Betonielementtien irrottaminen ehjänä uudelleenkäyttöä varten

Uudelleenkäytettävien elementtien luovuttajarakennukseksi valikoitui Tampereen keskustassa, osoitteessa Aleksanterinkatu 21 sijainnut toimistokerrostalo vuodelta 1982. ReCreate-projektipartneri Skanska oli hankkinut rakennuksen omistukseensa rakentaakseen sen tilalle asuntoja, minkä Tampereen kaupungin toteuttama kaavamuutos mahdollisti. Rakennuksessa oli betonielementtien irrotusta ja uudelleenkäyttöä ajatellen otollinen pilari-palkkirunko ja ontelolaatoista tehdyt välipohjat. Julkisivut olivat sandwich-elementtejä. Elementtien liitoksia ei luonnollisestikaan ollut alun perin suunniteltu irrotusta ja myöhempää uudelleenkäyttöä ajatellen. Irrotustyö suunniteltiin Tampereen yliopiston fasilitoimana tiiviissä yhteistyössä ReCreate-hankepartnerien välillä.

Irrotuskartoituksessa inventoidaan elementit ja tutkitaan uudelleenkäyttökelpoisuus

Työ alkoi irrotuskartoituksella (vrt. purkukartoitus), johon sisältyi elementtien tyyppien ja määrien inventointi sekä uudelleenkäyttökelpoisuuden arviointi rakenteellisen kuntotutkimuksen ja asbesti- ja haitta-ainekartoituksen avulla. ReCreate-hankkeen suosituksia irrotuskartoituksesta on annettu avoimesti saatavilla olevassa englanninkielisessä julkaisussa Vullings ja muut (2022).

Liike Oy Arkkitehtistudio tietomallinsi luovuttajarakennuksen elementtirungon saatavilla olleiden arkistopiirustusten perusteella. Piirustuksista puuttuneet tiedot täydennettiin kohdekäynneillä havainnoinnin avulla. Rungon mittamaailman paikkaansa pitävyys piirustuksissa ja niiden perusteella laaditussa mallissa tarkistettiin laserkeilaamalla rakennuksen kerros ja vertaamalla mallia pistepilveen. Ramboll Finland Oy viimeisteli rakennemallin täydeksi purkumalliksi purkuluvan rakennusjäteselvitystä varten.

Ramboll suoritti Tampereen yliopiston avustamana rakennuksessa rakenteellisen kuntotutkimuksen ja asbesti- ja haitta-ainetutkimuksen. Julkisivuista oli käytettävissä aikaisempi kuntotutkimusraportti. Osana rakenteellista kuntotutkimusta kokeiltiin perinteisten tekniikoiden lisäksi myös erilaisia epäsuoria, ainetta rikkomattomia ja rinnakkaisia tutkimusmenetelmiä. Tavoitteena on määritellä jatkoa ajatellen mahdollisimman kustannustehokas tutkimusprosessi.

Prosessia ja tehtyjä tutkimuksia on kuvattu tarkemmin Betoni 3-2024 lehden artikkelissa (ks. Lahdensivu & Räsänen, 2024) sekä englanninkielisissä julkaisuissa Räsänen ja muut (2024 a & b). Lisää julkaisuja laadunhallinnasta on vielä myös tulossa; mmuun muun muassa opas parhaista käytännöistä, joka julkaistaan ensi vuoden 2025 loppupuolella.

Asbestin ja haitta-aineiden esiintyminen tutkittiin rakennuksesta korjausrakentamisen parhaita käytäntöjä noudattaen ja hieman laajemminkin, sillä ontelolaattoja peittäneestä tasoitteesta ja itse ontelolaattojen pinnasta mitattiin varmuuden vuoksi myös haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOCit). Koska muutamista tasoitteen VOC-näytteistä saadut tulokset ylittivät ohjearvot, poistettiin ontelolaattojen pinnassa ollut tasoite kokonaisuudessaan sisäpurkuvaiheessa, samoin kuin muutkin haitta-aineita sisältäneet materiaalit. Tasoitteen VOCit olivat peräisin sen päällä olleiden vinyylilaattojen liimasta. Itse betonielementit todettiin puhtaiksi. Rakennusjäteselvitystä varten tutkittiin lisäksi betonin hyötykäyttökelpoisuus.

