Betonin kuivuminen ei ole salatiedettä, mutta hokkuspokkuskonsteilla hankala muovimatto-ongelma ei ratkea

Betonilattian kuivumiselle päällystyskuntoon ei ole oikotietä. ”Ilman lämpöä se ei kuivu ja jos rakenteen annetaan kastua, niin silloin se ei ainakaan kuivu”, palkitun ohjeistuksen laatinut Pauli Sekki Vahaselta sanoo. Hän korostaa työmaalla olosuhteiden eikä suinkaan betonin kosteuden mittauksen tärkeyttä siinä vaiheessa, kun betonia kuivatetaan.

Pasi Marttila Paju Applicationsista, Pauli Sekki Vahaselta ja Mirva Vuori Betoniyhdistyksestä voittivat betonin kuivumisaika-arviollaan kosteusturvallisen rakentamisen kilpailun. Kuva: Seppo Mölsä.

Vahasen toimistotalon betonilaboratorion keskikerroksen olosuhdehuoneessa on pitkä rivi betonilieröitä ja muutama neliön kokoinen betonilaatta, jossa on vieri vieressä muoviputkia kosteusmittauksia varten. Betonin kosteuskäyttäytymisen mallinnusta ei suinkaan toteuteta norsunluutornissa, vaan oleellisena osana on laskentamallin vertaaminen laboratoriossa tehtäviin kuivumiskokeisiin sekä käytännön mittauksiin työmailta.

Sekille betonin kosteuskäyttäytyminen ei ole salatiedettä, vaan hän luottaa siihen, että vaikka se on tuottanut vaikeuksia rakentajille jo pitkään, se voidaan hallita perinteisen tieteen menetelmin nöyrästi tutkimalla ja testaamalla.

Pauli Sekille Vahasen kellarikoppi on tullut tutuksi. Siellä hän on mittaillut betonin kosteuskäyttäytymistä ja kuivumista sekä väitöskirjaansa että betonin kuivumisaika-arvion työkalun tekoa varten.

Tutkimus alkoi asiakkaiden tarpeesta  ja tavoitteena on väitöskirja. Betoni kuivuu kohtalaisen hitaasti, joten betonitutkimuksiinkin menee paljon aikaa. Tutkimushaasteita lisää se, että sementtiä korvaavia sideaineita tullaan käyttämään tulevaisuudessa yhä enemmän. Niistä jokainen muuttaa betonin kuivumisominaisuuksia, eikä vaikutusta pystytä täysin ennustamaan, joten lisää testausta tarvitaan. Sekki kaipailee lisäksi hieman lisää aktiivisuutta kentältä. Vaikka työmailta saatiin kohtalaisesti mittaustuloksia sekä muita pyydettyjä tietoja ohjelman kehitykseen, olisi toiveissa ollut saada vertailuaineistoa huomattavasti enemmän.

”Asiaa kyllä pyrittiin tiedottamaan monella foorumilla mm. Rakennusfysiikka seminaarissa 2019, mutta pääosa aineistosta tuli muutamilta toimijoilta erikseen pyydettynä”, Sekki toteaa. Väitöskirjaprojektin loppuvaiheessa on tarkoituksena verrata edelleen kehitettyä laskentamallia käytännön mittauksiin, jolloin tullaan taas kaipaamaan aineistoa kentältä.

Tarja Merikallio kannusti vuonna 2018 Sekkiä kohdistamaan tutkimuksensa betonilattioihin, sillä niiden ongelmat jatkuivat Merikallion vuonna 2009 tekemästä väitöskirjasta huolimatta. Alalla oli selvä tarve työkalulle, jolla betonin kuivumista ja siihen liittyviä valintoja voisi arvioida.

by2020 Betonin kuivumisaika-arvio on toteutettu Betoniyhdistyksen tilaamana Vahanen Rakennusfysiikka oy:n ja Paju Applicationsin yhteistyönä. Pauli Sekki on ollut kehitysvastuussa betonin kosteusfysiikkaan liittyvästä mallinnuksesta ja laskentamallin kehityksestä. Pasi Marttila on rakentanut mallin päälle käyttöliittymän ja siihen liittyvän käyttölogiikan. Ohjelmiston kehitysalustana on ollut kaupallinen COMSOL Multiphysics -ohjelmisto.

