Välkommen till SP Byggdagars WoodBuild-session. Fuktsäkerhet ett villkor för träkonstruktioners livslängd

Transkript

1 Välkommen till SP Byggdagars WoodBuild-session Fuktsäkerhet ett villkor för träkonstruktioners livslängd

2 WoodBuild Ett 5-årigt forskningsprogram kring träs beständighet med relevans för modernt träbyggande SP och Lunds Tekniska Högskola i samverkan med trä- och byggindustri.

3 Övergripande mål för WoodBuild Generera ny kunskap om exponeringsförhållanden och orsaker till biologiska angrepp för att identifiera hållbara, och på vetenskaplig grund vilande, konstruktionstekniska lösningar från beständighetssynpunkt förbättra och utveckla ny metodik för provning av trä och träbaserade materials resistens mot mögel och röta utveckla ingenjörsmässiga verktyg för praktisk projektering och utformning av träkonstruktioner med avseende på livslängdsaspekter.

4 Syftet med dagens session -Redovisa några resultat från aktuella projekt inom WoodBuild - Få synpunkter och inspel från deltagarna betr fortsatt arbete

5 Laboratoriestudie av syllar och reglar som utsatts för regn Författare: Lars Olsson SP Lagring och montage på fabriken Transport till byggarbetsplatsen Montering på byggarbetsplatsen Montering av fukt -och temperaturlogger. Momentanmätning av fuktkvot och provtagning för mikrobiologisk analys. Kontinuerlig mätning av klimatet. Kontinuerlig mätning av klimatet. Momentanmätning av fuktkvot. Provtagning för mikrobiologisk analys. Nedmontering av logger. Färdigt hus Studeras i ett annat delprojekt.

6 Försöksvägg med 5 av totalt 7 syllkonstruktioner

7 Syllkonstruktion 1-3

8 Syllkonstruktion 4-7 Konstruktion 6 (45 x 220 syll) Konstruktion 7 (45 x 220 väggregel) Fuktspärr och givare under konstruktion 6

9 Förkonditionering RF(%) Temp(C) : : : : : : : : :00 Datum

10 Förkonditionering Vattenupptagning vid regn-/vattenbelastning Konstruktion Vattenbad (1-2 mm djup) Kortvarig vattensprayning 1 Syll 1 dygn 2 Syll med styrsyll 1 resp. 3 dygn Styrsyll 3 Syll med styrsyll 1 resp. 3 dygn Styrsyll 4 Syll ovanpå 50 mm cellplastisolering 5 Stålsyll med stående reglar dygn 6 Syll 3 dygn Syll 7 Stålsyll med stående regel 3 dygn

11 Klimatet i den kalla (ute) och varma (inne) delen av klimatkammaren

12 Mätpunkternas placering

13 Mätpunkternas placering

14 Resultat konstruktion 3

15 Resultat konstruktion 3

16 Mikrobiologiska analyser före och efter Mätpunkt Temp ( C) Antal dagar >84 % RF / >18 % FK Mögelpåväxt före efter Synlig påväxt 3A * 3 3B * 3 Ja 3C * 3 Ja 3D H I i i J K Kx Ja 3L M O P Q R Rx S Å Ä e BB 3f B Ja 3g BB Resultat konstruktion 3 Skala 0 = Ingen påväxt 1 = Sparsam påväxt 2 = Måttlig påväxt 3 = Riklig påväxt Kx=mitt under styrsyll L=mitt under inre syll M=insida inre syll Q= Ovansida styrsyll, ca 3 cm från ände

17 Resultat konstruktion 6

18 Resultat konstruktion 6 Mätpunkt Temp Antal dagar >84 % RF / >18 % ( C) FK Mögelpåväxt före efter 6C H J K L T e f g Ly Synlig påväxt 6Jy B Ja

19 Resultatsammandrag Konstaterad tillväxt Förmodligen har tillväxt skett i fler mätpunkter!

20 Slutsatser Alla konstruktioner som blev utsatta för vatten/regn blev angripna av riklig mögelpåväxt Påväxten skedde framförallt på de ytor där uttorkningen var begränsad, mot fuktspärr, stålplåt, fuktiga material m.m. Vattenuppsugning i ändträ är väldigt kritiskt för påväxt Riklig påväxt uppkom även i mätpunkter långt från ändträ Risken är stor för påväxt i fält på monterade syllar och reglar som utsätts för regn och vattenuppsugning Kortvarigt regnstänk som inte orsakar droppande eller rinnande vatten och som kan torka under samma dag torde inte vara någon direkt risk för påväxt Många provpunkter hade riklig påväxt men inte synligt för ögat Sparsam påväxt fanns ibland på virke före leverans till SP

21 Rekommendationer Utforma byggdelarna så uppfuktning och inläckage undviks, använd lämpligt syllmaterial (lösningen/metoden bör utvärderas!) Förslag på framtida lösningar under utveckling: Konstruktion 4 Konstruktion 5 med ändträförsegling av stående reglar Ändträförsegling av syllar innan montage samt övriga ytor på syllen behöver också behandlas för att undvika uppsugning Korta montagetiden till en arbetsdag, öka personalstyrkan och förhindra vattenuppsugning i material Använd heltäckande väderskydd Undvik stomresning under nederbörd och samtidigt använda ekonomisk kompensation för väntetider (kan vara svårt om dålig väderlek råder under långa perioder) Orsaken till sparsam påväxt på virke vid leverans bör utredas

