RakMK B4 SFS-EN 206-1 by50 Mitä uutta 1.1.2005 21.2.2005 Tampereen kaupunki Rakennusvalvontayksikkö Jouni Punkki, Parma Oy Risto Mannonen, Betoniyhdistys ry. Sisältö 1.RakMK B4 SFS-EN 206-1 by50 eurooppalainen betonistandardointi vaikutukset suomalaisiin määräyksiin 2.by50:n aiheuttamat tärkeimmät muutokset säilyvyysasiat puristuslujuus uudet notkeusluokat tehollinen vesisementtisuhde 2-luokan rakenteet tarkastetun valmistuksen piiriin 3.Käyttöikämitoitus by50:n mukaan käyttöikämitoituksen yleiset periaatteet betonirakenteiden käyttöikämitoitus by50:n mukaan taulukkomitoitus ja laskennallinen mitoitus 1
Uudet betoninormit by 50 Ylimääräinen osio (vain Suomessa) Betonirakentaminen edelläkävijänä. Käyttöikämitoitukseen kaksi vaihtoehtoa: 1. Taulukkomitoitus, 2. Laskennallinen mitoitus Kansallinen liite, erityisesti säilyvyys Periaatteet varsinaisessa standardissa, numeroarvot kansallisessa liitteessä. Suomessa kuitenkin katsottu ettei pelkästään kansallisella liitteellä voida taata riittävää säilyvyyttä Ylimääräinen osio (vain Suomessa) Korvaa pakkasenkestävyyden osalta SFS:n tuoteryhmäohjeen (RAK 15) 2
B4 / SFS-EN 206-1 / by50:n aiheuttamat muutokset Säilyvyys Uudet rasitusluokat (entiset ympäristöluokat) Pakkasenkestävyyden lisäohjeet Käyttöikämitoitus (50 200 v) Betonipeite (tulee Eurocodesta) vähimmäisarvo + mittapoikkeama (norm. 10 mm) = nimellisarvo Puristuslujuus Lujuusluokat Vaatimustenmukaisuuden osoittaminen (betoniperheet) Koekappaleet, muotit, puristuskoneet Tehollinen vesisementtisuhde Uudet notkeusluokat Myös 2-luokan rakenteet tarkastetun valmistuksen piiriin Lujuusluokat Lieriölujuus Entinen merkintä säilyy, esim. K40 Rinnalle eurooppalainen merkintä, esim. C32/40 Kuutiolujuus (150 mm) by50: s. 103 3
Notkeusluokat by50: s. 102 Määritelmiä: Betonipeite Tehollinen vesimäärä Vesi-sementtisuhde by50: s. 187-4
Betonipeite Nimellisarvo = Raudoitusten todellinen sijainti Käytetään lujuuslaskelmissa Vähimmäisarvo + Aina täytyttävä, esim. valmiissa rakenteessa Käytetään säilyvyyslaskelmissa Käytetään halkeilutarkasteluissa Mittapoikkeama Normaalisti 10 mm Voi olla < 10 mm ( 5 mm), osoitettava Nimellisarvo Vähimmäisarvo Puristuslujuuden vaatimustenmukaisuus Betoniperheiden muodostaminen Testausmäärät Alkutestaus Vaatimustenmukaisuuden ehdot (1-3) Muotit ja koekappaleet Puristuskoneet 5
Testausmäärät by50: s. 145 Puristuslujuuden vaatimustenmukaisuuden ehdot Vaatimustenmukaisuuden arviointi perustuu enintään 12 kuukauden pituisena arviointiajankohtana saatuihin testaustuloksiin. Arviointijakson pituus tulee päättää arviointijaksoa aloitettaessa. Saman tuotantoyksikön kaikkien perheiden arviointijaksojen ei tarvitse olla samanmittaisia. On suositeltavaa, että arviointijaksojen pituudet valitaan sellaisiksi, että sinä aikana perheeseen kertyy 15 35 koetulosta. 6
Vaatimustenmukaisuuden ehdot Tarkastellaan betoniperhettä / yksittäistä reseptiä (= sinkkuperhe) Haluttaessa voidaan pysyä alkutuotannossa Tarkastelujakso: max 12 kk jatkuva tuotanto: väh. 15 tulosta perhekohtainen by50: s. 146 Ehto 3 by50: s. 147 7
