Styrking á Hampsteypu.

Berglind Ósk Sævarsdóttir

Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Háskóli Íslands 2018

Styrking á Hampsteypu

Berglind Ósk Sævarsdóttir

20 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í Orku og Umhverfis Tæknifræði

Leiðbeinandi/endur Burkni Pálsson Krista Hannesdóttir

Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, 28 September 2018

Styrking á Hampsteypu sem náttúrulegur möguleiki til bygginga. 20 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í Orku og Umhverfis Tæknifræði

Höfundarréttur © 2018 Berglind Ósk Sævarsdóttir Öll réttindi áskilin

Tæknifræðinám Háskóla Íslands og Keilis Rafmagns- og tölvuverkfræðideild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Grænásbraut 910 235 Reykjanesbær

Skráningarupplýsingar: Berglind Ósk Sævarsdóttir, 2018, Hampsteypa sem náttúrulegur möguleiki til bygginga, BS ritgerð, Rafmagns- og tölvuverkfræðideild, Háskóli Íslands, 71 bls.

Prentun: Háskólaprent Reykjavík, 4.Október 2018

Útdráttur

Í þessu verkefni var reynt að styrkja uppskrift sem þekkist sem hampsteypa og er notuð í stað steinsteypu. Hráefni í þessari rannsókn eru bæði innlend og innflutt frá fyrirtæki sem sérhæfir sig í náttúrulegum byggingum (Jordan & co.) sem er staðsett í Belgíu. Það voru gerðar 4 grunnuppskriftir sem var skipt í 12 blöndur með mismunandi efna- og vatnsinnihaldi, sem voru svo prófaðar fyrir beygjutogstyrk og bornar saman. Aðstaða var veitt á tilraunastofu Mannvits og var verklegi partur verkefnis unnin þar. Engin áberandi munur eða betrumbæting var á 3 af 4 uppskriftum, en ein uppskriftin af 4 stóð sig áberandi best. Búnir voru til 72 hampkubbar í 160mm×40mm×40mm mótum sem hönnuð eru fyrir steinsteyputilraunir til að gera beygjutogstyrks- og þrýstistyrksmælingar í 2000 kN Tinius Olssen pressu. Ekki tókst að gera þrýstistyrksmælingarnar vegna bilana í pressu og var því stuðst við beygjutogstyrksmælingar til að bera saman sýnin. Niðurstaða rannsóknar var sú að hægt er að styrkja beygjutogstyrk hampsteypu með blöndu af kísilryki og basalt.

Abstract

In this project, an attempt was made to reinforce a recipe that is known as „Hempcrete“, that is used as a substitute for . Raw materials in this study are both from Iceland and imported from a company that specializes in natural buildings (Jordan & Co.), located in Belgium. Four basic recipes were made, that were divided into 12 mixtures of different materials and water content, which were then tested for flexural strength and compared. Facilities for experiments were provided at Mannvit's experimental laboratory and all practical work prepared there. No noticeable difference or improvement were measured on 3 out of 4 recipes, yet one of the 4 mixes stood out most prominently. 72 bricks were made in 160mm × 40mm × 40mm moulds designed for concrete samples, which are made for flexural strength measurements and pressure measurement in a 2000 kN Tinius Olsen press. The compressive strain measurement was not possible due to a failure in the press, and therefore the flexural strength measurements were used to compare the samples. The results in this study shows that the flexural strength of hempcrete can be strengthened with a mixture of silica dust and basalt.

Þessa ritgerð vil ég tileinka börnunum mínum tveim Freyju Líf og Iðunni Ósk sem hafa gefið mér þolinmæði og styrk til að komast í gegnum þetta nám.

Efnisyfirlit

Myndir ...... ix

Töflur ...... xi

Þakkir ...... xiii

1 Inngangur ...... 1 1.1 Bakgrunnur ...... 1 1.2 Náttúruleg byggingarefni ...... 2 1.2.1 Umhverfisáhrif ...... 2 1.3 Markmið og aðferðafræði og uppbygging ritgerðar ...... 3

2 Fræðilegur bakgrunnnur ...... 5

3 Efni og áhöld ...... 9 3.1 Efni ...... 9 3.1.1 Hamp trefjar ...... 9 3.1.2 Kalksteinn ...... 9 3.1.3 Basalt...... 10 3.1.4 Kísilryk ...... 11 3.2 Áhöld og búnaður ...... 12

4 Framkvæmd ...... 15 4.1 Viðmiðunaruppskrift ...... 15 4.1.1 Þjöppun og fylla mót ...... 17 4.2 Hampsteypa með kísilryki ...... 18 4.3 Hampsteypa með Basalt mélu ...... 18 4.4 Hampsteypa með kísilryki og basalt mélu ...... 19

5 Niðurstöður úr beygjutogstyrks mælingum ...... 21 5.1 Hrá hampsteypa ...... 21 5.2 Kísilryk sem bætiefni ...... 22 5.2.1 -10% kalksteinn +10% kísilryk ...... 22 5.2.2 -20% kalksteinn +20% kísilryk ...... 23 5.3 Basalt sem bætiefni ...... 24 5.3.1 -20% Kalksteinn +10% Basalt ...... 24 5.3.2 -20% Kalksteinn +20% Basalt ...... 25 5.4 Kísilryk og Basalt sem bætiefni ...... 25 5.5 Samanburður á blöndum ...... 26

6 Ummræður ...... 29 6.1 Hrá hampsteypa ...... 29 6.2 Kísilryk sem bætiefni ...... 29 6.3 Basalt sem bætiefni ...... 29 6.4 Kísilryk og basalt sem bætiefni ...... 30

6.5 Samanburður ...... 30

7 Ályktanir og Lokaorð ...... 33

8 Heimildir ...... 35

Viðauki A ...... 37

Viðauki B ...... 39

Viðauki C ...... 45

Myndir

Mynd 1.1 Kubbur steyptur úr hampsteypu ...... 2

Mynd 2.1 Skýringarmynd sem sýnir hvernig vélin skapar beygjuvægi sem svo veldur beygjutogsálagi. Einingar á mynd eru allar í cm ...... 5

Mynd 2.2 Spennur vegna beygjuvægis í bita með ferningslaga þversniði. Mynd fengin af vef Qoura ...... 6

