MITÄ BETONILLE TAPAHTUU, KUN SE LÄHTEE

BETONITUTKIMUSSEMINAARI 2018 MITÄ BETONILLE TAPAHTUU, KUN SE LÄHTEE ASEMALTA Yo u r industry, o u r f o c u s TYÖMAATOIMINTOJEN VAIKUTUS BETONIN LUJUUTEEN JA VAATIMUKSENMUKAISUUTEEN RAKENTEISSA ANNA KRONLÖF, EUROFINS EXPERT SERVICES OY JARKKO KLAMI, EUROFINS EXPERT SERVICES OY

SFS EN 206 EN 13791-2 -

Työssä muodostuneita mielipiteitä Ennen kaikkea kävi selväksi, että standardien ja ohjeiden varaan rakentuva järjestelmä ei ole helposti ymmärrettävä kiinnostuneellekaan lukijalle. Asiaa päätettiin lähestyä konkreettisesti. Kaksivaiheisessa työssä tehtiin ensin laajahko kokeellinen osuus yhteistyössä VTT Expert Services Oy:n ja Rudus Oy:n välillä sekä kokeellisen osuuden tulosten pohjalta tulosten tarkastelu VTT Expert Services Oy:n toimesta. Samalla ilmeni, että rakentamisen eri osapuolilla on toisistaan poikkeavia käsityksiä eri tekijöiden lujuusvaikutuksista ja omasta roolistaan lopullisen rakenteen laadun varmistajana. - 3 -

Tuore massa Kaikki kokeet on tehty yhdellä huokostetulla massalla. Ilmapitoisuus ilmamittarilla, % 6,8 Tuoreen massan tiheys ilmamittarilla, kg/m 3 2322 Oletettu tiheys reseptistä, kun ilmapitoisuus on 0 %, kg/m 3 2482 Tuoreen massan huokostilavuus, laskettu edellisistä, % 6,4 Tuoreen massa tiheys kuvasi ilmapitoisuutta hyvin. Massa oli hyvin koossa pysyvää ja tiivistettävää. - 4 -

Lujuus. Kaikki esityksen lujuustulokset ovat 150 mm muunnettuja kuutiolujuuksia Puristuslujuus (muunneettu 150 mm kuutiolujuus), MPa Huokostettu 91 d C50/60 Muunnettu 150 mm kuutiolujuus 72,6 MPa 80 Lujuuden kehitys 60 40 20 0 0 50 100 Ikä, vrk - 5 -

SFS EN 206 betoniperhe ja betonilaatu Betonin vaatimustenmukaisuus varmistetaan tuotannossa standardin EN 206 mukaisesti. Tällöin yksittäinen betonilaatu (perheenjäsen) testataan osana betoniperhettä, joka koostuu useista betonilaaduista. Betoniperhe on betonin valmistuksen laadunvalvontaan liittyvä käsite. Betoniperhe koostuu useista betonilaaduista, joiden lujuudet tyypillisesti poikkeavat toisistaan jossain määrin. Laadunvalvonnassa seurataan betoniperheen lujuutta sekä betonilaatujen lujuutta. Periaate on, että betoniperheelle tehdyt testaukset kuvaavat tuotannon tasalaatuisuutta ja näin tukevat yksittäiselle betonilaadulle tehtyjä testauksia. Sekä betoniperheen ja yksittäisen betoniladun lujuuden ja keskihajonnan vaatimukset on esitetty standardissa SFS-EN 206. - 6 -

Kpl Betoniperhe C50/60 (SFS EN 206 ) Lujuus tehtaalla C50/60 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Perhe tehtaalla 50 kpl Normaalijakauma f ck -4 massa 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Lujuus, MPa 72,6 MPa Esimerkki betoniperheen puristuslujuuden jakautumisesta. Kaikki betonilaadut kuluvat lujuusluokkaan C50/60. Mukana fck-4 massa Valetut lieriöt. Muunnetut 150 mm kuutiolujuudet - 7 -

