LÄMMITETTY MASSIIVIHAVUPUULATTIA

LÄMMITETTY MASSIIVIHAVUPUULATTIA Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten. Espoossa 27. heinäkuuta 2006 Valvoja: ma Professori Ilmari Absetz Ohjaaja: ma Professori Ilmari Absetz

ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty Teknillisen korkeakoulun rakennus- ja ympäristötekniikan osastolla. Diplomityössä esitetään -projektin tulokset ja johtopäätökset. Haluan kiittää ma prof. Ilmari Absetzia, joka toimi työni valvojana ja ohjaajana. Esitän kiitokseni myös Wood Focus Oy:n Jukka Ala- Viikarille ja Wood Focus Oy:n jäsenyritysten edustajille, sekä Uponor Oy:n Pekka Jaloselle ja Robin Gottbergille osallistumisesta projektiin. Espoossa 27.7.2006 Matti Poussa

TEKNILLINEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Matti Poussa Työn nimi: Päivämäärä: 27.7.2006 Sivumäärä: 101 Osasto Professuuri: Valvoja: Ohjaaja: Rakennus- ja ympäristötekniikan osasto Talonrakennustekniikka ma Professori Ilmari Absetz ma Professori Ilmari Absetz Avainsanat: raaka-aineen valinta, välivarastointi, lämmitysteho, käyttömukavuus, muodonmuutokset Diplomityössä tutkittiin lattialämmitettyjä massiivihavupuulattioita. Lattialautojen valmistusprosessia tutkittiin omassa osiossaan. Lisäksi tutkittiin kokeellisesti ja mallintamalla lattialämmitetyn puulattian toimintaa, vaikutusta energiankulutukseen ja puun muodonmuutoksiin. Tutkimuksen pohjalta laadittiin asiaa koskeva ohjeistus. Nykyiset asumiskonseptit asettavat suuret vaatimukset lautalattioille. Kokonaislaatua voidaan nostaa optimoimalla pahimmat muodonmuutoksia aiheuttavat tekijät, tärkeimpinä niistä raaka-aineen valinta ja kuivaus. Paras raaka-aine lattialaudoille on pohjoismaisella sahaustavalla sahattu 3 ex log siten, että sydänkappaleet lajitellaan pois. Sydänkappaleet ja sydänjuovaiset laudat aiheuttavat kieroutta ja sydämen suhteen epäsymmetriset kappaleet syrjävääryyttä. Syrjävääryys ja kierous estävät tiiviin asennuksen betonilaatassa. Syrjävääryys aiheuttaa rakovälin tuplaantumista puupalkistossa. Optimaalisen lattialautapoikkileikkauksen tulee olla sydänpuoli käyttölappeena, tarkkaan symmetrinen ytimen suhteen, keskilinjalle pystyyn vedetyllä akselilla ei saa olla sydän/pintapuurajaa ja poikkileikkauksen keskipisteen tulee sijaita 30-50mm sydämestä. Haluttu raaka-aine tulisi hankkia laivakuivana (MC 14-16%), jolloin sen suoruus voidaan tarkistaa. Lattialautojen optimaalinen tavoitekosteus on MC 8% vaihteluvälillä 6-9%, johon kuivaaminen voidaan suorittaa erikseen. Syklisten kosteusrasitusten käyttöä muodonmuutosten vähentämiseksi kuivausohjelmassa tulisi kehittää. Lattialämmityksen vaikutusta lämmitystehoon, lämpöhäviöihin ja lautalattian muodonmuutoksia tutkittiin koelattioiden ja mallinnuksen avulla. Lämpökenttälaskelmien mukaan lattialämmitys kaksinkertaistaa ja puulattian tapauksessa kolminkertaistaa alapohjan lämpöhäviöt. Lämmityskaudella kokonaisenergiantarve ja sitä mukaa energiakustannukset kuitenkin kasvavat lämmitetyllä puulattialla vain 8%, mikä on kompensoituu lyhyemmän lämmityskauden (kuin kivilattiassa) ansiosta (~8kk) tai mitoittamalla vaippa ja/tai ilmanvaihto yhteensä 8% vähemmän energiaa kuluttavaksi. Lämmitetyn alapohjarakenteen lämpöhäviöitä on vaikea saada laskettua lämmittämättömän rakenteen tasolle lisäeristämällä alapohjaa. Sekä lautalattian, että välikerrosten (esim. solumuovi) todettiin leikkaavan lämmitystehoa huomattavasti, siksi lämmitysputkien päällisen rakenteen paksuus on minimoitava. Lattialämmitetyn puulattian pintalämpötilaerot ovat alle 2 astetta, mikä ei ole epämukavuustekijä. Pintalämpötilan maksimiarvoksi määritettiin 30 C, mikä on sekä käyttömukavuusraja, että lattian liiallista kuivumista rajoittava. Lattialämmityksen ei todettu lisäävän puulattian muodonmuutoksia. Kiinnityksellä puupalkistossa tai ponteista liimauksella betonilaatassa ei ollut pienentävää vaikutusta muodonmuutoksiin. Lämpöpuulattian muodonmuutokset olivat kokeissa puolet pienempiä kuin normaaleilla laudoilla. Lattialaudat tulee höylätä sydänpuoli käyttölappeeksi, koska käyristymisen todettiin oleva käyttömukavuuden kannalta haitallisempaa kuin kupristuman, jonka lisäksi todettiin pienentävän rakoleveyttä. Kiinnityskokeiden perusteella puupalkistoon asennettava lautalattia tulisi kiinnittää vähintään 60mm tiheäkierteisillä täyskierteisillä ruuveilla palkkeihin ja suoraan kontaktiin lämmönjakopellin kanssa. Betonilaatan päälle kelluvasti asennettavan lautakentän tasoittavaksi kerrokseksi suositellaan 2mm solumuovia 3mm:n solumuovin sijasta tai lämmönjohtavampaa bitumimattoa. Liikuntasaumat ja jalkalistat mitoitetaan siten, että kelluvan lautalattian vapaa leveyden suuntainen kokonaiseläminen on 15mm/mm ja lämpöpuulle puolet vähemmän.

