by 66 Kantavan teräskuitubetonirakenteen laadunvalvonta sekä työmaan toiminta- ja valuohje 2021

Julkaisija: Suomen Betoniyhdistys ry

PL 381 (Eteläranta 10) 00131 Helsinki

Puh. 09 12991

www.betoniyhdistys.fi

Kustantaja: BY-Koulutus Oy

PL 381 (Eteläranta 10) 00131 Helsinki

Puh. 09 12991

www.betoniyhdistys.fi

Ulkoasu ja taitto: Antero Airos

Kansi: Maritta Koivisto

1.painos 2021

Copyright: Suomen Betoniyhdistys ry

Kuva 8. ja B.5. lainattu SFS:n luvalla

ISBN 978-952-7314-10-4

ISSN 0358-5239

Tekniset ohjeet

Suomen Betoniyhdistys ry (by) on riippumaton, betonin oikeaa käyttöä edistävä teknistieteellinen yhdistys. Yhdistyksen jäsenkunta edustaa laajasti betonirakentamisen eri osapuolia. Yhdistys järjestää jäsentilaisuuksia, julkaisee teknisiä ohjeita, toteaa betonialan henkilöpätevyyksiä, järjestää koulutusta, käynnistää ja ohjaa kehitysprojekteja sekä konsultoi viranomaisia. Betoniyhdistys kerää teknisiä ohjeita valmisteleviin työryhmiin kaikki asiasta kiinnostuneet tahot, joiden on päästävä yhteisymmärrykseen ohjeiden sisällöstä. Ohjeet on tarkoitettu päteville henkilöille, jotka pystyvät ymmärtämään ohjeisiin liittyvät rajoitukset sekä ottamaan vastuun ohjeiden soveltamisesta käytännön rakennuskohteissa. Vaikka valmistelutyöhön on osallistunut maamme paras tekninen asiantuntemus, ei Betoniyhdistys, eivätkä sen jäsenet tai valmistelutyöhön osallistuneet henkilöt ota vastuuta tässä julkaisussa annetuista ohjeista.

ESIPUHE

Tämä ohje on laadittu täydentämään julkaisua by 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018.

Tämä ohje käsittelee kantavien teräskuitubetonirakenteiden työmaatoteutusta ja laadunvalvontaa työmaalla sekä kuitubetonin valmistusta ja laadunvalvontaa betonitehtaalla. Julkaisussa annetaan ohjeita teräskuitubetonin valusta, laadunvalvonnasta työmaalla sekä teräskuitubetonin valmistuksesta ja laadunvalvonnasta tehtaalla.

Teräskuitubetonirakenteiden työmaatoteutus ei olennaisesti poikkea tavallisen betonirakenteen toteutuksesta. Kuitubetonin käytössä on kuitenkin otettava huomioon kuitubetonin erityisominaisuudet. Laadunvalvonta jakautuu betonitehtaalla tehtäviin eurooppalaisten standardien mukaisiin ennakkokokeisiin, joissa määritetään toimitettavan betonin taivutusvetolujuus, ja jatkuvaan laadunvalvontaa, jolla varmistetaan ominaisuuksien pysyvyys. Toteutusvaiheessa laadunvalvonta perustuu tehtaalla betonista otettaviin näytteisiin, joista mitataan kuitumäärä, ja työmaalla minimissään aistinvaraisiin havaintoihin kuormassa olevista kuiduista ja betonista sekä kuormakirjan sisältämistä tiedoista betonin laadusta. Tarvittaessa betoninäytteitä voidaan ottaa myös työmaalla.

Teräskuitubetonirakenteiden laadunvalvonta sekä työmaan toiminta- ja valuohjeen on kirjoittanut tekniikan lisensiaatti Pentti Lumme Acvacon Oy:stä. Kirjan toimituskunnan ovat muodostaneet Kim Johansson Suomen Betoniyhdistys ry:stä, ja Ari Mantila Betoniteollisuus ry:stä sekä Mikko Vasama Rudus Oy:stä.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Osa A Kantavien teräskuitubetonirakenteiden käytön ohjeistus

1 YLEISTÄ

Eurooppalaisen teknisen yhteistyön ryhmässä CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 2 on käynnissä työ, jossa ollaan laatimassa ohjetta kantavien teräskuitubetonirakenteiden suunnittelusta. Ohje on tarkoitettu sisällytettäväksi seuraavaan Eurokoodi 2:n painokseen. Tällä hetkellä ensimmäiset ehdotusversiot ovat käsiteltävänä WG-ryhmässä. Työn tavoiteaikatauluna on, että kuidut olisivat mukana eurooppalaisessa normistossa vuoteen 2023–2025 mennessä.

Ennen euronormien valmistumista useissa Euroopan maissa on tehty maakohtaisia suunnitteluohjeita kantaville teräskuitubetonirakenteille. Osa näistä ohjeista on maiden virallisen standardin asemassa (mm. Saksassa, Ruotsissa), ja osa on yhdistysten ohjeitten tasolla. Ohjeet toimivat tulevan eurokoodin esitestauksena ja samalla antavat suunnittelijoille mahdollisuuden tutustua ennakkoon tulevaan mitoitusmenettelyyn.