Kpl Betoniperhe ja -laatu C50/60 (SFS EN 206 ) Lujuus tehtaalla. 8 7 6 5 4 3 2 1 0 C50/60 Perhe tehtaalla Betonilaatu tehtaalla 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Kpl Keskiarvo, Keskihajonta, Lujuus, MPa MPa MPa Perhe, ilman f ck -4 massaa 49 72,0 2,9 Perhe, kaikki massaerät 50 71,7 3,6 Betonilaatu, ilman f ck -4 massaa 14 72,5 2,0 Betonilaatu, kaikki massaerät 15 71,2 4,9-8 - Keskimääräinen perheen jäsen. (Huonompikin kelpaisi.) Seurataan tätä betonia.

Lujuus työmaalla (SFS-EN 13670) Laskennalliset muutokset, kun betoni valetaan työmaalla Lujuus pieneen 0,85-kertaiseksi (SFS-EN 13670) Hajonta kasvaa noin 3 5 MPa (valittu arvo) - 9 -

Betoniperhe C50/60 Lujuus tehtaalla ja työmaalla Työmaalla Lujuus pienenee * 0.85 Hajonta kasvaa noin 3 5 MPa Seurataan tätä betonia. Mitä oikeasti tapahtui? Kpl Keskiarvo, MPa Keskihajonta, MPa Perhe, ilman fck-4 massaa 49 61,0 4,7 Perhe, kaikki massaerät 50 60,7 5,0 Betonilaatu, ilman fck-4 massaa 14 61,7 3,6 Betonilaatu, kaikki massaerät 15 60,6 5,1-10 -

Tuore massa Ilmapitoisuus ilmamittarilla, % 6,8 Tuoreen massan tiheys ilmamittarilla, kg/m 3 2322 Oletettu tiheys reseptistä, kun ilmapitoisuus on 0 %, kg/m 3 2482 Tuoreen massan huokostilavuus, laskettu edellisistä, % 6,4 Tuoreen massa tiheys kuvasi ilmapitoisuutta hyvin. Massa oli hyvin koossa pysyvää ja tiivistettävää. - 11 -

Lujuus työmaalla - Kokeet Kaikki kokeet on tehty yhdellä massalla. Kaikki valut tehtiin Ruduksen Konalan betonitehtaalla ja toimitettiin noin 1 vrk iässä laboratorioon jälkihoitoon ja testaukseen. Betonista valettiin 1) Lieriöt 150 mm + 300 mm, standardi olosuhteet 2) Suljetut säiliöt, 7 C ja 22 C. 3) Seinäelementit 22 C, RH 95%: Hyvä jälkihoito 7 C, ilman kierto: Kylmä tuuli Huono jälkihoito 22 C ilman kierto: Lämmin tuuli Hyvä tiivistys (BY) Huono tiivistys - 12 -

Hyvä tiivistys 22 C, RH 95% Hyvä jälkihoito Huono tiivistys Huono jälkihoito Pituus, mm 1200 Leveys, mm 400 Lorkeus, mm 1230 Til. tot, m 2 0,6-13 -

Seinäelementtien tuloksia Miten paljon lujuus pienenee valetun lieriön rakenteen välillä? - 14 -

Seinäelementtien tuloksia Rakennekoekappaleiden lujuus (SFS EN 13791, muun. 150 mm, keskiarvo) Valetun lieriön lujuus (SFS EN 206, muun. 150 mm, keskiarvo) = 0,85 (SFS-EN 13670) Työmaakerroin Tiivistys Jälkihoito Sijainti Kuinka suuri työmaakerroin oikeasti on? - 15 -

Jälkihoidon vaikutus. Hyvä tiivistys. - 16 -

Jälkihoidon vaikutus. Huono tiivistys. - 17 -

Sijainnin vaikutus. Hyvä tiivistys. Hyvä jälkihoito. - 18 -

Sijainnin vaikutus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. - 19 -

Seinäelementtien tuloksia Huokostilavuuden vaikutus tuloksiin - 20 -

Huokostilavuuden vaikutus rakennekoekappaleiden puristuslujuuteen 91 vrk iässä. Hyvä tiivistys. Hyvä jälkihoito. - 21 -

