Materiaalit | NRO 3/2022
Harkon ja betonin hybridi luo uutta elementtirakentamista
Neljä vuotta sitten markkinoille tullut valueristeharkko merkitsi harkkorakentamisen mahdollisuuksien…
Materiaalit | NRO 2/2024
Teräskuitubetonirakenteiden mitoitus uudistuu
Suomeen on tulossa vihdoin viralliset mitoitusohjeet teräskuitubetonirakenteille. Toisen sukupolven Eurokoodi kattaa myös teräskuitubetonirakenteiden mitoituksen.
Teräskuitubetonirakenteiden mitoitus on ollut Suomessa sekavaa. Betoniyhdistys on julkaissut ensimmäisen ohjeen jo vuonna 2011 (Teräskuitubetonirakenteet by 56). Sen soveltamisala oli rajattu lattioihin ja paalulaattoihin. Betoniyhdistys julkaisi ensimmäisen varsinaisen suunnitteluohjeen vuonna 2018 (Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje by 66). Se oli laadittu täydentämään ensimmäisen sukupolven betonieurokoodia ja perustui ruotsalaiseen standardiin SS 812310:2014.
Toisen sukupolven betonieurokoodi SFS-EN 1992-1-1:2023:en sisältää liitteen L, joka antaa mitoitusperusteet myös teräskuitubetonirakenteille.
Teräskuitubetoni materiaalina
Teräskuitubetoni on komposiittimateriaali, johon on betonin heikon vetolujuuden vuoksi lisätty teräskuituja tankoraudoituksen sijaan tai ohella. Teräskuidut ovat korkealujuusterästä ja ne CE-merkitään SFS-EN 14889-1 mukaan. Kuitujen vetolujuus vaihtelee 1150…2500 MPa välillä. Tyypillisesti kuitujen päissä on jonkinlainen muotoilu tartunnan parantamiseksi. Kuidut annostellaan massaan joko ”käsin” tai automatisoidusti betoniasemalla. Kuitujen asema (sijainti ja suunta) rakenteessa on periaatteessa satunnainen, mutta siihen vaikuttaa myös valumenetelmä ja -järjestys.
Betoniyhdistyksen ohje
Betoniyhdistyksen julkaisema ohje Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje by 66 on ollut sinällään hyvä ja ansiokas, mutta sen käyttö on jäänyt vähiin, vaikka se oli tarkoitettu nimenomaan täydentämään eurokoodia. Rakennusvalvontaviranomaiset eivät ole voineet edellyttää ohjeen käyttöä ja ala on päätynyt villiin tilanteeseen, jossa eri toimijat ovat käyttäneet omia mitoitusohjeitaan. Päätökset teräskuitubetonirakenteen hyväksymiseksi on tehty tapaus- ja rakennusvalvontakohtaisesti. Osin tästä syystä teräskuitubetonirakenteiden käyttö on jäänyt vain lattioihin ja paalulaattoihin.
Eurokoodin asema
Toisen sukupolven betonieurokoodi SFS-EN 1992-1-1:2023:en on julkaistu viime vuonna. Se sisältää informatiivisen liitteen L teräskuitubetonirakenteiden mitoituksesta. EN-standardin informatiivinen liite voidaan ottaa käyttöön sellaisenaan, se voidaan jättää kokonaan ottamatta käyttöön tai se voidaan ottaa käyttöön muokattuna. Suomessa päädyttäneen kolmanteen vaihtoehtoon. Betonieurokoodin standardointiryhmä on perustanut alaryhmän työstämään liitteen L kansallista liitettä. Tarkoituksena on, että lopulta ympäristöministeriö julkaisee sen osana uuden betonieurokoodin kansallista liitettä. Lopullisen mitoitusohjeen muodostaa siis eurokoodi SFS-EN 1992-1-1:2023:en yhdessä ympäristöministeriön kansallisen liitteen kanssa.
Suomessa käytetään kantavien rakenteiden suunnittelussa ainoastaan eurokoodia ja sen kansallista liitettä, vaikka materiaalikohtaiset kansalliset liitteet eivät olekaan asetustasoisia vaan ohjeita.
