Uutta tietoa betonin kosteudensiirto-ominaisuuksista – vähähiiliset toimivat betonilattiat

Betonirakenteiden päällystettävyyden arvioinnissa ei perinteisesti huomioida betonien vaihtelevia kosteudensiirto-ominaisuuksia ja siksi arviointi saattaa olla hyvinkin epätarkoituksenmukaista. Rakentamista pyritään nopeuttamaan ja samalla on kovat paineet pienentää hiilijalanjälkeä. Suomen Betoniyhdistys ry BY toteutti vuosina 2023–2024 laajan tutkimushankkeen Vähähiiliset toimivat betonilattiat, VHTBL. Hankkeessa saatiin uraauurtavaa tietoa betonien kosteudensiirto-ominaisuuksista.

Hankkeessa muodostettiin alustava kosteudensiirtoluokitus, jonka avulla pintarakenteiden kosteudenkesto ja vesihöyryn läpäisyominaisuudet huomioimalla on mahdollista arvioida betonirakenteiden päällystettävyyttä aivan uudella tavalla. Uusi kosteudenhallintatapa vaatii suunnitelmallisen siirtymävaiheen, jossa asiaa pilotoidaan ja kehitetään käytännössä kansalliseksi toimintatavaksi. Tavoitteena on saada valmista vuonna 2027.

Kosteudenhallinta ja betonirakenteiden päällystämisen ohjeistus

Betonilattioiden päällystämistä on ohjeistettu pitkään. Keväällä 2024 julkaistiin päivitetty oppikirja By76 aiheeseen ja kesällä 2025 julkaistaan Betonilattioiden pinnoitusohje By77. Betonilehdessä 2/2024 on ollut aiemmin artikkeli uudesta päällystämisen oppikirjasta ja perusidea on aina ollut, että pintarakennetoimittaja määrittelee kosteustavoitteet, joihin pääsyä tarkastellaan mittaamalla betonin kosteutta tietyiltä syvyyksiltä. Tarkastelu on usein yksioikoista, vaikka kirjallisuudessa on pitkään esitetty soveltamistapoja mm. huomioimalla pintarakenteen vesihöyrynläpäisevyyttä ja kosteusjakauman muotoa.

Nykyisten ohjeiden ja määräysten mukaan betonilattiarakenteen riittävä kuivuminen varmistetaan rakenteesta tietyltä syvyydeltä tehtävällä kosteusmittauksella. Tämä ns. päällystettävyyden arviointisyvyys riippuu muun muassa rakenteen paksuudesta. Kosteusmittaustuloksen tulee alittaa rakenteen pintaan tulevan päällysteen tai pinnoitteen kosteusraja-arvo. Päällystettävyyden tarkastelutavoissa on paljon epävarmuustekijöitä ja siksi usein halutaan liikaa varmuutta, jolla ei kuitenkaan välttämättä saavuteta lisäturvaa pintarakenteiden toimivuudelle. Lopputuloksena saatetaan siten hukata aikaa ja rahaa sekä aiheuttaa ylimääräisiä hiilidioksidipäästöjä.

Betonin vähähiilisyystavoitteiden myötä osa perinteisestä sementistä on korvattu erilaisilla seosaineilla, jotka vaikuttavat eri tavoin betonien kosteuskäyttäytymiseen. Vähähiiliset betonit eivät toimi kosteusteknisesti perinteisten betonien tavoin. Kiristyvät vaatimukset liittyen rakentamisen vähähiilisyyteen ja samalla tuottavuuden parantamistavoitteita unohtamatta, edellyttävät betonilattiarakenteiden kosteudenhallinnan menettelyihin merkittäviä muutoksia. Vähähiilisyys- ja tuottavuustavoitteiden saavuttaminen vaatii sekä betonin koostumuksen, kuivatusolosuhteiden että kuivatusajan optimointia. Nykyohjeistuksissa betoni käsitellään kuten se olisi kosteuskäyttäytymiseltään lähes aina samanlaista, vaikka todellisuudessa se ei ole. Luokittelemalla betoneita edes karkeasti kosteudensiirto-ominaisuuksien perusteella, on mahdollista kehittää päällystettävyyden arviointia ja kosteudenhallinnan optimointia paljon.

