Kapillär mättnadsgrad : ett verktyg för noggrann bestämning av fuktinnehåll i betong : sammanfattande version Hedenblad, Göran

Transkript

1 Kapillär mättnadsgrad : ett verktyg för nggrann bestämning av fuktinnehåll i betng : sammanfattande versin Hedenblad, Göran Publicerad: Link t publicatin Citatin fr published versin (APA): Hedenblad, G. (1990). Kapillär mättnadsgrad : ett verktyg för nggrann bestämning av fuktinnehåll i betng : sammanfattande versin. (Rapprt TVBM; Vl. 3043). Avd Byggnadsmaterial, Lunds tekniska högskla. General rights Cpyright and mral rights fr the publicatins made accessible in the public prtal are retained by the authrs andr ther cpyright wners and it is a cnditin f accessing publicatins that users recgnise and abide by the legal requirements assciated with these rights. Users may dwnlad and print ne cpy f any publicatin frm the public prtal fr the purpse f private study r research. Yu may nt further distribute the material r use it fr any prfit-making activity r cmmercial gain Yu may freely distribute the URL identifying the publicatin in the public prtal? Take dwn plicy f yu believe that this dcument breaches cpyright please cntact us prviding details, and we will remve access t the wrk immediately and investigate yur claim. Dwnlad date: 24. May L UNDUN VERS TY PO B L und

2 FUKTGRUPPEN V D L TH AVDELNNGEN FÖR BYGGNADSMATERAL LUNDS TEKNSKA HÖGSKOLA MOlSTURE RESEARCH GROUP DVSON OF BULDNG MATERALS LUND NSTTUTE OF TECHNOLOGY.. KAPLLAR MATTNADSGRAD - ett verktyg för nggrann bestämning av fuktinnehåll i betng Sammanfattande versin Göran Hedenblad RAPPORT TVBM-3043 LUND Sweden, 1990 Frskning med anslg från Byggfrskningsrådel

3 (den: LUTVDG(TVBM-3043)1-15(1990).... KAP LLAR MATTNADSGRAD -ett verktyg för nggrann bestämning av fuktinnehåll i betng Sammanfattande versin Göran Hedenblad SSN 034B-7911 RAPPORT TVBM LUND Sweden, 1990 Frskning med anslag från Byggfrskningsrådet

4 l SAMMANFATTNNG Denna rapprt är en sammanfattning aven tidigare frskningsrapprt (TVBM-3022) med samma titel. Den tidigare frskningsrapprten är författad av Göran Hedenblad ch Lars- Olf Nilssn. Målet med sammanfattningen har varit att få ned antalet sidr till ca 15, men ändå få med huvudinnehållet i den tidigare frskningsrapprten. Kapillärmättnadsgraden (KMG) är ett lanalysinstrument" för att bestämma fuktinnehållet i betng vid höga fukttillstånd, där mätning av relativ fuktighet ch fuktkvt ej fungerar tillfredsställande. Kapillärmättnadsgraden definieras på följande sätt: KMG= Mängd vatten i prv in situ Mängd vatten i kapillärmättat prv Kapillärmättnadsgraden har fördelen framför fuktkvtsmätning att den tar hänsyn till bl a lika ballastinnehåll i prven ch stenseparatin vid gjutningen. Förslag till mätutförande redvisas på sid 14.

5 2 l BAKGRUND Relativa fuktigheter (RF) i mrådet över ca 95% är svåra att tillförlitligt använda vid analys av fuktförhållandet i en knstruktin. En mätning av fuktkvten (u) är här, teretiskt, ett bättre sätt att upptäcka skillnader i fukttillstånd mellan lika punkter, eftersm srptinskurvans lutning är mycket brant vid höga fukttillstånd. Fuktkvten är emellertid svår att bestämma nggrant i betng p g a att uttagna prver lätt kan bli dåligt representativa för den aktuella betngkvaliteten: stenstrleken har här avgörande betydelse. en betngknstruktin är ckså betngen lika kmprimerad på lika djup ch beståndsdelarna kan mycket väl ha separerat i viss mfattning. Samma u på lika djup kan därför betyda lika fukttillstånd: även det mvända gäller naturligtvis. vid höga fukttillstånd nära 100% RF är inte heller en mätning av RF alltid nggrann. vid bestämning av fördelningen av u i en knstruktin sm innehåller lika material eller lika materialkvaliteter går det naturligtvis inte heller att få någn vägledning av enbart att mäta u. En mätning av "kapillärmättnadsgraden",kmg,ger stra möjligheter att eliminera dessa prblem. flera skadefall vid betngglv på mark har mätning av KMG gett krrekt infrmatin m verklig fuktkälla, då andra mätningar ch bservatiner tidigare har kmmit till andra slutsatser. Eempel i TABELL åskådliggör tydligt hur resultaten kan bli ch hur mätvärdena helt kan feltlkas.

