RATA 2018 Betonisiltojen lujuusongelmat Jani Meriläinen
Kostamontien alikulkusilta, Kemijärvi Kemijärvi Isokylä Patokankaan parannushankkeessa (PATOhanke) päätettiin uusia vanha, ruosteinen ja alikulkevan liikenteen korkeutta rajoittava terässilta. Jani Meriläinen 2
Kostamontien alikulkusilta, Kemijärvi Jännitystyössä ankkurit painuivat betoniin sen verran paljon, että työ keskeytettiin. Mahdollisia syitä: harvavalu ankkurin taustalla tai betonin riittämätön lujuus. Kelit olivat hyvät. Jani Meriläinen 3
Kostamontien alikulkusilta, Kemijärvi Sillalle otettiin 4 eri kertaa poralieriöitä puristuslujuuden määrittämistä varten: Testausikä Vertailulujuudet K k Tiheys 14 vrk 20,1 MPa 2052 kg/m 3 30 vrk 20,9 Mpa 2084 kg/m 3 34 vrk 21,6 Mpa 2122 kg/m 3 37 vrk 23,4 MPa 2072 kg/m 3 Suunnittelulujuus C40/50 eli kuutiolujuusvaatimus oli 50 MPa (28 vrk). Valmiissa rakenteessa sallitaan 15 % alenema eli minimivaatimus oli 42,5 MPa. Jani Meriläinen 4
Jani Meriläinen 5
Betonin lujuuteen vaikuttavat asiat Sementin laatupoikkeamat. Kostamontiellä kunnossa. Annosteluvirhe eli toimitettu erä on toteutettu väärällä suhteituksella. Kostamontiellä kunnossa. Betonin lisänotkistaminen työmaalla. Kostamontiellä ei ole notkistettu. Työvirhe tiivistyksessä ja jälkihoidossa. Kostamontiellä urakoitsijan ja valvojan mukaan kaikki ok. Hienojen kiviaineksien kosteusvaihteluista johtuvat vesimäärävaihtelut.??? Huokostetun betonin ilmapitoisuuden kasvu kuljetuksen ja valun aikana.??? Jani Meriläinen 6
Lujuus MPa Vesisementtisuhteen merkitys lujuuteen Lujuus MPa Vesisementtisuhde korreloi voimakkaasti betonin lujuuden ja säilyvyyden kanssa. 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 C/W 0 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 W/C Jani Meriläinen 7
Vesisementtisuhteen merkitys lujuuteen Kapillaarisen vedenimeytyskokeen perusteella voidaan arvioida betonin vesisementtisuhdetta, kun sideainemäärä tunnetaan. Kostamontiellä ilmoitettu v/s = 0,46. Kokeneen asiantuntijan arvio 0,50-0,52 alenema noin 6 MPa. Vesisementtisuhteen kasvu saattaa johtua vaihtelusta hienon kiviaineksen kosteudessa. Betonin valmistaja ilmoitti hienon kiviaineksen kosteuspitoisuudeksi 3,5 %, joka on varsin alhainen ottaen huomioon määritysajan toukokuun lopussa. Jo 1 %-yksikön kasvu hienon kiviaineksen kosteudessa nostaa tehollista vesisementtisuhdetta arvosta 0,46 arvoon 0,49. Jani Meriläinen 8
Ilmamäärän merkitys lujuuteen 1 %-yksikön nousu ilmamäärässä laskee betonin puristuslujuutta noin 5 %. Vanha olettamus näyttää pitävän tehtyjen kokeiden perusteella paikkansa. Kovettuneen betonin ilmamääriä ja huokosjakoa voidaan tutkia ohut- tai pintahieistä sekä tarkemmin kapillaarisella vedenimeytyskokeella. Myös tiheyden perusteella voidaan arvioida ilmamäärää. Kostamontiellä betonissa oli kapillaarisen vedenimeytyskokeen mukaan ilmaa 14 %, kun piti olla 5% betonin lujuus on alentunut noin 18 MPa. Jani Meriläinen 9
Lujuuskadon syy Kostamontiellä Lujuuskadon suurin ja selkein syy oli betonin liiallinen ilmamäärä. Ilmamäärän nousua oli havaittu myös muutamissa muissa kohteissa (lujuudet oli näissä vielä riittävät). Ilmamäärän nousun syiden selvittämiseksi ja ilmiön estämiseksi käynnistimme alan toimijoiden kanssa Aaltoyliopistossa Robust Air tutkimuksen. Todennäköisesti Kostamontien alikulkusillan ilmamäärän nousu johtui betoniaseman jälkeisestä sekoituksesta massalle, jolla oli jäljellä reilusti ilmamääräpotentiaalia. Käytetty huokostimen ja polykarboksylaattipohjaisen notkistimen yhdistelmä on lisännyt sekoittaessa massan ilmamäärää. Jani Meriläinen 10
Kostamontien aks:sta opittua Ilmaantumisilmiö olisi pitänyt huomata betoniaseman ennakkokokeissa. Ennakkokokeet pitää tehdä. Kohonneet ilmamäärät olisi pitänyt huomata työmaan ilmamittauksissa. Mittausmenetelmiä parannettava ja mittaajia koulutettava. Siltaa ei olisi saanut jännittää 7 vrk:n iässä, kun betonin lujuus oli niin heikko. Tarkkuutta laadunvalvontaa, koulutusta. Ohjeita ja vaatimuksia on jo riittävästi, mutta niitä on syytä selkeyttää. Betoniasemien/työmaan/valvojien osaamisen lisääminen. Jani Meriläinen 11
Liikenneviraston jatkotoimenpiteitä Ilmamäärätutkimus 2016. Betonisiltojen lujuuksien satunnaisotanta 2016. Myllykirjeellä 18.11.2016 muistutettiin ja tarkennettiin vaatimuksia. Selvitys betonin ilmamäärän ja puristuslujuuden välisestä riippuvuudesta. Selvitys eri aikoina testattujen puristuslujuuksien muutoksesta 28 d arvoihin. Robust Air tutkimus. Selvitys miten rakennekoekappaleista päästään mitoituslujuuteen. Betonisiltojen lujuustutkimukset 2017. DigiConcrete menossa. Liikennevirasto osallistuu aktiivisesti mittausmenetelmien, laadun ja laadunvalvonnan kehittämiseen. Jani Meriläinen 12