Kiertotalous | NRO 4/2024
Betonielementtien irrottaminen ehjänä uudelleenkäyttöä varten
Tampereen yliopiston johtamassa kansainvälisessä ReCreate-hankkeessa tutkitaan betonielementtien uudelleenkäyttöä koepurkamisen…
Tutkimus ja kehitys | NRO 4/2022
Testauslaboratorioiden tasokokeet 2022
Betonin testauslaitoksille on järjestetty vuosittain tasotestauksia. Kokeissa on ollut mukana betonin puristuslujuus ja lisäksi jokin muu testaus kiertävästi. Testauslaitosten toimintaa valvova Finas pitää tasotestauksia erittäin tärkeinä koko alan kannalta.
Taustaa
Henkilömuutosten sekä Korona-tilanteen vuoksi tasokokeet jäivät vuodelta 2021 väliin, mutta nyt on palattu taas normaaliin käytäntöön. Vuoden 2022 tasokokeissa testattiin betonin puristuslujuus sekä paineellisen veden tunkeumasyvyys. Tasokokeet järjestettiin yhteistyössä Insinööritoimisto KJ Oy:n ja Aalto-yliopiston kesken. Insinööritoimisto KJ Oy hoiti koekappaleiden valun ja niiden lähetyksen osallistujille ja Aalto-yliopisto on hoitanut tulosten analysoinnin ja raportoinnin. Tasokokeisiin osallistui yhteensä 11 eri testauslaitosta (yrityksiä ja ammattikorkeakouluja) ja joidenkin tahojen osalta kokeisiin osallistui eri toimipisteitä tai useampia puristuskokeita. Puristuslujuuden osalta eri testausyksiköitä oli yhteensä 17 kpl. Vedentunkeumakokeeseen osallistui yhteensä 10 testausyksikköä.
Koejärjestelyt
Koekappaleet valmistettiin Pielisen Betoni Oy:n toimittamasta valmisbetonista, jonka lujuusluokka oli C35/45, raekoko #18 mm ja notkeusluokka S2. Koekappaleet valettiin muovisiin lieriömuotteihin ja ne tiivistettiin tärypöydällä. Koekappaleet merkittiin valujärjestyksen mukaisesti tunnuksilla. Koekappaleet purettiin muoteista 1 vrk ikäisinä ja laitettiin vesisäilytykseen +20 ± 2°C. Koekappaleet otettiin pois vesialtaista 19 vrk ikäisinä ja lähettiin osallistujille. Koekappaleet jaettiin testauslaitoksille niin, että jokainen testauslaitos testasi järjestysnumeroiltaan vaihtelevia koekappaleita.
Koekappaleiden puristus ohjeistettiin tapahtuvan 28 vrk iässä. Lisäksi ohjeistettiin, että koekappalepaketit säilytetään avaamattomana huoneenlämmössä. Paketit tuli avata 6 tuntia ennen puristuskoetta. Puristuskoe tehtiin standardin SFS-EN 12390-3 mukaisesti ja ennen puristuskoetta määritettiin koekappaleiden tiheys. Standardista poiketen tiheys pyydettiin ilmoittamaan 1 kg/m3 tarkkuudella. Puristuspinnat voitiin hioa tai rikittää ja tämä raportoitiin tulosten ilmoittamisen yhteydessä. Puristuslujuustulokset on analysoitu lieriölujuuksina, koska koekappaleet ovat lieriöitä. Puristuslujuuskokeissa testattiin kaikkiaan 96 koekappaletta. Puristuslujuuden tasokokeeseen osallistuivat seuraavat testauslaitokset:
- Contesta Oy, Paraisten toimipiste
- Eurofins Expert Services Oy
- Insinööritoimisto KJ Oy
- Jyväskylän ammattikorkeakoulu Oy
- Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu Oy/ KymiLabs, 2 puristinta
- Karelia-ammattikorkeakoulu Oy
- Karvian Kivi ja Korjaus Oy
