Miljøprojekt, 1147 – Håndbog - Byggetekniske foranstaltninger i forbindelse med byggeri på forurenede lokaliteter

Miljøprojekt, 1147 – Håndbog - Byggetekniske foranstaltninger i forbindelse med byggeri på forurenede lokaliteter

2 Spredningsveje

2.1 Generelt
2.2 Spredning i undergrunden
2.3 Spredning ind i bygninger

2.1 Generelt

Spredningsmekanismer og transportveje for flygtige forureningsstoffer i bygninger styres primært af den bygningsmæssige udformning, bygningens generelle stand samt forureningsstoffernes fysiske og kemiske egenskaber. Potentialet for spredning er endvidere betinget af forureningens omfang samt placering og fasefordeling i jord, poreluft og porevand under bygningen. En fordeling, der er styret af de geologiske forhold samt opløsning og forskellige nedbrydnings-, sorptions- og fordampningsprocesser. I følgende kapitel gives en overordnet præsentation af de forhold, der typisk har betydning for forureningsstoffers spredning i såvel undergrunden som i bygninger.

2.2 Spredning i undergrunden

Principperne bag forureningsstoffernes spredning i undergrunden er overordnet forsøgt illustreret ved optegning af et tænkt forureningsspild på et geologisk profilsnit, jf. figur 2.1.

2.2.1 Fri fase forurening

Et spild af separat ”fri” fase forurening (f.eks. PCE eller olie/benzin) vil ved relativ hurtig nedtrængning (timer til dage) kunne spredes gennem jorden via poreskelettet i lag af sand/grus eller revner og sprækker i lag af f.eks. moræneler eller kalk. Spredningen og nedtrængningsdybden styres primært af forureningsstoffernes fysiske og kemiske egenskaber i samspil med spildets størrelse og jordlagenes geologiske opbygning samt vandmætningsforholdene.

Spildet vil under nedtrængningen i jorden typisk efterlade en zone af immobile, usammenhængende dråber af forurening fanget i poreskelettet og sprækker på grund af kapillærer kræfter, en såkaldt ”residual fri fase” forurening.

Nedtrængningen vil først stoppe, når de nedadrettede kræfter fra den sammenhængende forureningsfase ikke kan overvinde kapillarkræfterne. Ved nedtrængning til geologiske ”barrierer” (finkornede geologiske lag med højt vandindhold som f.eks. ler) kan nedtrængningen derfor standses som følge af kapillære modstandskræfter. Er spildet imidlertid tilstrækkeligt stort, vil der opbygges en pulje af sammenhængende fri fase forurening, der kan overvinde den kapillære modstand, hvorefter spredningen kan fortsætte nedefter.

De chlorerede stoffer PCE og TCE er bl.a. karakteriseret ved at have høj densitet og lav viskositet sammenlignet med vand. Stofferne tilhører derfor stofgruppen, der betegnes DNAPL’s (Dense Non-Aqueous Phase Liquids), som potentielt kan gennembryde grundvandsspejlet og fortsætte til stor dybde i et uforudsigeligt mønster i den mættede zone, uafhængigt af grundvandets strømningsretning.

Klik her for at se figuren.

Figur 2.1: Principtegning af forureningsstoffers (DNAPL’s) spredning i undergrunden

Andre forureningsstoffer, der har lavere densitet end vand (f.eks. olie og BTEX’er), vil ved større spild danne en sammenhængende pulje af fri fase forurening oven på grundvandsspejlet. Denne pulje vil generelt spredes i grundvandets strømningsretning.

2.2.2 Forurening på gasform

I den umættede del af formationen over grundvandsspejlet vil der ske afdampning fra forureningsspildet til poreluften. Poreluftforureningen kan afhængig af de aktuelle geologiske forhold efterfølgende potentielt spredes til store afstande fra kildeområdet. En transport, der er drevet af koncentrations- og trykgradienter i den umættede zone (henholdsvis diffusiv og konvektiv stoftransport). Under varierende geologiske forhold er udbredelsen af poreluftforureninger påvist i afstande på op til flere kilometer fra en kilde. I andre tilfælde, f.eks. ved en terrænnær og højpermeabel umættet zone, kan poreluftforureningen bortventileres til atmosfæren inden for få meter.