Kuvagalleria
SFS-EN 14721 mukaisesta näytteestä ”pestyjen” kuitujen kuivattelua punnitsemista ja kuitupitoisuuden määritystä varten. Betoniaseman laboratoriossa tutkitaan kuidun hajontaa ja punnitaan betonista pestyt kuidut. Kuva: ArcelorMittal Fibres
Soveltamisala
Uudessa mitoitusohjeessa otetaan kantaa sen soveltamisalaan, ts. määritellään ne rakenteet, joissa teräskuitubetonia voidaan hyödyntää. Jatkossakaan ei ole näköpiirissä ainoastaan teräskuiduilla raudoitettuja kantavia rakenteita (esim. välipohjat). Ainoastaan sellaisia rakenteita voitaisiin jatkossa raudoittaa pelkillä teräskuiduilla, joiden vaurioista ei aiheudu vaaraa ihmisille, esim. paalulaatat. Sen sijaan välipohjissa voisi tulla kyseeseen teräskuitujen ja tankoraudoituksen yhdistelmä.
Kuitubetonirakenteen määrittely
Toistaiseksi teräskuitubetonirakenteiden suunnittelu on ollut vain harvojen suunnittelijoiden ja teräskuitutoimittajien käsissä. Tarkoitus on, että uuden mitoitusohjeen myötä kuka tahansa, riittävän kokenut, rakennesuunnittelija voisi suunnitella teräskuitubetonirakenteita. Suunnittelijan ei tarvitsisi ottaa kantaa kuidun määrään vaan riittäisi, että suunnittelija määrittäisi vaadittavan betonin lujuuden arvon, jäännösvetolujuuden arvon ja teräskuitubetonin sitkeyden. Valmisbetonitehdas huolehtisi lopusta yhdessä kuitutoimittajan kanssa ja määrittelisi käytettävän kuitutyypin ja -määrän siten, että toimitettava betoni täyttää em. ominaisuuksille asetetut vaatimukset.
Valmistuksen laadunvalvonta
Teräskuitubetonirakenteet herättävät viranomaisissa kysymyksiä laadunvalvonnasta. Mitoitusohje ei ole välttämättä oikea paikka ottaa kantaa laadunvalvontaan. Missään muussa standardissa tai ohjeessa ei kuitenkaan vielä esitetä vaatimuksia laadunvalvonnalle tehtaassa tai työmaalla. Mitoitusohjetta laativa ryhmä pitää laadunvalvonnan määrittelyä niin tärkeänä, että ohjeeseen tulee myös vaatimukset laadunvalvonnalle, jotta mitoitusohjetta voi ylipäätään käyttää. Asiaa voisi verrata vaikka rakennesuunnittelijan tekemään raudoitustarkastukseen tankoraudoitteille. Tässä tapauksessa tarkastus tehtäisiin työmaalla määrittämällä kuidun määrä betoninäytteestä pesemällä näyte. Näin rakennusvalvontaviranomaisen ei enää tarvitse huolehtia kuitujen määrästä. Toteutuksessa epävarmuutta aiheuttavat tekijät (kuitujen määrä ja orientaation) on huomioitu mitoituksessa erilaisina laskennallista kestävyyttä heikentävinä kertoimina.
Myöhemmin standardit SFS-EN 206 ja SFS-EN 13670 tulevat ottamaan kantaa myös teräskuitubetonirakenteiden laadunvalvontaan.
Tulevaisuuden käyttökohteet
Uuden ohjeen myötä teräskuitubetonirakenteiden käyttöä voidaan tulevaisuudessa laajentaa entistä enemmän kaikenlaisiin laattarakenteisiin ja muihinkin massiivisiin betonirakenteisiin. Teräskuitubetonia käyttämällä on mahdollista lyhentää rakentamisaikaa, pienentää materiaalimenekkiä sekä toteuttaa monimuotoisempia ja ohuempia rakenteita. Materiaalisäästöillä taas voidaan päästä suoraan pienempiin ilmastovaikutuksiin.
Teräskuitubetoni ei sovellu joka paikkaan tai kaikkiin rakenteisiin. Yhdistämällä teräskuidut tankoraudoitukseen voidaan teräskuidun ominaisuuksia hyödyntää myös sellaisissa käyttökohteissa, joissa se ei ole sopiva ratkaisu ainoaksi raudoitukseksi. Uuden ohjeen myötä myös tällaiselle hybridirakenteelle saadaan suunnitteluperusteet.
Artikkeliin liittyviä aiheita
