28.4.2017 Artikkeli

Silkkaa betonia?

Betoni kuuluu meidän kaikkien arkeen muodossa tai toisessa. Siksi sen lujuuden kyseenalaistaminen herättää paljon kysymyksiä. Syiden löytäminen on hankalaa, sillä betoniin laatuun vaikuttavat monet tekijät kiviaineksesta ulkolämpötilaan.

Betoni nousi puheenaiheeksi, kun rautatiesillan valu epäonnistui Kemijärvellä ja Turun uuden yliopistollisen keskussairaalan perustukset osoittautuivat liian heikoiksi.

– Betoni näkyy ihmisille yhtenä harmaana massana, mutta oikeasti se on monimutkainen juttu. Yhdellä betoniasemalla saattaa olla jopa 3000 erilaista reseptiä erilaisille betoneille, Betoniteollisuus ry:n toimitusjohtaja Jussi Mattila kertoo.

Hyvät raaka-aineet perustana

Ensimmäisenä betonin laatua määrittävät sen raaka-aineet: vesi, sementti ja kiviaines. Lisäksi käytetään erilaisia lisäaineita esimerkiksi betonin notkistamiseksi ja ilmamäärän säätämiseksi.

Suomessa valmistuksessa käytetään tasalaatuista juomavettä, ja myös sementti on teollisena tuotteena vakiolaatuista. Kiviaines taas on luonnontuotetta, jonka ominaisuudet vaihtelevat.

– Betonissa vesi-sementtisuhde on laadun mittari, ja jos kiviaineksen sisältämää kosteutta ei oteta huomioon, valmistus voi mennä pieleen, Mattila toteaa.

Oma lukunsa ovat lisäaineet, joilla säädetään betonin ominaisuuksia. Vaikka niiden osuus betonista on promillejen luokkaa, lisäaineiden vaikutus on suuri.

– Viime aikoina ilmenneet ongelmat kulminoituvat osittain lisäaineisiin. Niitä on muutettu ja kehitetty, ja vaikka ne yleensä toimivat hyvin, tietyissä tilanteissa ne voivat yllättää, Aalto-yliopiston rakennustekniikan professori Jouni Punkki sanoo.

Tilaus ja valu tehtävä oikein

Suomessa betonia valmistetaan pääasiassa betoniasemilla, joissa tuotantoprosessia voidaan valvoa tarkasti. Valmistuksessa on otettava huomioon raaka-aineiden laatu ja betonin käyttötarkoitus: mihin olosuhteisiin betoni tulee ja kuinka pitkäksi rakenteen elinkaari suunnitellaan.

Sisärakenteiden betonin ei tarvitse kestää pakkasta, kun taas toisessa ääripäässä sillat ovat alttiina paitsi säälle myös suolaukselle. Siltojen säärasitus ja liikenteen aiheuttama kuormitus ovat suuria, minkä takia ne valetaan erittäin lujasta betonista.

Betonirakenteen laadun varmistamiseksi käyttäjän on tilattava oikeanlaista betonia. Betoni on kuljetettava oikein ja sitä on käytettävä oikein.

– Jos betoni on taikina, betonirakenne on leipä. Jos leipä paistetaan väärässä lämpötilassa, lopputulos ei tyydytä, olipa taikina kuinka hyvää tahansa, Punkki antaa esimerkin.

Kovettuminen vaatii hoitoa ja aikaa

Työmaan osuus on tärkeä rakenteen laadulle.

– Rakentajan vastuulla on muottitekniikka, betonin tiivistys sekä lämpötilojen hallinta ja muut jälkihoitoasiat, listaa siltoja rakentavan YIT Rakennus Oy:n tuotantojohtaja Risto Kanervo.

Paras lämpötila betonin valamiseen on +5–+20 astetta, riippuen rakenteen paksuudesta. Pakkasellakin betonia voidaan valaa, mutta alhaisissa lämpötiloissa sitä voidaan joutua lämmittämään.

Kovettuessaan betoni kehittää lämpöä. Tällöin on tärkeää, että maksimilämpötilat eivät ylity ja rakenteen lämpötilaerot pysyvät sallituissa rajoissa. Muuten rakenteen lujuus kärsii, ja siihen syntyy halkeamia.

Rakentajan tulee huolehtia ja varmistaa, että olosuhteet betonin sitoutumiselle ovat suotuisat ympäristön olosuhteista riippumatta.

Valun jälkeen betoni alkaa kovettua. Täyden lujuutensa betonin katsotaan saavuttaneen 28 vuorokauden kuluttua, mutta se kovettuu tämän jälkeenkin vielä vuosia tai jopa vuosikymmeniä.

– Jos betoni on ollut +20 astetta viileämmissä olosuhteissa, lujuuden saavuttaminen vie pitempään kuin 28 vuorokautta. Tätä ei aina muisteta, Mattila korostaa.