Mynd 2.3 Tinius Olsen pressan tilbúin til notkunnar ...... 7

Mynd 2.4 Tinius Olsen pressan rétt eftir mælingu ...... 7

Mynd 3.1 Hamptrefjar frá Wolf Jordan...... 9

Mynd 3.2 Vatnaður kalksteinn frá Wolf Jordan ...... 10

Mynd 3.3 Basaltméla frá BM Vallá ...... 11

Mynd 3.4 Kísilryk frá Járnblendingu á Grundartanga ...... 11

Mynd 3.5 Steypumót ...... 12

Mynd 3.6 Áhöld ...... 12

Mynd 3.7 Tinius Olsen Pressa ...... 13

Mynd 4.1 Efniviður í uppskrift frá seljanda ...... 16

Mynd 4.2 Hrærð hampsteypa ...... 16

Mynd 4.3 hampsteypa í mótum ...... 17

Mynd 4.4 Hampsteypa ...... 17

Mynd 4.5 hampsteypa með kísilryki ...... 18

Mynd 4.6 Hampsteypa með basaltmélu ...... 19

Mynd 4.7 Hampsteypa með kísilryki og basalt mélu ...... 19

Mynd 6.1 Samanburður á sýnum ...... 30

Mynd 6.2 Meðal beygjutogstyrkur uppskrifta m.t.t. staðalfráviks ...... 31

Töflur

Tafla 4.1 Uppskriftir ...... 15

Tafla 5.1 Hrá hampsteypa 500ml af vatni ...... 21

Tafla 5.2 Hrá hampsteypa 520ml af vatni ...... 22

Tafla 5.3 Hrá hampsteypa 540ml af vatni ...... 22

Tafla 5.4 Kísilryk 10% 500ml af vatni ...... 22

Tafla 5.5 Kísilryk 10% 520ml af vatni ...... 23

Tafla 5.6 Kísilryk 20% 500ml af vatni ...... 23

Tafla 5.7 Kísilryk 20% 520ml af vatni ...... 23

Tafla 5.8 Basalt 10% 500ml af vatni ...... 24

Tafla 5.9 Basalt 10% 520ml af vatni ...... 24

Tafla 5.10 Basalt 20% 500ml af vatni ...... 25

Tafla 5.11 Kísilryk 10% og Basalt 10% 480ml vatn ...... 25

Tafla 5.12 Kísilryk 10% og Basalt 10% 500ml vatn ...... 26

Tafla 5.13 Meðaltalstafla. Hrá hampsteypa ...... 26

Tafla 5.14 Meðaltalstafla. Basalt Uppskrift ...... 26

Tafla 5.15 Meðaltalstafla. Kísilryks Uppskrift ...... 27

Tafla 5.16 Meðaltalstafla. Bæði kísilryk og basalt Uppskrift ...... 27

Tafla 5.17 Samanburður á öllum uppskriftum ...... 27

Þakkir

Margir góðir einstaklingar höfðu áhrif úr hinum ýmsu áttum til að gera þetta verkefni að veruleika og vil ég þakka þeim öllum kærlega fyrir samstarfið, vil ég nefna Wolf Jordan fyrir góðar ábendingar, selja og senda mér hráefnið. Guðbjart Jón Einarsson fyrir að hleypa mér að rannsóknarstofunni og gefa mér góð ráð. Burkna Pálsson fyrir ómetanlega leiðsögn. Hróðmar Helga Helgason, Bjarngerði Björnsdóttir, Helga Júlíus Óskarsson, Bryndís Eir Þórisdóttir og Daníel Sævarsson vil ég þakka fyrir ómetanlegan stuðning og þolinmæði. Einnig vil ég þakka fyrirtækjunum Jordan & co., Mannvit, BM Vallá og Nýsköpunar- miðstöð Íslands.

1 Inngangur 1.1 Bakgrunnur

Notkun hamps ( Sativa L.) á sér langa, áhugaverða sögu og og hefur plantan verið nýtt í allt að 12.000 ár í Asíu. Kínverskar heimildir tala um að hampurinn hafi verið notaður og ræktaður seinnihluta steinaldar í þorpi í Taívan fyrir allt að 10.000 árum, þá aðallega til matar og trefja framleiðslu, og hefur plantan verið kennd við guði og galdra í gegnum tíðina vegna fjölbeitts notkunar gildis hennar, ásamt áhrifa efnasamsetninga í henni sem notast er við meðal annars í lækningarskyni í dag [1]. Vesturlöndin eiga sér líka töluverða sögu um notkun á hampi og má þar nefna eitt af bróðurlöndum okkar, Noreg. Noregur á sér langa sögu sem tengist iðnaðarhampi. Þar voru hamp akrar á víkingatímum sem voru þá taldir hafa verið aðallega fyrir trefja framleiðslu og var þeim veitt ákveðin virðing þegar ferðast var í kringum eða framhjá ökrunum. Fornleifar sem tengjast hampræktun Noregs vekja líka athygli og er einna helst að nefna fornleifafund sem er nefndur við Osberg drottninguna sem fannst í Vestfold. Þar voru grafnar upp tvær konur sem taldar eru hafa dáið í kringum árið 850 e.Kr., og höfðu þær efnivið úr hampi meðferðis. Önnur þessara kvenna var sögð vera hofgyðja hinnar norrænu blótgyðju Freyju og fundust hampfræ í fórum hennar [2].

Hampur hefur lengi verið notaður í hinar ýmsu afurðir, þá aðallega í textíl, pappa, mat, eldsneyti, lyf, og í byggingariðnað svo fátt eitt sé nefnt. Biblíur og annar texti sem telst mikilvægur var prentaður á hamp pappír, og er sagt að það sem er prentað á slíkan pappír eða unnið úr hamptrefjum sé ætlast til að endist betur en annar pappi og textíl, því að hampurinn þolir mikið hnjask vegna hversu sterkar trefjarnar eru og pappírinn gulnar ekki. Segl, reipi og fatnaður var oft gerður úr hampi hér áður fyrr og spilaði hann lykilhlutverk í stríðum Bandaríkjamanna gegn hinum ýmsu þjóðum. Má því segja að hampurinn hafi haft gríðarleg áhrif á framleiðslu og notkunargildi hinna ýmsu hluta, áður enn að bómullin og önnur óumhverfisvænni efni tóku yfir hinum stóra og fjölbreytilega markaði sem hampurinn gat gefið frá sér [3].

Byggingarefni úr náttúrlegum afurðum t.d hampi hafa verið notaðar í þúsundir ára, og eru að færast í aukana í Evrópu. Hægt er að rífa trefjar hampsins niður og blanda með kalkstein til að búa til efni sem nefnist hampsteypa og er hún einn af umhverfisvænni byggingar- afurðum sem hægt er að velja. Hampsteypan hefur marga eftirsótta eiginleika og ef rétt er farið með efniviðinn þá er hann einkum hentugur til bygginga á veggjum í íbúðarhúsum og er það einna helst vegna hversu sveigjanlegar og sterkar trefjar hampurinn inniheldur, einstakir öndunareiginleikar sem valda því að hann er myglu frír og getur haldið raka og hitastigi innanhúss á kjör aðstæðum ef rétt er farið með efnið. Veggir sem eru steyptir úr hampsteypu brenna ekki og er hampsteypa sögð eldvarin. Hampurinn hefur jákvæð áhrif á umhverfið bæði í ræktun og eftir að byggt er úr honum, þá sérstaklega með tilliti til losunar á koltvíildi CO2 [4][5].

Hér á Mynd 1.1 má sjá lokaafurð í formu hampsteypukubbs úr uppskrift sem mælt var með frá seljanda hamptrefjanna (Wolf Jordan) og er þessi kubbur tilbúinn til notkunar sem múrsteinn eða til rannsókna eins og gert var í þessu verkefni.

1

Mynd 1.1 Kubbur steyptur úr hampsteypu 1.2 Náttúruleg byggingarefni

Mikilvægi náttúrulegra byggingarefna hefur færst hratt í aukana á síðustu árum með hlýnun jarðar, og samkvæmt Evrópska efnahags sambandinu þá er byggingariðnaðurinn ábyrgur fyrir 36% af losun gróðurhúsalofttegunda [6].

Plantan sem er einna mest notuð í byggingar sem náttúruleg afurð er iðnaðar hampur, hentugleiki hampsins er óneytanlega mikill, hann vex mjög hratt og nær plantan fullum vexti á aðeins 3-4 mánuðum, hampurinn er svo þurrkaður, trefjar aðskildar, tættar, blandaðar kalkstein og vatni, þessi blanda nefnist hampsteypa. Framleiðslu ferlið á hampi krefst lítilla orkunotkunar og CO2 losunar. Má segja að hampurinn virki eins og kolefnis svelgur, en allt að 50% af heildarþyngd plöntunar eru kolefni og getur eitt tonn af hamp hálmi geymt 1,83 tonn af CO2. Rannsóknir á hamp sem byggingarefni hafa aukist og er verið að einblína á að styrkja og betrumbæta eiginleika hans sem og að reyna að gera steinsteypu náttúrulegri og sveigjanlegri.