Suomen pilotissa päätettiin ottaa talteen uudelleenkäyttöä varten vain sisätilojen teräsbetoniset pilarit, palkit ja ontelolaatat. Muidenkin rakennuksen sisältämien elementtityyppien, kuten sandwich-elementtien, väliseinäelementtien ja massiivisten laattaelementtien irrotusta kuitenkin kokeiltiin ja niitä otettiin talteen muutamia kappaleita. Sandwich-julkisivuelementtejä on otettu laajasti talteen ReCreaten Saksan ja Alankomaiden piloteissa, joissa niitä aiotaan myös käyttää uudelleen.

Irrotuksen suunnittelu koostuu rakenneteknisestä suunnittelusta ja työsuunnittelusta

Irrotuksen rakenneteknisestä suunnittelusta vastasi Ramboll. Rambollin rakennesuunnittelijat määrittelivät rakennuksen stabiliteetin säilyttävän irrotusjärjestyksen, tarvittavat työn aikaiset tuennat ja elementtien välisten liitosten leikkauskohdat. Myöhemmän jäljitettävyyden takaamiseksi Ramboll laati kohteen elementeille tunnusjärjestelmän, jossa jokaiselle elementille annettiin yksilöllinen tunnus. Lisäksi Ramboll suunnitteli irrotettujen elementtien nostamista varten uudenlaisia nostoelimiä, joista ontelolaattojen nostamiseen tarkoitettu myös teetettiin ja otettiin käyttöön tutkimustyömaalla.

Muutkin projektikumppanit antoivat tärkeän panoksensa suunnitteluun. Betonielementtien valmistaja Consolis Parma, joka tarkastaa, testaa, kunnostaa ja varastoi irrotetut elementit uudelleenkäyttöä varten Kangasalan tehtaallaan, toi yhteiseen suunnittelupöytään arvokasta kokemusta elementtien liitoksista, nostamisesta ja muusta käsittelystä sekä logistiikasta.

Purkuliike Umacon informoi suunnittelijoita irrotuksen toteutukseen käytettävissä olevista tekniikoista ja kalustosta ja kävi Rambollin rakennesuunnittelijoiden kanssa dialogia tästä näkökulmasta. Ajatusten vaihdon perusteella määritettiin ja täsmennettiin purkutapaa ja tarkempaa purkujärjestystä kerroksissa, jotta työn suorittamisesta saatiin mahdollisimman sujuvaa.

Itse irrotustyön ja työmaan aikataulun suunnittelivat rakenneteknisten suunnitelmien pohjalta Skanska ja Umacon, jotka myös toteuttivat työn yhteistyössä. Skanska toimi kohteen omistajana tutkimustyömaan pääurakoitsijana, Umaconin toimiessa sen aliurakoitsijana.

Yritykset pitivät yhdessä erityistä huolta työturvallisuusnäkökohdista. Toisin kuin perinteisessä pitkäpuomikoneella ja purkukahmarilla tapahtuvassa rikkovassa purkamisessa, elementtejä irrotettaessa työntekijät ovat fyysisesti purettavan rakennuksen kerroksissa, ja tavanomaisen henkilösuojauksen lisäksi on huolehdittava mm. putoamissuojauksesta. Lisäksi läsnä ovat vastaavat painavien kappaleiden käsittelyyn liittyvät riskit henkilöturvallisuudelle kuin elementtejä asennettaessakin.

Elementtien irrotus on teknisesti mahdollista, vaikka liitoksia ei ole suunniteltu avattaviksi

Työ alkoi kesä-elokuussa 2023 sisäpurkuvaiheella, jossa rakennuksesta poistettiin ensin asbesti ja muut haitta-aineet, kevyet rakenteet, talotekniikka sekä muut materiaalit paitsi runko. Työhön sisältyi myös jo mainittu ontelolaattojen tasoitteiden purkaminen.

Runkoelementtien irrotuksen alkamista elokuun lopulla edelsi elementtien merkitseminen niiden yksilöllisillä tunnuksilla, tukien asentaminen, nostoreikien poraaminen ja muut vastaavat valmistelevat työt sekä torninosturin asennus elementtien alas nostamiseksi. Consolis Parma syötti irrotettavien elementtien yksilölliset tunnukset omaan toiminnanohjausjärjestelmäänsä ennakoivasti ja toimitti tutkimustyömaalle säänkestävät tunnuslaput elementteihin kiinnitettäväksi.

