Aktiivisen korroosioajan. hyödyntäminen betonijulkisivujen käyttöiässä

Transkriptio

1 Aktiivisen korroosioajan hyödyntäminen betonijulkisivujen käyttöiässä TkT Arto Köliö Tampereen teknillinen yliopisto Rakennustekniikan laitos

2 Rakenteiden elinkaaritekniikan tutkimusryhmä Tutkimusalueet: Korjausrakentaminen Rakenteiden ja rakennusmateriaalien säilyvyys ja käyttöikä Home- ja kosteusvauriot Materiaalitehokkuus ja hiilijalanjälki Ilmastonmuutokseen sopeutuminen Tutkimustoiminta Yhteistyöhankkeita teollisuuden kanssa Väitöstutkimuksia 5 kpl (2 kpl 2016) Kansallisen ohjeistuksen kehitys BY , BY , BY , BY Ryhmän kokoonpano: yhteensä 9 henkilöä Tutkimuspäällikkö, dosentti Jukka Lahdensivu

3 Aktiivisen korroosioajan hyödyntäminen betonijulkisivujen käyttöiässä Tarkasteltavat rakenteet, käyttöikä ja korjaustavat Käyttöikätarkastelun merkitys Tuloksia Aktiivisen korroosioajan osuus käyttöiästä Aktiivisen korroosion mallintaminen Yhteenveto

4 Tarkasteltavat rakenteet Reunateräkset Asennus- ja aputeräkset Tiheästi raudoitettu Verkkoteräkset Kantava raudoitus

5 Käyttöikä (raudoitteiden korroosio) Tuutti (1982) Li (2004) Liu & Weyers (1998) korroosiovauriot Käyttöiän päättyminen (ULS) betonin halkeminen B Betonin lohkeaminen C D A käynnistymisvaihe aktiivisen korroosion vaihe aika

6 Korjaustavat ja korjaustarve Volyymi [m 2 ] Betonielementtijulkisivujen korjaustarpeen muutos (Helsingin alue) Raskaiden korjausten tarve kasvaa peittävä korjaus laastipaikkaus suojaava pinnoitus Vuosiluku Volyymi [parvekkeiden lkm] Mahdollisuudet vähenevät Betonielementtiparvekkeiden korjaustarpeen muutos (Helsingin alue) raskas korjaus/uusiminen laastipaikkaus suojaava pinnoitus Vuosiluku

7 Käyttöikätarkastelujen merkitys a) Määrä 1.3 miljoonaa asuntoa Pääasiallinen rakentamistapa elementtirakentaminen b) Taloudellinen merkitys Merkitys kansallisvarallisuudesta ~ 50 % suomalaisista c) Korjaustarve ylittää nykyiset resurssit Korjaustarve miljardia koko rakennuskannassa (15 26 % BKT) Betonielementtijulkisivujen korjaustarve 3,5 miljardia (1,8 % BKT)

8 Julkisivutyyppi 1970-luvun alun harjattupintaiset betonijulkisivut 1980-luvun alun pesubetonijulkisivut 1980-luvun lopun tiililaattapintaiset julkisivut Osuus rakenteista, joissa betonijulkisivun käyttöikä on päättynyt (Betoninormin mukaan määriteltynä) 26 % 20 % 57 %

9 Aktiivisen korroosioajan osuus käyttöiästä Yhteensä 947 julkisivututkimuksen tilastollinen tarkastelu: Regressioanalyysi, jakaumasovitus, Monte Carlo simulointi % 5 30 % Tavanomainen käyttöikä Mahdollinen käyttöiän jatko

10 DuraCrete (2000) mallin ja tilastollisen datan vertailu ToW = 0.30 ToW = 0.17 ToW =

11 Aktiivisen korroosion mallintaminen Lahdensivu (2012) viistosade Köliö, A., Honkanen, M., Lahdensivu, J., Vippola, M., Pentti, M Cement and Concrete Research, 78(2015). ulkoilman lämpötila Aktiivisen korroosion vaihe Karbonatisoitumiskerroin [mm/ vuosi] Harjattupintainen Pesubetoni maalattu betoni µ σ ulkoilman N suhteellinen kosteus Käynnistymisvaihe (tavanomaisesti vuotta) B pinnalle osuva auringonsäteily Köliö, A., Pakkala, T., Hohti, H., Laukkarinen, A., Lahdensivu, J., Mattila, J., Pentti, M. Materials and Structures, 50:23(2017)

12 Aktiivisen korroosion aika betonielementtijulkisivuissa Corrosion rates in µa/cm 2 (corresponding corrosion penetration in µm/year) [corresponding propagation time to a limit of 67.5 µm] in facades and balconies with varying geographical location in Finland XC4 XC3 Julkisivu Julkisivu Parvekepieli Parvekepieli Parvekelaatta pohjoiseen etelään pohjoiseen etelään alapinta Helsinki-Vantaa (Etelä-Suomi, rannikko) 1.00 (11.6) [5.8] 1.83 (21.2) [3.2] 1.51 (17.5) [3.8] 2.98 (34.6) [2.0] 0.07 (0.85) [79.8] Jokioinen 0.97 (11.2) 1.43 (16.5) 1.46 (16.9) 2.31 (26.8) 0.06 (0.68) (Eteläinen Suomi) [6.0] [4.1] [4.0] [2.5] [99.8] Jyväskylä 0.86 (9.9) 1.07 (12.4) 1.33 (15.4) 1.74 (20.2) 0.04 (0.51) (Keskinen Suomi) [6.8] [5.4] [4.4] [3.3] [133] Sodankylä 0.72 (8.4) 0.81 (9.4) 1.08 (12.5) 1.26 (14.7) 0.03 (0.34) (Pohjois-Suomi) [8.0] [7.2] [5.4] [4.6] [200]

13 Korroosion mallintaminen kohdekohtaisesti Corrosion rate (µa/cm 2 ) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 facade, coastal area facade, inland Year Corrosion rate (µa/cm 2 ) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 balcony frame, coastal area balcony frame, inland Year Corrosion rate (µa/cm 2 ) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 balcony slab soffit Year Corrosion penetration (µm) facade, coastal area facade, inland Year Corrosion penetration (µm) balcony frame, coastal area balcony frame, inland Year Corrosion penetration (µm) balcony slab soffit limit state Year

14 Yhteenveto Betonin suoja korroosiolta on keskeistä käyttöiän kannalta (käynnistymisvaihe kattaa % käyttöiästä) Esitetyllä tarkastelulla voidaan ajoittaa korjauksia sen jälkeen kun karbonatisoituminen on saavuttanut teräkset ja tarkastella virhetapauksia Tarkastelu vaatii kuukausittaista säädataa rakentamispaikalta. Suurin yksittäinen tekijä on viistosade Käytännössä aktiivisen korroosion vaihe on lyhyt säälle alttiissa rakenneosissa Tarkastelu on merkittävä sateelta osittain tai kokonaan suojatuissa ulkobetonirakenteissa

15 Kiitos mielenkiinnostanne! Arto Köliö twitter: REN_TUT