Suomen Betoniyhdistyksessä on laadittu julkaisu by 66 Teräskuitubetonirakenteiden suunnitteluohje 2018. Ohje koskee nimensä mukaan vain teräskuiduilla raudoitettua betonia. Sen ohjeistuksella voidaan mitoittaa kantavia teräskuitubetonirakenteita ja tavanomaisia maanvaraisia lattioita.

2

TERÄSKUITUBETONIRAKENTEIDEN SOVELTUVUUS ERILAISIIN RAKENTEISIIN

Teräskuitubetonin parhaita sovellusalueita ovat maanvaraiset lattiat, paalulaatat, kohtuullisesti kuormitetut kantavat jatkuvat laatastot, pääosin pystykuormitetut seinärakenteet sekä yleisesti pääosin kutistumaraudoitetut rakenteet.

Palkkirakenteissa kantavuus tulee pääosin hoitaa perinteisellä tankoraudoituksella ja kuituja suositellaan käytettäväksi lähinnä leikkausraudoituksena.

Seinärakenteissa kuidut voivat vastaanottaa seinän kutistumajännityksiä ja esimerkiksi maanpaineesta aiheutuvia taivutusrasituksia. Kuidut eivät merkittävästi lisää betonin puristuslujuutta, ellei rakenteen kuitumäärä ole hyvin suuri.

By 66:n ohjeiden mukaan kantavissa laattarakenteissa tarvitaan kuitujen lisäksi aina tavanomaisista raudoitustangoista tehtävä varmistusraudoitus erilaisten onnettomuuskuormien varalta. Nykyisin käytössä olevia kaupallisia teräskuituja käyttäen laattarakenteen maksimikuormankantokyky vastaa noin 1,3 kertaa normien mukaisesti minimiraudoitetun laatan kestävyyttä. Rakenteiden lujuutta voidaan lisätä käyttämällä ”hybridiraudoitusta”, jossa käytetään teräskuitujen lisäksi

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

tavanomaista raudoitusta. Molempien raudoituskomponenttien antama lujuus voidaan mitoituksessa laskea yhteen.

Pilarilaattarakenteissa suurimmat taivutusrasitukset syntyvät pilareiden kohdalle laatan yläpintaan. Suurilla kuormilla tai pidemmillä jänneväleillä on näille alueille syytä asentaa tarvittava määrä perinteistä raudoitusta, jottei laatan yläpintaan synny haitallista halkeilua.

Kuidut eivät käytännössä sekoitu koskaan täysin ideaalisen homogeenisesti massaan. Siksi rakenteissakin esiintyy kuitumäärässä hajontaa eri osissa. Jatkuvissa laattarakenteissa tämä kompensoituu sillä, että laatan kantavuus syntyy huomattavan laajan ja leveän laattaosan taivutuslujuudesta. Tällöin kuitumäärän hajonta ei yleensä vaikuta laskennalliseen laatan taivutuskapasiteettiin.

Teräskuitubetonin halkeaman leveyden arvojen laskenta on vaikeaa ja käytännössä tulosten hajonta on niin suuri, ettei laskelmia yleensä ole kannattavaa tehdä. Jos teräskuitubetonirakenteet mitoitetaan oikein, rakenteet pysyvät käyttötilanteessa halkeilemattomassa tilassa. Myöskään tämän perusteella halkeamatarkastelu ei ole mielekästä.

Kuva 1. Teräskuitubetonilla valetun pilarilaattarakenteen varmistusraudoitukset, pilarilinjoilla alapinnassa olevat raudoitustangot, on asennettu. Kohde Rocca Tower toimistorakennus Tallinnassa vuonna 2008.

Kuva 2. Teräskuitujen jakaumaa laattapoikkileikkauksessa.

Kantaviin jatkuviin laattarakenteisiin tulee käyttää sellaista kuitutyyppiä ja kuitumäärää, jolla kuormituskokeessa saadaan ensimmäisen halkeaman jälkeen samalle kuormatasolle jäävä kuorma-muodonmuutoskuvaaja tai nouseva eli myötölujittuva käyrä (kuva 3). Tämä kuitumäärä on kuitutyypistä riippuen noin 45–50 kg/betoni-m3 .

Paalulaatoissa, jotka voidaan myös lukea pilarilaatoiksi, voidaan käyttää kuituraudoitusta. Tästä on jo Suomessakin kokemusta. Kuituraudoituksen käyttö soveltuu erityisen hyvin niihin paalulaattoihin, joissa paaluväli on suuruusluokkaa 2,5 m ja kuormat kohtuulliset. Mikäli paaluväli kasvaa merkittävästi ja laatan kuormat ovat suuret, laatan tulee olla riittävän paksu tai kuituraudoituksen ohella on käytettävä paalulinjoilla raudoitustankoja, jottei pilarin kohdalle laatan yläpintaan synny haitallisia halkeamia.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN

LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Kuva 3. Myötölujittuva ja myötöheikkenevä kuormitus – muodonmuutoskuvaaja.

Kuva 4. Kaksiaukkoisen teräskuitubetonilaatan koekuormitus.

Käytännön täysmittakaavakokeella on testattu voimasuureiden jakautumista jatkuvassa laattarakenteessa. 1000 x 200 x 5000 mm3:n kokoinen laatta kuormitettiin kolmitukisena eli kaksiaukkoisena jatkuvana rakenteena kentissä olevilla keskeisillä viivakuormilla. Laatassa käytettiin teräskuituja HE 1/50, 50 kg:n annostuksella.

