Mur- och putsbruk. Murverk Material, konstruktion, hantverk. Murverkets material

Transkript

1 Murverk Material, konstruktion, hantverk Murverkets material Mur- och putsbruk Källor till material i denna föreläsning: Czernin, W, Cementkemi för byggare, Svenska Cementföreningen, 1964 Dührkop, Saretok m fl, Bruk murning putsning, 1966 Burström, Per Gunnar, Byggnadsmaterial, studentlitteratur, 2001 Lindmark, Sture, föreläsningsmaterial framtaget på uppdrag av SPEF, 2014

2 Mineraliska mur/putsbruk: Lerbruk Har förekommit i Sverige historiskt, mest i Skåne Gipsbruk Stort i Mellaneuropa Kalkbruk (luftkalk) Traditionellt använt, sedan tusentals år Hydrauliskt kalkbruk Traditionellt, parallellt med luftkalkbruk Cementbruk Tillverkning i Sverige från 1874 KC-bruk Har använts parallellt med cementbruk Murcementbruk Sedan 1950-talet

3 Brukets komponenter Ballast (sand) Bindemedel Vatten Tillsatser, för att modifiera egenskaper Murbruk putsbruk: Principiellt skiljer dom sig åt endast beträffande ballastsammansättning För murbruk är vidhäftningen, att bruket fäster mot murstenen, viktigast För putsbruk är smidigheten, dvs hur bruket låter sig bearbetas av hantverkaren, viktigast

4 Ballastens kornstorleksfördelning viktig Kornstorleksfördelning kallas även gradering Stora korn helst dikt mot varann - i hålrummen små korn med varierande storlek Stora korn minskar behov av bindemedel Små korn ger smidighet Källa, fig.: Burström, Byggmaterial

5 Siktkurva visar kornstorleksfördelning % Exempel : Finkorning sand Bra sand: Gynnsam kornform, runda korn bra avlånga, flisiga sämre Välgraderad Ingen humus får finnas Exempel: välgraderad sand Exempel: grov sand Siktstorlek

6 Bindemedel Hydrauliska hårdnar genom reaktioner med vatten Icke hydrauliska hårdnar genom reaktioner med luftens koldioxid Lera Gips Luftkalk Hydraulisk kalk Cement Murcement Kalkcement Varken hydrauliskt eller icke hydrauliskt hydrauliskt icke hydrauliskt hydrauliskt och icke hydrauliskt hydrauliskt hydrauliskt hydrauliskt och icke hydrauliskt

7 Bindemedlet olika uppgifter i färskt resp hårdnat bruk: Glidlager runt ballastkorn I det färska bruket Limmar ihop brukets beståndsdelar Vidhäftning mot mursten respektive underlag I hårdnat bruk

8 Vatten Vattnets uppgifter: Möjliggör de kemiska reaktionerna Arbetbarhet Vattnet får inte innehålla: Ämnen som ger missfärgningar, t.ex. höga järnhalter Olja, humus, kolhydrater Salter

9 Lerbruk Lera utgörs av extremt små partiklar (< 0,002 mm), ger stor sammanlagd yta Vid torkning ökar hållfastheten, pga fysikalisk bindning (elektrostatiska krafter) mellan partikelytor Nackdelar: Relativt låg hållfasthet Stor krympning vid torkning Låg beständighet, löses upp av vatten

10 Gips Gipssten, Ca 2 (SO 4 ) 2H 2 O Bränning av gipssten: 150 : Ca 2 (SO 4 ) ½H 2 O 200 : Ca 2 (SO 4 ) Hårdnar genom att med vatten återbilda gipssten

11 Egenskaper gipsbruk Grovporöst små fuktrörelser Krymper inte, inga krympsprickor, kan läggas på i tjocka skikt Sväller när det blir fuktigt, löses upp, används endast i torr miljö, dvs torr inomhusmiljö

12 Kalkcirkeln - ett kretslopp Koldioxid avgår Kalciumoxid, bränd kalk Vatten Kalksten Kalciumhydroxid, släckt kalk Jord, vatten, eld, luft Luftens koldioxid