Huokostilavuuden vaikutus rakennekoekappaleiden puristuslujuuteen 91 vrk iässä. - 22 -

Huokostilavuuden vaikutus työmaakertoimen arvoon - 23 -

2 % tai 5 % ylimääräistä ilmaa (laskennallinen vaikutus, 4%/1%). Hyvä tiivistys. Hyvä jälkihoito. Seinän keskiosa - 24 -

2 % tai 5 % ylimääräistä ilmaa (laskennallinen vaikutus 4%/1%). Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa - 25 -

Huono testaus. Hyvä tiivistys. Hyvä jälkihoito. Seinän keskiosa - 26 -

Huono testaus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa - 27 -

Huono testaus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa 6 rakennekoekappaletta 150 mm muunnettu lujuus Keskiarvo 37,8 MPa Keskihajonta 6,1 MPa - 28 -

Huono testaus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa Huonot porakappaleet : Rakennekoekappaleet on käsitelty poikkeavalla tavalla. Päät on hiottu huonosti. Säilytetty vedessä ennen puristusta. 6 rakennekoekappaletta Keskiarvo 36 MPa Keskihajonta 6,4 MPa Muut koesarjan kappaleet on rikitetty ja säilytetty laboratoriotiloissa vähintään 3 vrk ennen puristusta. - 29 -

5 % ylimääräistä ilmaa (laskennallinen vaikutus, 4%/1%). Huono testaus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa - 30 -

5 % ylimääräistä ilmaa (laskennallinen vaikutus). Huono testaus. Huono tiivistys. Huono jälkihoito. Seinän keskiosa - 31 -

Kuinka mahdollista puristuslujuuden vaatimustenmukaisuuden täyttyminen rakennekoekappalein (EN 13791) on, kun betoni on tiivistetty ja jälkihoidettu huonosti? Tarkastellaan huonosti tiivistettyjä ja jälkihoidettuja rakenteita. 2 testaustapausta, joissa vaatimus täytyy niukasti. 3 porakappaletta 16 porakappaletta Vertailulujuuden vaatimus on C50/60 lujuusluokan betonille 51,0 MPa (0,85*60 MPa = 51 MPa) - 32 -

Kuva 22. Huonosti tiivistetyn ja jälkihoidetun rakenteen testaus, kun koekappaleita on 3 (56 MPa, 58 MPa ja 60 MPa). Keskiarvo on 58 MPa ja keskihajonta 2 MPa. Vertailulujuuden vaatimuksen täyttyminen on erittäin epätodennäköistä. Käytännössä mahdotonta. Kolme testaustulosta - 33 -

Huonosti tiivistetyn ja jälkihoidetun rakenteen testaus, kun koekappaleita on 16 kpl lujuusvälillä 51 MPa 61 MPa. Keskiarvo on 56 MPa ja keskihajonta 3,3 MPa. Vertailulujuuden vaatimuksen täyttyminen on epätodennäköistä. 16 testaustulosta - 34 -

Lieröilujuudesta muunnettu kuutiolujuus. MPa 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Muunnoskerroin Lieriö 150 mm kuutio y = 0,9694x + 8,3836 R² = 0,9529 0 20 40 60 80 100 Kuutiosta määritetty kuutiolujuus, MPa Lieriömuottiin valetusta lieriölujuudesta määritetty kuutiolujuus verrattuna kuutiomuottiin valettuun betonin lujuuteen. - 35 -

Lieröilujuudesta muunnettu kuutiolujuus. MPa 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Muunnoskerroin Lieriö 150 mm kuutio y = 0,9694x + 8,3836 R² = 0,9529 + 7,5 MPa 0 20 40 60 80 100 Kuutiosta määritetty kuutiolujuus, MPa + 6 MPa Lieriömuottiin valetusta betonista saadaan korkeampi 150 mm muunnettu lujuus kuin kuutioon valetusta. - 36 -