- Labroc Oy, 3 Espoon, Oulun ja Tampereen toimipisteet
- Pohjois-Suomen Betoni- ja Maalaboratorio Oy
- Seinäjoen ammattikorkeakoulu Oy
- Vahanen Rakennusfysiikka Oy:n laboratorio
Koetulosten osalta testauspisteet on esitetty anonyymisti kirjaimilla A…P, jotka ovat eri järjestyksessä kuin ylläesitetyssä listauksessa. Testauslaitos I on jaettu kahteen osaan I-A ja I-B, näissä molemmissa testattiin ohjeistuksesta poiketen vain 3 koekappaletta. Paineellisen veden tunkeumasyvyyden, tai yksinkertaisemmin vedentunkeumakokeen koekappaleet koestettiin standardin SFS-EN 12390-8 mukaisesti. Koekappaleet suositeltiin sahattavaksi keskeltä poikki, siten että saadaan d=150 mm ja h=150 mm kokoinen lieriökoekappale. Testissä käytetään sahattua alaosaa ja kohdistetaan vedenpaine sahatulle pinnalle. Vaihtoehtoisesti oli mahdollisuus käyttää myös kokonaista koekappaletta. Vedentunkeuman tasokokeeseen osallistuivat seuraavat testauslaitokset:
- Contesta Oy, Vantaan ja Paraisten toimipisteet
- Eurofins Expert Services Oy
- Jyväskylän ammattikorkeakoulu Oy
- Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu Oy / KymiLabs
- Karelia-ammattikorkeakoulu Oy
- Mitta Oy, 2 koesarjaa
- Pohjois-Suomen Betoni- ja Maalaboratorio Oy
- Seinäjoen ammattikorkeakoulu Oy
Koetulosten osalta testausyksiköt on esitetty anonyymisti roomalaisilla kirjaimilla I…X, jotka ovat eri järjestyksessä kuin yllä esitetyssä listauksessa.
Puristuslujuus
Kaikkien koekappaleiden (96 kpl) keskimääräinen puristuslujuus (lieriölujuus) oli 44,9 MPa ja vastaava keskihajonta 1,22 MPa. Variaatiokertoimena tämä tarkoittaa 2,7%, mitä voidaan pitää alhaisena hajontana. Alhaisin yksittäinen lujuustulos oli 41,1 MPa ja korkein 47,8 MPa.
Koska koekappaleita on varsin suuri määrä, potentiaalisena riskinä on, että koekappaleiden valmistuksesta aiheutuu hajontaa esimerkiksi niin, että viimeisenä valmistetut koekappaleet poikkeavat alkuvaiheen koekappaleista. Kuvassa 2 on esitetty puristuslujuus koekappaleen järjestysnumeron funktiona. Kuvassa ei havaita merkittävää korrelaatiota järjestysnumeron suhteen. Puristuslujuus vaikuttaisi jopa hieman kasvavan järjestysnumeron kasvaessa eli myöhemmin tehtyjen koekappaleiden lujuudet ovat hieman suurempia kuin aikaisemmin tehtyjen koekappaleiden, mutta ero ei ole merkittävä.
Teoreettisesti tällaisessa testauksissa koetulosten hajontaa aiheuttavat:
a. Vaihtelut koekappaleiden valmistuksessa
b. Vaihtelut koekappaleiden testaamisessa (tässä tapauksessa puristuslujuuden määrityksessä)
Molempia hajonnan lähteitä esiintyy aina, eikä ole mahdollista erotella edellä mainittujen hajontojen suuruuksia. Tässä tapauksessa koko aineiston keskihajonta oli pieni, 1,22 MPa, mikä indikoi, että koekappaleet ovat olleet hyvin tasalaatuisia. Siten aineistoa voidaan pitää sopivana tasokokeita ajatellen.
Tasokokeessa on olennaista arvioida testausyksiköiden keskinäisiä eroja. Kaikkiaan 17 eri testausyksikön koetulokset on koottu taulukkoon 1.
