Sam­an­tekt

 Tuttug­asta öldin varð öld stein­steypunnar á Íslandi. Þótt vissu­lega væri líka byggt úr timbri má segja að steypan hafi í raun leyst af torf­hýs­in, sem ekki héldu vatni og voru bæði rök og köld. Læknar töldu þau óheil­brigð og orsök sjúk­dóma. Þetta hafði sitt að segja um það að stein­steypan varð aðal­bygg­ing­ar­efnið á Íslandi alla tutt­ug­ustu öld­ina.

Stein­steypan er marg­slungið og vand­með­farið efni þótt grunn­upp­skriftin sé ein­föld: Sandi, möl og sem­enti er blandað saman við vatn og blandan látin harðna. En þótt auð­velt sé að búa hana til verður hún ekki endi­lega góð og það er ekki sama hvernig blönd­un­ar­hlut­föllin eru. Rétt hlut­föll vatns og sem­ents eru for­senda þess að steypan verði vatns­held og end­ing­ar­góð. 

Eig­in­leikar góðrar steypu eru mikil end­ing, styrkur og þétt­leiki. Góð steypa tekur ekki í sig vatn eftir að hún er full­hörðn­uð. Of hátt hlut­fall vatns í steypu veldur því hins vegar að hún verður gegn­dræp eftir hörðnun og heldur því ekki vatni, sem leiðir til myglu, frost­skemmda og fleiri vanda­mála. 

Rann­sóknir á vegum Rann­sókna­stofn­unar bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins (RB) og Sem­ents­verk­smiðju Rík­is­ins með aðkomu Stein­steypu­nefndar leiddu á sínum tíma til þess að alkal­í­skemmdir í íslenskri stein­steypu heyra sög­unni til. Það á nú einnig við um Nýsköp­un­ar­mið­stöð Íslands, sem tók við kefl­inu af RB árið 2007. 

En nú er enn eitt vanda­málið komið upp og það er mygl­an. Í stað kuld­ans og rakans með öllum sínum heilsu­vanda­málum í gömlu torf­kof­unum er það hit­inn og rak­inn í nýju stein­steyptu hús­un­um, sem býður myglu­gróðri hag­stæð vaxt­ar­skil­yrði og skapar um leið ný heilsu­vanda­mál. 

Og þótt Sem­ents­verk­smiðj­unni og RB hafi tek­ist að kom­ast fyrir alkal­í­skemmdir í íslenskri stein­steypu þá lauk Stein­steypu­nefnd aldrei upp­haf­legu verk­efni sínu, sem var að koma í veg fyrir grotnun og skemmdir í íslenskri steypu og finna leið til að forð­ast leka og raka í íbúð­ar­hús­um. Nið­ur­staða rann­sókna Stein­steypu­nefndar á grunnor­sökum steypu­skemmda á Reykja­vík­ur­svæð­inu kom fram í skýrslu dr. Rík­harðs Krist­jáns­son­ar, sem út kom kringum 1990. Þar kom fram að þær væru vegna of hás hlut­falls vatns móti sem­enti við gerð steypunnar og ófull­nægj­andi eft­ir­með­höndl­unar hennar á bygg­ing­ar­stað. 

Var þessi nið­ur­staða í sam­ræmi við nið­ur­stöður erlendra rann­sókna um að hönn­uðir og bygg­ing­ar­að­ilar bæru mesta ábyrgð á skemmd­un­um. Því hlýtur nú að telj­ast nauð­syn­legt að stofna nýjan starfs­hóp, „Myglu­nefnd“, til þess að leysa þennan vanda bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins, þ.e. ofnotkun vatns við nið­ur­lagn­ingu steypunn­ar. 

Það kallar á að full­trúar bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins, hönn­uðir og verk­takar taki virkan þátt í að leysa vand­ann ásamt hinu opin­bera. Enn vantar rann­sókn­ar­að­stöðu eftir að bæði RB og Nýsköp­un­ar­mið­stöð hafa verið lagðar nið­ur. Væri nú ef til vill ráð­legt að bygg­inga­rann­sókn­irnar fari aftur til Háskóla Íslands, þar sem þær voru í árdaga?

Fyrstu kynni af steyp­unni

Ég hafði ekki náin kynni af gerð stein­steypu fyrr en ég var kom­inn á full­orð­insár og tek­inn að starfa við Rann­sókna­stofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins ( RB ) og síðar Sem­ents­verk­smiðju rík­is­ins ( SR ). Ég ólst upp á prests­setri norður í Fljótum Skaga­firði. Fyrstu minn­ingar mínar af steypu­gerð voru rétt fyrir heims­styrj­öld­ina síð­ari. Smá­fram­kvæmd­ir, þar sem steypa var hrærð með skóflum á tré­pall­i. 

Skömmu síðar var byggt nýtt hús á prest­setr­inu. Þar var notuð nýjasta þáver­andi tækni við steypu­gerð­ina í húsið og steypan hrærð í tunnu­steypu­vél með bens­ín­mót­or. Húsið var tví­lyft og steyp­unni var ekið í hjól­bör­um. Í neðri hæð­ina og steypt milli­loft milli hæða var steyp­unni ekið eftir skáslikju með­fram hús­hlið­inni upp á steyptu plöt­una. 

Ég fékk að prófa að aka upp sliskj­una. Tók ég þá eftir því, að steypan í hjól­bör­unum var óvenju­lega þurr, eig­in­lega eins og kökkur í bör­un­um. En ég fann að akst­ur­inn upp sliskj­una var miklu ein­fald­ari með þurra steypu en fljót­andi, sem hefði runnið aftur úr bör­un­um. Ég ályktaði að þetta væri ástæð­an, þar sem þeir sem tóku við steyp­unni uppi á hæð­inni kvört­uðu oft um óþægi­lega þurra steypu við nið­ur­lögn­ina. Síðar kynnt­ist ég því, að of mikið vatn skað­aði end­ingu steypunn­ar. Ég vona að þessi þurra steypa hafi gagn­ast í prests­hús­in­u. 

