Pressemeddelelse Funktionsmørtler

Transkript

1 18. januar 2001 Af: Civilingeniør Poul Christiansen Teknologisk Institut, Murværk Pressemeddelelse Funktionsmørtler I 1999 blev begreberne funktionsmørtel og receptmørtel introduceret i den ny Murværksnorm DS 414, 5. udgave, som sammen med de resterende konstruktionsnormer og lastnormer udgør et samlet grundlag for projektering af byggeri i Danmark. Konceptet er rimelig revolutionerende for det traditionsbundne erhverv, og Teknologisk Institut, Murværk har fået mange henvendelser om de nye mørtler, og prøver i denne artikel at samle de typiske spørgsmål med tilhørende svar Hvad er en funktionsmørtel En funktionsmørtel er en mørtel, der er beskrevet ved dens egenskaber i stedet for blandingsforholdet. Egenskaberne kan være mørtlens trykstyrke, vedhæftningsstyrke, farve og frostfasthed. Funktionsmørtlerne indeholder typisk kontrollerede mængder additiver, som fx gør mørtlen smidig at arbejde med. Disse additiver og funktionsmørtlens blandingsforhold i øvrigt deklareres ikke nødvendigvis af producenten. Begrebet funktionsmørtler er en tilnærmelse til de kommende fælleseuropæiske konstruktionsnormer, som formodentlig bliver introduceret i nær fremtid. I den fælleseuropæiske Murværksnorm EC6 (Eurocode 6) benævnes funktionsmørtel med det engelske udtryk Design Mortar (design mørtel) Hvad er en receptmørtel En receptmørtel er det kendte koncept, hvor mørtlerne beskrives efter et bestemt blandingsforhold (en bestemt recept). De typiske receptmørtler er KC 60/40/850, KC 50/50/700, KC 35/65/650 og KC 20/80/550. Trykstyrker og vedhæftningsstyrker for disse mørtler er baseret på erfaringstal og er i sagens natur konservativt lave, da de skal dække et bredt spektrum af mørtler med forskellige kalktyper, tilslag og fremstillingsmetoder. 1

2 Hvorfor introduceres funktionsmørtler Man kan med rimelighed spørge, hvorfor der skal indføres nye mørtelbegreber, når murerfaget nu i generationer uden problemer har anvendt KC 50/50/700 og andre mørtler baseret på blandingsforhold. Svaret er fleksibilitet, optimering, konkurrencedygtighed, mulighed for nyudvikling og lettere konstruktioner. Nyudvikling Det har indtil nu ikke været muligt for en mørtelproducent at dokumentere og deklarere forbedrede egenskaber ved fx en KC 50/50/700 med bestemte kalktyper, idet styrkerne traditionelt blev bestemt efter sammensætningen på mørtlen. Nu er det muligt for producenten, på en økonomisk overkommelig måde, at deklarere styrker og fleksibilitet for mørtlen således, at rådgivere og bygherrer kan sammenligne de forskellige mørtelprodukter. Bygherren og rådgiveren har under projekteringen kun ringe interesse i at kende det specifikke blandingsforhold fremfor mørtlens egenskaber med hensyn til styrker, frostfasthed og farve. Lettere konstruktioner Byggetraditionen har ændret sig fra tunge konstruktioner med tykke vægge til slanke konstruktioner hvor for- og bagmur er selvstændige vægge typisk med en tykkelse på 108 mm og uden nogen stabiliserende lodret kraft fra et tegltag. Dette betyder, at det ikke længere er murværkets trykegenskaber, der er dimensionsgivende, men i langt højere grad bøjningstrækstyrkerne (murværkets evne til at modstå vindlaster). Bøjningstrækstyrken afhænger af vedhæftningsstyrken og er en styrkeparameter med større spredning end trykstyrken, da den afhænger af svind, mikrorevner og en række andre følsomme parametre. Det er derfor nødvendigt, at fokus ændres fra blandingsforhold, kornkurver og andre sekundære parametre til den parameter selve holdbarheden og sikkerheden drejer sig om; nemlig vedhæftningsstyrken, og dette kan kun gøres gennem introduktionen af funktionsmørtlerne, der er beskrevet bl.a. ved denne styrkeparameter. 2

