Riskialttiita jänneteräsrakenteita on tutkimatta useita kymmeniä

”Vetymurtumaan on kaksi mahdollista syytä. Joko teräksen sisään on hitsauksen tai polttoleikkauksen yhteydessä päässyt vetyä tai sitten teräkseen latautuu vetyä korroosioilmiöiden kautta”, Aalto-yliopiston materiaalitekniikan professori Hannu Hänninen sanoo.

”Jänneteräksen korroosiossa syntyy vetyä katodilla. Vetyatomit löytävät toisensa ja muodostavat kaasua, joka haihtuu ilmaan, mutta osa kehittyvästä vedystä menee teräkseen ja liikkuu siellä diffuusion avulla.Vety kertyy jänneteräksessä vikojen kärkiin, mahdollisiin säröihin ja epämetallisiin sulkeumiin. Tämä alentaa teräksen murtolujuutta ja venymää, tekee materiaalin hauraaksi ja lopulta murtaa teräksen”, Hänninen sanoo.

Hännisen mukaan riski vetymurtumaan kasvaa eksponentiaalisesti materiaalin lujuuden kasvaessa. ”Jännekimppujen ja -punosten lujuusluokat ovat niin korkeita, että ne kaikki ovat vedylle alttiita. Siksi terästen on tärkeää olla betonissa suojassa korroosiolta.
 

Omia aikojaan etenevä murtuma

”Jyväskylän vesitorni olisi saattanut murtua myös ilman altistumista vedelle ja korroosiota. Korroosio toki kiihdyttää vetymurtuman syntyä, mutta vesitornissa käytetyllä Sigma Oval -jänneterästyypillä sitä ei välttämättä tarvita”, entinen VTT:n rakennetekniikan tutkimusprofessori ja nykyinen Innokas Consultingin vetäjä, tekniikan tohtori Asko Sarja sanoo.

Esimerkkinä hän mainitsee Saksassa vuonna 1995 romahtaneen hallin, jossa oli täysin puhtaat jänneteräkset ja terästen hylsy täytetty hyvin laastilla. Silti vetymurtuma eteni omia aikojaan.

Sigma Ovalin käyttö kiellettiin Saksassa jo vuonna 1978 korkean vetymurtumariskin takia. Sisäasiainministeriö perui teräksen käyttöluvat VTT:n kehotuksesta samana vuonna myös Suomessa ja ilmoitti lupien peruutuksesta rakennustarkastukselle sekä Betoniyhdistykselle, joka taas tiedotti KA-jännemenetelmän käyttöluvan haltijoita.

”Vety jää Sigma Oval -teräkseen jo jännetangon valmistusvaiheessa, eikä välttämättä lataudu siihen korroosion yhteydessä. Valmistuksessa syntynyt vika laajenee jatkuvan korkean jännityksen tai väsytyskuormituksen alaisena”, Sarja kertoo.

Kyseistä terästä valmistettiin Saksassa kahteen otteeseen, vuosina 1959-1965 ja 1965-1978. Itä-Saksassa valmistus jatkui vuoteen 1993. Sigma Ovalin myötöraja on 1400 MPa (MegaPascal) ja murtolujuus 1600 MPa. Suomessa tätä terästä on käytetty KA-jännemenetelmässä, joka siis itsessään ei ole riski. Menetelmällä jännitettyjä siltoja on noin 40 kappaletta ja vesitorneja 15.

”Kyseinen valmistusvaiheessa aktivoitunut vetymurtumariski on vain Sigma Oval -teräksellä. Samasta teräslaadusta on valssattu myös pyöreitä jännetankoja, joissa ei tällaista riskiä ole havaittu. Muilla jännetangoilla ja punoksilla mahdollinen korroosio ilmenee tavallisena ruostumisena, mikä on helpompi havaita jo pintabetonin lohkeilusta tai kuntotutkimuksessa paikoitellen paljastetun raudoitteen ruosteesta”, Sarja toteaa.

Hännisen mukaan terästyyppi ei ollut Jyväskylän sortumassa olennainen. ”Tämä tietty terästyyppi saattaa kyllä olla erityisen altis vetymurtumalle, mutta se ei varmaankaan ollut sortuman syy. Tärkein syy oli nimenomaan korroosion aiheuttama vetymurtuma. 1600 MPa murtolujuuksinen teräs on hyvin lujaa ja siksi erittäin altis vedylle. Jyväskylässä oli ilmeisesti
myös  rakennusvirhe, sillä jännenippujen putkista oli jäänyt laasti pois”, Hänninen sanoo. 

Sarjan kertoma herättää kysymyksen samalla teräksellä jännitetyistä silloista. Voivatko nekin romahtaa itsekseen, ilman vedyn läsnäoloa?

”Silloissa riskin suuruus riippuu jatkuvan jännityksen korkeudesta. Toinen merkittävä tekijä on kannattajissa olevien jänteiden määrä. Jos jänteitä on vähän, niin riski on suurempi”, Sarja sanoo.