Stein­steypan og Rann­sókna­stofnun Bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins 

Eftir hefð­bundna gegn­um­ferð mennta­skóla hóf ég háskóla­nám í ólíf­rænni efna­fræði í Þýska­landi. Ég tók þar svo dokt­ors­próf, sem byggð­ist á rann­sóknum á sam­böndum kís­ils ( silís­íum ) og köfn­un­ar­efn­is. Að því loknu sótt­ist ég eftir starfi á Íslandi. Það fékk ég við nýskip­aða stofnun fyrir bygg­ing­ar­iðn­að­inn, Rann­sókna­stofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins ( RB ). 

Stofn­unin var hluti af nýsköpun rann­sókna­mála atvinnu­lífs­ins, sem áður var á hendi Atvinnu­deildar Háskóla íslands ( AHÍ ). RB hóf starf­semi í jan­úar 1965 og var fram­kvæmda­stjóri hennar Har­aldur Ásgeirs­son verk­fræð­ing­ur, sem áður hafði stjórnað bygg­ing­ar­deild AHÍ . Ég var einn af nýráðnum verk­fræð­ingum stofn­un­ar­inn­ar. Har­aldur var efna­verk­fræð­ingur eins og ég, hinir voru bygg­ing­ar­verk­fræð­ing­ar. Fyrsta verk­efni mitt við stofn­un­ina var við gatna­gerð, að rann­saka við­loðun vega­olíu við stein­efni, en þarna var að hefj­ast notkun á nýju yfir­borðs­efni fyrir vegi og göt­ur, svo­nefndri olíu­möl. 

Ári síðar eða svo kom þáver­andi Vita- og -hafna­mála­stjóri í heim­sókn til að ræða steypu­gæði fyr­ir­hug­aðra hafn­ar­mann­virkja í Þor­láks­höfn. Á þessum tíma voru einnig að hefj­ast miklar virkj­ana­fram­kvæmdir á Þjórs­ár­svæð­inu. Þetta leiddi af sér umræður um þessi nýju fram­tíð­ar­verk­efni hjá RB. Fram að þessu höfðu steypu­rann­sóknir ekki verið mikið stund­aðar hér­lendis og sner­ust þá aðal­lega um steypu­hrá­efni . Það breytt­ist með til­komu Har­aldar Ásgeirs­sonar í bygg­inga­rann­sókn­irn­ar. Í stöðu sinni hjá AHÍ hafði hann aflað nokk­urs tækja­bún­aðar til mæl­inga á steypu­styrk og öðrum grunn­tækjum við steypu­rann­sókn­ir. 

Meðal verk­fræð­inga hjá hinni nýstofn­uðu Rann­sókna­stofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins hófst nú líf­leg umræða um íslenska stein­steypu­gerð. Þarna var ég skyndi­lega kom­inn inn í umræður á sviði sem ég hafði litla þekk­ingu á, því menntun mín var bundin við grunn­rann­sóknir á flóknum sam­böndum kís­ils og köfn­un­ar­efn­is. Þar að auki var reynsla mín af störfum utan rann­sókna­stofu tak­mörk­uð. Þar höfðu bygg­ing­ar­verk­fræð­ing­arnir sam­starfs­menn mínir meiri reynslu.

Stein­steypu­væð­ing Íslands 

Um þetta leyti var rúm hálf öld liðin frá því að þekk­ing á stein­steypu­gerð barst fyrst til Íslands. Rétt fyrir alda­mótin 1900 kom frá námi í Kaup­manna­höfn ungur lækn­ir, Guð­mundur Hann­es­son. Honum ofbauð hversu léleg húsa­kynni Íslend­inga voru. Taldi hann gömlu torf­hús­in, sem héldu hvorki veðri né vatni, hinar mestu sýkla­stíur og hóf að tala fyrir betri bygg­ing­ar­hefð. Lagði hann mikla áherslu á gæði stein­steypunn­ar, hins nýja bygg­ing­ar­efn­is, sem m.a. varði híbýli manna fyrir vatn­i. 

Fékk steypan hér strax góðar við­tökur og varð brátt aðal­bygg­ing­ar­efnið enda mikil fram­för frá torf­bygg­ingum þeirra tíma. Mikið hafði þar að segja hversu ein­falt var að búa hana til, nán­ast ein­göngu þurfti að afla til­tölu­lega hreinnar blöndu af sandi og möl og hræra saman við sem­ent og vatn. 

Gæða­þróun steypunnar hélt svo áfram þegar leið á tutt­ug­ustu öld­ina. Í upp­hafi var mest litið til styrks henn­ar, bæði þrýsti- og beygju­tog­þols henn­ar. Síðar hófust athug­anir og rann­sóknir á end­ingu steypunn­ar, þ.e. hvernig hún stóðst álag ýmissa utan­að­kom­andi áhrifa, svo sem frosts og þíðu, jarð­hrær­inga, salt­efna ýmiss konar o.s.frv. 

Hrá­efni, hrærsla og nið­ur­lagn­ing

Rann­sókn­irnar sýndu að gæði stein­steypunnar voru mjög mis­mun­andi eftir sam­setn­ingu hennar og hrærslu. Upp­haf­lega var talið að með auknum styrk myndu end­ing og aðrir jákvæðir eig­in­leikar batna. Þetta reynd­ist ekki alls kostar rétt og með vax­andi notkun stein­steypu var farið að leita að bestu sam­setn­ingu hennar og bestu aðferðum við hrærsl­una. Kom þá í ljós að með­ferð steypunnar við að koma henni fyrir á bygg­ing­ar­stað hafði ekki síður afger­andi áhrif á gæði hennar í mann­virk­inu en fram­leiðsla henn­ar. 