22 Laboratoriestudie av träregelväggar med olika vindskydd (preliminära resultat) Författare: Lars Olsson SP

23 Försöksväggen med 5 olika konstruktioner

24 Materialegenskaper Material Ångmotstånd (Z) [s/m] Ångspärr/plastfolie Vindskyddsduk Vindskydd av 50 mm cellplastisolering Vindskydd av 30 mm hård mineralullskiva Vindskydd av 70 mm hård mineralullskiva

25 Klimatet i den kalla (ute) och varma (inne) delen av klimatkammaren Ute RF(%) Inne RF(%) Ute temp(c) Inne Temp(C) Dygn

26 Ånghalt i den kalla (ute) och varma (inne) delen av klimatkammaren Inne Ångh(g) Ute Ångh(g) Dygn

27 Mätpunkternas placering

28 Resultat konstruktion 9

29 Resultat konstruktion 7

30 Resultatsammandrag insida vindskydd E RF(%) 9E RF(%) 8E RF(%) 7E RF(%) 6E RF(%) 10E Temp(C) 9E Temp(C) 8E Temp(C) 7E Temp(%) 6E Temp(C) Ute RF(%) Dygn

31 Resultatsammandrag utsida regel C RF(%) 9C RF(%) 8C RF(%) 7C RF(%) 6,2C RF(%) 6,1C RF(%) 10C Temp(C) 9C Temp(C) 8C Temp(C) 7C Temp(%) 6,2C Temp(C) 6,1C Temp(C) Ute RF(%) Dygn

32 Resultatsammandrag utsida plastfolie/ångspärr

33 Jämförelse mellan labbmätningar och beräkningar i Wufi 2D Överensstämmer ganska väl

34 Slutsatser Valet av vindskydd likväl som brister i utförande kan få väldigt stor betydelse för väggens fuktighet Ju mer värmeisolerande och ångöppet vindskyddet är desto mindre risk för uppfuktning i väggstommen Risk för höga fuktigheter med ångtätare vindskydd (cellplastisolering) i kombination med fuktkonvektion inifrån eller byggfukt. Konstruktion 9 (med 70 mm värmeisolerande vindskydd) uppvisar som mest strax över 70 % RF i utsida regel och uppfyller således BBR (RFkrit 75 %). I övriga konstruktioner överskreds 75 % RF på utsida reglar varför kritiskt fukttillstånd för trä behöver klargöras. Konstruktion 10 med cellulosaisoleringen får höga fuktigheter med risk för påväxt. Det finns en risk för kondens på insida vindskydd framförallt om det finns byggfukt eller fuktkonvektion. Något lägre fuktighet i massivregel än i lättregel

35 Rekommendationer Öka säkerhetsmarginalen genom att välja vindskydd med värmeisolerande effekt Om lättregel byts mot massivregel i konstruktion 9 kan tjockleken hos vindskyddet minskas något för att få samma låga fuktighet i utsida regel Trästomme med cellulosaisolering bör förbättras t.ex. med värmeisolerande vindskydd Om ett vindskydd används för å skydda väggstommen mot luftrörelser, regn och kondensvatten så behöver egenskaperna visas. Vilken prestanda och funktion har vindskyddet när det gäller livslängd, vattentäthet, lufttäthet, kapillärbrytande, regn- och lufttäthet vid skarvar och anslutningar?

36 Tack!

37 Fuktomlagringar i välisolerade ytterväggar (Forsberg 2011) Wufi 2D, räknar tvådimensionellt på fukt och värme 15 % fuktkvot i regel Beräkningsstart 1 oktober och beräkningstid 2 år

38 Beräkningsresultat vid insida vindskydd/utsida regel Beräkningspunkt 7A utsida regel Beräkningspunkt 7E mellan vindskydd(eps) och cellulosaisolering

39 Beräkningsresultat vid insida vindskydd/utsida regel Beräkningspunkt 10C utsida regel Beräkningspunkt 10E mellan vindskyddsduk och cellulosaisolering

40 Beräkningsresultat vid insida vindskydd/utsida regel Beräkningspunkt 8C utsida regel Beräkningspunkt 8E mellan vindskydd (minullskiva) och cellulosaisolering

41 Jämförelse mellan labbmätningar och beräkningar Konstruktion Laboratoriemätning RF [%] Beräkning (Forsberg 2011) RF [%] Överensstämmelse mellan mätning och beräkning 6.1A C God 6E Delvis god (Skillnad på 5-10 % - enheter i RF vilket kan förklaras av att fuktigare utelufttoppar användes i beräkning) 6.2C A - 75 (83 år 1) 7C 70 (77-80 i början) 70 (77 år 1) God (I båda fallen fanns tillskjutande fukt i början som påverkade) 7E (90 i början) (90-95 år 1) Delvis god (I båda fallen fanns tillskjutande fukt i början som påverkade)

42 Jämförelse mellan labbmätningar och beräkningar Konstruktion Laboratoriemätning RF [%] Beräkning (Forsberg 2011) RF [%] Överensstämmelse mellan mätning och beräkning 8A C God 8E God 9A - - 9C E A C God 10E Delvis god (Skillnad på 5-8 % - enheter i RF vilket kan förklaras av att fuktigare uteluftstoppar användes i beräkning)

43 Räkna F Petter Wallentén Lunds Tekniska Högskola Avdelningen för Byggnadsfysik

44 Problem Användandet av program för att beräkna värme och fukt har kraftigt ökat de senaste åren. Speciellt programmet WUDI 1D som hanterar endimensionell värme och fukttransport används av fler och fler konsulter i Sverige. Det har dock visat sig att olika användare kan få mycket olika resultat för samma konstruktion. Detta har lett till en viss (berättigad) skepsis mot resultaten. Kan vi lita på resultaten från fuktberäkningar?

