Täthet som alternativ till uttorkning av betongbaserade golvsystem?

19 april, 2021   Ja, konceptet fungerar fuktmässigt både i teorin och praktiken! Den moderna, täta betongen medför att man kan avjämna och limma matta med vattenbaserat lim innan uttorkningskravet på ekvivalent djup är uppfyllt. Detta fungerar dock inte generellt utan ställer vissa krav på betongens ålder och sammansättning, så att erforderlig täthet hinner utvecklas och fukttransportförmågan minska tillräckligt. 

Text: Marcin Stelmarczyk, Ted Rapp, Hans Hedlund och Staffan Carlström

Fuktrelaterade problem i betongbaserade golvsystem kan lätt leda till skador och emissioner av irriterande ämnen. För att förebygga dessa problem måste fukten i betongen hanteras på ett sätt som inte medför fara för alkalisk nedbrytning av lim och ytskikt. En metodik för att åstadkomma just detta togs fram under 1990-talet och början av 2000-talet baserat på dåtidens betong och dess egenskaper. Det är dessa arbeten som ligger till grunden för dagens innehåll avseende fuktmätning och kritiska gränsvärden i Rådet för Byggkompetens, RBKs fuktmätningsmanual samt AMA Hus. Sedan dess har cementens sammansättning förändrats. Med huvudsyfte att minska koldioxidbelastningen har de primära bindemedlen i Ordinarie Portlandcement (OPC) spätts ut med t.ex. kalkstenfiller, flygaska och slagg. Detta har påverkat betongens egenskaper och vidare medfört att betonggolven fukttekniskt inte uppför sig som förr. Olika indikationer på problem med uttorkning har framkommit [1]. Även mätmetoder för relativ fuktighet har fått justeras för att säkerställa tillförlitliga mätningar så som revidering av Manual fuktmätning i betong från version 5 till version 6.

Betongen är inte som förr
De senaste åren har olika inmätningar av betongens egenskaper utförts [2], [3], [4]. Dessa visar tydligt att en ökad täthet uppstått i betongens porsystem med minskad förmåga till fukttransport, jämfört med tidigare [5]. Betongens porositet verkar inte ha ändrats. Den rymmer lika mycket fukt som tidigare. Däremot verkar flaskhalsarna i porsystemet blivit trängre med lägre fukttransport och långsammare diffusionsuttorkning och fuktutbyte med andra material som följd. Upptäckten av detta föranledde en teoretisk undersökning av konsekvenserna för fuktsamverkan i betonggolv i SBUF -projektet 13354. I projektet utfördes simuleringar av fuktförloppen i två typer av golv: ett bestående av ytskikt limmat på betong och ett annat då ytskiktet limmats på betong med avjämning, se Figur 1.

Figur 1. Ytskikt limmat direkt på betong (vänster) och på avjämningsmassa med underliggande betong (höger).

Materialdata för olika moderna betonger användes i simuleringarna. Beräkningar av diffusionsuttorkning samt fuktsamverkan mellan betongen och de omgivande materialen utfördes. En rad både negativa och positiva resultat konstaterades. Till de negativa hör bl.a. en markant förlängning av tiden för diffusionsuttorkning. Förändringen är så stor att uttorkningsåtgärder vidtagna några månader efter gjutning knappt har någon verkan alls. Detta bekräftas i utförda uttorkningsförsök [6] där uttorkningen avstannar då betongen nått tillräcklig nivå av täthet, vilken byggs upp successivt efter gjutning. En annan negativ konsekvens har att göra med direktlimning av ytskikt med vattenbaserad lim på betong. Detta har tidigare endast setts som ett problem för betong med mycket låga vattencementtal [7]. Idag kan även betong med högre vct bli så tät att limfukten inte kan tränga ner i betongen utan stängs inne mellan betong och ytskiktet. Detta resulterar i fuktmättnad i betongens övre skikt, med transport av hydroxidjoner till lim och ytskikt med alkalisk hydrolys som följd.

Undersökningen gav även en djupare förståelse i vad som förändras i golvets fuktfunktion. Baserat på detta ställdes frågan huruvida den nya betongens egenskaper kan leda till något positivt. Finns det sätt att utnyttja tätheten konstruktivt under produktionen av betongbaserade golvsystem? Simuleringarna bekräftade att detta bör vara möjligt men förutsätter ett reviderat sätt att se på fukten i betonggolv.

Är det fuktnivån eller fukttransporten som är problemet?
Det sätt som betongfukt i golv hanteras idag, är nära kopplat till en specifik typ av risk. Scenariot bygger på en betong med relativt god förmåga till fukttransport belagd med ett relativt tätt ytskikt. När betongen torkar innan läggning av ytskiktet erhålls en typisk uttorkningsprofil, se Figur 2. När ytskiktet appliceras fungerar det som ett lock. En mindre fukttransport kommer att ske genom ytskiktet, men en väsentligt snabbare omfördelning av den kvarvarande fukten kommer att ske i betongen. En mycket fuktigare betongyta än under uttorkningen erhålls efter påläggning av ytskiktet, även utan inverkan av limfukt. Detta kan medföra en direkt risk för ytskiktet och limmet då hög fuktnivå i betongen möjliggör alkalitransport och kan resultera i hydrolys av bindemedel i limmet och/eller mjukgörare i ytskiktet och där tillhörande emissioner.

