Ny viden om kalk og kalkmørtler - Materials.dk

Ny viden om kalk og kalkmørtlerDansk Selskab for Materialprøvning og -forskning (DSM )Danish Society for Materials Testing and Research (DSM )Copenhagen 1999

oPJr•1t r/L-JN/r/,-fj7,tt~Y~øa~ ye+PRC 3E•!(ALKRÆNLI~idN / lr,yP.Vtn/iFi£M.%Ttwn. Jn•iiwiiL, '3~o•~~ / r.t UCiF~6F~Figur 1. Raadvad-Centerets forsøgs-kalkovn, der kan brænde ca. 10kg kalk og producere ca 10 liter kulekalk per brænding. Tegning:Arkitekt m . a . a. Peter Wolfsberg, der er Centeretskalkbrændingsmester .6

Det er bl .a . gjort ud fra den hypotese, at de ovenfor nævnte 2bestræbelser på at gøre kalken og tilslagsmaterialerne mer eensartede, samt på at gøre kalken mere hurtigthærdende og stærkere(cement og hydraukisk tilslag), måske i virkeligheden gør mer eskade end gavn . Studier af historiske kalkmørtler, der tilsyneladend ehar opfyldt deres formål temmeligt godt, viser i hvert fald, en mege tuensartet kalk og meget uensartede tilslagsmaterialer .De to tekniske artikler i dette nummer af MATERIALENYT, kangodt læses som en indirekte bekræftelse på dette .Den anden del af hypotesen er som følge heraf, at det er unde ranvendelsen af kalkmaterialerne, bl .a . den håndværksmæssigeopbygning og udførelse, samt de klimatiske og de fugt- o gtemperaturmæssige forhold under dette, visse af fejlene sker .For at drøfte disse erfaringer og andre ting, vil Raadvad-Centere tderfor tage initiativ til at etablere et Nordis Kalk Forum efterengelsk forbillede i 1999 .Formå lFormålet med et Nordisk Kalk Forum er at samle producenter ,håndværkere, rådgivere, forskere og andre kendere, brugere o ginteresserede i kalk i byggeriet til et årligt seminar, hvor man kan :udveksle erfaringe rafdække behov - producenter, håndværkere, rådgivere osv .høre om og se nye produkter eller forskningsresultate r- præsentere ideer, nye projekter, ny vide nEmne rDe emner, der kan drøftes på et NORDISK KALK FORUM e rf.eks . :Fremstilling Traditionel/ industrie lAnvendelse Restaurering/ nybygger i- Udførelse Håndværket/ normer og specificationer- Egenskaber Tekniske/ miljømæssig eHoldbarhed Naturlig forvitring/ reparation og vedligeholdelse7

ErfaringerProducenter/rådgivere, håndværker eDerudover kan der være produkt eller andre praktiske demonstrationer,f.eks. brænding og læskning af kalk m .m .OrganiseringDa der findes meget lange og massive erfaringer med byggekalk ialle de nordiske lande, er det oplagt at forsøge at opbygge dett e"erfarings-forum" på nordisk plan .Det er endvidere tanken, at afholde seminaret een gang om året, p åskift i de nordiske lande, på steder, hvor der produceres, bruges ellerforskels i byggekalk .Interesserede deltagere tilmelder sig NORDISK KALK FORUM ogbetaler et årligt kontingent, for at modtage NYHEDSBREVE ,indbydelser og andre informationsmaterialer . Der kommunikeresendvidere via internettet .Raadvad-Centeret tilbyder at være sekretariat, der føre rmedlemskartotek, udsender indbydelser, NYHEDSBREVE, meddelelserover internettet osv .Hvornå rDet første Nordiske Kalk Forum afholdes Fredag-lørdag, den 23 .-24 . april 1999 på Raadvad-Centeret . Nærmere program vil bliv eudsendt . Ellers så ring eller skriv .Med dette nummer af MATERIALENYT har DSM taget det først evigtige skridt, både i forhold til at etablere et nærmere samarbejd eom kalk på nordisk plan og i forhold til at samle viden fra et megetbredt og tværfagligt spektrum - samt, ikke mindst, at lægge dett efrem til diskussion .Januar 199 9Centerleder, arkitekt m .a .a . Søren Vadstru pRAADVAD, Nordisk Center til bevarelse af Håndvær k8