Styrksviðmiðið sem notast hefur verður við í þessu verkefni er komið úr svipaðri rannsókn, sjá [7], rannsókn sem Raluca Fernea et al gerðu í octóber 2017, en þá náðu þau að auka þrýstistyrkinn 5 til 10 falt með því að bæta við efnum úr náttúrunni. Efnin sem notast var við voru blöndur af muldum eldfjallasteinum (perlite og vermiculite), gips, og hvítt sement. Viðmið þeirra var að það væri vitað að hamptrefjar geti gefið steypu allt að 14% meiri beygjutogstyrk, og var mælt hámark beygjutogstyrks eftir 28 daga þornun 0,1 N/mm2 og eftir 90 daga þornun var beygjustyrkurinn orðinn 0,2 N/mm2 [7].

1.2.1 Umhverfisáhrif

Losun gróðurhúsaloftegunda hefur aukist hratt í gegnum árinn á Íslandi. Samkvæmt Landsskýlu Umhverfisstofnunar (National Inventory Report) þá hefur losun frá iðnaði aukist úr 26% til 42% frá árunum 1990 til 2015 og var heildarlosun Íslands árið 2016 (án losunar frá landnotkun og skórægt (LULUCF)) 4,669 kílótonn af CO2 [8]. Í heiminum

2 nýtir byggingariðnaðurinn 40% og eru iðngreinar einna helsti þáttur mengunar sem skilur eftir sig 0.7-1 tonn af úrgangi á hvern íbúa á ári [9]. 1.3 Markmið og aðferðafræði og uppbygging ritgerðar

Markmið þessa verkefnis er reyna að betrumbæta hampsteypu uppskrift sem er nú þegar í notkun hjá þeim byggingaraðilum sem sérhæfa sig í að byggja úr hampi, og mun vera leitast til að nota umhverfisvæn íblöndunarefni til að styrkja hampsteypuna. Mismunandi uppskriftir hampsteypu verða bornar saman á grundvelli beygjuþolsstyrks. Gullna reglan af hrári hampsteypu uppskrift er sögð 4:1:1 og er þá verið að tala um rúmmál hvers efniviðar fyrir sig eða 4 hlutar trefjar á móti 1 hlut af kalksteini og 1 hlut vatns. Efnin sem notast verður við til rannsóknar eru hamptrefjar og vatnaður kalksteinn, Ca(OH)2, sem bæði eru innflutt frá Belgíu frá fyrirtæki sem heitir Wolf Jordan. Mannvit og BM Vallá gáfu kísilryk og basalt sem bætiefni útí hina upprunalegu uppskrift. Með þessum íblöndunarefnum verður reynt að styrkja hampsteypuna enn frekar til að ýta undir beygjutogstyrk og þrýstistyrk með því markmiði að halda í sveigjanleika trefjanna eftir að búið er að byggja. Aðstaða til verksins var veitt hjá rannsóknarstofu mannvits og má sjá skipulagsplan verklega þáttarins í viðauka A. Vélin sem mælingarnar voru gerðar á er frá Tinius Olsen og getur hún beitt sýni allt að 2000 kN eða 203,94 tonn af pressu eða togi.

Steypusýnin verða öll látin þorna í nákvæmlega 28 daga og munur þeirra mældur og skráður niður. Forritið sem safnar upplýsingum fyrir Tinius Olsen vélinna heitir Horizon. Horizon forritið sendir svo hrá gögn í Microsoft Excel þar sem verður unnið með þau. Excel og forritið Beam (finnst á beam.com) eru svo notuð til að búa til gröfin og töflurnar. Notast verður við sömu viðmið og Racula Fernea et al eins og vitnað er í kafla 1.2.

Uppbygging ritgerðarinnar er eftirfarandi: í kafla 2 er farið yfir fræðilega bakgrunn verkefnisins. Í kafla 3 er þeim hráefnum, áhöldum og tækjabúnaði sem notast var við í þessari rannsókn lýst. Hvert efni fyrir sig er útskýrt og myndir notaðar til útskýringa. Í kafla 4 er svo uppskriftunum lýst og hvernig staðið var að framkvæmd hræringar og steypunar í mót. Í kafla 5 eru birtar niðurstöður úr beygjutogstyrksmælingum á hverri uppskrift fyrir sig, ásamt samnburði á mismunandi blöndum. Niðurstöðurnar og óvæntar hindranir sen upp komu eru ræddar í kafla 6 og að lokum má finna ályktanir og lokaorð í kafla 7.

3 4 2 Fræðilegur bakgrunnnur

Í þessari rannsókn var ætlunin að nota tvær eðlisfræðilegar stærðir til að meta styrk hampsteypunnar sem eru beygjutogstyrkur og þrýstistyrkur. Vegna vandamála sem upp komu með tækjabúnað sem notaður var til að mæla þessar stærðir reyndist eingöngu unnt að mæla beygjutogstyrkinn. Steinsteypa þolir mjög hátt þrýstiálag en mjög illa beygjutogsálag svo það má segja að mikilvægara sé að geta mælt beygjutogstyrkinn.

Beygjutogstyrkur er mælikvarði á það hversu vel steypan þolir beygjutogsálag. Beygjutogsálag/spenna verður til þegar hlutur verður fyrir beygjuvægi (e. bending moment) í þversniði sínu. Vélin sem mælir beygjutogstyrkinn skapar beygjuvægið eins og Mynd 2.1 sýnir.

Mynd 2.1 Skýringarmynd sem sýnir hvernig vélin skapar beygjuvægi sem svo veldur beygjutogsálagi. Einingar á mynd eru allar í cm

Líta má á sýnið (steypukubbinn) sem bita sem hvílir á tveimur einföldum undirstöðum, önnur þessara undirstaðna er ekki föst heldur getur hreifst örlítið upp og niður til að tilla kubbinum fyrir pressu. Vélin beitir svo stökum krafti mitt á milli undirstaðanna með því að pressa stöng ofan á bitann. Mesta beygjuvægið sem skapast er hægt að reikna í þessu einfalda tilfelli sem

(1) þar sem er fjarlægðin á milli undirstaða og er krafturinn ýtir ofan á bitann. Mesta beygjutogsálagið er reiknað með „flexure“ formúlunni sem

(2)

5 þar sem er fjarlægðin frá miðju bitans að ysta fleti á yfirborði, í þessu tilfelli hálf hæð þversniðsins, og er tregðuvægi þversniðsins,

(3) þar sem b og h eru breidd og hæð þversniðsins. Fyrir tilfellið á myndinni með og verður endanlega formúlan fyrir beygjutogsálaginu

(4) Beygjutogsálagið veldur tog/þrýstiálagi eftir langsumás bitans og hefur dreifingu eins og Mynd 2.2 sýnir

Mynd 2.2 Spennur vegna beygjuvægis í bita með ferningslaga þversniði. Mynd fengin af vef Qoura

Ef álagið á bitann leitast við að sveigja hann niður eins og á Mynd 2.1 fáum við þrýstiálag í efri hluta bitans og togálag í neðri hluta hans þar sem bitinn styttist að ofan miðju og lengist að neðan miðju. Eins og áður sagði þolir steypa mjög illa að vera tosuð í sundir og þolir togálagið sem beygjuvægið myndar illa og því er það hentugur mælikvarði í styrk steypunnar. Kubbarnir eru allir látnir þorna í 28 daga áður enn að byrjað verður að prófa þá í Tinius Olsen pressunni. Myndir 2.3 og 2.4 sýna pressuna fyrir og eftir mælingu. Formúlan sem Horizon forritið notar til að finna út beygjutogstyrkinn er sama formúla og var leidd út hér að ofan eða eins og hún er birt í handbók pressunar,

(5) þar sem:

• = beygjutogstyrkur í MPa,

• b = lengd hliðar á kubb sett inn í mm, • = krafturinn sem leggst á kubbinn frá miðju og er mældur í Newton og

• = lengdin á milli sívalninganna sem bera kubbinn.

6 Einingunni er svo breytt úr MPa í N/mm2 sem er jafngild eining og hafa beygjutogsálagsmælingarnar sem notaðar eru í samanburði þessa einingu. Einnig er krafturinn sem skapar beygjuvægið mældur og skráður.

