Aktiivisen korroosioajan 02.11.2016 hyödyntäminen betonijulkisivujen käyttöiässä TkT Arto Köliö Tampereen teknillinen yliopisto Rakennustekniikan laitos
Rakenteiden elinkaaritekniikan tutkimusryhmä Tutkimusalueet: Korjausrakentaminen Rakenteiden ja rakennusmateriaalien säilyvyys ja käyttöikä Home- ja kosteusvauriot Materiaalitehokkuus ja hiilijalanjälki Ilmastonmuutokseen sopeutuminen Tutkimustoiminta Yhteistyöhankkeita teollisuuden kanssa Väitöstutkimuksia 5 kpl (2 kpl 2016) Kansallisen ohjeistuksen kehitys BY42 2013, BY57 2016, BY41 2016, BY64 2016 Ryhmän kokoonpano: 24.11.2015 yhteensä 9 henkilöä Tutkimuspäällikkö, dosentti Jukka Lahdensivu www.tut.fi/elinkaari Twitter: @REN_TUT
Aktiivisen korroosioajan hyödyntäminen betonijulkisivujen käyttöiässä Tarkasteltavat rakenteet, käyttöikä ja korjaustavat Käyttöikätarkastelun merkitys Tuloksia Aktiivisen korroosioajan osuus käyttöiästä Aktiivisen korroosion mallintaminen Yhteenveto 2.11.2016 3
Tarkasteltavat rakenteet Reunateräkset Asennus- ja aputeräkset Tiheästi raudoitettu Verkkoteräkset Kantava raudoitus 2.11.2016 4
Käyttöikä (raudoitteiden korroosio) Tuutti (1982) Li (2004) Liu & Weyers (1998) korroosiovauriot Käyttöiän päättyminen (ULS) betonin halkeminen B Betonin lohkeaminen C D A käynnistymisvaihe aktiivisen korroosion vaihe aika 2.11.2016 5
Korjaustavat ja korjaustarve Volyymi [m 2 ] Betonielementtijulkisivujen korjaustarpeen muutos (Helsingin alue) 1 800 000 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 0 Raskaiden korjausten tarve kasvaa peittävä korjaus laastipaikkaus suojaava pinnoitus 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 Vuosiluku Volyymi [parvekkeiden lkm] Mahdollisuudet vähenevät 120 000 100 000 Betonielementtiparvekkeiden korjaustarpeen muutos (Helsingin alue) 80 000 60 000 40 000 20 000 0 raskas korjaus/uusiminen laastipaikkaus suojaava pinnoitus 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2050 Vuosiluku 2.11.2016 6
Käyttöikätarkastelujen merkitys a) Määrä 1.3 miljoonaa asuntoa Pääasiallinen rakentamistapa elementtirakentaminen b) Taloudellinen merkitys Merkitys kansallisvarallisuudesta ~ 50 % suomalaisista c) Korjaustarve ylittää nykyiset resurssit Korjaustarve 30 50 miljardia koko rakennuskannassa (15 26 % BKT) Betonielementtijulkisivujen korjaustarve 3,5 miljardia (1,8 % BKT) 2.11.2016 7
Julkisivutyyppi 1970-luvun alun harjattupintaiset betonijulkisivut 1980-luvun alun pesubetonijulkisivut 1980-luvun lopun tiililaattapintaiset julkisivut Osuus rakenteista, joissa betonijulkisivun käyttöikä on päättynyt (Betoninormin mukaan määriteltynä) 26 % 20 % 57 % 2.11.2016 8
Aktiivisen korroosioajan osuus käyttöiästä Yhteensä 947 julkisivututkimuksen tilastollinen tarkastelu: Regressioanalyysi, jakaumasovitus, Monte Carlo simulointi 70-95 % 5 30 % Tavanomainen käyttöikä Mahdollinen käyttöiän jatko 2.11.2016 9
DuraCrete (2000) mallin ja tilastollisen datan vertailu ToW = 0.30 ToW = 0.17 ToW = 0.43 2.11.2016 10
