Aalto-yliopiston ja VTT:n yhteisprojektissa selvitettiin betonin tiivistyshuokosten määrään sekä betonin erottumisherkkyyteen vaikuttavia tekijöitä. Alustavien tulosten perusteella tiivistysvaiheella on lopputuloksen kannalta oletettua suurempi merkitys.
Aalto-yliopiston vuonna 2018 tekemän Good vibrations -tilaustutkimuksen lähtökohtana olivat havainnot, joissa koerakenteesta porattujen kappaleiden tiheydet ja puristuslujuudet jäivät laboratoriokappaleita alhaisemmiksi. Tuolloin tuotantobetoneille tehtyjen testien perusteella saatiin selville, että tiivistysilmaa ei saa kokonaisuudessaan poistettua betonista ja että erottumisriski on olemassa erityisesti notkeilla ja huokostetuilla betoneilla.
Näistä lähtökohdista startannutta Aalto-yliopiston ja VTT:n Teknologian tutkimuskeskus Oy:n CompactAir -projektia voi luonnehtia Good vibrations -tutkimuksen itsenäiseksi spin-offiksi, jonka rahoittamiseen osallistuivat Betoniteollisuus ry, Väylävirasto, Betoniyhdistys ry sekä Rakennustuotteiden Laatu Säätiö.
Viime vuonna alkaneen hankkeen viimeiset betonivalut tehtiin helmikuun alussa ja virallinen loppuraportti laadittiin maaliskuun aikana. Alunperin projekti oli tarkoitus saada päätöksen vuoden 2020 puolella, mutta koronaepidemia aiheutti viivästyksiä laboratoriotulosten saamisessa.
CompactAir-projekti jakautui kolmeen eri vaiheeseen. Niistä ensimmäinen oli Good vibrations -projektin testibetonien ja normaalien tuotantobetonien analysointi tiivistyshuokosten määrän sekä erottumisen osalta. Tuotantobetoneissa havaittiin olevan selvästi enemmän tiivistyshuokosia kuin mitä on perinteisesti oletettu.
– Tiivistyshuokoset vaikuttavat merkittävästi betonin puristuslujuuteen. Yhden prosenttiyksikön lisäys tiivistyshuokosten määrässä alentaa betonin puristuslujuutta noin viisi prosenttia, kertoo Aalto-yliopiston betoniteknii- kan professori Jouni Punkki.
Synninpäästö tehonotkistimille
Projektin kakkosvaiheessa selvitettiin eri tekijöiden vaikutusta betonin tiivistyvyyteen, erottumisherkkyyteen sekä suojahuokostuksen stabiilisuuteen. Muuttujina toimivat muun muassa betonin sementtityyppi, vesi-sementtisuhde sekä notkistava lisäaine.
Tutkimusten aikana tehtiin reologisia mittauksia, joilla selvitettiin muun muassa tehonotkistimien ja huokostimien käyttäytymistä betonimassassa. Projektin ykkös- ja kakkosvaiheen jälkeen tehtiin vielä kokeita tuotantobeto- neilla.
– Lähdimme liikkeelle oletuksesta, että betonissa on jokin muuttuva tekijä, joka aiheuttaa tiivistymiseen liittyviä ongelmia. Aluksi epäilimme syyllisiksi polykarboksylaattipohjaisia tehonotkistajia, mutta tämä oletus osoittautui tutkimusten myötä vääräksi, sanoo VTT:n johtava tutkija Markku Leivo.
Suurimmaksi löydökseksi muodostuivat havainnot siitä, miten ja millä nopeuksilla ilmakuplat ja kiviaines liikkuvat betonimassan sisällä. Tulosten perusteella betonin tiivistystä tulee jatkaa oletettua pidemmän aikaa, jotta tiivistyshuokosten määrää saadaan riittävästi laskettua.
– Ilmakuplat eivät yksinkertaisesti ehdi nousta pintaan, jos tärytysaika on liian lyhyt. Toisaalta jos tärytystä jatketaan liian pitkään, seurauksena voi olla betonin erottuminen, erityisesti notkeilla, lisähuokostetuilla massoilla, toteaa VTT:n erikoistutkija Tapio Vehmas.
Suurimmaksi löydökseksi muodostuivat havainnot siitä, miten ja millä nopeuksilla ilmakuplat ja kiviaines liikkuvat betonimassan sisällä.
Nykybetonit vaativat riittävää valuvaiheen laadunvalvontaa
CompactAir-tutkimuksen tulokset vahvistavat epäilyt siitä, että liiallinen tiivistysilma syö merkittävästi betonin potentiaalista puristuslujuutta. Mikäli tiivistysilman määrää pystytään alentamaan esimerkiksi tärytysaikaa optimoimalla, voidaan betonin sementtimäärää vähentää. Sillä olisi positiivisia vaikutuksia rakentamisen kustannuksiin, laatuun sekä ympäristöön.
Tutkijat eivät näe betonin tiivistys- ja erottumishaasteita ylitsepääsemättömänä esteenä. Tilannetta pystytään parantamaan merkittävästi päivittämällä suhtautumista betonirakentamiseen.
Vaikka betonimassan käyttötarkoitus ei ole juurikaan muuttunut sitten vuonna 1824 patentoidun portland-sementin, monet sen komponentit ovat. Tänä päivänä käytetään uudentyyppisiä notkistimia ja perinteinen sora on syrjäyttämässä murskatut kiviainekset. Myös side-aineissa tapahtuu jatkuvaa kehitystä.
– Vanhat opit, joita löytyy vielä jopa alan kirjallisuudesta, eivät välttämättä ole enää voimassa. Ehkä jos nykybetonin värjäisi toisen väriseksi, oppisimme suhtautumaan siihen uudella tavalla, naurahtaa Leivo.
Aalto-yliopistossa on jo käynnissä tutkimushankkeita, joiden avulla haetaan uusia ratkaisuja betonimassan tiivistymisen mittaamiseen ja seurantaan. Kyse ei ole teknisesti monimutkaisesta asiasta, mutta Punkin mukaan käyttövalmiita toteutuksia tuskin saadaan käyttöön aivan lähiaikoina.
– Ennen ajateltiin, että laadukas betonirakenne syntyy onnistumisesta betoniasemalla. Nykytiedon valossa entistä enemmän merkitystä on itse valutapahtumalla. Siinä onnistuminen edellyttää laadunvalvontaa helpottavien ratkaisujen lisäksi alan täydennyskoulutusta sekä notkistimien ja muiden lisäaineiden tuotekehitystä, hän listaa.
Juttu on julkaistu Sementti-lehdessä 1/2021. Teksti: Ari Rytsy, kuva: Teemu Ojala.
