Renere teknologi til undgåelse af biologisk vækst på murværk, tegl- og betontage
16 Forebyggelse af vækst ved valg af råmaterialer samt produktionsproces
16.1 Indledning
Projektet har vist, at det ikke kun er omfanget af vækst, der er afgørende for om væksten ønskes fjernet, men i høj grad også om væksten forekommer ensartet over hele den aktuelle konstruktion. Mange kan eksempelvis bedre acceptere, at en hel tagflade er moderat begroet med alger end at der er moderat vækst af alger på enkelte delflader, hvis resten af tagfladen er uden vækst. Derfor er det i forbindelse med optimering af produktionsprocesserne vigtigt at sikre, at de parametre, der er betydende for væksten, varierer mindst muligt.
En vigtig handlingsplan for at undgå uønsket biologisk vækst er derfor at sikre god processtyring, der giver minimum af variationer på de materialeparametre der vurderes at have betydning for vækst.
16.2 Tegl
Ved produktion af tegl indgår typisk følgende råmaterialer:
 | Ler |
| Sand |
| Evt. savsmuld |
| Evt. chamotte |
| Evt. manganoxid |
| Evt. bariumcarbonat |
| Evt. hydratkalk |
Ved produktion af tegl - såvel mursten som tagsten - vurderes formgivningsprocesserne og brændingsforløbet at have den afgørende indflydelse på de væsentlige materialeparametre. Tørringsforløbet vurderes at være uden væsentlig betydning.
Når producenter af tegl får reklamationer over vækst på teglprodukterne er det oftest i tilfælde af at der på tegltagsten i løbet af en kort periode er kommet kraftig vækst af grønalger. Det kan derfor for teglproducenterne være særligt interessant at se nærmere på hvordan vækst af grønalger forsinkes og reduceres.
16.2.2 Påvirkning af materialeegenskaber
pH
pH har især betydning for hvilke arter af vækst der trives på materialet.
Der vil være muligheder for vækst inden for hele det relevante pH-område. Styring af pH kan således ikke forventes at være et middel til at undgå vækst, men snarere en mulighed for at styre hvilken vækst, der får bedst betingelser for at gro på materialerne. Undersøgelserne tyder på, at laver bliver den dominerende vækstart ved pH over ca. 9, mens der er tendens til at grønalger forbliver den dominerende vækst ved lavere pH.
Betydningen af pH er ikke fuldstændig klarlagt. Projektets undersøgelser har vist at en række tegltagsten med tiden ændrer pH i overfladen. Årsagen til denne ændring er ikke nærmere undersøgt. Der synes at være en tendens til hurtig vækst af grønalger på materialer, hvor pH i løbet af en kort årrække falder væsentligt.
Det anbefales i første omgang at igangsætte undersøgelser der kan klarlægge årsagen til sænkning af pH. Der er givet flere bud på mulige forklaringer:
| udvaskning af basiske stoffer fra overfladen |
| carbonatisering af kalciumhydroxid |
Det er meget muligt, at pH i virkeligheden kun er et symptom på en ændring af materialets overflade. Evt. kan der være tale om ændret overfladenær porøsitet efter udvaskning af vandopløselige forbindelser, som dermed kan være den egentlige årsag til bedre betingelser for grønalgevækst.
Af ovennævnte råmaterialer vil det primært være kalkindholdet i leret der vil være afgørende for pH. Mængden af evt. tilsat hydratkalk kan ligeledes påvirke pH dog kun i mindre grad, da det typisk er meget små mængder der tilsættes.
Porøsitet
Projektets resultater indikerer, at det særligt er den overfladenære porøsitet som er af betydning for væksten.
Der er mange faktorer der har indflydelse på hvorledes det færdige tegls porøsitet bliver. Tilsætning af savsmuld til lerblandingen vil øge materialets indhold af grovporøsiteter, da savsmuldet vil bortbrænde under stenenes brænding og efterlade lufthuller. Øget tilsætning af savsmuld må forventes at give øget mulighed for vækst, i hvert fald når der er tale om mindre justeringer af mængden. Grovkornet savsmuld vil formodes at give bedre betingelser for vækst end finkornet. Det kan dog ikke helt udelukkes, at en kraftig forøgelse af savsmuldmængden vil kunne give et så grovporøst materiale at udtørring vil ske så hurtigt, at det kan reducere muligheden for vækst. Hvis porøsiteterne bliver overfladenære vil vedhæftningsmulighederne og muligheden for vandfælder i overfladen også forventes at øges, og dermed er det ikke sikkert, at væksten vil få dårligere betingelser. For at opnå ensartet porøsitet er det væsentligt, at savsmuldets kornstørrelsesfordeling er ensartet fra leverance til leverance.