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ABSTRACT OF THE MASTER THESIS Author: Matti Poussa Name of the Heated massive softwoodfloor thesis: Date: 27.7.2006 Number of pages: 101 Department: Department of Civil and Environmental Engineering Chair: Structural engineering Supervisor: Instructor: Keywords: Professor Ilmari Absetz Professor Ilmari Absetz Choosing of material, storaging, comfortability, efficiency of heating, deformations Massive softwood floors with floor heating were studied. Manufacturing process of soft-wood floor was investigated separately. Laboratory tests and modelling were carried out to investigate the operation of floor heated soft-wood floor, and its effects in consumption of energy and deformations of wood. On the basis of this study an instruction manual was made for the parties involved. Modern interior design concepts of houses create an increasing demand for high quality, and the same level of quality has to be achieved also in soft-wood floors. Quality of a floor can be increased by eliminating the worst factors that cause deformations. This can be mainly done in the qualification of lumber and in the drying process. Worst deformation types considering ease of installation and high quality in use are twist and crook. In sawing the lumber for soft-wood floor, the best location of a cross-section is heart free lumber (3 e log), sawn 30-50mm from the pith (least twist), pith-side up, axis in cross-section drawn vertically from the pith cannot contain both heartwood and sapwood (causes twist). Symmetry in relation to pith is very important in avoiding crook, which causes installation problems and doublecracking. Chosen raw material should be supplied with MC of 14-16%, so that straightness of the pieces can be verified. Optimal MC% at installation is 8%, or between 6-9%. Drying program to MC of 8% can be conducted separately. Effects of floor-heating on achieved power of heating, loss of heat and deformations were studied by testing and modeling. According to 2-dimensional calculations of temperature fields, floor heating doubles and in case of wooden floor triples the loss of heat to sub-floor. Total consumption of energy and therefore the costs of it increases by 8% (in case of heated wooden floor), which is compensated by shorter lasting of heating season (~8months) or by increasing the heat resistance of the envelope of the building by 8%. Decreasing the heat loss of a heated sub-floor construction is difficult by increasing the thickness of the insulation layer. Both wooden floor and mid-layers were found to cut the power of heating remarkably. Therefore we suggest that the thickness of layers on top of heating pipes should be minimized. Differences in surface temperatures were under 2 degrees, which doesn't cross the limit of discomfort. Maximum surface temperature was defined to be 30 C, which is the limit of discomfort and durability. According to our study, deformations of wooden soft wood floors are not increased with the use of floor heating. Attachment with screws to wooden sub-floor or gluing together of boards in concrete slab did not decrease the deformations. In our tests the deformations of heat-treated floorboards were measured to be only 50% in comparison to the results of untreated boards. We suggest that floorboards should be machined pith-side up, because concave cupping was found to be more discomfortable than convex cupping. On the basis of our attachment-tests we suggest that the screws used for attachment of floorboards to wooden subfloor should be at least 60mm long with dense full length threads. In optimizing the efficiency of heating the 3mm foam-matt under flooring in floating installation to concrete slab should be replaced with a 2mm foam-matt or 2mm bitumen matt. The free space for sideways movement of a floating floor should be dimensioned in total 15mm/m and half of it for heat treated floors.

SISÄLLYSLUETTELO ALKUSANAT TIIVISTELMÄ ABSTRACT 1 JOHDANTO 8 1.1 TAUSTAT 8 1.2 TUTKIMUSONGELMA 8 1.3 TAVOITTEET 9 1.4 TUTKIMUSMENETELMÄT 9 2 LAUTAPROSESSIN KIRJALLISUUSSELVITYS 10 2.1 JOHDANTO 10 2.2 LATTIALAUTAOHJEISTUS SUOMESSA 10 2.3 PUUN, SAHATAVARAN JA PUUTUOTTEIDEN MUODONMUUTOSOMINAISUUDET 12 2.3.1 ANISOTROPIA (PUU) 12 2.3.2 SISÄISET KOSTEUSEROT (SAHATAVARA) 13 2.3.3 SAHAUSTAPA JA DIMENSIOT (PUUTUOTTEET JA SAHATAVARA) 14 2.4 LATTIALAUTOJEN MUODONMUUTOSOMINAISUUDET 14 2.4.1 RAKOILU 15 2.4.2 SYRJÄVÄÄRYYS (CROOK) 16 2.4.3 KUPERUUS (CUP) 17 2.4.4 KIEROUS (TWIST) 19 2.4.5 LAPEVÄÄRYYS (BOW) 20 2.4.6 HALKEILU 20 2.5 PROSESSI TUKISTA LATTIALAUDAKSI 21 2.5.1 POHJOISMAISTEN LATTIALAUTAVALMISTAJIEN PROSESSIT 21 2.5.2 LATTIALAUDAN RAAKA-AINEEN VALINTA 21 2.6 KUIVAUSTUTKIMUS JA MUODONMUUTOSTEN VÄHENTÄMINEN 22 2.6.1 KUIVAUSPROSESSIN OPTIMOINNIN TAVOITTEET 22 2.6.2 KUIVAUSTUTKIMUS JA ERIKOISKUIVAT TUOTTEET 23 2.6.3 SYKLISET KOSTEUSRASITUKSET: MUODONMUUTOSTEN VÄHENTÄMINEN 23 2.6.4 KORKEAN LÄMPÖTILAN HÖYRYKUIVAUS: 24 2.6.5 PINTAKOVUUS - CASE HARDENING MUODONMUUTOSTEN AIHEUTTAJANA 24 2.7 LATTIALAUDAN OPTIMOINTI LAUTAPROSESSISSA 27 2.7.1 RAAKA-AINEEN VALINTA (MC 14-16% TAI TUORELAJITTELU) 27 2.7.2 KUIVAUS 28 2.7.3 HÖYLÄYS 29 3 LATTIAPROSESSIN KIRJALLISUUSSELVITYS 30 3.1 JOHDANTO 30 3.2 SISÄILMAN TUTKIMINEN 30 3.3 LÄMMITETTY MASSIIVIHAVUPUULATTIA: TÄMÄN HETKINEN OHJEISTUS 32 3.3.1 PUULATTIALLE SOVELTUVAT LÄMMITYSJÄRJESTELMÄT 32 3.3.2 PUULATTIAN LÄMMITYSTEHO JA PINTALÄMPÖTILA 34 3.3.3 MASSIIVIPUULATTIAPUUPALKISTON PÄÄLLE 36

