Gulve med selvudtørrende beton - til gavn for byggeriet fabriksbetongruppen 1
Et byggemateriale med store perspektiver Selvudtørrende beton giver byggeriet en række fordele, der i sidste ende udmønter sig i bedre kvalitet, tidsbesparelser, lavere omkostninger og miljøfordele. Trods det anvendes selvudtørrende beton kun i begrænset omfang. Derved går såvel byggeriets virksomheder som bygherrer og samfund glip af fordelene. Det er baggrunden for denne publikation, som giver et grundlag for at anvende selvudtørrende beton til de opgaver, hvor det er fordelagtigt. Indholdet omhandler primært selvudtørrende beton til betongulve, der efterfølgende skal forsynes med en fugtfølsom belægning som fx vinyl eller træ. Men selvudtørrende beton kan anvendes til alle betonkonstruktioner, hvor der hurtigt er brug for et lavt fugtindhold i betonen fx for at kunne overholde Bygningsreglementets krav til fugtsikring af nybyggeri. Publikationen indeholder korte, handlingsorienterede afsnit, der henvender sig til alle, som specificerer selvudtørrende beton og udfører betonkonstruktioner. Hertil kommer et dokumentationsafsnit med mere dybtgående faglig viden for den særligt interesserede. Mere information kan findes i litteraturreferencerne bagerst. Selvudtørrende beton Selvudtørrende beton indeholder kun netop den mængde blandevand, der er nødvendig for betonens hærdning. Den selvudtørrende beton har derfor et vand-cement-forhold på 0,40 eller mindre. En traditionel beton indeholder derimod mere vand, end cementen kan optage. Selv efter mange ugers hærdning vil der fortsat være ret store mængder overskudsvand tilbage i betonen. Hvis ikke overskudsfugten fjernes, kan der opstå problemer som dampbuler, mangelfuld vedhæftning eller skimmelsvamp, når betonen danner underlag for gulve af træ, vinyl, linoleum eller andre fugtfølsomme materialer eller når betonen males eller tapetseres. Der er tale om betydelige fugtmængder. Faktisk skal der fjernes cirka tre liter vand pr. kvadratmeter af et almindeligt betongulv med en tykkelse på 10 cm for at nå ned på en "sikker" fugtighed. En sådan udtørring vil ofte tage adskillige måneder og være forbundet med betydelige udgifter til energi og udstyr. Selvudtørrende beton kan derfor med fordel erstatte konventionel gulvbeton, hvor der skal anvendes fugtfølsomme gulvbelægninger. Derved opnås en mindre risiko for efterfølgende fugtrelaterede byggeskader og en større mulighed for at forkorte byggeperioden, især i vintersæsonen. Anvendelse af selvudtørrende beton til gulve vil ikke medføre at behovet for opvarmning og ventilation af råhuset helt forsvinder. Det giver dog gode muligheder for energibesparelser ved optimering af udtørringsbehovet. 2
Fordele ved selvudtørrende beton Selvudtørrende beton har en række fordele, som gør byggeprojektet nemmere, og som tydeligt kan ses på bundlinjen: 22 Kortere byggeperiode på grund af sparet tid til udtørring. 22 Mindre pres på tidsplanen. 22 Effektivt redskab til forebyggelse af fugtskader. 22 Mindre risiko for problemer med skimmelsvamp. 22 Lavere omkostninger på grund af sparet energiforbrug til udtørring. 22 Ingen udgifter til leje af affugtere, ventilation mv. 22 Enklere dokumentation af fugtniveauet i henhold til Bygningsreglementet. 22 Øget slidstyrke af gulvoverfladen på grund af større styrke og tæthed. 