Þessi þekk­ing leiddi til þess, að allar rann­sóknir á stein­steypu bein­ast í dag að þessum þremur þáttum við gerð henn­ar, þ.e. hrá­efn­un­um, hrærsl­unni og með­höndlun við nið­ur­lagn­ingu henn­ar. Á rann­sókna­stofu eru rann­sóknir á hrá­efnum og hrærslu steypunnar gerðar í sam­ræmi við mann­virk­ið, sem hún skal not­ast í. Eftir hörðnun og mæl­ingar á styrk steypunnar eru end­ing­ar­líkur hennar metnar í sér­stökum veðr­un­ar­stöðv­um, þar sem steypan er útsett fyrir áhrif­um, sem gætu haft áhrif á end­ingu hennar í við­kom­andi mann­virki. 

Síðasti þáttur rann­sókna á raun­veru­legum eða end­an­legum styrk og end­ingu steypunnar í við­kom­andi mann­virki er fram­kvæmd eftir nið­ur­lagn­ingu hennar á bygg­ing­ar­stað. Sú rann­sókn fer þó að jafn­aði ekki fram við nið­ur­lögn, þar sem steypan þarf daga og jafn­vel vikur til að harðna. Því hefur eft­ir­lit með gæðum steypu, sem þegar er komin á sinn stað í mann­virki og fengið að harðna vissan tíma , færst yfir í útborun steypu­kjarna úr við­kom­andi mann­virki og rann­sókn þeirra á rann­sókna­stofu í fram­hald­inu. Úr steypu­kjörnum eru tekin sýni til skoð­unar á sprungu­mynd­unum og smá­sjár­sýni til rann­sókna á hlut­falli vatns á móti sem­enti ( v/s tala ) o.fl. 

Efna­fræði sem­ents og Sem­ents­verk­smiðja Rík­is­ins

Efna­fræði sem­ents­ins var Har­aldi Ásgeirs­syni mjög hug­leik­in, en hann hafði stundað rann­sóknir á henni í námi sínu í Banda­ríkj­un­um. Þar voru ýmsir vís­inda­menn um þetta leyti að rann­saka sér­stak­lega áhrif svo­nefndra poss­óla­nefna á þétt­leika steypunn­ar. Poss­óla­nefni eru gos­efni, þekkt í sögu stein­steypunnar allt frá upp­hafi henn­ar. Hóf Har­aldur þegar rann­sóknir á poss­ólan­eig­in­leikum íslenskra gos­efna við AHÍ. Þær sýndu að þeir voru víða ríku­lega fyrir hendi hér á land­i. 

Nú bætt­ust við umræður um sem­ents­fram­leiðsl­una í Sem­ents­verk­smiðju Rík­is­ins (SR) á Akra­nesi. Þótti íslenska sem­entið illa stand­ast styrk­leika­kröfu­staðla og svo bætt­ist við að inni­hald þess af alkalí­söltum (natr­íum- og kal­íum­sölt­um) reynd­ist mjög hátt. 

Mikið magn alkalísalta í íslenska sem­ent­inu var talið mjög var­huga­vert, þar sem rann­sóknir höfðu sýnt að þau gætu við aðkomu vatns myndað hlaup í steypunni, sem aftur kall­aði fram innri þrýst­ing og sprungu­myndun í henni. Því var talin hætta á að ekki væri hægt að nota íslenska sem­entið í þær viða­miklu fram­kvæmdir við virkj­ana- og hafn­ar­mann­virki, sem þá voru á döf­inni. Aftur á móti höfðu rann­sóknir erlendis sýnt að steypu í þurru umhverfi, svo sem í íbúð­ar­bygg­ing­um, staf­aði ekki hætta af alkalí­sölt­un­um. 

 Í þjóð­fé­lag­inu spunn­ust nú áfram miklar umræður um rekstur SR, sem urðu hat­rammar og póli­tískar á þessum árum. Har­aldur hafði kynnst rann­sóknum á fyrr­nefndum skemmd­ar­á­hrifum á steypu í Banda­ríkj­un­um. Þar hafði m.a. verið reynt að verj­ast þeim með íblöndun poss­óla­nefna í steypuna. Har­aldur taldi því að mögu­lega mætti koma í veg fyrir hættu af hinni svo­nefndu alka­lí­þenslu með íblöndun poss­óla­nefna í íslenska sem­entið og hafði þar þegar til hlið­sjónar rann­sóknir frá AHÍ. Hann taldi að þarna væri um þjóð­hags­legt hags­muna­mál að ræða og lagði til að þeir aðilar sem hefðu með mann­virkja­gerð af þessum toga ( vatna­mann­virki ) að gera, legð­ust á eitt við að leysa vanda­mál­ið.

Á þetta féllst iðn­að­ar­ráð­herra, sem árið 1967 skip­aði nefnd með full­trúum frá öllum valda­stofn­unum lands­ins, sem höfðu með mann­virkja­gerð að gera. Nefndin fékk hið við­eig­andi og lýsandi nafn, Stein­steypu­nefnd.

Stein­steypu­nefnd 

Stein­steypu­nefnd var ætlað að vinna gegn grotnun í íslenskri stein­steypu og greina hversu mikil áhrif eig­in­leikar íslenska sem­ents­ins hefðu á myndun steypu­skemmda, sér­stak­lega í steyptum vatna­mann­virkj­um. Þær valda­stofn­anir sem höfðu með mann­virkja­gerð á vegum hins opin­bera að gera og skip­uðu Stein­steypu­nefnd voru: Rann­sókna­stofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins, Vita- og hafna­mála­stofn­un, Vega­gerð rík­is­ins, Lands­virkj­un, Borg­ar­verk­fræð­ing­ur, Sem­ents­verk­smiðja rík­is­ins, og svo Meist­ara­sam­band bygg­inga­manna. For­maður nefnd­ar­innar var skip­aður Har­aldur Ásgeirs­son for­stjóri RB. Gert var ráð fyrir að Stein­steypu­nefnd hefði aðsetur hjá RB og að stofn­unin væri ábyrg fyrir fram­kvæmd rann­sókn­anna. 