6 3 TABELL Eempel på mätresultat i källarglv av betng, Hammarkullen, Götebrg, Nilssn (1977). Djup u RF lu efter KMG MATERAL cm % % kapillär (-) sugning Uk = u ap kap m - 1 mtrrl m kap - m trr m trr m trr u O BRUK O BETONG RF är 100% i hela betngplattan ch ger ingen upplysning varifrån fukten tillföres. Fuktkvten (u) är högst upptill ch sjunker nedåt, vilket ibland felaktigt tlkas sm att fukten kmmer uppifrån. Bestämmes u då de uttagna prverna har mättats kapillärt fås samma tendens, högt u upptill ch mindre nedåt. Kapillärmättnadsgraden i betngen är emellertid högst nedtill ch minskar successivt uppåt vilket visar att fukten inte alls kmmer uppifrån; tvärtm skulle en nggrannare analys säkert visa att fukt tillföres underifrån eller att fukten av hysteresisskäl är i jämvikt i plattan fastän KMG är lika. cementbruket fås naturligtvis ett helt annat resultat eftersm detta är ett annat material. FG 9 framgår att material med lika vct får lika KMG för samma RF.

7 4 2 DEFNTON AV KAPLLÄRMÄTTNADSGRADEN OCH DET PRNCPELLA MÄTFÖRFARANDET Kapillärmättnadsgraden definieras på följande sätt: ~G= Prvets fuktkvt in situ Prvets fuktkvt efter kapillärmättnad u u kap u= u = kap m - m kap 2 m 2 vilket medför att KMG kan skrivas KMG= (l) m = prvets vikt in situ m 2 = prvets trra vikt efter trkning till knstant vikt vid losoc m kap = prvets vikt efter mättnad genm kapillärsugning Mätningen göres på följande sätt. uttaget fuktprv rensas från brrmjöl ch "lösa bitar", så snabbt sm möjligt så att det inte hinner trka. Efter vägning (m) placeras prvet i kntakt med en fri vattenyta ch avdunstning förhindras. Efter några dygn, då prvets överyta är blöt ch prvet mättat kapillärt, bestämmes vikten (mkap) igen. Därefter trkas prvet i ugn vid +losc, varefter trra vikten (m 2 ) bestämmes. Förfarandet åskådliggöres i FG l.

8 5 Prvbit Fuktkvt u (Trkni ng 105 C; vägning före ch efterl före trkning: Fuktkvt ukap (Trkning 105 C i vägning före ch efter) FG 1. Förfarandet vid bestämning av kapillärmättnadsgrad (KMG). 3 LABORATOREFÖRSÖK Labratrieförsök har gjrts för att analysera fördelarna med att bestämma KMG istället för att enbart mäta u. De lika delarna av mättekniken har ckså undersökts, med mfattande labratrieförsök, för att förbättra nggrannheten. Resultat har erhållits m bl a erfrderliga trktider vid ugnstrkning, den frivilliga trkningens berende av prvstrlek ch betngkvalitet, inverkan av ugnstemperatur ch andra felkällr i mätningen.