22 Betonen påvirkes stort set ikke af nedbør i byggeperioden, idet den lave porøsitet gør den vanskelig at opfugte. Disse fordele overskygger langt den beskedne merpris på selvudtørrende beton, der kun forøger totalprisen for en sædvanlig gulvkonstruktion med 3-4 % Figur 1 Merprisen for udførelse af et gulv med selvudtørrende beton er ganske lille. Prissammenligningen bygger på erfaringstal for danske byggerier og gælder for udførelse af et 100 m² betongulv opbygget med kapillarbrydende lag, trædefast isolering, 100 mm beton med et lag netarmering samt efterbehandling og glitning. De samlede omkostninger indeholder både arbejdsløn, materiale og materieludgifter. 120 100 80 60 40 20 Efterbehandling Vibrering Kantform, radonspærre Armering Beton m. pumpe Isolering Fiberdug Singels 0 Konventionel gulvbeton Selvudtørrende beton Grusfyld Udførelse af konstruktioner med selvudtørrende beton Selvudtørrende beton adskiller sig i udførelsesfasen stort set ikke fra traditionel beton. Kun på enkelte områder kræver selvudtørrende beton særlig opmærksomhed: 22 Afdækning for at imødegå plastisk udtørringssvind. 22 Øget risiko for selvudtørringssvind. 22 Betonen kan virke mere sej at arbejde med. Selvudtørringen kan om sommeren ske på 5-8 uger. Resten af året foregår processen oftest på 10-15 uger under normale temperaturforhold på danske byggepladser. Spar 3 kwh pr. kvadratmeter gulv Fjernelse af en liter vand ved fordampning fra et byggemateriale kræver tilførsel af ca. 0,7 kwh i fordampningsenergi. Hvis der skal udtørres ca. 30 liter vand pr. kubikmeter beton svarer det til et energibehov på 21 kwh pr. kubikmeter. For betonbyggeri anvendes der ca. 0,15 kubikmeter beton pr. kvadratmeter etageareal, hvilket betyder en direkte energibesparelse på 3 kwh pr. kvadratmeter ved brug af selvudtørrende beton. 3
Sådan specificeres selvudtørrende beton Selvudtørrende beton er som regel et standardprodukt. Der vil oftest blot være behov for at specificere en P-beton med maksimalt v/c = 0,40, idet gulvbeton til indendørs brug altid er i passiv miljøklasse. Dertil kommer krav til fx styrke og konsistens. Tilslagsmaterialerne skal normalt blot opfylde krav til P-materiale i den færdige konstruktion. Hvis der vurderes at være risiko for frostpåvirkning af gulvet i udførelsesperioden, anbefales det at specificere grove tilslag af højere kvalitet. Selvudtørrende beton bør baseres på hurtighærdende cementtyper. Lavalkalicement er ikke så velegnet. Hvis v/c-forholdet sænkes yderligere, kan fugtindholdet også sænkes yderligere, hvilket kan være en fordel ved reparationer o.l. med meget stramme tidsplaner. Så enkelt er det Selvudtørrende beton til gulve specificeres ved krav om maks. v/c=0,40. Øvrige krav til fx styrkeklasse og miljøklasse afhænger af de almindelige krav i det aktuelle projekt. Dokumentation: Selvudtørringens mekanismer Betons hærdning begynder, når vand og cement blandes. Cementen reagerer kemisk med vandet og danner en fast struktur, som binder sand og sten sammen. Flyveaske og mikrosilica indgår også i hærdeprocessen, men forbruger ikke vand direkte. Derimod bidrager disse mineralske tilsætninger til, at betonen opnår en tættere struktur (lavere porøsitet), som igen betyder en lavere relativ fugtighed i betonens porer [1]. Ved at benytte beton med et tilpas lavt vand-cement-forhold (i praksis under 0,40) er det muligt at opnå selvudtørring. Med den rette sammensætning af betonen og med v/c-forhold under 0,40 falder til under 85 % på ca. 8 uger [6] (se figur 2). Den samme effekt er tidligere dokumenteret i tilsvarende svenske