Luonnonmukaisten rakennusmateriaalien rakennusfysikaaliset ominaisuudet

Abstract

Tässä työssä toteutettiin sarja rakennusfysikaalisten ominaisuuksien kokeita Tampereen yliopiston rakennusfysiikan tutkimusryhmässä ja Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulussa valmistetuille luonnonmukaisille rakennuslevyille ja rappaukselle. Tutkitut materiaalit olivat savi-hamppulevy, järviruokolevy ja savi-biohiililaasti.

Savi-hamppulevyssä sideaineena toimii savi, ja hamppu on 2 mm seulan läpi seulottuna murskeena. Levyt on valmistettu kosteaa massaa prässäämällä ja kuivaamalla. Järviruokolevyssä sideaineena toimii ohratärkkelys, ja järviruoko on 8 mm seulan läpi seulottuna murskeena. Järviruokolevy on valmistettu lämpöpuristamalla 220 °C lämpötilassa 10 minuutin ajan. Savi-biohiililaastin koostumus on painoprosentteina 13 % savijauhetta, 7 % biohiiltä ja 80 % hiekkaa. Rappauskoekappaleiden pinnalla oli lisäksi 2 mm pintalaasti, joka koostui pelkästään savesta ja hiekasta.

Tutkitut ominaisuudet olivat lämmönjohtavuus, ominaislämpökapasiteetti, vesihöyrynläpäisevyys, hygroskooppinen tasapainokosteus, veden imeytymiskerroin, sekä vesihöyryn adsorptiokyky. Savi-biohiililaastille tehtiin vain hygroskooppisen tasapainokosteuden ja vesihöyryn adsorptiokyvyn kokeet.

Savi-hamppulevyn lämmönjohtavuudeksi saatiin 50 % RH olosuhteissa 0,18 W/(mK). Järviruokolevylle vastaava tulos oli 0,07 W/(mK). Ominaislämpökapasiteettimittauksesta tulokseksi saatiin savi-hamppulevylle 1250 J/(KgK) ja järviruokolevylle 1970 J/(KgK). Vesihöyrynläpäisevyys tutkittiin kahdella kosteusparilla 0/50 ja 95/50 % RH. Savi-hamppulevylle vesihöyrynläpäisevyys vesihöyrypitoisuuseron avulla ilmaistuna oli kuivemmissa olosuhteissa 1,3 * 10−6 m²/s ja kosteammissa olosuhteissa 4,1 ∗ 10−6 m²/s. Järviruokolevylle saadut vastaavat arvot olivat 2,7 ∗ 10−6 m²/s ja 4,6 ∗ 10−6 m²/s.

Hygroskooppisen tasapainokosteuskokeen tuloksena materiaaleille muodostettiin tasapainokosteuskäyrät. Savi-biohiililaasti sitoi muita tutkittuja materiaaleja huomattavasti vähemmän kosteutta ja sen hystereesi kosteammissa olosuhteissa oli suurempi. Tutkituista materiaaleista savi-hamppulevyllä oli kaikissa kosteusoloissa suurin hygroskooppinen tasapainokosteus.

Veden imeytymiskokeesta ei saatu vertailukelpoisia tuloksia savi-hamppulevylle, koska koekappaleet hajosivat nopeasti vesikosketuksiin laittamisen jälkeen. Järviruokolevylle saatiin veden imeytymiskertoimen arvoksi 0,004 kg/(m²1/2).

Vesihöyryn adsorptiokyvyn koe toteutettiin saksalaisen savilevyjen luokitteluun kehitettyä standardia mukaillen. Kokeessa Savi-biohiililaasti pääsi korkeimpaan vesihöyryn adsorptiokyvyn luokkaan 3. Savi-hamppulevy pääsi matalimpaan luokkaan 1 ja järviruokolevy ei saavuttanut edes matalimman luokan vaatimuksia. Savi-hamppulevy tutkittiin savimaalilla maalattuna ja vertailu-kappaleista huomattiin, että savimaali heikensi materiaalin vesihöyryn adsorptiokykyä.

This work involved a series of experiments on the building physical properties of natural building boards and plaster made at Tampere University Building Physics Research Group and South-Eastern Finland University of Applied Sciences. The materials studied were clay-hemp board, reed board, and biochar-clay plaster.

In the clay-hemp board, clay serves as the binder and hemp is crushed and sieved through a 2 mm screen. The boards are made by pressing and drying a wet mass. In the reed board, the binder is barley starch and reed is crushed and sieved through an 8 mm screen. The reed board is made by hot pressing at a temperature of 220 °C for 10 minutes. The composition of the biochar plaster is 13% clay powder, 7% biochar, and 80% sand by weight. The plaster test samples also had a 2 mm surface mortar consisting only of clay and sand.

The properties studied included thermal conductivity, specific heat capacity, water vapor permeability, Hygroscopic equilibrium moisture content, water absorption coefficient, and water vapor adsorption capacity. Only the Hygroscopic equilibrium moisture content and water vapor adsorption capacity experiments were conducted for the biochar plaster.

The thermal conductivity test results for the clay-hemp board at 50 % RH conditions were 0.18 W/(mK). The corresponding result for the reed board was 0.07 W/(mK). The specific heat capacity measurement results were 1250 J/(KgK) for the clay-hemp board and 1970 J/(KgK) for the reed board.

Water vapor permeability was assessed for two moisture pairs, 0/50 and 95/50 % RH. For the clay-hemp board, the water vapor permeability expressed in terms of vapor concentration difference was 1.3 ∗ 10 −6 m²/s in drier conditions and 4.1 ∗ 10−6 m²/s in moister conditions. The corresponding values for the reed board were 2.7 ∗ 10 −6 m²/s and 4.6 ∗ 10−6 m²/s.

Hygroscopic equilibrium moisture content tests resulted in sorption and desorption curves for the materials. The biochar plaster absorbed significantly less moisture than the other materials, with higher hysteresis in moister conditions. Among the studied materials, the clay-hemp board had the highest hygroscopic equilibrium moisture content in all moisture conditions.

Comparable results for the water absorption test were not obtained for the clay-hemp board, as the test samples quickly disintegrated after contact with water. The water absorption coefficient for the reed board was 0.004 kg/(m² 1/2).

The water vapor adsorption capacity test followed a standard developed for classifying clay boards in Germany. The biochar plaster reached the highest class 3 for water vapor adsorption capacity. The clay-hemp board reached the lowest class 1, while the reed board did not even meet the requirements of the lowest class. The clay-hemp board was painted with clay paint, and it was observed that the paint reduced the material's water vapor adsorption capacity.