Testausyksiköiden keskihajontojen keskiarvo oli 1,03 MPa, kun taas koko aineiston keskihajonta oli 1,22 MPa. Suurimmat yksittäiset testauslaitosten keskihajonnat olivat 1,77 MPa. Eri testausyksiköiden mittaustulosten keskiarvojen 95% luottamusvälit on esitetty kuvassa 3. Luottamusvälien laskennassa huomioidaan testausyksikön tulosten keskihajonta sekä koekappaleiden lukumäärä. Kuvan 2 perusteella voidaan arvioida, että testauslaitosten tulosten keskiarvot eivät poikkea toisistaan tilastollisesti merkittävästi lukuun ottamatta testauslaitoksia B ja F sekä B ja J. Näidenkin osalta poikkeamat ovat pieniä.
Yksittäisten tulosten vaihtelut tutkimusyksiköiden kesken on esitetty kuvassa 4. Yksittäisiä tuloksia tarkasteltaessa on huomioitava, että vaihtelua aiheutuu myös koekappaleiden sisältämästä hajonnasta. Siten yksittäisien tulosten perusteella on vaikea arvioida testauslaitosten tarkkuutta.
Tasokokeessa oli mahdollisuus joko hioa puristuspinnat tai rikittää ne. Kolme testausyksikköä ilmoitti käyttäneensä rikitystä ja loput 14 hiontaa. Puristuslujuustulokset eriteltynä käsittelytavan mukaan on esitetty taulukossa 2. Kuten taulukosta havaitaan, pintojen käsittelytavalla ei ollut merkittävää vaikutusta puristuslujuuden keskiarvoon tai hajontaan. Tätä ei voi kuitenkaan yleistää koskemaan kaikkia puristuslujuustestauksia, korkeammilla lujuustasoilla vaikutus on todennäköisesti suurempi.
Tiheys
Kaikkien koekappaleiden keskimääräinen tiheys oli 2361 kg/m3 ja vastaava keskihajonta 10,9 kg/m3. Variaatiokertoimeksi tulee näin 0,5%. Alhaisin yksittäinen tiheysarvo oli 2338 kg/m3 ja korkein yksittäinen 2399 kg/m3. Testausyksiköiden keskimääräiset koetulokset on esitetty taulukossa 3. Keskimääräiset tulokset sekä yksittäisten tulosten vaihteluvälit on esitetty kuvassa 5.
Tiheyden osalta havaitaan, että testausyksikkö O sai muista hieman poikkeavia tiheysarvoja. Kyseisen testausyksikön keskimääräinen tiheys oli 2389 kg/m3 eli 28 kg/m3 suurempi kuin keskimäärin. Kyseinen testausyksikkö oli jälkikäteen tarkistanut tiheyden laskelmat ja huomannut virheen laskentakaavassa. Korjattu tiheys oli 2381 kg/m3 ja tämä on edelleen 20 kg/m3 korkeampi arvo kuin keskimääräinen tiheys.
Kuvagalleria
Paineellisen veden tunkeumasyvyys
Kaikkiaan 10 eri testausyksikön tulokset on koottu taulukkoon 4. Taulukossa on esitetty kahden eri mittauksen arvot sekä niiden keskiarvot. Keskihajontoja ei ole tarkastelu johtuen testausten pienestä määrästä (2 kpl / testausyksikkö).
Kaikki testausyksiköt ilmoittivat, että testaus on tehty valusuunnan mukaisesti. Yhtä testauslaitosta lukuun ottamatta kaikki myös ilmoittivat, että kokeessa on käytetty sahattua koekappaletta. Testauslaitoksen VIII raportista ei ilmene onko käytetty sahattua vai kokonaista koekappaletta.
Kaikkien tulosten keskiarvo oli 22,9 mm ja keskihajonta 5,1 mm. Variaatiokerroin oli siten 22,3%. Koekappaleiden tiheyden keskiarvo oli 2341 kg/m3 ja keskihajonta 19,2 kg/m3 (0,8%). Yksi testausyksikkö (IX) ei ilmoittanut tiheyksiä. Mikäli tarkastellaan kahden koekappaleen keskiarvoja, saadaan tasokokeen keskihajonnaksi 3,3 mm.