Þrátt fyrir að Tinius pressan ráði við að skapa 2000 kN þrýstikraft, þá getur hún aðeins beitt upp að 10 kN krafti til að skapa beygjuvægið. Nákvæmnin í beygjutogstyrkmælingum er upp á ± 1,0% af kraftinum sem pressan beitir til að skapa beygjuvægið.

Mynd 2.3 Tinius Olsen pressan tilbúin til notkunnar

Mynd 2.4 Tinius Olsen pressan rétt eftir mælingu

7

8 3 Efni og áhöld 3.1 Efni

Efnin sem voru notuð í þessari tilraun eru bæði af erlendum og innlendum uppruna. Þau efni sem flutt voru inn eru hamptrefjar og kalksteinn frá Belgíu. Basalt méla fékkst hjá BM Vallá og kísilryk fékkst hjá Mannvit.

3.1.1 Hamp trefjar

Hamptrefjar hafa einstaka eiginleika og teljast hagkvæmar til byggingariðnaðar. Hampur er þá oftast notaður til styrkingar eða einangrunar. Styrkur hamps felst í togstyrk trefjanna og hversu vel hann þolir alkalísk umhverfi. Einnig hefur hann líka einstaka einangrunar- eiginleika, veitir góða hljóðeinangrun og heldur kjörhitastigi vel. Ef byggt er úr honum og hráefni meðhöndlað rétt má segja að byggingin sé kolefnisbindandi og rakastillandi fyrir umhverfið [10]. Á Mynd 3.1 má sjá hamp trefjarnar frá Jordan&co. sem notast var við í þessu verkefni.

Mynd 3.1 Hamptrefjar frá Wolf Jordan

3.1.2 Kalksteinn

Kalsíumkarbónat er efnasamband með formúluna CaCO3 og er það unnið úr setbergs- tegund sem nefnist kalksteinn. Kalkstein hefur verið notaður öldum saman í byggingar, var hann að fyrstu settur út í sementblöndur og var lengi haldið að hann væri tiltölulega óvirkt fylliefni. Þegar farið var að rannsaka þetta á tíunda áratugnum kom í ljós að hann hefur

9 jákvæð áhrif á steypublöndurnar sem hann er settur í og gefur aukinn þrýstistyrk og hefur hann bestu virkni sem fylliefni í steypu þegar hann er 30%-50% af rúmmáli hennar [11].

Í þessu verkefni er notast við kalkstein sem er vatnaður eða kalsíum hýdroxíð (Ca(OH)2) og er hann pH 12,4 við stofuhita samkvæmt MSDS (Material Safety Data sheet) sem sjá má í viðauka B. Forðast skal alla snertingu og innöndun efnisins, og gæta mikillar varúðar við meðferð þess vegna áhættu á á lungnasemdum, efnabruna á húð og augnskaða sem getur í verstu tilfellum leitt til blindu. Mikilvægt er að leita strax til læknis leiki grunur um snertingu eða önnur smit á einn eða annan hátt. Kalksteinninn sem notaður var í rannsóknina sést á Mynd 3.2 hér að neðan.

Mynd 3.2 Vatnaður kalksteinn frá Wolf Jordan

3.1.3 Basalt

Basalt eða blágrýti er algengasta bergtegund jarðar og sú bergtegund sem Ísland er að mestu hluta úr [12]. Basalt hefur verið notað í iðnaði og þá aðallega í byggingar- og vegaframkvæmdum. Basalt er nánast undantekningalaust það fylliefni sem er notast við sé verið að tala um innlend fylliefni. Það hefur reynst vel að mylja blágrýtið niður, og er það notað til styrkingar eða sem fylliefni [13]. Hér á Mynd 3.3 má sjá basalt mélu/mulið blágrýti sem fékkst frá tilraunastofu BM Vallá.

10

Mynd 3.3 Basaltméla frá BM Vallá

3.1.4 Kísilryk

Kísilryk er eitt af mikið notuðum íblöndunarefnum fyrir steinsteypu og er það gert til að auka þéttleika og minnka fasaskil. Kísilrykið hefur góð áhrif á almenna steinsteypu og er það mikið notað hérlendis til styrkingar á steyptum mannvirkjum. Kísilrykið sem er notast við hérlendis er oftast auka afurð iðnaðar sem annars myndi losa það út í umhverfið með tilheyrandi mögulegum heilsufarsvandamálum sem því fylgja, eins og t.d. kísillunga. Kísilryk er einn af aðal mengunarvöldum frá málmblendiverksmiðjum [14]. Kísilrykið sem sést hér á Mynd 3.4 kemur frá Járnblendiverksmiðunni á Grundartanga.

Mynd 3.4 Kísilryk frá Járnblendingu á Grundartanga

11 3.2 Áhöld og búnaður

Allur upptalinn búnaður og áhöld koma frá Rannsóknarstofu Mannvits sem sést á Myndum 3.5-3.7.

• Vélar: Hrærivél og Tinius Olsen Pressa.

• Grunnáhöld: vog, 10st steypumót fyrir 3 kubba í einu:160mm×40mm×40mm, mæliglas, skeið, sleikja, tréhamar, bakki og skál.

• Hlífðarfatnaður: sloppur, gleraugu, latexhanskar, vinnuhanskar, rykgríma, og öryggisskór með stáltá.

Mynd 3.5 Steypumót

Mynd 3.6 Áhöld

12

Mynd 3.7 Tinius Olsen Pressa

13 14 4 Framkvæmd

Í næstu undirköflum verður hinum mismunandi uppskriftum hampsteypu lýst og hvernig staðið var að framkvæmd blöndunar, hræringar og steypun í mót. Hinar mismunandi uppskriftir hampsteypu sem notaðar voru í þessari rannsókn má sjá í töflu 1.

Tafla 4.1 Uppskriftir

Uppskriftir Trefjar Kalksteinn kísilryk Basalt Bætir Vatn Afgangur

Hrá hampsteypa 500ml af 200g 350g 0g 0g 42g 500ml 87.9g vatni Hrá hampsteypa 520ml af 200g 350g 0g 0g 42g 520ml 76.26g vatni Hrá hampsteypa 540ml af 200g 350g 0g 0g 42g 540ml 67.18g vatni Kísilryk 10% 500ml af vatni 200g 332g 57g 0g 42g 500ml 70.16g Kísilryk 10% 520ml af vatni 200g 332g 57g 0g 42g 520ml 104.09g Kísilryk 20% 500ml af vatni 200g 280g 114g 0g 42g 500ml 106.1g kísilryk 20% 520ml af vatni 200g 280g 114g 0g 42g 520ml 130.5g Basalt 10% 500ml af vatni 200g 280g 0g 97g 42g 500ml 68g Basalt 10% 520ml af vatni 200g 280g 0g 97g 42g 520ml 85g Basalt 20% 500ml af vatni 200g 280g 0g 194g 42g 500ml 115.2g Bæði 10%+10% 480ml af 200g 280g 57g 97g 42g 480ml 69.2g vatni Bæði 10%+10% 500ml af 200g 280g 57g 97g 42g 500ml 71.3g vatni

Viðmiðunaruppskriftirnar sem lýst er í kafla 4.1 að neðan eru notaðar sem viðmið til að sjá hvort að það náðist að betrumbæta beygjutogstyrkinn. 4.1 Viðmiðunaruppskrift

Í fyrstu uppskrift var innihald hræringar það sama og seljandi mældi með eða í hlutföllum 4:1:1 með tilliti til rúmmáls. Uppskrift af klassískri hampsteypu eftir vigtun innihaldsefna væri þá 200 g af trefjum á móti 350 g af kalkstein og 500 g af vatni. Mælt er með að setja kalkbæti í blönduna og voru sett 42 g í samráði við seljanda (Wolf Jordan). Byrjað er að vigta hráefnin í skálar og bakka. Vatn er svo haft til hliðar í mæliglasi, sjá Mynd 4.1.

