlas i denna bok.

I de första elva kapitlen beskrivs och definieras materialens viktigaste egenskaper. Det gäller bl.a. värme, fukt, hållfasthet, deformation, beständighet och egenskaper vid brand. I den senare delen av boken behandlas de olika materialen var för sig. Där beskrivs deras tillverkning, uppbyggnad och egenskaper. Ett stort antal praktiska exempel visar på både lämpliga och olämpliga användningsområden.

I ett antal kapitel finns enkla beräkningsexempel inklusive lösningar.

De båda avslutande kapitlen behandlar materialens miljöpåverkan och principer för materialval.

Bokens målgrupp är studenter på de tekniska högskolornas/universitetens bygginriktade program och programmen för arkitektur, lantmäteri samt brandingenjör. Boken vänder sig även till studenter på bygginriktade utbildningar på de treåriga ingenjörsprogrammen.

Dessutom bör boken kunna vara till nytta för arkitekter, konsulter, entreprenörer, byggherrar och förvaltare.

Tredje upplagan

Art.nr 7111

studentlitteratur.se