Fra poreluftforureningen i den umættede del af formationen opløses de gasformige forureningsstoffer i kapillarzonen (toppen af grundvandet). På tilsvarende vis afdamper opløst forurening i grundvandet til den umættede del af formationen. Denne udveksling af forurening kan medføre henholdsvis grundvandsforurening og poreluftforurening i stor afstand fra kildeområdet.

Flygtige forureningsstoffers tilbøjelighed til at optræde og spredes på gasform i forholdsvis høje koncentrationer medfører, at der både på og omkring samt nedstrøms mange kildeområder kan konstateres markante forureningsniveauer nær og under bygninger. Spredningen vil således potentielt kunne give anledning til uacceptable påvirkninger af indeklimaet i et større antal naboejendomme.

Det skal i denne sammenhæng nævnes, at koncentrationen af flygtige forureningsstoffer i poreluften kan være stærkt varierende både tidsligt og arealmæssigt. Variationerne er afhængige af en lang række faktorer, herunder bl.a. variationer i meteorologiske forhold (atmosfæretryk, temperatur, nedbør mv.), den lokale geologi samt variationer i grundvandsstandsstanden. Disse variationer er beskrevet nærmere i /Miljøstyrelsen 2006a/ og vil ikke blive behandlet her. Det skal blot nævnes, at tolkning af forureningsdata fra poreluftundersøgelser bør foretages kritisk under hensyntagen til en mulig betydelig tidslig og arealmæssig variation af poreluftkoncentrationerne.

Forholdene for transport af forureningsstoffer i poreluften umiddelbart under bygninger vil ofte være gunstige, idet jordlagene her er udtørrede og opsprækkede. Særligt i lerede jorde vil fyldmaterialer omkring installationer og trækrør til installationer sammen med ormehuller og hulrum efter omdannet organisk materiale ligeledes udgøre en væsentlig spredningsvej.

Tilstedeværelsen af et kapillarbrydende lag af f.eks. grus/sand under en gulvkonstruktion anses ligeledes for at udgøre en effektiv spredningsforbindelse for forureningsstoffer i poreluften i jorden til områder med revner eller andre utætheder i f.eks. et betondæk. Erfaringer fra undersøgelser indikerer dog, at der ikke nødvendigvis kan regnes med en effektiv udligning af poreluftforureningen og således en jævn fordeling af forureningsstoffer i det kapillarbrydende lag, på trods af lagets højpermeable egenskaber /AVJ 2006/. En enkeltstående poreluftmåling giver derfor ikke nødvendigvis et fyldestgørende billede af forureningsforholdende i det kapillarbrydende lag.

2.2.3 Opløst forurening

Foruden afdampning til poreluften sker der ligeledes opløsning af forureningsstoffer i infiltrerende vand (nedbør). Infiltration af opløst forurening vil ikke på samme måde som den frie fase hæmmes af lag med højt vandindhold eller grundvandsspejlet. Til gengæld vil den opløste forurening ikke i sig selv have en tilbøjelighed til at spredes til større dybde i den mættede del af formationen (grundvandszonen).

I grundvandszonen vil opløst forurening umiddelbart spredes med grundvandsstrømmen og således potentielt resultere i, at forurening spredes over et stort område.

2.3 Spredning ind i bygninger

2.3.1 Spredningsmekanismer

De væsentligste drivkræfter for forureningsstoffers spredning fra jorden eller et kapillarbrydende lag under en bygning til indeklimaet i en bygning er trykdreven stoftransport (konvektion) samt stoftransport drevet af koncentrationsforskelle (diffusion).

Konvektion (i litteraturen også kaldt advektion) anses for at være den dominerende spredningsmekanisme. Ved konvektion sker stofspredningen gennem utætheder i bygningskonstruktioner (f.eks. terrændæk, kældergulv, kældervægge, rørgennemføringer mv.).

