ReCreate-hankkeen uudelleenkäytettävien betonielementtien koestukset

Toimistorakennus purettiin syksyn 2023 ja talven 2024 välisenä aikana. Uudelleenkäyttöä varten rakennuksesta irrotettiin ontelolaattoja, teräsbetonipalkkeja sekä -pilareita. Uudelleenkäytettävien elementtien lisäksi myös muita rakennuksen elementtejä irrotettiin ehjänä. Pilari-palkkirunkoisessa ralkennuksessa oli vain vähän väliseinäelementtejä, joten niiden uudelleenkäyttöä ei ole harkittu. Julkisivut olivat pitkillä sivuilla nauhaelementtejä ja päädyissä kantavia sandwich-elementtejä. Julkisivuelementtien iän (yli 40 vuotta) ja nykymääräyksiä ajatellen vaatimattoman lämmöneristyksen takia myöskään niiden uudelleenkäyttöä ei ole harkittu.

Rakenteiden uudelleenkäyttöä varten elementtien materiaaliominaisuudet selvitettiin ennen rakennuksen purkamista ja elementtien irrottamista. Ehjänä irrotetuista elementeistä osa koestettiin täyden mittakaavan kokeilla. Tutkimushankkeessa kehitettiin rakenteellisen kuntotutkimuksen tekemistä osana purkukartoitusta. Ennen purkua tehtävien tutkimusten tarkoituksena on varmistaa, että uudelleenkäytettäviksi aiotut elementit ovat siihen kelvollisia. Elementtien testaustarvetta varten tutkimushankkeessa kehitettiin päätöspuu (kuva 1), jossa testaustarve määräytyy sekä uuden rakennuksen asettamista vaatimuksista että purettavan rakennuksen ja rakenteiden käytettävissä olevasta informaatiosta. Kattavammalla informaation määrällä voidaan merkittävästi vähentää tutkimustarvetta ja ainetta rikkovien tutkimusmenetelmien määrää, jos tunnettujen materiaaliominaisuuksien varmistaminen riittää. Vastaavasti vähäisellä informaation määrällä materiaaliominaisuuksien arvot voidaan joutua määrittämään tutkimuksiin perustuen, jolloin tutkimuksen laajuus ja luotettavuus korostuvat.

Rakenteellinen kuntotutkimus ennen purkamista

Rakenteellisen kuntotutkimuksen yhteydessä elementtien kuntoa tarkasteltiin silmämääräisesti. Tarkastelun tarkoituksena oli selvittää elementeissä mahdollisesti esiintyvää halkeilua, halkeilun syitä sekä muita mahdollisia muodonmuutoksia ja vaurioita. Silmämääräisesti havaittavia vaurioita tai muodonmuutoksia ei esiintynyt.

Elementeistä mitattiin raudoitteiden peitepaksuuksia säilyvyyssuunnittelun lähtötiedoiksi yhdessä betonin karbonatisoitumissyvyyden kanssa. Lisäksi raudoitteiden peitepaksuuksia tarvitaan rakenteelliseen palomitoitukseen uudessa käyttökohteessa. Mittaustulokset ovat taulukossa 1.

Raudoitteiden peitepaksuudet sekä betonin karbonatisoitumissyvyys vaihtelevat eri elementeissä, mutta peitepaksuudet ovat riittäviä tavanomaisessa sisätilassa oleville runkoelementeille (rasitusluokka XC1) 100 vuoden käyttöiälle.

Pilareista ja palkeista porattiin näytelieriöitä yhteensä 15 kpl kummastakin elementtityypistä eri kerroksissa sijainneista rakenteista. Poralieriöiden mukaan betonin puristuslujuus palkeissa on 40 MPa ja pilareissa 47 MPa. Kummassakin tapauksessa alkuperäinen suunnittelulujuus 25 MPa ylittyy huomattavasti. Palkkien ja pilareiden uudelleensuunnittelussa nykynormein voidaan siis hyödyntää huomattavasti suurempaa puristuslujuutta.

Ontelolaattojen betonin puristuslujuus tutkittiin laattojen täydenmittakaavan testaamisen yhteydessä. Kuuden ontelolaatan puristuslujuustuloksen vaihteluväli on 75-81 MPa, mikä myös ylittää selvästi odotetun lujuustason C50/60.

Varastointi

Kohteesta puretut elementit eivät menneet suoraan uuteen rakennuskohteeseen, vaan ne ovat välivarastoituna Parma Oy:n Kangasalan tehtaalle. Uudelleenkäyttökohteen selvittyä ontelolaatat katkaistaan uuden käytön edellyttämään mittaan sekä palkit ja pilarit varustellaan tarvittavilla tartuntaosilla.

