Betonin kuivumisaikalaskennan päivittyminen reaaliajassa

Työmaan olosuhdetiedon hyödyntäminen pinnoitettavuuspäätöksissä

Rakennushankkeissa betonirakenteiden päällystettävyys on merkittävässä osassa aikataulujen suunnittelun ja toteutumisen kannalta. Ennakkoon laadittavat kuivumisaika-arviot ovat yleisesti käytössä ja hyvä lähtökohta aikataulujen suunnitteluun. Kuivumisaika-arvioiden kehittämiseen on myös viime aikoina tullut uusia malleja, kuten tammikuussa 2021 julkaistu by 2020 Betonin kuivumisaika-arvio -ohjelmisto. Kuivumisaika-arviot laaditaan kuitenkin usein staattisilla tai korkeintaan hyvin harvoin ja hitaasti muuttuvilla olosuhteilla. Tosiasiassa olosuhteiden vaihtelu työmaalla on nopeaa ja suurta ja olosuhdehallinta, eli ilmanvaihto, kuivatus ja lämmitys sekä ulkovaipan tiiviys sekä eristyskyky muuttuvat jatkuvasti. Niinpä kuivumisaika-arviot vanhenevat käytännössä heti kuivumisen alettua, kun malli alkaa erkanemaan todellisuudesta.

Pinnoitettavuuspäätöksissä yleisesti luotettavina pidettyjen porareikä- ja näytepalamittausten luotettavuus on pitkälti riippuvainen mittaajan huolellisuudesta, mikä on todettu jo toistakymmentä vuotta sitten Tarja Merikallion väitöskirjassa (Betonilattian ”riittävän” kuivumisen määrittäminen uudisrakentamisessa, 2009). Mittausvirhettä esiintyy erityisesti alaspäin, mikäli mittaaja on huolimaton mittaukseen liittyvissä tiivistyksissä. Mittausten tarkkuus on uuden RT 103333 ohjeen mukaan parhaissakin olosuhteissa +-2% -yksikköä. Mittausten onnistuminen vaatii mittaajalta huolellisuutta ja erityisesti työmaaoloissa +-2% -yksikön mittaustarkkuuteen voi olla haastavaa tai jopa mahdotonta päästä muuttuvien olosuhteiden vuoksi. Betonin sisään asennettavien suhteellisen kosteuden anturien käyttö on nyt otettu mukaan RT-kortin tarkkoihin mittauksiin, mutta niidenkin osalta on haasteena työmaan muuttuvat olosuhteet. Näistä seikoista johtuen työmailla on edelleen tarve menetelmälle, jonka perusteella erityisesti paikalla valettujen betonilattioiden kuivumista voidaan seurata ja ennen kaikkea ennakoida. Ennakoinnin avulla voidaan olosuhteisiin vaikuttaa ajoissa, varmistaminen betonin kuivuminen aikataulussa mahdollisimman taloudellisella tavalla.

Artikkelissa esiteltävän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, voidaanko työmaan lämpöja kosteusolosuhteiden perusteella laskea paikalla valetun betonirakenteen reaaliaikainen rakennekosteus arvostelusyvyydeltä, kun tiedetään rakenteen tyyppi ja betonimassan vesi/sementti -suhde ja valupäivä. Laskennan lisäksi rakenteen kuivumista pyrittiin ennustamaan toteutuneiden olosuhteiden perusteella ja ennustetta vertaamaan 2,5 kuukautta myöhemmin tehtyyn porareikämittaukseen.

Tutkimusmenetelmä

Laskennallisen menetelmän luotettavuutta pyrittiin selvittämään soveltamalla sitä uudisrakennuskohteessa, jossa seurattiin työmaan sisäilman lämpö- ja kosteusolosuhteita etälähettävillä antureilla. Näiden tietojen perusteella laadittiin teoreettinen rakennekosteus välipohjien rakennekosteudesta arviointisyvyydeltä. Näitä laskennallisia kosteuslukemia verrattiin kunkin tilan välipohjista suoritettuihin RT 14-10984 mukaisiin porareikämittauksiin (mittauksia tehtäessä voimassa ollut RT-kortti).

Rakennekosteuden laskennan lisäksi pyrittiin ennustamaan kosteuden kehitystä rakenteessa ja vertaamaan ennustetta porareikämittausten tuloksiin 30 päivän aikavälillä.

Tutkimuskohde

Tutkimus suoritettiin vuoden 2020 aikana Firan toteuttamassa uudisrakennukohteessa Espoon Tapiolassa. Kohde on kahdeksankerroksinen liike- ja asuinrakennus, joka on osin paikallavalu- ja osin elementtirakenteinen.

