Fuktmåling i lettklinkerfylling

Abstract

Utfordringer knyttet til de fremtredende klimaendringene krever tilpassede løsninger for infrastruktur. Det er derfor blitt opprettet et senter for forskningsdrevet innovasjon som kalles Klima 2050. De forsøker å redusere samfunnsmessig risiko forbundet med klimaendringene, og legger vekt på blant annet blå-grønne-løsninger, overvannshåndtering og fuktsikre bygninger. Lettklinker er et lett materiale med drenerende og varmeisolerende egenskaper, og brukes i blant annet tilbakefylling mot kjellervegger, i grønne tak og i veg- og banekonstruksjoner. Problemet til nå har vært å måle fuktinnholdet i lettklinker. Kunnskap om ny teknologi og målemetoder har derfor stor nytteverdi for bygge- og anleggsnæringen, siden det reelle fuktinnholdet er en viktig faktor for optimalisert prosjektering. Derfor forsøker oppgaven å kartlegge hvilke målemetoder som finnes for jord og løs lettklinker, og å finne den mest egnede metoden for lettklinkerfylling. For å kunne svare på problemstillingen stilles to forskningsspørsmål: ``I hvor stor grad er måling av fuktinnhold i jord og løs lettklinker behandla i forskningslitteraturen?'' og ``Hvordan kan vi best måle fuktinnholdet i løs lettklinker?''

For å finne svar på forskningsspørsmålene ble det gjort en grundig litteraturstudie ved bruk av søkemotorene Google Scholar og Science Direct. Det ble gjennomført 13 søk som genererte til sammen rundt 7 millioner treff. Søkene startet bredt på generell fuktmåling i jord og spisset seg videre inn mot lettklinkerfylling. For å avgrense arbeidet ble kun de 100 første titlene gjennomgått, og det ble i alt plukket ut 79 artikler fra litteratursøket. Deretter ble artiklene kategorisert etter innhold, før de ble grundigere undersøkt for videre utplukking. Av de totalt 79 artiklene ble 14 benyttet i oppgaven.

Resultater fra forskningslitteraturen ga oversikt over hvilke målemetoder som finnes, samt fordeler og ulemper med hver målemetode. Metoden som skilte seg ut var elektromagnetiske sensorer (EM-sensorer), som måler forskjellen i permittiviten i jord. Fordeler som trekkes fram med denne metoden er: Høy målenøyaktighet og brukervennlighet i forhold til de andre metodene, samt lav helserisiko og kontinuerlige målinger i både tørr og mettet jord. På grunn av disse fordelene er metoden godt utviklet, som igjen har ført til et økende antall EM-sensorer på markedet. Dette underbygges med kartleggingen av forskningslitteraturen hvor over halvparten av funnene omhandlet EM-sensorer, og tre av sensorerene (Trime Pico, CS616 og Wet-2) hadde i tillegg målt i lettklinker eller lignende granulære materialer. Trime Pico målte fuktinnholdet i ren lettklinker brukt i banekonstruksjon. CS616 ble benyttet i vekstlag i grønne tak bestående av 80 \% lettklinker og i materialer som soyabønner, kaffe og mais. Wet-2 ble også brukt i vekstlag i grønne tak bestående av grovere tekstur. CS616 og Wet-2 har også vist god ytelse i andre studier, til forskjell for den ene, svake studien med Trime Pico. Derfor blir CS616 og Wet-2 anbefalt å se nærmere på ved valg av sensor til lettklinkerfylling.

Forfatteren har kommet frem til et forslag til testprogram i laboratorium for testing av ulike sensorer. Testprogrammet er spesielt designet for sensoren SDI-12, som allerede er tilgjengelig ved Byggteknisk laboratorium ved NTNU. Dette er også en EM-sensor, som i likhet med Trime Pico består av én lang sonde og måler et stort volum. Dette gir forhåpninger om at SDI-12 kan fungere i lettklinker også. Testoppsettet er laget slik at det vil være mulig å teste flere sensorer samtidig, for å finne den best egnede sensoren til feltmålinger i tilbakefyllinger mot kjellerkonstruksjoner, i grønne tak og veg- og banekonstruksjoner.