Tulosten muuttaminen vastaamaan vertailubetonin lujuutta ehtoa 1 tarkasteltaessa Tutkittavan betonin lujuus muutetaan vastaamaan vertailubetonin lujuutta, verrataan saatua tulosta kyseisen betonin tavoitelujuuteen. Kyseinen poikkeama lisätään vertailubetonin tavoitelujuuteen ja näin saadaan muunnettu lujuus. Esimerkki: Vertailubetoni K30, tavoitelujuus 36 MPa Tutkittava betoni K45, tavoitelujuus 55 MPa Tutkittavan betonin puristuslujuus tulos 53 MPa jää 2 MPa alle tavoitteen muutettu tulos = ( 36MPa 2 MPa ) = 34 MPa tai Tutkittavan betonin puristuslujuus tulos 58MPa ylittää 3 MPa tavoitteen muutettu tulos = (36MPa + 3 MPa = ) 39 MPa Ehdon 1 arvioinnissa käytettävä hajonta Aluksi keskihajonta (σ) lasketaan vähintään 35 peräkkäisestä testaustuloksesta, jotka on otettu yli kolmen kuukauden jaksossa juuri ennen sitä valmistusjaksoa, jonka aikana vaatimustenmukaisuus tulee tarkistaa. Keskihajonnan alkuarvoa voidaan käyttää, jos viimeisten 15 testaustuloksen (s 15 ) keskihajonta ei poikkea merkittävästi oletetusta keskihajonnasta: 0,63 σ < s 15 < 1,37 σ Jos arvo s15 on näiden rajojen ulkopuolella, määritetään σ:lle uusi arvio viimeisistä käytettävissä olevista 35 testaustuloksesta. 8
Betoniperheen vaatimustenmukaisuuden arviointi Onko jokainen 28 päivän ikäisenä saatu testaustulos yhtä suuri tai suurempi kuin (f ck - 4) (Taulukko 14, ehto 2) Ei Ilmoita, että annos tai kuorma on vaatimustenvastainen Kyllä Tarkista jokaisesta testatusta perheenjäsenestä jokaisen arviointijakson aikana vahvistusehdon mukaisesti, kuuluuko se perheeseen (Taulukko 15, ehto 3) Ei Poista tämä betoni perheestä ja arvioi se yksittäisenä betonina Kyllä Onko jokaisen arviointijakson aikana kaikkien muunnettujen lujuustulosten keskiarvo suurempi tai yhtä suuri kuin vertailubetonin nimellislujuus plus 1,48 x perheen tulosten keskipoikkeama (Taulukko 14, ehto 1) Ei Ilmoita, että perhe on vaatimustenvastainen arviointijakson aikana Kyllä Ilmoita, että arviointijakson aikana perhe on vaatimustenmukainen Puristuslujuuden tunnistustestaus Kun tunnistetaan, kuuluuko tietty betonitilavuus siihen betoniin, jonka nimellislujuus on osoitettu vaatimustenmukaiseksi, esim. jos epäillään jonkin annoksen tai kuorman laatua tai jos tunnistamista erityistapauksessa vaaditaan projektin määrittelyssä, tunnistustestaus suoritetaan seuraavasti: Näytteenotto- ja testaussuunnitelma Tunnistustestaus suoritetaan esim. seuraavalla tavalla määritellylle betonitilavuudelle: yksittäinen annos tai kuorma, jonka laatua epäillään; rakennuksen jokaista kerrosta tai kerroksen palkin/laatan tai pilarien/seinien tai muiden rakenteiden vastaaviin osiin toimitettu betoni; työmaalle viikon sisällä toimitettu betoni, jonka tilavuus ei saa ylittää 400 m 3. by50: s. 149 9
