Ympäristö- ja yhdyskuntamessut Ilmastonmuutos ja paikalliset ratkaisut Messukeskus, Hki 11.10.2012 Jukka Lahdensivu Tampereen teknillinen yliopisto, Rakennustekniikan laitos VOIDAANKO ILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUKSIIN VAIKUTTAA JULKISIVUKORJAUKSILLA?
Voidaanko ilmastonmuutoksen vaikutuksiin vaikuttaa julkisivukorjauksilla? Sisältö: - Tavoitteet ja aineisto - Suomalainen rakennuskanta - Ilmastonmuutosennusteet - Vaikutukset huokoisen materiaalin pakkasrapautumiseen - Vaikutukset raudoitteiden korroosioon - Mitä voidaan tehdä nykyiselle rakennuskannalle? 2
TAVOITTEET JA AINEISTO - Arvioida nykytiedoin ilmastonmuutoksen vaikutuksia tällä hetkellä käytössä olevien rakennusten julkisivuihin - Arvioida nykyisten korjausmenetelmien käyttökelpoisuutta tulevaisuuden ilmasto-olosuhteissa. - Tutkimusaineisto koostuu päättyneistä tutkimuksista ACCLIM (Ilmatieteen laitos) BeKo (TTY Rakennustekniikka) sekä mitatusta säädatasta ja TTY:n tutkijoiden kokemuksista julkisivujen vaurioitumiseen ja korjaamiseen liittyen. - Keskitytään ensisijaisesti kiviainespohjaisten julkisivu- ja parvekemateriaalien vaurioitumiseen. Materiaalien mikrobivaurioituminen on rajattu tutkimuksen ulkopuolelle. 3
4
SUOMALAINEN RAKENNUSKANTA Vainio et al. 2005 5
ILMASTONMUUTOSENNUSTEET Jylhä et al. 2009 6
ILMASTONMUUTOSENNUSTEET - Keskilämpötilat nousevat talvella 3-9 C, kesällä 1-5 C - Sademäärät lisääntyvät talvella 10-40 %, kesällä 0-20 %. Muutos on pohjoisessa suurempi kuin etelässä. Sateesta yhä suurempi osa tulee vetenä myös talvella. Rankkasateiden osuus kasvaa. - Jäätymissulamissyklien määrä tulee aluksi lisääntymään lämpötilojen noustessa. - Lämpötilan nousu, pilvisyyden lisääntymien sekä sateisuuden kasvaminen nostavat ilman kosteuspitoisuutta, josta on seurauksena homeenkasvulle suotuisten ajanjaksojen lisääntyminen sekä rakenteiden kuivumisen heikentyminen. Jylhä et al. 2009 7
MIKSI HUOKOINEN MATERIAALI PAKKASRAPAUTUU? - Betoni, tiili ja laasti ovat huokoisia materiaaleja, jotka voivat imeä kapillaarisesti runsaasti vettä huokosverkostoon - Materiaalit ovat hauraita, toistuva jäätyminen ja sulaminen voivat aiheuttaa rapautumista, joka on kiihtyvä ilmiö - Materiaalin lujuus ja kosteusrasitus vaikuttavat rapautumisen esiintymiseen ja etenemisnopeuteen - Laaja-alaisena vauriona mahdoton korjata 8
Materiaaliominaisuudet Huokoisessa materiaalissa oltava riittävästi ja tarpeeksi tiheässä kapillaarisesti vedellä täyttymättömiä ns. suojahuokosia Jäätyvän veden muodostama huokosverkoston paine voi purkautua näihin suojahuokosiin, jolloin jäätymispaine jää riittävän alhaiseksi eikä materiaali rikkoudu 9
PAKKASENKESTÄVYYS / PAKKASRAPAUTUMINEN SUOMEN RAKENNUSKANNASSA Puolet suomalaisista asuinrakennuksista on rakennettu välillä 1960 1979 betonielementtirakennuksia Kaikkiaan noin 44 Mm 2 betonijulkisivuja, 975 000 parveketta vuoteen 2005 mennessä Merkittävää korjaamista vaativaa vaurioitumista havaittu jo lyhyen käyttöiän jälkeen Finnish building stock in numbers, 2008 apartments 3 000 000 2 700 000 2 400 000 All buildings Apartment houses 2 100 000 1 800 000 1 500 000 1 200 000 900 000 600 000 300 000 0 Rakennustekniikan whole building stock laitos, built Jukka before Lahdensivu 1960 built in 1960-1979 2008 10
VAURIOITUMINEN, betonin pakkasrapautuminen Pakkasenkestävän betonin suojahuokossuhteen tulisi olla p r 0,20 Jos p r < 0,10, betonissa ei huokostusta Vaurioituminen nopeinta rantakaistalla 11
VAURIOITUMINEN, betonin pakkasrapautuminen Pakkasenkestävän betonin suojahuokossuhteen tulisi olla p r 0,20 Suojahuokossuhde eri pintaisissa elementeissä <0,1 0,1-0,15 0,15-0,2 0,2 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Pesubetoni (n=573) Harjattu, maalattu (n=875) Klinkkeripintainen (n=188) Muottipintainen, maalaamaton (n=109) Muottipintainen, maalattu (n=239) Tiililaattapintainen (n=243) Valkobetoni (n=40) 12
VAURIOITUMINEN, betonin pakkasrapautuminen Pakkasenkestävän betonin suojahuokossuhteen tulisi olla p r 0,20 13