Suomen Betoniyhdistys ry:n vuonna 2024 valmistuneessa KIRA-Ympäristö hankekokonaisuuden VHTBL hankkeessa selvitettiin mittavalla tutkimuksella miten kuiviksi erilaiset betonit kuivuvat kemiallisesti ja miten eri nopeudella betonissa kosteus voi liikkua ennen ja jälkeen päällystyksen. Tavoitteena oli luoda uusi tapa päällystettävien ja pinnoitettavien betonilattioiden työmaa-aikaisen kuivattamisen optimointiin. Menetelmä ohjaa kuivattamaan lattiarakenteita tavoiteaikataulussa riittävästi kosteusvaurioiden välttämiseksi, mutta ei turhaan (liian kauan tai liian järein toimenpitein). Näin voidaan vähentää työmaan hiilidioksidipäästöjä (optimoimalla betonin sementtimäärää sekä työmaan olosuhteita), hallittua aikaisempaa paremmin työmaan aikataulua sekä parannettua merkittävästi lopputuotteen laatua ja toiminnan tuottavuutta.

VHTBL tutkimuksen toteutus

Tutkimuksessa tutkittiin kuuttatoista betonilaatua, jotka edustivat laajaa skaalaa erilaisia lattiabetoneita vesi-sideainesuhteen, sideaineen, lujuusluokan sekä vähähiilisyysluokan (GWP) suhteen. Kahdeksaa laatua tutkittiin laajasti AFRYlla ja kahdeksaa muuta betonivalmistajat testasivat itse suppeammin. Valmistajien omilla testeillä pyrittiin saamaan kokemusta siitä, minkälaisia testauksia voisi olla mahdollista edellyttää valmistajilta. Hankkeeseen osallistui betonivalmistajista Rusko, Lujabetoni, Swerock ja Rudus.

Laajan koesarjan peruskuivumisolosuhteet olivat +20 °C/ 35 % RH ja 65 % RH. Lisäksi tarkasteltiin kylmän alkusäilytyksen +5 °C ja alkuvaiheen kastumisen vaikutusta. Ensin määriteltiin kemiallinen kuivuminen estämällä kosteuden haihtuminen kokonaan. Myöhemmässä vaiheessa tarkasteltiin, miten paljon eri olosuhteissa betonista haihtuu vettä aika- ja pinta-alayksikköä kohden, sekä miten kosteusjakauma kehittyy ennen päällystämistä eri tilanteissa hyvin vesihöyryä läpäisevällä tai varsin tiiviillä päällysteellä päällystettäessä. Päällystykset tehtiin kahdessa eri iässä kosteusjakaumasta riippumatta ja kosteuden uudelleen jakaantumista seurattiin 5 kk päällystämisestä. Koekappaleita valmistettiin yhteensä noin 1600 kappaletta, joista suurin osa oli litran vetoisia peltipurkkeja (Ø105 mm ja korkeus noin 115 mm), jotka päällystettiin päällyste vain purkin reunoihin tiivistämällä. Todellisia lattiarakenteita mallintamaan valettiin 80 mm paksuisia 500 mm × 600 mm kappaleita peltimuotteihin. Isoja kappaleita tasoitettiin ja päällysteitä liimattiin vastaavan ikäisinä kuin pieniä purkkikappaleita päällystettiin.