9 6 FG 2 ges eempel på resultat aven försöks serie på betng där inverkan av prvkrppsstrleken studerats. Fuktkvtsmätningarna visar sm väntat på att ju mindre prvbitar sm tagits dest sämre är representativiteten. Även med prver större än 300 gram är spridningen förhållandevis str. Avvikelsen vid mätning av KMG är emellertid avsevärt mycket mindre ch inte i någn märkbar grad berende av prvbitens strlek. En förklaring till att KMG har mindre avvikelse än u är att variatiner av ballastandelen i uttaget prv har ringa inverkan i KMG men str betydelse vid mätning av u. Relativ avvikelse från medelvärde ("l) ~;l'.kmg 60 umed KMG med Betng K25. stenma 25 mm Fuktkvt KMG X * 10 * O CC ~ ~bbb, O CC Prvkrppsvikt (kg) FG 2. Avvikelse från medelvärde hs u- ch KMG värde hs betng med samma fuktinnehåll. FG 3 ges några resultat, för ett cementbruk, från en försöksserie där inverkan av prvkrppsstrleken studerades. spridningen i u- ch KMG värdena är i samma strleksrdning. Detta kan förklaras av att det finns endast mindre ballast i cementbruket, vilket gör att variatiner av ballastandelar i de uttagna prven ej är så str sm för betng. För u-mätningarna är inte avvikelsen från medelvärdetså berende av prvkrppsstrleken sm i FG 2. Observera att skalrna i FG 2 ch FG 3 inte är samma.

10 7 Relativ avvikelse från medelvärde (%) öu. ~KMG 20 umed ' KMGmed 15 Bruk vet = 0.7 = fuktkvt 0= KMG 10 " " )( 5 O " )( J( Prvkrppsvikt (kg) FG 3. Avvikelse från medelvärde hs u- ch KMG värde för ett cementbruk med samma fuktinnehåll. FG 4 ges ett annat eempel. Här ses inverkan av separatinen i en betngknstruktin. Prvkrppen är förseglad direkt efter gjutningen ch brde alltså ha samma fukttillstånd på hela höjden. Efter härdning har u- ch KMG-värden bestämts på prvbitar tagna på lika höjd. Fuktkvtsfördelningen visar en antydan till högre u-värde upptill än nedtill, vilket skulle kunna ha tagits sm indikatin på en fukttransprt nedåt. Mätning av KMG visar emellertid att det inte alls är så, utan att fukttillståndet mycket väl kan vara detsamma i hela prvkrppen. Separatinen i betngen medför att ballastandelen blir högre i de undre delarna ch då ballasten ej innehåller någn fukt blir u lägre i de undre delarna.

11 Höjd L 8 lo XO O CCP:. lo l 0.5 b XQ b O Fuktkvt d KMG lxl :to Relativ avvikelse frdn medelvärde t!u t!kmg umed' KGM med FG 4. Eempel på mätning av fuktkvtsfördelning i en betngplatta där man erhåller en fuktkvtsgradient nedåt, utan att det pågår någn fukttransprt nedåt. Mätning av KMG ger krrekt besked. nverkan av ett fel vid viktbestämningen på u ch KMG kan uppskattas genm att skriva u = ~(ml - m 2 ) _ ~m2 m 1 - m 2 m 2 (2) n KMG ~KMG KMG = ~ (m kap - m 2 ) m kap - m2 (3)

12 9 Av (2) ch (3) ses att ett fel i m ger ett fel av samma strleksrdning i 6UU ch 6KMGKMG. nverkan av m k ar endast i KMG, ch m man har relativt höga ap fuktförhållanden så är m kap i samma strleksrdning sm m" Då ger ett fel m kap i m' ungefär samma inverkan på 6KMGKMG sm ett fel Ett fel i m 2 har ungefär samma inverkan på 6UU sm m ty i (2) är termen 6m2~2liten jämförd med termen 6(m l - m 2 )(ml - m2 ). Ett fel i m 2 har liten inverkan på 6KMGKMG eftersm de två termerna i (3) är i samma strleksrdning ch då nästan tar ut varandra. För att ge eempel på inverkan av prvkrppsvikten på 6UU ch 6KMGKMG visas i FG.5 inverkan av ett viktfel på 0.05 g i m enbart, m 2 enbart ch m kap enbart. Av FG 5 framgår klart att även relativt små fel i vikten har väsentlig inverkan då prvkrppsvikten är mindre än kg. vid praktiska mätningar är prvkrppsvikten i regel mindre än ca 0.2 kg. :J. uu, :J.KMGKMG Betng K25 Kurva 1: u 0.05 g fel i m 1 eller 0.05 g fel i m 2 Kurva 1: KMG 0.05g fel i m 1 eller ::: 0.05g fe l i m kp Kurva 2: KMG 0.05g fel i m O~~~==~==~~~~~~ O Prvkrppsvikt (kg) FG 5. nverkan av ett fel på 0.05 g vid lika prvkrppsvikter.