6 3.3.4 MASSIIVIPUULATTIA BETONILAATAN (TMS. ALUSTA) PÄÄLLE 38 3.3.5 LAUTALATTIAN ELINKAARILAATU 39 3.4 LATTIAN VARASTOINTI, TOIMITUS JA ASENNUS 41 3.5 LATTIAN MUODONMUUTOKSET 42 3.5.1 VUODENAIKOJEN JA LATTIALÄMMITYSJÄRJESTELMÄN VAIKUTUS 43 3.5.2 PINTAKÄSITTELYN VAIKUTUS 44 3.5.3 PONTEISTA NAULAAMINEN / RUUVAAMINEN PUUPALKISTOSSA 44 3.5.4 PONTEISTA LIIMAAMINEN PUUPALKISTOSSA 45 3.5.5 PONTEISTA LIIMAAMINEN BETONILAATASSA 50 3.5.6 VANHENEMINEN JA SYKLISET KOSTEUSRASITUKSET 51 4 KOKEET 55 4.1 KOKEIDEN TARKOITUS 55 4.2 KOEJÄRJESTELY JA KOEMATERIAALIT 56 4.2.1 SÄÄHUONE: TALVI- JA KESÄOLOSUHTEEN SIMULOINTI 56 4.2.2 MITTALAITTEET 56 4.2.3 LATTIA-AIHIOT JA LATTIALÄMMITYSJÄRJESTELMÄ 57 4.2.4 KIINNITYS JA SEN TESTAUS: NAULAT, RUUVIT JA LIIMAT 58 4.2.5 TESTATUT MASSIIVIHAVUPUULATTIATUOTTEET 59 4.3 TUTKIMUSMETODIT 62 4.4 KOETULOKSET 66 4.4.1 LÄMPÖKENTÄT RAKENTEESSA 66 4.4.2 LÄMPÖKENTÄT LATTIAN PINNALLA 68 4.4.3 PINTALÄMPÖTILAN & PINTAKÄSITTELYN VAIKUTUS KÄYTTÖMUKAVUUTEEN 70 4.4.4 KIINNITYSTESTIN TULOKSET: PARAS KIINNITYSTAPA 71 4.4.5 KOSTEUSMUODONMUUTOKSET 72 4.5 TULOSTEN TARKASTELU 77 4.5.1 OLOSUHDEHALLINTA JA LAUTOJEN KOSTEUDEN KEHITYS 77 4.5.2 LÄMMITYSJÄRJESTELMÄN TEHO LÄMPÖKENTTIEN PERUSTEELLA 78 4.5.3 PINTALÄMPÖTILAN & PINTAKÄSITTELYN VAIKUTUS KÄYTTÖMUKAVUUTEEN 79 4.5.4 KIINNITYSTESTIN TULOKSET: PARAS KIINNITYSTAPA ON TIHEÄ TÄYSKIERRETTY 60MM RUUVI 79 4.5.5 KOSTEUSMUODONMUUTOKSET 80 5 LASKENTA JA MALLINNUS 83 5.1 ALAPOHJARAKENTEEN LÄMPÖKENTTIEN MALLINNUS 83 5.1.1 RAKENNEKERROKSET JA LÄMMÖNJOHTAVUUDET 83 5.1.2 MALLIN LASKENTATARKKUUDEN VERIFIOINTI 84 5.1.3 ALAPOHJARAKENTEIDEN LÄMPÖKENTÄT 86 5.1.4 ENERGIATALOUS JA LÄMPÖKENTTIEN ANALYSOINTI 87 5.1.5 PINTARAKENTEEN LÄMMÖNJOHTAVUUDEN OPTIMOINTI 88 5.2 LAUTALATTIAN MUODONMUUTOSTEN LASKENNALLINEN TARKASTELU 92 5.2.1 RAKOILUN MALLINNUS PUUPALKISTOSSA 92 6 JOHTOPÄÄTÖKSET 94 6.1 LAUTAPROSESSI 94 6.2 LÄMMITYSTEHO 94 6.3 MUODONMUUTOKSET 96

7 6.4 PARHAAT LATTIARATKAISUT JA KIINNITYSTAVAT 97 6.5 TOIMINTAOHJEEN LAATIMINEN 98 7 HAVAINNOLLISTAMINEN: VIIKIN KIRKON LATTIA 98 8 YHTEENVETO 100 9 LÄHDELUETTELO 102 LIITTEET A TULOSLIITE B TOIMINTAOHJE