Rasitustekijät 0 C Jäätymissulamissyklejä 62 138/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) -5 C Jäätymissulamissyklejä 15 52/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) -10 C Jäätymissulamissyklejä 5 26/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) Huokoinen materiaali pakkasrapautuu vain, jos huokosrakenne on täyttynyt yli kriittisen vedellätäyttymisasteen (Fagerlund 1977). Jäätyminen 3 vrk:n sisällä sateesta 0 C Jäätymissulamissyklejä 18 37/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) -5 C Jäätymissulamissyklejä 8 25/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) -10 C Jäätymissulamissyklejä 2 15/vuosi (Jyväskylä 1960-2009) 14
Rasitustekijät Sateesta vain osa julkisivupinnalle. Riippuu mm.: - Pisarakoosta - Pisaroiden putoamisnopeudesta - Tuulesta ja tuulen suunnasta. Noin 40-60 % sademäärästä osuu julkisivuihin. 15
Rasitustekijät Sateesta vain osa julkisivupinnalle. Riippuu mm.: - Pisarakoosta - Pisaroiden putoamisnopeudesta - Tuulesta ja tuulen suunnasta. Noin 40-60 % sademäärästä osuu julkisivuihin. 16
MIKSI RAUDOITTEET RUOSTUVAT? - Raudoitteiden peitepaksuudet pieniä - Betonin (tai laastin) korroosiolta suojaava emäksisyys alenee ajan funktiona ilman hiilidioksidin vaikutuksesta. CO 2 Carbonation front ph ~ 8 ph ~ 13 17
Share [%] Vaurioituminen, raudoitteiden korroosio Cover depths of steelbars, Balcony frame Single measurements 32 676 piece from 653 buildings 25 20 15 10 5 0 0-4 5-9 10-14 15-19 20-24 Cover depth [mm] 25-29 30-34 35-39 40-44 45-49 >50 18
carbonation depth [mm] Vaurioituminen, raudoitteiden korroosio Corbonation of concrete according to surface finishing 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 time [years] fast, k = 3,2 brushed, painted float-finished painted plain concrete uncoated plain concrete exposed aggregate concrete brushed uncoated brick tile finishing white cement concrete ceramic tile finishing 19
Annual rainfall [mm] Rasitustekijät Sademäärällä oleellinen vaikutus korroosionopeuteen. 800 700 600 500 400 300 Vantaa 200 Turku 100 Jyväskylä 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Year 20
MITÄ VOIDAAN TEHDÄ NYKYISELLE RAKENNUSKANNALLE? Puhtaaksimuuratut julkisivut Rapautuneiden saumojen uusiminen Rapautuneiden tiilien uusiminen Kuorimuurin kantavuus ja hoikkuus tarkastettava aina! Kuorimuurin uusiminen kokonaan Julkisivun peittävät korjaukset Rappaus Peittävä korjaus lisälämmöneristyksellä 21
22
MITÄ VOIDAAN TEHDÄ NYKYISELLE RAKENNUSKANNALLE? Rapatut julkisivut Paikallisten vaurioiden paikkarappaus + pinnoitus suojaavalla pinnoitteella Rappauksen uusiminen kokonaan Julkisivun peittävät korjaukset Eristerappaus 23
MITÄ VOIDAAN TEHDÄ NYKYISELLE RAKENNUSKANNALLE? Betonijulkisivut Ulkonäön säilyttävät korjaustavat: (Rakenteen uudelleen maalaus vanhan maalin päälle) Suojaava pinnoite vanhan maalin poiston jälkeen Perusteellinen laastipaikkaus ja suojaava pinnoite. Ulkonäköä muuttavat korjaustoimet: Erilaiset verhouskorjaukset Vaurioituneen rakenteen purkaminen ja uusiminen. 24
Suojaavien pinnoitteiden vaikutus Korroosionopeus riippuu betonin kosteudesta. Tavallisissa suomalaisissa luonnonolosuhteissa ero on 10 x Betonin kosteus jää pinnoitetuissa rakenteissa alle pakkasrapautumista aiheuttavan kriittisen vesipitoisuuden Maalattu betoni Betoni ilman maalipintaa 25
Ulkonäön säilyttävien korjausten vaativuus 26
Erityistä huomiota tulisi kiinnittää: 1. Pesubetoni- ja klinkkerilaattapintaisten julkisivujen pakkasenkestävyys tyypillisesti erittäin huono ja korjausvaihtoehdot vähäisiä (peittävä tai purkava). 2. Parvekkeiden pielielementtien etureunat. Kylmä rakenne, joka saa eniten saderasitusta (raudoitteet nurkissa, pakkasenkestävyys puutteellinen). Vaikuttaa koko parvekkeen kantavuuteen. 3. Elastisten saumojen sekä maalipintojen ja pellitysten kunto. Ehjinä alentavat betonirakenteen kosteuspitoisuutta ja näin hidastavat vaurioitumista. 4. 1970-luvun tuotanto yleensä puutteellisen pakkasenkestävyyden vuoksi. 27
28
29
Linkit 30
KIITOS. jukka.lahdensivu@tut.fi 31