Bruk för restaurering - teori och praxi sTU 2 E I D AThorborg von Konow, F DNyröjarvägen 1 7FIN 00730 Helsingfors, Finlandtel + fax 358-9-3463702Artikeln är ett kort sammandrag ur mi ndoktorsavhandling: "Restaurering oc hreparation med puts- och murbruk" Ab oAkademis förlag, Vammala 1997, 127s . + bilagor med mikroskopbilder 28 s .Den korta beskrivningen av bruke nanvända vid olika restaureringar ligge rdelvis utanför avhandlingen .31.08 .199 8Bruk för restaurering - teori och praxi sUtan skötsel och underhåll kan ingenting bevaras . Inte ens vår agamla kulturhistoriska byggnader, en gång byggda avgranitstensblock och med välbrända tegel i de massiva murarna .Byggnader som står ute i det fria är alltid utsatta för fukt och regn ,för vind och köld, vilka påskyndar den naturliga vittringen ochäventyrar murarnas och murfogarnas beständighet . Därtill finn salger, mossor och växtrötter, och flera olika salter, vilka alla på sit tegenartade sätt bidrar till vittringsprocessen . De höjer muren sfukthalt, använder kalken i bruket som näring, bakterier utsöndra rsvavel- och salpetersyra och salterna belastar fogytor, men speciell tpåverkas det intill-liggande teglet . Dessa processer känner man bar adelvis till . Hur ett poröst byggnadsmaterial, ett murbruk elle rputsbruk bryts ner och hur man med säkerhet kan förebygg avittringen, vet man däremot inte .Vi lever under en civilisationsperiod, där effektiviteten oc hmarknadsföringen står högst i kurs, och det mesta vi utför, gör sunder stress och med strama tidtabeller . Under sådan a9

omständigheter kan de gamla, halvt vittrande murarna ochflerahundra åriga byggnaderna anses som något man inte direkt ha rtid med och inte behöver befatta sig med, annat än som pittoreskakurscentra, turistattraktioner eller hotell och restauranger. Förunderhåll av sådana byggnader räcker att de repareras så att de int eläcker och så att de ser trevliga ut . Men detta räcker inte för at tbevara hela vår kulturtradition, vår byggnadskultur med dess histori ai en vidare mening, och ännu mindre för att bevara de materialbyggnaderna ursprungligen blivit byggda ay .Brukforskning i allmänhet har under de senaste 20-30 åren ,åtminstone i Finland, haft en låg profil . Detta har lett till, att ma nkritiklöst använt sig av ideer och åsikter om vad som är rätt och va dsom är fel . Marknaden för utländska material står öppen både på gottoch ont. Men restaureringsbruk vilka används i Mellaneuropa är int eutvecklade för våra nordliga vinterförhållanden . Myter ochtrosuppfattningar om den gamla "goda" kalken, den s .k . gravkalkenhar starkt slagit igenom, på bekostnad av ett mera förnuftig tställningstagande till vad som egentligen önskas av ett bruk, både u rteknisk och restaureringsfilosofisk mening .Kalken och ballastenBruket är utan tvivel en av de få byggnadsmaterial som genomgå rden längsta förädlingsprocessen, innan det som färdigt bruk medmursleven kan slås på teglen . Och därför är det också komplicera tför den som inte är insatt i ämnet, att få en insikt i brukets och främs tkalkens omvandling, från den råa kalksten till den vid 1000 ° Cbrända, med vatten släckta och med luftens CO2 karbonatiserade ochgenom upprepade urlakningar och kristallisationer nybildade kalken .Ballasten, dvs . sanden i bruket och dess kornstorleksfördelning hargetts mycket liten uppmärksamhet . Man har utgått ifrån att en ballas tsom uppfyller dagens standard på ballastkornfördelningen uppfylle ralla krav på en välfungerande bruksand . I stället för att se påballasten har man försökt ändra brukets egenskaper med hjälp av e nspecialkalk eller försökt förbättra brukets hållbarhet me dcementtillsatser .10