45 Kan vi lita på fuktberäkningar? Flera olika studier visar att man kan få bra överensstämmelse mellan mätning och beräkning. Det stora problemet gäller prognoser Vilka randvillkor (t ex klimat) skall användas? Vilka kriterier skall användas för att godkänna en konstruktion? Den stora mängden parametrar som måste uppskattas gör att man i viss mån kan påtvinga ett visst svar. Det är lätt att producera alldeles för mycket utdata. Den oinvigde har mycket svårt att förstå vad all utdata egentligen betyder.

46 Räkna F Byggnadsfysik LTH och i samarbete med Fuktcentrum och projektet Woobuild kommer att ta fram ett antal dokument som kan vara vägledande och förtydligande för ingenjörer som arbetar med fuktberäkningsprogram av typen WUFI. Vi har bestämt att dessa dokument skall heta "RäknaF för att anknyta till ByggaF. Dokumenten skall innehålla rekommendationer och metoder som är tillämpbara vid ingenjörsmässiga fuktberäkningar. De skall vara en hjälp för t ex en konsult vid planerandet, genomförandet och presenterandet av fuktberäkningar för byggnadsdelar. De skall även hjälpa beställaren av en beräkning att ställa rätt krav på redovisning av resultat.

47 Den första officiella versionen kommer att spridas via Fuktcentrum, Woodbuild och WUFI.se forumet. De som hittills har bidragit med sina erfarenheter är: Petter Wallentén, Stephen Burke, Johan Stein och Olof Hägerstedt vid LTH. Peter Brander vid Skanska Teknik. Alexander Andreasson och Mathias Lindskog från AK konsult. Lars Olsson vid SP.

48 Plan för genomförande Inledande möten med inbjudna användare Arbetsmöten / mailväxling för formulering av text Öppnare möten för diskussion med en större grupp Presentation av utkast Presentation av första officiella version (våren 2012)

49 Förslag på innehåll Målet med beräkningen Definition av hur resultaten skall bedömas Planering av beräkningen Analys av randvillkor Identifiering av viktigaste parametrar Krav på genomförandet av beräkningen Stabiltetsanalys Känslighetsanalys

50 Analys och redovisning av resultatet Råd och förslag om genomförandet av beräkningen Exempel på viktiga parametrar Exempel på basfall för vissa konstruktioner T ex byggfukt, regninträngning, klimat, materialdata Krav på dokumentation

51 Målformulering Målet med beräkningen måste beskrivas i dokumentationen. Speciellt i jämförelse med övrig fuktsäkerhetsbedömning. Fokusera på: rangordna olika konstruktioner visa på konstruktioner som kan påvisas inte fungera göra en samlad bedömning av resultaten som inte nödvändigtvis kan styrkas med enskilda numeriska data. Vilka parametrar som används för att godkänna eller underkänna en konstruktion måste tydligt definieras. Dessa kan t ex vara Biologisk modell (M-modellen, WUFI-Bio,Dos- respons modell) Tidpunkter då RF är högre än kritiskt RF

52 Planering av beräkning Analys av randvillkor Klimalaster är ett stort problem. Kan göra att konstruktionen fallerar eller klarar sig. Därför bör val av klimat analyseras innan räkningen genomförs. Man bör om möjligt genomföra beräkningen med mer än bara ett år. Problemställaren har också ett ansvar att ge relevant information. Är konstruktionen representativ för verkligheten? Är mikroklimatet korrekt? Är randvillkoren som används relevanta för det aktuella fallet.

53 Planering av beräkning Identifiering av viktigaste parametrar För varje konstruktion måste de viktigaste parametrarna identifieras. Typiska viktiga parametrar kan vara: Materialdata, Klimatperiodens längd, Punktlaster, Läckage, Färg påfasad (ljus, mörk), Byggfukt, Luftomsättningar i en luftspalt, Fuktkonvektion inifrån, Regninträngning, Väderstreck, Våtrumsfallet, Medeltemperatur, Startdatum, Slagregn, Sommarkondens, Träd som växer upp och så småningom skuggar De känsliga parametrarna bör analyseras utifrån det aktuella problemet

54 Krav på genomförandet beräkning Kontroll av lösningens numeriska stabilitet Det finns alltid risk att lösningen inte är numeriskt stabil, dvs att lösningen ej korrekt löser de ingående ekvationerna eller att lösningen är starkt beroende av de numeriska parametrarna. Man bör därför: studera flödesbalanser, studera konvergenskrav som programmet redovisar, genomföra kontrollberäkningar med annat tidssteg genomföra kontrollberäkningar med annat beräkningsgitter Känslighetsanalys En parameterstudie av alla ingående parametrar blir för stor. Därför måste de viktigaste parametrarna identifieras för att kunna göra en känslighetsanalys. Dvs en parameterstudie som visar resultaten efter variation i dessa indata.

55 Analys och redovisning av resultatet Analysen av resultaten är ett mycket viktig moment, speciellt som det är lätt att producera mycket grafer och tabeller endast förvirrar. Viktigt att tänka på är att lokala monitorpositioner är ej representativt för medelvärdet i ett skikt. Beräkning bör kompletteras med fuktsäkerhetsbedömning av resultat och konstruktion. Resultaten måste sammanfattas på ett begripligt ingenjörsmässigt sätt.