Tilsvarende vil lerblandingens indhold af organisk materiale bortbrænde og kan bidrage til porøsiteter i teglet. Organiske indhold varierer typisk fra 2-4%.
Lerblandingernes indhold af vand ved strygning må formodes at have en betydning for det brændte tegls porøsitet, da vandet forsvinder under tørring og brænding. En undersøgelse udført af Teknologisk Institut, Murværk: "Røde blødstrøgne sten. Anvendte lerblandinger og produktionsprocesser", viser at lerblandingernes vandindhold ved strygning afhænger af indholdet af lermineraler [38]. Ved stigende lermineralindhold øges lerblandingens vandindhold. Lermineralerne kan binde vand i deres struktur, især smectit, som kan svulme op til mellem 200-700 vol%.
Formgivningsudstyret vil have betydning for materialernes porøsitet. Teglmursten formgives i Danmark typisk med soft extruder samt blødstensmaskiner af forskellige typer. Tagsten formes med extruder og forskellige typer af presser.
Vakuumextruderen er den mest anvendte maskine til produktion af teglsten, [37]. Ved extrudering med vakuum fjernes luft fra leret i vakuumkammeret, hvilket medfører tæt gods. Ved ændring af lufttrykket i vakuumkammeret er der således mulighed for i større eller mindre grad at påvirke luftindholdet. Typisk styres der dog allerede i dag efter at opnå det lavest praktisk mulige resttryk i vakuumkammeret. Ved for højt vandindhold eller for høj opvarmning af leret kan det være vanskeligt at fastholde et konstant optimalt vacuum. Et konstant vakuum er af afgørende betydning for at opnå ensartet porøsitet i materialerne.
Den kemiske sammensætning af lerblandingen sammen med brændingsforløb vil ligeledes påvirke materialernes porøsitet da disse parametre har stor betydning for graden af sintring og glasfasedannelse.
Overfladens ruhed
Overfladens ruhed afgøres primært ved valg af produktionsprocesser men alt andet lige vil det være nemmere at lave en glat overflade med finkornede råmaterialer. Derfor har råmaterialernes kornstørrelsesfordeling en betydning for det brændte tegls overfladeruhed. I praksis vil det særligt være magringssandets kornstørrelsesfordeling, som vil kunne påvirkes.
Der vil være større tendens til ru overflade, hvis der anvendes en lerblanding med mange grove korn. Typisk hvis magringssandet er meget grovkornet.
Derudover vil det ofte give en mere ru overflade, hvis der anvendes sand som slipmiddel.
Overfladeruheden afgøres særligt af formgivningsmetoden. Erfaringer fra et dansk tegltagstensværk viser at den nedslidning, der sker på forme på én produktionsdag, kan være så stor, at der kan måles op til 10% forskel på totalmassen af sten produceret om morgenen i forhold til sidst på dagen. Et sådant nedslid vil utvivlsomt også resultere i forskel i overfladeruhed på sten produceret om morgenen i forhold til sidst på dagen.
Et andet værk har tidligere anvendt forme med gummibelægning hvis mønster resulterede i et firkantet aftryk på stenene. Værket erfarede, at vækst ofte startede i disse aftryk.
Ved produktion af gipsforme til brug ved produktion af falstagsten er det vigtigt at optimere blandingen, således at formene optager den optimale mængde vand fra stenene. Optages der for lidt er der risiko for blænedannelse. Optager formene for meget vand kan leret hænge fast i overfladen.
Ved blødstrygning af teglsten vil højt vandindhold i leret give glatte overflader, mens mindre vand vil give mere struktur [37].
Hvis vandindholdet bliver for højt kan der dog under formgivningen være risiko for blænedannelse i overfladen som vil give anledning til lokal øget overfladeruhed.
Ved transport af sten fra maskine til tørreri med sten liggende på plader er det muligt at producere sten med et højere vandindhold, da stenene ikke skal rejses op, og således godt kan være relativt bløde. Kun ganske få anlæg er dog opbygget til transport af sten liggende på tørreplader.
Overfladespænding
Der har traditionelt ikke været fokus på det brændte tegls overfladespænding og dermed heller ikke på mulighederne for at styre denne.
Materialets overfladespænding er vanskelig at vurdere umiddelbart efter produktion, da den vil ændres med tiden efter ibrugtagning af materialerne. Dette skyldes, at overfladen med tiden ændrer karakter. Tegltagsten er eksempelvis sugende umiddelbart efter oplægning, men bliver i løbet af en kortere periode vandafvisende. Drypper man vand på en helt ny tegltagsten vil dråben suges bort, mens den vil blive stående som en perle på en sten der er taget ned fra et ældre tag.
Overfladespændingen er derfor en parameter som vil være meget vanskelig at optimere i produktionsprocessen uden forudgående uddybende undersøgelser af hvilke mekanismer der præcis styrer ændringerne efter ibrugtagning.