Laboratorieprov och undersökninga rHuvudsyftet med forskningsarbete på restaureringsbruk har varit at tutreda hur man i bruk kan överföra en del av bindemedlets uppgiftpå ballasten, dvs att överta brukets bärande andel. Ett ännu viktigar ekriterium var att utreda om kalkbrukets frostbeständighet går at tförbättra, utan extra tillsatser av hydrauliska komponenter .Med hjälp av ett stort antal brukblandningar gjorda inom projekte thar flera frågeställningar och oklarheter beträffande bruk iallmänhet, deras sammansättning (dvs recept) och speciellt d eegenskaper de får som karbonatiserade och härdade blivit utredda .Av största intresse var att söka korrelationer mellan brukets recep toch deras inre porstruktur, sprickbildning och homogenitet det får ihårdnat tillstånd och hur dessa åter påverkar brukets hållfasthet oc hfrostbeständighet .Som huvudvariabel för dessa undersökningar valdes ballasten, alltsåinte bindemedlet . Med hjälp av ballast med olika kornstorleka rutreddes huruvida en ofördelaktig ballasttyp ger upphov til lhåligheter och porer, som i sin tur inverkar nedsättande på bruket sfrostbeständighet . Och å andra sidan om en mera lycka dballastkornstorleks-fördelning kan ge bruket en tätare packning oc hdärigenom en bättre hållfasthet .- U- - mycket fi n80 —- CI— utan fille r60 — '~— kalkfille r— X — mycket gro v40 — ---~— K v -fille rteoretisk n=0 .44kornstorlek [mm] #Figur 1. Brukens typballastkurvor och en teoretisk kurva för go dpackning .211

Vatten behövs bl .a . för att göra brukblandningen bearbetbar . En de lav murbrukets vatten sugs in i murstenarna, resten stannar kvar iporer och hålrum som bildats mellan sandkornen ochbindemedelspartiklarna i blandningen . Med tiden torkar detta vattenut och lämnar öppna porer och hålrum efter sig .Ju sämre packning man får i brukblandningen, ju sämre de enskild akornen passar in mellan varandra, desto flera hålrum uppstår isystemet . Tomrummen kan givetvis fyllas med bindemedel, men enhög halt bindemedel i bruk ökar risken för sprickbildning vid bruket shärdningen . Fylls tomrummet däremot med fin sand, s.k . filler, blirstrukturen i bruket tätare .Brukblandningarn aI undersökningarna användes i huvudsak ett torrt kalkbindemedel ,dvs. ett kalkhydrat i pulverform i stället för den våtsläckta kalken .Det var nödvändigt för att kunna analysera kornstorleksfördelningenpå alla delmaterial, både ballastens och bindemedlets, innan recepte nför bruken formulerades. Med hjälp av ett för ändamålet utarbeta tdataprogram, beräknades mängden olika sandtyper ochbindemedelshalten för varje provbruk skilt . Sålunda gjordes ca. 60brukblandningar med 12 olika ballastkornfördelningar . För at tbehändigt kunna jämföra ballasttyperna och brukens egenskaper me dkorrelationsberäkningar beräknades ett speciellt ballastindex på base nav de enskilda brukens ballastkornfördelningar, för finhetsmodulen ,använd inom betongteknologin . ger en alltför snäv fördelning mella nde olika brukens ballastkornfördelningar. Detta nyinförd a"ballastindex" visade sig mycket värdefullt för mångaegenskapskorrelationer .ballastindex1 (c — b )a (b — a )där a = kornstorlek vid 10 % siktgenomgån gb = kornstorlek vid 50 % siktgenomgån gc = kornstorlek vid 80 % siktgenomgån g12