Laatan keskituelle ja kenttiin syntyi maksimimomentin kohdalle useampia halkeamia murtotilassa. Mittausten mukaan voimasuuret laatassa jakaantuivat ja tasaantuivat murtotilassa samalle tasolle kentissä ja jatkuvalla tuella. Kokeen mukaan rakenne voidaan mitoittaa kuten tavanomainen teräsbetonirakenne, kunhan teräskuitumäärä betonissa on riittävän suuri.

Elementtirakenteissa teräskuituja on käytetty jo useita vuosia parvekelaatoissa ja erilaisissa julkisivuelementeissä tai niiden osissa. Näissä rakenteissa käytetään yleensä erikoislujaa betonia. Kuituja on käytetty myös erilaisten erikoiselementtien – kuten tunnelielementtien – raudoitukseen.

Palotilanteissa teräskuidut parantavat betonin kestävyyttä, koska ne estävät betonin pinnan lohkeilua ja siten lämmön nousua syvemmällä rakenteessa. Teräkuidut ovat jakaantuneet tasaisesti koko poikkileikkaukseen, eivätkä ne lämpene rakenteen sisäosissa yhtä nopeasti kuin lähellä pintaa oleva tavanomainen raudoitus.

Kuva 5. Jatkuvan teräskuitubetonilaatan voimasuureiden jakautuminen tuelle ja kenttään kuvan 4 kuormituskokeessa. Kuva on yksi esimerkki koetuloksista.

Kuva 6. Betonin taivutusvetolujuuden aleneminen palotilanteessa.

Taivutusrasitetuissa rakenteissa tarvitaan betonin taivutusvetolujuuden arvoa korkeissa lämpötiloissa. CEN/TC 250 -työryhmässä on ollut esillä professori Marco Di Priscon ehdotus kuvan 6 mukaisesta riippuvuudesta palotilanteessa teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden arvoksi, joka on sama kuin Eurokoodi 2:ssa tavallisen betonin vastaava arvo. Tällöin ai ainakaan yliarvioida teräskuitubetonin kantokykyä korkeissa lämpötiloissa. CEN/TC 250 -työryhmässä TG2 kehitetään edelleen teräskuitubetonin palonkesto-ohjetta. Polymeerimikrokuitujen sekoittaminen betoniin lisää rakenteen palonkestoaikaa, koska muovikuidut sulaessaan muodostavat kanavia vesihöyryn poistumiselle.

3 TERÄSKUITUBETONIN VALMISTUS BETONITEHTAALLA

Rakennustuoteasetus edellyttää, että rakenteissa käytettävät kuidut ovat CE-merkittyjä. CE-merkintäasiakirjoissa esitetään kuiduista yksityiskohtaiset tuotetiedot sekä kuitujen käyttöalueet. Kuitubetonia valmistettaessa on noudatettava CE-merkissä annettuja ohjeita, kuten ohjetta käytettävästä minimikuitumäärästä, jolla CE-merkinnän mukaiset ominaisuudet kuitubetonissa voidaan saavuttaa.

Kuitubetonin valmistusta varten ei ole olemassa erityistä kuitubetonireseptiä. Monet muut seikat, esimerkiksi säilyvyysohjeet, määrittävät tiettyjä perusperiaatteita reseptin osalta. Teräskuitu on periaatteessa osa kiviainesta, jonka raemuoto on varsin epäedullinen massan viskositeettia ajatellen. Useimmiten kuitujen lisäys edellyttää myös massan lisänotkistuksen, jotta massan työstettävyys pysyy sopivana valua ajatellen. Eniten tuoreen kuitubetonin ominaisuuksiin vaikuttavat betonin rakeisuuskäyrä ja notkeus. Kiviaineskäyrää muokkaamalla voidaan oleellisesti vaikuttaa kuitujen sekoittuvuuteen, pumpattavuuteen ja kuitujen liikkeisiin valussa. Kiviaineksen hienoainespään huolellinen suhteitus vaikuttaa merkittävästi massan ominaisuuksiin. Sopiva määrä hienoainesta helpottaa kuitujen liikkeitä massassa ja säilyttää massan työstettävyyden.

Betonitehtaassa kuidut annostellaan käsin tai yhä yleisemmin prosessiohjattavan kuituannostelijan kautta kiviaineshihnalle. Tällaisen annostelijan tarkkuus on ±1,0 kg/m3. Etenkin kantaviin rakenteisiin toimitettavien kuitubetonien valmistus on sallittua vain hallitussa tehdasprosessissa, jossa kuitujen käyttäytyminen ja sekoittuvuus on testattu. Teräskuitubetonin valmistaminen on mahdollista sekä pakkosekoittimilla että vapaapudotussekoittimilla. Yleensä kuitubetonin valmistaminen vaatii 1,5–2-kertaisen sekoitusajan tavallisen massan sekoitusaikaan verrattuna.