Kuvassa 10 on esitetty vedentunkeumakokeiden tulokset. Kuvasta havaitaan, että kolmen testausyksikön osalta hajontaa kahden koekappaleen välillä oli varsin runsaasta, kun taas muiden testausyksiköiden osalta hajonta oli vähäistä. Kahden koekappaleen keskiarvot vaihtelivat välillä 18,5…28,5 mm.
Betoninormien (BY65, 2021, kappale 5.5.5) mukaisesti betoni katsotaan vesitiiviiksi, jos standardin SFS-EN 12390-8 mukaisesti testattu paineellisen veden tunkeumasyvyys on enintään 100 mm. Vesitiiviiksi tarkoitettujen betonilaatujen ryhmän vesitiiveydet testataan ennakkokokeilla valitsemalla ryhmään kuuluvista betonilaaduista kaksi koostumuksen perusteella oletettavasti vesitiiveydeltään heikointa betonilaatua. Vuosittain koe uusitaan yhdellä testauksella. Tässä tasokokeessa käytetty betonilaatu ei välttämättä kuuluisi testattaviin betoneihin, mutta täyttää selvästi vaatimustason.
Yhteenveto
Tasokokeessa 2022 testattiin betonin puristuslujuutta sekä paineellisen veden tunkeumasyvyyttä (vedentunkeumaa). Tasokokeisiin osallistui kaikkiaan yhteensä 11 eri testauslaitosta (yritystä tai ammattikorkeakoulua). Joillakin osallistujille kokeisiin osallistui useampia toimipisteitä tai useampia puristuskoneita. Puristuslujuuskokeeseen osallistui 17 testausyksikköä ja vedentunkeumakokeeseen vastaavasti 10 testausyksikköä.
Tulosten analysoinnin perusteella voidaan todeta, että testattavat koekappaleet olivat tasalaatuisia ja myös testausyksiköiden väliset erot olivat pieniä. Puristuslujuuskokeessa keskimääräinen puristuslujuus oli 44,9 MPa ja keskihajonta 1,22 MPa. Variaatiokerroin oli siten 2,7%. Tarkasteltaessa keskiarvojen luottamusvälejä, testausyksiköt eivät poikenneet toisistaan kahta yksittäistä tapausta lukuun ottamatta. Tulokset ovat hyvin samalla tasolla verrattuna aikaisempiin vastaaviin tasokokeisiin.
Puristuslujuuskokeessa keskimääräinen tiheys oli 2361 kg/m3 ja keskihajonta 10,9 kg/m3. Variaatiokerroin oli 0,5%. Yhden testausyksikön tiheysarvot poikkesivat muista tuloksista. Myöhemmin kyseinen testausyksikkö havaitsi laskentavirheen, joka selitti osittain poikkeavan tuloksen.
Vedentunkeumakokeessa hajontaa esiintyi selvästi enemmän kuin puristuslujuuskokeessa, mutta tämä on olettavaa huomioiden kokeiden luonteet. Kaikkien tulosten keskiarvo oli 22,9 mm ja yksittäisten tulosten keskihajonta oli 5,1 mm (22,3%). Mikäli tarkastellaan kahden koekappaleen keskiarvoja, keskihajonnaksi tulee 3,3 mm (14,3%). Kaikki tulokset ovat selvästi alle Betoninormien vaatimustason (100 mm), mutta toisaalta testattava betonilaatu ei ollut optimaalinen vedentunkeumakoetta ajatellen.
Tasokokeiden tulokset eivät aiheuta toimenpiteitä testausyksiköiden osalta.
Vuosikokouksessa 2022 sovittiin, että vuonna 2023 testataan huokostetun betonin puristuslujuus sekä huokosjako.
Artikkeliin liittyviä aiheita