Den konvektive stofspredning drives bl.a. af et svagt undertryk, der generelt opstår i bygninger på grund af temperaturforskelle mellem luften indendørs og udendørs samt på grund vindpåvirkning omkring bygningen og evt. drift af mekaniske ventilationsanlæg. Ifølge litteraturen kan undertrykket være i størrelsesordenen 1-5 Pa i normalt ventilerede bygninger og op til 10-20 Pa i mekanisk ventilerede bygninger /AVJ 2005/. Undertrykkets størrelse varierer gennem døgnet (normalt med maksimum inden solopgang) og igennem året (normalt med maksimum om vinteren).

Konvektiv stofspredning sker ligeledes på grund af variationer i atmosfæretrykket /Miljøstyrelsen 2001/. Overordnet sker forplantningen af trykvariationer i atmosfæren ned igennem de øvre jordlag med en vis forsinkelse, hvilket medfører periodevise trykgradienter mellem poreluften i jorden og atmosfæren. Da trykudligningen mellem atmosfæren og indeklimaet i en bygning generelt anses for at ske momentant, vil der ligeledes opstå periodevise trykgradienter mellem indeklimaet i bygningen og poreluften i jorden, hvilket i perioder vil drive konvektiv forureningsspredning ind i bygningen.

Resultater af gennemførte modelberegninger indikerer, at undertrykket i bygninger (1-5 Pa) er den væsentligste drivkraft for konvektiv forureningsspredning ind i bygninger på sandede jorde, mens variationer i atmosfæretrykket er den væsentligste drivkraft for konvektiv forureningsspredning ind i bygninger på lerede jorde /Miljøstyrelsen 2001/.

Endelig sker der stofspredning til indeklimaet i bygninger ved diffusion, der er drevet af koncentrationsforskelle mellem poreluften under gulvkonstruktionen og indeluften i bygningen. Til forskel fra konvektion kan forureningsspredning ved diffusion potentielt ske igennem bygningskonstruktioner, der umiddelbart fremstår uden revner eller lignende utætheder. Mange bygningskonstruktioner (f.eks. betongulve) vil dog yde en diffusionshæmmende effekt.

Når forureningen har spredt sig til indeklimaet i en bygning, sker der spredning fra rum til rum, igennem hulrum i mure og via kælderrum, krybekælder, trappeopgange, udluftningskanaler mv. Den væsentligste faktor for den resulterende koncentration af forureningsstoffer i indeluften i bygningens rum er luftskiftet i bygningen.

I nedenstående tabel 2.1 – 2.3 beskrives bygningskonstruktioners potentielle utætheder og således mulige spredningsveje for forureningsstoffer. Beskrivelserne er bl.a. inspireret af Bygge- og boligstyrelsens vejledning i undersøgelse af lufttæthed i bygningskonstruktioner /Bygge- og Boligstyrelsen 1993a/ samt /Miljøstyrelsen 2001 og Miljøstyrelsen 2003/.

De potentielle utætheder er ligeledes forsøgt illustreret på figur 2.2, hvor udvalgte bygningskonstruktioner, der kan have betydning for bygningers tæthed (langs vægge, ved rørgennemføringer, igennem gulvet osv.) er illustreret. I tabellerne henvises til figur 2.2 for eksempler.

Klik her for at se figuren.

Figur 2.2: Principtegning af eksempler på potentielle utætheder i bygningskonstruktioner

2.3.2 Spredning igennem gulvkonstruktioner

Gulvkonstruktioner er normalt opbygget af materialer som beton, letbeton, træbaserede pladegulve og bræddegulve. I tabel 2.1 er de potentielle utætheder og spredningsveje igennem gulvkonstruktioner overordnet beskrevet.