Mikäli lattiaurakoitsija toimii kohteen betonitoimittajana, hänellä on oltava kohteeseen toimitettavasta teräskuitubetonista standardin SFS-EN 14651 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)) mukaisesti tehdyt taivutusvetolujuuden testitulokset.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Teräskuitujen pituus, muoto ja annostelumäärä vaikuttavat merkittävästi kuitumassan ominaisuuksiin. Teoreettisesti pitkät ja hoikat kuidut antavat suuremmat lujuusarvot betonissa. Toisaalta niiden sekoittuminen betonimassaan yli 35 kg:n määrinä saattaa olla hankalaa. Tarvittaessa sekoittuvuutta voidaan parantaa käyttämällä liimakampakuituja. Lyhyempää ja paksumpaa kuitua voidaan taas sekoittaa suurempi määrä betoniin, mikä jossain määrin kompensoi lujuustasoa. Nämä kuidut on myös helpompi sekoittaa prosessissa, ja niillä on hyvät pumpattavuus- ja valuominaisuudet.

Teräskuitubetonitoimituksen kuormakirjassa tulee olla näkyvissä käytettyjen kuitujen tyyppi ja kuitutoimittaja, kuitujen annostelumäärä sekä toimitetun teräskuitubetonin taivutuslujuusarvo ja tunniste.

4

TERÄSKUITUBETONIN TAIVUTUSVETOLUJUDEN MÄÄRITTÄMINEN

Teräskuitubetonia toimittavan tehtaan tulee määrittää taivutusvetolujuuden arvot käyttöön tarjoamilleen teräskuitu-betonilaatuyhdistelmille. Testit on tehtävä standardin SFS-EN 14651 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)) mukaisella palkkikokeella. Kuvassa 8 on esitetty standardin mukainen koepalkki ja sen kuormitusjärjestely. Kuormitettava palkki on kooltaan 150 x 150 x 550 mm3. Kuormituksen aikana palkista mitataan joko halkeaman leveyttä tai palkin taipumaa. Halkeaman leveyden mittaamiseksi palkkiin sahataan keskelle alapintaa alkuhalkeama, jonka avulla halkeaman levenemistä voidaan seurata mittalaittein. Rakenteiden mitoitusarvoja varten määritetään 0,5 mm:n ja 2,5 mm:n halkeaman leveyksiä vastaavat kuormien arvot. Jos mittaus tehdään palkin taipumamittauksena, standardissa on

Kuva 7. Betonitehtaan automaattinen kuituannostelija.

annettu kaava, jonka avulla kyseisiä halkeamanleveyksiä vastaavat taipuman arvot voidaan määrittää. Kuormitusarvoista määritetään kokeista saatu kyseisen teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden ominaisarvo.

Teräskuitubetonin valmistajan tulee tehdä standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen palkkikoe viiden vuoden välein niistä teräskuitubetonilaaduista, joita toimitetaan ohjeen by 66 mukaisesti mitoitettuihin rakenteisiin. Testausta on tarvittaessa tehtävä myös lyhyemmin välein, mikäli käytettävien teräskuitujen tai kovettuneen betonin ominaisuuksissa tapahtuu oleellisia muutoksia, jotka voivat merkittävästi vaikuttaa laskenta-arvoihin.

Mikäli alkutestauksessa on tutkittu useita teräskuitubetonilaatuja, seuraavissa viiden vuoden välein tehtävissä tarkistuksissa koestetaan testisarjan alin ja ylin lujuus. Jos näiden kokeiden testituloksissa on huomattavia poikkeamia suhteessa ensimmäisen testisarjan vastaaviin koekappaleisiin, on koko alkuperäinen koesarja

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

uusittava.

Kuva 8. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen palkkikoe teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden määrittämiseksi (lähde: standardi SFS-EN 14651 + A1:en).

Kuva 9. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen teräskuitubetonipalkki koekuormituksessa.

Teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden arvo varmistetaan lisäksi vuosittain tehtävillä betonin laadunvalvonnassa käytettävillä palkeilla (100 x 100 x 500 mm3), joille tehdään taivutuskuormitus. Kuormituksen yhteydessä mitataan palkkien taipumaa arvoilla, jotka vastaavat 0,5 mm:n ja 2,5 mm:n halkeaman leveyksiä. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en kaavoilla laskettuna nämä taipuman arvot ovat 0,5 mm ja 2 mm.

Vuonna 2019 on teetetty vertailukoesarja, jossa on tarkasteltu näillä pienillä palkeilla tehtyjen koetulosten vastaavuutta standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukaisesti tehtyihin koetuloksiin. Näiden koetulosten perusteella pieniä testipalkkeja voidaan käyttää yllä mainittuihin täydentäviin laadunvalvontatestauksiin. Koesarjan tulosten vertailtavuutta standardin mukaisiin testeihin on käsitelty tarkemmin tämän ohjeen osassa b luvussa 4.

5

KUITUJEN SEKOITTUMINEN BETONIIN

Teräskuitujen sekoittuminen tuotantoprosessissa varmistetaan betonitehtaassa tehtävällä testauksella valmiista massasta standardin SFS-EN 14721 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete) mukaisesti. Massan kuitupitoisuuden määritystä varten tarvittava näyte otetaan betoninkuljetusautosta, johon tehtaassa valmistettu massa on kuormattu. Näyte valutetaan betoniauton ränniä pitkin väliastiaan, josta massaa siirretään varsinaiseen testausastiaan.