Videre arbeid med problemstillingen vil kunne være å utføre fuktmålinger i lettklinkerfylling i henhold til testprogrammet som er foreslått i denne oppgaven. Resultater fra testprogrammet vil kunne indikere om EM-sensorene anbefalt i denne oppgaven fungerer i lettklinkerfylling. Videre vil det være viktig å utlede gode kalibreringsfunksjoner slik at målenøyaktigheten blir så høy som mulig. Om ytelsen for sensorene viser gode måleresultater i laboratoriet, vil neste steg være å teste sensorene i felt, eksempelvis i tilbakefylling mot kjellervegger, grønne tak eller veg- og banekonstruksjoner.

Challenges associated with prominent climate change require customized solutions for infrastructure. A center for research-based innovation, Klima 2050, has therefore been established in Norway. Their aim is to reduce societal risk due to climate change. Blue-green solutions, stormwater management and moisture-resilient buildings are the main focus of Klima 2050. Lighweight expanded clay aggregate (Expanded clay) is a light material with drainage and heat insulating properties. It is used in, among other things, backfill against basement walls, in green roofs and in road and railway structures. A key problem has been, and still is, the measurement of moisture content. Therefore, new technology and measurement methods have great utility for the construction industry, since the actual moisture content is an important factor for optimized design. This study seeks to identify measurement methods available for soil and expanded clay, and to find the most suitable method for measurement of moisture content in expanded clay fillings. To answer this, two research questions are raised: `` To what extent is measurement of moisture content in soil and expanded clay treated in the current literature? '' And `` What is the best method for measuring the moisture content of loose filling of expanded clay? ''

In order to answer the research questions, a thorough literature study has been conducted. The search engines used are Google Scholar and Science Direct. A total of 13 searches were conducted, generating roughly 7 millions of hits. The search process started broadly within general moisture measurement in soil, before focusing on filling of expanded clay. The first 100 titles were reviewed for the purpose and scope of the thesis, and a total of 79 articles were selected for further examination. Subsequently, the articles were categorized by content, before being thoroughly analyzed for further selection. 14 out of the 79 articles are used in the thesis.

Electromagnetic sensors (EM-sensors) were chosen as the preferred method based on several advantages, as well as disadvantages of the other measurement methods. Advantages highlighted are: High measurement accuracy and ease of use compared to the other methods, as well as low health risk and continuous measurements in both dry and saturated soil. Because of these advantages, the method is well developed, which in turn has led to an increasing number of EM-sensors available on the market. This is supported by the survey of the research literature, where more than half of the findings involve EM-sensors. However, the research literature reveals that only three sensors have been used on similar granular materials. First, Trime Pico measured the moisture content of pure expanded clay used in railway construction. Second, CS616 was used in green roof substrates consisting of 80 \% expanded clay and in materials such as soybeans, coffee and corn. Third, Wet-2 was also used in green roof substrates of coarser texture. CS616 and Wet-2 have also performed well according to other studies, unlike Trime Pico, which is only conducted in one study. To summarise the literature survey, CS616 and Wet-2 are recommended when choosing sensor for filling of expanded clay.

Furthermore, this study proposes a laboratory test program for testing different sensors. The test program is customized for SDI-12, which is available at Byggteknisk laboratorium, NTNU. This is also an EM-sensor, which like Trime Pico consists of one long probe and measures a large sample volume. This makes the examination of SDI-12, in terms of being able to measure expanded clay, interesting. The test program is designed for testing of several sensors simultaneously, in order to find the most suitable sensor for field measurements in backfills against basement structures, green roofs and road- and railway structures. An interesting direction for further research could be performing moisture measurements in filling of expanded clay according to the proposed test program. Results from the program may indicate whether the EM-sensors recommended in this thesis will be suited for measuring moisture in such fillings. Furthermore, it is essential to derive reliable calibration functions to achieve a high measurement accuracy. If the laboratory tests yield good sensor performance, the next step will be to test the sensors in field, for example in backfill against basement walls, green roofs or road- and railway structures.