8 1 JOHDANTO 1.1 Taustat Massiivihavupuulattioita on ollut suomalaisissa kodeissa aina. Nykyiset asumiskonseptit asettavat sisustustuotteille korkeita vaatimuksia, joihin lautalattian on pystyttävä vastaamaan. Lattialämmitys puulattiassa on Pohjoismaissa jo yleisesti käytössä ja sen kysyntä Suomessa on kasvussa. Ruotsissa jopa puolet puulattioista saa alleen lattialämmityksen. Lämmitetyn puulattian energiatehokkuus on siten taloudellisesti merkittävä tutkimuskohde. Rakennuksissa materiaalit ja toiminnot kohtaavat ja niiden yhteistoimintaa on vaikea ennustaa. Puulattioita ja lattialämmitysjärjestelmiä toimittavat niihin erikoistuneet eri toimialoilla toimivat yritykset, vaikka puulattian toiminta osana lämmitysjärjestelmää muodostaa kokonaisuuden. Puulattia toimii sekä eristävänä, että lämmittävänä elementtinä, joten sen vaikutus lämmitystehoon ja energian kulutukseen on tutkittava. Puu on luonnonmateriaali ja reagoi ympärillä vaikuttaviin olosuhteisiin kosteusmuodonmuutoksilla. Lautalattian kosteusmuodonmuutokset johtuvat vuodenaikojen mukaan vaihtuvasta sisäilman suhteellisesta kosteudesta (Talvi RH%20, Kesä RH60%), joka määrää puun tasapainokosteuden (MC%). Lämmitetyn lattian lämpötilavaihtelut (Talvi n. 35C, Kesä n.20c) vaikuttavat lattiapinnan yläpuoliseen suhteelliseen kosteuteen. (Lämpötilan lasku nostaa ilman suhteellista kosteutta ja nousu laskee sitä) 1.2 Tutkimusongelma Perinteisen massiivihavupuulattian muodonmuutokset ovat sujuvan asennuksen ja käyttömukavuuden kannalta ongelmallisia. Muodonmuutoksia tapahtuu jo valmistus- ja toimitusketjussa. Vastuunjako ketjussa on vaikeaa, koska muodonmuutosten syntyyn vaikuttavat lukuisat tekijät. Lattiatuotteen tuotekehityksessä on kiinnitettävä huomiota koko prosessiin. Lattialämmitetyn puulattian toiminnasta ei ole tehty laajempia tutkimuksia ja markkinoilla saatavilla oleva tieto perustuu pääasiassa käytännön kokemuksiin. Vastauksia tarvitaan mm. kysymyksiin Puu on eriste. Millainen rakenne johtaa lämmön tehokkaasti huoneilmaan? Puu kuivuu lämmityskauden aikana ja kostuu kesällä lämmityksen ollessa pois päältä. Kärsiikö lattia liiallisista muodonmuutoksista? Lisääkö lattialämmitykseen yhdistetty puulattia energiahäviöitä alapohjaan?

9 1.3 Tavoitteet Lautaprosessi: Raaka-aineen ja tuotteen optimointi Massiivihavupuulattiatuotteiden valmistusprosessia kutsutaan tässä työssä lautaprosessiksi. Lautaprosessin osa-alueita, kuten raaka-aineen valintaa, kuivausta, jatkojalostusta ja tuotteen paketointia, kehitetään siten, että tuote on varastoinnissa mittapysyvämpi ja vastaa lattiaan asennettuna sille asetettuihin laatukriteereihin (määritellään lattiaprosessissa) Lattiaprosessi: Toimintaohjeen laatiminen Lämmitetyn massiivihavupuulattian päätymistä suunnittelupöydältä toimivaksi lattiaratkaisuksi kutsutaan tässä työssä lattiaprosessiksi, jonka osapuolia ovat lämmitysjärjestelmätoimittaja, rakennesuunnittelija, sisustussuunnittelija, lattiatoimittaja, asentaja ja käyttäjä. Lattiaprosessissa tutkitaan ja kehitetään olemassa olevien lattiatuotteiden toimintaa, niiden asennusta, lattialämmityksen ja puulattian yhteistoimintaa sekä tuotetoimitusketjua. Olemassa olevan tiedon ja tutkimustulosten perusteella määritetään lattialämmityksen kanssa toimivat massiivihavupuulattiatuotteet, niiden muodonmuutosten reunaehdot lattiassa, lämmitystehon reunaehdot, toimitusketjun toimintamalli ja tuotevastuujako. Lattian elinkaarilaatua voidaan nostaa lattiaprosessissa kontrolloimalla lautoja ympäröivää olosuhdetta toimitusketjussa, sekä kehittämällä kiinnitystapoja, jotka vähentävät muodonmuutoksia (pakottaminen, venymä, relaksaatio) Työn pohjalta laaditaan RT-kortin käsikirjoitusluonnos, jonka osa-alueita ovat: Lattialaudan valmistusohje, Lattiaratkaisun valintaohje, Lattiatuotteen varastointiohje, Lattiatuotteen vastaanottotarkastus-ohje, Lautalattian asennusohje sekä tilaajan Käyttöohjeet. 1.4 Tutkimusmenetelmät tutkimusprojekti toteutettiin seuraavilla menetelmillä kirjallisuusselvitykset laskennalliset tarkastelut laboratoriokokeet markkinaselvitykset ja kyselyt alan asiantuntijoilta opastetut sahaekskursiot yhteistyö teollisuuden asiantuntijaryhmän kanssa