Nefndin hóf þegar störf og hélt fjöl­marga fundi. Með til­liti til þess sem síðar varð er áhuga­vert að skoða þá lausn á vanda­mál­inu, sem þáver­andi iðn­að­ar­ráð­herra, Jóhann Haf­stein, lagði upp með. Hann sá að hér var um þjóð­hags­legt tækni­vanda­mál að ræða, sem leysa yrði í sam­ein­ingu af for­stöðu­mönnum opin­berra fram­kvæmda á breiðum grund­velli. Áhuga­vert er einnig að minn­ast þess, að á þessum tíma voru allir for­stöðu­menn þess­ara opin­beru stofn­ana verk­fræð­ingar með sér­þekk­ingu og reynslu hver á sínu sviði. Á þessu hefur síðan orðið breyt­ing í áranna rás, því mið­ur, en ljóst er að það er aft­ur­för sem illa þjónar gerð og þróun mann­virkja í land­in­u. 

Þá er einnig athygl­is­vert í þessu sam­bandi, að full­trúi Meist­ara­sam­bands bygg­inga­manna tók lít­inn þátt í starfi nefnd­ar­inn­ar. Skýr­ingin á því er vænt­an­lega sú, að vanda­málið sem nefnd­inni var ætlað að leysa, þ.e.a.s. sam­setn­ing íslenska sem­ents­ins og efna­fer­ill alka­lí­þensl­unn­ar, var fyrst og fremst talið af efna­fræði­legum toga. Aftur á móti voru full­trúar steypu­stöðv­anna í Reykja­vík brátt kall­aðir í nefnd­ina, sér­stak­lega vegna sam­setn­ing­ar, hreins­unar og þvottar hrá­efna í steypuna.

Auk­inn kraftur í rann­sóknir

Har­aldur setti á lagg­irnar sér­staka steypu­rann­sókna­deild innan RB, sem fékkst við verk­efni Stein­steypu­nefnd­ar. Þar sem íslenska sem­entið var upp­haf og endir þessa verk­efnis var mér falið umsjón með því. Leysa skyldi vanda­málið með efna­fræði­legu inn­gripi í hörðn­un­ar­feril steypunn­ar. Á þessum árum hafði alka­lí­þensla ekki verið þekkt lengi sem skemmda­vanda­mál í stein­steypu og var að auki nokkuð stað­bund­in. 

Ég hóf starfið með því að afla mér þekk­ingar og upp­lýs­inga um sem­ent almennt, en einnig sér­stak­lega um þetta nýja skemmda­af­brigði. Þessi þekk­ing­ar­leit tók all­langan tíma, enda hafði ég þá afar tak­mark­aða þekk­ingu á sem­ents- og steypu­fram­leiðslu. Mjög snemma var hafin leit að erlendri ráð­gjöf og danski verk­fræð­ing­ur­inn dr. Gunnar Idorn feng­inn til starfans. Í gegnum hann kynnt­umst við því, að steypu­sér­fræð­ingar ýmissa vest­rænna landa höfðu myndað með sér sér­stakt sam­band rann­sak­enda, til þess að ráða bót á alka­lí­þensl­unni. Var okkur boðið að tengj­ast hópn­um. 

Þegar voru fyrir hendi banda­rískir staðlar við að mæla þensl­una. Rann­sókn­irnar hér hófust með því að safna saman sýnum af væn­legum poss­óla­nefnum í nágrenni Akra­ness. Lengd­ar­mæl­ingar steypu­strend­inga sýndu í öllum til­fellum umtals­vert minni þenslu með íblöndun þess­ara efna eftir fín­möl­un. 

Blanda þurfti allt að 10% þess­ara efna í steypuna, til þess að stand­ast kröfur stað­als­ins. Þótti þetta góður árang­ur, nú var aðeins eftir að blanda efn­unum í sem­entsmöl­un­ina á Akra­nesi og reyna efnin í alvöru steypu. Mik­ill ókostur var þó, að með auk­inni íblöndun poss­ól­ana í sem­entið lækk­aði byrj­un­ar­styrkur þess, sem þýddi lengri þorn­un­ar­tíma. Það var ekki að skapi bygg­ing­ar­verk­taka, sem töldu leng­ingu á bygg­ing­ar­tíma auka bygg­ing­ar­kostn­að, sem þó var ærinn fyr­ir. 

Vel löguð steypa er vatns­þétt

Poss­ól­an­rann­sókn­irnar stað­festu einnig upp­lýs­ingar erlendra til­rauna, sem sýndu að alka­lí­þensla kom ekki fram í þurri steypu og því var steypa í íbúð­ar­bygg­ingum ekki talin vera í hættu, heldur ein­göngu steypa, sem var í stöðugri snert­ingu við vatn. Þar sem vitað var að vind­þrýst­ingur var mik­ill á Íslandi og regná­lag á útveggi húsa (sla­gregn) líka, gerðum við til öryggis auka­lega til­raun með að beina vatni úr háþrýsti­dælu á steypu­vegg, sem við síðan bor­uðum úr steypu­kjarna. Steypu­kjarn­inn sýndi að vatnið komst minna en 1 mm inn í hann. Þótti okkur þetta góð sönnun á vatns­þétt­leika íslensku steypunn­ar. 

Á alþjóð­legri ráð­stefnu, sem alþjóða- alkalí­sam­bandið hélt hér á landi árið 1975 kom þetta mál­efni til tals. Voru þar saman komnir tugir sér­fræð­inga á sviði alka­lí­rann­sókna. Þeir voru allir sam­mála um, að alka­í­þensla kæmi ekki fram í þurri steypu.