Betoniyhdistys julkaisi ohjelman vuoden alussa. Työ palkittiin Rakennusfysiikkaseminaarissa Tampereella Kosteusturvallisen rakentamisen kilpailun voittajana.

Palkitsemisen yksi perustelu oli ongelman vaikeus ja laajuus ja siten ohjeiden iso yhteiskunnallinen merkitys.

Betonilattia on ollut jarru rakentamisen nopeuttamiselle

Betonilattiaongelmat nousivat esiin 1990-luvulla, kun betonin hidas kuivuminen alkoi olla haaste lattiapäällysteiden asennuksille ja siten aikataulujen kiristysvaatimuksille. Liika hätäily johti ajoittain päällysteiden irtoamiseen ja joskus myös sisäilmaongelmiin.

”Betoniteollisuus reagoi jo 1990-luvulla asiaan tuomalla markkinoille niin sanotun itsestään kuivuvan betonin. Sen käyttö loppui kuitenkin aika lyhyeen, koska ei se ihan itsestään kuivunut”, kertoo yksikönpäällikkö Sami Niemi Vahaselta.

Uusistakaan hokkuspokkustempuista ei ole apua.

Tampereen yliopistossa yhä jatkuvien muovimattotutkimusten isoin anti on Niemen mukaan ollut se, että on saatu lisätietoa siitä, mikä merkitys tasoituksella on VOC-päästöjen kannalta.

”Jos kosteutta on reilumman puoleisesti, eikä käytä matala-alkalista tasoitetta, voi olla varma VOC-päästöistä alustaan liimattujen muovipäällysteiden kanssa ja parin kolmen vuoden päästä VOC-yhdisteet saattavat tulla tiiveimmästäkin matosta läpi sisäilmaan.”

Tasoitteen merkitystä ei pidä Niemen mukaan kuitenkaan liioitella. Hän kuuli tällä viikolla työmaalla, kun urakoitsija ilmoitti, että kun laittaa  matala-alkalista tasoitetta viisi milliä, ei betonin kosteuksia tarvitse enää mittailla.

”Tämä on täysin väärä ajatusmalli. Tasoite antaa vain lisäturvaa. Rakenteita tulee kuivattaa ja järkevällä tasoitteiden käytöllä varmistetaan lopputulos”, Niemi sanoo.

Ylilyönneiltäkään ei ole vältytty

Merikallion väitöskirjan aikoihin ongelmat olivat yhä pahentuneet. Aikatauluja oli kiristetty, vaikka betoni ei kuivunut yhtään sen nopeammin kuin ennenkään. Toisena haasteena olivat päällystemateriaaleissa ja mattoliimoissa tapahtuneet ominaisuuksien muutokset.

2010-luvulla ongelmia lisäsi se, että rakenteista tehtiin vaikeasti kuivuvia. Kuorilaattarakenteen päälle alettiin tehdä jopa yli 20 senttiä paksu betonivalu. Myös itse kuorilaatan paksuus kasvoi pidentyneiden jännevälien myötä.

Vanhoja ohjeita betonin kosteuspitoisuuden arviointisyvyydelle ei voitukaan enää soveltaa niin yksiselitteisesti.  Tampereen teknillisen yliopiston tekemissä mittauksissa kuivumisajat saattoivat olla jopa neljä kertaa laskennallista pidempiä.

Kosteusmittauksin todennetut betonin kuivumisajat voivat olla jopa 3-4 kertaa pidempiä kuin kirjallisuudessa esitetyllä laskentakaavalla saadut kuivumisajat. Kuvituskuva. Kuva: Anne Kurki

Ongelmakohteissa kosteudenhallintatoimet olivat Niemen ja Sekin mukaan usein ”retuperällä” ja ne muuttuivat isoiksi ja kalliiksi ongelmiksi, kun monta emämunausta tehdään putkeen.

