Betonin pitkät käyttöiät todellisissa olosuhteissa Projektipäällikkö, TkT Olli-Pekka Kari Rakennustieto Oy Betonitutkimusseminaari 2.11.2016
Tutkimuksen tausta > Betonirakenteiden käyttöiät ovat pidentymässä satoihin vuosiin > Tämä usein ylittää ajanjakson, joka voidaan kattaa sekä kokemusperäisesti että normipohjaisilla suunnittelumenetelmillä > Kehittyneiden matemaattisten mallien ja simulointimenetelmien käyttö betonirakenteiden käyttöiän varmistamiseen on välttämätöntä 2
Sovelluskohtainen esimerkki betonirakenteen ikääntymisestä 3
Vallitsevia ilmiöitä esimerkkisovelluksen betonissa > Diffuusio on vallitseva tunkeumamekanismi molempien ajanjaksojen aikana 4
Perinteiset menetelmät esimerkin käyttöiän arviointiin > Yksittäisen ilmiön koetulokset on tavanomaisesti sovitettu Fick:n toiseen lakiin perustuviin yhtälöihin > Ennuste on suoraan riippuvainen kokeellisella jaksolla määritellyistä vakioista CONCENTRATION C s Measured value at exposure time x Measured value at exposure time x + n > Käyttöiän aikana tapahtuvat fysikaaliset ja kemialliset ilmiöt on otettu huomioon implisiittisesti > Betonissa tapahtuvia muutoksia vallitsevia ilmiöitä ja niiden yhteisvaikutuksia ei voida suoraan huomioida D nss Predicted concentration at exposure time x + n Fitting of the test results at exposure time x DEPTH An example of measured and predicted concentrations 5
Tutkimuksessa esitetty malli ikääntymisen arviointiin > Termodynaaminen malli vastaa suoraan esiintyvään ilmiömaailmaan Flowchart of the thermodynamic model introduced in the study 6
Mallin kokeellinen varmennus > SR-sementistä valmistettuja [1] koekappaleita oli säilytetty vakio-olosuhteissa ilmassa ja upotettuna koeliuokseen yli kymmenen vuoden ajan > Koekappaleita käytettiin malliin kokeelliseen varmentamiseen laajoilla laboratoriokoesarjoilla [1] Teollisuuden Voima Oyj:n (TVO) ja Fortum Power and Heat Oy:n tutkimusohjelma 7
Laboratoriotutkimukset 8
Esimerkkivertailu koetulosten ja mallinnettujen tulosten välillä Distributions of Ca(OH) 2 and CaCO 3 and ph value in the SR05 concrete after 13 years of exposure Chloride concentrations in the SR04 concrete after 13 years of exposure 9
Esimerkkituloksia 500 vuoden käyttöiän simuloinnista Cement hydrates in the concrete after 500a Simulated Cl - /OH - ratio in the SR04 concrete after 500a 10
Päätelmiä > Betonirakenteiden käyttöikäsuunnittelun tulee ehdottomasti perustua ymmärrykseen betonissa vallitsevia ilmiöistä ja niiden keskinäisestä vuorovaikutuksesta, sekä menetelmiin, joilla voidaan suoraan mallintaa ja simuloida niitä > Tutkimuksessa esitetyllä ilmiöihin perustuvalla termodynaamisella mallilla voidaan ennen kaikkea tunnistaa vallitsevat ikääntymisilmiöt sekä arvioida niiden vaikutusta betonirakenteen ikääntymiseen > Malliin perustuvilla simuloinneilla voidaan jo suunnittelun alkuvaiheessa optimoida materiaalivalintoja havaitsemalla mahdolliset myöhemmällä käyttöiällä hitaasti paljastuvat ikääntymiseen vaikuttavat tekijät 11
Kirjallisuutta > Kari, O. P., 2015. Long-term ageing of concrete structures in Finnish rock caverns as application facilities for low- and intermediate-level nuclear waste. Doctoral dissertation, Aalto University. https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/15114. > Kari, O.P., Puttonen, J., and Skantz, E., 2014. Reactive transport modelling of long-term carbonation. Cement and Concrete Composites, 52, 42-53. ISSN 0958-9465. http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.05.003. > Kari, O.P. and Puttonen J., 2014. Simulation of concrete deterioration in Finnish rock cavern conditions for final disposal of nuclear waste. Annals of Nuclear Energy, 72, 20-30. ISSN 0306-4549. http://dx.doi.org/10.1016/j.anucene.2014.04.035. > Kari, O.P., Elakneswaran, Y., Nawa, T., and Puttonen, J., 2013. A model for a long-term diffusion of mul-tispecies in concrete based on ion-cement-hydrate interaction. Journal of Materials Science, 48, 4243-4259. ISSN 0022-2461. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-013-7239-3. 12
Kiitos! Olli-Pekka Kari > Esitys > 2.11.2016 13