Puristuslujuuden tunnistusehdot Taulukko B.1 Puristuslujuuden tunnistusehdot (laadunvalvonta on varmennettu) n kappaletta testaustuloksia, jotka on saatu ko. betonitilavuudella suoritetusta testauksesta Ehto 1 Ehto 2 Keskiarvo n kappaleesta testaustuloksia (f cm ) N/mm² Yksittäinen testaustulos (f ci ) N/mm² 1 Ei käytetä K - 4 2 4 K + 1 K - 4 5 6 K + 2 K - 4 Valmiin rakenteen puristuslujuuden määrittäminen laadunvalvonnassa Laadunvalvonnassa noudatetaan kohdassa 6.3.2 esitettyjä periaatteita ja vaatimuksia. Poikkeuksena edellä esitettyyn on koekappaleen murtolujuuden muuttaminen 150 mm:n kuutiota vastaavaksi. Muutos tehdään seuraavasti: jos lieriöiden halkaisija on 100 150mm, kerrotaan yksittäinen lujuustulos luvulla 1,05 jos lieriöiden halkaisija on 50 80mm, kerrotaan yksittäinen lujuustulos luvulla 1,1 väliarvot 80 100 mm interpoloidaan suoraviivaisesti kahdesta osasta liimattujen lieriöiden lujuustulokset kerrotaan lisäksi luvulla 1,05. Kun tuloksia verrataan ehdoissa 1 3 asetettuihin vaatimuksiin, kerrotaan vaatimusten pohjana oleva betonin nimellislujuus 0,85:llä 1-luokan ja 0,80:llä 2-luokan rakenteissa. Tämä kappale oli pudonnut pois normin ensimmäisestä painoksesta. Korjaus on tehty kesäkuussa otettuun lisäpainokseen! by50: s. 150 10
Valmiin rakenteen puristuslujuus, kun laatua epäillään Ennen laskutoimituksia yksittäiset koetulokset muutetaan 150mm kuution lujuuksiksi. Väliarvot interpoloidaan suoraviivaisesti. Lujuudet ilmoitetaan 0,5 MN/m 2 tarkkuudella. Jos koekappaleita on vähintään 15 on vertailulujuus Kk pienempi seuraavista arvoista Kk = f cm 1,48s tai Kk = f cmin + 4 Jos koekappaleita on 3 14 kpl vertailulujuus Kk on pienempi seuraavista arvoista Kk = f cm k tai Kk = f cmin + 4 missä missä f cm on koetulosten keskiarvo fcmin on pienin koetulos s on keskihajonta, jonka arvo saadaan lausekkeesta. k valitaan taulukosta 6.4 n 2 ( fci fcm ) s = i= 1 n 1 f ci on yksittäinen koetulos n on koetulosten lukumäärä. Jos hajontalaskelma perustuu pienempään koetulosten lukumäärään kuin 25, ei keskihajonnan arvona saa käyttää pienempää arvoa kuin 2 MN/m 2. Vertailulujuus ilmoitetaan 1 MN/m 2 tarkkuudella. Vakion fk (MN/m 2 ) arvo riippuu koetulosten määrästä taulukon 6.4 mukaisesti. Taulukko 6.4 Kertoimen fk riippuvuus koekappaleiden lukumäärästä. n k 10 14 7 9 3 6 4 5 6 by50: s. 150 Raudoitusten hitsaaminen työmaalla alustavat taivutuskokeet rakenteiden valmistuspaikalla testaus hyväksyttävässä koestuslaitoksessa 3 hitsattua näytekappaletta vetokokeeseen 3 hitsattua näytekappaletta taivutuskokeeseen hitsaustyöt voidaan aloittaa, kun hyväksyttävät koetulokset työn aikana testataan hyväksyttävässä testauslaitoksessa taivutuskokeella väh. 3 jatkosta jokaisesta alkavasta 200 jatkoksen erästä, kuitenkin vähintään 1 työvuorossa vetokokeella väh. 3 jatkosta jokaisesta alkavasta 600 jatkoksen erästä rakennuspaikalla ja tarkastetussa elementtien valmistuslaitoksessa oltava kokeiden tulokset Lisätietoja: Casper Ålander, Betoniterästen hitsausliitokset www.betoniyhdistys.fi julkaisut muut julkaisut by50: s. 154-155 11