56 Råd och förslag om genomförandet av beräkningen WUFI Läs manualen. Materialdata kommer ifrån flera olika källor som har använt delvis olika mätmetoder, t ex finns det material där den kapillära transporten enbart hanteras genom ett varierande ångmotstånd. Filmvisning kan användas mycket för att visa på känsliga konstruktioner. Balans 1 and 2 bör ej skilja sig mer än X Konvergensfel bör ej vara fler än 50 på ett år. Använd Fin, Mellan, och Grov för beräkningsgitter. Använd Adaptivt tidssteg om det förekommer konvergensfel. Halvera tidssteget är enkelt. Temperaturkorrigering i klimatfil är enkel. Extra uppmärksamhet på sorptionskurva för viktiga material eftersom den kan ge både stabilitetsproblem och påverka resultatet.

57 Exempel på viktiga parametrar Randvillkor Om man använder ideala randvillkor och snällt klimat fungerar kanske konstruktionen men detta motsvarar ofta inte verkligheten. Det finns därför ett antal metoder att skapa mer fuktlast. Skuggning förekommer ofta. Man bör alltså oftast göra åtminstone en beräkning i skuggat läge. Regninträngning 1% enligt ASHRAE standard 160 är ett väldigt tufft krav som inte passar så bra för 1D räkningar men som trots allt ger ett mått på robusthet. Fuktkonvektion inifrån är en realistisk defekt som kan simuleras. I WUFI finns två olika sätt att göra detta: med en påtvingad omsättning eller med ett tryckberoende flöde.

58 Ventilationen i luftspalt Ventilationsgraden i en ventilerad luftspalt en är extremt viktig parameter som samtidigt har stor onoggrannhet. Man kan tänka sig att resultatet av analysen är att konstruktionen bör säkerställa ett minsta flöde. Detta är extra viktigt vid horisontella läkt bakom träpanel samt bakom en skalmurar. Det är därför lämpligt med en parameterstudie på detta om konstruktionen innehåller en ventilerad luftspalt. Ett förslag är att studera: oms/h för träpanel och för skalmur.

59 Dokumentation Dokumentationen skall innehålla information om de generella dragen i beräkningen samt alla speciella eller avvikande antaganden och metoder. Om möjligt bör datafilerna för det använda beräkningsprogrammet göras tillgängliga om så önskas. Omfattning och mål för beräkning Begynnelsevillkor Randvillkor Material och parametrar Modell och numerisk lösning Beskrivning av beräkningsverktyg Numerisk simulering Redovisning av beräkningsresultat Tolkning av resultaten

60 Bygga F: Riskanalys För att få en uppfattning om fuktsäkerheten kan man göra en riskanalys. Metoden med säkerhetsfaktorer som används i statisk dimensionering är svår att applicera vid fuktsäkerhetsprojektering, däremot kan man göra påslag. Ett bättre sätt är att göra en riktig riskanalys där varje beräkningsparameter beskrivs med en fördelningskurva. Genom att göra ett stort antal beräkningar får man ett statistiskt underlag utifrån vilket man kan utläsa en risk för att t ex fukttillståndet i ett material överstiger ett visst värde.

61 ABK 09 Konsulten ska genomföra uppdraget fackmässigt och med omsorg samt även i övrigt iaktta god yrkessed. Kraven på konsulten innefattar bland annat skyldighet att, till följd av omständigheter som framkommer under uppdragets genomförande, kontrollera uppgifter och komplettera utredningar som beställaren lämnat Parterna skal på konsultens begäran gå igenom den information, de uppgifter och de handlingar som beställaren förfogar över och som konsulten behöver för att genomföra uppdraget Parterna ska även i övrigt hålla varandra underrättade om förhållanden som kan antas ha betydelse för uppdraget.

62 WoodBuild delprojekt C Fukt i trä utomhus ovan mark Lars-Olof Nilsson Avd Byggnadsmaterial, LTH

63 Delprojekt C Fukt i trä utomhus ovan mark Medverkande Simon Dahlquist, SP-Trätek, Ske Maria Fredriksson, doktorand, LTH-Byggnadsmaterial Tord Isaksson, LTH-Konstruktionsteknik Anna Pousette, SP-Trätek, Ske Karin Sandberg, SP-Trätek, Ske Lars Wadsö, LTH-Byggnadsmaterial Lars-Olof Nilsson, koordinator, LTH-Byggnadsmaterial

64 Beständighet och livslängd hos trä utomhus ovan mark Problemställning: (MC=Moisture Content = Fuktkvot) 1. Hur fuktigt blir det i virket? MC(T,t) 2. Hur fuktigt får det vara, utan att röta uppkommer? MC krit (T,t) 3. Se till att MC(T,t) < MC krit (T,t)! Delprojekt C arbetar med punkt 1 (D2 med pkt 2; A m pkt 3) Mål: Verktyg för att förutsäga MC(T,t) för framtida träkonstruktioner!

65 Fukt i trä utomhus ovan mark MC(T,t) Angreppssätt Modeller för kedjan: Uteklimat Mikroklimat Ytfukt Fukt i trä Verifiering med Laboratoriemätningar Fältmätningar

66 Delprojekt C.3 Modeller, beräkningar o prognoser - från uteklimat till mikroklimat samt fuktbalans i virkesdelar Typfall för mikroklimat på träytor har identifierats Fri yta exponerad för regn/luftfukt, orienterad vertikalt, horisontellt och med olika lutning Horisontella och vertikala skarvar av olika utformning Överlapp av olika typer. Maria F har utvecklat generella typfall, som är delmängder av varje tänkbar framtida träkonstruktion!(?)