Unohtunutta tietoa

Jänneterästen vetymurtumariski tuntui viime vuonna tulevan rakennusalalle yllätyksenä. ”Riskistä ei tiedetä, koska sitä ei opeteta. Tarvittaisiiin myös tutkimusprojekti, johon  rakennusteollisuus osallistuisi, suomenkielisiä artikkeleita ilmiöstä sekä koulutusta aiheesta”, Hänninen toteaa.

Sarjan mielestä Sigma Oval -teräksen vetymurtumariski on unohtunutta tietoa. ”Esimerkiksi Sigma Oval -teräs kiellettin vuonna 1978. Asia katsottiin hoidetuksi, kun tieto tämän yhden teräksen riskeistä oli jaettu. Tuolloin ei osattu vielä arvioida pitkäaikaisen käytön vaikutuksia”, Sarja sanoo.

Sarjan mukaan Sigma Oval ei Saksassakaan tuottanut käytännön ongelmia ennen vuoden 1995 halliromahdusta. Sittemmin maassa on tutkittu paljon vetymurtumaa niin yleisesti kuin erityisesti Sigma Ovalin tapauksessakin. 

”Nuori polvi vain ei näitä saksankielisiä artikkeleita osaa lukea”, Sarja toteaa.

Sarjan mukaan jännitettyjen rakenteiden ongelmat ovat Keski-Euroopassa paljon Suomea yleisempiä. ”Meillä jännemenetelmiä on pidetty erikoistekniikkana, jota ovat käyttäneet vain erikoistuneet rakennusliikkeet. Jänneterästen injektointi on aina tehty huolella, eikä ongelmia korroosion kanssa ole yleensä ollut”, Sarja kertoo.

Toisin on esimerkiksi Puolassa, missä injektiolaastin kovettumista on kiihdytetty kloridilla,  joka on tuonut rakenteisiin vettä.

Hännisen mukaan vetymurtuman takia on romahtanut joitakin siltoja maailmalla, vaikka  tällaiset tapaukset ovatkin harvinaisia. ”Tämä on riski, joka pitää tiedostaa. Mitä lujempia materiaaleja käytetään, sitä suurempi on riski vetyhauraudelle”, Hänninen sanoo.

”Vetymurtuman riskiä lisää, että Suomessa on 1980-luvulta asti käytetty hyvin pientä varmuuskerrointa jänneteräksille. Kilpailu rakentamisessa kiihtyi tuolloin niin kovaksi, että kalliiin jänneteräksen käyttö haluttiin minimoida”, Sarja sanoo.

Jyväskylän vesitorni oli kyllä suunniteltu 1970-luvulla, mutta se oli Sarjan mukaan suunniteltu olemaan koko ajan korkeassa jännityksessä.  ”Jos joku jänne katkesi, niin koko nippu murtui”, Sarja jatkaa.

Rakenteet on mahdollista tutkia

Molempien asiantuntijoiden mukaan jänneterästen tilanne on täysin mahdollista tutkia. ”On useita ainetta rikkumattomia menetelmiä mahdollisen korroosion toteamiseen. Esimerkiksi ydinvoimaloissahan tämä on normaalia toimintaa”, Hänninen sanoo.

Sarja kertoo saksalaisten ja sveitsiläisten kehittäneen tutkimusmenetelmän, jossa  jänneterästen mahdolliset vauriot näkyvät häiriöinä magneettikentässä.  ”Tämä laite kannattaisi hankkia Suomeenkin”, Sarja sanoo.

Mikäli rakenteen jänneteräkset ovat Sigma Oval -tyyppiä, ei pelkkä kuivuuden tutkiminen riitä.

Parkkihallien ontelolaatat vuotavat

Parkkihallien katoissa ja lattioissa on usein ontelolaattoja. Halleihin tulee autojen mukana suolaa ja vettä, joka saattaa lämpötilojen vaihdellessa sulaa ja jäätyä.

”Ongelman suuruus riippuu siitä, kuinka hyvin jänneteräkset on suojattu. Esijännitetty betoni ei murene, mutta toki jäätymis- ja sulamisprosessit voivat aiheuttaa betoniin säröjä. Jos suolavettä niiden kautta pääsee kontaktiin teräksen kanssa, on riski vetymurtumalle olemassa”, Hänninen sanoo.

Sarjan mukaan tilannetta pitää vain seurata. ”Ongelma kyllä näkyy ulospäin muun muassa pintabetonin lohkeamisena ennen kuin jänneteräs ruostuu. Lisäksi jänneteräkset voidaan joistakin kohdin paljastaa kuntotutkimuksessa”, Sarja sanoo.

Hän muistuttaa myös, ettei koko laattakenttä murru yhden jänteen takia. Kuorma vain siirtyy viereisille jänteille tai laatoille.