forsøg. Dette betyder, at overskudsfugten kan nedbringes til nul selv under forseglede forhold. For at undgå skader på fugtfølsomme belægninger skal betons vandindhold normalt være så lavt, at den relative luftfugtighed i betonens porer,, er 85 % eller lavere [3]. Selvudtørringsforsøg på 100 mm cylindre: 1 dag i form derefter forseglet i plastrør indtil prøvning Relativ fugtighed - % 100 95 90 Konventionel, v/c=0,67 Selvudtørrende, v/c=0,39 Figur 2 Forseglet udvikling af relativ fugtighed i selvudtørrende beton med v/c = 0,39 og i konventionel gulvbeton med v/c = 0,67. Data baseret på dansk RAPID cement og udført ved 20 C [6]. 85 Grænseværdi 85 % 80 0 4 8 12 16 Alder - uger 4
Selvudtørringen foregår overalt i betontværsnittet og ikke kun fra overfladen. Dette er en stor fordel, idet udtørringsforløbet derved er delvist uafhængigt af klimaet på byggepladsen. Dog med undtagelse af temperaturen, der har en væsentlig indflydelse på udtørringen (se figur 3). Temperaturens betydning Hærdningens tidsmæssige udvikling er som for mange andre kemiske reaktioner stærkt afhængig af den temperatur, hvorunder den foregår [4]. Man benytter typisk 20 C som reference. I forhold til denne temperatur vil hærdningen ved 10 C kun foregå halvt så hurtigt og ved 35 C dobbelt så hurtigt. Ved temperaturer under frysepunktet går hærdeprocessen næsten i stå (se figur 3). Nødvendig hærdetid i uger Figur 3 28 Selvudtørrende beton med v/c = 0,40. 24 Vinter Kurven viser temperaturens betydning på den 20 nødvendige hærdetid for 16 at opnå = 85 %. Ved perioder med forskel- 12 8 4 [6] Forår/efterår Sommer lig middeltemperatur kan de enkelte perioder blot summeres. Bemærk at det er betonens temperatur der skal benyttes. 0 5 10 15 20 25 30 Betonens temperatur under hærdning Celsius grader 5
V/c-forholdets betydning Ved traditionel beton reducerer hærdeprocessen vandindholdet i en kubikmeter beton fra ca. 150 liter lige efter blanding til et niveau på godt 100 liter efter hærdning. For selvudtørrende beton med v/c = 0,40 vil hærdeprocessen alene bringe det fysiske vandindhold ned under 90 liter pr. kubikmeter. For at opnå = 85 % må betonen højst indeholde 80-90 liter vand pr. kubikmeter [1,2], hvilket svarer til situationen i selvudtørrende beton efter nogle ugers hærdning uden yderligere udtørring. For konventionel gulvbeton svarer lidt over 100 liter vand derimod til > 90 %, og der skal udtørres yderligere 20-30 liter vand pr. kubikmeter inden kravet om = 85 % er opnået og fugtfølsom gulvbelægning kan påføres. (Se figur 4). Vurdering af udtørringstid Der findes håndregler til vurdering af udtørringstiden baseret på svenske erfaringer [1,2]. Reglerne kan dog højst anvendes til overslagsberegninger, da alle indgående parametre forudsættes konstante i udtørringsperioden, hvilket langt fra er tilfældet i praksis. Sådanne håndberegninger er generelt ganske konservative og kan derfor sjældent erstatte egentlige fugtmålinger, men højst benyttes som et groft overslag i planlægningsøjemed. For eksempel vil en konventionel gulvbeton kræve en udtørringstid på ca. ½ år [1], når udtørringsklimaet er konstant svarende til en relativ luftfugtighed på 60 % og en lufttemperatur på 20 C. Normalt er en periode på mindst 2-3 måneder nødvendig, hvor tørreklimaet er under kontrol, dvs. lukket hus og styret varme/ventilation. Dette kan i sagens natur være svært at opnå på en byggeplads i vintersæsonen. Fugttransport Ud over hærdeprocessen sker der