RAKENNUSTEKNIIKAN LAITOS TUTKIMUSSELOSTUS TRT/2355/2015 SERPOVENT-LEVYRAPPAUSJÄRJESTELMÄN SÄÄNKES- TÄVYYDEN TUTKIMINEN

Transkriptio

1 RAKENNUSTEKNIIKAN LAITOS TUTKIMUSSELOSTUS TRT/2355/2015 SERPOVENT-LEVYRAPPAUSJÄRJESTELMÄN SÄÄNKES- TÄVYYDEN TUTKIMINEN

2 1 (16) Tutkimusselostus (16 sivua) Tilaajat Saint-Gobain Weber Oy Ab Katrine Flinckman Kalkkitehtaantie Parainen Tehtävä SerpoVent-levyrappausjärjestelmän säänkestävyyden tutkiminen Tutkimusryhmä Professori, tekn. toht. Matti Pentti Projektipäällikkö, dipl.ins. Petri Annila Tutkimusapulainen, tekn. yo. Jussa Pikkuvirta Tampereen teknillinen yliopisto Rakennustekniikan laitos Tampere Puhelin (03) (TTY:n vaihde) Faksi (03) Jakelu Saint-Gobain Weber Oy Ab / Katrine Flinckman Tutkimusryhmä TTY / Rakennustekniikan laitoksen arkisto

3 SISÄLLYSLUETTELO Tutkimusselostus 2 (16) 1 YLEISTÄ KOESEINÄT SÄÄRASITUS Säärasitussykli Kosteus- ja halkeilukäyttäytyminen LUJUUSKOKEET JA NIIDEN TULOKSET Iskulujuuskokeet säärasitettuun koeseinään Tartuntavetolujuuskokeet YHTEENVETO... 16

4 3 (16) 1 YLEISTÄ Aila Alakulju Saint-Gobain Weber Oy Ab:stä (tilaaja) pyysi Tampereen teknillisen yliopiston rakenteiden elinkaaritekniikan tutkimusryhmältä (TTY) tutkimussuunnitelman SerpoVentlevyrappausjärjestelmän säänkestävyyden tutkimisesta. Saint-Gobain Weber Oy Ab tilasi annetun Tutkimussuunnitelman mukaisen tutkimuksen. Tutkimuksen edetessä tilaajan yhteyshenkilöksi vaihtui Katrine Flinkcman. Säänkestävyystutkimuksessa käytettiin TTY:n säärasituslaitetta ja Suomen betoniyhdistyksen by57 Eriste- ja levyrappaus kirjan (by57) määrittämää säärasitussykliä. Koe tehtiin todellista rakennetta vastaavalla n. 6 m² seinäelementillä. Käytetyllä syklillä simuloitiin Suomen ilmastoa kuvaavaa ankaraa syklistä säärasitusta. Säärasituksen jälkeen suoritetuissa lujuuskokeissa noudatettiin ETAG004 Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering 8/2011 (ETAG004) - ohjeistusta. 2 KOESEINÄT Tutkittavan rakenteen taustana käytettiin TTY:n hankkimaa n. 6 m², leveys 2980 mm ja korkeus 1980 mm, kokoista raudoitettua vanhaa ja sisäolosuhteissa kuivunutta betoniseinää, jonka paksuus oli 100 mm. Rakenteeseen sijoitettiin kaksi ikkunaa kuvaava 400 x 600 mm² kokoista aukkoa, jossa ikkunaa kuvasi alumiinilevy. Alumiinilevy sijoitettiin 90 mm syvyydelle rappauksen ulkopinnasta katsottuna. Ikkuna varustettiin normaalilla vesipellillä, joka oli varustettu rappauskulmin ja tippanokalla. Levyrappausjärjestelmä tiivistettiin ikkunaa kuvaavaa alumiinilevyä vasten, kuten se todellisessa rakenteessa tiivistettäisiin ikkunan alumiinikarmeja vasten. Tiivistys toteutettiin tilaajan hankkimilla järjestelmään kuuluvilla tiivistysosilla ja -tarvikkeilla. Koeseinän rakenne ja mitat on esitetty kuvassa 2.1. Tutkittava rakenne oli seuraava: 100 mm raudoitettu betonipohja vaakaranka 100 mm lämmöneriste Isover Saint-Gobain KL mm tuulensuojalevy Gyproc GTS 9 pystyranka 12,5 mm Cembrit Perma Base weber.vetonit 410 Ohutrappauslaasti weber Lasikuituverkko 6 mm weber.vetonit SilcoMaali weber.vetonit SilcoPinnoite.

