Murbygninger og stridsanlegg

Konstruksjoner

Bygningsmassen i Fredrikstad omfatter i hovedsak murbygninger, noe som har sammenheng med den lovpålagte murtvangen. Vi finner tre hovedtyper av murverk representert: utmurt bindingsverk (bl. a. i 0007 Tøyhuset), reneteglkonstruksjoner (bl.a. i 0008 Laboratoriet) og bruddsteinsmur (bl.a. i festningsmurer og 0002 Det grunnmurede provianthus). Også kombinasjonsteknikker forekommer.

Materialer

Stein og murstein

Steinmaterialet som har vært brukt ved Fredrikstad festning har nok for det meste lokalt opphav. Til fortifikasjonene og de bruddsteinsmurte bygningene er det mest sannsynlig brukt stein fra lokale brudd, selv om stein til spesielle formål (f.eks. huggenstensdetaljer) kan være transportert over lengre avstander. Teglen er også fra distriktet: På begge sider av Glommas nedre løp finnes store leier av leire som er utmerket til brenning. Teglbrenning er da også den eldste industrien i byen. Det første verket, Nabbetorp teglverk, ble anlagt av staten i 1660 nettopp for å dekke festningens behov for bygningstegl. (Fredrikstad byleksikon) Nabbetorp leverte bl.a. stein til 0017 Infanterikasernen. (Bakke 1987: 45) Men importert tegl kan nok også forekomme. Til Fredriksvern verft, som ble oppført i perioden 1750–60, kan det påvises at ganske store teglpartier ble kjøpt inn fra Harlingen i Holland – nærheten til Fredrikstad til tross.

Kalk. Typer og anvendelser

Bindemiddelet har tradisjonelt vært kalk. Brent kalkstein (steinkalk, hurtigkalk; engelsk quicklime) blir lesket, dvs. tilført vann, og dermed omgjort til bindemiddel. Dette skjer gjennom en kjemisk prosess der steinen går i oppløsning under stor varmeutvikling. Bindemiddel tilsatt sand utgjør mørtel. Kalkmørtel er blitt brukt konstruktivt til sammenføyning av steinmaterialer og murstein og til puss og overflatebehandling. Vanlig luftherdende kalk (luftkalk) herder ved at materialet opptar kulldioksyd fra luften – den samme mengden som ble drevet ut gjennom brenningen. Når mørtelen har herdet og tørket ut, går kalken i kjemisk forstand tilbake til utgangspunktet, lik den kalksteinen som ble tatt ut av fjellet, men nå omdannet i en annen form, en «limende»¹ sammenbindende masse blandet opp med sand og grus.

Luftkalk, tidligere kalt fetkalk, har vært brukt som bindemiddel i Norge siden middelalderen, nok også i festningsmurer. En slik kalk har høyt innhold av kalsiumkarbonat (over 90–95 %)² og lavt innhold av såkalte forurensninger. Ren luftkalk herder relativt sent og har lav trykkstyrke (denne øker langsomt over tid)³ samtidig som den har høyt kapillærsug og porøsitet. Men den har stor evne til å oppta eventuelle bevegelser i muren, stor «pusteevne » (permeabilitet), er som mørtel lett å arbeide med og gir en levende og vakker murflate.

Den relativt svake luftkalken kunne også erstattes, eventuelt forsterkes med hydrauliskkalk eller tilslag av Cement (kunstig hydraulisk kalk; se nedenfor). Naturlig hydraulisk kalk, historisk gjerne kalt mager kalk⁴ er vanligvis fremstilt av kalk som inneholder leire. Silikater, aluminater og andre såkalte forurensninger i leiren bidrar til at kalkmørtelen også herder i reaksjon med vann, da ved en kjemisk reaksjon (gel-danning). I en kalkmørtel som består dels av ren luftkalk, dels av hydrauliske komponenter, vil herdingen starte mens mørtelen ennå er våt. Deretter blir styrkeoppbyggingen «overtatt» av en langsommere, luftherdende prosess. Den hydrauliske herdingen er avhengig av at mørtelen ikke tørker opp for fort.