3 Hvordan kan funktionsmørtler sammenlignes med andre materialer For de fleste andre byggematerialer vil det være utænkeligt, at den projekterende beskrev materialerne ved hjælp af blandingsforhold, som illustreret nedenstående: - Armeringsjern beskrives efter funktionskrav (fx Rustfast i aggressiv miljø, 0,2 spænding = 640 MPa) og ikke som armeringsjern med 1.2 % Ni, 1.7 % Cr og hvad der ellers måtte være i rustfast armeringsjern - Teglsten beskrives efter funktionskrav ( fx stentrykstyrke 20 MPa, Gul BS med Spil) og ikke efter % Mangan indhold og anden sammensætning - Letbeton beskrives efter funktionskrav (Densitet, tryk- og bøjningstrækstyrke) og ikke med % Aluminiumspulver Umiddelbart kan det være svært at finde byggematerialer, som ikke beskrives ved hjælp af funktionskrav, så på denne måde kan det siges, at funktionsmørtler kommer til at ligne andre materialer i byggeriet. Hvornår kan funktionsmørtler anvendes Principielt har funktionsmørtler kunnet anvendes siden 1999 da den ny Murværksnorm DS 414, 5. udgave og de andre konstruktionsnormer blev udgivet. I praksis er der først kommet funktionsmørtler på markedet i december De 3 første funktionsmørtler er benævnt M3, M7 og M10, hvor tallene 3, 7 og 10 refererer til mørtlernes trykstyrke, som er deklareret til henholdsvis 3 MPa, 7 MPa og 10 MPa. Bogstavet M er den fælleseuropæiske betegnelse for Mortar (mørtel) 3

4 Hvad betyder funktionsmørtler for det fremtidige murede byggeri Introduktionen af funktionsmørtel er blevet fremskyndet på grund af en stigende erkendelse af, at spredningen på styrkeparametrene for de traditionelle blandingsmørtler (receptmørtler) var højere end tidligere antaget. Denne erkendelse har betydet, at fx vedhæftningsstyrken for den traditionelle KC 50/50/700 mørtel i den ny murværksnorm ikke er angivet, hvilket i praksis betyder, at den rådgivende ingeniør foreløbig må regne med værdien 0 MPa. Det vil sige, at når styrkeværdier skal dække mange forskellige former for kalktyper, tilslag og fremstillingsprocesser bliver spredningen stor og laveste fællesnævner ikke anvendelig. Betydningen af funktionsmørtlerne er vist på nedenstående graf, der illustrerer hvilken bredde et normalt etagehøjt vægfelt, udført som hulmurskonstruktion, kan have med forskellige mørteltyper. Mørtlerne er på grafen angivet og benævnt M3, M7 og M10. Det skal dog understreges, at de mulige bredder på vægfelterne hovedsagelig er afhængig af mørtlens vedhæftning (f mor,tlk ) og ikke dens trykstyrke. Mørteltype - vægbredde Vægbredde (m) KC50/50 KC35/65 M3 M7 M10 Mørteltype Graf 1. Mulig vægfeltsbredde som funktion af mørteltype. KC mørtlerne er de typiske receptmørtler beregnet på baggrund af normens vejledende værdier, mens M3, M7 og M10 er funktionsmørtler afprøvet på Teknologisk Institut, Murværk. 4

5 Forudsætningerne til ovenstående graf: - Et vægfelt med 1 vindue, der er påvirket af typisk vindlast på 0.60 kn/m 2 - Vægfeltet forudsættes opmuret med massive blødstrøgne sten, med stentrykstyrke 30 MPa og tykkelse på 108 mm. - Understøtningen langs væggens højre lodrette rand regnes for indspændt. - De øvrige 3 understøtninger regnes for simple. Vægfeltet geometri ses på nedenstående tegning: Mørtelstyrkerne er angivet i nedenstående tabel. Alle værdier i MPa Mørtel f mor,c f mor,t f mor,tlk KC 50/50/700 1,80 0,50 KC 35/65/ ,20 0,15 M3 3 1,51 0,30 M7 7 2,15 0,40 M ,65 0,45 Tabel 1. De vejledende værdier for KC mørtlerne er angivet i Murværksnormen, mens styrkerne for funktionsmørtlerne er bestemt ved forsøg på Teknologisk Institut, Murværk i henhold til procedure angivet af Dansk Mørtelkontrol. Det vil sige, at med funktionsmørtler er det muligt at udføre vægfelter på kvm i konstruktioner uden stabiliserende lodret last fra et tegltag og uden anvendelse af stålsøjler. Med normens vejledende værdier, er det for receptmørtel KC 35/65/650 kun muligt at udføre relativt små vægfelter på cirka 10 kvm. 5