13 10 För att studera inverkan av frivillig trkning då prvet tages ut ch behandlas har uttrkningen av kapillärmättade prver studerats. uttagning ch behandling kan ta relativt lång tid; prvet skall tas ut från knstruktinen ch rensas från brrmjöl ch lösa delar samt därefter läggas i tät plastpåse för transprt till labratriet, där det tas ut ch väges. Avdunstningen per areaenhet hs prven har mätts för lika prvstrlekar ch med lika förhållanden mellan area (A) ch vlym (V).För betng K25 är ~uu ch ~KMGKMG beräknade för lika tider då RF i luften mkring prverna är 40%, se FG 6. FG 6 visas tydligt att m felen i u ch KMG skall vara små, så bör hanteringstiden, då hela prvet epneras mt mgivningens luft, fram till vägning av m' vara mindre än ca ~ minut för små prver ch maimum l minut för större prv.!j. U tu!j.kmg t KMG 10 9 B Betng K 25 u = 6.76 % KMG = 100 uppmätt värde efter 1 min = 3 S 10 O+-----~----_T----~~----~----~-- O Prvkrppsvikt(kgl -- A = B.O V A = 6.5 X V 23 Beräknad, 10 min.1 S 3 1 FG 6. nverkan av trkning vid prvens hantering. För att studera inverkan av ugnstemperaturen på u ch KMG undersöktes cementbruk med vct 0.7. Prverna trkades först ut vid 90 D e ch efter det att prvvikterna hade stabiliserats ökades temperatu-

14 11 renmed SOC sv upp till 11S0C. FG 7, sm är ett medelvärde av resultaten, syns att ugnstemperaturen har avsevärt större inverkan på u än på KMG. b.uu b.kmgkmg (%) 3 --=u --- = KMG '"--=-=:-:=--""7f'~~...::::;-:;..;-~----..,.._ FG 7. nverkan av ugnstemperatur på u ch KMG. 4 ÖVERSÄTTNNG TLL RF Med kännedm m srptinskurvans utseende ch den aktuella betngens fukthistria, bör en utvärdering av RF kunna göras då KMG har bestämts. nrmala fall, då bara fuktkvten bestämts, kan en sådan översättning ej göras pga den stra säkerheten i bestämningen av u. Denna säkerhet medför att översättningen till RF kan bli fel på flera titals prcent RF även m både srptinskurva ch fukthistria är väl kända. Om man begränsar sig till, eller utgår ifrån punkter sm ligger på desrptinsistermen, kan en översättning från KMG till RF erhållas med hjälp av desrptinstermer för betng enligt Hedenblad (1987),

15 12 se FG 8. Dessa istermer är en bearbetning av istermer redvisade av Nilssn (1980) mht alkaliinnehåll i cementen. Cementets innehåll av alkali trde sänka maimal RF till ett värde lägre än 100%. Fuktkvten u i betng kan tecknas u = W e C + B + W n (4) W = e C = B = den förångningsbara fukthalten (kgm3 ) cementhalten (kgm 3 ) ballasthalten (kgm 3 ) W kemiskt bundet vatten (kgm 3 ) n vid kapillär mättnad kan fuktkvten "u 100 " tecknas, Nilssn (1980) m kapillärprerna är fyllda W :C C + B + W n = W C : (5) 3 W = ursprunglig vattenhalt vid blandning (kgm ) = hydratinsgraden W C = vattencementtalet (vet) Ur de båda uttrycken (4) ch (5) fås KMG u KMG = = WeC (6)