Hydraulisk kalk gir (avhengig av styrke) en mørtel med høyere trykkstyrke, raskere herding og mindre kapillærsug (viktig for eksempel i sokkelpuss). På «minussiden» gir den en mindre fleksibel mørtel med lavere permeabilitet.⁵ Bearbeidbarheten er vanligvis også dårligere sammenlignet med for eksempel en våtlesket luftkalk. Sterkt hydraulisk kalkmørtel kan også herde under vann og er derfor blitt brukt til kaier og kanaler i spesielle mørtelblandinger. Det vanlige har imidlertid vært svakt til middels sterke hydrauliske kalkbruk med utgangspunkt i naturlig hydraulisk kalk, eller luftkalkmørtler forsterket med ulike hydrauliske tilslag.

Det er sannsynlig at man har differensiert bruken av kalkmørtel etter formålet: Til mindre utsatte konstruksjoner/konstruksjonsdeler kunne man gjerne bruke den rimelige luftkalken. Til festningsmurene, som var mer utsatt for værbelastninger og dessuten skulle tåle å bli truffet av kanonkuler, kunne den sterkere, men dyrere hydrauliske kalken forsvares.⁶ Antagelig var bruken begrenset til utvendige deler av murverket; inne i murene kunne man gjerne bruke luftkalk.

Lagring av kalk i såkalte kalkkuler eller spunsede kammere, er kjent siden middelalderen og har også vært vanlig på festningsverkene. Kulekalk gir i seg selv «svake» mørtler; hydraulisk kalk over en viss styrke kan ikke lagres på denne måten fordi herdeprosessen starter i den fuktige kalkkulen. At vi finner beskrevet slike kuler i festningenes inventarbeskrivelser m.v. viser at våtlesket luftkalk har vært et helt vanlig innslag i byggeriet. Slik kalk har nok i første rekke inngått i mørtler som skulle brukes til puss og hvitting. Bruken av kulekalk er imidlertid omfattet med en viss usikkerhet.

Kalkforekomster. Transport av kalk

For murbyggeri på østsiden av Oslofjorden kan det nesten utelukkes at kalken hadde lokalt opphav, da drivverdige forekomster av bygningskalk ved Oslofjorden bare finnes på vestsiden. Med stor sannsynlighet kom en del av kalken til Fredrikstad festning fra Langøya utenfor Holmestrand. Kalken herfra var kjent for å være spesielt god og ble brukt av Fortifikasjonsetaten både på 1600-, 1700- og 1800- tallet. Den var imidlertid – ihvertfall på 1800-tallet – adskillig dyrere enn kalken fra en annen viktig forekomst: Slæben – Slependen – i Asker. Bøndene i dette distriktet utvant og brente kalk for levering til store deler av østlandsområdet, til svært konkurransedyktige priser. (Hjelmeland 2002: 81)

Kalk som skulle transporteres ble gjerne levert melkalk, dvs. stykker av brent kalk som er tilsatt en mindre mengde vann (såkalt tørrlesking). Da pulveriserer den, og fyller langt mindre enn steinkalk. Den sterke varmen som utvikles når det kommer vann til, gjorde det farlig å transportere kalken usikret i datidens båter. Den måtte på forseglede tønner, noe som nok gjorde at den mindre voluminøse melkalken i regelen ble foretrukket fremfor steinkalk. Både hydraulisk kalk og luftkalk er blitt tørrlesket. For luftkalk kan fremgangsmåten gi en dårligere kvalitet på kalken fordi denne kalktypen lett tar opp fuktighet fra luften og starter herdingen før bruk.

Overflatebehandling av murbygninger har tradisjonelt vært differensiert: Innendørs må man i analogi med observasjoner fra andre festningsverk anta at limfarve ble benyttet i interiører til et stykke inn på 1900-tallet. Utvendig ble pussede bygninger kalket.