67 Tre generella typfall A. ändträ - ändträ B. ändträ - flatsida C. flatsida - flatsida

68 Typfall exempel A B C α = 0 α = 90

69 Angreppssätt Ett begränsat antal typfall, som är delmängder av alla tänkbara träkonstruktioner! Fuktfällor ger våttider på träytor, dvs fukthistorien. Bild: Maria Fredriksson Fukthistorien på träytor är randvillkor för virkesdelar. Fuktbalansen i virkesdelar ges av randvillkoren och materialegenskaperna

70 Modell för uppfuktning/uttorkning av ändträ Traditionellt: Fuktflöde av fuktkvotsgradient; fuktberoende diffusivitet w g D w x w t x D w(u) w x

71 Uppfuktning av ändträ Uttorkning av ändträ traditionellt w kg/m3] ,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Djup [m]

72 Uppmätt uttorkning av ändträ, Sandberg (2009)

73 Modell för uppfuktning av ändträ Djup

74 Modell för uttorkning av ändträ Djup

75 Modell för uttorkning av ändträ R R P w 2 R

76 Modell för uppfuktning/uttorkning av ändträ Istället: Fuktflöde av porvattentrycksgradient (ev RF-gradient); fuktberoende permeabilitet. Sorptions- (suction-) kurva, med stor hysteres och scanning. P g k w P x w t x k P (u) P w x w(p w,t)

77 RH(%) Suction & scanningkurvor spruce MC (%) The scanning curves are almost horisontal when drying starts! The pore water pressure may drop a lot with little MC-change. Penner (1965)

78 Delprojekt C.4 Laboratoriemätningar Maria Fredriksson! Kontrollerat klimat: regn med känd varaktighet + styrt torkklimat Nya, resistiva metoder för fuktkvot (också över FSP) och våttider på ytor och i spalter/fuktfällor Typfallen!

79 Mäter: fuktkvot ytfukt förekomst av vatten i spalten

80 Mätpunkter

81 Mätning av fuktkvot

82 Mätning av fuktkvot Kalibrering vid låga RF: burkmetoden : 65%, 75%, 82%, 85% samt 95% RF Kalibrering vig höga RF: pressure plate metoden: 99.94%, 99.97%, 93,3% RF

83 Ytfuktsmätning

84 Förekomst av vatten i spalten

85 ANSLUTNINGSFÖRSÖK: TYPFALL A - splintved Vindeln Maria Fredriksson, BML, LTH

86 Tre generella typfall A. ändträ - ändträ B. ändträ - flatsida C. flatsida - flatsida

87 Provkropp Typfall A Mäter: fuktkvot förekomst av vatten i spalten ytfukt

88 Försöksuppställning Material: kärnved av gran från Vindeln

89 Typfall A splintved Vindeln d = 0 mm d = 2 mm d = 5 mm

90 Typfall A splintved resp. kärnved Vindeln splintved d = 0 mm kärnved d = 0 mm

91 ANSLUTNINGSFÖRSÖK: TYPFALL B - splintved Vindeln Maria Fredriksson, BML, LTH

92 Tre generella typfall A. ändträ - ändträ B. ändträ - flatsida C. flatsida - flatsida

93 Anslutningsförsök: Typfall B Provkropp

94 Anslutningsförsök: Typfall B Försöksuppställning

95 Typfall B Exempel på resultat

96 Typfall B Exempel på resultat d= 0 mm d= 2 mm d= 5 mm

97 CT-FÖRSÖK I SKELLEFTEÅ Maria Fredriksson, BML, LTH & Karin Sandberg, SP-Trä-Ske

98 CT- försök Material: kärnved Vindeln 3 st splintved Vindeln 3 st kärnved Halland 3 st splintved Halland 3 st Mättillfällen konditionerade till 65% RF 3.5 h uppfuktning 6.5 h uppfuktning 16.5 h omfördelning (100% RF) 24 h omfördelning (100% RF) 40.5 h omfördelning (100% RF) efter torkning i 103 C

99 Resultat CT-försök Exempel Kärnved (Vindeln) Splintved (Vindeln)

100 Resultat CT-försök Exempel Kärnved (Vindeln) Splintved (Vindeln)

101 Delprojekt C.5 Fältstudier - Exponering av trä utomhus ovan mark Klimatet dokumenteras med väderstationer. Mätmetod för våttid på yta. Trådlösa sensorer för fuktkvot på olika djup. Balkar och stolpar i Bygdsiljum. Särskilda temperaturgivare på olika djup. Exempel Höghus i Älvsbackastrand. & Kv. Ekorren i Skellefteå Kompletterande balkar och stolpar i Borås. Panelsystem på LTH-tak i Lund Utvärdering pågår. Exempel.

102 Fältstation, Bygdsiljum Balkar, stolpar Lokalt klimat ( allt ) Vid varje mätpunkt: RF & T, luft Ytfukt,våttider Fuktkvot, olika djup T, olika djup

103

104

105

106

107

108

109

110

111 LTH-tak Tord Isaksson

112 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, våttider

113 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, våttider

114 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, våttider

115 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, fuktkvoter

116 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, fuktkvoter

117 Exempel: Balkar, Bygdsiljum, fuktkvoter

118 Samtliga fuktkvoter, Älvsbacka, mars jan 2010

119 Kommunikationsplan 1. Paper/presentation på 12DBMC om trådlösa mättekniken, Sandberg et al (2011) 2. Paper/presentation på 12DBMC om balkar i Bygdsilum, Sandberg et al (2011) 3. Paper/presentation vid IRG42 om modell för uppfuktning/uttorkning av ändträ, Nilsson & Sandberg (2011) 4. Papers till tidskrifter, Fredriksson ( ) a) Små sensorer för fuktkvotsmätning. b) Desorptions- och absorptionsegenskaper hos gran vid höga fuktnivåer. c) En metod för våttidsmätning på träytor och i fuktfällor. d) Inverkan av spaltstorlek mellan ändträytor. e) Ytterligare paper(s) om mätmetoder, resultat och modeller. 5. Rapport över fältmätningsresultat, Nilsson et al (2011, 2012) 6. Kalibrering över fibermättnadspunkten. Sandberg et al (2011) 7. Inverkan av sprickor; Sandberg ( ) 8. Modeller för våttider. Modeller för T(t) & MC(t) Nilsson et al (2012)