15

Mynd 4.1 Efniviður í uppskrift frá seljanda

Þurrefnin eru sett í skál og hrærð saman í rúma mínútu í hrærivél áður en að vatnið fer útí. Vatn er svo sett samanvið í þremur skömmtum og til að tryggja jafna áferð er skafið upp úr botninum á milli vatnsskammta. Gerðir voru 3 hræriumgangar með mismunandi vatns innihaldi, 500 ml, 520 ml og að lokum 540 ml. Ástæða þess er sú að þegar unnið er með hampsteypu þá getur verið mismunur á hversu mikið vatn trefjarnar taka á milli framleiðslna, en það er vegna þess að hamptrefjarnar eru holar að innan og stærð þeirra frekar misjöfn. Trefjarnar gefa steypublöndunni frekar hrátt yfirbragð eins og sést greinilega á Mynd 4.2 og á Mynd 4.3 þar sem steypublandan er komin í mót.

Mynd 4.2 Hrærð hampsteypa

16 Mynd 4.3 hampsteypa í mótum

4.1.1 Þjöppun og fylla mót

Þegar búið er að hræra í blönduna þarf að hafa mótin tilbúin. Mótin eru fyllt upp að 2/3 og þá er tekinn tréhamar eða annað hentugt áhald og pressað léttilega á. Reynt er að hafa þetta nokkurn vegin jafnt og létt pressað en það getur reynst erfitt vegna smæðar á kubbum og stærð hamp trefjanna. Sett er í mótin í 2-3 lögum og pressað á milli til að reyna að mynda svipaða uppröðun í trefjunum eins og er í hampsteypu sem er notuð til bygginga. Veggir sem steyptir eru úr hampsteypu eru þjappaðir á 10-15 cm millibili og því er ráðlagt að setja í mótin í nokkrum umferðum. Þegar mótin eru orðin slétt full miðað við yfirborðsbrún móta, ekki framlengingar eins og sést á mynd 4.3, eru þau sett á öruggan stað til að þorna. Mikilvægt er að það sé ekki mikill kuldi eða raki í loftinu þar sem þurrkað er, því hampsteypan dregur í sig rakann og getur það lengt þurrkferlið verulega séu aðstæður ekki réttar.

Hver hræriumgangur gefur 6 kubba og voru gerð 18 stykki af hamp steypu án auka fylliefna sem eru flokkaðir eftir vatnsmagni í hverri uppskrift fyrir sig og sjást þeir á Mynd 4.4.

Mynd 4.4 Hampsteypa

17 4.2 Hampsteypa með kísilryki

Þessi uppskrift er eins og viðmiðunaruppskriftin nema hvað kísilryki er skipt út fyrir hluta af kalksteininum. Gerðar voru tvær uppskriftir þar sem 10% og 20% af rúmmáli kalksteinsins var skipt út fyrir sama rúmmál af kísilryki. Fjórir hræriumgangar voru gerðir, tveir af hvorri þurrefnauppskrift og hvor um sig með annars vegar 500ml af vatni og hins vegar með 520ml af vatni. Vísað verður í þessar uppskriftir sem „+10% kísilryk -10% kalksteinn“ og „+20% kísilryk -20% kalksteinn“. Steyptir voru 12 kubbar af hvorri uppskrift, sex kubbar með 500 ml af vatni og sex kubbar með 520ml af vatni, eða 24 kubbar í heildina. Mynd 4.5 sýnir hampsteypu bætta með kísilryki.

Mynd 4.5 hampsteypa með kísilryki 4.3 Hampsteypa með Basalt mélu

Í þriðju uppskriftinni var notast við basalt mélu sem íblöndunarefni og var það gert í n.k.l sömu hlutföllum og í kísilryksuppskriftunum nema nú er kalksteininum skipt út fyrir basalt méluna í stað kísilryks. Voru gerðir 3 hræriumgangar af þessari blöndu en ekki 4 eins og í kísilryksuppskriftinni því að það sást á áferðinni á 20% 500ml blöndunni að blandan var ekki að fara að taka við mikið meira vatni, og miðað við kísilrykshræriumganginn daginn áður, þar sem að prófað var að setja 20% af kísilryki með 520ml af vatni var sjáanlegt að vatns magnið væri nálægt hámarki. Steyptu kubbana má sjá á Mynd 4.6.

18

Mynd 4.6 Hampsteypa með basaltmélu 4.4 Hampsteypa með kísilryki og basalt mélu

Í fjórðu uppskriftinni var prófað að setja bæði kísilryk og basalt útí upprunalegu uppskriftina með -20% af kalkstein og þá + 10% kísilryk og + 10% basalt. Sú uppskrift tók við mun minna vatni enn hinar og var því hrært í tvo umganga, einn með 480ml af vatni og hinn með 500ml sem gera 12 kubba samtals sem sjá má hér á Mynd 4.7.

Mynd 4.7 Hampsteypa með kísilryki og basalt mélu

19 20 5 Niðurstöður úr beygjutogstyrks mælingum

Í þessum kafla eru birtar niðurstöður beygjutogstyrksmælinga sem búið er að vinna úr, færa í gröf og töflur. Tvær tegundir af gröfum voru gerð fyrir hvern kubb, eitt sem sýnir álag/kraft sem fall af tíma, og annað sem sýnir þriggja punkta beygjutogsálagsmælingu í MPa sem fall af tíma, þar sem tími er mældur í mínútum og einnig færslu búnaðar til hliðsjónar. Færslan er mæld í mm og er þá tekið fram hversu mikil færslan er frá byrjunarpunkt fram að snertingu búnaðar við sýni (þegar álag byrjar) , færslan er einnig mæld fyrir annan undirstöðu sívalinginn og er það merkt inná töflu sem undirstöðufærsla. Búnaðurinn skráir sjálfvirkt 500 mælipunkta fyrir að hámarki 5mm færslu niður sem er færslan í sömu átt og krafturinn, og hámarks álagstíma upp á 5 mínútur. Hægt er að sjá gröfin sem búin voru til úr hráum tölum frá Horizon mæliforritinu fyrir hvern kubb fyrir sig í viðauka C. Töflurnar í köflunum hér á eftir eru sýna samantekt af hámarksgildum mælistærða fyrir kubbana. 5.1 Hrá hampsteypa

Tafla 5.1 Hrá hampsteypa 500ml af vatni

Uppskrift: Hrá hampsteypa 500 Kubbur Kraftur (N) Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm)

1 62.9 0.15 1.69 1.223 1.028 2 102 0.24 1.87 1.011 2.014 3 108.6 0.25 0.88 0.899 1.064 4 91.8 0.22 1.43 1.053 1.409 5 62.3 0.15 0.13 0.784 0.257 6 Ómarktæk mæling Meðaltal: 85.52 0.202 1.2 0.994 1.1544

21 Tafla 5.2 Hrá hampsteypa 520ml af vatni

Uppskrift: Hrá hampsteypa 520 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm)

1 56.4 0.13 1.56 1.19 0.959 2 79.7 0.19 1.68 0.98 1.177 3 42 0.1 0.44 1.487 0.319 4 37.5 0.09 1.62 1.521 0.936 5 53.5 0.13 0.37 1.093 0.296 6 Ómarktæk mæling

Tafla 5.3 Hrá hampsteypa 540ml af vatni

Uppskrift: Hrá hampsteypa 540 Kubbur Kraftur (N) Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) 1 42.5 0.1 1.97 1.117 1.157 2 45.7 0.11 0.25 1.053 0.24 3 Ómarktæk mæling 4 40.7 0.1 1.59 1.621 0.891 5 74.3 0.17 1.58 1.022 1.101 6 Ómarktæk mæling Meðaltal: 51.54 0.352 1.422 1.1826 0.888

