Dokumentation af konstruktiv træbeskyttelse

3. Laboratorieforsøg

3.1 Generelt

Prøvninger

Der er udført 3 laboratorieforsøg:

• Regnprøvestand.
• Klimasimulatoren "De fire årstider" – Mark I.
• Klimasimulatoren "De fire årstider" – Mark II.

Arbejdsdeling

Prøvningerne i regnprøvestanden er planlagt, gennemført og evalueret af SBI. Planlægningen og tildannelse af forsøgsemnerne til prøvningerne i klimasimulatorerne Mark I og Mark II er udført af Teknologisk Institut, Træteknik, mens den fysiske prøvning er foretaget af SBI. Resultaterne er efterfølgende evalueret af projektgruppen.

Rapportering

I det følgende beskrives kort forsøg og resultater. Mere detaljeret beskrivelse findes i SBI-rapport 310 "Fugtforhold i træbeklædninger – Resultater fra laboratorieforsøg med accelereret ældning".

3.2 Regnprøvestand

Formål

Formålet med prøvningen er at vurdere forskellige typer drypkanters beskyttende effekt på træfacader ved regnpåvirkning med fokus på den geometriske udformning:

• Dybde af drypkanten.
• Hældning af drypkantens overflade.
• Notudformning.

Forsøgsopstilling og prøvningsmetode

Til vurdering af den enkelte drypkants beskyttende virkning er valgt to parametre:

• Hvor langt nede under drypkanten rammer vandet facaden.
• Hvor meget vand rammer facaden.

I regnprøvestanden er monteret 1 m lange drypkantprofiler på en glasplade. En halv meter over drypkanterne er monteret et dyserør, der sprøjter vand ind på glasfladen over drypkanten, hvorved der opnås en jævnt fordelt nedsilende vandstrøm. Under drypkanten er monteret en tagrende til opsamling af vandet. Tagrenden er kun 70 cm lang for at undgå randeffekter og monteret under drypkanten.

For at få en stabil og reproducerbar vandbelastning i regnprøvestanden er der valgt en vandstrøm på ca. 200 l/h.

For hver drypkantprofil blev der foretaget prøvninger med tagrenden monteret henholdsvis 25, 55 og 85 cm under drypkanten. Vandmængden der opsamledes i tagrenden i løbet af 5 minutter blev vejet.

Forsøgsemner

De 1 m lange drypkanter er tildannet af fyrretræ og overfladebehandlet med 1 gang grundingsolie og 2 gange hvid plastalkydmaling på alle overflader.

Geometrisk udformning:

• Dybde af drypkant: 45, 70 og 95 mm.
• Hældning på drypkantens overflade: 1:10, 1:5, 1:4 og 1:3.
• Notudformning: uden, cirkulær og skarpkantet.

Resultater

Forsøgene viste, at beskyttelse lige under drypkanten steg med drypkantens dybde, mens effekten aftog med afstanden nedad. Drypkanter med hældning på 1:5 og 1:4 gav den bedste beskyttelse. Drypkanter med hældning 1:10 gav dog også en rimelig beskyttelse, men man kan frygte, at træprofilet i praksis vil slå sig så meget, at man risikerer bagfald. Drypkanter uden not gav en dårligere beskyttelse end drypkanter med not, uanset notudformning. Af de testede drypkantprofiler var de følgende således de mest effektive.

3.3 Klimasimulatoren "De fire årstider" – Mark I

Formål

Formålet med forsøget er at prøve en række træbeskyttende designparametres effektivitet i en accelereret ældningstest.

Forsøgsopstilling

Klimasimulatoren er bygget op omkring en drejelig kerne med 4 rammer påmonteret forsøgsemnerne.

Forsøgsemnerne drejer mellem 4 faser og udsættes for følgende påvirkning:

• Lys og varme.
• Befugtning.
• Nedfrysning.
• Laboratorieklima.

Hver fase varede 2 timer, dvs. en 8-timers klimacyklus. Prøvningen forløb over 3880 timer svarende til 485 cykluser.

Forsøgsemner

Forsøgsemnerne er fremstillet af planskårne emner som, efter konditionering, blev tykkelseshøvlet og kantsavet. Forsøgsemnerne der blev konditioneret ved 50% RF og 20° C, målte 25 x 100 x 3500 mm før opskæring til de endelige emnestørrelser på 19 x 85 x 361 mm, prøveemner til prøvning af befæstelsesmetoder dog 19 x 39 x 361 mm.

I hver af de fire forsøgsfelter er opsat 72 forsøgsemner. I alt er der anvendt 288 emner.

Designparametre, antal forsøgsemner og forsøgsvariabler. Hvis ikke andet er angivet er emnerne cutterhøvlet og uden overfladebehandling.