10 2 LAUTAPROSESSIN KIRJALLISUUSSELVITYS 2.1 Johdanto Havupuisen lattialaudan valmistusprosessi on tässä tutkimuksessa nimetty lautaprosessiksi, joka alkaa tukin lajittelulla ja päättyy kun lattialauta lähtee tuotannosta varastointiin. Massiivihavupuulattialautojen valmistusta määrittelee ja valvoo standardi: SFS-EN 13990, PUISET LATTIANPÄÄLLYSTEET. HAVUPUULATTIALANKUT. Standardi vahvistettiin vuonna 2004 eurooppalaiseksi standardiksi EN 13990. Myös RT-kortti RT 21-10750 sisältää jonkin verran tietoa mm. eri poikkileikkauksista. Tavoitteena lautaprosessissa on optimoida raaka-aineen jalostusprosessi. Toimivien massiivihavupuulattiatuotteiden löytämiseksi on optimoitava sahaustapa ja kuivausohjelma sahaus- ja jatkojalostusprosessissa. Tutkimuksen painopiste on haitallisiksi koettujen muodonmuutosten minimointi lattialaudassa, ilman että käyttölappeen kovuus tai visuaalisuus kärsivät. 2.2 Lattialautaohjeistus Suomessa Sahattu ja höylätty puutavara (RT 21-10750) RT-kortin lattialautoja koskeva ohjeistus: Lattialaudat valmistetaan A3 ja A4 sekä B laatuluokan sahatavarasta. Lattialaudan käyttölape on sileäksi höylätty. Lattialautojen takalappeeseen tehdään 2,5 mm syvyinen kevennys (ks. katkoviiva taulukko 1.) tai laudan pituussuuntaiset urat, joiden syvyys saa olla enintään 1/4 laudan paksuudesta uran kohdalla. Lattialaudat höylätään yleensä siten, että sydänpuoli tulee käyttölappeeksi. Taulukko 1. Lattialaudan HLL poikkileikkausmitat ja pontin mitoitus Lattialaudan HLL poikkileikkausmuodot on esitetty taulukossa 1. ja pontin muoto ja mitoitusperiaate kuvassa. Lattialaudan kirjainlyhenne HLL ei noudata edellä kohdassa 6.1 esitettyä nimikejärjestelmää. Asuintiloissa ilman kosteus vaihtelee ollen talvella pienimmillään (lämmityskauden huipun myötä kosteus vähenee). Keskimäärin se on 35...40 % vuositasolla. Tällaiseen tilaan asennettavien lattialautojen kosteusaste tulisi olla enin-

11 tään 10 % = erikoiskuiva. Erikoiskuivat lattialaudat höylätään vasta kuivauksen jälkeen, ja ne on varastoitava tilassa, jossa suhteellinen kosteus on alle 40 %. SFS-EN 13990 standardin mukaisen lattialaudan vaatimukset: poikkileikkauksen muodon höylättynä ja toleranssit o paksuus (18-35±1)mm o leveys pontteineen (70±1-195±2)mm pituudet min. 1,5m. pituutta voidaan jatkaa sormijatkoksella lattialautojen kosteudet (9±2)% sisäkäyttöön (korkeintaan viisi prosenttia saa poiketa 3%) tai (17±2)% muuhun käyttöön (korkeintaan viisi prosenttia saa poiketa 4%). laatujako A- ja B-luokkaan (luokitusvapaa sopimuskysymys) ja laatuluokitusohje o esim. A-luokassa sallitaan korkeintaan 5mm levyinen ydinjuova, kork. 1/3 pituudesta. B-luokassa ydinjuova sallitaan Pakkausmerkintävaatimukset o Tuotenimi o Päätyprofiloitu: Kyllä/Ei o Paksuus ja leveys, sekä pituudet o Sormijatkettu: Kyllä/Ei o Laatuluokka: A/B/luokitusvapaa o Kosteus (mihin kosteuteen kuivattu?) o Puulaji o Standardimerkintä (EN 13990) o Lattialautojen määrä pakkauksessa. Laudat, joiden kosteus on alle 15% on pakattava riittävän tiiviisti, jotta kosteus pysyisi samana. Riitatapauksessa (kosteus, dimensiot tai laatuluokka) o tuote-erästä otettava näyte-erä, josta kaikkien lautojen kyseessä oleva ominaisuus mitataan. alle 20 lautaa, kaikki laudat mitataan tuote-erä 121-189 lautaa, näyte-erä 62 lautaa yli 1500 lautaa, näyte-erä 94 lautaa o Näyte-erän mittaukset tekevä taho tekee raportin, jossa mainitaan väh. Evaluointia pyytänyt taho Valmistaja tuotetiedot Evaluoinnin tulokset

12 RT-kortin ja SFS-standardin mukainen laatujärjestelmä ei ole laajassa käytössä saha- ja jatkojalostusteollisuudessa. Käytettävän raaka-aineen laatu vaihtelee suuresti tuotteen ja asiakkaan vaatimusten mukaan. Lattialautojen ohjeista, standardeista tai valmistajilta ei löydy laatujärjestelmää koskien lattialautojen kupristumaa, kieroutta, syrjävääryyttä tai lapevääryyttä. Siksi kappaleessa 3.3.5 määriteltiin asennus- ja käyttömukavuuden perusteella massiivihavupuulattian elinkaarilaatukriteerit. Erikoiskuivattujen lattialautojen sallittu MC (kosteusprosentti) on hieman löyhä (RT: korkeintaan 10%, SFS: 9 ±2%) ja varastointiohjeen mukaisessa (RH% alle 40) varastoinnissa laudat tasaantuvat tasapainokosteuteen 7,7% (Taulukko 4. T=20). Sisäilmatutkimusten mukaan (luku 3.2) vuosittainen sisä-rh vaihtelu on välillä 20%-60%, jolloin keskimääräisen 40% ilmankosteuden mukaan lattialautojen erikoiskuivatuksen, varastoinnin, ja asennuksen tavoitekosteus olisi 7,7% (Taulukko 4. T=20). 2.3 Puun, sahatavaran ja puutuotteiden muodonmuutosominaisuudet Vaikeasti hallittavat muodonmuutokset aiheuttavat puutuotteissa ongelmia. Valmiin puutuotteen muodonmuutoksia analysoitaessa on otettava huomioon muodonmuutoksia ohjaavat muuttujat: Anisotropia, kosteusgradientti ja sahaustapa. 2.3.1 Anisotropia (Puu) Kuva 1. Puun muodonmuutos- Kuva 2. Puun syyn suuntaisen kimmokertoimen E ja kutistumaominaisuudet eri suuntiin. kertoimen vaihtelu säteen suunnassa. Dahhlblom 1 Puun mekaanisten ominaisuuksien lisäksi, sen kosteusmuodonmuutosominaisuudet vaihtelevat anisotrooppisuudesta johtuen suuresti eri suunnissa (kuva 1). Kokonaismuodonmuutos (tuoreesta 28% kuivaksi 0%) tangentin suunnassa on 7,5% ja säteen suunnassa 3,5%. Em. ominaisuudet näkyvät lautalattiassa kupertumisena ja rakoiluna. Syynsuuntai- 1 Dahlblom O., Investigation of variation of engineering properties of spruce, 1999