6 Forsvinder de gamle mørtler Der er naturligvis ingenting i vejen for, at en producent af fx en KC 50/50/700 byggepladsfremstillet mørtel kan deklarere denne som en funktionsmørtel. Det betyder blot, at de fundne og deklarerede styrkeparametre kun er gældende for netop denne mørtel fra det aktuelle værk og ikke KC 50/50/700 mørtler fra andre værker. Det vil sige, hvorvidt de gamle mørtler forsvinder til bærende konstruktioner i murværk er alene et spørgsmål om markedsmekanismer. Er efterspørgslen stor, vil der blive produceret en byggepladsfremstillet KC 50/50/700 funktionsmørtel fra et af de værker, som producerer denne mørtel og som erfaringsmæssigt har en stabil produktion og relativt høje styrker. Hvad er den tekniske betydning af mørtlens styrkeparametre Introduktionen af mørtlernes styrkeparametre er et nyt fænomen, der ikke har været beskrevet tidligere i Murværksnormen. En mørtel er karakteriseret ved 3 styrkeparametre: - trykstyrke (f mor,c ) - bøjningstrækstyrke (f mor,t ) - vedhæftningsstyrke (f mor,tlk ) Betegnelsen f er den fælleseuropæiske betegnelse for styrkeparametre og index mor står for mortar (mørtel). - index c betyder compression (tryk) - index t betyder tension (bøjningstræk) - index tlk betyder bøjningstrækstyrke af fugen i indmuret tilstand og er som sådan den mest sigende og relevante parameter. Begreberne er uddybet i de efterfølgende 3 afsnit. Mørtlens trykstyrke f mor,c Murværkets styrke og stivhed (udtrykt ved elasticitetsmodulet) overfor tryk er en funktion af stenens og mørtlens trykstyrke. Er stenens og mørtlens trykstyrke høj, bliver murværkets trykstyrke og stivhed ligeledes høj og tilsvarende med lave værdier af styrkerne. Ønskes en høj trykstyrke af murværket kan der til en vis grad kompenseres for svage sten ved at anvende en stærk mørtel, men dette er ikke hensigtsmæssigt. Styrkerne bør følges ad således, at der til en svag sten anvendes en svag mørtel. Følgende grænser kan anvendes som en tommelfingerregel ved valg af mørtel og sten: - M3 mørtel med stentrykstyrker mindre 15 MPa - M7 mørtel med stentrykstyrker mellem MPa - M10 mørtel med stentrykstyrker større end 25 MPa 6

7 Prøvningsprocedure til bestemmelse af f mor,c Der udstøbes 3 prøvelegemer af mørtlen i prismer med dimensionerne mm. Prismerne udstøbes i stålforme med trækpapir foroven og forneden for at illudere stenens afsugning af mørtlen. Efter bøjningsforsøg som beskrevet i næste afsnit kan de halve prismer trykprøves. Mørtlens bøjningstrækstyrke f mor,t Denne værdi anvendes i projekteringen til at bestemme murværkets styrke overfor bøjning om en lodret akse. Som illustreret ovenstående ses det, at et bøjningsbrud om en lodret akse medfører, at alle liggefuger bidrager til murværkets bøjningsstyrke. Dette bidrag er repræsenteret ved f mor,t 7

8 Prøvningsprocedure til bestemmelse af f mor,t Der udstøbes 3 prøvelegemer af mørtlen i prismer med dimensionerne mm. Prismerne udstøbes i stålforme med trækpapir for oven og for neden for at illudere stenens afsugning af mørtlen. Efter afhærdning i 28 døgn kan prismerne prøves med hensyn til bøjningstrækstyrken. Mørtlens vedhæftningsstyrke f mor,tlk Denne værdi er den mest komplicerede at bestemme, idet den skal repræsentere fugens styrkeegenskaber i den indmurede tilstand og er som sådan også afhængig af stenens egenskaber fx i form af sugeevnen. Som tidligere nævnt er murværket trykstyrke ikke speciel interessant eller noget problem i nutidigt byggeri, på grund af de lette og slanke konstruktioner. Styrkerne overfor bøjning og forskydning er langt mere problematiske og det er her, at parameteren vedhæftningsstyrken f mor,tlk kommer ind i billedet. Kendes vedhæftningsstyrken f mor,tlk kan murværkets bøjningstrækstyrke om liggefugen (f tlk ), murværkets bøjningstrækstyrke om studsfugen (f tsk ) og murværkets kohæsion (c k ) bestemmes på baggrund af den ny brudmodel, som er introduceret i den ny Murværksnorm. 8