Säilyvyys, rasitusluokat Ympäristöluokkien tilalle rasitusluokat: X0: Ei korroosion tai rasituksen vaaraa XC: XD: XS: XF: XA: Karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio Muun kuin meriveden kloridien aiheuttama korroosio Meriveden kloridien aiheuttama korroosio Jäädytys-sulatusrasitus jäänsulatusaineilla tai ilman niitä Kemiallinen rasitus Usein tarkistettava useampia rasitusluokkia, esim. XC ja XF by50: s. 86-89 X0: XC: Karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio Raudoittamaton betoni tai erittäin kuivat olosuhteet Väliseinät, välipohjat (kh voi olla XC1) XC1 Kuiva tai jatkuvasti märkä Normaalit sisätilat Ulkoseinän sisäkuori XC2 Kostea, harvoin kuiva Perustukset XC3 (yleensä XC3 ja XC4 yhdessä) Kohtalaisen kostea Ulkona olevat osittain tai kokonaan sateelta suojatut rakenteet Julkisivut, pysäköintitalon laatat, palkit, pystyrakenteet XC4 (yleensä XC3 ja XC4 yhdessä) Jaksollinen kastuminen ja kuivuminen Sateelle alttiit rakenteet Julkisivut, pysäköintitalon laatat, palkit, pystyrakenteet 12
XF1 XF: Pakkasrasitus Kohtalainen vedelläkyllästyminen ilman jäänsulatusaineita Pystyrakenteet ilman suolaa, lievät vaakarakenteet ilman suolaa Julkisivut, parvekepieli, pys.talon vaakarakenteet XF2 Kohtalainen vedelläkyllästyminen ja jäänsulatusaineet Pystyrakenteet (ilman kuljettamat jäänsulatusaineet) Vaakarasitus, kun rasitus on lievä Melukaiteet (P-luku 25), siltapalkit (jos ei XF4) XF3 Suuri vedelläkyllästyminen ilman jäänsulatusaineita Vaakarakenteet ilman suolaa Parvekelaatat XF4 Suuri vedelläkyllästyminen ja jäänsulatusaineet Suoralle suolaroiskeelle alttiit pinnat Melukaiteet (P-luku 40), siltojen reunapalkit Normaalit rasitusluokkayhdistelmät (ei XS, XA) Rasitusluokkayhdistelmä X0 XC1 XC2 XC3 XC3,4 XF1 XC3 XF1 XC3,4 XF3 XC3,4 XD1 XF2 XC3,4 XD3 XF4 Käyttöalue Raudoittamattomat rakenteet tai erittäin kuivat sisätilat Normaalit kuivat sisätilat Maan alla olevat betonirakenteet, esim. osa perustuksista Sateelta suojatut ulkorakenteet, ei pakkasrasitusta Kosteat sisätilat Pystyrakenteet ulkona, osa rakenteesta voi olla sateelta suojattu, osa sateelle altis, esim. julkisivut Sateelta suojatut vaakarakenteet ulkona, kosteuspitoisuus korkea, esim. pysäköintitalojen vaakarakenteet Pakkasrasitetut vaakarakenteet ulkona, esim. parvekelaatat Lievästi pakkassuolarasitetut rakenteet, jäänsulatussuolaa voi lentää rakenteeseen ilmavirran mukana Ankarasti pakkassuolarasitetut rakenteet, suolapitoista vettä lentää suoraan rakenteeseen 13
by50: s. 90 Pysäköintitalo (kylmä, ei suolausta) by50: s. 91 14
Mitoitusmenetelmät by50:n mukaan 1. Taulukkomitoitus yksinkertainen, nopea ei mahdollista optimointia käyttökelpoinen jos lujuusluokka K40, muutoin johtaa liian paksuihin betonipeitteisiin esim. XC3 50 v K60: ylimitoitus 4-kertainen vain 50 tai 100 vuoden käyttöiälle 2. Laskennallinen mitoitus (Kerroinmenetelmä) monimutkainen, edellyttää työkalua mahdollistaa tehokkaan optimoinnin käyttöiät 50 200 vuotta vain karbonatisoituminen ja pakkasenkestävyys Pakkasenkestävyyden varmistaminen Kolmivaiheinen varmistus 1. Vaatimukset betonimassalle (+ ennakkokokeet) rasitusluokan ja suunnittelukäyttöiän perusteella laskennallinen mitoitus tai taulukkomitoitus ilmamäärä ja vesisementtisuhde (+sementtimäärä) tarkistetaan kokeellisesti (=ennakkokoe) 2. Jatkuva laadunvarmistus tuoreen betonin ilmamäärä, päivittäin arvosteluerittäin 3. Tasokokeet pistokoeomainen, 1-4 kertaa vuodessa arvosteluerittäin 15
