Sisäkuori- ja ontelolaattabetonit Rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet Laatija: Olli Tuominen, TTY

Transkriptio

1

2 SISÄKUORI- JA ONTELOLAATTABETONIT Rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet Olli Tuominen, Tampereen teknillinen yliopisto

3 Sisällys SISÄKUORI- JA ONTELOLAATTABETONIT Rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet Tutkimuksen tausta Tutkitut sisäkuori- ja ontelolaattabetonit Materiaalikokeet ja tutkitut ominaisuudet Veden imeytymiskoe Veden imeytymiskerroin Veden tunkeutumiskerroin Kapillaarinen kyllästyskosteuspitoisuus Veden imeytymiskertoimen kehittyminen Tasapainokosteuskoe Hygroskooppinen tasapainokosteuskäyrä Painelevykoe Kapillaarinen tasapainokosteuskäyrä Maksimikosteuspitoisuus Märkäkuppikoe Vesihöyrynläpäisevyys Johtopäätökset

4 Tutkimuksen tausta Kosteusteknisen toiminnan tarkka mallintaminen edellyttää, että rakennusmateriaalien kosteusominaisuudet tunnetaan hyvin. Eri valmistajien ontelolaattabetonien kosteusominaisuuksien eroja ei ollut aikaisemmin tutkittu Suomessa. Tutkimukseen valittu 265 mm ontelolaatta on palvelurakennusten yläpohjissa eniten käytetty tyyppi. Sisäkuoret valmistetaan tavallisesti elementteinä. Suomessa sisäkuorielementeissä käytettävän betonin kosteusteknisistä ominaisuuksista ei ollut aiempaa tutkimustietoa

5 Tutkitut sisäkuori- ja ontelolaattabetonit Ontelolaattabetoneita saatiin tutkittavaksi 2 valmistajalta. Laatat olivat 1 m satunnaisotantoja tuotannosta. Sisäkuoribetoneja saatiin 3 valmistajalta. Rudus Oy:n betoni valettiin TTY:llä, muut toimitettiin valmiina elementteinä. Ontelolaattabetonit ovat ominaisuuksiltaan hyvin samanlaisia. Sisäkuoribetonien välillä on jonkin verran eroavaisuuksia. Ontelolaattabetonit. Lähde: Kalsiumsilikaattilevyjen ja ontelolaattojen rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet, Diplomityö, Maarit Vainio (2016) Sisäkuoribetonit Valmistaja Parma Oy, Forssa Lujabetoni Oy, Hämeenlinna Rudus Oy, Tampere Valupäivä Nimellislujuus K40 K50 K50 (K40) W/C-suhde 0,48 0,39 0,449 Sementtilaatu pikasementti 52,5 N 2/3 R, 1/3 N Suurin raekoko 16 mm 16 mm 16 mm (32 mm) Lisäaineet notkistin, huokostin notkistin, huokostin notkistin

6 Veden imeytymiskoe Veden imeytymiskokeet suoritettiin vedenimeytymiskertoimen mittausta määrittävän standardin SFS-EN ISO mukaisesti. Kokeiden perusteella määritettiin jokaiselle betonille veden imeytymis- ja tunkeutumiskertoimet sekä kapillaarinen kyllästyskosteuspitoisuus. Myös kuivatiheyden arvot määritettiin, mutta niihin on syytä suhtautua varauksella koekappaleiden suojauksesta mahdollisesti aiheutuneen virhelähteen vuoksi. Kokeissa käytettiin Eero Tuomisen diplomityössä (2016) kehitettyä menetelmää ja automaattilaitteistoa. Veden imeytymiskertoimet ovat pienempiä kuin kirjallisuudessa on esitetty 0,5 vesi-sementtisuhteen betonille. Materiaali h [mm] ρ dry [kg/m3] A w [kg/(m 2 s 0,5 )] B w [mm/s 0,5 )] w cap [kg/m 3 ] OL-Lujabetoni ,0E OL-Parma ,2E-03 0, Materiaali Ikä [d] A w [kg/(m 2 s 0,5 )] B w [mm/s 0,5 )] w cap [kg/m 3 ] SB-Lujabetoni 245 1,44E-03 4,53E , ,20E-03 4,14E ,0 SB-Parma 147 1,65E-03 4,32E , ,39E-03 1,02E-01 97,3 SB-Rudus 215 5,65E-03 9,11E ,5 Materiaali ρ dry [kg/m 3 ] SB-Lujabetoni 2104,9 SB-Parma 2190,3 SB-Rudus 2318,