13 Tillverkning av luftkalk bränning och släckning Bränning: CaCO 3 CaO + CO 2 Släckning: CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + Värme Släckning kan utföras med olika tillgång till vatten torrsläckning respektive våtsläckning

14 Bränningen - Sker vid C Luftkalk - Viktigt undvika för hög temperatur - risk för sintring/smältning, medför dödbrända korn Släckningen - Vid släckning sväller materialet, ca 20% - Dödbrända korn ger osläckt kalk i bindemedlet - kan orsaka kalksprängning ( pop-outs ) - Lång våtsläckning - mindre risk för dödbrända korn

15 Släckt kalk: Mindre partiklar än cement Kalciumhydroxiden bildar mycket fina partiklar, i storleksordning 2 µ (dvs som max partikelstorlek i lera) Små partiklar medför god arbetbarhet, mindre risk för vattenseparation Kalkens egenskaper beror på råvaran, brännings- och släckningsteknik dvs kan variera mellan olika fabrikat

16 Kalkbruks hårdnandeprocess (luftkalk) 1. Vatten avdunstar (torkning) eller sugs in mursten/murblock eller underlag Initialt, bruket styvnar till Kornen packas samman av kapillära krafter, ungefär som när lera torkar Bruket krymper då kraftigt Eftersom hållfasthet inte byggts upp sker begränsad sprickbildning, som försvinner vid komprimering 2. Karbonatisering = det egentliga hårdnandet Kalciumhydroxiden reagerar med luftens koldioxid Långsam process, sker under lång tid

17 Karbonatiseringen i formler: Upplösning CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Ca(OH) 2 + H 2 CO 3 Karbonatisering CaCO 3 + 2H 2 O

18 Kalkbruks karbonatisering (luftkalk) Kräver att det finns fukt i luften, RF minst 50% Bäst: RF 65-75%, upphör vid RF >90% Temperatur minst +5 o C Alltför snabb torkning ger puts med ett hårt skal och löst inre

19 Relativ fuktighet, RF Varm luft kan innehålla mer vattenånga än kall Gram vattenånga/m 3, absolut ånghalt Mättnadsånghalt daggpunkt, RF = 100 % Lufttemperatur, o C När ånghalten i luften är lika med mättnadsånghalten erhålls kondens Vid RF 75% och högre riskerar man fukt- och mögelskador i trä

20 Kalkbruks egenskaper (luftkalk) Relativt låg hållfasthet Låg elasticitetsmodul, d.v.s. det byggs inte upp så stora spänningar vid rörelser Kalk som Ca(OH) 2 och CaCO 3 är i någon mån lösligt i vatten, det bryts långsamt ned vid upprepad kontakt med vatten Det hårdnade brukets egenskaper varierar med: Råvarans (kalkens) egenskaper Halt bindemedel, ballastens sammansättning, vattenhalt i färskt bruk Omgivande klimat Hantverket, hur bruket komprimeras vid applicering

21 Kalkbruk (luftkalk) Problem som kan uppstå: 1. För torrt (skydda mot solsken skugga!) 2. För blött (hög RF riskabelt putsa inte för sent på säsongen) 3. För kallt (vid vinterarbeten, behov av uppvärmning) Detta kan resultera i krympsprickor, nedsatt hållfasthet, utfällningar Låg hållfasthet och bristande vattenbeständighet har medfört att man under historiens gång sökt få fram starkare och mer beständiga bruk

22 Beständigare bruk med hydrauliska bindemedel Under historiens gång har det visat sig att vägen till starkare, mer beständiga bruk gått via hydrauliska bindemedel Föreningar mellan kalk, kiselsyra och vatten, kalciumsilikathydrat, har varit de viktigaste bärarna av dessa egenskaper Kalk, CaO Kiselsyra, SiO 2 Vatten, H 2 O Kalciumsilikathydrat Kiselsyra finns i olika bergarter, bl.a. kvarts, sandsten m.fl., oftast obenägen att reagera och ingå föreningar med andra ämnen