5 4 (16) Kuva 2.1. Koeseinän rakenne ja mitat. Koeseinän valmistuksesta vastasi tilaajan edustaja. Koeseinä valmistettiin TTY:n laboratoriotiloissa seuraavan aikataulun mukaisesti: Rankojen asennus Lämmöneristeiden asennus ja tuulensuojalevyjen asennus Levyjen asennus sekä kulmavahvikkeiden asennus ja rappaus Verkotuslaastikerroksen rappaus Koeseinän pinnoitus Koeseinän valmistamisen yhteydessä valmistettiin vertailukokeita varten erillinen vertailukoekappale, jonka rakenne vastasi koeseinän rakennetta. Koeseinän rakentamisvaiheita on esitetty kuvassa 2.2. Vasemmalla on esitetty koeseinää lämmöneristeiden asentamisen jälkeen ja oikealla tuulensuojalevyjen asentamisen ja niiden pintaan kiinnitettyjen rankojen asentamisen jälkeen. Kuvassa 2.3 on esitetty ikkunasyvennykseen tehtävien vahvikeverkkojen asennusta sekä verkotuslaastikerroksen rappaamista koskevia työvaiheita.

6 5 (16) Kuva 2.2. Koeseinän valmistusvaiheita lämmöneristeiden ja tuulensuojalevyjen asennusta. Kuva 2.3. Koeseinän valmistusvaiheita kulmavahvikkeiden asentamista sekä verkotuslaastikerroksen rappaamista. Valmis koeseinä siirrettiin säärasituslaitteeseen hallinosturia käyttäen. Koeseinän pystyreunat ja yläosa tiivistettiin säärasituslaitteen runkoa vasten polyuretaanivaahdolla. Koeseinän pintaan kiinnitettiin kolme termolankaa rakenteen pintalämpötilan mittaamista varten. 3 SÄÄRASITUS 3.1 Säärasitussykli TTY käytti koeseinän säärasituksessa Suomen betoniyhdistyksen by57 Eriste- ja levyrappaus kirjassa suositeltua säärasitussykliä, joka on kolmivaiheinen: 1) Sadetus 60 minuuttia: sadetusmäärä n. 1 l/min/m². 2) Jäädytys 240 minuuttia: lämpötilan lasku nopeasti tasolle -20 C (±2 C). 3) Säteilylämmitys 180 minuuttia: pintalämpötilan nostaminen nopeasti tasolle +60 C (±2 C). Säärasituskoe suoritettiin TTY:n laboratoriotiloissa olevalla säärasituslaitteella. Tutkittava koeseinä jakoi säärasituslaitteen kammion sisä- ja ulkotilaksi. Ulkotilan olosuhteista säärasituskokeissa ohjattiin lämpötilaa, vesisadetta ja IR-säteilyn määrää. Sisätilan olosuhteista ohjattiin lämpötilaa. Periaatekuva säärasituslaitteesta on esitetty kuvassa 3.1.

7 6 (16) Kuva 3.1 TTY:n säärasituslaitteen periaatteellinen rakenne. Säärasituskoe suoritettiin kahdessa jaksossa seuraavasti: Jakso 1: Jakso 2: Säärasituskokeesta oli suoritettu 48 sykliä, kun koe päätettiin keskeyttää säärasituslaitteen korjaamisen ajaksi. Samassa yhteydessä suoritettiin pintakosteudenosoittimella kosteuskartoitus Säärasituslaitteen korjauksen jälkeen suoritettiin puuttuvat 52 sykliä. Kokeista kertynyt mittausdata analysoitiin ja todettiin, että säärasituslaitteessa olleen vian johdosta jäätymisvaihe oli jäänyt puuttumaan 8 syklistä. Näissä sykleissä oli kuitenkin toteutunut sadetus sekä koerakenteen lämmitys. Säärasituskoetta päätettiin täydentää 8 puuttuvalla syklillä, jotka suoritettiin Suoritettujen syklien jälkeen suoritettiin pintakosteudenosoittimella kosteuskartoitus. Kuvassa 3.2 on esitetty säärasituslaitteen kammioiden lämpötilat säärasituskokeen aikana. Sisäkammion lämpötila oli kokeen aikana keskimäärin +21,3 C.