Den umiddelbart mest iøjefaldende mulighed for at påvirke overfladespændingen vil være at indføre en overfladebehandling af stenen efter brænding. Sker dette, skal der på listen over råmaterialer tilføjes imprægneringsmiddel/overfladebehandling.
Der er ikke i indeværende projekt gennemført undersøgelser af om der ved brug af overfladebehandling kan dokumenteres en effekt mod vækst.
På danske teglværker overfladebehandles teglprodukterne ikke. På enkelte tyske teglværker bliver nogle produkter imprægneret inden salg. Dette sker typisk for at reducere risikoen for senere udfældning af vandopløselige salte.
På universitetet i Bonn er der forsket i samspillet mellem overfladekemi, mikrostruktur og materialers tilbøjelighed til at tilsmudse og blive begroet med biologisk vækst. Princippet bygger en kombination af en hydrofobiering (vandafvisende effekt) og en særlig overflademikrostruktur. Produkterne skulle hermed have opnået en overfladespænding, der resulterer i at vandpartikler perler af og at smuds og vækst dermed ikke skulle få mulighed for at fæste. Princippet og de specifikke produkter er ikke undersøgt i indeværende projekt.
Fugtegenskaber
Fugt er en af de væsentligste betingelser for vækst, men undersøgelserne har vist, at det er vanskeligt at identificere specifikke fugtparametre som et mål for om materialet giver fordelagtige betingelser for vækst eller ej.
Resultaterne tyder på, at det særligt er overfladens fugtegenskaber der er væsentlige. Optimering af overfladens karakter, således at der sker mindst mulig opfugtning og hurtigst mulig udtørring, vurderes at kunne nedsætte vækstmulighederne.
Der er mange parametre som har indflydelse på materialets fugtegenskaber.
Undersøgelsen: "Røde blødstrøgne sten. Anvendte lerblandinger og produktionsprocesser", udført af Teknologisk Institut, Murværk [38] viser, at der er en tendens til at røde blødstrøgne sten brændt ved lave temperaturer (1000°C) har lavere densitet samt højere vandoptagelse end sten brændt ved høje temperaturer (>1040°C). Indeværende projekts undersøgelser har dog ikke kunne konstatere en entydig sammenhæng mellem densitet eller vandoptagelse med omfang af vækst.
Fugtforholdene i overfladen kan påvirkes ved forskellige overfladebehandlinger (imprægnering, forsegling mv.). Som tidligere nævnt overfladebehandles teglprodukter ikke på danske teglværker.
Uddybende undersøgelser af fugtoptagelse/udtørring i overfladen er nødvendige, før præcise handlingsplaner kan opstilles.
Det anbefales ved disse uddybende undersøgelser at se nærmere på mulighederne for at optimere fugtoptag og fugtafgivelse, således at tiden hvor materialernes relative fugtindhold er større end f.eks. 90% minimeres. (Uddybende undersøgelser bør fastlægge denne værdi mere præcist).
Kristian Fog Nielsen, har i ph.d.-afhandlingen: "Mould growth on building materials" beskrevet betydningen af den relative ligevægtsfugtighed også kaldet vandaktiviteten for forskellige arter af svampe. De fleste svampe trives bedst omkring et ligevægtsfugtindhold på 96-98% men mange er i stand til at vokse ved meget lavere indhold (70-80%), [39].
I afhandlingen [39] henvises til Adan, som har arbejdet med svampevækst på gips og malede materialer. Adan har brugt begrebet "time-of-wetness" (TOW) som defineres som forholdet mellem den våde periode (RH ³ 80%) og den totale periode. Væksten øgedes langsomt med TOW fra 0,17 til 0,5 med en dramatisk stigning ved højere TOW.
Optimering af materialerne så time-of-wetness i overfladen minimeres må forventes at mindske omfanget af vækst.
Næringsstoffer/giftstoffer
Som tidligere beskrevet indeholder de undersøgte materialer generelt ikke næringsstoffer eller giftstoffer der vil virke befordrende eller hæmmende på biologisk vækst. Materialernes indhold af pH-regulerende stoffer influerer dog på hvilke arter der har mulighed for at etablere sig.
Glasurer kan dog indeholde metaloxider med giftvirkning (typisk bly, kobber og nikkel).
Eksperimenter med tilsætning af biocider til byggematerialer er i tidens løb gennemført flere steder, men sjældent særligt detaljeret afrapporteret.
For at stofferne skal kunne optages af væksterne og virke kræves det, at de er delvist vandopløselige. Dette medfører samtidig, at stofferne vil være mulige at udvaske fra materialerne ved vandpåvirkning. Derfor kan det være vanskeligt at sikre en langtidseffekt. Samtidig vil det være nødvendigt at vurdere betydningen for de omgivende miljø, da stofferne vil udvaskes. Virkningen af de udvaskede stoffer på det omgivende miljø skal vurderes i forhold til hvilken behandling der ellers ville være anvendt, og kun i de situationer hvor stofferne bidrager til en mindre miljøpåvirkning end andre behandlinger kan det betragtes som en renere teknologiløsning.