9 Prøvningsprocedure til bestemmelse af f mor,tlk Den aktuelle mørtel afprøves i indmuret tilstand med forskellige stentyper, der hver især repræsenterer et interval med hensyn til minutsugningen. Alle stentyper har en høj stentrykstyrke således, at det sikres, at bruddet ikke fremkommer i selve stenen, men derimod i fugen eller i skillefladen mellem fugen og stenen. På denne enkle måde bestemmes vedhæftningsevnen af den aktuelle fuge i indmuret tilstand. Prøvningsproceduren er illustreret nedenstående. Hvorledes anvendes funktionsmørtler i den praktiske projektering ved nybyggeri Funktionsmørtler anvendes i den praktiske projektering på tilsvarende måde som ved dimensionering af fx stålkonstruktioner og jernbeton. Det vil sige, enten forudsættes bestemte styrker på sten og mørtel, og projekteringen tager udgangspunkt i disse værdier, eller også beregnes konstruktionen for de faktiske laster og på den baggrund angives i beskrivelsen at Murværket skal opfylde de og de styrkeparametre. Der vil naturligvis være en periode, hvor begreberne er nye og giver anledning til en række spørgsmål og usikkerhedsmomenter, men konceptet funktionsmørtler forventes ikke at give de store problemer på længere sigt, da mørtler og sten nu betragtes på tilsvarende måde som andre byggematerialer. 9

10 Hvorledes anvendes funktionsmørtler ved renovering Ved renovering, fx ved en efterfugning af et eksisterende byggeri, hvor der tidligere er brugt kalkcementmørtler, kan der eventuelt anvendes funktionsmørtel efter følgende tommelfingerregler: - KC 60/40/850 kan erstattes med en M3 mørtel - KC 50/50/700 kan erstattes med en M7 mørtel - KC 35/65/650 kan erstattes med en M10 mørtel Hvordan med diskussionen omkring stærke og svage mørtler eller kalkrige og cementrige mørtler Pointen med funktionsmørtler (og mørtler i det hele taget) er at vælge en mørtel, hvor vedhæftningen ikke er stærkere end selve stenens trækstyrke således, at eventuelle smårevner fra sætninger, temperaturbevægelser o.lign. ikke fremkommer i stenen, men i fugen, hvor de er nemmere at reparere og mindre synlige. Den ny Murværksnorm er indrettet på en måde, der gør, at den rådgivende ingeniør ikke bliver belønnet for at vælge en mørtel med høj vedhæftningsstyrke til en svag sten. Ved bestemmelse af murværkets styrkeparametrene forudsættes nemlig, at det er det svageste led, der er bestemmende for det færdige murværks styrke, hvilket animerer den projekterende til netop at vælge den mørtel der er passende til stenen. Det vil sige en mørtel, der ikke er stærkere end stenen. I øvrigt er der ikke meget hold i at cementrige mørtler er mere stive og ufleksible end kalkrige mørtler. Problemet er blot, at cementrige mørtler er stærkere end stenen, således at revner fra uhensigtsmæssig konstruktionsudformning, sætninger, mm fremkommer i stenen i stedet for i fugen. Dette forhold har givet cementrige mørtler et prædikat af at have mindre sejhed end kalkmørtler, hvilket ikke er korrekt og aldrig dokumenteret. Forsøg på SBI viser derimod, at sejheden for fx KC 60/40/850 og KC 35/65/650 er i samme størrelsesorden. Hvordan med arbejdsmiljøet og de nye funktionsmørtler I funktionsmørtler kan egenskaber som vedhæftning og bearbejdelighed, som ellers er bestemt af kalkindholdet, være opnået ved anvendelse af additiver som cellulosederivater og overfladeaktive stoffer. Cellulosederivater kan fx være tapetklister og overfladeaktive stoffer kan fx være sæber. De ovenfor nævnte eksempler på additiver vil ikke påvirke mørtlens basiske egenskaber når der sammenlignes med kalkcementmørtler uden additiver. Additiverne vil for en stor del være almindeligt anvendte kemiske stoffer med veldokumenterede egenskaber med hensyn til kemisk arbejdsmiljø. Hvad med holdbarheden Ingredienserne i funktionsmørtlerne er ikke nye og opfundet til lejligheden. De har været kendt i udlandet i årevis og på den måde introduceres nye produkter, med et bredt erfaringsgrundlag indenfor fx langtidsholdbarhed. 10

11 Hvad med prisen De oplyste priser for de nye funktionsmørtler er cirka 10 % større sammenlignet med de sædvanlige kalkcementmørtler. Dette vil for en hulmur på fx 3 8 m 2 betyde en forøgelse af omkostningerne på 65,-. Dette beløb skal relateres til prisen for indmuring af en stålsøjle til cirka 2500,- og de deraf følgende muligheder for korrosionsskader. Hvor kan jeg få mere at vide Tekniske spørgsmål kan rettes til Teknologisk Institut, Murværk Oplysninger om funktionsmørtler og murværk generelt, se web-siden 11