8 Lämpötila ( C) Tutkimusselostus 7 (16) ulkokammio ( C) sisäkammio ( C) Kuva 3.2. Kokeen aikaiset sisä- ja ulkolämpötilat säärasituslaitteessa. Kuvassa 3.3 on esitetty säärasituskokeessa toteutunut sykli, joka toimii suoritettujen syklien esimerkkinä. Kuvassa kirkkaan sinisellä yhtenäisellä käyrällä on kuvattu ulkokammion lämpötilaa. Punainen käyrä kuvaa sisäkammion lämpötilaa ) sadetus 2) jäädytys 3) säteilylämmitys -30 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 ulkokammio ( C) sisäkammio ( C) Kuva 3.3. Esimerkki säärasitussyklistä

9 3.2 Kosteus- ja halkeilukäyttäytyminen Tutkimusselostus 8 (16) Säärasituskokeen aikana koeseinässä tapahtuvia muutoksia seurattiin arkisin kerran vuorokaudessa eli 3 säärasitussyklin välein. Kokeen alkuvaiheessa ikkunan nurkissa havaittiin lievää halkeilua/värjäytymää, jota on esitetty kuvissa 3.4 ja 3.5. Halkeama näkyy kauempaa valkoisena värjäytymänä rakenteen pinnalla. Kuva 3.4. Ikkunataitteeseen säärasituksessa syntynyt pieni halkeama. Kuva 3.5. Halkeaman ympärillä oleva vaalea värjäytymä koeseinän ikkunasyvennyksen taitteessa.

10 9 (16) Koeseinälle suoritettiin pintakosteudenosoittimella kosteuskartoitus ennen säärasituskokeen alkua, 48 säärasitussyklin jälkeen sekä kokeen päätyttyä. Kosteuskartoituksessa käytettiin pintakosteudenosoitinta Gann Hydromette UNI 2. Käytetyn osoittimen asteikko on 0-200, eikä siitä voida suoraan päätellä rakennusmateriaalien kosteussisältöä. Ennen säärasitusta koeseinästä mitattiin kauttaaltaan lukemia 40 ja 60 väliltä. Säärasituksen jälkeen suoritetun kosteuskartoituksen tulokset olivat samassa suuruusluokassa pois lukien ikkunoiden halkeamien läheisyydessä, jossa pintakosteusmittarilla havainnoitu kosteuspitoisuus oli hieman noussut. Tehtyjen havaintojen perusteella syntyneet vähäiset halkeamat eivät heikentäneet rakenteen toimintaa merkittävästi. Halkeaman yhteyteen syntynyt värjäytymä voi kuitenkin muodostua esteettisesti haitaksi riippuen silikonihartsipinnoitteen väristä. 4 LUJUUSKOKEET JA NIIDEN TULOKSET Kuvassa 4.1 on esitetty säärasitettuun seinään tehtyjen tartunta- ja iskulujuuskokeiden sijoittelu. Iskulujuuskokeiden sarjat tehtiin sekä normaalisti verkotetulle että lisäverkolla vahvistetulle alueelle rangan välittömään läheisyyteen ja rankavälin (k600) puoliväliin. Kuva 4.1. Lujuuskokeiden sijoittelu koeseinässä. 4.1 Iskulujuuskokeet säärasitettuun koeseinään Iskulujuuskokeet tehtiin ETAG004-ohjeistuksen (Guideline for European Technical Approval of External Thermal Insulation Composite Systems with Rendering) mukaisesti. Ohjeen mukaisesti suoritettiin 10 joulen iskukokeet. Kuvassa 4.2 on esitetty ETAG004-ohjeen mukaisten iskulujuuskokeiden periaatteet. Esimerkkinä 10 joulen iskulujuuskokeet, joissa 1000 g kuula päästetään vapaaksi 1,02 metriä iskukohdan yläpuolelta ja se heilahtaa vapaana narun päässä säteeltään vähintään 1,79 metrin ympyrän kaarta päin koeseinää. Kuulan liike-energia törmäyshetkellä on 10 joulen suuruinen.