Batn­andi sem­ent og betri steypa

Nið­ur­stöður poss­ól­an­rann­sókna okkar hjá RB birt­ust árið 1971. Þá var farið að hægj­ast um mál­efni Sem­ents­verk­smiðju rík­is­ins, en enn var þó mikið deilt um hvort gæði íslenska sem­ents­ins væru næg. Var þess farið á leit við mig að taka við fram­kvæmda­stjórn verk­smiðj­unn­ar, sem ég féllst á, eftir að hafa rætt við gagn­rýnendur og stjórn­völd um að reyna til hins ítrasta að auka gæði sem­ents­ins. 

Ég hóf störf í byrjun árs 1972 og haf­ist var handa strax sama ár að blanda 2% af fín­möl­uðu líp­ar­íti ( poss­óla­nefni ) í sem­ent­ið. Einnig var fín­mölun sem­ents­ins auk­in, til að vega upp á móti þeirri minnkun á byrj­un­ar­styrk steypunn­ar, sem steypu­fram­leið­endur töldu að poss­ól­aní­blönd­unin ylli. 

Þetta sem­ent var t.d. notað í steypu á veg­ar­kafla á Vest­ur­lands­vegi haustið 1972. Veg­a­steypan þarna er enn sýni­leg í Kolla­firði og á Esju­mel­um. Steypan þarna hefur sýnt góðan styrk og end­ingu og ekki hefur enn þurft að lag­færa hana eftir 50 ára notk­un, þannig að gagn­rýni um lítil sem­ents­gæði á þessum tíma virð­ist lítt hald­bær. Líp­ar­í­tí­blönd­unin í allt almennt sem­ent var svo hækkuð smám saman í 9% næstu árin. 

Þá voru einnig hafnar til­raunir með notkun meira magns af poss­ól­aní­blöndun í sem­ent sem ætlað var til notk­unar i nokkur fyr­ir­huguð vatna­mann­virki, t.d. Sig­öldu­virkj­un. Var þróað og fram­leitt poss­ól­an­sem­ent með 25% líp­ar­í­tí­blöndun ( Sig­öldu­sem­ent ). Til­raunir með það stóð­ust allar próf­anir og var það sam­þykkt í Sig­öldu- og Hraun­eyja­foss­virkj­anir og nokkur hafn­ar­mann­virki að auki. 

Í Stein­steypu­nefnd ríkti ánægja með árang­ur­inn. Miðað við upp­runa­lega verk­lýs­ingu hafði nefndin í raun þegar leyst verk­efnið sem henni var falið, þar sem alkal­í­skemmdir kæmu ekki fram í íbúð­ar­húsum og ekki var vitað að þannig skemmdir hefðu komið fram hér á land­i. 

Bakslag­ið: Alkal­í­skemmdir í íbúð­ar­hús­um 

Það var svo árið 1976 sem bakslagið kom, þegar fyrstu alkal­í­skemmd­irnar fund­ust í íbúð­ar­húsi í Garða­bæ. Það var árið eftir að alþjóða­ráð­stefna um alkal­í­skemmdir var haldin í Reykja­vík, en þar voru allir sér­fræð­ingar á einu máli um, að alkal­í­skemmdir kæmu ekki fram í þurri steypu og þar af leið­andi ekki í íbúð­ar­hús­næði. Því var brýnt að finna skýr­ingu á þessu frá­viki frá þessum við­teknu sann­ind­um. 

Vegna þeirrar miklu við­bót­ar­hættu sem fundur alkal­í­skemmda í íbúð­ar­hús­næði leiddi í ljós hóf Sem­ents­verk­smiðjan leit að sterkara poss­óla­nefni en líp­ar­íti. Tekið var til rann­sóknar fín­gert kís­il­ryk sem féll til við fram­leiðslu kís­il­járns í Járn­blendi­verk­smiðj­unni á Grund­ar­tanga, rétt hjá Akra­nesi. Reynd­ist þetta ryk hafa miklu sterk­ari áhrif til minnk­unar alka­lí­þenslu en líp­ar­ít­ið. 

SR, kís­il­rykið og Sér­steypan

Þegar Járn­blendi­verk­smiðjan hóf fram­leiðslu árið 1979 var Sem­ents­verk­smiðjan til­búin með allan tækja­búnað og bland­aði nú 7.5% kís­il­ryki og 2.5% líp­ar­íti í sem­ent­ið. Sem­ent með íblöndun kís­il­ryks hafði ekki verið fram­leitt á markað áður í heim­inum og fékk nú inni sem sér­sem­ent í nýjum sem­ents­staðli Evr­ópu­banda­lags­ins og reynd­ist hafa hátt gæða­stig. 

 Til­koma kís­il­ryks­ins og gæða­á­hrif þess bæði fyrir sem­entið og steypu úr því leiddi af sér umræður milli Sem­ent­verk­smiðj­unnar og Járn­blendi­verk­smiðj­unnar um mögu­leika að nýta kís­il­rykið betur en aðeins sem íblöndun í sem­ent, enda byrjað að gera margs konar til­raunir í þá veru víða um heim. Var þá stofnað rann­sókna­fyr­ir­tæki nefnt Sér­steypan sf. árið 1985, sem starf­aði í tíu ár á Akra­nesi. Var fyr­ir­tækið í jafnri eigu fyr­ir­tækj­anna tveggja. 

Í Sér­steyp­unni sf. voru rann­sökuð og þróuð bygg­ing­ar­efni sem byggð­ust á notkun sem­ents og kís­il­ryks sem bindi­efni. Helst var þró­unin bundin við viss bygg­ing­ar­efna­svið svo sem til­búnar múr- eða við­gerð­ar­blöndur ásamt bún­aði til notk­unar þeirra, nýrrar gerðar massa­steypu í vega- og virkjana­gerð, svo­nefndrar þjapp­aðrar þurr­steypu, svo og gerð ýmissa teg­unda af trefja­steypu.