16 13 werc[kgkg cement] = ursprungskurva enl l:0 Nilssn ",,@ J ~~-- p--- vct=0.8,~ #, 05 " ~ ~ ~ 0.= 0.8 a. = BO 100 RF ["!) FG 8. Desrptinsisterm för betng enligt Hedenblad (1987) FG 9 visas desrptinsistermerna, uttryckta i KMG, för de brukssammansättningar sm använts i labratrieförsöken. Hydratinsgraderna har härvid inte uppmätts utan bedömts med ledning av prvkrpparnas ålder ch litteraturuppgifter. Avvikelsen mellan beräknade ch uppmätta RF är maimalt l - 2% RF, en respektive 2 punkter undantagna (utan ch med hänsyn till alkalimetaller). Med så str nggrannhet kan dck varken desrptinsistermerna knstrueras eller RF uppmättas. Den gda överenstämmelsen är därför inte den man kan förvänta sig i praktiska tillämpningar. KHG 1.00, ,r---,--, OBS 0.80 KHG;~ vet ufn ulkali --- me<j alkali vet = 0.4 vet = a. ; 0.7 FG RF% Övre delen av beräknade desrptinsistermer för bruksprvkrppar använda i labratrieförsöken. Punkterna mtsvarar mätresultat.

17 14 5 SLUTSATS Den viktigaste slutsatsen av våra försök är att kapillärmättnadsgraden, KMG, är betydligt mer nggrann än fuktkvten, u, vid analys av fukttillstånd i betng. 6 FÖRSLAG TLL MÄTUTFÖRANDE * Ta ut prvet ur knstruktinen så snabbt sm möjligt ch lägg det medelbart i en diffusinstät plastpåse, för transprt till labratriet. * Ta fram prvet ur plastpåsen ch ta brt brrmjöl ch lösa delar på prvet, vilket därefter medelbart väges. (Vikt m). Om prvet epneras mer än ca ~ minut mt rumsluften innan vikten m är bestämd, så bör arbetet göras i klimatrum med hög relativ luftfuktighet. * Placera prvet i en skål vars btten är täckt med ett nät. Fyll på vatten så att det precis täcker nätets överyta ch lägg i prverna. Skålen täckes så att avdunstning förhindras. Kapillärsugning tar lika lång tid berende på sughöjd ch area mellan vatten prvbit (sugarea). Försök få så str sugare a ch så liten sughöjd sm möjligt. För betng ch bruk syns en tydlig "färgskilnad" då prvet är genmfuktigt. Låt prvet kapillärsuga i ytterligare några dagar ch väg prvet varje dag tills vikten har stabiliserats (m k ). Före vägning trkas ap prvet av med en fuktig fiberduk. Väg därefter medelbart. * Trka i ugn vid OSOC ch väg därefter (m 2 ). Då inverkan av trktiden har mindre betydelse för KMG än för u så är redvisade tider mht u. Betng K2S Betng K40 minst 2 dygn vid vikt < 700 g minst 2 dygn vid vikt < 300 g Bruk vct 0.4 S - 6 dygn vid vikt < SOO g (m _ m 2 ) * Beräkna KMG = m _ m2 ) ( kap

18 15 Om vanstående följes så kan man för prv med vikt över ca 150 g räkna med att kapillärmättnadsgraden ger ett värde sm avviker med ca 0.5 % från slutvärdet. viktavvikelserna vid kapillärsugningen har då räknats in. 7 REFERENSER Nilssn, L-O (1977) "Fuktmätning i betngglv på mark, Hammarkullen, Götebrg". ntern rapprt, Byggnadsmateriallära, Lunds Tekniska Högskla. Nilssn, L-O (1980) "Hygrscpic Misture in Cncrete-Drying, Measuring & Related Material Prperties". Reprt TVBM-1003, Lund nstitute f Technlgy. Hedenblad, G & Nilssn, L-O (1985) "Kapillärmättnadsgrad - ett verktyg för nggrann bestämning av fuktinnehåll i betng". Rapprt TVBM-3022, Byggnadsmateriallära, Lunds Tekniska Högskla. Hedenblad, G (1987) "nverkan av salt på jämviktsistermen". Rapprt TVBM-3031, Byggnadsmateriallära, Lunds Tekniska Högskla.