5.2 Kísilryk sem bætiefni

5.2.1 -10% kalksteinn +10% kísilryk

Tafla 2.4 Kísilryk 10% 500ml af vatni

Uppskrift: Kísill 10% 500 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) 1 77.3 0.18 3.35 1.111 2.006 2 66.1 0.15 2.93 1.499 1.605 3 90.3 0.21 2.91 0.95 2.603 4 121 0.28 3.32 1.002 3.538 5 91.4 0.21 2.58 1.046 2.39 6 98.6 0.23 3.9 1.004 3.374 Meðaltal: 90.783 0.21 3.165 1.102 2.586

22

Tafla 5.5 Kísilryk 10% 520ml af vatni

Uppskrift: Kísill 10% 520 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm)

1 64 0.15 2.25 1.147 1.382 2 92.8 0.22 2.09 0.972 2.071 3 59.3 0.14 3.39 1.108 1.926 4 82.7 0.19 3.79 0.971 2.466 5 73.1 0.17 2.64 1.085 2.628 6 71.6 0.17 3.28 0.968 3.141

5.2.2 -20% kalksteinn +20% kísilryk

Tafla 5.6 Kísilryk 20% 500ml af vatni

Uppskrift: Kísill 20% 500 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) 1 75.2 0.18 4.41 1.001 4.073 2 65.5 0.15 4.43 0.892 3.878 3 70.35 0.165 4.42 0.9465 3.9755 4 62.4 0.15 1.34 1.176 0.873 5 69.2 0.16 0.61 1.035 0.497 6 76.5 0.18 1.55 1.016 1.522 Meðaltal: 69.858 0.164 2.793 1.011 2.470

Tafla 5.7 Kísilryk 20% 520ml af vatni

Uppskrift: Kísill 20% 520 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm)

1 41.6 0.1 0.33 1.323 0.257 2 38.1 0.09 0.93 1.123 0.613 3 55.4 0.13 1.01 1.045 0.777 4 51.9 0.12 2.94 1.09 2.467 5 50.5 0.12 0.92 1.279 0.571 6 45.8 0.11 1.7 1.195 1.011 Meðaltal: 47.217 0.112 1.305 1.176 0.949

23

5.3 Basalt sem bætiefni

5.3.1 -20% Kalksteinn +10% Basalt

Tafla 5.8 Basalt 10% 500ml af vatni

Uppskrift: Basalt 10% 500 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) 1 58.4 0.14 1.79 1.19 1.046 2 70.3 0.16 3.3 0.978 1.943 3 46.3 0.11 1.41 1.052 0.974 4 67.8 0.16 1.09 0.989 0.807 5 69.2 0.16 0.61 1.035 0.497 6 88 0.17 2.3 0.987 1.902 Meðaltal: 66.667 0.150 1.750 1.039 1.195

Tafla 5.9 Basalt 10% 520ml af vatni

Uppskrift: Basalt 10% 520 Kubbur Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími nr: (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm)

1 81.6 0.19 1.54 0.998 1.176 2 106.3 0.25 2.4 0.986 2.528 3 63.9 0.15 2.21 0.966 1.785 4 55.4 0.13 2.64 1.008 1.625 5 58.2 0.14 2.47 0.926 1.59 6 68.8 0.16 3.39 0.916 2.823 Meðaltal: 72.367 0.170 2.442 0.967 1.921

24 5.3.2 -20% Kalksteinn +20% Basalt

Tafla 5.10 Basalt 20% 500ml af vatni

Uppskrift: Basalt 20% 500 Kubbur Kraftur Álag (3 Færsla Færsla Tími nr: (N) Pt (mm) Undirstaða (mín) Flexure) (mm) (MPa) 1 Ómarktæk mæling 2 49 0.11 3.16 1.155 1.737 3 54.6 0.13 1.21 1.151 0.756 4 61.6 0.14 2.12 1.045 1.292 5 89.1 0.21 1.03 1.054 0.807 6 72.1 0.17 1.36 1.002 0.954 Meðaltal: 65.280 0.152 1.776 1.081 1.109

5.4 Kísilryk og Basalt sem bætiefni

Tafla 5.11 Kísilryk 10% og Basalt 10% 480ml vatn

Uppskrift: Kísill og Basalt 480 Kubbur Kraftur Álag Færsla Færsla Tími nr: (N) (3.Pt (mm) Undirstaða (mín) Flexure) (mm) (MPa) 1 159 0.37 2.87 1.038 3.003 2 84.7 0.2 3.03 1.023 2.014 3 83.1 0.19 1.66 0.964 1.178 4 113 0.26 2.67 1.008 2.79 5 103.1 0.24 1.36 0.986 1.046 6 71.9 0.17 2.19 1.176 1.29 Meðaltal: 102.467 0.238 2.297 1.033 1.887

25 Tafla 5.12 Kísilryk 10% og Basalt 10% 500ml vatn

Uppskrift: Kísill og Basalt 500 Kubbur Kraftur Álag Færsla Færsla Tími nr: (N) (3.Pt (mm) Undirstaða (mín) Flexure) (mm) (MPa) 1 78.5 0.18 2.2 1.119 1.305 2 97 0.23 2.34 1.04 1.66 3 94.1 0.22 2.29 1.071 1.768 4 86.4 0.2 1.03 0.97 1.016 5 157.9 0.37 2.85 1.079 2.983 6 127.2 0.3 2.24 1.016 2.107 Meðaltal: 107.033 0.250 2.162 1.042 1.810

5.5 Samanburður á blöndum

Tafla 5.13 Meðaltalstafla. Hrá hampsteypa

Hrá hampsteypa Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) Hrá hampsteypa 85.52 0.202 1.2 0.994 1.15 500 Hrá hampsteypa 53.82 0.128 1.134 1.2542 0.74 520 Hrá hampsteypa 51.54 0.352 1.422 1.1826 0.89 540 Meðatal 63.627 0.227 1.252 1.144 0.927

Tafla 5.14 Meðaltalstafla. Basalt Uppskrift

Basalt Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) Basalt 10% 500 66.667 0.150 1.750 1.039 1.19 Basalt 10% 520 72.37 0.17 2.44 0.97 1.92 Basalt 20% 500 65.28 0.15 1.78 1.08 1.11 Meðatal 68.104 0.157 1.989 1.029 1.41

26 Tafla 5.15 Meðaltalstafla. Kísilryks Uppskrift

Kísilryk Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) Kísill 10% 500 90.78 0.21 3.165 1.102 2.59 Kísill 10% 520 73.92 0.17 2.91 1.04 2.27 Kísill 20% 500 69.858 0.164 2.793 1.011 2.47 Kísill 20% 520 47.22 0.11 1.31 1.18 0.95 Meðatal 70.44 0.16 2.54 1.08 2.07

Tafla 5.16 Meðaltalstafla. Bæði kísilryk og basalt Uppskrift

Bæði Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) Kísill og Basalt 102.47 0.24 2.30 1.03 1.89 480 Kísill og Basalt 107.03 0.25 2.16 1.04 1.81 500 Meðatal 104.75 0.24 2.23 1.04 1.85

Tafla 5.17 Samanburður á öllum uppskriftum

Allt Kraftur Álag (3 Pt Færsla Færsla Tími (N) Flexure) (mm) Undirstaða (mín) (MPa) (mm) Hrá hampsteypa 500 85.520 0.202 1.200 0.994 1.15 Hrá hampsteypa 520 53.820 0.128 1.134 1.254 0.74 Hrá hampsteypa 540 51.540 0.352 1.422 1.183 0.89 Kísill og Basalt 480 102.467 0.238 2.297 1.033 1.89 Kísill og Basalt 500 107.033 0.250 2.162 1.042 1.81 Basalt 10% 500 66.667 0.150 1.750 1.039 1.19 Basalt 10% 520 72.367 0.170 2.442 0.967 1.92 Basalt 20% 500 65.280 0.152 1.776 1.081 1.11 Kísill 10% 500 90.783 0.210 3.165 1.102 2.59 Kísill 10% 520 73.917 0.173 2.907 1.042 2.27 Kísill 20% 500 69.858 0.164 2.793 1.011 2.47 Kísill 20% 520 47.217 0.112 1.305 1.176 0.95 Meðaltal 73.872 0.192 2.029 1.077 1.58

27

28 6 Ummræður 6.1 Hrá hampsteypa

Gildi sem fengin voru úr mælingum frá upprunalegu uppskriftinni voru notuð sem viðmið til að geta reiknað hversu mikil styrking eða veiking hefur átt sér stað. Var áberandi hvað upprunalega uppskriftin sem er með 500 ml af vatni í stóð sig best af fyrsta hræri- umganginum. Mælingar fyrir einn kubb í hverjum umgangi reyndust vera ómarktækar vegna flökkts á mælingum frá Horizon mæliforritinu og eru þær merktar með rauðu í niðurstöðum.