Betonilattioista alkoi tulla jo niin kova mainehaitta ja kustannusriski, että muutama iso rakennusliike (mm. Skanska) ilmoitti vuonna 2017, että ne eivät enää käytä muovimattoa omissa kohteissaan. Urakkakohteissa ne suosittelivat vaihtamaan muovimaton riskittömämpään tuotteeseen. Moni kuntakin (Lahti, Vantaa) esitti samanlaisia suosituksia. Massalattioiden suosio kasvoi.

Näistä ylilyönneistä on Sami Niemen mukaan vähin äänin, mutta ei kuitenkaan täysin luovuttu, sillä esimerkiksi sairaalahankkeissa muovimatoille ei ole yhtä hyviä vaihtoehtoa hygienian ja kävelyn miellyttävyyden kannalta. Sairaaloissa on kuitenkin paksuja betonirakenteita, mikä tekee muovimattojen käytön haastavaksi.

Olosuhteet tehtävä hyviksi kuivumiselle

Niemi ja Sekki sanovat, että tarkemmassa kosteudenhallinnan suunnittelussa aluksi pitää pohtia, mitkä ovat kohteessa toimivimmat päällysteet tai pinnoitteet. Sitten etsitään kriittisimmät kohdat ja voidaan tarvittaessa jopa mallintaa, miten kuivaksi ne pitää saada.

”Pitämällä huolta, että olosuhteet ovat hyvät ja mittaamalla betonia tosi pieteetillä, on tämä onnistunut nykyiselläkin ohjeistuksella.”

Monesti kuulee sanottavan, että helppoahan se on saada betoni kuivumaan laboratorio-olosuhteissa, mutta toista se on käytännössä. ”Ilman lämpöä se ei kuivu ja jos rakenteen annetaan kastua, silloin se ei ainakaan kuivu”, Sekki vastaa tähän

”Suomessa keskilämpötila on matala. Keväälläkin tarvitaan lisälämpöä. Jos betoni on 5-10 celsiusasteessa, ei kuivuminen etene.”

Erityisesti asuntorakentamisessa lämpötilalla on iso merkitys. Pitkissä sairaalahankkeissa on varaa odottaa betonin kuivumista toistakin vuotta, mutta ei asuntotuotannossa. Voimakkaasti yleistyneessä tahtituotannossa betonin kuivuminen on jo tahdistava tekijä ja erityisesti sitä ovat hitaimmin kuivuvat kohdat, kuten paksunnokset, betonirakenteissa.

Uusille ohjeille on ollut selvä tarve, ja niitä on tulossa lisää.

”Kesällä 2021 käynnistyi ympäristöministeriön ja Betoniyhdistyksen kanssa hanke, jossa päivitetään päällystämisen ohjeet. Siinä on erikseen ympäristöministeriöllä osahanke, jossa päivitetään alustaan liimattujen muovimattojen päällystys- ja korjaustarpeen arviointia”, Niemi kertoo. Hän on yhdessä Tarja Merikallion kanssa näiden ohjeiden kirjoittaja. Niemi toimi kirjoittajana myös vuonna 2010 julkaistussa ja tänä vuonna päivitetyssä kosteusmittauksen RT-kortissa.

Uusi kuivumisaika-arvio on käytännön työkalu

Sekin Betoniyhdistykselle tekemää betonin kuivumisaika-arviota voidaan käyttää talonrakentamisen rakennusprojektien kosteudenhallinnan suunnitteluun ohjaamaan betoni- ja päällystemateriaalivalintoja sekä työmaan aikataulutusta ja olosuhdehallintaa. Työkaluina on betonirakenteiden kuivumisaika-arvio sekä päällystettävien rakenteiden riskiarvio.

”Ohjelmalla saatavan arvion perusteella ei tule tehdä päällystettävyyspäätöksiä, vaan betonirakenteen todellinen kuivuminen ja päällystettävyyspäätös edellyttävät rakennekosteusmittauksia”, Sekki sanoo.