Fremstilling av mørtler

Spekteret av kalkmørtler har vært stort, avhengig av råstofftilgang, bruksområde og tradisjoner. Begrensede undersøkelser gjør at man har liten oversikt over kvaliteten på historiske mørtler i Norge, råstoff og hvilke metoder som har vært brukt for å forsterke materialet dersom det var behov for det. De fleste naturlige kalkforekomster har større eller mindre innslag av forurensinger slik som kalksteinen fra Oslofeltet.⁷ Førindustrielle brennemetoder ga i tillegg en viss forsterking til det ferdige produktet. Innslag av trekull fra brenselet er påvist i historiske mørtler. Lang brennetid i datidens ovner førte likeledes også til at reaktive silikater i råstoffet gjorde seg gjeldende.⁸ Begge deler bidrar til en viss hydraulisk virkning. Brent kalk kunne også forsterkes gjennom produksjonsmetoden på byggeplassen, lesking sammen med sand eller ved ulike tilslag.

Den enkleste formen for mørtelfremstilling er å blande i sanden allerede under lesking av kalksteinen, mens det ennå foregår en sterk varmeutvikling. Tradisjonen med såkalt mørtellesking (hot mortar) er kjent både fra Norge og fra utlandet.⁹ En slik mørtel ble blandet direkte på byggeplassen og brukt suksessivt, gjerne mens den ennå var varm og ekspanderte svakt slik at den fylte ut hulrom i selve byggematerialet. Mange hvite «kalkutblåsinger » i kalkmørtlene; sentleskede partikler med ren kalk som først har «sprunget» etter at mørtelen er brukt i en struktur, indikerer anvendelse av mørtellesking, eventuelt at mørtelen er brukt i helt fersk tilstand. I festningsverk og byggverk som ble oppført på kort tid har metoden trolig blitt brukt i stort omfang. Mørtellesking ga visse fordeler mht. hurtigere herding¹⁰ og er også blitt brukt ved lavere temperaturer enn det som idag er vanlig ved muring med kalk. Årsaken må ha vært at man hadde egnede materialer og gode teknikker.¹¹

Det har også vært svært vanlig å leskeopp partier av kalk i kasser som man lot ligge fra én til fjorten dager, avhengig av kalktype/bruksområde, før den suksessivt ble blandet med sand, eventuelt videre bearbeidet (slått/pisket/blandet i mørtelkvern) og anvendt. Likeledes har man lesket brent kalk med rikelig mengde vann (våtlesket), siktet og foredlet materialet til kulekalk, vanligvis i nedgravde, spunsede eller støpte kammere eller kuler i bakken som sørget for at kalkdeigen stod frostfritt. Langtidslagret kulekalk blir fullstendig gjennomlesket og er særlig egnet til puss. Mens mindre kalkutblåsinger har liten betydning i murmørtler,¹² vil «kalksprang» i puss være skjemmende og i verste fall føre til pussnedfall. Kun rene og meget svakt hydrauliske mørtler kan lagres i kuler. Sterkere hydrauliske mørtler vil reagere med vann og starte å herde selv uten tilgang på luft.

Til puss har mørtelen antagelig i mange tilfeller vært armert med dyrehår, f.eks. fra svin. Hår ble også gjerne tilsatt mørtel som skulle brukes til fuging rundt dører og vinduer, og til understrykning av tegltak.

Sementens inntog

Vi har tidligere nevnt at det finnes kalk som pga. et naturlig innhold av forurensninger har hydrauliske egenskaper, som den fra Langøya. Men hydraulisk kalk kunne også oppnås ved tilsetning av såkalt Cement til vanlig luftkalk. Med «Cement» mentes her et «udglødet Lersilikat» som bl.a. kunne være brent leire, pulverisert, hårdbrent mursten eller pulverisert glass. (Broch 1848) Når man finner nevnt «Cement» i festningsregnskaper helt tilbake til begynnelsen av 1700-tallet er det nok gjerne i en slik forstand, men inkonsistent språkbruk gjør det sannsynlig at det også kan sikte til naturlig hydraulisk kalk.