Näytteen kokonaistilavuuden tulee olla 8–10 litraa. Tätä pienemmät näytekoot eivät edusta riittävällä tarkkuudella kuitujen jakautumista betoniin. Näyte tiivistetään tutkimusastiaan ja yläpinta hierretään astian reunojen mukaisesti niin, että näytteen tilavuus voidaan tarkasti määrittää näyteastian tilavuuden perusteella.

Kuva 10. Koukkupäisiä teräskuituja sisältävä betonimassa.

Näytteestä määritetään siinä olevien teräskuitujen paino, joka muunnetaan arvoksi kg/betoni-m3. Kuidut erotellaan massasta esimerkiksi magneettierottimella (kuva 11). Erottelun helpottamiseksi näyte voidaan laimentaa ennen erottimeen kaatamista. Kuidut on puhdistettava ja kuivattava ennen punnitusta.

Kun teräskuitubetonia toimitetaan kantaviin rakenteisiin, ensimmäisestä toimitettavasta kuormasta on otettava kolme näytettä, joista ensimmäinen otetaan kuorman purun alusta, toinen kuorman purun keskivaiheilta ja kolmas kuorman purun lopusta (SFS-EN 206:2014 + A1:2016 Betoni. Määrittely, ominaisuudet, valmistus ja vaatimustenmukaisuus). Kaikki kolme näytettä toimitetaan työmaalta betonitehtaalle kuitumäärän määrittämistä varten. Jatkossa otetaan yksi näyte joka viidennestä toimitettavasta kuormasta.

Betonin katsotaan olevan vaatimustenmukaista, jos molemmat näytteet täyttävät alla olevat ehdot (SFS-EN 206:2014 + A1:2016):

Jokaisen näytteen kuitumäärän tulee olla ≥ 0,80 × määritelty vähimmäisarvo.

Kuorman kolmen näytteen keskiarvon tulee olla ≥ 0,85 × määritelty vähimmäisarvo.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Kuva 12. Huolellisesti puhdistettujen teräskuitujen punnitus.

Kuva 11. Esimerkki teräskuitujen magneettierottimesta, Dosometer.

6

TERÄSKUITUBETONIN TARKASTUS TYÖMAALLA

Urakoitsijan on tarkistettava työmaalle tuleva teräskuitubetoni. Kuormakirjasta tarkistetaan, että toimitus on tilauksen mukainen ja kuormakirjasta löytyy toimitettavan betonin taivutusvetolujuuden arvo ja tunnus. Lisäksi vastaanottajan on aistinvaraisesti todettava, että kuormassa on havaittavissa teräskuituja. Vastaanottaja hyväksyy toimituksen allekirjoituksellaan.

7

TERÄSKUITUBETONIN VALUN TOTEUTUS TYÖMAALLA

Teräskuitumassaa voidaan periaatteessa valaa ja käsitellä tavanomaisin valumenetelmin. Valutapa vaikuttaa kuitenkin kuitumassan käyttäytymiseen ja kuitujen suuntautumiseen rakenteessa. Jos massa sisältää suuren kilomäärän ohuita pitkiä kuituja, se on helposti jäykkää valuominaisuuksiltaan. Vastaavasti keskipituiset, kappalemäärältään vähäisemmät, noin 1 mm:n paksuiset kuidut sitkistävät massaa huomattavasti vähemmän.

Valettaessa valutavan aiheuttama massavirta määrää merkittävästi kuitujen suuntautumista muotin eri alueilla. Lähellä muotin reunaa kuidut kääntyvät helposti reunan suuntaiseksi, ja muilla alueilla kuitujen suuntaus seurailee massan virtauksen suuntaa. Myös muotin geometria ja muottipinnan ominaisuudet vaikuttavat kuitujen suuntautumiseen. Sileässä muottipinnan kuidut liikkuvat helposti massavirran mukana, kun taas karkea muottipinta jarruttaa massavirtaa ja aiheuttaa siihen helpommin erilaisia pyörteitä.

Muotissa oleva raudoitus jarruttaa kuitumassan liikkeitä, ja kuituja voi kerääntyä raudoituksen päälle. Suositeltavaa on, että raudoitustankojen väli olisi 2 x teräskuidun pituus, jotta kuitumassa pääsisi mahdollisimman vapaasti valumaan tankoväleistä. Jos valu tehdään pumpulla, letkun pään tulisi olla mahdollisimman lähellä raudoitusta. Silloin massa läpäisee helpommin raudoituksen muodostaman esteen.

Kuvassa 13 on esitetty Tanskassa tehdyssä kokeessa teräskuitujen suuntautumista pumppuvalussa, kun valu tehdään koelaatan yhdestä nurkasta. Kuitujen suuntautuminen muuttuu kuvassa 14 olevan kartan mukaisesti. Kuvan ellipsit esittävät kuitujen suuntautumista kussakin laatan osassa.

1,2 m 1,2 m

valun suuntautuminen

Valurintauksen eteneminen koevalussa itsetiivistyvällä betonilla (vasemmanpuoleiset kuvat) ja kuitujen suuntautuminen (oikeanpuoleiset kuvat – pienet ellipsit). Valuhetki ylhäältä alaspäin 5, 10 ja 20 s valun aloituksesta /1/.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN

TOIMINTA- JA VALUOHJE

Kuva 13. Teräskuitubetonin koevalu pumppaamalla koelaatan yhdestä nurkasta /1/.

