INNOVAATIO 2016 SEMINAARI 12.13.5.2016 Korroosiomallinnuksen Hyödyntäminen Betonijulkisivujen Kunnossapidossa Arto Köliö Tohtorikoulutettava Tampereen teknillinen yliopisto arto.kolio@tut.fi
Korroosiomallinnuksen Hyödyntäminen Betonijulkisivujen Kunnossapidossa Erilaiset strategiat kiinteistönpitoon ja korjaamiseen Korroosiomallinnuksen tutkimus tiivistetysti Tavoite Tutkimusmenetelmät Keskeisimpiä tuloksia Tutkimustulosten merkitys Käyttöiän kannalta Korjausten ajoittamisen kannalta Uudisrakentamisen kannalta Jatkotutkimustarpeet/ajatukset 25.5.2016 2
Betonijulkisivut Suomessa Suomessa on yhteensä 2,6 miljoonaa vakinaisesti asuttua asuntoa. Näistä puolet asuinkerrostaloissa. Betonia julkisivumateriaalina esiintyy noin kolmasosassa asuin, toimisto ja julkisista rakennuksista. Arviolta 50 milj. m 2 Lähde: Tilastokeskus 2015 Lähde: Tilastokeskus 2015 Noin 1 000 000 parveketta Lähde: VTT, 2005
korjausten volyymi [jm2] korjausten volyymi [lkm] Julkisivujen korjaustarpeet (DItyö, Köliö 2011) Betonielementtijulkisivujen korjaustarve korjaustarpeet Helsingissä2010 Betonielementtiparvekkeiden korjaustarve korjaustarpeet Helsingissä 2010 100 % 1 800 000 80 1 600 % 000 1 400 000 60 % 1 200 000 40 1 000 % 000 800 000 20 % 600 000 400 000 0 % 200 000 0 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 tarkasteluvuodet cladding repair Patch repair peittävä korjaus protective coating paikkauskorjaus protective coating not possible pinnoituskorjaus no repair need 100 % 120 000 80 % 100 000 60 % 80 000 40 % 60 000 40 20 000 % 200 000 % Tampere Helsinki Jyväskylä Turku Oulu 0 (Pellikka, 2015) 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 tarkasteluvuodet renewal raskas korjaus/uusimin patch repair en paikkauskorjaus protective coating pinnoituskorjaus no repair need 25.5.2016 4
Kiinteistönpidon ja korjaamisen strategiat Lähde DuraCrete, 2000 SFSEN 15049, 2009 by41, 2007 A) avoid the degradation caused by the environment B) select optimal material composition and structural detailing to resist degradation for a specified time period (service life) a) do nothing for a certain time but monitor b) reanalyse the structural capacity, possibly leading to downgrading in function c) prevent or reduce further deterioration d) strengthen or repair and protect all or part of the concrete structure e) reconstruct or replace all or part of the concrete structure f) demolish all or part of the concrete structure 1) Säilyttävä korjaaminen 2) Muuttava korjaaminen 3) Rakenteen uusiminen 4) erikoismenetelmät Ennakoiva korjaaminen Tarpeenmukainen (reagoiva) korjaaminen Käyttöiän maksimointi 25.5.2016 5
damage from corrosion Korjausstrategia korroosiovaurioiden näkökulmasta Tuutti (1982) Li (2004) Liu & Weyers (1998) D structural limit state spalling of concrete Ennakoiva korjaaminen cracking of concrete B C Tarpeenmukainen (reagoiva) korjaaminen A initiation phase propagation phase time Käyttöiän maksimointi 25.5.2016 6
Tutkimukset tiivistetysti Rakennetun ympäristön tohtoriohjelman (RYMto) rahoittama väitöskirjahanke toteutettiin vuosina 20122015 Väitöskirja Propagation of Reinforcement Corrosion in Existing Concrete Facades Exposed to the Finnish Climate valmistuu 6/2016. Taustalla on TTY:n pitkä historia korjausrakentamisen, kuntotutkimusten ja käyttöikäasioiden parissa Tutkimuksen tavoite: 1. Miten betoniraudoitteiden korroosio etenee säärasituksen alaisissa karbonatisoituneissa betonirakenteissa? 2. Kuinka paljon käyttöikää voidaan pidentää, jos otetaan aktiivinen korroosio huomioon? 3. Voidaanko aktiivisen korroosion vaihetta mallintaa luotettavasti? 25.5.2016 7
Tutkimukset tiivistetysti Icorr 0 1 x1 2 x2 3 x3 4 x4 Coefficient, balcony frames slab soffits Parameter Spring β1, (T) 0.0028 β2, (RH) 0.0019 β3, (IWA) 0.0348 0.1260 0.0088 0.0008 0.0007 1.9127 2.0909 0.1597 0.0009 β2, (RH) 0.0107 0.0650 0.0002 β3, (IWA) 0.0369 0.0470 0.0006 0.0006 0.0007 0.5620 2.7485 0.0557 β1, (T) 0.0013 β2, (RH) 0.0012 β3, (IWA) 0.0842 0.1219 0.0008 β0 (intercept) 0.1121 0.4723 β1, (T) 0.0682 0.1014 β4, (RAD) β0 (intercept) Summer β1, (T) β4, (RAD) β0 (intercept) Autumn β4, (RAD) Winter β2, (RH) Coefficient, facades Coefficient, balcony Season 0.0887 25.5.2016 0.0017 0.0065 8
Tutkimustulosten merkitys Käyttöiän kannalta 70 95 % 5 30 % Hunkeler & Lammar 2012 25.5.2016 9
Tutkimustulosten merkitys Korjausten ajoittamisen kannalta XC4 XC3 North facing South facing North facing South facing Balcony slab facade facade balcony side balcony side soffit HelsinkiVantaa (South coastal Finland) 1.00 (11.6) [5.8] 1.83 (21.2) [3.2] panel 1.51 (17.5) [3.8] panel 2.98 (34.6) [2.0] 0.07 (0.85) [79.8] Jokioinen (Southern Finland) 0.97 (11.2) [6.0] 1.43 (16.5) [4.1] 1.46 (16.9) [4.0] 2.31 (26.8) [2.5] 0.06 (0.68) [99.8] Jyväskylä (Mid Finland) 0.86 (9.9) [6.8] 1.07 (12.4) [5.4] 1.33 (15.4) [4.4] 1.74 (20.2) [3.3] 0.04 (0.51) [133] Sodankylä (Northern Finland) 0.72 (8.4) [8.0] 0.81 (9.4) [7.2] 1.08 (12.5) [5.4] 1.26 (14.7) [4.6] 0.03 (0.34) [200] 25.5.2016 10
Tutkimustulosten merkitys Uudisrakentamisen kannalta CO 2 Carbonation front Minkälainen varmuus käyttöiässä on? Milloin aikataulutetaan ensimmäiset tutkimukset/korjaukset? Mikä on riski, jos rakentamisessa kävikin virhe? 25.5.2016 11
Yhteenveto Tutkimuksen tuloksena luotiin laskennallinen malli betonijulkisivujen käyttöiän arviointiin Hyödyntäminen käyttöikäsuunnittelun ohjeiden kehityksessä Käyttöikäsuunnittelun työkalujen kehittäminen Kiinteistökannan korjaustrategian laatiminen Tutkimustulosten hyödynnettävyys muissa rakenteissa (seosaineita sisältävät betonit, eri betonipinnat ja rakenteet) Muuttuvien sääolosuhteiden vaikutus korroosionopeuteen ja korroosiovaurioiden riskiin rakenteissa Muut kosteusrasituksen aiheuttamat vaurioitumistavat 25.5.2016 12