Johtopäätökset Samasta betonierästä samassa iässä mitattu korkein yksittäinen lujuustulos oli 75, 3 MPa ja alhaisin 45,4 MPa. Kun rakennekoekappaleet viimeisteltiin ennen testausta huonosti, saatiin alhaisimmaksi tulokseksi 27,5 MPa. Vastaavat arvot keskiarvotuloksina olivat 72,6 MPa, 49,1 MPa ja 37,8 MPa. Puristuslujuustulos kuvaa betonin laadun lisäksi betonin käsittelyn laatua sekä testauksen laatua. Lujuuserot koostuivat useista osatekijöistä, joista kutakin tulee tarkastella erillisinä. Osa koostuu järjestelmän virheistä, osa on työmaakäytäntöjen seurausta ja testausvirheitä. - 37 -

Yhteenveto kaikki yhteensä Betoni tehtaalla, standardeissa, työmaalla, rakenteessa, testauksessa Kaikki yhdessä kuvassa! - 38 -

Puristuslujuus, MPa 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SFS EN 206 C50/60, 72,6 MPa - 39 - Vielä toinen kuva

Puristuslujuus, MPa 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SFS EN 206 C50/60, 72,6 MPa ja "f ck -4-massa 56 MPa - 40 -

Tehtävää 1. Nykyisiä muunnoskertoimia lieriölujuudesta kuutiolujuuteen tulisi korjata. 2. Työmaan valurutiineja tulee kehittää ja valvoa niin, että työmaakerroin olisi lähellä arvoa 0,85. 3. Jos on syytä olettaa, että edellinen (0,85) ei toteudu, tämä tulisi ottaa huomioon betonia tilattaessa. Betoniin tulisi tilata suunniteltua ylilujuutta. Tilauksessa tulisi näkyä sekä suunnitelmassa vaadittu lujuusluokka (esim. C50/60) sekä erikseen valun kannalta tarvittava lujuusluokka (esim. C55/67). 4. Jos on mahdollista, että heikkolujuuksinen betonierä ( fck-4 massa ) joutuu yksittäiseen kriittiseen rakenteeseen, tulee betonissa olla ylilujuutta. Ylimääräisen lujuuden tarve on todella suuri, noin 15 MPa. 5. Syytä ongelmiin betonin ilmapitoisuuden hallinnassa ei tällä hetkellä tiedetä. Riskilliset betonilaadut tulee tunnistaa ja poistaa tuotannosta. Tähän tähtäävä työ on käynnissä. - 41 -

Tehtävää 6. Laadunvalvontaa tulisi muuttaa huokostettujen pakkasenkestävien betonien osalta niin, että näyte otetaan laadunvalvontaan kuljetuksen ja mahdollisen pumppauksen läpikäyneestä massasta ja lujuuden kehitystä seurataan normikoekappalein standardin SFS EN 12390-3 mukaisesti akkreditoidussa testauslaitoksessa. 7. Vaatimustenmukaisuuden valvonnassa tulisi saavuttaa tilanne, jossa lujuus testataan pääosin tuoreesta massasta valetuin koekappalein ja rakennekoekappaleita käytetään tilanteessa, jossa laatua on syytä epäillä. Tällöin tulee käyttää standardin EN 13791 menettelyjä. Tämä tilanne saavutetaan, kun nykyiset huokostetun betonin ilmamäärän hallintaan liittyvät ongelmat ratkaistaan. 8. Testaussuunnitelma tulee suunnitella tapauskohtaisesti siten, että tulos kertoo mitä kulloinkin tarvitaan, joko yksittäisen rakenneosan tai laajahkon rakenteen lujuuden. 9. Betonierien lujuusvaihtelun mahdollisuus ( fck-4 betonierä) tulee huomioida testaussuunnitelmassa, näytteen otossa ja tulosten tulkinnassa. 10.Rakennelujuuden tulosten tulkinnassa tulee ottaa huomioon, että tulokseen vaikuttavat betonin koostumus, betonin käsittely ja testauksen laatu. - 42 -

Kiitos tekijöille! Yo u r i n d u s t r y, o u r f o c u s