13 nen kutistumakerroin on huomattavasti pienempi, mutta sen vaihtelu säteen suunnassa aiheuttaa kieroutumista, syrjävääryyttä ja lapevääryyttä. Säteen suunnassa vaihtelevilla reaktiopuulla, sydänpuulla, pintapuulla (kuva 3.) ja kevät/kesäpuulla (vuosirengasväli) on kullakin eri vedenimu- ja muodonmuutosominaisuudet. Vaikka männyn sydänpuun hygroskooppisuus on pintapuuta pienempi (kuva 3.), sen muodonmuutos syyn suunnassa on suurempi. Tämä aiheuttaa mm. syrjävääryyttä (havainnollistaminen lattiassa: kappale 7.). Kuva 3. Kuusen ja männyn pinta-ja sydänpuun kosteuden muutokset. 20 RH% 65 tasaannutettua koekappaletta, 3*7 vrk sykli RH% 90, RH%65. 2 Puu kasvaa hieman kierteelle, mitä kutsutaan sahatavarassa vinosyisyydeksi. Puun kierteisyys on vahvempaa lähellä ydintä. Kierteisyys aiheuttaa sahatavaran kieroutumista. 2.3.2 Sisäiset kosteuserot (Sahatavara) Kuva 4. Laudan pinnan kostuminen aiheuttaa pinnan turpoamisen ja lauta kupristuu. Anisotropiasta johtuvien kosteusmuodonmuutosominaisuuserojen lisäksi puun ja sahatavaran muodonmuutosten hallintaa vaikeuttaa puukappaleen sisäinen kosteusgradientti, eli kosteuserot puukappaleen sisällä. Suuren kosteusgradientin vaikutus puukappaleen muodonmuutoksiin on voimakkaampi, kuin sen luonnolliset muodonmuutokset. 2 Kanko T, Kuusen kosteusominaisuudet, VTT, 1990

14 Esimerkiksi kuivauksen jälkeen sahatavarakappaleissa on yleensä suuri kosteusgradientti, mikäli puuta ei ole tasaannutettu. Jos sahatavara halkaistaan ja lape höylätään tasaiseksi, kun poikkileikkauksessa on kosteuseroja, lape käyristyy tasaantumisessa varastoinnissa. Kosteusgradientin vaikutus lattialaudoissa näkyy muodonmuutoksina mm. lattialautojen valmistuksessa (pintakovuus), varastoitaessa liian kosteisiin tiloihin, sekä käytössä, jolloin kosteusgradientti voi kasvaa suureksi lattian pinnassa (korkea sisäilmankosteus, lattian kastuminen). Kosteusgradientin vaikutus on otettava huomioon tuotannon suunnittelussa ja erityisesti kuivaus- ja jatkojalostusprosessin välissä, jolloin lauta välivarastoidaan (yleensä 0-3 päivää). Välivarastointiolosuhde tulisi olla RH 40% (~ vastaa MC 8%:a), jotta laudan sisäiset kosteuserot tasaantuisivat. 2.3.3 Sahaustapa ja dimensiot (Puutuotteet ja Sahatavara) Kuva 5. Sahaustapa ja dimensiot vaikuttavat muodonmuutoksiin Kahden edellä mainitun ilmiön lisäksi, puutuotteen muodonmuutoksiin vaikuttaa sahaustapa. Vuosilustot sahatavaran poikkileikkauksessa ovat useimmiten ytimen suhteen epäsymmetrisiä (kuva 5.), jolloin poikkileikkauksen muodonmuutokset määräytyvät anisotropian (2.3.1) ja sen hetkisen kosteusgradientin mukaan. Sahaustavan ja dimensioiden valinnassa voidaan vaikuttaa suoraan lattialaudan muodonmuutosominaisuuksiin ja minimoida ne ottamalla huomioon puun anisotropia ja lautalattialle asetetut laatukriteerit (3.3.5). 2.4 Lattialautojen muodonmuutosominaisuudet Standardissa EN 13990 ei ole vaatimuksia koskien lattialautojen kuperuutta, kieroutta, syrjävääryyttä tai lapevääryyttä. Lattiaprosessia käsittelevässä osiossa on kirjallisuustiedon ja tutkimuksessa saatujen kokemusten perusteella määritelty näille ongelmallisiksi koetuille muodonmuutosominaisuuksille reuna-ehdot parhaan asennettavuuden ja käytön kannalta (3.3.5). Tässä luvussa tutkitaan ja määritellään lattialautojen eri muodonmuutosominaisuuksien perusteella ideaalipoikkileikkausten sijainti tukissa. Lattian toiminnan (3.3.5) kannalta

15 ongelmallisimmat muodonmuutokset käsitellään tärkeysjärjestyksessä, ongelmallisimmat ensimmäisenä. Ideaalisahaustavaksi valittiin r=75mm ja =0 kuvan 11. koordinaatistossa. Ideaalisahaustapaa valittaessa otettiin huomioon vain luvussa 2. käsitellyt tekijät. 2.4.1 Rakoilu Rakoleveys määritetään keskimääräisenä (keskiarvo) tai tyypillisenä rakoleveytenä koko lattiassa. Pohjoismaisen sahaustavan mukaan sahattujen lattialautojen rakoleveys on lähes suoraan verrannollinen lattialautojen leveyteen (kuva 6.). Laudan leveyden muutos riippuu myös sahaustavasta, jossa määräytyy vuosilustojen suunta ja kaarevuussäde. RAKOLEVEYS (mm) 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 RAKOLEVEYDEN RIIPPUVUUS LAUDAN LEVEYDESTÄ (KOSTEUS: Asennus 9% -> Talvi 4,5%) 0 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 LATTIALAUDAN LEVEYS (mm) RAKOLEVEYS (mm) 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 RAKOLEVEYDEN RIIPPUVUUS VUOSILUSTON SUUNNASTA 120mm laudalla (KOSTEUS: Asennus 9% -> Talvi 4,5%) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 VUOSILUSTON KESKIM. SUUNTA (deg) Kuva 6. Rakoleveys leveyden (symm. sahattu) ja vuosiluston keskim. suuntakulman funktiona (120mm lauta). Syrjävääryys aiheuttaa erittäin haitallisia paikallisia, ylisuuria rakoja (2.4.2). Rakoleveys riippuu myös lattialaudan asennussuunnasta. Sydänpuoli ylöspäin höylätyt lattialaudat rakoilevat vähemmän kuin pintapuoli ylöspäin höylätyt, koska kupertuminen vähentää rakoleveyttä ja käyristymä kasvattaa sitä (kuva 7.). Kuva 7. Sydänpuoli käyttölappeena höylätyt laudat vähentävät rakoilua kupristuessaan.