Cementmängden i brukUnder den senaste tiden har cementen, som bindemedel irestaureringsbruk allvarligt diskuterats och utan tvivel är mycke tcementhaltiga bruk inte lämpliga; dels ökar cementen salthalten imuren, dels kan ett cementbruk bilda en tät och långsamt torkand efog eller puts, men framförallt har cement inte använts i byggnader ,som murats före 1840 talet, då portlandcementen patenterades .Paradoxalt nog har inte bruk med låga cementhalter prövats, utan istället, har man under de senaste åren använt utländska hydraulisk abindemedel, vilka inte heller har någon mera utspridd tradition i de ngamla finska byggnadskulturen .Görs restaureringsarbeten på kritiska murpartier, vilka är speciell tutsatta för fukt, regnvatten och frost, behövs bruk, vilka härda runder förhållanden där ett rent kalkbruk inte med tillräcklig hastighe tkan karbonatisera och där dess frostbeständighet kan var atvivelaktig. I detta sammanhang har det varit angeläget att påvisa hursmå mängder cement eller annat hydrauliskt bindemedel som räcke rtill för att ge restaureringsbruket den hållfasthet det behöver, utan attskada underliggande murpartier och utan att ge bruket enöverdimensionerad hållfasthet, typisk för dagens fordringar p åbetong, puts- och murbruk för nybyggen .En allmän, från 1950-talet kvarbliven åsikt, som baserar sig på e nmätserie bruk med varierande halter cement och kalk, visade att o mcementmängden i KC-bruk var mindre än 30% av bindemedlet, fic kbruket lägre hållfasthet än ett rent kalkbruk .Orsaken till varför undersökningen gett sådana resultat, skall inte hä rgås närmare in på, men dessa försöksresultat och deras tolkning ha rmedfört att cementmängden, även i restaureringsbruk under lång atider hållits mycket ja onödigt hög . För att påvisa denna missvisand etolkning har bruken för laboratorieundersökningarna lågacementhalter, från 0 till 30 % av bindemedelshalten .Mikroskopering av bruke nMikroskopering med polarisationsmikroskopet visade sig vara de nabsolut mest informativa metoden för att undersöka bruken sporositet, sprickbildning, karbonatiseringsgrad, vidhäftning till13

allastkorn osv . Impregnerade med ett gult fluorescerandefärgpigment, blir porerna och sprickorna mycket väl synliga iplanpolariserat ljus . Helhetsbilden man får av brukens mikrostruktu rinklusive porer och sprickor stämmer överraskande väl med båd ekapillärsugningsförloppet och frostbeständigheten . Ensammanställning av all information man får via mikroskopanalys ge ren nästan lika täckande helhetsbild om brukens funktionellaegenskaper som alla de övriga provningsmetoderna tillsammans .En grundmålsättning för detta arbete var att utreda, ifall ett bruk segenskaper det får i härdat tillstånd kan styras geno mreceptmodifieringar . Forskningsresultaten har i detta avseende vari tpositiva. Egenskaper som kapillärsugning, E-modul ,frostbeständighet och porositet kan styras enbart med hjälp a vballastens kornstorleksfördelning, utan att ändra påbindemedelshalten eller bindemedelstypen i bruket .Därtill framgick att brukens kapillärsugning kan ge ett indirekt måttpå porstrukturen och vidare, att provbrukens frostbeständigheten oc hdynamiska elasticitetsmodul visade ett tydligt samband med brukensballastindex. Bruk med mycket filler, hade en högrefrostbeständighet och en högre E-modul än motsvarande bruk medgrov eller normal sk. standardballast . Frostindexet är definierat so m(antal cykler till 1 . vittringen i brukprovet) + (0,1 x antal cykler d å50 % av provet har vittrat) .O7YY0DVnC0To-VCFigur 2. Sambandet mellan kalkbrukens kapillaritetstal och frostinde x14

0 20 40 60 80 10 0ballastinde xFigur 3. Förhållandet mellan ballast- och frostindex .Försöksdata från provserien med kalkcementbruk visade atttendenserna är desamma som för kalkbruk . Har KC-bruket en grovballast, blir frostbeständigheten lika svag som för motsvarande ren akalkbruk . Men med en annan kornstorleksfördelning på ballasten oc hmed filler tillsats, fås ett mycket beständigt KC-bruk, även med lågacementhalter .Kalkbruk i restaureringsarbete nNär det gäller konkreta restaureringsarbeten bör många problemlösas, för att få bruket att passa in i den ifråga varande muren . I d eflesta fall får man skräddarsy reparationsbruket . En gamma lsöndervittrad mursten kan alltid bytas ut mot en annan gammal ,liknande, men hel mursten, men ett vittrat bruk, måste alltid ersätta smed ett nytt bruk, gjort av nya komponenter . Man blir tvungen at tgöra kompromisser, både ifråga om murkonstruktionens autenticite toch materialval. I praktiken finns ett stort behov av specialbruk fö rolika ändamål och murkonstruktionstyper . Sådana bruk finns int efärdigblandade, utan recepten bör göras för varje enskilt fall .En alldeles nödvändig information om brukens användbarhet oc hlångtidsbeständighet får man endast via fältförsök. Flera fältförsök ä r15