Omkring midten av 1800-tallet finner såkalt engelskCement anvendelse ved Oscarsborg og Karljohansvern, som den gang var under anlegg. Dette refererer til importert PortlandCement, patentert i 1824. Nyere forskning har imidlertid vist at dette materialet i teknisk forstand var en hydraulisk kalk. Først etter 1850, da forståelsen og teknologien knyttet til sintring økte, ble den egentlige portlandsementen utviklet (Wingate 1997). Portlandsement kom senere til å avløse bruken av hydraulisk kalk, spesielt etter at ChristianiaPortlandCementfabrik ble etablert på Slemmestad i 1892. Mellom 1900 og 1940 ble det vanlig å tilsette en liten mengde portlandsement i kalkmørtel, såkalt forlenget mørtel, for å gjøre den hardere og oppnå raskere herding. Ved midten av århundret, etter at mursementen gjorde sitt inntog, ble blandingsforholdet omvendt; en større mengde sement tilsatt en mindre mengde kalk for å sikre en god bearbeidbarhet, KC-mørtel. På 1960-tallet begynte man ved utbedringer å gå over til rene sement- eller betongmørtler, med de omfattende problemer dette etterhvert har skapt.

Etter at sementbaserte produkter har vært nær enerådende innen murerfaget i generasjoner, også ved vedlikeholdsoppgaver på eldre byggverk, har det oppstått et brudd i kunnskapstradisjonen. I store deler av den vestlige verden har man nå i lang tid arbeidet med å gjenvinne kunnskaper og ferdigheter. Dette begynner å gi en rekke håndfaste resultater.

Skader, vedlikehold

Murbygninger

Moderne overflatebehandlinger og sementbaserte produkter er for sterke, tette og uelastiske til å harmonere med tradisjonelle produkter. Tette sjikt hindrer fuktvandring og fører til fuktoppsamling i murverket med påfølgende skader, ikke minst på pussede murbygg. Mange av Forsvarets bygninger i Fredrikstad har upussede teglvegger, såkalt blankmur. Her har man unngått problemer knyttet til tette overflatesjikt på en diffusjonsåpen kjerne. Bruk av sementmørtel til nyspekking av eldre fuger har likevel gitt problemer enkelte steder fordi disse holder på fuktighet, med frostsprenging til følge. Sterke sementfuger er spesielt uheldig på gammel teglstein som er brent ved relativt lav temperatur og dermed er myke sammenlignet med nyere hardbrent tegl.

Festningsmurer

De vanligste skadene i stridsanlegg, festningsmurer og voller er forårsaket av setninger, jordtrykk og vanninntrengning. Vanninntrengning kan gi frostsprengning og forvitring av mørtelen slik at murens stabilitet forringes. Skadene viser seg som oppsprekking av fuger, utrasing av stein, utbulninger og større sprekkdannelser. Inntrengning av vann kan også skyldes dårlig tekking, dårlig drenering samt oppfuktning gjennom fuger.

Før større arbeider igangsettes må det utarbeides arbeidsbeskrivelser. Det er ønskelig at man gjør utprøvinger på mindre felter for å vurdere materialer/ varighet, utforming og arbeidsmetoder på forhånd. Et vanlig botemiddel for oppsprukne fuger og utrasende murverk har lenge vært å påføre ny, sterk sementmørtel eller betong. Dette må sterkt frarådes. Et godt alternativ til sementmørtel er å bruke en hydraulisk kalkmørtel med tilpasset styrke.

Valg av restaureringsmørtler

Ny bruk av kalk både til mur, puss og overflatebehandling er sterkt ønskelig og nødvendig, av tekniske, men også av kulturhistoriske og estetiske årsaker. Ved visse typer arbeid, for eksempel på fasader, kan dette være en omfattende oppgave, bl.a. fordi nyere maling- og sementunderlag må fjernes for å få kalkpuss og maling til å «sitte». I mange tilfeller innebærer dette full ompussing og oppmaling. Riktig utført arbeid vil imidlertid stå lenge og være enkelt å vedlikeholde.