Vaatimukset ennakko- ja tasokokeissa (toinen taulukko (1b) CDF- ja CIF-kokeille, ei tulla käyttämään kys. menetelmiä) by50: s. 234 Tasokokeet Varmistetaan ettei ole tapahtunut (piileviä) muutoksia raaka-aineissa valmistusmenetelmissä arvosteluerittäin pistokoemaisesti 1-4 vuodessa Testausmenetelmissä muutoksia pois jää: suojahuokossuhde suomalainen pakkas-suolakoe (SFS 5449) uusina tulee: huokosjako (viralliseksi) Laattakoe (Borås-koe) ja CIF/CDF 16
by50: s. 239 Käyttöikä, määritelmät = ajanjakso, jonka ajan (betoni)rakenteen ominaisuudet säilyvät rakenteelta vaadittavalla tasolla edellyttäen, että sitä pidetään asianmukaisesti kunnossa (by50) Suunnittelukäyttöikä on rakennukselle tai rakennuksen osalle määritelty käyttöiän vaatimus. Käyttöikä: 50 v Käyttöiän jakauma on lognormaalinen ja käyttöikä oletetaan normaalisti saavutettavan 95%:n todennäköisyydellä. 5% 17
Käyttöikä käytännössä Referenssitaso, ei absoluuttinen ajanjakso Ajanjakso, jonka rakennus/rakennusosa vähintään kestää ilman suurempaa korjausta Käyttöiän jälkeen korjaustoimenpiteiden määrä todennäköisesti kasvaa Rakennuksen/rakennusosan käyttöä voidaan jatkaa (jatketaan) vielä pitkään Huom. Käyttöikää rajoittaa muutkin tekijät kuin tekninen säilyvyys, esim. taloudellinen tai esteettinen vanhanaikaistuminen Käyttöikäsuunnittelun proseduuri 1. Tilaajaa määrittelee rakennuksen tavoitekäyttöiän 2. Suunnittelija määrittelee rakennuksen suunnittelukäyttöiän sekä olennaisten rakenneosien suunnittelukäyttöiät sekä rasitusluokat rakennuksen suunnittelukäyttöikää ei vielä edellytetä betonirakenteiden suunnittelukäyttöikä edellytetään (by50) muiden materiaalien osalta käyttöikäsuunnittelua ei edellytetä, RakMK A4, 2.1: ohje käyttöikätavoitteista Rakennuksen ja rakennusosien suunnittelukäyttöikien tulee olla sopusoinnussa keskenään yhden rakennusosan käyttöiän maksimoinnilla ei paljoa saavuteta Käyttöikäsuunnittelussa määritellään ja optimoidaan eri rakennusosien tarkoituksen mukaiset suunnittelukäyttöiät. 18
Betonirakenteiden suunnittelukäyttöikiä (Parma Käyttöikäsuunnitteluohjeesta) Käyttöikäsuunnittelu by50:n mukaisesti Suunnittelija määrittelee betonirakenteiden: 1. Rasitusluokat 2. Suunnittelukäyttöiät Suunnittelijan on kuitenkin valittava betonipeite ja lujuusluokka ja siten karbonatisoitumisen osalta suunnittelija tekee käyttöikäsuunnittelun. Pakkasenkestävyyden osalta suunnittelija ei (normaalisti) määrää betonimassan ominaisuuksia vaan sen tekee betonin valmistaja. Pakkasenkestävyyden osalta suunnittelijan työ rajoittuu XF-luokan valintaan. 19