gjorda på fästningen Sveaborg på ön utanför Helsingfors . Olikakalkbruk med våtsläckt kalk resp . kalkhydrat, hydraulisk kalk resp .cement är testade i samband med murningsarbeten av försvarsmurar inatursten . Fogbruk, sammansatt av våtsläckt kalk, hydraulisk kalk ,tegelfiller och specialproportionerad ballast är använd för att fog aTenaljen von Fersens tegelfasad . Aven denna byggnad är belägen påSveaborg . Ett KC-bruk med ballast, proportionerad enligt det gaml akalkbruket från 1400-talet har använts för naturstens- oc htegelmurars reparationsarbeten i Tyrväis kyrka, vilken brändes av e npyroman för ett år sedan . Kalkbruk med kalkhydrat och enballastkornfördelning, som givit bruket speciellt god bearbetbarhethar använts för att mura upp och reparera försvagade murpartier idet arkeologiska museet Aboa Vetus i Abo . Den gamla värdefull adopfunten av kalksten i Saltviks kyrka på Aland hade vandaliserats .För att sammanfoga de hundratals små kalkstensbitarna, gjordes et tspecialbruk på våtsläckt kalk, kalkstensfiller, pimstens-mjöl, fi nballast och pigment . Bruket uppfyllde sin funktion bättre än väntat ,för den sammanfogade dopfunten kunde transporteras tillbaka till si nplats i kyrkan dagen efter arbetet avslutats, utan att ta den minstaskada .Men låt oss gå tillbaka till den gamla övergivna byggnaden, tillden vittrande muren som behöver åtgärdas, för att inte förfalla totalt .Alla laboratorieexperiement och resultat stannar kvar på enakademisk nivå, ifall de inte på ett befrämjande sätt kan utnyttjas fö rbyggnadens och murens underhåll . Det är ju i sista hand frågan omden respekt vi ger våra gamla historiska byggnader och den insats v iär färdiga att betala, för att ge dessa byggnader en längre livstid, oc hsäkerställa, att det kulturhistoriska värdet hos byggnaden bevaras fö rkommande generationer .16

Mørtelegenskaber og billedbehandlin gAnders Nielse nInstitut for Bærende Konstruktioner og Materialer (BKM), DT UIndledningI 1997 havde jeg lejlighed til at stifte bekendtskab med Thorborg vo nKonows (TvK) arbejde med forbedring af kalkmørtlers egenskabe r/1/ . Ideen i dette arbejde er at ændre mørtlernes porestruktur til de tbedre ved at arbejde med materialernes kornkurver, sådan som derer beskrevet i TvK's eget indlæg i den her foreliggende DSM -publikation .Ændringerne i porestruktur og de deraf følgende ændringer iegenskaber har vist sig at kunne beskrives med materialemekanisk eregler, som de er udviklet af Lauge Fuglsang Nielsen på BKM . De ter denne kobling, samt anvendelse af digital billedbehandling, som e remnet for denne artikel .Kornkurver, porestruktur og mørtelkvalite tKalkmørtler bliver almindeligvis opfattet som værende meget svag ematerialer . De har ikke nogen særlig høj status i bærende murværk .Normmæssigt hører de til i laveste klasse. Ved nærmereundersøgelser, f .eks. i mikroskop, viser det sig, at disse mørtler ,sådan som de leveres i dag, er meget porøse og har en mege turegelmæssig porestruktur .Denne uheldige porestruktur skyldes først og fremmest d ekornkurver, som i mange år har været normeret i de nordiske land e(figur 1) . Disse kurver har er ret lille mængde materiale under 0,12 5mm# . Som vejledning anføres i den danske norm (DS 414, 1984) ,at massen af korn mindre end 0.06 mm (ler og silt) bør være mindr eend 8%, og den overvejende del af kornene bør være større end0,002 mm . Alle disse anbefalinger medfører, at der melle msandkornene opstår et forholdsmæssigt stort volumen, som ska ludfyldes af bindemidlet .17