Hankkeen kokeellisen osuuden toteutti AFRY Finland Oy yhdessä Vison Oy:n ja Betoniyhdistyksen kanssa. Ohjausryhmän muodosti Talonrakennusteollisuus ry:n, Betoniteollisuus ry:n, Lattian- ja seinänpäällysteliitto ry:n sekä Betoniyhdistyksen edustajat. Hanke sai rahoitusta EU:n elpymisvälineestä Vähähiilisen rakennetun ympäristön ohjelman 4. hankehaussa. Hankkeen muita rahoittajia olivat RIL Säätiö, Rakennustuotteiden Laatu Säätiö, Rakennusmestarien Säätiö, Betoniyhdistys, Talonrakennusteollisuus ry, Betoniteollisuus ry sekä Lattian- ja seinänpäällysteliitto.

VHTBL tuloksia

Koesarjojen tulokset osoittivat merkittäviä eroja betonien kosteuskäyttäytymisessä. Kuvasta 3 nähdään, että kemiallisissa kuivumisnopeuksissa ja siinä miten kuivaksi betonit voivat kuivua ilman haihtumiskuivumista, on valtavia eroja. Lisäksi havaittiin, että betonin kemiallisen kuivumisen määrään vaikuttaa perinteisen arviointitavan mukaisesti vesi-sideainesuhde, mutta merkittävä vaikutus on myös käytetyllä sideainetyypillä ja mahdollisilla seosaineilla.

Parhaimmillaan betonien suhteellinen kosteuspitoisuus (RH) aleni kemiallisesti alle yleisen kosteuskriteerin 85 % RH. Lämpötilalla havaittiin myös olevan suuri merkitys kemialliseen kuivumiseen, varsinkin viileällä alkuvaiheella.

Haihtumiskuivumisessa havaittiin myös suuria eroja eri betonilaatujen välillä. Suhteellisen kosteuspitoisuuden eri syvyyksiltä mittaamisen ohella tarkasteltiin betonista haihtuvaa vesimäärää punnitsemalla koekappaleita määräajoin. Haihtuminen hidastuu kuivumisen edetessä, mutta huomioimalla aika neliöjuurisesti, saadaan painon muutos aikaja pinta-alayksikköä kohden lineaariseksi ja tuloksista on mahdollista määrittää yksi luku, jota kutsutaan haihtumisvakioksi. Tutkittujen betonien haihtumisvakioiden suurimman ja pienemmän tuloksen välinen ero oli yli 5-kertainen.

Tarkastelemalla suhteellisen kosteuden muutosta eri syvyyksillä ennen päällystämistä ja päällystämisen jälkeen, voidaan arvioida betonien kosteudensiirto-ominaisuuksien vaikutusta kosteuden uudelleenjakautumiseen. Kuvassa 4 esitetään 20 °C/35 % RH olosuhteissa kuivuneiden laajemmassa testisarjassa olleiden betonien kosteuskäyttäytymistä ennen ja 4 kk päällystyksen jälkeen. Kuvassa on päällystyshetkinen kosteus arvostelumittaussyvyydellä 50 mm sekä vastaava kemiallisen kuivumisen arvo kuvastamassa betonin syvemmällä olevaa kosteutta. Päällystys joko läpäisevällä tai tiiviillä päällysteellä.

Kuvan 4 perusteella havaitaan ero päällysteen alle tasaantuvassa kosteudessa riippuen päällysteen vesihöyrynläpäisevyydestä, mutta myös betonin kosteudensiirto-ominaisuuksista. Vaikka monessa tapauksessa arvostelusyvyyden kosteus oli yli 85 % RH päällystyshetkellä, ei kosteus nouse tiiviilläkään päällysteellä kuin yhdessä tapauksessa yli 85 % RH ja läpäisevällä päällysteellä pysytään yhtä tapausta lukuun ottamatta 75 % RH alapuolella. Kosteuskäyttäytyminen ei noudata perinteistä periaatetta, että arviointisyvyyden päällystyshetkinen kosteus tasaantuu päällysteen alle.