7 Aw [kg/(m2s0,5)] Veden imeytymisominaisuuksien kehittyminen 1 Rudus Oy:n sisäkuoribetonin vedenimeytymisominaisuuksien kehittymistä seurattiin lähes 2,5 vuoden ajan. 2,5E-2 Veden imeytymiskerroin on kasvanut ensimmäisen kuukauden vaihtelun jälkeen jatkuvasti, mutta viimeisten tulosten perusteella kasvu on hidastunut. 870 vrk kohdalla mitattu veden imeytymiskerroin vastaa jo kohtalaisen hyvin kirjallisuudessa esitettyjä arvoja. 2,0E-2 1,5E-2 Pian valun jälkeen mitattujen tulosten poikkeamat trendistä johtuvat luultavasti korkeammasta lähtökosteuspitoisuudesta. Betonin kosteuspitoisuus ei ole ehtinyt tasaantua säilytysolosuhteita vastaavalle tasolle ennen kokeiden aloitusta. 1,0E-2 Eri tavalla jälkihoidetulle betonille mitatut veden imeytymiskertoimen arvot olivat alhaisemmat. Hydrataatio on edennyt niillä pidemmälle ja betoni on ollut tiiviimpää. Pidemmän seurannan tulokset eivät kuitenkaan olleet jälkihoidetuilla betoneilla luotettavia koejärjestelystä aiheutuneen virhelähteen (uunikuivaus) vuoksi. 5,0E-3 0,0E+0 Aika valusta [d] Rudus Oy:n sisäkuoribetonin veden imeytymiskertoimen kehittyminen ajan funktiona

8 w cap [kg/m 3 ] Bw [mm/s^0,5] Veden imeytymisominaisuuksien kehittyminen 2 Veden tunkeutumiskerroin on kasvanut veden imeytymiskertoimen tapaan ensimmäisen kuukauden vaihtelujen jälkeen. Viimeisimmät mitatut tunkeutumiskertoimet ovat lähes samansuuruiset. 3,00E-01 2,50E-01 2,00E-01 1,50E-01 1,00E-01 Kapillaarinen kyllästyskosteuspitoisuus on alun vaihtelujen jälkeen hieman laskenut. 5,00E-02 0,00E+00 Aika valusta (d) Rudus Oy:n sisäkuoribetonin veden tunkeutumiskertoimen kehittyminen ajan funktiona 220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 Aika valusta (d) Rudus Oy:n sisäkuoribetonin kapillaarisen kyllästyskosteuspitoisuuden kehittyminen ajan funktiona

9 Kosteuspitoisuus [kg/m 3 ] Tasapainokosteuskoe Tasapainokosteuskokeilla määritettiin hygroskooppinen tasapainokosteuskäyrä eri betonilaaduille. Kokeet suoritettiin standardia SFS-EN ISO mukaillen. Tasapainotusolosuhteiksi valittiin 33, 55, 75, 83, 93 ja 97 % RH sekä sisäkuoribetoneilla lisäksi 9 % RH. Ontelolaattabetoneilla tasapainokosteuskäyrien mittaamiseen käytettiin yhtä koekappalesarjaa ja sisäkuoribetoneista tehtiin kokeen nopeuttamiseksi omat sarjat adsorption ja desorption mittaamista varten. Kosteuden siirtyminen osoittautui betoneilla erittäin hitaaksi eikä standardin mukainen tasapainottumisen todentaminen soveltunut betoneille. Suurta osaa ontelolaattabetonien tuloksista ei voi pitää luotettavina puutteellisesta tasapainottumisesta johtuen. Tasapainokosteuskokeet myös jatkuvat edelleen sekä sisäkuori- että ontelolaattabetoneilla (12 / 2018). Hygroskooppisen tasapainokosteuskäyrän mittausta pyrittiin nopeuttamaan mm. käyttämällä erilaisia koekappaleita (ks. tuloskortti Rakennusfysikaalisten kosteusominaisuuksien laboratoriomittausten kehittäminen ) Lujabetoni, ads. Parma, ads. Rudus, ads. Lujabetoni, des. Parma, des. Rudus, des Ilman suhteellinen kosteus [%RH] Sisäkuoribetonien hygroskooppiset tasapainokosteuskäyrät. RH [%] Tasapainokosteuspitoisuus [kg/m 3 Parma Lujabetoni 97 % 103,5 - Ontelolaattabetonien hygroskooppiset tasapainokosteudet adsorptiossa. RH [%] Tasapainokosteuspitoisuus [kg/m 3 Parma Lujabetoni 94 % 101,1 95,0 85 % 98,4 91,0 Ontelolaattabetonien hygroskooppiset tasapainokosteudet desorptiossa

