AKTIIVINEN KORROOSIO MUUTTUVASSA ILMASTOSSA Toni Pakkala, Arto Köliö, Jukka Lahdensivu
Sisältö Ilmastonmuutos ja sen vaikutus betonirakenteisiin Aktiivisen korroosion mallintaminen Tuloksia 2
Ilmastonmuutosennusteet - Keskilämpötilat nousevat talvella 3-9 C, kesällä 1-5 C - Sademäärät lisääntyvät talvella 10-40 %, kesällä 0-20 %. Muutos on pohjoisessa suurempi kuin etelässä. Sateesta yhä suurempi osa tulee vetenä myös talvella. Rankkasateiden osuus kasvaa. - Jäätymissulamissyklien määrä tulee aluksi lisääntymään lämpötilojen noustessa. - Lämpötilan nousu, pilvisyyden lisääntymien sekä sateisuuden kasvaminen nostavat ilman kosteuspitoisuutta, josta on seurauksena homeenkasvulle suotuisten ajanjaksojen lisääntyminen sekä rakenteiden kuivumisen heikentyminen. (Jylhä et al. 2009) 3
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin - Ilmastonmuutoksen vaikutus sateen jälkeisiin jäätymissulamissykleihin Vuosi sijainti ja Lämpötila alle (maks. 2 vrk vesi- tai räntäsateen jälkeen) 0 C -2 C -5 C -10 C Rannikko (Hesinki-Vantaa) 2000 37.8 23.5 11.7 4.0 2030 25.9 15.2 7.7 2.3 2050 21.4 12.9 6.1 1.8 2100 14.5 9.4 3.9 0.4 Sisämaa (Jyväskylä) 2000 30.4 20.2 10.4 4.2 2030 25.4 17.5 9.6 3.3 2050 24.8 17.0 9.4 3.2 2100 19.8 13.9 7.2 2.1 Rakennusvuosi Rannikko [vuosia] Sisämaa [vuosia] t -5 C t -5 C 2000 26 37 2030 40 40 2050 50 41 2100 79 53 (Jylhä et al. 2011) (Pakkala et al. 2014) 4
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Vantaa Jyväskylä Kk 2030 2050 2100 2030 2050 2010 1 4.1 9.9 29.6 3.8 9.7 32.6 2 6.4 9.5 29.3 6.3 10.8 30.5 3 3.9 6.5 20.6 3.9 6.6 21.5 4 3.4 6.5 19.1 2.3 5.8 16.4 Sademäärän muutos vs. vuosi 2000 5 3.5 5.9 16.6 3.9 5.3 14.9 6-1.2 3.5 9.6-0.6 3.8 12.3 7 2.6 4.4 11.3 2.1 5.1 11.1 8 3.8 4.9 5.7 3.5 4.5 5.8 9 3.5 5.8 9.5 4.4 6.7 11.0 10 3.1 8.4 18.6 2.8 8.0 20.1 11 7.1 10.9 24.4 7.9 10.6 27.6 12 5.4 9.0 28.7 6.5 12.0 34.0 (Jylhä et al. 2011) Koko vuosi 3.8 7.1 17.7 3.6 7.1 18.2 5
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Saderasitus rannikolla Etelä (Pakkala et al. 2014) 6
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Saderasitus sisämaassa Etelä (Pakkala et al. 2014) 7
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Saderasitus rannikko vs sisämaa 8
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Viistosaderasitus rannikko vs sisämaa 9
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Viistosaderasitus eri ilmansuunnista vs nykyilmasto Rannikko Eteläinen Suomi Sisämaa Lappi Rannikko Eteläinen Suomi Sisämaa Lappi 10
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Jäätymissulamissyklit (Pakkala et al. 2016) 11
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Koko vuoden viistosademäärä ennen jäätymissulamissykliä (Pakkala et al. 2016) 12
Ilmastonmuutoksen vaikutus betonirakenteisiin Viistosademäärä ennen yksittäistä jäätymissulamissykliä (Pakkala et al. 2016) 13
Aktiivisen korroosion mallintaminen Tuutti (1982) Li (2004) Liu & Weyers (1998) korroosiovauriot Käyttöiän päättyminen (ULS) betonin halkeaminen Betonin lohkeaminen käynnistymisvaihe aktiivisen korroosion vaihe aika 14