16 2.4.2 Syrjävääryys (Crook) Syrjävääryys on laudan syrjän pituuden suuntainen taipuma. Syrjävääryys määritetään suurimpana poikkeamana kahden metrin matkalla. Syrjävääryyttä ilmenee laudoissa, joissa pituuden suuntainen kutistumakerroin muuttuu poikkileikkauksen läpi. Kutistumakerroin kasvaa ydintä kohti. (kuva 2.) Pituussuuntaisen kutistuman vaihtelusta sydänpuun ja pintapuun, sekä normaalisti kasvaneen puun ytimen ja ulkopinnan välillä voidaan päätellä, että ytimen suhteen epäsymmetrisessä laudassa esiintyy syrjävääryyttä (kuva 2.). S1 50x100x3000mm lautojen syrjävääryyttä tutkittiin syrjävääryyttä kappaleen sijainnin (vuosiluston suunta, kuva 11) suhteen. Kuvassa 8. on esitetty Ormarrsonin 4 simulointien tulokset: Kuvaajissa A ja B on otettu huomioon kutistumakertoimen alfa pieneneminen säteen suunnassa. Kuvaajissa C ja D alfa on vakio ja syrjävääryys luokkaa nolla. Kuva 8. Kappaleen sijainnin vaikutus (Vuosiluston suunnan, Kos. kuva xxx0) syrjävääryyteen on suuri. Ormarssonin kuvaajien perusteella voidaan sanoa, että syrjävääryys kasvaa suoraan verrannollisesti poikkileikkauksen epäsymmetrisyyden (ytimen suhteen) suhteen. Ytimen läheltä sahatut laudat (keskipiste 75mm ytimestä) olivat keskimäärin 2mm syrjäväärempiä kuin kauempaa sahatut (keskipiste 150mm ytimestä) Kuva 9. Syrjävääryys Puupalkistossa. Epäsymmetrisesti sahattu lattialauta ponttauksen suhteen symmetrisesti höylät asennettuna tuplaa joka toisen raon ja tiivistää joka toisen.

17 Syrjäväärät laudat lautalattiassa (puupalkisto) aiheuttavat suuria paikallisia rakoja. Syrjävääryyden aiheuttama paikallinen rako kahden laudan välillä voi tuplaantua, jos lautojen vuosilustojen suunta (pontti määrää) on symmetrinen raon suhteen (kuva 9). Sahauksessa tulisi huolehtia ponttien suunta siten, että vierekkäisten lautojen vuosilustojen suunta on sama, jolloin parhaimmillaan lautojen syrjävääryys ilmenee samansuuntaisena ja vierekkäisten lautojen rakoleveys pysyy normaalina. Syrjävääryys estää tiiviin asennuksen kelluvan lautalattian tapauksessa. Lautoihin jää ponteista liimattaessa pysyvät raot syrjävääryyden takia. Ytimen suhteen symmetrisesti sahatut (pohjoismainen sahaustapa) laudat ovat siis kelluvan lattian lattialaudoiksi optimaalisia, koska niiden syrjävääryys on teoriassa lähimpänä nollaa (kuva 8). 2.4.3 Kuperuus (Cup) Kuva 10. Kuperuuden määritelmä ja käyttölappeen/alapinnan urien vaikutus Kuperuus määritellään lappeen poikittaissuuntaisena taipumana (kuva 10). Negatiivista kuperuutta voidaan kutsua käyristymäksi. Kuperuus riippuu laudan paksuudesta ja sahausasetteesta. Laudan paksuudella on merkitystä kupristuman suuruuteen. Tässä ja muissa tutkimuksissa 3, sekä käytännön kokemuksena saatu tieto on osoittanut, että paksummat laudat kupertuvat vähemmän. Käyristymistä paksuilla laudoilla vähentävät vastakkaisella lappeella vaikuttavat vastavoimat. Lattialaudat höylätään yleisesti sydänpuoli käyttölappeeksi. Lattialautojen alapinnan urituksella katkaistaan pisimmät yhtenäiset vuosilustot, jolloin kupristumista aiheuttava tangentiaalinen muodonmuutos vähenee olennaisesti. Jos lauta höylätään pintapuoli käyttölappeeksi, urat eivät katkaise tangentin suuntaista käyristävää voimaa, vaan ne ohentavat lautaa ja pienentävät vastavoimia. 3 Virta J, Wooden cladding boards in cyclic moisture conditions, TKK, 2006