Kosteudensiirtoluokat betoneille

Analysoimalla koko suuri tutkimustulosaineisto (josta edellä on esitetty vain pieni osa) kokonaisvaltaisesti muodostettiin alustava kosteudensiirtoluokitus (KL) betoneille seuraavasti em. mittaussuureiden perusteella (haihtumisvakio 20 °C/ 35 % RH).

luokka (KL1): Kuivuu kemiallisesti (< 90±2%RH). Olosuhdevaikutus käyttäytymiseen vähäinen. Kosteuden siirtyminen ja haihtuminen vähäistä (< 0,0005 kg/m2/√t).

luokka (KL2): Kuivuu kemiallisesti (< 90±2%RH), mutta kemiallinen reaktio voi olla KL1:tä hitaampaa ja vaatii lämpöä. Muuten olosuhdevaikutus kosteuskäyttäytymiseen vähäinen. Kosteuden siirtyminen ja haihtuminen vähäistä (< 0,0006 kg/m²/√t).

luokka (KL3): Kuivuu jonkin verran kemiallisesti (<94±2 %RH). Siirtää luokkia 1 ja 2 enemmän kosteutta (< 0,0009 kg/m²/√t). Olosuhteet (T/RH ja kastuminen) vaikuttavat kosteuskäyttäytymisen merkittävästi.

luokka (KL4): Kuivuminen perustuu haihtumiskuivumiselle (haihtumisvakio ≥ 0,0009 kg/m²/√t). Kosteuden siirtyminen merkittävää. Olosuhdevaikutus kosteuskäyttäytymiseen erittäin suuri.

Eri kosteudensiirtoluokissa tarkasteltiin, miten kosteus päällystämisen jälkeen käyttäytyi ja missä tilanteissa (kuivumisaika, olosuhteet) kosteus päällysteen alla nousee kriittisen korkeaksi. Kuvassa 5 on esitetty värikoodein, mihin kosteuteen (RH) päällysteen alapuolinen kosteus (viiltomittaustulos) nousee 3 kk:ssa.

Kuvasta 5 nähdään, että, että kosteusluokan 1 ja 2 betoneilla ja läpäisevällä päällysteellä riski on olematon ja tiiviimmälläkin päällysteellä kohtalainen (kosteus päällysteen alla 83…85 %RH) vasta, kun betoni on kastunut ja sen jälkeen kuivunut vain 2 kk noin 60 % RH ilman kosteudessa, tai betoni on aluksi ollut kylmissä olosuhteissa (+5 °C) ja sen jälkeen kuivunut kosteissa (60 % RH) olosuhteissa. Kosteusluokan 3 betoneilla läpäisevällä päällysteellä riski on olematon, mutta tiiviillä päällysteellä riski kasvaa merkittävästi, jos kuivumisaika on lyhyt (2 kk) ja erityisesti, jos olosuhteet ovat huonot (kastuu, kosteaa ja kylmää). Kosteusluokan 4 betoneilla olosuhdevaikutukset ja riskit ovat suurimmat. Riski on olemassa jopa läpäisevällä päällysteellä erityisesti, kun betoni on kastumisen jälkeen kuivunut vain lyhyen ajan (2 kk) kosteissa olosuhteissa.

Uusi tapa päällystettävyyden arviointiin

Betonien tiiviyksissä ja kosteusominaisuuksissa on eroja, jotka voidaan huomioida päällystettävyyden uudessa arviointitavassa mm., miten paljon tai vähän rakenteen paksuus vaikuttaa. Yhdistämällä betonin kosteudensiirto-ominaisuudet ja pintarakenteiden kosteudenläpäisyominaisuudet, on mahdollista kehittää päällystettävyyden arviointia ja varmistaa rakenteiden terveellisyys ja turvallisuus aiempaa paremmin. Samalla voidaan nopeuttaa rakentamista ja pienentää CO₂-päästöjä.