Stofferne bør således ikke tilsættes til materialer, hvor der ikke er særligt ønske om at sikre, at der ikke kommer vækst.
En evt. mulighed kunne være at undersøge effekten af en mindre tilsætning af kobberforbindelser til leret. Muligvis vil store dele af kobberet dog efter brænding være uopløseligt og dermed utilgængeligt for væksten.
16.3 Betontagsten, kalksandsten, muremørtel, puds
Ved produktion af betontagsten indgår typisk følgende råmaterialer:
| cement |
| sand/grus |
| mikrosilika |
| flyveaske |
| tilsætningsstoffer |
| overfladebehandling |
Ved produktion af muremørtler og puds indgår typisk følgende råmaterialer
| kalk og cement |
| sand |
Ved produktion af kalksandsten indgår typiske følgende råmaterialer:
| knust bjergartsmateriale |
| sand |
| brændt flint |
| brændt kalk |
16.3.2 Påvirkning af materialeegenskaber
pH
Som nævnt under tegl vil der vil være muligheder for vækst inden for hele det relevante pH-område. Styring af pH kan således ikke forventes at være et middel til at undgå vækst, men snarere en mulighed for at styre hvilken vækst, der får bedst betingelser for at gro på materialerne. Undersøgelserne tyder, på at laver bliver den dominerende vækstart ved pH over ca. 9, mens der er tendens til at grønalger forbliver den dominerende vækst ved lavere pH.
På betontagsten er laverne oftest den dominerende vækst.
Betontagsten, kalksandsten, muremørtler og puds er alle kalk- eller cementholdige produkter, som vil være stærkt basiske umiddelbart efter produktion og derefter langsomt ændre pH i overfladen efterhånden som materialerne karbonatiserer.
pH vil ikke ændres væsentligt ved mindre variationer i råmaterialerne, dvs. ved små ændringer af kalk eller cementmængde. pH værdien vurderes derfor ikke at kunne påvirkes væsentligt ved valg af råmaterialer og/eller ved ændringer/tiltag i produktionsprocessen. For betontagsten kan ændringen af pH dog bremses ved anvendelse af en karbonatiseringsbremsende overfladebehandling.
Porøsitet
Materialernes porøsitet vil i høj grad være påvirket af vand/bindemiddelforholdet.
For betontagsten vil det dog være porøsiteten i overfladen af stenen der har betydning for begroningen. Jo større porøsiteten er i overfladen, jo større risiko for begroning vil der være.
Der findes forskellige tilsætningsmidler (luftiblanding, plastificering) til beton som vil kunne mindske betonens overfladeporøsitet. Det samme vil en overfladebehandling i form af maling kombineret med en udfyldning eller en flydende membran pålagt vådt i vådt med mørtlen/betonen.
Forhold i produktionsprocessen som udformning og valg af formmateriel vurderes ligeledes at få indflydelse på overfladeporøsiteten.
Overfladens ruhed
De enkelte råmaterialers kornstørrelsesfordeling har betydning for overfladens ruhed. For betontagsten er det både materialernes sammensatte kornkurve, forholdet mellem cement(pulver) og tilslag samt fremstillingsmetoden, form og formolie der har indflydelse på overflade ruheden.
En overfladebehandling med forudgående udjævning vil ligeledes få betydning for overflade ruheden. Det er i dag meget almindeligt, at betontagsten påføres en overfladebehandling på værket.
Overfladespænding
En lav overfladespænding på betontagsten vil nedsætte muligheden for befugtning af overfladen og for at væksterne får fodfæste på overfladen.
Betonens overfladespænding kan nedsættes ved brug af tilsætningsmidler, der gør betonen og dermed dens overflade tættere, eller ved påføring af malerbehandlinger og/eller flydende membraner.
Fugtegenskaber
Fugt er en af de væsentligste betingelser for vækst men undersøgelserne har vist, at det er vanskeligt at identificere specifikke fugtparametre som et mål for om materialet giver fordelagtige betingelser for vækst eller ej. Resultaterne tyder på, at det særligt er overfladens fugtegenskaber der er væsentlige. Yderligere undersøgelser af fugtforholdene i overfladen anbefales.
16.4 Natursten: Granit/gnejsGranit og gnejs er naturprodukter, hvor variationerne i pH må forventes at være moderate fra forekomst til forekomst.
Der kan være forskelle i forekomsternes porøsitet og overfladeruhed. Overfladeruheden afgøres dog primært i produktionsfasen. Her vil forskellige slibningsprocesser afgøre overfladeruheden.