Fleira en sem­ent fer í steypu

Stein­steypu­nefnd hélt starfi sínu ótrauð áfram. Almenn ánægja var með nið­ur­stöður poss­ól­an­rann­sókn­anna og að Sem­ents­verk­smiðjan skyldi hefja íblöndun poss­óla­nefn­anna þegar í stað. Þá var næsta skref að kanna steypu­efn­in, önnur en sem­ent. 

Á höf­uð­borg­ar­svæð­inu hafði verið vand­kvæðum bundið að fá nægi­lega hrein steypu­efni. Dælu­fyr­ir­tækið Björgun hafði þá hafið vinnslu efnis af sjáv­ar­botni, svo­nefnt Hval­fjarð­ar­efni. Það var vel hreint en hafði þann ókost að vera alka­lí­virkt, þ.e. það inni­hélt efni, sem gátu myndað þenslu­mynd­andi alka­lí­hlaup. Taldi nefndin þó í lagi að nota það, þar sem poss­ól­an­rann­sókn­irnar höfðu verið fram­kvæmdar með því án vand­ræða. 

Steypu­stöðv­unum var aftur á móti upp­álagt að þvo allt salt­vatn úr steypu­efn­unum fyrir notk­un. Komið var upp þvotta­að­stöðu hjá steypu­stöðv­unum og rann­sóknir og til­raunir settar í gang, sem mið­uðu að því að auka gæði steypunn­ar, t.d. með loft­blendi­efni gegn frost­skemmd­um, þjálni­efni til að auð­velda nið­ur­lögn steypunnar o.fl. Stein­steypu­nefnd kom svo á eft­ir­liti bæði hjá Sem­ents­verk­smiðj­unni og steypu­stöðv­unum með sýna­töku og rann­sóknum á sýn­unum hjá RB.

 Með þessum aðgerðum og kröfum um vissar rann­sókn­ar­nið­ur­stöður taldi Stein­steypu­nefnd að gæði steypu frá fram­leið­endum hennar væri tryggð. Nú var aðeins eftir að rann­saka hvernig til hefði tek­ist með steypu­gerð á liðnum árum. Það var almennt álit að steypu­skemmdir væru of algengar í hús­bygg­ing­um, sér­stak­lega á syðri helm­ingi lands­ins. Stein­steypu­nefnd setti þá í gang viða­mikla rann­sókn á ástandi húsa á Reykja­vík­ur- og Akur­eyr­ar-­svæð­inu árið 1977. 

Rann­sókn stað­festi gagn­semi poss­óla­nefna og gæði sem­ents

Hákon Ólafs­son og dr. Rík­harður Krist­jáns­son, starfs­menn Stein­steypu­nefnd­ar, fóru fyrir þess­ari rann­sókn. Voru fyrst skoðuð hús byggð á árunum 1956 – 1972, en loka­skýrsla kom svo um 1990. 

Nokkur hund­ruð hús sem byggð voru á þessu rúm­lega 30 ára tíma­bili voru dregin út af handa­hófi, skoðuð og sýni boruð úr þeim og rann­sök­uð. Í ljós komu miklar sprungu­skemmdir á steyp­unni og orsakir flestra þeirra reynd­ust frost­þensla eða alka­lí­þensla, sem hvort tveggja benti til skemmda­á­hrifa vatns. 

Rannsóknin sýndi líka að fyrstu árin voru skemmdir af völdum frost- og alka­lí­þenslu álíka miklar, en í bygg­ingum sem steyptar voru 1979 og síðar voru alkal­í­skemmdir nán­ast horfn­ar. Þetta var talin sönnun þess, að poss­ól­aní­blönd­unin hefði virkað og alka­lí­vanda­málið væri úr sög­unn­i. 

 Má segja að á þessum tíma­punkti hafi starfi Stein­steypu­nefndar lok­ið, þar sem hennar hlut­verk hafði verið að finna vörn gegn alkal­í­skemmd­un­um. Við umræður um nið­ur­stöður sprungu­skýrslu Hákonar og dr. Rík­harðs vakti sá síð­ar­nefndi hins vegar sér­staka athygli á því, að þannig gæti Stein­steypu­nefnd ekki skilið við verk­efn­ið. Eftir væri að skýra þann mikla raka sem væri í steyptum húsum og því, að frost­skemmdir héldu áfram þó að alka­lí­þenslan væri horf­in. 

Böndin ber­ast að rangri með­höndlun á bygg­ing­ar­stað

Nýjar upp­lýs­ingar frá erlendum steypu­rann­sókna­stofn­unum bentu ein­dregið til þess að helsta orsök steypu­skemmda, sér­stak­lega sprungu­myndana, væri röng með­höndlun steypunnar á bygg­ing­ar­stað og því á ábyrgð hönn­uða hús­anna og bygg­ing­ar­að­ila. Þetta varð til þess að ég skrif­aði bréf í nafni Sem­ents­verk­smiðj­unnar til Iðn­að­ar­ráðu­neyt­is­ins, með beiðni um opin­bera rann­sókn á íslenskri steypu­gerð í ljósi þess­ara rann­sókn­ar­nið­ur­staðn­a. 

Fram til þess tíma voru jú orsakir steypu­skemda taldar liggja í hrá­efn­un­um; sem­ent­inu og/eða steypu­efn­un­um. Þessi umleitan mín fékk ekki braut­ar­gengi á þessum tíma, en síðar stað­festi húsa­rann­sókn Stein­steypu­nefndar að hér giltu sömu lög­mál og erlendis (sjá neð­ar).