Kuva 14.

Jatkuvia paikalla valettuja laatastoja voidaan pitää taloudellisimpana teräskuitubetonin käyttökohteena, koska niissä kuitujen suuntautuminen laatassa vastaa hyvin voimasuureiden vaikutusta rakenteessa.

Pumppuvalussa on suositeltavaa käyttää letkukokoa, joka on 2 x kuidun pituus. Vähän pienempi letkukoko voi toimia notkealla massalla, mutta tällöin on suositeltavaa kokeilla pumppauksen toimivuutta ennen suurempia valuja.

Muottia vasten valetuissa pinnoissa sementtipasta peittää kuidut. Kuituja voi olla näkyvissä betonin valupinnassa, mikä voidaan ratkaista oikeilla valumenetelmillä. Sopivan notkeassa massassa kuidut on helpompi saada laskeutumaan sementtipastaan sisään. On kuitenkin varottava notkistamasta massaa liikaa, koska se lisää erottumisriskiä.

Kuvassa 15 on esitetty eräs menetelmä, jolla voidaan tasoittaa betonin pintaa ja saada teräskuidut laskeutumaan sementtipastaan sisään betonin pinnassa. Massan oikeaoppinen tiivistäminen helpottaa pinnan kuvan mukaista käsittelyä. Liian pitkäkestoinen tiivistys voi taas aiheuttaa kuitujen liiallista painumista ja erottumista massassa. Erityisen hyvin kuvan 15 mukainen käsittely soveltuu itsetiivistyvällä betonilla tehdyn valupinnan oikaisuun ja tasoittamiseen.

Kuva 15. Betonin pinnan tasaukseen tarkoitettu työkalu.

8

TYÖSAUMAT KUITUBETONIVALUSSA

Mikäli kuitubetonirakenteeseen on suunniteltu tai syntyy syystä tai toisesta työsauma, jossa betoni tulee kovettumaan ennen valutyön jatkumista, on saumaan lisättävä tavanomainen työsaumaraudoitus.

9

TERÄSKUITUMÄÄRÄN ARVIOINTI RAKENTEESTA PORATUSTA LIERIÖSTÄ

Mikäli on tarvetta selvittää valetun rakenteen teräskuitupitoisuutta kovettuneesta betonista, se voidaan tehdä standardin SFS-EN 14721 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete) mukaisella menettelyllä. Tällöin rakenteesta otetaan poralieriönäytteet, joita tulee ottaa vähintään kolme kappaletta kultakin tutkittavalta alueelta, Yksittäisen näytteen tulee olla suurempi kuin 1 dm3. Näytteet mitataan tarkasti niiden tilavuuden todentamiseksi. Porakappaleet murskataan ja näin irrotetut teräskuidut puhdistetaan ja punnitaan. Punnitustulokset muutetaan arvoiksi kg/betoni-m3 . On huomattava, että kuidut eivät jakaudu täysin homogeenisesti rakenteessa eikä hyvin suppea näytteenotto anna edustavaa tietoa rakenteen sisältämästä kuitumäärästä.

Kirjallisuutta

/1/ Guideline for excecution of steel fibre reinforced SCC. September 2013. Danish Technological Institute, Concrete Centre.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Osa B

Teräskuitubetonin laadunvalvonta betonitehtaalla ja työmaalla

1 YLEISTÄ

Tähän lukuun on koottu osin jo A-osassa esitetyt teräskuitubetonin laadunvalvontaohjeet ja määräykset. Ladunvalvontaohjeet perustuvat pääosin aihepiiriä koskeviin SFS-EN-standardeihin sekä kuitupalkeilla tehtyihin vertaileviin koesarjoihin.

2

TERÄSKUITUBETONIN VALMISTUS BETONITEHTAALLA

Rakennustuoteasetus edellyttää, että rakenteissa käytettävät kuidut ovat CE-merkittyjä. CE-merkintäasiakirjoissa esitetään kuiduista yksityiskohtaiset tuotetiedot sekä kuitujen käyttöalueet. Kuitubetonia valmistettaessa on noudatettava CE-merkissä annettuja ohjeita, kuten ohjetta käytettävästä minimikuitumäärästä, jolla CE-merkinnän mukaiset ominaisuudet kuitubetonissa voidaan saavuttaa.

Betonitehtaassa kuidut annostellaan käsin tai yhä yleisemmin prosessiohjattavan kuituannostelijan kautta kiviaineshihnalle. Tällaisen annostelijan tarkkuus on ±1,0 kg/m3. Etenkin kantaviin rakenteisiin toimitettavien kuitubetonien valmistus on sallittua vain hallitussa tehdasprosessissa, jossa kuitujen käyttäytyminen ja sekoittuvuus on testattu. Teräskuitubetonin valmistaminen on mahdollista sekä pakko- että vapaapudotussekoittimilla. Yleensä kuitubetonin valmistaminen vaatii 1,5–2-kertaisen ajan tavallisen massan sekoitusaikaan verrattuna.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Kuva B.1. Betonitehtaan automaattinen kuituannostelija.