11 10 joulea 3 joulea Tutkimusselostus 10 (16) Kuva 4.2. Iskulujuuskokeiden periaate. Taulukossa 4.1 on esitetty iskulujuuskokeiden vaurioiden luokittelu. Taulukko 4.1. Iskulujuuskokeiden tulosten luokittelu. Eriste- ja levyrappausten käyttöluokat on määritelty seuraavasti: I II III I Rappauskerros (ETAG004 kriteerit) Rappaukseen ei saa syntyä näkyvää vaurioitumista II Rappaukseen ei saa syntyä halkeilua ja III X I II III Rappaukseen saa syntyä halkeamia, mutta ei rappauspinnan läpäisevää rengashalkeamaa Rappaukseen syntyy rengashalkeama Rappaukseen ei saa syntyä näkyvää vaurioitumista Rappaukseen saa syntyä halkeamia, mutta ei rappauspinnan läpäisevää rengashalkeamaa Rappaukseen syntyy rengashalkeama ja ja ja/tai ja ja ja/tai Rappauslevy (TTY:n kriteerit) Rappauslevyyn ei saa syntyä näkyvää vaurioitumista Rappauslevyyn saa syntyä halkeamia tai vaurioita, jotka eivät ulotu levyn läpi Rappauslevyyn saa syntyä halkeamia tai vaurioita, jotka eivät ulotu levyn läpi Rappauslevyyn syntyy levyn läpi ulottuva halkeama tai levyn runkoaines murskautuu Rappauslevyyn saa syntyä halkeamia tai vaurioita, jotka eivät ulotu levyn läpi Rappauslevyyn saa syntyä halkeamia tai vaurioita, jotka eivät ulotu levyn läpi Rappauslevyyn syntyy levyn läpi ulottuva halkeama tai levyn runkoaines Maan tasalla olevat seinät, joiden läheisyyteen yleisöllä on esteetön pääsy (katutaso). Iskukorkeudella olevat seinät kohteissa, joissa ihmiset huolehtivat rakennuksestaan (sisäpihat, rivitalot yms) tai heitetyille esineille alttiit alueet (2-kerros katujulkisivussa). Alueet, jotka eivät todennäköisesti altistu iskuille tai heitetyille esineille (ylemmät kerrokset). Iskulujuuskokeiden tulokset on esitetty taulukossa 4.2 välittömästi rangan läheisyyteen tehtyjen iskujen osalta ja taulukossa 4.3 rankavälin puoleen väliin tehtyjen iskujen osalta. Yhdessäkään iskussa rakenteeseen ei syntynyt vauriota, minkä johdosta kaikki iskut voitiin luokitella käyttöluokkaan I. Verkotuslaastikerroksen paksuus vaihteli koeseinässä 6 ja 8 mm

12 11 (16) välillä. Lasikuituverkon sijainti verkotuslaastikerroksen ulkopinnasta oli yhdellä verkolla keskimäärin 2/3 ja kahdella verkolla 1/3 ja 2/3. Taulukko 4.2. Rangan välittömään läheisyyteen tehdyt iskulujuuskokeet. 10 joulea 10 joulea vahvistettu vaurio I I I I I I verkotuslaastikerroksen paksuus (mm) verkon sijainti 2/3 2/3 2/3 3/4 3/4 3/4 vaurio I I I I I I verkotuslaastikerroksen paksuus (mm) verkon sijainti 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 lisäverkon sijainti 2/3 2/3 2/3 3/4 3/4 2/3 Taulukko 4.3. Rankavälin puoleenväliin tehdyt iskulujuuskokeet. 10 joulea 10 joulea vahvistettu vaurio I I I I I I verkostuslaastikerroksen paksuus (mm) verkon sijainti 2/3 2/3 3/4 3/4 3/4 2/3 vaurio I I I I I I verkostuslaastikerroksen paksuus (mm) verkon sijainti 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 lisäverkon sijainti 2/3 2/3 2/3 3/4 2/3 2/3

13 12 (16) Kuvassa 4.3 on esitetty poikkileikkaus rappauksesta ja rappauslevystä. Kuvassa verkotuslaastikerroksen paksuus on n. 7 mm. Lasikuituverkoista alempi on osoitettu kuvasta punaisella nuolella. Se sijaitsee verkotuslaastikerroksessa noin 2/3 syvyydellä ulkopinnasta luettuna. Kuva 4.3. Poikkileikkaus rappauksesta ja rappauslevystä. Kuvassa 4.4 on esitetty rappauksen pintaan syntynyt pienehkö jälki, jota ei kuitenkaan 10 joulen iskulujuuskokeissa luokitella vaurioksi. Kyseinen iskukohta on näin saanut muiden tavoin luokituksen I. Kuva 4.4. Esimerkki iskulujuuskokeessa jääneestä vähäisestä jäljestä, jota ei luokitella vaurioksi.