Ohjelmaa voidaan hyödyntää myös työmaalla tehtävien seurantamittausten dokumentointiin tai kuivumisen edistymisen ennakointiin vertaamalla mittausta arvioon.

Päällystettävyyden riskiarviointi tehdään ohjelmalla tapauskohtaisesti tarkastellen päällysteen alapuolelle tasaantuvaa suhteellista kosteutta verraten pintamateriaalin kosteudensietokykyyn. Riskiarvion laskennan perusteella nähdään, miten suhteellinen kosteus uudelleen jakaantuu päällystämisen jälkeen, ja millä vaihtoehdoilla on olemassa ilmeinen riski, että kosteus päällysteen alapuolella nousee vaurioitumisen kannalta kriittisen korkeaksi.

Ohjelmaa suositellaan hyödyntämään rakennushankkeissa kosteudenhallinnan työkaluna. Herkkyysanalyysissä voidaan esimerkiksi muuttaa betonilaatuja tai olosuhteita, jolloin nähdään mitä suuruusluokkaa muutos kuivumisaikaan on.

Päällystämisen riskiarvion herkkyysanalyysissä voidaan tarkastella, miten läpäisevä pintarakenteen tulisi olla, jotta tietyllä rakenteella ja toteutusaikataululla rakenne todennäköisimmin on toimiva.

Vuoden 2007 ohjeistuksessa oli Niemen mukaan se vika, että kaikenlaiset matot olivat perusohjeistuksessa samoilla raja-arvoilla. Uudessa RT-kortissa on tätä silmällä pitäen enemmän ohjeistusta vesihöyrynläpäisevyyden arviointiin.

”Materiaalivalmistajat voivat nyt ohjelman avulla testata omia tuotteitaan, ja niiden toimivuutta eri raja-arvojen suhteen. Toisaalta materiaalivalmistajien olisi nyt vihdoin syytä selvittää tuotteidensa todelliset kosteudenkesto- sekä läpäisyominaisuudet ja antaa ne kaikkien käyttöön.”

Sairaalassa muovimatto on ominaisuuksiltaan ylivoimainen. Nova-sairaalassa Jyväskylässä kosteusriskien torjuntaan pyydettiin apua Tampereen rakennusfysiikan osaajilta.

Mattovalmistajat ovat tähän saakka olleet haluttomia kertomaan tuotteidensa vesihöyryn läpäisykykyä. Niemen mukaan syynä on pelko “vesihörynläpäisykaupasta”. Mitä laadukkaampi, pitkäikäisempi, helpommin puhtaana pidettävä matto on, sitä kalliimpi ja tiiviimpi se myös on. Jos joku haluaa vesihöyryä läpäisevämpää, hän ostaa siis halpoja mattoja. Siksi arvoja ei ole haluttu paljastaa.

Sekki sanoo, että ohjelma antaa mahdollisuuden tarkastella mattojen vesihöyrynvastusten eroja realistisesti. Ero on iso sd- arvojen 10 m ja 50 m välillä, mutta jos ne ovat esimerkiksi välillä 37-50 m, ei erolla ole juurikaan merkitystä.

Sekille on tullut kyselyjä siitä, että eikö ohjelmasta saisi ennustetta kuivumisajalle. Hän ei ole pitänyt sitä tarpeellisena, sillä työmaalla voidaan helposti verrata kosteusmittausten tuloksia kuivumiskäyrään.

”Jos betoni on liian kosteaa arvioihin nähden, täytyy sitten tehdä jotakin.”

Mittaa olosuhteita äläkä vain betonia

2010-luvulla on koettu todellinen betonin kosteusmittausten keksintöbuumi.  Sami Niemi ja Pauli Sekki sanovat, että  monet tulokkaat ovat käyneet Vahasella neuvoja kysymässä.

”Valmistajia on monia. Jotkut ovat hävinneet sen siliän tien”, Niemi sanoo. Niemen mukaan vuoden 2010 RT-kortin suuntaa-antavien mittausten sisältö on toiminut hienosti kannustimena uudemmille mittaustavoille ja on myös toimijoita, joiden pitkälliset ponnistelut mittausten luotettavuuden parantamiseksi alkavat kantaa hedelmää.