Alle forsøgsemnerne orienteres således, at træets topende vender nedad og retsiden udad mod påvirkningen, dog er halvdelen af emnerne i forsøg med orientering/sporing vendt med vrangsiden udad og Reference II i forsøg med befæstelsesmetoder er vendt med rodenden nedad.

Prøvningsmetode

Følgende blev foretaget på alle forsøgsemnerne 1 gang før, 5 gange under og 1 gang efter prøvning:

• Fugtbestemmelse ved vejning.
• Tværkrumningsmåling.
• Revneregistrering.

Derudover blev alle forsøgsemner fotograferet 1 gang før, 3 gange under og 1 gang efter prøvning. På 48 udvalgte forsøgsemner blev der foretaget kontinuerlige fugt- og temperaturmålinger. Da prøvningen var afsluttet blev følgende foretaget på enkelte udvalgte emner:

• Mikrobiologisk undersøgelse.
• Kapillarsugningsforsøg.
• CT-skanning.

Resultater

Resultatet af de prøvninger, der blev foretaget på det enkelte designparameter, indgik i den samlede vurdering af dette.

– Træart/vedtype

Målt på fugtoptagelse og formstabilitet er lærk og thuja af kernetræ klart de træarter af de prøvede, der klarede sig bedst. Douglas og fyr/kerne optog heller ikke ret megen fugt, men var ikke så formstabile. Gran/kerne og gran/splint optog lidt fugt, men var ikke formstabile. Eg/kerne optog ret megen fugt og var ikke formstabil. Fyr/splint optog helt uacceptabelt megen fugt og var ikke formstabil.

– Orientering/sporing

Resultaterne af fugtmåling og krumningsmåling samt revneregistrering viser, at det er vigtigt at vende retsiden mod vejrliget, hvis der ikke er anvendt sporing. Resultaterne viser dog også, at det ikke er afgørende om man vender retsiden eller vrangsiden mod vejrliget, hvis der bliver anvendt sporing på bagsiden.

– Endefladeforsegling

Fugtmålinger og en CT-skanning viser at en endefladeforsegling med 3 x maling giver betydeligt mindre fugtakkumulering i emnet end ingen endefladeforsegling.

– Overfladebehandling

Emner der overfladebehandles viser en mindre fugtoptagelse end ikke-behandlede emner. Målingerne viser ingen forskel i effekten af træolie og linolie.

– Overfladekarakter

Prøveemner med cutterhøvlet overflade optog lidt mere fugt end de to andre overflader, savskåret og langspån høvlet, men der er meget store variationer fra prøveemne til prøveemne.

– Befæstelsesmetoder

Der er ikke konstateret klare forskelle mellem befæstelsesmetoderne.

– Lodret/vandret
eksponering

Det har ikke været muligt at konstatere forskelle mellem lodret og vandret eksponering.

Øvrige forsøgsmetoder

En mikrobiologisk undersøgelse viste ikke det forventede, idet registreringen af mørke skimmelsvampe på de forskellige træarter og vedtyper efter den accelererede test ikke svarer til det, der normalt ses ved naturlig eksponering af prøveemner.

En undersøgelse af kapillarsugningsevnen på de prøvede emner viste større sugeevne end på tilsvarende emner, der ikke har været prøvet.

3.4 Klimasimulatoren "De fire årstider" – Mark II

Formål

Formålet med forsøget er at prøve et facadeelement i målestok 1:1 med en række indbyggede træbeskyttende designparametre i en accelereret ældningstest. Resultatet fra testen skal anvendes til at dokumentere elementets konstruktive træbeskyttelse samt eventuelle mangler med henblik på at optimere disse designparametre til fremtidige byggerier.

Forsøgsopstilling

Klimasimulatoren er bygget op om en 370 mm bred ramme til indbygning af prøveemner af størrelsen op til bredde 3190 mm og højde 3000 mm.

På den indvendige side kan rammen tilkobles en indendørs klimakasse.

På den udvendige side af rammen tilkobles klimasimulatoren en klimakasse med trinløs styring af følgende påvirkning:

• Lys og varme
  Påvirkninger sker gennem 4 rækker med 6 lyskilder, henholdsvis 3 halogenlamper og 3 UV-lamper i hver række.

• Befugtning
  Påvirkning sker ved, at finfordelt ionbyttet vand påsprøjtes gennem 6 dyser med en mængde på 15 ± 2 l/(m² x h).

• Nedfrysning
  Nedkøling sker ved indblæsning af luft nedkølet til en lufttemperatur på -20 ± 5° C.