Varastointi tapahtuu säältä suojattuna, jotta sisätiloihin tarkoitetut elementit eivät vahingoitu varastoinnissa. Optimaalisessa uudelleenkäyttötilanteessa irrotettavat elementit menisivät suoraan irrotuksen jälkeen uudelleenasennukseen ilman välivarastointia. Kokonaisen toimistotalon tai asuinkerrostalon kaikkien elementtien varastoiminen tarvitsee tilaa ja hyvää ennakkosuunnittelua.

Täydenmittakaavan kuormituskokeet

Irrotetuista ontelolaatoista koekuormitettiin kuusi kappaletta Parma Oy:n toimesta kestävyyden varmistamiseksi. Ontelolaatat ylittivät vanhoihin suunnitelmiin ja puristuslujuustuloksiin perustuvan laskennallisen kestävyyden 5–47 %.

Irrotettuja palkkeja koekuormitettiin Tampereen yliopiston laboratoriossa. Kirjoitushetkellä kuormitustulosten analysointi on kesken, mutta alustaviin tuloksiin perustuen palkkien taivutuskapasiteetti on lähellä laskennallista arviota ylittäen sen.

Havainnot tutkimusten merkityksellisyydestä

Purettavien elementtien materiaaliominaisuuksien tutkiminen ennen purkamista ja elementtien irrottamista on olennaista. Hyvissä ajoin tehdyllä tutkimuksilla voidaan varmistua elementtien uudelleenkäytettävyydestä sekä arvioida soveltuvia irrotustoimenpiteitä. Tutkimusten aikana voidaan myös havaita mahdolliset puutteet alkuperäisissä suunnitelmissa kuten poikkeavat liitokset tai rei’itykset. Havaitut puutteet voidaan ottaa huomioon purkusuunnitelmassa, jolloin irrotustyön laatu ja sujuvuus voidaan varmistaa riittävän ajoissa.

Riittävän luotettavilla tutkimuksilla varmistetaan elementtien turvallinen ja terveellinen uudelleenkäyttö. Tutkimusten laajuus riippuu kuitenkin siitä, varmistetaanko olemassa olevien tietojen kelpaavuus vai täytyykö ominaisuudelle määrittää suunnitteluarvo tutkimusten perusteella. Tästä syystä riittävä tutkimuslaajuus ja -menetelmät ovat tapauskohtaisia.

Rakennukseen tehtävien tutkimusten lisäksi voidaan tarvita erilaisia jatkotutkimuksia mukaan lukien täydenmittakaavan kokeet, jos elementeissä havaitaan kantavuuteen tai kestävyyteen liittyviä puutteita. Irrotustyössä tai varastoinnissa voi syntyä merkittäviä vaurioita, joiden vaikutukset ja tutkimusmenetelmät tulee arvioida myös tapauskohtaisesti.

ReCreate-hankkeen tutkimuksilla voidaan selvästi osoittaa irrotettujen elementtien uudelleenkäytettävyys. Elementtien uudelleenkäytölle ei ole estettä käyttöiän suhteen, jos elementit uudelleenkäytetään rasitusluokassa XC1. Myöskään elementtien kantavuus ei ole este. Elementtien betonin puristuslujuus on huomattavasti suurempi kuin alkuperäinen suunnittelulujuus, jolloin kantavuudet ovat sen osalta riittäviä. Tämän vahvistavat myös elementeille tehdyt kuormituskokeet.

ReCreate-hanke jatkuu edelleen tutkimuksen osalta. Suurin osa irrotettujen elementtien koestuksista on tehty, mutta jatkotutkimuksia tehdään edelleen betonielementtien uudelleenkäytön laadunvarmistusprosessin kehittämiseksi. Koestuksista (Räsänen et al. 2024b) sekä muista uudelleenkäyttöön liittyvistä aiheista löytyy lisätietoa ReCreate-hankkeen julkaisuista.

Reusing precast concrete for a circular economy (ReCreate) -hanke. ReCreate-hanke on saanut rahoituksensa EU:n Horisontti 2020 -ohjelmasta (rahoitussopimus nro 958200).

Lähteet

• Räsänen, A., Lahdensivu, J., Vullings, M.W.F., Dervishaj, A. & Huuhka, S. (2024a). Procedure for quality management of reclaimed concrete elements. The ReCreate project.
• Räsänen, A., Lahdensivu, J., Gudmundsson, K., Dervishaj, A., Westerlind, H., Lambrechts, T., Vullings, M., Arnold, V. & Huuhka, S. (2024b). Properties and quality of precast concrete elements deconstructed in ReCreate’s pilots. The ReCreate project.