Rakennusmateriaalien rakennusfysikaaliset ominaisuudet lämpötilan ja suhteellisen kosteuden funktiona

Abstract

Rakennusmateriaalien materiaaliominaisuudet voivat vaihdella huomattavasti lämpötila- ja kosteusolosuhteiden muuttuessa. Monesti materiaaliominaisuudet mitataan kuitenkin vain yhdessä pisteessä. Esimerkiksi lämmönjohtavuusarvot mitataan pääosin 10 C keskilämpötilassa joko kuivina tai yhdessä suhteellisessa kosteudessa ilmastoituna. Samoin tasapainokosteus ja vesihöyrynläpäisevyys ilmoitetaan usein ainoastaan huoneenlämpötilassa mitattuna. Tasapainokosteus on tyypillisesti ollut ainoa materiaaliominaisuus, joka on mitattu useassa eri suhteellisessa kosteudessa. Lämpötila- ja kosteusolosuhteet, joihin rakennusmateriaalit joutuvat todellisissa käyttöolosuhteissa, voivat Suomen ilmastossa vaihdella todella laajalti. Materiaaliominaisuudet tuleekin tuntea eri olosuhteissa, jotta rakenteista voitaisiin suunnitella mahdollisimman hyviä ja rakennevaurioilta vältyttäisiin. Se on myös onnistuneen laskennallisen mallinnuksen edellytys. Mallinnettaessa jonkin rakenteen lämpö- ja kosteusteknistä toimintaa tulee kaikille rakennekerroksille määrittää tietyt materiaaliominaisuudet, kuten lämmönjohtavuus, vesihöyrynläpäisevyys, kapillariteettikerroin ja tasapainokosteus. Tämä tutkimus liittyy Tampereen teknillisessä yliopistossa vuosina 1999-2004 toteutettuun Rakenteiden kuivuminen –tutkimusprojektiin, jossa tutkittiin puurunkoisten ulkoseinien kosteusteknistä toimintaa Suomen ilmasto-olosuhteissa. Tutkimuksen puitteissa tehtiin materiaalikokeita kattavalle valikoimalle puurunkorakenteissa käytettyjä materiaaleja. Tutkitut materiaalit olivat rakennuspapereita ja –kalvoja, lämmöneristemateriaaleja, tuulensuojalevyjä sekä sisäverhouslevyjä. Kokeita tehtiin lämpötila-alueella –10 – +23 C ja kosteusalueella 33 – 97 % suhteellista kosteutta. Alle 0 C lämpötilassa sekä korkeissa suhteellisissa kosteuksissa materiaaleja on aikaisemmin tutkittu varsin vähän. Materiaaleille tehtiin lämmönjohtavuuskokeita, tasapainokosteuskokeita, vesihöyrynläpäisevyyskokeita ja kapillaarisuuskokeita. Lisäksi mittaustulosten perusteella laskettiin materiaalien kosteusdiffusiviteettejä. Hygroskooppisilla materiaaleilla suhteellisen kosteuden nousu lisäsi materiaalien lämmönjohtavuutta ja osalla materiaaleista myös vesihöyrynläpäisevyyttä. Ei-hygroskooppisilla materiaaleilla RH:n vaihtelulla ei ollut suurta vaikutusta näihin ominaisuuksiin. Lämpötilan nousu lisäsi materiaalien lämmönjohtavuutta ja vesihöyrynläpäisevyyttä. Eri materiaaleilla muutokset olivat kuitenkin eri suuruisia ja jopa saman materiaaliryhmän eri tuotteissa oli eroja. Sen sijaan tasapainokosteuteen lämpötilan vaikutus oli suhteellisen pieni. Puupohjaisten rakennuslevyjen tasapainokosteudet (kg/kg) olivat varsin yhteneviä, mutta muissa tuoteryhmissä oli huomattavaa hajontaa. Mitatut kapillariteettikertoimet olivat varsin suuria, mikä korostaa esim. työnaikaisen kosteussuojauksen merkitystä. Kosteusdiffusiviteettiarvot kuvaavat materiaalin kosteuspitoisuuden muutosnopeutta. Suurimmat kosteusdiffusiviteetin arvot saatiin lämmöneristeille ja pienimmät puupohjaisille levyille.