Í niðurstöðum mælinga á steypukubbum gerðum eftir upprunalegu uppskriftinni voru allar mælingar nema ein sem náðu meira en 0.1 MPa eða 0.1 N/mm2, eins og viðmiðið er úr rannsókn sem Raluca Fernea og samstarfsfélagar gerðu. Sýni sem hafa fengið 28 daga þurrkunartíma hafa viðmiðið 0.1 N/mm2 og fyrir 90 daga þurrk eins og mælt er með fyrir fullan styrk þá er talað um 0.2 N/mm2. Uppskriftinn sem var með 500 ml af vatni náði meðaltali yfir viðmiði fyrir 90 daga þurk og sýndi góðan styrk þrátt fyrir að hafa ekki aukaefni til styrkingar. Blandan með 540 ml af vatni var sú blanda sem náði mestum beygjutogstyrk en náði hinsvegar ekki að standast jafn mikinn kraft í vélinni og sýnin með lægra vatnsinnihaldi. 6.2 Kísilryk sem bætiefni

Kísilryksuppskriftin var borinn saman við upprunalegu uppskriftina og hækkaði lítilega hámarks krafturinn sem kubbarnir stóðust en beygjutogstyrkur lækkaði töluvert miðað við upprunalegu uppskriftina. Styrkur kísilryksuppskrifarinnar er rétt aðeins yfir viðmiðs mörkum en langt undir styrk viðmiðs hampsteypu uppskriftarinnar. Meðal hækkun á krafti var í kringum 7 N en lækkun úr 0.227 MPa í 0.165 Mpa fyrir mælt beygjutogsálag. 6.3 Basalt sem bætiefni

Nánast enginn merkjanlegur munur var á upprunalegu uppskriftinni og á basalt íbættu uppskriftinni i mælingum. Meðalkraftur hækkaði einungis um 4 N. Gerðar voru 3 hræri umgangar af þessari uppskrift. Því að það sást að það þurfti ekki að prófa það að setja 20% af basalt mélu með 520 ml af vatni því að þegar það var búið að prófa að setja í og hræra fyrri 20% uppskriftina sem var með 500ml af vatni var augljóst á áferð steypunnar að hún myndi verða of blaut. Eins og kísilryksuppskriftin þá var þessi rétt yfir settum mörkum og aðeins lakari en kísilryksuppskriftin. Þegar farið var betur yfir mælingarnar var tekið eftir því að það hefði verið 20% minna rúmmál kalksteins í öllum uppskriftum sem innihéldu basalt og getur það hafa haft neikvæð áhrif á beygjutogstyrk blöndunar.

29

6.4 Kísilryk og basalt sem bætiefni

Blanda af kísilryki og basalt mélu kom best út úr mælingum og má sjá á töflu 11 að meðaltal krafts hækkaði um 40.4 N. Ekki er mikill munur á blöndunum þrátt fyrir að hafa mismikið vatnsinnihald. Blandaða uppskriftin tók við allt að tvisvar sinnum meiri krafti en viðmiðunaruppskriftin fyrir hráa hampsteypu og hækkaði meðal beygjutogstyrkinn úr 0.23 N/mm2 í 0.24 N/mm2 sem er langt yfir settu mörkunum sem eru 0.1 N/mm2 eftir aðeins 28 daga þornun. Samantekt af hæstu gildum blönduðu uppskriftarinnar má sjá á töflum 11 og 12. 6.5 Samanburður

Hér á Mynd 6.1 sjáum við samanburð á hverri grunn steypublöndu fyrir sig og eru þær númeraðar í öfugri tímaröð, þá er nr.1 blandan sem inniheldur bæði fylliefnin basalt og kísilryk, nr2 er með basalt, nr.3 er með kísilryki og nr. 4 er hrá hampsteypa. Samanburður á hverri uppskriftartegund fyrir sig er í töflum 5.13-5.17 og á mynd 6.2 er hægt að sjá súlurit með samanburði meðaltalbeygjutogstyrk uppskrifta með villuborð sem sýnir 95% öryggisbil. Staðalfrávikið er töluvert og er því erfitt að greina um hvort að raunverulega marktæk styrking hefur átt sér stað. Þrátt fyrir talsvert staðalfrávik er hægt að sjá að uppskriftin sem inniheldur bæði kísilryk og basalt stóð sig best miðað við uppskriftirnar með bætiefnum. Sé þó borið saman við hráu hampsteypu uppskriftina sem inni heldur 500ml af vatni er ekki víst að um raunverulega betrumbætingu sé að ræða því að þrátt fyrir að uppskriftin sem inniheldur bæði sé með hærri beygjutogstyrk þá er hún líka með hærra staðalfrávik.

Nr.1 Bæði Nr.2 Basalt Nr.3 Kísilryk Nr.4 Hrá- Mynd 6.1 Samanburður á sýnum Hampsteypa

30

Mynd 6.2 Meðal beygjutogstyrkur uppskrifta

31

32 7 Ályktanir og Lokaorð

Þurrkunartíminn sem valinn var fyrir þessa rannsókn var lágmarks þurrktími og betra hefði verið að hafa haft lengri tíma til að láta sýnin standa til að þau næðu alveg fullum styrk. Fullyrða má að þau hafi ekki náð fullum styrk vegna of stutts þurrktíma og mældur styrkur sýna endurspeglar því ekki fullan styrk uppskriftanna. Þrátt fyrir það gefur rannsóknin miklar upplýsingar um innbyrðis röðun uppskriftanna m.t.t. beygjutogstyrks í gegnum samanburð á styrk uppskrifta miðað við viðmiðunaruppskriftina sem hægt er að sjá betur á Mynd 4.1. Einnig hjálpaði það að hafa aðra svipaða rannsókn til hliðsjónar. Sýni úr uppskriftinni sem innihélt bæði kísilryk og basalt mélu þoldi áberandi mest álag og varð meðalstyrkur 0,244 MPa en miðað við viðmiðunargildið úr [7] sem er 0.1 N/mm2 er það 140% betrumbæting á beygjutogstyrk, Sú blanda var líka eina grunnuppskriftin sem sýnir töluverða betrumbætingu í styrk umfram sterkustu hráhampsteypuna sem bendir til að hægt sé að styrkja upprunalegu steypublönduna um þó nokkuð með því að nota bæði basalt og kísil á móti kalksteininum. Það kom á óvart hvað hinar blöndurnar sem innihéldu 20% af annað hvort kísilryki eða basalt mélu í stað kalksteins komu illa út í samanburði við upprunalegu uppskriftina og í sumum tilvikum voru þær áberandi verri eins og til dæmis kísilryksuppskriftin sem var með kísilryk í stað 20% af rúmmáli kalksteins en 520 ml af vatni. Mynd 6.2 sýnir að uppskriftin sem innihélt 10% kísilryk og 500 ml af vatni stóð sig ágætlega með beygjutogstyrk upp á 0,21 N/mm2 sem er 110% bæting umfram lágmarks viðmiðunargildið en betrumbætti sterkustu hráhampsteypu uppskriftina um 5%. Mögulegt er að blandan sem innihélt basalt hefði staðið sig betur ef hún hefði innihaldið meira af kalksteini til að taka við vatninu því að þrátt fyrir að ná ekki að taka við miklum krafti hafði blandan náð að meðaltali 0,157 N/mm2 sem er minna en fyrir sterkustu hráhampsteypuna en töluvert meira en fyrir veikari hráhampsteypurnar. Hráhampsteypu uppskriftin með 540 ml af vatni hefði líklegast tekið við meiri krafti ef hún hefði fengið að þorna lengur, en báðar blöndur voru með vatnsmagn í hámarki og þurrkunartíma í lágmarki. Miðað við það sem kom út úr mælingum þá er hægt að áætla að það sé hægt að styrkja beygjutogþolið ennfrekar með því að leyfa steyptu kubbunum að þorna í lengri tíma.