Hän ymmärtää, että kysyntä tällaiselle digitaaliajan mittaustekniikalle on kova. Ainakin yksi jatkuvatoimisen mittauksen kehittäjä tarjoaa siihen jopa kuivumisennusteen.

Sami NIemelle betonilattian kosteusmittaukset ovat arkista työtä. Sen verran hän on vakuuttunut antureiden luotettavuuden paranemisesta, että hän on ottanut sen huomioon uudessa RT-kortissa.

”Järjestelmien uskottavuutta on toki vähän syönyt se, että moni yritys keksi, että tällaisia antureita voidaan tuosta vaan laittaa rakenteisiin eikä hoksattu, miten herkkää kosteuden mittaaminen alkalisesta betonista on, kun ollaan alkuvaiheessa siinä 95:n ja sadan RH-prosentin vaiheilla.  Mittaus ei useinkaan onnistu siinä kosteudessa vaan mittalaite kondensoi helposti lämpötilan vaihdellessa”, betonitutkija Pauli Sekki sanoo.

Hänen mukaansa anturit kannattaisi laittaa vasta, kun kosteus on laskenut 90 % RH:n  tasolle ja olosuhteet ympärillä ovat vakiot, mikä todettiin myös Tampereen teknillisen yliopiston COMBI-hankkeen tutkimuksissa.

”Kosteudenhallinnan tarkkailu, millä perusteella valitaan mittauskohtia, saattaa jäädä tekemättä. Pistetään vaan mittareita jonnekin. Totta kai voidaan päätellä, missä paikoissa rakenteessa on isoimmat kosteusriskit, mutta silloin yllätysmomentit jäävät huomaamatta”, Niemi sanoo.

Sekin mielestä betonin sisältä tehtävän jatkuvatoimisen mittaamisen suurin puute on siinä, että ne kertovat yllättävät muutokset kosteudessa vasta pitkällä viiveellä.

” Paljon hyödyllisempää ja paljon helpompaakin olisi mitata olosuhteita, kuten ilman lämpötilaa ja kosteutta. Jos esimerkiksi osastointi pettää työmaalla, saadaan tästä hälytys, johon voidaan reagoida välittömästi.”

Niemen mielestä tuo Sekin huomio on tärkeä.

”Jos olosuhteet pysyvät joka paikassa hyvinä, ei meidän tarvitse hirveän monesta kohdasta mitata rakenteen kosteutta.”

Tästä kritiikistä huolimatta Niemi tunnustaa jatkuvasti rakenteessa olevien kosteusantureiden tarpeellisuuden. Mittarit ovat koko ajan parantuneet ja niiltä voi odottaa jo kohtuullista tarkkuutta. Uudessa RT-kortissa jatkuvasti mittaavat anturit nostettiin perinteisten manuaalisten mittausten rinnalle. Niiden etuna on se, että ne ovat vähemmän työvaltaisia ja suhteellinen kosteus voidaan todentaa juuri silloin, kun lämpötilat ovat mittaukselle optimaaliset.

Porareiät ovat tyypillisin paikka myös antureille. Mitttaamisessa ei pidä kiirehtiä, sillä märässä betonissa anturit antavat herkästi vikalukemia kondensoitumisen vuoksi.

”Oikein käytettynä jatkuvatoiminen mittaus tukee manuaalisia mittauksia. Porareikien teko ja lukemien haku kolmen päivän päästä on työlästä ja kallista. Siksi tiettyä optimointia voi tehdä. On hyvä saada jonkinlaista tietoa rakenteesta jatkuvasti. Silloin tiedetään milloin kannattaa mennä tekemään tarkempia mittauksia. Viimeinen varmistus, että onko päällystettävissä, tehdään kuitenkin edelleen yleensä perinteisillä menetelmillä.

”Eli kyllä järjestelmät tukevat toisiaan.”