Aktiivisen korroosion mallintaminen viistosade ulkoilman lämpötila ulkoilman suhteellinen kosteus pinnalle osuva auringonsäteily (Köliö et al. 2017) 15
Aktiivisen korroosion mallintaminen Lämpötilan vaikutus Viistosateen vaikutus Kostea syksy Kuiva syksy (Köliö et al. 2017) 16
Aktiivisen korroosion mallintaminen Viistosateen vaikutus Auringon säteilyn vaikutus Vähän auringonsäteilyä, paljon vesisadetta Paljon auringonsäteilyä ja lämmintä (Köliö et al. 2017) 17
Aktiivisen korroosion aika betonielementeissä XC4 XC3 Julkisivu Julkisivu Parvekepieli Parvekepieli Parvekelaatta pohjoiseen etelään pohjoiseen etelään alapinta Helsinki-Vantaa (Etelä-Suomi, rannikko) 5.8 3.2 3.8 2.0 79.8 Jokioinen (Eteläinen Suomi) 6.0 4.1 4.0 2.5 99.8 Jyväskylä (Sisämaa) 6.8 5.4 4.4 3.3 133 Sodankylä (Pohjois-Suomi) 8.0 7.2 5.4 4.6 200 18
Aktiivinen korroosio tulevaisuuden ilmastossa 19
Aktiivinen korroosio tulevaisuuden ilmastossa 20
Aktiivinen korroosio tulevaisuuden ilmastossa 21
Aktiivinen korroosio tulevaisuuden ilmastossa 22
Aktiivinen korroosio tulevaisuuden ilmastossa 23
Yhteenveto Viistosateella on suurin yksittäinen vaikutus aktiivisen korroosion nopeuteen Korroosionopeudessa korostuvat: syksy ja alkutalvi lounas-etelä-kaakko-ilmansuunnat kasvavat sademäärät varsinkin syys- ja talvikaudella Seuraavaksi: mallien tarkistus rankimpien ja eri merkityksellisten tekijöiden vuosien seulonta aktiivisen korroosion keston määritys eri ilmastoissa Corrosion penetration (µm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Corrosion penetration (µm) Corrosion penetration (µm) facade, coastal area facade, inland 1979 1981 1983 1984 1986 1988 1990 1991 1993 1995 1997 1998 2000 2002 2004 2005 2007 2009 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Year balcony frame, coastal area balcony frame, inland 1979 1981 1983 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 1979 1981 1983 1985 1986 1988 Year balcony slab soffit limit state 1990 1992 1994 1996 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008 Year 24
Kiitos! toni.pakkala@tut.fi www.tut.fi/elinkaari twitter.com/ren_tut Lähteet Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Tietäväinen H., et al. 2011. Rakennusfysiikan ilmastollisten testivuosien sääaineistot nykyisessä ilmastossa ja arviot tulevaisuuden muutoksista. Väliraportti. Ilmatieteen laitos. Helsinki. 6 s. 20 liites. Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Räisänen, J., Venäläinen, A., Tuomenvirta, H., Ruokolainen, L., Saku, S., Seitola, T. 2009. Arvioita Suomen muuttuvasta ilmastosta sopeutumistutkimuksia varten. ACCLIM-hankkeen raportti 2009. Ilmatieteen laitos. Raportteja 2009:4. Helsinki. 78 s. 36 liites. Köliö, A., Pakkala, T. A., Hohti, H., Laukkarinen, A., Lahdensivu, J., Mattila, J., Pentti, M. 2016. The corrosion rate in reinforced concrete facades exposed to outdoor environment. Materials and Structures 50(1). Pp. 1 16. Pakkala, T.A., Köliö, A. Lahdensivu J., Kiviste M. 2014. Durability demands related to frost attack for Finnish concrete buildings in changing climate. Building and Environment, Volume 82, December 2014, Pp. 27-41. 25