Kjennskap til de historiske tradisjonene, i hvilke sammenhenger man anvendte våtlesket luftkalk og hvor og i hvilket omfang man har anvendt forsterkede, hydrauliske mørtler har betydning for hvilke mørtler som skal velges ved restaureringer. Systematiske undersøkelser av kalkmørtler på festningsverkene og andre eldre muranlegg er ikke gjennomført. Undersøkelser gjort i forbindelse med restaureringen av Kalkovn A på Karljohansvern i 2001 gir imidlertid flere interessante holdepunkter. Dokumentasjonen viste at Forsvaret allerede før 1850 hadde inngående kunnskaper og utnyttet kalk fra flere ulike uttak. Interessen for Langøya-kalken tilbake til 1600-tallet tyder på at erfaringene med «sterkere» mørtler var bygget opp over lang tid. Tekniske analyser i 2003 i forbindelse med planlagte istandsettingsarbeider gir imidlertid noen pekepinner. Prøver av historiske mørtler i murkjernen på Brakke A på Karljohansvern viser et materiale med lav hydraulisk styrke. Prøver fra Norske Løve (kaponierer/ytre mur) på Karljohansvern og fra Vestre strandbatteri på Oscarsborg viser at mørtelen i fugene på teglsteinsmurene har middels verdier mens mørtlene i de ytre granittmurene hadde den høyeste hydrauliske styrken.¹³

Valg av restaureringsmørtel krever en inngående vurdering av utbedringsområdet og eventuelle skadeårsaker. Materialvalget skal i størst mulig grad bygge på det historiske underlaget med hensyn til kvalitet, styrke, fethetsgrad m.v. dersom dette er mulig å spore og forutsatt at den opprinnelige eller eldre mørtelen har vært av god kvalitet. Ved pussutbedring der den opprinnelige pussen i sin helhet er fjernet kan det være aktuelt å analysere fugemørtelen for å finne en tilpasset mørtel. Puss- og fugemørtler er ment å fylle en funksjon mht. Beskyttelse av underlaget, fukttransport m.v. Sandkvalitet og kornkurve i tilslaget har betydning for resultatet og skal i likhet med bindemiddelet (kalk/type) vurderes ut fra den aktuelle skadesituasjon.

For å ivareta det enkelte bygg eller anleggs historiske autentisitet, skal valg av restaurerings- og utbedringsmørtler så langt mulig være basert på kunnskap om den aktuelle situasjon. Erfaringer fra utbedringer av tilsvarende bygninger/anlegg (tidsperiode, type) bør trekkes inn, særlig hvis den historiske dokumentasjonen om bygningen er mangelfull. Standardoppskrifter anbefales ikke for inventarer i verneklasse I. Alle løsninger skal godkjennes av Nasjonale Festningsverk i Forsvarsbygg. Så langt dette er mulig bør det settes opp prøver på puss-, fuge- og spekkemørtler i god tid før arbeidet starter for utprøving og godkjenning. Fjerning av gammel puss skal likeledes avklares, eventuelt ved antikvarisk kontrollant og dokumenteres (se kap 6 Vern).

På grunn av tradisjonsbruddet i murerhåndverket gjelder særskilte prosedyrer for restaureringsarbeider i mur (kalkarbeider). Materialer, metoder og forhold knyttet til arbeidssituasjonen (temperatur m.v) skal dokumenteres etter nærmere retningslinjer for å vinne erfaringer ved fremtidige arbeider. Under og etter at arbeidet er fullført må det tas hensyn til de spesielle forutsetningene som gjelder for materialet som er valgt (luftkalk, hydraulisk kalk, annet) med hensyn til herdebetingelser, ettervanning og behov for beskyttelse mot sol/uttørking eller frost. Det skal utarbeides prosedyrer for ivaretakelse av slike hensyn som utførende entreprenør/ håndverker, byggeledelse, lokale driftsansvarlige og Nasjonale Festningsverk i Forsvarsbygg ved antikvarisk kontrollant er kjent med og bundet av med hensyn til oppfølging.