14 4.2 Tartuntavetolujuuskokeet Tutkimusselostus 13 (16) Rappauspinnan ja rappauslevyn väliset tartuntavetokokeet tehtiin säärasitetusta koeseinästä ja vertailukoekappaleesta ETAG004-ohjeistuksen mukaisesti tasaisella kuormitusnopeudella. Kuormitusnopeudeksi valittiin 30 N/s. Säärasitetun koeseinän pintaan liimattiin 6 kappaletta jäykkiä metallisia sivumitaltaan 100 mm vetolevyjä. Vertailukoekappaleessa käytettiin samoja sivumitaltaan 100 mm metallisia vetolevyjä. Liiman kuivumisen jälkeen koekappaleet rajattiin koeseinästä kulmahiomakoneella ja niiden toiselle puolelle liimattiin vastaava vetolevy. Periaate koejärjestelyistä on esitetty kuvassa 4.5. Kuvassa oikealla on esitetty käytetty koejärjestely. Kuva 4.5 Vetokokeiden koejärjestely. Tartuntavetolujuuskokeiden arvostelu by57 eriste- ja levyrappaus kirja määrittää vetolujuudesta seuraavasti: Rappauksen tartuntavetolujuuden tulee olla vähintään 80 kpa myös kokeen jälkeen. Tartuntavetolujuus ei saa heikentyä merkittävästi kokeen aikana vertailukoekappaleeseen verrattuna, kuusi rinnakkaista tartuntavetokoetta. Tartuntavetokokeiden tulokset on esitetty taulukossa 4.5. Säärasitetun koeseinän kuuden tartuntavetokokeen keskiarvo oli 714 kpa ja vertailukappaleen tartuntavetokokeiden 626 kpa. Sementtipohjaisten tuotteiden kohdalla on ennenkin havaittu, että rappauslaastin säännöllinen kastelu säärasituskokeen aikana on hyvää jälkihoitoa tuotteelle, jolloin lujuus voi edelleen kehittyä säärasituskokeen aikana. Tästä johtuen säärasituskokeen jälkeisten kappaleiden lujuus oli 14,2 % suurempi verrattuna vertailukappaleiden lujuuteen.

15 Taulukko 4.4. Tartuntavetokokeiden tulokset. Tutkimusselostus 14 (16) Vertailukappale keskiarvo Murtovoima (N) ,17 Murtotapa (%): levy / tartunta / 0/95/5 0/0/100 0/0/100 0/0/100 0/0/ /0/0 verkotuslaasti Murtojännitys (kpa) ,82 Säärasitettu keskiarvo Murtovoima (N) ,83 Murtotapa (%): levy / tartunta / 0/45/55 0/0/100 5/50/45 0/5/95 0/0/100 0/95/5 verkotuslaasti Murtojännitys (kpa) ,38 Murtolujuus (kpa) 714,38 Tartuntalujuuden muutos 14,2 % Kuvassa 4.6 on esitetty säärasitetusta koeseinästä tehty tartuntavetokoe numero 5. Murto tapahtui verkotuslaastikerroksessa ja sijaitsi lasikuituverkon kohdalla. Kuva 4.6. Säärasitetun koeseinän vetokokeen nro 5 murtopinnat.

16 15 (16) Kuvassa 4.7 on esitetty vertailukappaleesta tehdyn vedon murtopinnat. Kyseinen murtotapa oli muista poikkeava ja murtuminen tapahtui rappauslevyssä. Kuva 4.7. Muista vetokokeista poikennut murtopinta (vertailukappaleen vetokoe nro 5). Muutama tartuntavetokokeista osui rappauslevyn sauman kohdalle, kuten kuvassa 4.8 on esitetty. Näitä olivat säärasitetun seinän vedot nro 1 ja 6 sekä vertailukappaleen tartuntavetokoe nro 1. Kaikissa näissä murtojännitys jäi keskiarvoa alhaisemmaksi. Kuva 4.8. Rappauslevyn sauman kohdalle osunut tartuntavetokoe (säärasitetun koeseinän nro 6).

17