23 Den varma vägen och den kalla vägen Principiellt finns två olika vägar till att få fram reaktionsbenägen kalciumsilikathydrat: Den kalla vägen, släckt kalk, Ca(OH) 2, fås att reagera med kiselsyra, SiO 2, till kalciumsilikathydrat, Puzzolankalk Den varma vägen, vid hög temperatur framställs kalciumsilikat som sedan med vatten bildar kalciumsilikathydrat. Metoden används vid tillverkning av hydraulisk kalk och portlandcement

24 Puzzolankalk, den kalla vägen Användes i Romarriket Först brändes kalk, som sedan släcktes, liksom vid tillverkning av luftkalk Därefter blandades material som innehöll reaktionsbenägen kiselsyra med den släckta kalken, varpå vatten och sand tillsattes Reaktionsbenägen kiselsyra hämtades bl.a. som vulkanisk aska från Puzzuoli i Neapelbukten Förutsätter kiselsyra som är reaktionsbenägen vid normala temperaturer, vilket starkt begränsar vilka råvaror som kan användas

25 Hydraulisk kalk, den varma vägen Vid höga temperaturer kan kalk-kiselföreningar erhållas Särskilt lämpad råvara är kalkmärgel, en i naturen förekommande blandning av lera och kalksten, med innehåll av aluminium-, kisel- och järnoxid Finfördelning och jämn fördelning krävs för bra råvara, i en bra kalkmärgel har naturen skapat detta Bränning vid ca o I processen bildas dikalciumsilikat och andra reaktiva mineral

26 Hydraulisk kalk tillverkningsprocessen Dikalciumsilikat reagerar med vatten till trikalciumdisilikathydrat Dikalciumsilikat Trikalciumdisilikathydrat 2(2CaO SiO 2 ) + 4H 2 O 3CaO 2SiO 2 3H 2 O + Ca(OH) 2 Bildningen av trikalciumdisilikathydrat går långsamt Släckt kalk Lämpliga täkter inte lika vanliga som för tillverkning av luftkalk I processen bildas även släckt kalk, dvs icke hydrauliskt bindemedel Graden av hydrauliskhet varierar med fabrikatet

27 Hydrauliska kalkbruk - Skyddas mot fukt, bruk kan inte förvaras längre tid efter blandning, till skillnad från luftkalkbruk - Ger snabbare och högre hållfasthet än luftkalkbruk - Hållfastheten växer långsamt jämfört med cementbruk - Ger bättre beständighet mot vatten än luftkalkbruk

28 Portlandcement Kalkberg Brytning Krossning Lämplig lera Slamkvarn 1450 o Utvecklades under tidigt 1800-tal i England Roterugn Råvaror vid tillverkning: Kalksten Lera (lermineraler) Gips Gips Cementkvarn Klinkersilo

29 Portlandcement - bränningen Dikalciumsilikat 2 CaCO 3 + SiO 2 + värme 2 CaO SiO 2 + 2CO 2 3 CaCO 3 + SiO 2 + värme 3 CaO SiO 2 + 3CO 2 Trikalciumsilikat

30 Portlandcement - hållfasthetstillväxt När di- och tricalciumsilikater reagerar bildas en extremt finfördelad blandning cementgel. I denna växer hållfastheten till genom reaktioner med vatten. Hållfastheten växer jämförelsevis mycket snabbt a) Direkt efter blandning b) Efter några minuter. c) Vid bindning d) Efter några månader

31 Portlandcement Hårdnandet: De första 2-6 tim: bindning Därefter följer det egentliga hårdnandet Även kalciumhydroxid (släckt kalk) bildas i processen Cement är ett hydrauliskt bindemedel: - Behöver vatten för att härda - Får ej torka för tidigt - Måste användas inom ett par timmar, får aldrig göras upp med mer vatten

32 Kalkcement Blandning av bindemedlen luftkalk och cement Kalken och cementen har olika egenskaper Kalkens och cementens egenskaper utvecklas parallellt Genom variation av halterna cement och luftkalk kan egenskaper varieras

