Bygningsmaterialer (6/7): * Fukt-/massetransport i porøse materialer Et lite pedagogisk dilemma Gir en forenklet innføring i massetransport i materialer før vi har snakket om de ulike materialenes særegenheter Må også foregripe bestandighet en smule Stefan Jacobsen Høgskolen i Narvik (29 s.) Prof.dr.ing S.Jacobsen 2 Vann i porøse materialer, f.eks betong w e : fordampbart adsorbert kapillært fritt i større porer/hulrom w ne : ikke fordampbart - kjemisk bundet (for eksempel i betong) Prof.dr.ing S.Jacobsen 3 Prof.dr.ing S.Jacobsen 4 Størrelsen på w e Gitt av sorpsjonsisotermer Varierer med: vann/sementforhold mengde sement hydratisering (grad, fukt, temperatur) (andre bindemidler en sement) Prof.dr.ing S.Jacobsen 5 Prof.dr.ing S.Jacobsen 6 1
Kritiske fuktinnhold forenklet: Frostskade RF = 60 100 % RF avhengig av materiale og eksponering Hussopp: 70 % RF Korrosjon på ubeskyttet stål: 60-70 % Nedbrytning av lim til plastbelegg: 90 % RF Transportmekanismer (1) Transportmengde = koeffisient x (potensial/transportlengde) koeffisient avhenger av Material hva som transporteres (væske, ioner, gass) eksponeringsform (neddykket, væskekontakt etc) Potensial = drivkraft (trykk, konsentrasjon) Prof.dr.ing S.Jacobsen 7 Prof.dr.ing S.Jacobsen 8 Potensialer Vanndamptrykk (gass) Konsentrasjonsforskjeller vanninnhold i materiale vanndampinnhold i luft oppløste ioner i porevæske etc Prof.dr.ing S.Jacobsen 9 Prof.dr.ing S.Jacobsen 10 Prof.dr.ing S.Jacobsen 11 Prof.dr.ing S.Jacobsen 12 2
Transportmekanismer (2) Strømning hydrostatisk trykk q d Arcy = K. dh/dx q d Arcy : strøm (m/s), K: d arcys permeabilitetskoeffisient (m/s), dh: trykkhøyde (m), dx: strømningslengde (m) Vanndamptrykk vanndampdiffusjon og -strøm q vanndamp = δ p dp/dx q vanndamp : strøm (kg/m 2. s), δ p : vanndamppermeabilitet (kg/pa. s. m), dp: damptrykkforskjell (Pa), dx: strømningslengde (m). NB - Vanndamppermeabilitet blander strømning av vann med diffusjon (->) avhengig av porestørrelse og kan ikke bruke diffusivitet basert på rent vanndamptrykk Prof.dr.ing S.Jacobsen 13 Prof.dr.ing S.Jacobsen 14 Transportmekanismer (3) Konsentrasjonsforskjell - stasjonær diffusjon - Ficks 1. lov: q Fick = δ v. dc/dx q Fick : strøm (m/s el kg/m 2 s), δ v : diffusivitet (m 2 /s) basert på diffusjon av vanndamp i poreluft, dc: konsentrasjonsforskjell (m 3 /m 3, kg/m 3, dx : strømn.lgde (m) NB merk potensiale potensiale (kg vanndamp/kg luft) slik at betongens fuktinnhold w e (kg fukt/kg tørr betong) fås via sorpsjonsisotermen Konsentrasjonsforskjell - ikke-stasjonær diffusjon - Ficks 2. lov: derivasjon av Ficks 1.lov mhp x: d/dx(q Fick ) = dc/dt = d/dx (D. dc/dx) hvor c=c(x,t) løsning av c = c(x,t) for følgende randbetingelser: c(x,0) = c i er jevnt fordelt ved start c(0,t) = c s er konstant og uavhengig av tid c(x,t) = c s -(c s -c i ). erf [(0.5x) / (D. t) ½] (NB partly saturated problem se neste forelesning) Prof.dr.ing S.Jacobsen 15 Prof.dr.ing S.Jacobsen 16 Hedenblad: omfattende forsøk og beregninger for bestemmelse av sann vanndampdiffusivitet, dvs poreluftens vanndampinnhold som potensiale Transportmekanismer (4) Kapillærabsorpsjon / sorpsjon h cap = (t cap /m) ½ h cap = kapillær stigehøyde (m), t cap = tid til kapillær stigehøde nås (s). For sirkulære rør (poiselle, vann) er h cap = (t. r/0,038) ½ hvor r = rørdiameter (m), h max = maksimal stigehøyde (m) = 2σ/(rρg) = 1,487x10-5 x (1/r) A = Q cap /t cap ½, hvor Q cap er oppsugd vannmengde (kg/m 2 ) Prof.dr.ing S.Jacobsen 17 Prof.dr.ing S.Jacobsen 18 3
Prof.dr.ing S.Jacobsen 19 Prof.dr.ing S.Jacobsen 20 Transportmekanismer (5) Håndregnemetode for tørketid eksisterende/ gamle byggematerialer Prof.dr.ing S.Jacobsen 21 Prof.dr.ing S.Jacobsen 22 Prof.dr.ing S.Jacobsen 23 Prof.dr.ing S.Jacobsen 24 4
Håndregnemetode for ikke-stasjonær tørking av herdnende betong - faktormetode basert på standardtilfelle: d = 18 cm dobbeltsidig tørking 18 C/60 % RF 2 ukers fuktherding Prof.dr.ing S.Jacobsen 25 Prof.dr.ing S.Jacobsen 26 Prof.dr.ing S.Jacobsen 27 Prof.dr.ing S.Jacobsen 28 Referanser Burstrøm P.G., Bygnadsmaterial, 546 p., Studentlitteratur, Lund 2002 Herholdt A.D., Nielsen A. mfl.,betonbogen 2. utgave, Aalborg-Portland, 1985 731 s. Div. egne data og publikasjoner Prof.dr.ing S.Jacobsen 29 5