K, 100rn 800,045 0,125 0,25 0,50 1 .0 2,0 4,0 8, 00,001 0,00 9Moskevidde,mm #Figur 1 . Grænsekurverne for mørtelsand i henhold til DS 41 4(1984).- Ind i figuren er indtegnet en af de kornkurver, som har givetgode resultater i /1/ .Bindemidlet er hydratkalk, som i friskblandet tilstand er en pasta .Pastaen skal afgive noget af sit overskudsvand før afbindingen kankomme i gang. Denne udtørring medfører, at der opstår forholdsvi sgrove revner, som det ses på figur 2 .TvK har i sit arbejde udviklet kalkmørtlernes egenskaber ved a tforbedre korngraderingen i materialet, således at de mange hulrumbliver fyldt ud med tilslag . TvK har anvendt filler af kalk ellerkvarts . Et eksempel på en samlet kornkurve fra /1/ er indtegnet påfigur 1 .Herved kan porestrukturen blive forbedret betydeligt, somdet fremgår af figur 4 og 5 .TvK bedømmer porestrukturernes kvalitet i mikroskop på tyndslibimprægneret med gul, fluorescerende epoxy . Bedømmelsen foregårefter en subjektiv skala, "Mikroskopisk Helhetsbild" (H), fra 1 til 5 ,hvor 1 er den dårligste karakter med store, uregelmæssige, kanted eporer, mens 5 er bedste karakter, hvor materialet har små ,regelmæssige, runde porer .18

Figur 2 . Tværsnit i mørtelfuge af normalt forekommende danskkalkmørtel. Øverst ses teglstenen . De sorte arealer er porer .Scanning elektron mikroskopi afplanslib optaget på DTU.Figur 3 side 20 . Tværsnit i kalkmørtel af dårlig kvalitet (Type Kg) .TvK-Helhetsbild I . Billedets kortside svarer til 4 mm. /1/Figur 4 side 21 . Tværsnit i kalkmørtel med kalkfaller (type Knfca) .TvK-Helhetsbild 3 . Billedets kortside svarer til 4 mm . /1/Figur 5 side 22. Tværsnit i kalkmørtel med kvartsfiller. (type Knfkv) .TvK-Helhetsbild 4 . Billedets kortside svarer til 4 mm. /1/TvK målte kapillarsugning, frostbestandighed og dynamiskelasticitetsmodul på mørtlerne . På figurerne 6, 7 og 8 ses, hvorledesder er sammenhæng mellem disse egenskaber og mørtlerne sporestruktur udtrykt ved den subjektive parameter H .19

:g1 2CpL7) v• .•.00 1 2 3 4 5Mikroskopisk Helhetsbil dFigur 6. Kapillaritetstal for 16 kalkmørtler, alle med totalporøsitetca. 30%, afsat som funktion af Mikroskopisk Helhetsbild H. Der sesen stærkt aftagende kapillarsugning med forbedret porestruktur .Resultater fra /1 / sammenstillet af Anders Nielsen .16 012 0u)0LLL4 00.1 .. .:• ~0 1 2 3 4 5Mikroskopisk Helhetsbil dFigur 7. Frostindeks for de samme 16 kalkmørtler som i figur 6, afsa tsom funktion af Mikroskopisk Helhetsbild H. Der ses en stærktforbedret frostbestandighed med forbedret porestruktur ( og dermedogså aftagende kapillarsugning) . Resultater fra /1/ sammenstillet afAnders Nielsen .2 3

1 08w642...00 1 2 3 4 5Mikroskopisk Helhetsbil dFigur 8. Dynamisk elasticitetsmodul for 14 af kalkmørtlerne fra figur2, afsat som funktion af Mikroskopisk Helhetsbild H. Det ses, a tstivheden vokser markant med den forbedrede porestruktur.Resultater fra /1 / sammenstillet af AN. I figuren er også indtegne tden teoretiske sammenhæng fra ligning (1) med TvK's H/5 indsatsom formfaktor .Materialemodellerin gVed BKM har Lauge Fuglsang Nielsen ud fra teoretiske overvejelse rudarbejdet formler som angiver sammenhængen mellem et porøs tmateriales egenskaber, dets bestanddele og dets porestruktur /2, 6 ,7/. Som eksempel anføres her formlen for et porøst materiale selasticitetsmodulHer erE0cEoEsol;e(1—c) 21+(1/p; -1)cden søgte elasticitetsmodul (GPa)det faste stofs elasticitetsmodul (GPa )materialets totalporøsiteten faktor, som beskriver porernes form, og som variere rmellem 0 og 0,67 .(1 )24