Tutkimukseen otettiin yhteensä 16 eri asunnon märkätilaa. Asunnot sijaitsevat kerroksissa 2 ja 3. 2. kerroksen lattia oli valettu 15.2.2020 ja 3. kerroksen lattia 28.2.2020 eli noin 4–6 viikkoa ennen olosuhdemittauksen ja laskennan aloitusta. Tämän vuoksi anturien tuottaman tiedon perusteella tehtävä rakennekosteuden laskenta aloitettiin 26.3.2020 suoritettujen lähtötietomittausten (näytepalamittaukset) perusteella, jotta ennen laskennan aloittamista tapahtunut kuivuminen saatiin huomioitua.

Välipohjat ovat massiivisia paikallavalettuja teräsbetonilaattoja, joiden paksuus on 300 mm ja ne kuivuvat esteettä ylös- ja alaspäin. Vesi-sementtisuhde on 0,55.

Olosuhdemittaukset ja rakennekosteuden laskenta

Olosuhdemittauksissa hyödynnettiin työmaalle olosuhdehallinnan seuraamiseksi tarkoitettujen anturien tuottamaa tietoa. Anturit asennettiin asuntojen märkätiloihin noin 1500 mm korkeudelle. Anturit lähettävät mittaustiedot verkkopalveluun, josta niiden perusteella voitiin suorittaa laskentaa betonin kuivumisesta. Anturien ilmoitettu mittausalue on lämpötilan osalta -40 – 60°C ja kosteuden osalta 0 – 95% RH. Ilmoitettu mittaustarkkuus on lämpötilalle 0,2°C ja kosteudelle 2% -yksikköä.

Betonin kuivumisen laskentaa varten laadittiin kaava, jolla arvioitiin rakennekosteuden kehittymistä sisäilmasta saadun mittaustiedon perusteella arviointisyvyydellä 50 mm. Laskenta päivittyi jokaisen mittaustuloksen tallennuttua tietokantaan.

Vertailumittaukset

Vertailumittaukset suoritettiin 25.5. sekä 8.7. RT14-10984 suoritusohjeen mukaisina porareikämittauksina. Mittauksiin ei todettu liittyvän tekijöitä, jotka lisäisivät mittausepävarmuutta. Mittaussyvyyden suhteen vertailumittausten välillä on 10 mm ero. 25.5. suoritetut mittaukset tehtiin 60 mm syvyydeltä, tulkiten rakenne kahteen suuntaan kuivuvaksi massiiviseksi betonilaataksi. Toisella mittauskerralla huomioitiin massiivisen betonilaatan päälle asennettava kelluva lattiarakenne, jonka vuoksi mittaukset suoritettiin 50 mm syvyydeltä.

Tulokset

Alla olevissa taulukoissa on esitetty kunkin tilan porareikämittauksen tulos, sekä laskennallinen rakennekosteus samalta päivältä. Näistä on laskettu poikkeamien itseisarvo, jonka perusteella on arvioitu mittaustulosten yhtenäisyyttä.

25.5. suoritettujen vertailumittausten poikkeamien itseisarvojen keskiarvo on 3,0% -yksikköä. Tätä tulosta tulkittaessa tulee huomioida poikkeama mittaussyvyyden ja arviointisyvyyden välillä. Keskimääräinen poikkeama oli 0,8% -yksikköä.

8.7. suoritettujen vertailumittausten poikkeamien itseisarvojen keskiarvo on 3,1% -yksikköä. Keskimääräinen poikkeama oli -2,8% -yksikköä.

Toteutuneiden olosuhteiden perusteella laskettiin dynaaminen ennuste, joka huomioi siihen mennessä tapahtuneen kuivumisen ja olosuhteet ja pyrkii ennakoimaan kosteuden kehitystä tulevaisuudessa. 25.4. ennustettiin rakennekosteutta 74 päivää eteenpäin. Tämän ennusteen tuloksia verrattiin 8.7. suoritettujen porareikämittausten tuloksiin. Erot olivat saman kaltaisia kuin vertailussa laskennalliseen kosteuteen poikkeamien itseisarvojen keskiarvon ollessa 3,6% -yksikköä. Noin 2,5 kuukautta etukäteen pystyttiin siis ennustamaan kosteus rakennekosteus keskimäärin 3,6% yksikön tarkkuudella.

Tulosten tarkastelu

Laskennallisen menetelmän tarkkuutta tarkasteltaessa on syytä keskittyä 8.7. suoritettuihin vertailumittauksiin ja näiden tulosten analysointiin. Koska 25.5. suoritettujen vertailumittauksen ero arviointisyvyyteen on verrattain alhainen, voidaan näiden tulosten perusteella kuitenkin tehdä vertailevaa analyysiä.