Irrotustyössä käytettiin pääasiallisina työvälineinä timanttisahoja ja -poria sekä piikkauskärjellä varustettua purkurobottia. Työtekniikat vastasivat saneerauspurussa käytettäviä, ja Umacon muodostikin työporukkansa saneerauspurkamiseen vihkiytyneistä työntekijöistään. Pääurakoitsijan työnjohto ja torninosturin kuljettaja tulivat kuitenkin Skanskalta, joka osoitti työmaan tueksi myös kokeneen elementtiasentajan, joka työskenteli Umaconin työporukan osana.

Elementit kytkettiin kiinni nosturiin ja otettiin nosturin ”pidolle” ennen tuentojen irrotusta ja liitosten avaamisen viimeistelyä. Kun elementit olivat joka puolelta irti, voitiin ne nostaa alas. Torninosturilla vetäminen ei tullut kysymykseen työturvallisuusriskien vuoksi, joita elementin yllättävä irtoaminen ja hallitsematon ylöspäin sinkoutuminen olisi voinut aiheuttaa sekä torninosturin kuljettajalle että kerroksessa irrotusta viimeisteleville työntekijöille.

Maan tasolla jokainen elementti puhdistettiin turvallisen kuljetuksen takaamiseksi irtoavasta materiaalista, kuten saumavalujen ja -terästen jäänteistä. Elementteihin kiinnitettiin samoin tein myös yksilölliset tunnukset sisältävät tunnuslaput, joiden avulla paitsi varmistettiin jäljitettävyys niiden lähtiessä työmaalta eteenpäin, myös huolehditaan varastokirjanpidosta uudelleenkäytön suunnittelun aikana. Elementit kuljetettiin uusien elementtien kuljetuskäytäntöjä noudattaen varastoon Consolis Parman tehtaalle.

Osa elementeistä ohjattiin tutkimuksellisista syistä täyden mittakaavan kuormituskokeisiin Tampereen yliopiston rakennuslaboratorioon ja Consolis Parman tutkimustiloihin, kuten tämän lehden edellisessä numerossa on kuvattu (ks. Lahdensivu & Räsänen, 2024). Täyden mittakaavan kokeet liittyvät laadunhallintaprosessin kehittämiseen, eikä niitä ole pidettävä jatkossa välttämättömänä jokaisessa uudelleenkäyttöhankkeessa. Tutkimustarve määräytyy tapauskohtaisesti kunkin kohteen ominaisuuksien perusteella.

Elementtien irrotustyöt kohdistuivat rakennuksen kerroksiin 3–7 ja ne kestivät kolme kuukautta. Parhaat työtavat löytyivät työn kuluessa ja työporukka rutinoitui työhön, mikä näkyi työn huomattavana nopeutumisena ensimmäisenä ja viimeisenä purettujen kerrosten välillä. Talteen saatiin kaikkiaan hieman alle 300 elementtiä. Marraskuun loppupuolella talviseksi muuttunut sää alkoi vaikeuttaa irrotustyötä, ja tutkimustyömaan tavoitteet koettiin jo saavutetuiksi. Viimeisessä vaiheessa jäljellä olevat kaksi kerrosta purettiin tavanomaisena rikkovana purkamisena.

Pilottien avulla syntyy ainutlaatuista tutkimustietoa

Betonielementtien irrottaminen Suomessa ehjänä uudelleenkäyttöä varten osoittautui pilotin avulla teknisesti täysin mahdolliseksi, vaikka elementtien välisiä liitoksia ei ollutkaan alun perin suunniteltu tätä silmällä pitäen. Inhimillisiltä virheiltä ei täysin vältytty, joten arvokasta oppia saatiin osin myös kantapään kautta. Eri osapuolien välisellä yhteistyöllä työ saatiin kuitenkin suunniteltua turvalliseksi ja toteuttamiskelpoiseksi.

Onnistumisessa avainasemassa oli kaikkien osapuolten yhteinen tavoite ja korkea motivaatio sekä luottamuksellinen ja avoin ilmapiiri projektikumppanien välillä. Kehittämiskohteitakin tunnistettiin: mm. nosturikalustoa ja nostoapuvälineitä olisi mahdollista kehittää irrottamista paremmin palveleviksi. Irrotuksen suunnittelun ja toteutuksen sisällyttäminen rakennusalan koulutukseen eri koulutustasoilla yliopistoista ammattioppilaitoksiin auttaisi nyt kehitettyjen hyvien käytäntöjen skaalautumista.