18 Symmetrisesti (huom. pohjoismainen sahaustapa) sahatun laudan S1 50x100x3000mm laudan kuperuutta tutkittiin sen keskipisteen etäisyyden (puun ytimestä) suhteen 4. Lautojen kosteusmuutos simuloinnissa oli kosteudesta 27% kosteuteen 10%. Kuvissa 12. ja 13. on esitetty saadut tulokset. (Osassa käyriä otettiin huomioon säteen suhteen muuttuvien kutistumakertoimen ja kimmokertoimen vaikutus. Niiden vaikutus käyristymään on vähäinen, mutta kasvaa kauempana ytimestä.) Kuperuus on olematon ytimen ollessa laudan keskellä. Kuperuuden kasvu on suurta ytimen lähellä kunnes ydin jää poikkileikkauksen ulkopuolelle, jolloin kuperuus kääntyy laskuun. Vuosiluston suunnan vaikutus kuperuuteen on esitetty kuvassa 13. ja voidaan todeta, että vuosiluston suunnan jyrkentyessä kuperuus vähenee. Kuperuus on siis pienin laudoilla, jotka ovat ydinkappaleita tai joiden vuosiluston suunta on lähellä 90 astetta. Kuperuus on suurinta symmetrisesti sahatuilla laudoilla (vuosiluston suunta lähellä nollaa) ytimen ollessa laudan pinnalla. Kuva 11. Kappaleen sijainti tukissa. Etäisyys Kuva 12. Symmetrisesti sahatun 50x100mm ytimestä r ja kulma (=vuosiluston suunta). laudan kupertuminen etäisyyden ytimestä suhteen 4. Kuva 13. Kupertuminen(mm) laudan sijaintikulman (=vuosiluston suunta) suhteen eri etäisyyksillä ytimestä. 4 Osmarrson, Numerical analysis of distortion in sawn timber, Chalmers Univ., 1999

19 2.4.4 Kierous (Twist) Leveyden ja sahaustavan vaikutus kierouteen kierous (deg) 10 5 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40 50 100 laudan leveys (mm) 200 0 150 75 etäisyys ytimestä (mm) Kuva 14. 3000mm pitkien lautojen (paksuus=leveys/2) kieroutuminen (deg) kuivauksessa kosteudesta 27%- >10% Kierous on kappaleen kierremäinen poikkeama tasosta. Kierous määritellään laudan toisen sivusärmän suurimpana poikkeamana huonoimmalla kahden metrin matkalla 5. Kieroutta ilmenee eniten laudoilla, jotka on sahattu ydinkeskeisesti tai lähellä ydintä, jossa reaktiopuun määrä ja puun kasvun kierteisyys on suurinta 4. Kuvassa 14. esitetään Ormarssonin simulointien tulokset laudan leveyden ja etäisyyden ytimestä suhteen. Suorimmat laudat Ormarssonin simuloinnissa ovat siis 0-200mm leveitä ja niiden etäisyys ytimestä on 75mm (keskimmäinen käyrä). Kappaleen kieroutumiseen ei juuri vaikuta kappaleen vuosilustojen keskim. suunta. (kuva 11), jonka voimme todeta kuvan 15 kuvaajista. Kuva 15. Kappaleen sijainnin (kuva 10) vaikutus kieroutumiseen on hyvin pientä. Kierous vaikeuttaa, mutta ei estä asennusta Puupalkiston tapauksessa. Puupalkistoon asennettavilla lattialaudoilla voidaan siis sallia pieni kierous (3.3.5). Betonilaatan tapauk- 5 Pohjoismainen puualan laatukieli, TKK., 1999

20 sessa kierous voi estää ponteista liimatun kelluvan lattian asennuksen, joten betonilaattaan asennettavilla laudoilla kieroutta ei sallita 2.4.5 Lapevääryys (Bow) Lapevääryys on laudan lappeen pituussuuntainen taipuma. Lapevääryys määritetään suurimpana poikkeuksena laudassa kahden metrin matkalla. Lapevääryyttä ilmenee laudoissa, joissa pituuden suuntainen kutistumakerroin muuttuu poikkileikkauksen läpi. Kohtisuoruuden takia syrjävääryyden vähentyessä lapevääryys kasvaa. Syrjävääryyden hallinta lautalattiassa rakoilun (Puupalkisto) ja tiiviin asennuksen (Betonilaatta) takia on tärkeämpi. 2.4.6 Halkeilu Pieniä kuivumishalkeamia voi syntyä laudan pintapuolelle, jos lauta on höylätty pintapuoli käyttölappeeksi ja lauta kuivuu (pitkäkestoiset kovat pakkaset) liikaa pinnastaan. Tällöin pinnan tangentin suuntainen kutistuma on liian suuri verrattuna poikkileikkauksen keskimääräiseen kosteuteen ja pinta halkeaa. Lakkaus tms. kosteuden kulkua hidastava pintakäsittely ehkäisee lyhytkestoisten pakkaskausien laudan pinnalle aiheuttamat kuivumisrasitukset. Lars Boströmin 6 kehittämän halkeamamallin mukaan halkeamavyöhyke alkaa kehittyä 1,6% kutistumalla. Halkeaminen alkaa 2,0% kutistumalla ja on 3,5% kutistumalla edennyt n. 6,6mm syvyyteen. Vapaa kutistuminen lautalattioiden kosteusmuodonmuutoksissa (MC7,75%->4,5%) on laskennallisesti (3,25%28%)*5,5%=0,64% ja kokeessa 1 mitattiin 0,63% (puun kuivui MC7,8%->5,1%). Puun pintapuoli käyttölappeeksi höylättyjen lattialautojen halkeamaherkkyys on paljon suurempi, kuin sydänpuoli käyttölappeeksi höylätyillä, koska halkeama syntyy tangentin suuntaisen kutistuman johdosta (kuva 15). Lattian asentaminen puupalkistoon ponteista liimaamalla voi puolestaan johtaa koko lattian halkeamiseen. (3.5.4). Halkeamariski minimoidaan höyläämällä lauta puun sydänpuoli käyttölappeeksi ja asentamalla oikeassa kosteudessa (keskimääräinen käyttökosteus 8%). Kuva 16. Säteen suuntaiset kuivumishalkeamat syntyvät suuren kosteusgradientin ja tangentin suuntaisen kutistuman johdosta.1 6 Boström, L: Method for determination of the softening behavior of wood and the applicability of a nonlinear fracture mechanics model, Lund 1992