Betonin pitkät käyttöiät todellisissa olosuhteissa

Transkriptio

1 Betonin pitkät käyttöiät todellisissa olosuhteissa Projektipäällikkö, TkT Olli-Pekka Kari Rakennustieto Oy Betonitutkimusseminaari

2 Tutkimuksen tausta > Betonirakenteiden käyttöiät ovat pidentymässä satoihin vuosiin > Tämä usein ylittää ajanjakson, joka voidaan kattaa sekä kokemusperäisesti että normipohjaisilla suunnittelumenetelmillä > Kehittyneiden matemaattisten mallien ja simulointimenetelmien käyttö betonirakenteiden käyttöiän varmistamiseen on välttämätöntä 2

3 Sovelluskohtainen esimerkki betonirakenteen ikääntymisestä 3

4 Vallitsevia ilmiöitä esimerkkisovelluksen betonissa > Diffuusio on vallitseva tunkeumamekanismi molempien ajanjaksojen aikana 4

5 Perinteiset menetelmät esimerkin käyttöiän arviointiin > Yksittäisen ilmiön koetulokset on tavanomaisesti sovitettu Fick:n toiseen lakiin perustuviin yhtälöihin > Ennuste on suoraan riippuvainen kokeellisella jaksolla määritellyistä vakioista CONCENTRATION C s Measured value at exposure time x Measured value at exposure time x + n > Käyttöiän aikana tapahtuvat fysikaaliset ja kemialliset ilmiöt on otettu huomioon implisiittisesti > Betonissa tapahtuvia muutoksia vallitsevia ilmiöitä ja niiden yhteisvaikutuksia ei voida suoraan huomioida D nss Predicted concentration at exposure time x + n Fitting of the test results at exposure time x DEPTH An example of measured and predicted concentrations 5

6 Tutkimuksessa esitetty malli ikääntymisen arviointiin > Termodynaaminen malli vastaa suoraan esiintyvään ilmiömaailmaan Flowchart of the thermodynamic model introduced in the study 6

7 Mallin kokeellinen varmennus > SR-sementistä valmistettuja [1] koekappaleita oli säilytetty vakio-olosuhteissa ilmassa ja upotettuna koeliuokseen yli kymmenen vuoden ajan > Koekappaleita käytettiin malliin kokeelliseen varmentamiseen laajoilla laboratoriokoesarjoilla [1] Teollisuuden Voima Oyj:n (TVO) ja Fortum Power and Heat Oy:n tutkimusohjelma 7

8 Laboratoriotutkimukset 8

9 Esimerkkivertailu koetulosten ja mallinnettujen tulosten välillä Distributions of Ca(OH) 2 and CaCO 3 and ph value in the SR05 concrete after 13 years of exposure Chloride concentrations in the SR04 concrete after 13 years of exposure 9

10 Esimerkkituloksia 500 vuoden käyttöiän simuloinnista Cement hydrates in the concrete after 500a Simulated Cl - /OH - ratio in the SR04 concrete after 500a 10

11 Päätelmiä > Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelun tulee ehdottomasti perustua ymmärrykseen betonissa vallitsevia ilmiöistä ja niiden keskinäisestä vuorovaikutuksesta, sekä menetelmiin, joilla voidaan suoraan mallintaa ja simuloida niitä > Tutkimuksessa esitetyllä ilmiöihin perustuvalla termodynaamisella mallilla voidaan ennen kaikkea tunnistaa vallitsevat ikääntymisilmiöt sekä arvioida niiden vaikutusta betonirakenteen ikääntymiseen > Malliin perustuvilla simuloinneilla voidaan jo suunnittelun alkuvaiheessa optimoida materiaalivalintoja havaitsemalla mahdolliset myöhemmällä käyttöiällä hitaasti paljastuvat ikääntymiseen vaikuttavat tekijät 11

12 Kirjallisuutta > Kari, O. P., Long-term ageing of concrete structures in Finnish rock caverns as application facilities for low- and intermediate-level nuclear waste. Doctoral dissertation, Aalto University. > Kari, O.P., Puttonen, J., and Skantz, E., Reactive transport modelling of long-term carbonation. Cement and Concrete Composites, 52, ISSN > Kari, O.P. and Puttonen J., Simulation of concrete deterioration in Finnish rock cavern conditions for final disposal of nuclear waste. Annals of Nuclear Energy, 72, ISSN > Kari, O.P., Elakneswaran, Y., Nawa, T., and Puttonen, J., A model for a long-term diffusion of mul-tispecies in concrete based on ion-cement-hydrate interaction. Journal of Materials Science, 48, ISSN

13 Kiitos! Olli-Pekka Kari > Esitys >