Piirustuksiin merkitään Rakenteesta: rakenneluokka rasitusluokat ja rakenteen suunnittelukäyttöikä betonipeitteen nimellisarvo (ja sen sallittu mittapoikkeama) suunnittelussa käytetyt ominaiskuormat Betonista: lujuusluokka kiviaineksen suurin raekoko mahdolliset lisävaatimukset (kun rakenteeseen tai sen valmistukseen kohdistuu erityisiä vaatimuksia) by50: s. 10 Suunnittelijan ja betonin / betonirakenteen valmistajan roolit käyttöikäsuunnittelussa Suunnittelija 1. Valitsee rasitusluokat ja suunnittelukäyttöiän suunnittelija tietää parhaiten olosuhteet 2. Tekee mitoituksen karbonatisoitumisen ja kloridirasituksen suhteen yhteistyössä betonivalmistajan kanssa, mikäli mahdollista Valmistaja 1. Tekee mitoituksen pakkasenkestävyyden suhteen valmistaja tietää parhaiten miten kyseisessä valmistusprosessissa vaadittu pakkasenkestävyys saavutetaan tarve lisävaatimukseen äärimmäisen harvinainen 2. Varmistaa säilyvyyden toteutumisen kaikki rasitusluokkien osalta Vuoropuhelu suunnittelijan ja valmistajan välillä tärkeää 20
Mitoitusmenetelmät by50:n mukaan 1. Taulukkomitoitus yksinkertainen, nopea ei mahdollista optimointia käyttökelpoinen jos lujuusluokka K40, muutoin johtaa liian paksuihin betonipeitteisiin esim. XC3 50 v K60: ylimitoitus 4-kertainen vain 50 tai 100 vuoden käyttöiälle 2. Laskennallinen mitoitus (Kerroinmenetelmä) monimutkainen, edellyttää työkalua mahdollistaa tehokkaan optimoinnin käyttöiät 50 200 vuotta vain karbonatisoituminen ja pakkasenkestävyys Taulukkomitoitus (50 v) Käyttökelpoinen kun lujuus lähellä vähimmäislujuusluokkaa Minimisementtimäärä tulee täyttyä XA-luokissa ei ole muuta vaihtoehtoa by50: s. 104 21
Betonipeite taulukkomitoituksessa XC2 XC4: Saa tehdä 5 mm:n vähennyksen jos lujuutta korotetaan 10 MPa by50: s. 73 XS- ja XD-luokat Arvot pätee mustalle teräkselle, jänneteräs + 10 mm by50: s. 230 XD1 : v/s = 0,40 puuttuu ensimmäisestä painoksesta 22
Kerroinmenetelmä Erkki Vesikari, VTT (ISO 15686-1) Pysty- ja vaakarakenteet karbonatisoitumisen suhteen (XC2, XC3 ja XC4) sateelle altis sateelta suojattu pakkasenkestävyyden suhteen (XF1 ja XF3) Käyttöiät: 50 200 vuotta Betonin koostumus ja betonipeite XF-luokat: vesisementtisuhde ja ilmamäärä XC-luokat: puristuslujuus ja betonipeite 23
Kerroinmenetelmä, karbonatisoituminen Kerroinmenetelmä, pakkasrasitus Kuten karbonatisoituminen, kertoimet hieman poikkeavat 24
Taulukkomitoitus vs. laskennallinen mitoitus Vaikutus betonipeitteeseen ja todelliseen käyttöikään Nim.betonipeite [mm] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 57 v 75 v E2a Vaadittava betonipeite, XC3-50 v SMP = 10 mm, CEM I 64 v 84 v 112 v 148 v 196 v E2b 30 35 40 45 50 55 60 Lujuusluokka [MPa] Taulukkomitoitus Kerroinmenetelmä 50 v Työkalut laskennalliseen mitoitukseen by50, Liite 4 yksinkertaista, mutta työlästä matematiikkaa ei kovinkaan käyttäjäystävällinen by, Käyttöikämitoitusohjelma Excel-taulukko julkaistaan by501 CD-ROM-versiossa VTT, EnnusBetoni Excel-pohjainen tullut juuri myyntiin Omat ohjelmat, esim. Excel Valmistajien käyttöikäsuunnitteluohjeet 25
Valmistajakohtaiset käyttöikäsuunnitteluohjeet Tavoitteena helpottaa suunnittelijan työtä rasitusluokkien valinta hyväksyttävät / suositeltavat suunnittelukäyttöiät Tuotannon optimointi Parhaiten soveltuvat betonipeitteet ja lujuusluokat kyseiselle rasitusluokalle ja suunnittelukäyttöiälle Parman KIS-ohje saatavana: www.parma.fi jouni.punkki@parma.fi 26
27