10 Kosteuspitoisuus [kg/m3] Painelevykoe Painelevykokeella määritettiin kapillaarinen tasapainokosteuskäyrä (desorptiossa) sekä maksimikosteuspitoisuudet eri betonilaaduille. Kokeet suoritettiin mukaillen standardeja NT BUILD 481 ja ASTM C1699. Painelevykokeessa pakotetaan vettä pois materiaalin huokosista. Käytetyt ylipaineet olivat 0,316; 1; 3,16; 10; 31,6 ja 100 bar. Kosteuspitoisuus [kg/m 3 ] Lujabetoni 110 Parma Rudus Huokosilman suhteellinen kosteus [% RH] Sisäkuoribetonien kapillaariset tasapainokosteuskäyrät. Painelevykoe osoittautui pitkäkestoiseksi, minkä vuoksi kaikkia painetasoja ei ehditty tekemään kaikille betonilaaduille. Painelevykokeen koejärjestelyä kehitettiin mittausten yhteydessä (ks. tuloskortti Rakennusfysikaalisten kosteusominaisuuksien laboratoriomittausten kehittäminen ). 170,0 160,0 150,0 140,0 130,0 120,0 110,0 100,0 90,0 80, Huokosilman suhteellinen kosteus [% RH] Parma Lujabetoni Ontelolaattabetonien kapillaariset tasapainokosteuskäyrät

11 δν [m²/s] Märkäkuppikoe Vesihöyrynläpäisevyys määritettiin standardin SFS-EN ISO mukaisella märkäkuppikokeella ja Koejärjestelyn toimintatapa on kehitetty Elina Maneliuksen diplomityössä (2013). Ilmankosteus oli kupin sisällä 93 % RH ja kupin ulkopuolella 50 % RH. Tulokset ovat samaa suuruusluokkaa kirjallisuudessa betonille esitettyjen arvojen kanssa. Eri betoneille mitatuissa vesihöyrynläpäisevyyksissä on huomattavia eroja. 3,00E-07 2,50E-07 2,00E-07 1,50E-07 1,00E-07 5,00E-08 0,00E+00 OL-Lujabetoni OL-Parma SB-Lujabetoni SB-Parma SB-Rudus

12 Johtopäätökset Eri betonien kosteusteknisissä ominaisuuksissa on eroja myös käyttötarkoitukseltaan samanlaisten betonien välillä. Sen vuoksi on tärkeää, että rakenteessa käytetyn materiaalin ominaisuudet oikeasti tunnetaan, eikä käytetä vain tietyn materiaaliryhmän arvoja. Esimerkiksi tutkitut ontelolaattabetonit olivat lähtökohtaisesti hyvin samanlaiset, mutta toinen siirsi vettä kapillaarisesti selvästi nopeammin. Selkeää hajontaa eri betonien välillä on nähtävissä myös vesihöyrynläpäisevyyksissä. Erot aiheutuvat betonien erilaisesta koostumuksesta (esim. raekoko, lisäaineet, vesi-sementtisuhde) sekä betonien erilaisesta historiasta (kosteusolosuhteet, betonin ikä, jne.). Betonin kosteustekniset ominaisuudet muuttuvat ajan ja ympäristön olosuhteiden vaikutuksesta. Tulosten perusteella muutoksia tapahtuu valun jälkeen useiden vuosien ajan. Muutoksen nopeus on riippuvainen olosuhteista, esimerkiksi hydratoituminen etenee pidemmälle, jos betoni on kosteaa. Betonin käyttöolosuhteet ja historia tulisi olla tiedossa, jotta materiaaliominaisuudet osataan arvioida oikein

13 Kiitos! Lisätietoja esityksen sisällöstä Olli Tuominen Tampereen yliopisto COMBI-tuloskortti: Sisäkuori- ja ontelolaattabetonien rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet Kalsiumsilikaattilevyjen ja ontelolaattojen rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet, Maarit Vainio 2016 Sisäkuoribetonin rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet, Kari Vänttinen 2017 Sisäkuori- ja ontelolaattabetonien rakennusfysikaaliset kosteusominaisuudet ja mittausmenetelmien kehitys, Olli Tuominen (tulossa 2019) Lisätietoja COMBI-hankkeesta Juha Vinha Tampereen yliopisto COMBI-hankkeen internetsivut Tämän teoksen suhteen noudatetaan lisenssiä Creative Commons Nimeä-JaaSamoin 4.0 Kansainvälinen. Lisenssiin voit tutustua osoitteessa