Mikäli lattiaurakoitsija toimii kohteen betonitoimittajana, hänellä on oltava kohteeseen toimitettavasta teräskuitubetonista standardin SFS-EN 14651 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)) mukaisesti tehdyt taivutusvetolujuuden testitulokset.

Teräskuitubetonitoimituksen kuormakirjassa tulee olla näkyvissä käytettyjen kuitujen tyyppi ja kuitutoimittaja, kuitujen annostelumäärä sekä toimitetun teräskuitubetonin taivutuslujuusarvo ja tunniste.

3

KUITUJEN SEKOITTUMINEN BETONIIN

Teräskuitujen sekoittuminen tuotantoprosessissa varmistetaan betonitehtaassa tehtävällä testauksella valmiista massasta standardin SFS-EN 14721 + A1 (Test method for metallic fibre Concrete. Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete) mukaisesti. Massan kuitupitoisuuden määritystä varten tarvittava näyte otetaan betoninkuljetusautosta, johon tehtaassa valmistettu massa on kuormattu. Näyte valutetaan betoniauton ränniä pitkin väliastiaan, josta massaa siirretään varsinaiseen testausastiaan.

Näytteen kokonaistilavuuden tulee olla 8–10 litraa. Tätä pienemmät näytekoot eivät edusta riittävällä tarkkuudella kuitujen jakautumista betoniin. Näyte tiivistetään tutkimusastiaan ja yläpinta hierretään astian reunojen mukaisesti niin, että näytteen tilavuus voidaan tarkasti määrittää näyteastian tilavuuden perusteella.

Näytteestä määritetään siinä olevien teräskuitujen paino, joka muunnetaan arvoksi kg/betoni-m3. Kuidut erotellaan massasta esimerkiksi magneettierottimella (kuva B.3). Erottelun helpottamiseksi näyte voidaan laimentaa ennen erottimeen kaatamista. Ennen punnitusta kuidut on puhdistettava ja kuivattava.

Kuva B.2. Koukkupäisiä teräskuituja sisältävä betonimassa.

Kun teräskuitubetonia toimitetaan kantaviin rakenteisiin, ensimmäisestä toimitettavasta kuormasta on otettava kolme näytettä, joista ensimmäinen otetaan kuorman purun alusta, toinen kuorman purun keskivaiheilta ja kolmas kuorman purun lopusta (ks. SFS-EN 206:2014 + A1:2016 Betoni. Määrittely, ominaisuudet, valmistus ja vaatimustenmukaisuus). Kaikki kolme näytettä toimitetaan työmaalta betonitehtaalle kuitumäärän määrittämistä varten. Jatkossa otetaan yksi näyte joka viidennestä toimitettavasta kuormasta.

Betonin katsotaan olevan vaatimustenmukaista, jos näytteet täyttävät molemmat alla olevat ehdot (SFS-EN 206):

Jokaiselle näytteelle kuitumäärän tulee olla

≥ 0,80 × määritelty vähimmäisarvo.

Kuorman kolmen näytteen keskiarvon tulee olla

≥ 0,85 × määritelty vähimmäisarvo.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

Kuva B.4. Huolellisesti puhdistettujen teräskuitujen punnitus.

Kuva B.3. Esimerkki teräskuitujen magneettierottimesta, Dosometer.

4

TERÄSKUITUBETONIN TAIVUTUSVETOLUJUDEN MÄÄRITTÄMINEN

4.1 Standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukaiset kokeet

Teräskuitubetonia toimittavan tehtaan tulee määrittää käyttöön tarjoamilleen teräskuitu-betonilaatuyhdistelmille näiden tuotteiden taivutusvetolujuuden arvot. Testit on tehtävä standardin SFS-EN 14651 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the flexural tensile strength (limit of proportionality (LOP), residual)) mukaisella palkkikokeella. Kuvissa B.5 ja B.6 on esitetty standardin mukainen koepalkki ja kuormitusjärjestely. Kuormitettava palkki on kooltaan

150 x 150 x 550 mm3. Kuormituksen aikana palkista mitataan joko halkeaman leveyttä tai palkin taipumaa. Halkeaman leveyden mittaamiseksi palkkiin sahataan keskelle alapintaa alkuhalkeama, jonka avulla halkeaman levenemistä voidaan seurata mittalaittein. Rakenteiden mitoitusarvoja varten määritetään 0,5 mm:n ja 2,5 mm:n halkeaman leveyksiä vastaavat kuormien arvot. Jos mittaus tehdään palkin taipumamittauksena, standardissa SFS-EN 14651 + A1:en on annettu kaava, jonka avulla kyseisiä halkeamanleveyksiä vastaavat taipuman arvot voidaan määrittää.

Koepalkkeja valmistetaan vähintään kuusi kappaletta tutkittavaa kuitubetonilaatua kohden. Kuormitusarvoista määritetään kokeista saatu kyseisen teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden ominaisarvo. Ominaisarvon laskennassa variaatiokertoimena käytetään arvoa 0,2. Vastaava arvo on käytössä ruotsalaisten koepalkkien tulosten laskennassa. Arvo näyttää toteutuvan myös Suomessa tehdyissä kuitupalkkikoesarjoissa.