33 Cement respektive kalk i KC-bruk: Cement ger: - Högre hållfasthet - Större sprickbenägenhet, sprödare - Större täthet mot vatten (och ånga) - Tätare struktur, mindre kapacitet för kapillärsugning - Känsligare för snabb uttorkning - Vattenfasthet Släckt kalk, Ca(OH) 2 (luftkalk), ger: - Bättre arbetbarhet - Bättre vattenkvarhållning - Grövre mikrostruktur - Mer elastiskt, lägre E-modul, mindre sprickrisk - Långsam hållfasthetstillväxt (veckor, månader) - Snabb hållfasthetstillväxt (timmar, dagar)

34 Hydrauliska kalkbruk jämfört med KC- och luftkalkbruk: Hydrauliska kalkbruk har egenskaper som ligger emellan luftkalkbruk och KC-bruk: Kan bli starkare och mer beständiga än luftkalkbruk Hydrauliska kalkbruk kan erhållas i hållfastheter som motsvarar vissa normala KC-bruk Hållfastheten växer snabbare än luftkalkbruk men långsammare än KC-bruk Ringa praktisk erfarenhet från murning av halvstens skalmurar med hydrauliskt kalkbruk

35 Murcementbruk Sammalning av cement och finmald kalksten Kalkstenen ger smidighet Innehåller också luftporbildare för bättre arbetbarhet Gips tillsätts för att reglera hur snabbt bruket hårdnar Binder och hårdnar som cementbruk Bättre vattenkvarhållning än cementbruk

36 Tillsatsmedel - ändrar brukets egenskaper Luftporbildare Plasticeringsmedel Vidhäftningsförbättrande Accelerator Vattenkvarhållande Hydrofoberingsmedel Ökar smidighet, minskar risk för vattenseparation, ökad frostbeständighet, minskad hållfasthet, ökad vattengenomsläpplighet Tensider, typ diskmedel Cellulosabaserade, ökar smidighet utan ökad lufthalt Polymerer ( plaster ) Snabbare hållfasthetstillväxt, kalciumklorid ökar risk för saltutfällning och korrosion Cellulosaderivat ( tapetklister ) Silikon (organiska kiselföreningar), stearater m fl

37 Smidighet Hur hanterbart bruket är för muraren Bestäms av: Brukets plasticitet - hur lätt det låter sig formas Brukets kohesion - dess förmåga att hålla samman då det deformeras Större smidighet ges av: Luftkalk Ökad kalkhalt i KC-bruk* Mer filler (finmaterial)** Fetare bruk (mer bindemedel)*** Mindre smidighet: cement ( strävt, kort ) ökad cementhalt mindre andel filler magrare bruk Murarens krav på arbetbarhet får inte gå ut över krav på det färdiga murverket! * Ger samtidigt lägre hållfasthet ** Ger samtidigt större krympning och lägre hållf *** Ger samtidigt större krympning och högre hållf

38 Andra viktiga faktorer Vattenseparation Risk för vattenseparation i bruket följer normalt smidigheten smidigare bruk - mindre tendens innehåll av filler - mindre tendens kalkrika bruk - mindre tendens cementrika större benägenhet Vattenkvarhållning Brukets förmåga att fördröja insugningen av vatten till underlag/mursten Snabbt styvnande bruk risk att muraren sätter till mer vatten, olämpligt Brukets vattenkvarhållning balanseras mot underlagets/murstenens vattensugning

39 Brukets användningstid (öppen tid) Den tid efter blandning bruket kan användas, med hänsyn till kemiska reaktioner Icke hydrauliska, luftkalk - obegränsad användningstid Hydrauliska bruk - begränsad användningstid: Bindemedel, typ, mängd Temperatur Tillsatser Avgör användningstiden

40 Det fortsatta hårdnandeförloppet - I kalkrika bruk byggs krympningsspänningarna upp långsamt under lång tid - I cementrika bruk växer hållfastheten snabbt större risk för sprickbildning - Ökning av halt bindemedel, filler och vatten ger ökad krympning - Om cementhaltiga bruk hålls fuktiga tills draghållfastheten växt minskar risken för uppsprickning