Tampereen yliopiston tutkijat seurasivat irrotuksen suunnittelua ja toteutusta tarkasti koko työmaa-ajan. Hiilijalanjäljen laskemiseksi väitöskirjatutkija Emmi Salmio vietti syksyn kenttätöissä mittaroimassa käytetyn kaluston energiankulutusta yhteistyössä urakoitsijoiden kanssa. Työtapojen muuttumista ja uusia koulutustarpeita tutkiva sosiologi Paul Jonker-Hoffrén tarkasteli irrottamisen työprosesseja mm. haastattelemalla työn suunnitelleita ja toteuttaneita työntekijöitä. Tuotantotalouden väitöskirjatutkijat Lauri Alkki, Linnea Harala ja Mikko Sairanen puolestaan havainnoivat suunnittelukokouksia ja haastattelivat yritysten avainhenkilöitä irrotukseen ja uudelleenkäyttöön liittyvien liiketoimintanäkökulmien ymmärtämiseksi. Tutkimuksen tuloksia on odotettavissa, kun koko prosessiin liittyvä data on saatu kerättyä ja analysoitua.

Ensimmäiset elementit uudelleenkäytetty Tampereella

Irrotetuista elementeistä ensimmäiset asennettiin uuteen rakennukseen syksyllä 2024. Kyseessä on Skanskan A-Kruunulle rakentama asuinkerrostalo Tampereen Härmälänrannassa, joka toimii ReCreaten ensimmäisenä minipilottina. Yhteensä 25 tehdaskunnostettua ontelolaattaa käytettiin uudelleen väestönsuojan yläpuolisessa välikerroksessa, joka soveltui tässä kohteessa mittasuhteiltaan parhaiten uudelleenkäytettäville elementeille. Minipilotin avulla saatiin kokemusta kunnostuksen suunnittelusta, laadunvalvonnasta ja uudelleenkäyttöön liittyvistä lupamenettelyistä.

Consolis Parman Kangasalan elementtitehtaan olemassa olevaan ympäristölupaan ei tarvittu muutoksia elementtien tehdaskunnostamiseksi, koska ympäristöviranomainen ei tulkinnut suunnitelmallisesti irrotettujen elementtien muuttuvan jätteeksi vaan pysyvän rakennustuotteina (tarkemmin ks. Huuhka, 2024). Consolis Parma ja Ramboll suunnittelivat kunnostuksen yhteistyössä. Tehdaskunnostettujen elementtien tuotehyväksyntä tapahtui rakennuspaikkakohtaisena varmentamisena, kuten uudelleenkäytettyjen rakennustuotteiden tapauksessa yleensäkin (ks. Huuhka, 2024). Ramboll vastasi kelpoisuuden osoittamiseen liittyvistä tehtävistä, kuten viranomaisen kanssa neuvottelemisesta sekä tarvittavien dokumenttien laatimisesta ja keräämisestä rakennusvalvontaa varten. Skanskan työmaa koki, ettei tehdaskunnostettujen elementtien asentaminen eronnut oleellisesti uusien elementtien käyttämisestä.

ReCreate-hanke (Reusing precast concrete for a circular economy) on saanut rahoitusta EU:n Horisontti 2020 -ohjelmasta (rahoitussopimus nro 958200). ReCreaten jäseniä Suomessa ovat Tampereen yliopisto, Skanska, Ramboll, Consolis Parma, Umacon, Liike Oy Arkkitehtistudio ja Tampereen kaupunki.

Lisätietoa

• Kaikki ReCreate-hankkeen irrotuspilotit, ml. tässä artikkelissa käsitelty Suomen pilotti, on kuvattu julkaisussa Vullings ja muut (2024a). Parhaiden käytäntöjen suositukset löytyvät julkaisusta Vullings ja muut (2024b).
• Timelapse-video irrotuksesta on katsottavissa ReCreaten YouTube-kanavalla https://tinyurl.com/ReCreate-timelapse.
• Yksityiskohtaisia videoita irrotustyöstä on nähtävissä osoitteessa www.tuni.fi/recreate.