Kuva B.5. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen palkkikoe teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden määrittämiseksi (lähde: standardi SFS-EN 14651 + A1:en).

Kuva B.6. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen teräskuitubetonipalkki koekuormituksessa.

Teräskuitubetonin valmistajan tulee tehdä standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukainen palkkikoe viiden vuoden välein niistä teräskuitubetonilaaduista, joita toimitetaan ohjeen by 66 mukaisesti mitoitettuihin rakenteisiin. Testausta on tarvittaessa tehtävä myös tätä useammin, mikäli käytettävien teräskuitujen tai kovettuneen betonin ominaisuuksissa tapahtuu oleellisia muutoksia, jotka voivat merkittävästi vaikuttaa laskenta-arvoihin.

Mikäli alkutestauksessa on tutkittu useita teräskuitubetonilaatuja, seuraavissa viiden vuoden välein tehtävissä tarkistuksissa koestetaan testisarjan alin ja ylin lujuus. Jos näiden kokeiden testituloksissa on huomattavia poikkeamia suhteessa ensimmäisen testisarjan vastaaviin koekappaleisiin, on koko alkuperäinen koesarja uusittava.

4.2 Täydentävä laadunvalvontatestaus

Teräskuitubetonin taivutusvetolujuuden arvo varmistetaan lisäksi vuosittain tehtävillä betonin laadunvalvonnassa käytettävillä palkeilla (100 x 100 x 500 mm3), joille tehdään standardia SFS-EN 14651 + A1:en vastaava taivutuskuormitus. Palkkeja valmistetaan kuusi kappaletta kustakin tutkittavasta kuitubetonilaadusta. Kuormituksen yhteydessä mitataan palkkien taipumaa arvoilla, jotka on tehty yhteismitalliseksi vastaamaan 0,5 mm:n ja 2,5 mm:n halkeaman leveyksiä. Standardin SFS-EN 14651 + A1:en kaavoilla laskettuna nämä taipuman arvot ovat 0,47 mm ja 2,17 mm. Palkkien alapintaan palkin keskelle sahataan alkuhalkeama, jonka syvyys on 17 mm.

Tämä vastaa suhteessa vastaaville, standardin SFS-EN 14651 + A1:en mukaisille koepalkeille tehtävän sahauksen syvyyttä. Ominaisarvon laskennassa variaatiokertoimena käytetään arvoa 0,2. Palkeilla tehtyjen koesarjojen mukaan kyseinen variaatiokerroin soveltuu myös näille pienemmille testipalkeille.

Vertailevassa koesarjassa on todettu, että koepalkeilla 100 x 100 x 500 mm3 saadaan 15 % korkeampi lujuustaso kuin isommilla palkeilla. Tämän arvon perusteella voidaan arvioida tuloksen vastaavuutta suhteessa standardin mukaisiin kokeisiin. Pienemmillä koepalkeilla tukiväli on 450 mm, eli vähän pienempi kuin standardin mukaisessa kokeessa. Tämä ei kuitenkaan vaikuta oleellisesti koetuloksiin, koska jännevälin ja koekuorman suhde pysyy samana.

BY 66a KANTAVAN TERÄSKUITUBETONIRAKENTEEN LAADUNVALVONTA SEKÄ TYÖMAAN TOIMINTA- JA VALUOHJE

5

TERÄSKUITUMÄÄRÄN ARVIOINTI RAKENTEESTA PORATUSTA LIERIÖSTÄ

Mikäli on tarvetta selvittää valetun rakenteen teräskuitupitoisuutta kovettuneesta betonista, se voidaan tehdä standardin SFS-EN 14721 + A1:en (Test method for metallic fibre concrete. Measuring the fibre content in fresh and hardened concrete) mukaisella menettelyllä. Tällöin rakenteesta otetaan poralieriönäytteet, joita tulee ottaa vähintään kolme kappaletta kultakin tutkittavalta alueelta. Yksittäisen näytteen tulee olla suurempi kuin 1 dm3. Näytteet mitataan tarkasti niiden tilavuuden todentamiseksi. Porakappaleet murskataan ja näin irrotetut teräskuidut puhdistetaan ja punnitaan. Punnitustulokset muutetaan arvoiksi kg/betoni-m3. On huomattava, etteivät kuidut jakaudu täysin homogeenisesti rakenteessa eikä hyvin suppea näytteenotto anna edustavaa tietoa rakenteen sisältämästä kuitumäärästä.

Suomen Betoniyhdistys ry (BY) on riippumaton betonin oikeaa käyttöä edistävä teknistieteellinen asiantuntijayhdistys, jonka jäsenkunta edustaa laajasti betonirakentamisen eri osapuolia. Jäseninä on niin rakennesuunnittelijoita, arkkitehtejä, tutkijoita, urakoitsijoita kuin betonin, betonituotteiden sekä niiden osa-aineiden valmistajia. Yhdistys julkaisee teknisiä ohjeita, järjestää alan koulutusta ja jäsentilaisuuksia, osallistuu betonialan pätevyysjärjestelmän ylläpitoon ja kehittämiseen sekä toimii alan tutkimus- ja kehitystoiminnan tukena.

Suomen Betoniyhdistys ry

PL 381 (Eteläranta 10)

00131 Helsinki

Puh. 09 12991

www.betoniyhdistys.fi