120 Testing and its role for prediction of service life of wood-based materials Brischke C 1, Welzbacher, CR 1, Meyer L 1, Bornemann T 1, Larsson-Brelid P 3, Pilgård A 3, Westin M 3, Thelandersson S 2, Jermer J 3 1 Leibniz University Hannover Faculty for Architecture and Landscape Sciences - Section Wood Technology 2 Lund University Division of Structural Engineering 3 SP Technical Research Institute of Sweden Department of Wood Technology SPs Byggdagar 2011 Borås [Sweden] 06 October 2011

121 Content Intro Recent progress in PSL Different view points on PSL Service life concepts Promising tools and procedures Moisture recording New field test methods The WoodBuild approach Prospects for a comprehensive methodology Page 2

122 Service life prediction Research activities Task for many different groups Architects, planners, civil engineers, craftsmen, builders, Recent comprehensive approaches TimberLife Australia (Wang et al. 2008) WoodExter project (Thelandersson et al. 2011) Various Performance and Climate Models Comprehensive data base still lacking Challenge: make results comparable Page 3

123 Basic conditions Greatest common subset? Academics - preciseness - reliability - world formula Engineers - simple models - practical solution Producer Manufacturer Salesmen Legislation - no modelling - quality levels - safety margins Customers - heterogenous - costs - aesthetics Page 4

124 Conflict points Short-term testing vs. Long-term testing Producers vs. Academics Approval boards Market launch Approval costs Reliability Realistic results Safety Prevent premature failures Page 5

125 Conflict points Short-term testing vs. Long-term testing Example: Thermally modified timber TMT Lab tests: TMT sensitive to brown rot Most aggressive: Poria placenta Field tests: TMT sensitive to white rot not recommended for UC 4 (in ground) Page 6

126 Conflict points Short-term testing vs. Long-term testing TMT Example: Pine Thermally modified timber TMT Lab tests: TMT sensitive to brown rot Most aggressive: Poria placenta Field tests: TMT Spruce TMT sensitive to white rot not recommended for UC 4 (in ground) Page 7

127 Conflict points Short-term testing vs. Long-term testing DNA analysis Hypholoma fasciculare (white rot) Mass loss in lab tests: Hypholoma 15% Trametes 5% Page 8

128 Promising tools and procedures Page 12

129 Moisture recording weighing Time consuming Not continously Only small specimens Page 13

130 Moisture recording load cells Continous recording Global moisture content only Sensitive to wind and rain Photo: Van den Bulcke & Van Acker 2008 Page 14

131 Moisture recording hygroscopic Not above fibre saturation Photos: F. Evans & C. Brischke 2004 Page 15

132 Moisture recording dielectric measurements Not common for automated measurements Extremely sensitive to density variations Page 16

133 Moisture recording electrical resistance Page 17

134 Moisture recording electrical resistance conductive glue isolating glue stainless steel wire white rot Page 18

135 Moisture recording electrical resistance Reliable automated recordings Decreasing secureness above fibre saturation Page 19

136 Moisture as cross-linking element Field trials Test buildings Real buildings in service Cross-linking between test method and test sites Instead of reference preservatives and treatments Up to now: moisture data are rare Page 20

137 Moisture content [%] Scots pine heartwood, double layer Scots pine heartwood, decking Scots pine heartwood, south facade MC = 25% Moisture as expression of wood-inherent resistance Moisture 0 content [%] Date Scots pine sapwood, double layer Scots pine sapwood, decking Scots pine sapwood, south facade Date Page 21

138 New field test methods Page 22

139 New field test methods In ground: No need for action Page 23

140 New field test methods L-Joint method Lap-Joint method Single layer method Double layer method Triple layer method Multiple layer method Block test Ground proximity test Solid horizontal stack Horizontal stack, separated Solid horizontal stack, 45 Solid horizontal stack, 45, separated Rail and newel 90 Rail and newel 45 Cross configuration L-configuration L-configuration, 45 Rot box test Above ground and many more plus modifications plus acceleration Not only one UC No suitable methods standardized Twelve-block on trays Solid horizontal board stack Solid horizontal board stack, separated Four beam L-configuration Pyramid board stack Vertical stakes covered Vertical stakes uncovered Johansson method Staple bed test Single boards, 45 Bundle test T-Joint method Sandwich test Modified sandwich test Flat panel test Decking test Peg test Embedded test Page 24

141 New field test methods UC 3.2 most severe above ground Segmented specimens, e.g. bundle test Norway spruce: Failure due to brown rot after 3 years in Hannover Page 25

142 The WoodBuild approach Comparative tests in lab and field Three test sites (Sweden, Germany, Hawaii) 32 different materials Natural durable Modified Preservative treated Moisture and temperature monitoring Page 26