Á þessum árum voru svo líka að koma upp­lýs­ingar og efni, sem stuðl­uðu að því að stein­steypan gæti varið sig fyrir vatni. Þetta voru ýmis vatns­frá­hrind­andi efni á grunni kís­il­sýru svo sem silan, siloxan o.fl. Voru þegar hafnar viða­miklar rann­sóknir við RB og athug­anir á notkun þess­ara efna í íslenska steypu. Með þessum rann­sóknum náð­ist umtals­verður árangur og hófu íslenskir bygg­ing­ar­að­ilar að nota efnin á bygg­ing­ar­stað og við við­hald steyptra bygg­inga.

Heldur íslensk steypa ekki vatni?

Stein­steypu­nefnd hafði nú starfað í 30 ár og full­trúar þeirra stofn­ana sem í henni sátu voru þá sam­mála dr. Rík­harði um það, að svona gæti nefndin ekki skilið við verk­efn­ið. Var sam­þykkt að lengja líf nefnd­ar­innar og beina rann­sókn­unum að orsökum óvenju mik­ils raka í útveggja­steypu, sér­stak­lega í bygg­ingum á Reykja­vík­ur­svæð­in­u. 

Þegar þarna var komið sögu höfðu bygg­ing­ar­yf­ir­völd reyndar sætt sig við, að íslensk stein­steypa héldi ekki vatni. Farið var að verja hana vatns­á­l­agi með margs­konar klæðn­ingum og grín var gert að ofur­trú tækni­manna á vatns­heldni steypunn­ar. 

Þá kom fram hug­mynd að nýrri hönnun á steyptum útvegg, þar sem ein­angrun veggj­ar­ins var utan á steypta veggnum en ekki innan hans eins og hefðin var hér­lend­is. Dr. Rík­harður Krist­jáns­son var upp­hafs­maður þessa veggja­kerf­is, sem var nefnt Íslenska múr­kerf­ið. Það reynd­ist vel og náði brátt mik­illi útbreiðslu.

Hin innri gerð íslenskrar stein­steypu

Árið 1991 var steypu­skemmda­verk­efn­inu haldið áfram undir nafn­inu „Innri gerð íslenskrar stein­steypu, ástands­skoð­un.“ Hafði stofn­un­inni þá áskotn­ast nýr rann­sókn­ar­bún­að­ur, full­komin bergs­má­sjá þar sem greina mátti innri gerð steypunn­ar, hol­rými, örsprung­ur, hlut­fall vatns, sem­ents og ann­arra efna o.fl. 

Áfram var verk­efnið fjár­magnað sam­eig­in­lega af Stein­steypu­nefnd og Rann­sókna­stofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins og lauk 1994. Boraðir voru kjarnar úr um 100 hús­um, sem byggð voru á árunum 1976 – 1990. Margt áhuga­vert kom fram í nið­ur­stöðum rann­sókn­ar­innar um gæði steypunnar á þessum tíma.

Það voru helst tvö atriði sem vöfð­ust fyrir mönn­um. Annað þeirra var sú almenna skoðun að raki í húsa­steypu næði ekki því magni sem til þyrfti til þess að alka­lí­hlaup þend­ist nægj­an­lega út til að sprengja sundur þokka­lega sterka steypu. Rann­sókn­irnar sýndu að til þessa þyrfti hlut­falls­raki í steyp­unni að kom­ast yfir 80%. 

Rann­sóknir á skemmdum húsum sýndu hins vegar að svo mik­ill raki náði að verða til og safn­ast upp í steypunni, og þá var spurn­ingin hvers vegna það gat gerst. Ýmsar kenn­ingar voru uppi. Veð­ur­fars­rann­sókn­irnar bentu til meiri vatns­þrýst­ings á steypuna en víð­ast var þekkt erlend­is. Reyndar kom fljótt fram að veggja­steypa skv. kröfum bygg­ing­ar­reglu­gerðar stóðst þann vatns­þrýst­ing án þess að vatn kæm­ist nokkuð inn í steypuna. 

En annað kom einnig í ljós við rann­sóknir og ástandskönnun RB. Það var, að húsa­steypan í Reykja­vík var ekki eins góð og reiknað hafði verið með. Helst var það vatns­-­sem­ents­hlut­fallið sem var of hátt, oft­ast yfir 0,6 sem jók hættu á hár­pípu­verkun og jafn­framt myndun á örsprungum ( þurrkrýrnun ). 

Hár­pípu­verkun og örsprungur valda vatnsísogi sem eykst enn frekar við áhrif slagregns, sem algengt er á Reykja­vík­ur­svæð­inu eins og fram kom í veð­ur­fars­rann­sókn­un­um. Alka­lí­hlaup fannst svo ekki í húsum byggðum 1979 og síð­ar, því varð nið­ur­staða Stein­steypu­nefndar sú, að of mikið vatn eða raki í steyp­unni væri orsök steypu­skemmd­anna. 

Málið leyst og RB lögð niður

Á tíunda ára­tug ald­ar­innar fylgd­ist ég minna með starfi Stein­steypu­nefndar og hætti þátt­töku í henni 2002. Umsvif nefnd­ar­innar urðu minni á þessum árum enda var talið nokkuð öruggt að nið­ur­stöður fyrr­greindrar rann­sóknar á alka­lí- og frost-­skemmdum væru rétt­ar. Þær nið­ur­stöður voru settar fram með afdrátt­ar­lausum hætti í bók Verk­fræð­inga­fé­lags Íslands „ Í ljósi vís­ind­anna“ árið 2005, þar sem seg­ir: 

„Nær­tæk­ast er að kenna steypu­gæð­unum um flestar þessar skemmd­ir. Helst má ætla að of mikið vatn hafi verið notað við gerð steypunn­ar, sem veldur því að hún sogar í sig vatn. Skortur á aðhlynn­ingu og að mótum hefur verið slegið frá of snemma veldur einnig þurrkrýrnun og örsprung­um, sem valda vatnsísogi.“ 

Rannsóknastofnun bygg­ing­ar­iðn­að­ar­ins var svo sam­einuð öðrum stofn­unum iðn­að­ar­ins 2007 í nýrri stofn­un, Nýsköp­un­ar­mið­stöð Íslands ( NMÍ ). Við það tvístrað­ist hluti af starfs­liði RB. Margir reyndir starfs­menn fóru til starfa á ýmsum verk­fræði­stofum og þekk­ing og tækja­bún­aður dreifð­ist. 