Aktiivisen korroosion mallintaminen Lahdensivu (2012) viistosade Köliö, A., Honkanen, M., Lahdensivu, J., Vippola, M., Pentti, M. 2015. Cement and Concrete Research, 78(2015). ulkoilman lämpötila Aktiivisen korroosion vaihe Karbonatisoitumiskerroin [mm/ vuosi] Harjattupintainen Pesubetoni maalattu betoni µ 2.71 1.96 σ ulkoilman 1.23 1.28 N 1285 849 suhteellinen kosteus Käynnistymisvaihe (tavanomaisesti 10 30 vuotta) B pinnalle osuva auringonsäteily Köliö, A., Pakkala, T., Hohti, H., Laukkarinen, A., Lahdensivu, J., Mattila, J., Pentti, M. Materials and Structures, 50:23(2017). 2.11.2016 11
Aktiivisen korroosion aika betonielementtijulkisivuissa Corrosion rates in µa/cm 2 (corresponding corrosion penetration in µm/year) [corresponding propagation time to a limit of 67.5 µm] in facades and balconies with varying geographical location in Finland XC4 XC3 Julkisivu Julkisivu Parvekepieli Parvekepieli Parvekelaatta pohjoiseen etelään pohjoiseen etelään alapinta Helsinki-Vantaa (Etelä-Suomi, rannikko) 1.00 (11.6) [5.8] 1.83 (21.2) [3.2] 1.51 (17.5) [3.8] 2.98 (34.6) [2.0] 0.07 (0.85) [79.8] Jokioinen 0.97 (11.2) 1.43 (16.5) 1.46 (16.9) 2.31 (26.8) 0.06 (0.68) (Eteläinen Suomi) [6.0] [4.1] [4.0] [2.5] [99.8] Jyväskylä 0.86 (9.9) 1.07 (12.4) 1.33 (15.4) 1.74 (20.2) 0.04 (0.51) (Keskinen Suomi) [6.8] [5.4] [4.4] [3.3] [133] Sodankylä 0.72 (8.4) 0.81 (9.4) 1.08 (12.5) 1.26 (14.7) 0.03 (0.34) (Pohjois-Suomi) [8.0] [7.2] [5.4] [4.6] [200] 2.11.2016 12
Korroosion mallintaminen kohdekohtaisesti Corrosion rate (µa/cm 2 ) 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 facade, coastal area facade, inland 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year Corrosion rate (µa/cm 2 ) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 balcony frame, coastal area balcony frame, inland 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year Corrosion rate (µa/cm 2 ) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 balcony slab soffit 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year Corrosion penetration (µm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 facade, coastal area facade, inland 1979 1981 1983 1984 1986 1988 1990 1991 1993 1995 1997 1998 2000 2002 2004 2005 2007 2009 Year Corrosion penetration (µm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 balcony frame, coastal area balcony frame, inland 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year Corrosion penetration (µm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 balcony slab soffit limit state 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year 2.11.2016 13
Yhteenveto Betonin suoja korroosiolta on keskeistä käyttöiän kannalta (käynnistymisvaihe kattaa 80-95 % käyttöiästä) Esitetyllä tarkastelulla voidaan ajoittaa korjauksia sen jälkeen kun karbonatisoituminen on saavuttanut teräkset ja tarkastella virhetapauksia Tarkastelu vaatii kuukausittaista säädataa rakentamispaikalta. Suurin yksittäinen tekijä on viistosade Käytännössä aktiivisen korroosion vaihe on lyhyt säälle alttiissa rakenneosissa Tarkastelu on merkittävä sateelta osittain tai kokonaan suojatuissa ulkobetonirakenteissa 2.11.2016 14
Kiitos mielenkiinnostanne! Arto Köliö arto.kolio@tut.fi www.tut.fi/elinkaari twitter: REN_TUT 2.11.2016 15