143 Setting up the WoodBuild field trials Plus diverse laboratory MC and decay tests Page 27

144 UC 4 Graveyard test Page 28

145 UC 3.2 Double layer test Page 29

146 UC 3.2 Lap-Joint test Page 30

147 UC 3.2 Sandwich test Page 31

148 UC 3.2 Decking (single layer) 20 mm horizontal boards Page 32

149 UC 3.1 Facade elements (North+South) North and South: identical set up Board on board cladding Page 33

150 Prospects I In the past: parallel development Test methods Approval procedures Wood preservatives + treatments Need for generally accepted concept on Durability classification Service life prediction Page 34

151 Prospects II Promising test methods Fit into use-class related methodology Provide valuable data for performance models Quantification Not only the response (decay, discoloration) But also the dose (material plus environment!) Page 35

152 Thank you for your attention! and VINNOVA for funding the research program WoodBuild Page 36

153 37 Page 37

154 Metodik för fuktsäkerhetsdimensionering med hänsyn till mikrobiell påväxt Sven Thelandersson Konstruktionsteknik, LTH

155 Projekteringsprincip material i klimatskärmen Indata Uteklimatdata Inkl Meso Inneklimat Materialdata Övrig indata = relativ fuktighet Byggnadsfysikaliskt analysverktyg, t.ex. WUFI (används redan av vissa konsulter) Exponering av materialytan [ (t),t(t)] Antaganden om ventilationsförhållanden Lufttäthetsförhållanden Modifiera utformningen Materialets resistens Mögelpåväxt? JA NEJ OK

156 Huvudfrågor att lösa för att detta skall fungera som ett praktiskt verktyg Hur definiera dimensionerande klimatindata? Spelregler för val av antaganden vid modelleringen av en konstruktion(idealiseringar, ventilationsgrad, etc.)? Hur utvärdera resultat i form av [ (t),t(t)] med avseende på risk för mögelpåväxt? Hur hantera konstruktionsdetaljer (anslutningar, genomföringar etc.) som inte beskrivs i byggnadsfysikmodellen? Vilken risk kan accepteras för att man inte uppnår det man avser? RäknaF (Petter)

157 Gränstillstånd för initiering av mikrobiell påväxt Tillämpning: Material i klimatskärmen, där påväxt normalt inte bör accepteras Definition av initiering: Sporgroning kan observeras i mikroskop Utvärdering av gränstillstånd: Måste kunna göras för kontinuerliga tidsserier av kopplade värden på relativ fuktighet ( ) och temperatur (T) T [ o C] / RH [%] Weekly outdoor averages in Stockholm, Relative humidity Temperature weeks Gränstillstånd= mögelindex 1 Mögelindex 6 Question: Will the limit state be violated under this type of exposure?

158 BBR Anger kritiskt fukttillstånd crit som inte får överskridas Detta är ett alltför onyanserat synsätt Alternativ metodik beskrivs i publicerad artikel nedan

159 Dos-respons modell där Definiera dos som D D ( ) D ( T ) T och T är dygnsmedelvärden av relativ fuktighet respektive temperatur D kan tolkas som tid i dagar vid givet referensklimat Valt referensklimat (Relativ Fuktighet = 90%, TemperatureT = 20 C) ger t.ex. initiering av påväxt efter 38 dagar för gransplint (Viitanen, 1996) Gränstillståndet uppnås alltså när D =D crit = 38 dagar för hyvlad gransplint (enligt Viitanens resultat) Den kritiska dosen D crit beror av ytstruktur och substrat (material) Omvandlar dynamisk klimatpåverkan till ett index som beskriver mögelrisken

160 D ( ) beskriver hastigheten i processen för andra värden på Utvärderades från Viitanens data för >75% Retardation (D ( )<0) antas för torra förhållanden 5 D (days) DRH Tolkning, ex. 1 dag med =97 %, T=20 C motsvarar 3.2 dagar vid referensklimat % -1 Relative humidity % Mögelsporerna tycker inte om när det är torrt utan antas gå tillbaka i utvecklingen

161 Analogt beskriver D T (T) inverkan av temperatur Utvärderades från Viitanens data för 0<T<30 C Retardation: D T = -0,5 för T<0 1,4 1,2 1 Dose factor DT 0,8 0,6 DRT 0,4 0, T C

162 Climate conditions during 9 years in Lund and Kiruna

163 Exposure of spruce sapwood outdoors under shelter during 34 years Lund, Southern Sweden (more warm and humid climate) Kiruna, northern Sweden (colder and more dry climate) Relative dose = D/D crit = 1 implies onset of mould growth

164 Mould growth risk for wood sheltered outdoors (spruce sapwood) Calculations made for 8 sites in Sweden 47 years of data from SMHI (T, RH) 100 Kiruna - RH and temperature for one year Visby - RH and temperature for one year

165 Results 1 CDFs for annual maxima of D rel F(x) Onset of mould 47 years Annual max of D rel Kiruna Luleå Bromma Karlstad Visby Umeå Frösön Säve Relative dose D rel

166 Labtester av påväxt utförda av SP i WoodBuild Huvudsyften Verifiera dos-responsmodell Undersöka effekten av varierande klimat Ge underlag för utveckling av standardiserad testmetod Resultat i dagsläget 1. Konstant klimat RH=90%, T=22 C (7 veckor) 2. Cyklisk relativ fuktighet (T=22 C, konst). En vecka vid 90%, följt av en vecka med 60 % o.s.v. i 16 v 3. Cyklisk temperatur (RH = 90, konst). En vecka vid 22 C följt av en vecka vid 5 C o.s.v. i 16 v 4. Konstant klimat RH=90%, T=10 C (16 veckor) 5. Cyklisk relativ fuktighet (T=22 C, konst). 12 h vid 90%, följt av 12 h med 60 % o.s.v. i 13 v Metod: Beskrivs senare av Gunilla Bok

167 Jämförelse mellan SP-tester och Viitanens resultat Konstant klimat: RF=90 %, T= 22 C Material SP level 1, days Viitanen, level 1, days Pine, original 5 Pine, planed Spruce original 5-10 Spruce, planed Testerna vid SP visar att D crit bör halveras i förhållande till D crit utvärderat från Viitanens testresultat

168 Inverkan av temperatur vid konstant RH = 90 % Hyvlad gran 3,5 3 2,5 T = 22 C (konst) 2 1,5 Gran-IH-10 Gran-IH , T= 10 C (konst) Signifikant fördröjning av tillväxt vid lägre temperatur!