også en udtørring til omgivelserne, hvor fugten drives dels fra de våde områder i betonen imod de tørrere omgivelser, dels fra varme områder imod kolde. Denne fugttransport foregår typisk ganske langsomt i beton, og derfor er udtørringens hastighed stærkt afhængig af afstanden til en fri overflade. Udtørringshastigheden afhænger desuden af betonens porøsitet, som afhænger af betonens v/c-forhold. En porøs beton med højt v/c-forhold vil udtørre hurtigere end en beton med lav porøsitet (lavt v/c-forhold), men den vil også nemmere blive opfugtet i tilfælde af vandtilførsel udefra. Regnpåvirkning Svenske forsøg viser, at regnpåvirkning i betonens tidlige levetid kan forøge udtørringstiden for en konventionel gulvbeton markant på grund af den opfugtning, der sker, mens betonen stadig er ung og endnu ikke har opnået den færdige tæthed [7]. En kubikmeter konventionel gulvbeton kan således suge op imod 10 liter vand i denne tidlige fase, som altså skal lægges oven i overskudsfugten på 20-30 liter. Forsøgene viser, at en uges vandpåvirkning lige efter støbning kun påvirker udtørringsforløbet ganske lidt ved beton med v/c-forhold under 0,40, mens der for beton med v/c = 0,70 fås en forlænget udtørringsperiode på op til et par måneder for at nå ned på =85 % [7]. Derved kan selvudtørrende beton gøre projekttidsplanen mere robust overfor nedbørsperioder. Det skal dog bemærkes, at utilsigtet vandpåvirkning fra fx utætte installationer efter betonens hærdning kan være sværere at udtørre i en beton med lavt v/cforhold end i en konventionel gulvbeton pga. den lave porøsitet. kg/m³ 150 > 90% overskudsfugt Figur 4 Illustration af vandindhold i beton lige efter blanding og efter 5-8 ugers hærdning ved 20 C. Selvudtørrende beton til venstre og konventionel gulvbeton til højre i diagrammet. Det vandindhold, som overstiger kravet til = 85% kaldes overskudsfugten. ~ 85% ~ 85% 100 50 ~ 0% ~ 0% Fysisk bundet kapillar-vand der er frit tilgængeligt Fysisk bundet gel-vand der kun er tilgængeligt i ekstreme tilfælde, fx ved temperaturer nær 100 C Kemisk bundet vand 0 Selvudtørrende beton lige efter blanding Selvudtørrende beton efter 5-8 ugers hærdning Konventionel gulvbeton lige efter blanding Konventionel gulvbeton efter 5-8 ugers hærdning 6
Referencer: 1 Herholdt, A., Justesen, C.F.P., Nepper-Christensen, P. & Nielsen, A., Beton-Bogen, CtO, Aalborg Portland, 1985. 2 Nilsson, L.O., Fuktproblem vid betonggolv, Lunds Tekniske Højskole, TVBM-3002, 1977. 3 Gulvbranchen, Gulvfakta, www.gulvbranchen.dk. 4 Hansen, P.F., & Pedersen, E.J., Vinterstøbning af beton, Teknologisk Institut, 1999. 5 Grasley, Z.C. et al., Relative humidity in concrete", Concrete International, ACI, Oct. 2006, 51-57. 6 Nielsen, C.V., & Olsen, L. Udtørring af beton i byggefasen, Arbejdsrapport nr. 37, Miljøstyrelsen, 2006. 7 Abrahamsson, A. & Tammo, K. Inverkan av regn och avjamningsmasse på uttorkning af betong, TVBM-5053, Lunds Universitet, 2003. 7
Publikationen er udarbejdet med støtte fra Miljøstyrelsen i 2008. Teksten er udarbejdet af Betoncentret på Teknologisk Institut, i samarbejde med Dansk Beton Fabriksbetongruppen. Udgivelse: september 2008 Oplag: 5.000 Redaktion: Teknologisk Institut/Claus V. Nielsen, Dansk Byggeri/Anette Berrig layout: Dansk Byggeri/Ditte Brøndum Foto: Simon Ladefoged, arkivfotos Tryk: Elbo Papir: 150 gram offset, svanemærket Dansk Beton Fabriksbetongruppen Postbox 2125 1015 København K Tlf.: 7216 0000 www.danskbeton.dk 8