Jatkuvatoiminen mittaus on parantunut

Tampereen yliopiston rakennusfysiikan professori Juha Vinha on Vahasen asiantuntijoiden kanssa hieman toista mieltä olosuhdemitttauksen ja betonin jatkuvatoimisen kosteusmittauksen painotuksista.

Olosuhteiden mittaus on toki tärkeää, mutta luotettavin kuva saadaan mittaamalla betonia. Esimerkiksi sateen vaikutus saadaan selville parhaiten betonista tehdyistä mittauksista”,  hän sanoo.

Siinä hän on samaa mieltä Niemen ja Sekin kanssa, että mittaukset ovat olleet hankalia, kalliita ja epäluotettavia. Tilanne on kuitenkin paranemassa, sillä kosteusturvallisen rakentamisen kilpailussa finaaliin pääsi jatkuvatoiminen betonin kosteusmittausjärjestelmä Matolog.  Mato Engineering kertoo, että sen betonianturilla voidaan mitata ja analysoida jatkuvasti betonin olosuhteita aina valun alkuhetkistä alkaen ja mittauksia voidaan jatkaa rakennuksen käyttöönoton jälkeenkin. Anturi asennetaan valumuottiin jo ennen valua, mutta tiettävästi heidän ratkaisussaan mittalaitteen mahdollinen kondenssiongelma on pystytty ratkaisemaan.

Mato Engineeringin toimitusjohtaja Marko Oikarinen vakuuttaa Matologin mullistavan tavan mitata ja seurata betonin kosteutta ja kuivumista. Kuva: Seppo Mölsä.

Vinhalla on tutkimustensa kautta kokemusta useista kosteusmittareista. Matolog poikkeaa hänen mukaansa muista kahdesta syystä.

”Suhteellisen kosteuden jatkuvatoiminen mittaus tarkasti on haasteellista. Anturien lukemat ryömivät ajan kuluessa, jolloin niitä pitäisi kalibroida noin vuoden välein. Tämä aiheuttaa ongelman rakenteiden sisällä tehtäviin mittauksiin, koska antureita on hankalaa/mahdotonta vaihtaa siellä. Lisäksi jatkuvasta kalibroinnista syntyy vaivaa ja kuluja. Tämä anturi vaikuttaa sellaiselta, joka pitää mittaustarkkuutensa ajan kuluessa kohtuullisen hyvin. Tämä helpottaa sen käyttöä rakenteen sisällä tapahtuvissa mittauksissa oleellisesti”, Vinha sanoo.

”Erityisesti betonin sisällä suhteellisen kosteuden pitkäaikaismittaus on osoittautunut erityisen haastavaksi. Nykyiset yleisesti käytetyt ja toistaiseksi parhaiksi todetut kapasitiiviset anturit alkavat näyttämään betonin sisällä virheellisesti jo hyvin lyhyen ajan kuluttua. Tästä syystä esim. porareikämittauksia tehdään aina tietyillä ajanhetkillä lyhytaikaisina mittauksina. Tämä mittari näyttäisi nyt sellaiselta, joka mittaa myös betonin suhteellista kosteutta luotettavasti yhtäjaksoisesti pitkiä ajanjaksoja.”

Lisätietoa

Rakennusfysiikkaseminaarin (26.-28.10. Tampere) esitelmät:

by2020 Betonin kuivumisaika-arvio – työkalu tarkempiin arviointeihin (Pauli Sekki, Pasi Marttila, Mirva Vuori)

Betonin suhteellisen kosteuspitoisuuden mittauksen päivitetty RT-kortti RT 103333 (Sami Niemi)

Uusi menetelmä jatkuvatoimiseen betonin kosteuden mittaamiseen MATOlog mittausteknologia rakenteiden jatkuvatoimisessa mittauksessa.

 

 

Tätä artikkelia ei ole kommentoitu

0 vastausta artikkeliin “Betonin kuivuminen ei ole salatiedettä, mutta hokkuspokkuskonsteilla hankala muovimatto-ongelma ei ratkea”

Vastaa

Viimeisimmät näkökulmat