Mælingar fyrir hráu hampsteypublöndurnar sýndu háan styrk og kom á óvart hvað þær voru háar miðað við samsvarandi gildi í útlensku viðmiðunar rannsókinni en þær voru með allt að tvöfalt hærri beygjutogstyrk miðað við 28 daga þornun. Ef borið er saman við hráu hampsteypu uppskriftina sem gerð var með hráefnum frá Jordan&co., þá voru kísilryksblöndurnar með meðal beygjutogstyrk upp á 0.150 Mpa sem er fjórðungi minna en beygjutogstyrkur sterkustu hráhampsteypunnar en hins vegar tóku þær aðeins meiri kraft. Basaltuppskriftin náði að taka við aðeins meiri krafti en hráa hampsteypan en var aftur á móti með 0,157 N/mm2 beygjutogstyrk sem aftur er minna en fyrir sterkustu hráhampsteypuna en aðeins meira en meðaltal kísilryksuppskriftanna.

Sé Mynd 6.2 skoðuð nánar má sjá að 95% öryggisbilið á mælingunum er þó nokkuð og má áætla að mælingar geti gefið falskar vonir um betrumbætingu uppskrifta. Sé þessi rannsókn endurtekin mætti gera fleiri sýni af hverri grunnuppskrift fyrir sig til að fá nákvæmari

33 niðurstöður, Það er lítill tölfræðilega markverður munur á styrk hráhampsteypunnar og uppskriftanna sem nota annað hvort kísilryk eða basalt. Hins vegar sýna niðurstöðurnar að steypan sem inniheldur bæði er tölfræðilega markvert sterkari en hrá hampsteypurnar.

Mælingarnar sýna að tekist hafi að styrkja upprunalegu hampsteypu uppskriftina sem var markmið verkefnisins. Nota þarf þá bæði kísilryk og basalt sem íblöndunarefni í stað hluta kalksteinsins. Gaman væri að vinna áfram með þetta í framtíðinni og jafnvel prófa fleiri tegundir af mælingum til að rannsaka hvort að hampsteypan hafi nokkuð misst eitthvað eiginleikum sínum.

34 8 Heimildir

[1] E. L. Abel, Marihuana: The First Twelve Thousand Years, New York: Plenum Press, 1980.

[2] B. J. Vindheim, „The History of Hemp in Norway,“ The Journal of Industrial Hemp. International Hemp Association.

[3] R. Deitch, Hemp: American History Revisited: The Plant with a Divided History, Algora Publishing, 2003.

[4] W. Stanwix og A. Sparrow, The Hempcrete Book, Cambridge: Green Books, 2014.

[5] A. Arrigoni, R. Pelosato, P. Melià, G. Ruggieri, S. Sabbadini, and G. Dotelli, “Life cycle assessment of materials: the role of carbonation, mixture components and transport in the environmental impacts of hempcrete blocks,” Journal of Cleaner Production, vol. 149, pp. 1051–1061, Apr. 2017.

[6] GreekReportBuildingsArticle, "Report on long-term strategy for mobilising investment in the renovation of the national stock of residental an commercial buildings, both puplic and private.," Article 4, December 2014.

[7] R. Fernea, D. R. Tămaș-Gavrea, D. L. Manea, L. M. Molnar, C. Munteanu, and A.-E. Tiuc, “The influence of the binder and volcanic rocks in natural-organic building materials,” Procedia Manufacturing, vol. 22, pp. 364–371, 2018..

[8] Umhverfisstofnun, „ust.is,“ Umhverfisstofnun, 28 ágúst 2018. [Á neti]. Available: https://www.ust.is/einstaklingar/loftslagsbreytingar/losun-islands/#Tab0. [Skoðað 28 ágúst 2018].

[9] P. A. Maack, „Mikilvægi sjálfbærni og vistvæni bygginga,“ Listaháskóli Íslands, Reykjavík, 2015.

[10] P. B. Bruijn, K. H. Jeppsson, K. Sandin og C. Nilson, „Biosystems Engineering,“ Mechanical properties of lime–hemp concrete containing shives and fibres, pp. 474- 479, August 2009.

[11] J. Péra, S. Husson og B. Guilholt, „Infuence of finely ground limestone on cement hydration,“ Elsevier, Lyon, 1999.

35 [12] K. Sæmundsson og E. Gunnlaugsson, Íslenska Steinabókin, Reykjavíik: Mál og menning, 1999.

[13] S. Sveinbjörn, „Fjaðurstuðull steinsteypu,“ Mannvit, Kópavogur, 2013.

[14] E. Á. Pétursson, „Áhrif Íslenskra Fylliefna Á Togþol Steinsteypu,“ Háskólinn Í Reykjavík, Reykjavík, 2014.

36

Viðauki A

Dags. Verkefni (Í síðastalagi) 17/08/2018 Seypa Í mót 18/08/2018 Þurkun 19/08/2018 Þurkun 20/08/2018 Seypa Í mót og taka úr mótum 21/08/2018 Seypa Í mót og taka úr mótum Þurkunar 22/08/2018 Seypa Í mót og taka úr mótum tímabil verður 23/08/2018 Þrif mögulega 24/08/2018 Þrif eithvað 25/08/2018 Þurkun D.3-D.8 minnkað 26/08/2018 Þurkun D.9 27/08/2018 Þurkun D.10 28/08/2018 Þurkun D.11 29/08/2018 Þurkun D.12 30/08/2018 Þurkun D.13 31/08/2018 Þurkun D.14 01/09/2018 Þurkun D.10-D.15 02/09/2018 Þurkun D.16 03/09/2018 Þurkun D.17 04/09/2018 Þurkun D.18 05/09/2018 Þurkun D.19 06/09/2018 Þurkun D.15-D.20 07/09/2018 Þurkun D.21 08/09/2018 Þurkun D.22 09/09/2018 Þurkun D.23 10/09/2018 Þurkun D.24 11/09/2018 Þurkun D.20-D.25 12/09/2018 Þurkun D.26 13/09/2018 Þurkun D.27 14/09/2018 Þurkun D.28 15/09/2018 Mælingar og Þurkun D.24 16/09/2018 Mælingar og Þurkun D.25 17/09/2018 Mælingar og Þurkun D.26 18/09/2018 Mælingar og Þurkun D.27 19/09/2018 Mælingar og Þurkun D.28 20/09/2018 Mælingar 21/09/2018 Ritgerðaskrif 22/09/2018 Ritgerðaskrif 23/09/2018 Ritgerðaskrif 24/09/2018 Ritgerðaskrif 25/09/2018 Ritgerðaskrif 26/09/2018 Ritgerðaskrif 27/09/2018 Ritgerðaskrif 28/09/2018 Loka skil á ritgerð Frammhald á næstu síðu

37

38 Viðauki B

39

40

41

42

43

44

Viðauki C

45 46

47 48

49 50

51 52

53