Figur 2. En typisk fuktprofil, relativ fuktighet för olika djup, efter ensidig uttorkning av 0.1m tjock betongplatta med relativt god fukttransportförmåga

För praktisk hantering av denna omfördelning och slutnivån för fukten i kontakt med ytskiktet används begreppet ekvivalent djup, som kravställer på vilket djup man mäter relativ fuktighet i betongen [8]. Det ekvivalenta djupet är valt så att vid en klassisk uttorkningsprofil, skall den större mängden fukt under det ekvivalenta djupet och den mindre mängden fukt ovanför jämnas ut. Resultatet blir en konstant RF över hela tvärsnittet vilken överensstämmer med ursprunglig RF på ekvivalent djup. Detta uppnås först efter en total omfördelning av fukten över tvärsnittet.  I Figur 2 är det ekvivalenta djupet 4 cm från betongens övre yta, höjdkoordinat 0.06m.

Mätning på ekvivalent djup och resonemanget bakom bygger på det faktum att ytskiktet är så mycket tätare än betongen så att det blir flaskhalsen i fukttransporten i hela golvet. Så var också fallet i gammaldags betong med Ordinarie Portlandcement som enda bindemedlet utan några mineraliska tillsatser. Cementen har dock ändrats sedan dess och nu är det betongen som blivit det funktionellt tätaste materialet i golvet. Jämförande simuleringar visas i Figur 3.

Figur 3. Visualisering av principen för fuktomfördelning i en 100 mm tjock betongplatta med gammaldags OPC till vänster samt Bascement CEM II/A-V (gamla) till höger. Fuktomfördelning efter limning av ytskikt motsvarande Tarkett iQ Optima med icke vattenbaserat lim på betong, fuktprofiler vid olika tidpunkter efter limning. Vänster – betong med OPC vct 0,40 ensidigt uttorkad i till 85% RF på ekvivalent djup. Höger – betong med Bascement CEM II/A-V vct 0,55 ensidigt uttorkad i 20 dygn i 60% RF från antagen självuttorkningsnivå på 90% RF.

Betongen med ren OPC bjuder inte på några överraskningar. Där sker en typisk omfördelning och eftersom den relativa fuktigheten på ekvivalent djup, i detta fall 40 mm under ytan, var 85% vid mattläggning leder omfördelningen inte till ett RF högre än 85% under ytskiktet. Exemplet med betong med det gamla Bascementet följer däremot ett helt annorlunda förlopp. Figuren visar att en omfördelning (fuktprofilerna skär varandra) endast äger rum i de översta millimetrarna av konstruktionen för Bascementet. För övrigt ser betongen ut att torka långsamt. Man bör även observera att RF under ytskiktet håller sig under 85% trots att betongen var dåligt uttorkad och hade 90% på ekvivalent djup vid mattläggning.

Endast artikelns inledning presenteras här, för att läsa hela artikeln i pdf-format klicka här 

 


Marcin Stelmarczyk
Civ.ing.
The Green Dragon Magic

Ted Rapp,
Civ.ing. Tekniskt sakkunnig RBK
Byggföretagen 

Hans Hedlund
Dr., Adj. Prof.
Skanska Sverige AB
Byggnadsfysik LTH/RISE

Staffan Carlström
Swerock AB

Referenser

[1] – C. Svensson Tengberg, Inventering av uttorkning av betonggolv, Betong med mineraliska tillsatsmaterial, SBUF 13358 Slutrapport, 2018

[2] – M. Stelmarczyk, T. Rapp, H. Hedlund, S. Carlström, Utveckling av beräkning av uttorkning i programmet Produktionsplanering Betong samt Inmätning av Bascement för uttorkningsberäkning i Produktionsplanering Betong, SBUF 13197 & 13198 Slutrapport, 2019

[3] – N. Olsson, L.-O. Nilsson, M. Åhs, V. Baroghel-Bouny, Moisture transport and sorption in cement based materials containing slag or silica fume, Cement and Concrete Research, 2018.

[4] – M. Saeidpour, L. Wadsö, Moisture diffusion coefficients of mortars in absorption and desorption, Cement and Concrete Research, 2016

[5] – G. Hedenblad, Moisture Permeability of Mature Concrete, Cement Mortar and Cement Paste, TVBM-1014, Lund Institute of Technology 1993

[6] – J. Carlswärd, Uttorkningsegenskaper hos klimatförbättrad betong, Bygg & Teknik Nr 6 2020

[7] – H. Wengholt Johnsson, Kemisk emission från golvsystem – effekt av olika betongkvalitet och fuktbelastning, Chalmers Tekniska Högskola 1995,

[8] – RBK 2017 – RBK, Manual – Fuktmätning i betong, version 6, kap 2.3

[9] – M. Stelmarczyk, T. Rapp, H. Hedlund, F. Gränne, M. Gunnarsson, Finns det någon fördel med modern, tät betong?, www.sbuf.se/ppb 2017, numera www.byggforetagen.se/ppb

[10] – M. Stelmarczyk, T. Rapp, H. Hedlund, Utredning av funktionell uttorkningsnivå hos betong med mineraliska tillsatsmaterial, SBUF 13354 Slutrapport, 2019

[11] – Bestämning av relativ fuktighet, RF i golvavjämning, Utgåva 2:2017, GBR

[12] – M. Stelmarczyk, T. Rapp, H. Hedlund, F. Gränne, M. Gunnarsson, Kan täthet ersätta uttorkning i produktion av betongbaserade golvsystem?, www.byggforetagen.se/ppb, 2021