Sudenkuoppia testauksessa

Ongelmia voi siis ilmetä betonin raaka-aineiden reaktioissa, kuljetuksessa ja valussa, eikä betonin testauskaan ole yksinkertaista.

Betonin laatua valvoo valmistaja, jonka valvontaprosessin varmentaa ulkopuolinen tarkastaja. Käytännössä tämä merkitsee ilman määrän mittausta betonista tehtaalla, siltatöissä myös työmaalla sekä betonin lujuuden valvontaa betonitehtaalla. Rakenteen lujuuteen vaikuttavat kuitenkin myös betonin valutyöt ja jälkihoito työmaalla.

Valmistaja vastaa betonista myös sen kuljetuksen ajan. Varsinkin pitkillä matkoilla matkan pituus voi vaikuttaa betonin ilmamäärään.

Työmaalla ei ole sertifiointimenettelyjä betonitöille. Kun kyseessä on vaativa rakenne, työmaalla on oltava oma betonityönjohtaja, joka valvoo valun toteutusta ja jälkihoitoa. Viime aikoina työmaalla tehtävien mittausten määrä on noussut.

– Siellä on kuitenkin monia tekijöitä, jotka nostavat vaikeusastetta ja siten riskejä, kuten kiire, tilanpuute ja akkukäyttöiset laitteet, Inspectan rakennustuotteiden liiketoimintapäällikkö Matti Järvi kertoo.

– Tehtaan laadunvalvontaa voi täydentää työmaalla tehtävällä valvonnalla, mutta se ei voi korvata tehdasvalvontaa kokonaan.

Laboratoriossakin betonin testaaminen on järeää puuhaa: ilmamäärä mitataan 10 litrasta betonia ja valetut koekappaleet painavat 10 kiloa.

Poraamalla otetut koekappaleet tuovat omat riskinsä, sillä näytteenotossa on helppo tehdä virheitä. Poraus voidaan tehdä väärin, näytettä ei oteta riittävän syvältä tai koekappale ei ole tarpeeksi suuri. Myös koekappaleiden määrä vaikuttaa tulokseen.

Poranäytteiden testistandardin SFS-EN 13791 mukaan esiselvityksessä otetaan kuusi poranäytettä. Jos näissä todetaan alitusta, otetaan 15 poranäytettä, joiden perusteella betonin vaatimustenmukaisuus arvioidaan.

– Mitä vähemmän koekappaleita otetaan, sitä enemmän lujuuslaskennassa on otettava varmuusvähennystä huomioon. Pieni koekappalemäärä voi johtaa siihen, että lujuuden laskennallinen arvo on todellista heikompi, Kanervo korostaa.

Ongelmista eteenpäin

Betoniongelmia selvitetään nyt eri tahoilla. Kaikki alalla toimivat ovat yhtä mieltä siitä, että tilanne pitää selvittää perin pohjin ja ottaa siitä opiksi.

Punkki uskoo ongelmista syntyvän jotain hyvääkin.

– Pitkällä aikavälillä kriisi voi uudistaa ajattelun laadunvalvonnasta ja viedä alaa lopulta eteenpäin.

Sillat syyniin

Kemijärven rautatiesillan betoniongelmat saivat Liikenneviraston tekemään syksyllä 2016 selvityksen, jossa tutkittiin 16 sillan betonin laatua.

Tänä vuonna selvitystä laajennetaan: 93 siltaa eri puolilta Suomea tutkitaan. Kohteena ovat suurimmat ja vilkasliikenteisimmät maantie- ja rautatiesillat, jotka on rakennettu 2005–2016.

Kaikista silloista porataan koekappaleita, joiden lujuus ja tiheys mitataan.

– Esiselvityksen mukaan joissakin silloissa oli lujuusongelmia. Tämä ei kuitenkaan merkitse sitä, että liikenneturvallisuus vaarantuisi. Sillat suunnitellaan aina suuremmille kuormille kuin niillä oikeasti liikkuu, Liikenneviraston taitorakenneyksikön päällikkö Minna Torkkeli sanoo.

Aiemmin havaitut lujuuspuutteet vaikuttavat lähinnä siltojen käyttöikään.

Jos uusissa selvityksissä havaitaan isoja alituksia vaaditusta lujuudesta, sillan aito kantavuus selvitetään. Jos turvallisuusmarginaali on liian pieni, sillalle voidaan määrittää painorajoitus tai se voidaan pahimmassa tapauksessa joutua sulkemaan.

Julkaistu Presiis-lehden numerossa 1/2017.

Teksti: ANNE HÄNNINEN

Kuvitus: SHUTTERSTOCK

Lue lisää

Betoniteollisuus ry