Hjá Nýsköp­un­ar­mið­stöð fór síðar fram vönduð rann­sókn á grunn­for­sendum raka­flutn­ings í íslenskri stein­steypu. Var rann­sóknin fram­kvæmd af dr. Birni Mart­eins­syni og sýndi hlið­stæðar nið­ur­stöður og fyrri rann­sóknir RB. 

Nýtt vanda­mál leysir þau gömlu af hólmi

Af rann­sókna­röð Stein­steypu­nefndar var nú aðeins stærsta verk­efnið eft­ir, að fram­kvæma ástand­skoðun á skemmdum stein­steyptum húsum síð­ustu ára­tug­ina. Það inni­bar ástandskönnun skemmdra stein­steyptra húsa, til þess að hægt væri að gera sér grein fyrir hversu stór hluti þeirra væri skemmdur og hversu illa. Einnig yrði að reyna að finna hag­kvæma lausn á því hvernig betur mætti með­höndla steypuna á bygg­ing­ar­stað og hvernig hersla hennar færi fram. 

En nú kom fram nýtt vanda­mál. Á árunum kringum alda­mótin 2000 fór að bera á ann­ars konar bygg­ing­ar­skemmdum í íbúð­ar­hús­næði en áður. Voru þessar skemmdir myglu­mynd­un, sem hafði í för með sér alvar­leg heilsu­vanda­mál. Myglu­vanda­málið kemur eins og þekkt er aðeins fram þar sem raki er fyrir hendi í bygg­ing­um. Raka­mynd­unin í stein­steyp­unni í rann­sóknum Stein­steypu­nefndar kom nú strax fram í hug­ann. Myglu­mynd­unin var reyndar ekki aðeins bundin stein­steyp­unni sjálfri, heldur einnig leka­vanda af öðrum orsök­um, t.d. hönn­un­ar­göll­um, óþéttum gluggum o.s.frv. 

Myglu­vanda­málið fór hægt af stað síð­ustu ára­tugi tutt­ug­ustu ald­ar­inn­ar, en herti á sér með tím­an­um. Sam­kvæmt þeim aðilum sem feng­ust við þennan nýja vanda, t.d. NMÍ og ýmsum verk­fræði­stof­um, var talið að við­gerð­ar­kostn­aður vegna þessa vágests hlypi á tugum millj­arða, sem þýddi að hann væri engu minni vandi en alka­lí­vanda­málið á árum áður.

Myglu­vand­inn kallar á mark­vissar rann­sóknir og aðgerð­ir 

Um 2020 var svo farið að ræða um enn eina breyt­ingu á rann­sóknum fyrir bygg­ing­ar­iðn­að­inn , þ.e. að leggja Nýsköp­un­ar­mið­stöð Íslands niður og finna slíkum rann­sóknum annan sama­stað. Enn hafa engin skref verið tekin í átt til þess að hýsa allar rann­sóknir fyrir bygg­ing­ar­iðn­að­inn á einum stað, en gagn­vart þessu myglu­vanda­máli liggur nærri sú hug­mynd að stjórn­völd skipi hlið­stæða nefnd eða vinnu­hóp og Stein­steypu­nefnd, til að leysa þau vanda­mál sem tengj­ast raka í húsum og hýbýl­u­m. 

Það þyrfti að ger­ast fljótt, því ástands­rann­sóknir á bygg­ingum taka langan tíma og eru kostn­að­ar­sam­ar. Ljóst er að sam­setn­ing slíks vinnu­hóps yrði önnur en Stein­steypu­nefndar árið 1967. 

Þar sem orsaka­böndin hafa nú borist að hönn­uðum og byggj­endum híbýl­anna er ljóst að þeirra fram­lag til ástandskann­ana á húsum og rann­sóknum þeim tengdum verður miklu stærra en áður. Og ef hér er um stór­feng­lega bygg­ing­argalla að ræða verður lausn ekki fundin á þeim án aðgerða af þeirra hálfu. Full­komin rann­sókn­ar­að­staða þarf að koma til. E.t.v. væri klókt að flytja bygg­inga­rann­sókn­irnar aftur til Háskóla Íslands. 

Hér er um stór­vægi­lega ákvarð­ana­töku stjórn­valda að ræða, sem varla er hægt að leysa öðru­vísi en með sam­eig­in­legu opin­beru átaki, svipað og Stein­steypu­nefnd var ætlað að gera á sínum tíma. Þar duga ekki fum­kenndar lausnir ein­stakra aðila, sem leysa mál sín á millum með skaða­bóta­greiðsl­u­m. 

Hér verða að koma til víð­tækar heild­ar­lausnir byggðar á tækni­legum for­send­um, þar sem ráð­ist verður að grunnor­sökum vand­ans, þ.e.a.s. vatns­þétt­leika steypunn­ar.

Höf­undur er fyrr­ver­andi fram­kvæmda­stjóri tækni­mála hjá Sem­ents­verk­smiðju rík­is­ins.

Heim­ild­ir:

https://www.nmi.is/sta­tic/fi­les/Vef­versl­un/­Stjorn­un_og_­rekst­ur/alkali­virkn­i_­stein­steypu.pdf

https://sites.­google.com/vi­ew/is­lenskt-possol­an­sem­ent/heim