Pintarakennejärjestelmien vesihöyrynvastustietoja on jo paljon käytössä, mutta enemmän tarvittaisiin, jotta niitä voidaan hyödyntää kosteudenhallinnan suunnittelussa aiempaa tarkemmin yhdessä betonien kosteudensiirtoluokkien kanssa. Taulukossa 1 on ensimmäinen alustava ehdotus pintarakenteiden kosteusluokille (PKL). Kriittisen suhteellisen kosteuden arvo ei ole sama kuin yleiset suhteellisen kosteuden raja-arvot betonilattioita päällystettäessä, vaan suhteellisen kosteuden arvo, missä kyseinen materiaali alkaa vaurioitumaan. Kunkin materiaalin valmistajan/toimittajan tulisi pystyä ilmoittamaan tuotteensa vesihöyrynvastus S_d sekä kriittinen suhteellisen kosteuden raja-arvo RH_krit kuten kosteusasetus on jo pitkään edellyttänytkin. Mitä pienempi S_d-arvo on, sitä läpäisevämpi tuote on.

Uuden menetelmän mukaisessa betonilattioiden kosteudenhallintaprosessissa betonin kosteudensiirtoluokan määrittää joko suunnittelija (suunnittelu-/ kehitysvaiheessa) tai työmaa osana työmaan kosteudenhallintasuunnitelmaa. Betonin kosteudensiirtoluokkien voidaan ajatella olevan niin sanotussa paremmuusjärjestyksessä, sillä luokan 1 betonit vaativat vähiten toimenpiteitä ja kuivatusaikaa, kun taas luokan 4 betonit voivat vaatia huomiota hyvinkin paljon. Pintarakennejärjestelmillä kosteusluokka on puolestaan sitä korkeampi, mitä tiiviimpi ja herkempi kosteudelle pintarakennejärjestelmä on.

Lähtökohtaisesti vain kosteudensiirtoluokan 4 betonia ja kosteusluokan 3 tai 4 pintarakennejärjestelmäyhdistelmälle on tarkoituksenmukaista käyttää nykyisen Betonin suhteellisen kosteuden mittauksen RT-ohjekortin 103333 mukaisia mittaussyvyyksiä. Useimmilla betoni-pintarakenneyhdistelmillä rakennekosteusmittauksista voidaan viimeistään siirtymävaiheen jälkeen pitkälti luopua ja laadunvarmistustoimenpiteeksi riittää betonointipöytäkirja sekä valun jälkeisten olosuhteiden varmistaminen.

Jatkostepit kansalliseksi ohjeeksi

VHTBL hankkeessa kehitetty uusi menetelmä poikkeaa merkittävästi nykyisestä. Menetelmän myötä betonilattioiden kosteudenhallintaprosessi tulee muuttumaan ja vaikuttamaan laajalti alalla. Menetelmän saaminen kansalliseksi ohjeeksi vaatii suunnitelmallisen siirtymävaiheen, minä aikana menetelmää testaan todellisissa kohteissa ja sitä tarkennetaan. Menetelmän hyödyt osoitetaan pilottikohteissa. Vaikutukset kansallisiin ohjeisiin (mm. RT-kortit, SisäRYL, kosteudenhallintaohjeet) selvitetään ja niihin tehdään tarvittavat päivitykset. Laaditaan lopulliset uudet ohjeet. Menetelmästä viestitään laajalti ja siihen liittyvää koulutusta järjestetään alan toimijoille.

VHTBL:n jatkohanke on betonialaa enemmän rakennusliikkeiden intressi, ja siksi vetovastuun ottaa Talonrakennusteollisuus ry. Hankkeen rahoitus pyritään hankkimaan pitkälti samoilta tahoilta kuin alkuperäisen hankkeen ja lisäksi mukaan tarvitaan aiheesta kiinnostuneita yrityksiä ja tahoja: Betonivalmistajia, rakennusliikkeitä, pintarakennetoimittajia sekä kiinteistönomistajia. Jos kiinnostuit, ole mielellään allekirjoittaneisiin yhteydessä.

Lisätietoa:

Vähähiiliset ja toimivat betonilattiat -rakennusaikaisen kuivattamisen optimointi
VN/5412/2023 , Loppuraportti 19.2.2025.
https://www.betoniyhdistys.fi/media/vhtbl/vhtb-ym-loppuraportti-kotisivuille.pdf