169 Mögelindex enligt SP 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Gransplint, hyvlad Mögelindex, konstant (90/22) vs. cyklisk exponering (90/60 veckovis) Ackumulerad tid (dagar) vid RF=90%, T=22C Constant 90/22 Gran-IH Gran IH-cyklisk Weekly cycles Omväxlande torrt och fuktigt klimat bromsar tillväxten signifikant

170 Comparison constant humidity vs cyclic humidity Planed spruce Mould index 3,5 3 2,5 2 1,5 1 Mould growth: Const 90 vs cyclic 90/60 1 w eek or 12 h T=22 C 12 h cycles 90/60 Const RH 90 % 0, Accumulated time at RH=90%, days Weekly cycles 90/60

171 Comparison with dose-response model spruce type I (T = 22C) Cyclic response (RH 90-60) vs. Dose-response model 6 5 Mould index Dose-response model Days The model is slightly conservative Test results

172 Cyclic temperature 22-5 C, RH=90, vs. model 6 Mould index Days Spruce, original (test) Model Spruce, planed (test) The model agrees with test. Surface structure important

173 Model response-example 100 RH-Cyclic 80 6 Model response, RH= 90/60, T=20/5 RH % Days Mould index KONST Rhcycl Tcycl Days 25 T-Cycl Cyclic temperature less effective to restrain mould growth TEMP C Days

174 Slutsatser mögelmodell Initiering av mögelpåväxt för godtycklig exponering kan förutsägas med hygglig tillförlitlighet Modellen kan kvantifieras på basis av laboratorietester för olika substrat under kontrollerade klimatförhållanden Responsen i olika klimatzoner överensstämmer med allmän erfarenhet Kan redan nu användas för relativa jämförelser av konstruktioner och klimatexponeringar Klimatvariationen mellan olika år är betydande vid användning av normalår måste säkerhetsmarginal införas Tydlig retardation av den biologiska processen sker under torra och kalla perioder Även kortare torra perioder ger retardation (vindar)

175 Tack för uppmärksamheten!

176 WoodBuild Mögelpåväxt på träbaserade material en jämförande studie Gunilla Bok

177 Fyra olika grupper av träbehandlingar samt referensmaterial Furu & granreferens Modifierat trä Trä & brandsskydda t WPC

178 Obehandlat trä Furu (Pinus sylvestris) splintved Gran (Picea abies) Träskyddsbehandlat trä Celcure AC 800 Tanalith E-7 Wolmanit CX-8 Brandskyddat Dricon Hyvlad Hyvlad Aktiva substanser Koppar, benzalkoniumchlorid Koppar, propiconazole, tebuconazole Koppar,boron,bis-(N-yclohexyldiazeniumdioxy-) (HDO) Hyvlad furu behandlat med Dricon, fire-retardant system by Arch Chemicals Modifierat trä Acetylerad furu Furfuryrerad furu Värmebehandlad furu Acetyl content 22-23% WPG approximately 35% Maximum temperatur 212 C i en timme WPC WPC obehandlad WPC träskyddbehandlad ~50% m/m furufibrer (obehandlade) ~50% m/m polypropylene ~50% m/m furufiber behandlade med isothiazolone baserad lösning till en retention av ungefär 350 ppm i WPC ~50% m/m polypropylene

179 Mögelresistensprovningar Laboratorieprovningar Sporsuspension användes Klimatkammare med ett konstant klimat 90% RH och 22 ºC Fältprovningar 3 olika miljöer Kallvind 2 olika krypgrunder

180 Påväxten analyserades i 40 ggr förstoring

181 Bedömningsskalan Skala Beskrivning 0 Ingen påväxt 1 Initial påväxt med spridd förekomst av hyfer 2 Fortfarande spridd påväxt men mer synlig. Konidioforer kan ha utvecklats. 3 Fläckvis kraftig påväxt. Hyfer med utvecklade konidieforer. 4 Kraftig påväxt på hela ytan. 5 Mycket kraftig påväxt på hela ytan.

182 100 Kallvind [%RF] [ C]

183 120 Krypgrund RH [%RH] Temperatur [ C]

184 Trä och brandskyddsbehandlade prover labprovning

185 Trä och brandskyddsbehandlade från krypgrund

186 Resultat modifierat trä labprovning

187 Resultat modifierat trä, fältprovning

188 Resultat WPC labprovning

189 Resultat WPC fältprovning

190 Sammanfattning WPC-skivan som är träskyddsbehandlat visade på god motståndskraft mot mögelpåväxt i labprovningen Värmebehandlat virke har jämförbar mögelresistens med referensmaterialen I krypgrunden var Acetylerat trä något mer mögelbenäget än gran. I labprovningen var det tvärtom. Lab- och fältprovningarnas resultat stämmer ganska bra överens Viktigt att prova byggnadsmaterial i flera olika klimat