Tabel 2.1: Potentielle utætheder i gulvkonstruktioner

Figurhenvisning	Beskrivelse
Figur 2.2(A, B, D)	Beton Gulve, klaplag m.m. af beton støbt på stedet vil ofte have revner, der er opstået pga. udtørringssvind, krybninger, mekanisk overlast eller støbeskel. Disse revner kan fungere som en effektiv spredningsvej for konvektiv forureningsspredning. Revnerne er dog ikke nødvendigvis gennemgående og bevirker derfor ikke altid, at betonen er utæt. I uarmeret beton vil revnedannelsen normalt være karakteriseret af få men grove revner, mens armeret beton normalt vil være karakteriseret ved flere revner med mindre revnevidde. Der kan foretages en teoretisk vurdering af omfanget af svindrevner på baggrund af en lang række karakteristika for betonen, herunder vand- og cementindhold, betontykkelse, alder, armeringsforhold mv. Der henvises til /Miljøstyrelsen 1998a/ for en nærmere beskrivelse af disse beregninger. Der vil yderligere altid kunne forekomme en vis diffusiv forureningsspredning igennem betongulve, der i øvrigt virker tætte. Betongulve anses dog normalt for at have en diffusionshæmmende effekt.
Figur 2.2(D)	Betonelementer Betonelementer anses normalt for at være diffusionshæmmende og tætte over for konvektiv forureningsspredning. Elementsamlingerne kan imidlertid være utætte på grund af udtørringssvind, mangelfuld udstøbning m.m. og betonelementerne kan være skadet/revnet på grund af f.eks. mekanisk overlast, sætninger mv.
	Samlinger i betonkonstruktioner Større gulvflader af beton kan ligeledes være udført med indlagte dilatationsfuger, som har til formål at optage de bevægelser, der opstår i betonpladen som følge af ændringer af temperatur og fugtforhold. Fugerne er normalt udfyldt med elastisk fugemasse. Fugerne kan have brud, vedhæftningsslip eller andre skader, og dermed være utætte.
	Letbeton, Træbaserede pladegulve, Bræddegulve Letbetonkonstruktioner, træbaserede pladegulve og bræddegulve anses generelt ikke for at yde beskyttelse mod forureningsspredning.
Figur 2.2(D, I)	Samling til væggen/fundamentet I samlinger mellem gulvkonstruktioner af beton og væg eller fundament kan der være gennemgående revner eller fuger. Revner i udstøbte samlinger kan opstå som følge af udtørringssvind, krybninger, mekanisk overlast eller manglende vedhæftning i støbeskellet. I nyere byggeri vil kuldebroen fra fundamentet som regel være brudt af en kantisolering mellem fundamentet og betonpladen i form af polystyren, mineraluld eller lignende. Sådanne samlinger anses ikke for at være tætte, med mindre der er udført en god radontætnende lukning (lovpligtig i byggeri efter 1998). Det skal dog bemærkes, at en evt. radonspærre ikke nødvendigvis er diffusionshæmmende over for spredning af forureningsstoffer.

2.3.3 Spredning igennem vægkonstruktioner

Vægkonstruktioner er i hovedreglen opbygget af beton, letbeton, pudset murværk samt pladebeklædte vægge, elementvægge eller blankt murværk. I tabel 2.2 er de potentielle utætheder og således spredningsveje igennem vægkonstruktioner overordnet beskrevet.