Formfaktoren N ;; er udviklet ud fra en antagelse om, at man ka nbetragte porerne som "stjerneporer" . En stjernepore består af e tcylindrisk hul og nogle udragende spalter . Et tværsnit af e nrevnepore er vist på figur 9 . Formen på stjerneporen e rkarakteriseret ved "stjernefaktoren" a/1 . Af definitionen følger, at a/ 1varierer mellem 0 og 1 .Formfaktoren kan bestemmes ud fra formel (2)4~l~)3~y =7r ( a1-- 1- -4 \ 1 ,(2)lFigur 9 . Tværsnit i en revnepore /2/ .Vi vil prøve at anvende formel (1) på TvK's resultater, f .eks . som d eer vist i figur 8. Det faste stof i mørtlerne består af kvarts og kalk ,hvorfor det på basis af tabeller og erfaring vurderes, at man ka nsætte E o ,, d = 16 GPa . De mørtler, som betragtes i denneundersøgelse har alle en porøsitet på ca . 30%, dvs c = 0,3 .Formfaktoren u , sættes (intuitivt) til værdien for TvK's Helhetsbil dH divideret med 5 for at normere til en variation mellem 0 og 1 .Indsættes disse værdier i ligning (1) fås den på figur 8 viste kurve .Det ses, at den udviklede teori tilsyneladende kan anvendes på diss ematerialer .25

Billedbehandlingsopgav eImidlertid er værdien H en subjektiv parameter, som kun ka nfastlægges af den trænede mikroskopbruger . Der er behov for at de rbliver udviklet en metode, som med objektive procedurer ka nfastlægge poreformens indflydelse . Det blev opgaven for et hol dstuderende ved BKM's kursus "Materialemekanik og porøsematerialer" foråret 1998 /3/ .De studerende valgte at udvikle et kvalitetsmål ud fra brøkstregen ,"stivhedsfaktoren", i formel (1) . Her kan porøsiteten måles ve dbilledbehandling, og formfaktoren kan også bestemmes ud fr abinariserede billeder, som det beskrives nedenfor .TvK var så venlig at sende os prøver af fem af sine mørtler fra d ebedste til de dårligste. Disse prøver blev anvendt, således at d estuderende kunne reproducere TvK's forsøg . Der blev målt densitet ,porøsitet og kapillarsugning . Desuden blev der fremstillet polered eplanslib, som blev undersøgt i scanning-elektronmikroskop (SEM) . ISEM blev der anvendt den teknik, som hedder back-scatter. E teksempel på et sådant SEM-back-scatter-billede ses på figur 2 ogfigur 10. Ved denne teknik bliver der kastet energi tilbage iafhængighed af det bestrålede materiales densitet . Jo tungere de tbestrålede materialet er, desto lysere vil det fremtræde på skærmen .Porer vil fremtræde mørke eller sorte på skærmen, idet de er fyldtmed epoxy, som er let i forhold til det omgivende stenmateriale .For at kunne anvende billedbehandlingsteknik på materialet blive rman nødt til at bestemme, hvor meget af billedet, som kan betragte ssom værende porer. Der optegnes et gråtonehistogram for alle pixel si billedet . Ud fra dette diagram bliver det bestemt, hvilke gråtone rsom repræsenterer porerne . Der er en vis subjektivitet inde i denneprocedure . Når grænsen er fastlagt bliver porearealet farvet sort ogalt andet hvidt . Dette kaldes binarisering. Billedet fremtræder nu somvist på figur 11 . På figur 12 er vist resultatet af binariseringen afudsnit af de øvrige fire prøver . Til billedbehandlingen er anvendt etamerikansk program /5/ .26

Figur 10 . SEM-billede i back-scatter-teknik. Porerne fremtrædersorte . TvK-kode C3Cafin . . Foto : Jens Henriksen, G. M. Idorn A/S ./3/r•Figur 11. Binariseret udgave af SEM-billedet på figur 10. /3/ .27