• Laboratorieklima
  Optøning sker ved laboratorietemperatur, idet der ventileres med laboratorieluft. Under denne fase er der mulighed for adgang til klimakassen for inspektion af prøveemnet.

Hver påvirkningsfase varede henholdsvis 3, 1, 2 og 2 timer, dvs. en 8-timers cyklus. Prøvningen forløb over 4424 timer, svarende til 553 cykluser.

Forsøgselement

Forsøgselementets udformning tager udgangspunkt i tegningsmateriale (facadetegninger mål 1:200) fra CASA NOVA konsortiets fleretages træhusbyggeri, Marieparken i Hørsholm. I forsøgselementet indgår både lærk (europæisk og sibirisk) og thuja (dansk og nordamerikansk). Der findes en række varianter af thuja. Når man i Danmark taler om thuja, menes der kæmpethuja (Thuja plicata), der har vokset i Europa, mens thuja fra dets naturlige udbredelsesområde i det vestlige Nordamerika betegnes Western Red Cedar (WRC). Disse træarter er valgt på grundlag af resultaterne fra prøvningerne i klimasimulatoren Mark I.

Beklædningsbrædderne er kileskåret 3/4 x 6", tykkelse 4-17,5 mm, højde 135 mm og længde 500-3000 mm. På grund af brandtekniske krav er alle brædderne brandimprægneret.

For at få en indikation af, hvilke holdbarhedsmæssige problemer der kan opstå ved gennmbrydning af facadebeklædninger, er der indbygget to vinduer i facadeelementet.

Målene på elementet er højde 2900 mm og bredde 3200 mm. Udformning og opførelse er af almindelig håndværksmæssig standard.

Tabel 2

Designparametre og forsøgsvariabler. Alle emner er savskårne og hvis ikke andet er angivet uden overfladebehandling.

Prøvningsmetode

På udvalgte brædder blev der foretaget kontinuerlige fugt- og temperaturmålinger. Elementet blev gennemfotograferet før, under og efter prøvning - på samme måde hver gang. Da prøvningen var afsluttet, blev følgende foretaget på de enkelte brædder:

• Tværkrumningsmåling.
• Revneregistrering.
• Måling af sprækker mellem brædderne.
• Registrering af befæstelse.

Derudover blev følgende vurderet:

• Overfladebehandlingens effekt.
• Indbygningsdetaljer.

Resultater

Resultater af de prøvninger, der blev foretaget på det enkelte designparameter, indgik i den samlede vurdering af dette.

- Træart/vedtype

Prøvningerne viste ingen nævneværdig forskel mellem de forskellige træarters egnethed til facadebeklædning med kileskårne profiler. Der var samme procentdel fugtoptagelse (mindre end 20%), grad af formstabilitet og antal revner.

- Orientering

Alle træarter havde næsten samme krumning, antal sprækker og revnebillede uanset om brædderne vendte ret- eller vrangside mod påvirkningen. Dog var der lidt mindre og færre revner når retsiden vendte udad, dette gjaldt især europæisk lærk og thuja.

- Overfladebehandling

Beklædning, der var overfladebehandlet med træolie, viste sig efter prøvning at være vandafvisende (dråbetest). For WRC og thuja bekræftes dette af de kontinuerlige fugtmålinger, idet det målte fugtindhold (mindre end 20%) var lavere på den ende af brædderne, der er overfladebehandlet. Hvorimod for sibirisk lærk og europæisk lærk måltes samme fugtindhold på den overfladebehandlede del af brædderne som på den ubehandlede del (ca. 25%).

- Befæstelsesmetoder

Generelt var der færrest revner, hvor der er anvendt skudsøm. Håndsømning med forboring giver færre revner, end hvor der kun er håndsømmet. Der er ikke sporet nogen metalafsmitning, uanset om der er anvendt galvaniseret eller rustfri befæstelse. De kileskårne brædder fastgjort med skudsøm sidder løsere, end hvor der er anvendt firkantede søm.

- Befæstelsesafstand fra endetræ

En befæstelsesafstand fra endetræ på 20 mm viste revner og sprækker ud til endetræet. Derimod viste en afstand på 50 mm og derover ingen betydende revner til endetræet.

- Drypkant

Overdækning af drypkantprofilerne med aluminium gav et fugtindhold mindre end 20%. Uden overdækning viste målingerne et fugtindhold på omkring 30%.

- Vinduestilsætninger

Der blev ikke målt nogen forskel i fugtindholdet mellem en 50 x 50 mm liste og en 25 x 50 mm liste.

- Brætsamlinger

Det var ikke muligt ud fra de udførte målinger at se forskel på stød- eller stolpesamling. Visuelt tander beklædningen i ligestødsamlingen således, at endetræet er blotlagt og der ses en fugtakkumulering ved endetræet.