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
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
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
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
Siktkurva visar kornstorleksfördelning
%
Bra sand:
• Gynnsam kornform,
runda korn bra –
avlånga, flisiga sämre
• Välgraderad
• Ingen humus får finnas
Exempel : Finkorning
sand
Exempel:
välgraderad
sand
Exempel:
grov
sand
Siktstorlek
Bindemedel
Hydrauliska – hårdnar genom reaktioner med vatten
Icke hydrauliska – hårdnar genom reaktioner med luftens koldioxid
• Lera
Varken hydrauliskt eller icke hydrauliskt
• Gips
hydrauliskt
• Luftkalk
icke hydrauliskt
• Hydraulisk kalk
hydrauliskt och icke hydrauliskt
• Cement
hydrauliskt
• Murcement
hydrauliskt
• Kalkcement
hydrauliskt och icke hydrauliskt
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
Vatten
Vattnets uppgifter:
•
Möjliggör de kemiska reaktionerna
•
Arbetbarhet
Vattnet får inte innehålla:
•
Ämnen som ger missfärgningar, t.ex. höga järnhalter
•
Olja, humus, kolhydrater
•
Salter
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
Gips
Gipssten, Ca2(SO4)·2H2O
Bränning av gipssten:
150: Ca2(SO4)·½H2O
200: Ca2(SO4)
Hårdnar genom att med vatten återbilda gipssten
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
Kalkcirkeln
- ett kretslopp
Koldioxid avgår
Kalciumoxid,
”bränd kalk”
Kalksten
”Jord, vatten, eld, luft”
Vatten
Kalciumhydroxid,
”släckt kalk”
Luftens
koldioxid
Tillverkning av luftkalk – bränning och släckning
Bränning:
Släckning:
CaCO3
CaO + H2O
CaO + CO2
Ca(OH)2 + Värme
Släckning kan utföras med olika tillgång till vatten – torrsläckning
respektive våtsläckning
Luftkalk
Bränningen
-
Sker vid 700-1100C
-
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
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
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
Karbonatiseringen – i formler:
CO2 + H2O
Ca(OH)2 + H2CO3
Upplösning
Karbonatisering
H2 CO3
CaCO3 + 2H2O
Kalkbruks karbonatisering (luftkalk)
•
Kräver att det finns fukt i luften, RF minst 50%
•
Bäst: RF 65-75%, upphör vid RF >90%
• Temperatur minst +5oC
• Alltför snabb torkning ger puts med ett hårt skal och löst inre
Relativ fuktighet, RF
Varm luft kan innehålla mer vattenånga än kall
Gram vattenånga/m3, absolut ånghalt
Mättnadsånghalt
”daggpunkt”, RF = 100 %
Lufttemperatur, oC
När ånghalten i luften är lika med mättnadsånghalten erhålls kondens
Vid RF 75% och högre riskerar man fukt- och mögelskador i trä
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 CaCO3 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
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
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, SiO2
Vatten, H2O
Kalciumsilikathydrat
Kiselsyra finns i olika bergarter, bl.a. kvarts, sandsten m.fl., oftast obenägen att
reagera och ingå föreningar med andra ämnen
”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, SiO2, 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
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
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 1000-1200o
• I processen bildas dikalciumsilikat och andra reaktiva mineral
Hydraulisk kalk – tillverkningsprocessen
Dikalciumsilikat reagerar med vatten till trikalciumdisilikathydrat
Trikalciumdisilikathydrat
Dikalciumsilikat
2(2CaO·SiO2)
+ 4H2O
3CaO ·2SiO2·3H2O
• Bildningen av trikalciumdisilikathydrat går långsamt
+
Ca(OH)2
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
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
Kalkberg
Portlandcement
Brytning
Lämplig lera
Krossning
Slamkvarn
1450o
Utvecklades under tidigt 1800-tal i
Roterugn
England
Råvaror vid tillverkning:
Klinkersilo
Gips
Kalksten
Lera (lermineraler)
Gips
Cementkvarn
Portlandcement - bränningen
Dikalciumsilikat
2 CaCO3 + SiO2 + värme
2 CaO ·SiO2 + 2CO2
3 CaCO3 + SiO2 + värme
3 CaO ·SiO2 + 3CO2
Trikalciumsilikat
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
c) Vid bindning
b) Efter några minuter.
d) Efter några månader
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
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
Cement respektive kalk i KC-bruk:
Cement ger:
Släckt kalk, Ca(OH)2 (luftkalk), ger:
-
Högre hållfasthet
-
Bättre arbetbarhet
-
Större sprickbenägenhet, sprödare
-
Bättre vattenkvarhållning
-
Större täthet mot vatten (och ånga)
-
Grövre mikrostruktur
-
Tätare struktur, mindre kapacitet
för kapillärsugning
-
Mer elastiskt, lägre E-modul, mindre
sprickrisk
-
Känsligare för snabb uttorkning
-
-
Vattenfasthet
Långsam hållfasthetstillväxt (veckor,
månader)
-
Snabb hållfasthetstillväxt (timmar,
dagar)
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
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
Tillsatsmedel - ändrar brukets egenskaper
Luftporbildare
Ökar smidighet, minskar risk för vattenseparation, ökad
frostbeständighet, minskad hållfasthet, ökad vattengenomsläpplighet
Tensider, typ ”diskmedel”
Plasticeringsmedel
Cellulosabaserade, ökar smidighet utan ökad lufthalt
Vidhäftningsförbättrande
Polymerer (”plaster”)
Accelerator
Snabbare hållfasthetstillväxt, kalciumklorid ökar risk för
saltutfällning och korrosion
Vattenkvarhållande
Cellulosaderivat (”tapetklister”)
Hydrofoberingsmedel
Silikon (organiska kiselföreningar), stearater
m fl
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:
Mindre smidighet:
Luftkalk
cement (”strävt”, ”kort”)
Ökad kalkhalt i KC-bruk*
ökad cementhalt
Mer filler (finmaterial)**
mindre andel filler
Fetare bruk (mer bindemedel)***
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
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
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
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