•C3Kv.'4.s.Figur 12. Resultatet af binariseringerne af mØrtlerne Clmax, C3Kv ,DIKv og A3Ca . /3/Porøsitetsbestemmelsen sker ved at måle det sorte areal i forhold ti lhele den betragtede flade. (Det skal bemærkes, at denneporøsitetsbestemmelse kun gælder den i dette billede synligeporøsitet, ikke totalporøsiteten . )Formfaktorbestemmelsen skete nu ved, at man på de binarisered ebilleder bestemmer stjernefaktoren a/l ved sammenligning med e nskala som er vist på figur 13 . Her kommer igen en subjekti vprocedure ind i håndteringen . For at få et vist styr på subjektivitete nanvendes proceduren "tredobbelt skøn" , som er udarbejdet til brugved arbejde med overslag og tilbud i entreprenørverdenen /4/ . På etbillede vurderes den mindste, den mest sandsynlige og denmaksimale værdi for a/1 . Der beregnes middelværdi og spredning .Afhængigt af spredningens størrelse foretages et nyt skøn .Nøjagtigheden blive i den foreliggende undersøgelse yderliger eforbedret af, at der er tre personer , der skønner .28

1O -4 -4 + + +a/1=0 a/1=0,3 a/1=0,5 a/1=0,7 a/1=0,8 a/1=1Figur 13. Skala til vurdering af "stjernefaktoren" a/l. /3/Den bedste værdi for stjernefaktoren sættes ind i stivhedsfaktoren iformel (1), der tages som et udtryk for porestrukturens kvalitet. Derganges med 10 og rundes af til et tal mellem 1 og 10, hvor 10 e rbedst . Resultatet ses i hosstående tabel, hvor også TvK's paramete rMikroskopisk Helhetsbild er noteret for de respektive prøver .Sammenhængen mellem dem er optegnet i figur 14 .Prøve -betegnelseTvK-Helhetsbil dfra /1/DTU-skala fr a/3/Clmax 1 1D1Kv 2 4C3Cafin 4 9C3Kv 4 9A3Ca 5 10Som illustration af kvalitetsfaktorens anvendelighed er på figur 1 5optegnet de på DTU målte kapillaritetstal som funktion af DTU -skalaen . Der ses samme sammenhæng som på figur 6 .29

5•••00 24 6 8 1 0DTU-skalaFigur 14 .fra /3/ .Sammenligning mellem TvK's Helhetsbild og DTU-skalaenD,215 . ---•0,1 •,05 ,•0 . . . . .0 1 2 3 4 5 6 7 8 910DTU-skalaFigur 15. Resultatet af kapillarsugningsforsøgene på DTU so mfunktion af DTU-skalaen /3/.30

AfslutningDer er på basis af materialemekaniske overvejelser udviklet e tværktøj, som gør det muligt at vurdere en porestrukturs kvalitet ogs åfor den utrænede mikroskopbruger . De,r er et vist subjektivt momentinde i metoden i vurderingen af "stjernefaktoren" . Dennesubjektivitet styres ved anvendelse af princippet for successivkalkulation . .Der blev også forsøgt udarbejdet en bedømmelsesskala helt basere tpå billedbehandling med det amerikanske program /5/ . Resultatet varikke så opmuntrende, så det skal gengives her. På den anden sid eviste resultatet, at det må være muligt at komme igennem ad den vejogså, men her må vi have lov til at sige "more research is neded" .Reference r1 . Thorborg von Konow : "Restaurering och reparation med puts -och murbruk" . Abo Akademis förlag, Vammala 1997, 127 s . +bilag .2. Lauge Fuglsang Nielsen: "Elastic properties of two-phas ematerials" . Materials Science and Engineering 52 (192), pp 39-62 .3. Helene Drud Madsen, Jeppe Mulvad Jeppesen, Hans Chr .Weidemann : "Porestørrelsesfordeling i kalkmørtel" . Rapport ikursus 59409, BKM, DTU, forår 1998 .4. Steen Lichtenberg : "Projektplanlægning i en foranderlig verden" .Polyteknisk Forlag 1990 .5. UTHSCSA Image Tool for Windows, version 1 .28 . Udviklet afDon Wilcox m .fl . The University of Texas Health Scienc eCenter, San Antonia, Texas .6. Lauge Fuglsang Nielsen : "Elasticity and damping of porou smaterials and impregnated materials" . Journal Am. CeramicSoc ., 67 (1984) pp 93-98 .7. Lauge Fuglsang Nielsen : "On strength of porous materials –simple systems and densified sytsems" . Materials and Structures ,1998 (nov?), in press .31