Olennaisin tulkinta poikkeamien keskiarvoista 8.7. suoritetuista mittauksista on, että se on pienempi kuin RT 14-10984 ohjeessa ilmoitettu +- 5% -yksikön mittausepävarmuus porareikämenetelmälle ja asettuu uuden RT 103333 mittausepävarmuuksien keskivaiheille. Näin ollen voidaan päätellä, että näissä olosuhteissa ja tällaisella rakennetyypillä ja betonimassalla laskennallisen menetelmän tarkkuus on keskimäärin yhtä hyvä kuin porareikämenetelmän.

Erityisen rohkaisevaa tuloksissa on ennusteen tarkkuus. Kun ajatellaan rakennustyön aikataulua ja siinä pysymisen taloudellisia vaikutuksia yhdessä olosuhdehallinnan kustannusten kanssa, liittyy dynaamiseen olosuhteen ja massan tietojen pohjalta perustuvaan ennustamiseen merkittävä mahdollisuus.

Yksittäisten mittausten kohdalla poikkeamat ovat keskiarvoa suurempia, jolle on useampia mahdollisia syitä. RT 103333 mukaiset mittausepävarmuudet ovat arvioita, joka koskevat onnistuneita mittauksia. Tyypillinen virhe mittauksen suorituksessa on mittaputken tai mittapään puutteellinen tiivistäminen, minkä johdosta mittaustulos on todellista rakennekosteutta alhaisempi. On mahdollista, että yksittäinen porareikämittaustulos antaa merkittävästikin todellista alhaisemman lukeman, mikäli tiivistäminen on puutteellista. On myös huomioitava, että olosuhdeseuranta ei tunnista vapaan veden pääsyä rakenteisiin. Esimerkiksi kaatunut ämpäri tai paikallinen vesivuoto voi johtaa rakenteen merkittävään
kosteudennousuun nopeasti, ilman että se näkyy juurikaan ilman olosuhteen kautta. Samaten paikallinen rakenteen kuivattaminen esimerkiksi levykuivaimella ei tule esille olosuhdeseurannassa. Toisaalta tämä ei näy myöskään porareikämittauksessa, mikäli mittaus suoritetaan alueelta, joka ei ole kastunut.

Johtopäätökset

Tutkimustulokset ovat lupaavia uuden, työmaan olosuhdetietoa hyödyntävän laskentamenetelmän käyttöönoton kannalta. Sillä ei voida täysin tunnistaa kaikkia rakennekosteuteen vaikuttavia tekijöitä, minkä vuoksi se ei tule riittämään ainoaksi menetelmäksi. Toisaalta laskennallinen menetelmä mahdollistaa teoreettisen kuivumisen reaaliaikaisen laskennan, seurannan ja ennakoinnin. Näin seurantamittausten määrää voidaan vähentää. Laskennallisella menetelmällä voidaan myös mahdollisesti tunnistaa epäonnistuneita porareikä- tai näytepalamittauksia, parantaen niiden luotettavuutta entisestään.

Laskennallisen menetelmän kehittämistä ja tutkimista on syytä jatkaa erilaisten rakennetyyppien ja betonimassojen osalta. Jatkotutkimuksissa tulisi pyrkiä dokumentoimaan työmaan kosteushavainnot ja paikalliset kuivatustoimet, jotta niihin liittyvien poikkeamien vaikutus voidaan tunnistaa. Samoin vertailumittausten luotettavuutta voidaan parantaa tekemällä useampia mittauksia, jolloin niiden keskinäistä johdonmukaisuutta voidaan paremmin arvioida.

Ennustamisen jatkokehitys ja tarkastelu yhdessä laskennallisen kuivumisen ja mittaustulosten kanssa ovat avainasemassa olosuhdeseurannan hyödyntämisessä.

Lähdeluettelo

1. Sekki P., Marttila P. ja Merikallio T. (2020) A new tool for the drying time and the moisture risk estimation in concrete floors. 12th Nordic Symposium on Building Physics (NSB 2020), article 04011
2. Merikallio T. (2009) Betonilattian ”riittävän” kuivumisen määrittäminen uudisrakentamisessa. Väitöskirja TKK-R-VK4, Teknillinen Korkeakoulu
3. RT 14-10984, Betonin suhteellisen kosteuden mittaus, (Rakennustietosäätiö RTS, 2010)
4. RT 103333, Betonin suhteellisen kosteuden mittaus, (Rakennustietosäätiö RTS, 2021)
5. Raunima T. (2020) Kapasitiivisten kosteusantureiden käyttäytyminen betoniseinien ja kipsivalulattioiden kuivumisen seurannassa. Diplomityö, Tampereen Yliopisto