Tabel 2.2: Potentielle utætheder i vægkonstruktioner

Figurhenvisning	Beskrivelse
Figur 2.2(D, E)	Betonvægge støbt på stedet Betonvægge støbt på stedet anses normalt at være diffusionshæmmende og tætte over konvektiv forureningsspredning. Der kan dog forekomme revner i materialet, som gør det utæt for forureningsspredning.
	Betonelementer Betonelementer i vægkonstruktioner anses normalt for at være diffusionshæmmende og tætte over for konvektiv forureningsspredning. Elementsamlingerne kan dog være utætte på grund af udtørringssvindsvind, mangelfuld udstøbning m.m. og betonelementerne kan være skadet/revnet på grund af f.eks. mekanisk overlast.
	Letbeton Letbetonkonstruktioner anses generelt ikke for at yde beskyttelse mod forureningsspredning på grund af materialets porøse egenskaber. Letbetonkonstruktioner vil dog sjældent være benyttet som kældervæg mod jord, og vil dermed ikke fungere som en spredningsvej for jordforurening. I beboelsesejendomme kan de indvendige vægge være rejst på et støjdæmpende underlag af f.eks. letbeton, der gennembryder betonpladen. Herved opstår lækage ved indervæggen for konvektiv forureningsspredning.
Figur 2.2(F)	Murværk I murværk vurderes de enkelte sten eller blokke at være diffusionshæmmende og tætte over for konvektiv forureningsspredning. Fugerne vil derimod ofte være utætte for forureningsspredning, idet de generelt er meget porøse på grund af revner, forvitring mv. Murværk anses derfor generelt ikke for at yde beskyttelse mod forureningsspredning.
	Pladebeklædte vægge og elementvægge Pladebeklædte vægge og elementvægge anses generelt ikke for at yde beskyttelse mod forureningsspredning.
	Samlinger i vægge Vægge af træbaserede plader eller gipsplader kan være utætte langs pladernes samlinger, afhængig af samlingernes konstruktion og udførelse. Der forekommer ligeledes ofte revnedannelser ved samling mellem to forskellige materialer. For eksempel ved samling mellem gipsvægge og betonvægge, eller mellem forskellige typer pladebeklædning. Revnerne opstår typisk som følge af små forskelle i materialernes fugt- og temperaturbetingede bevægelser.
Figur 2.2(H, G)	El- og VVS-installationer Indbyggede el- og VVS-installationer i vægkonstruktioner kan ligeledes give anledning til utætheder.

2.3.4 Spredning via hulrum og installationer

Der forekommer tillige en del skjulte spredningsveje i form af hulrum og utætheder, hvor installationer føres igennem bygningskonstruktioner. I tabel 2.3 er de potentielle utætheder og således spredningsveje igennem hulrum og ved installationer overordnet beskrevet.

Tabel 2.3: Potentielle utætheder i hulrum og installationer

Figurhenvisning	Beskrivelse
	Hulrum Gulvbelægninger afbrydes normalt under dørtrin, hvor der derfor dannes hulrum i gulvfladen, som kan give passage fra hulrum under gulv til indeklimaet.
Figur 2.2(F)	Muret byggeri kan være udført som en hulmurskonstruktion, med et hulrum mellem for- og bagmur. Hulrummet kan virke som spredningsvej for forureningsstoffer.
Figur 2.2(H)	Fuger rundt om vinduer kan være utætte, så der er passage fra hulrum i væg til indeklimaet. I hulrum bag vægge, som står i forbindelse med f.eks. hulrum under gulvkonstruktioner, kan forureningsstoffer passere fra jorden til indeklimaet.
	Pladebeklædte skillevægge er ofte monteret direkte på betongulvet. Den del af pladevæggen, der er skjult under f.eks. et trægulv, kan være utæt, hvis beklædningspladerne ikke slutter tæt til betonpladen, eller hvis der er lavet huller gennem væggen til f.eks. el-ledninger, vandrør og varmerør. På den måde kan der igennem væggen være passage fra hulrum under gulv til indeklimaet.
Figur 2.2(G)	Installationer Alle steder, hvor installationer føres igennem bygningskonstruktioner, kan der være utætheder. Der vil ofte være revner i beton, hvor installationer føres igennem, fordi beton ikke binder på f.eks. metalrør, plastrør og glaserede lerrør. Føres installationerne gennem et pladegulv eller en pladevæg, er der også ofte revner ved gennembrydningen. Installationer i foringsrør eller skakt kan bevirke utætheder imellem installationen og foringsrøret eller skakten. Passage igennem vandlåse kan opstå på flere måder. Vandlåse kan være udtørrede, hvis de benyttes meget sjældent. De kan også være konstrueret med løse enheder, som tætningsringe, pakninger m.m., som ved upræcis samling forårsager utætheder, der går udenom vandlukket. Passage igennem skorstene eller installationsskakte i bygninger kan ske ved utætheder omkring rense- og inspektionslemme, gennemføringer i gulvkonstruktioner, samlinger mod tilstødende vægge m.m.