2. BETONIN PURISTUSLUJUUS
2.4 Betonin ominaislujuuden määritys rakennekoekappaleista
betonielemen-teistä käytetään rakennekoekappaleita, jotka porataan irti rakenteista. Valmiin rakenteen
puristuslujuuden arvioinnissa on otettava huomioon sekä materiaalien, että rakenteiden valmistustapojen ja tekniikoiden vaikutukset. Betonirakenteiden valmistuksessa mm. tii-vistyksellä ja jälkihoitotoimenpiteillä on merkittävä vaikutus betonin puristuslujuuteen.
Lisäksi rakennekoekappaleen ominaisuuksilla, kuten halkaisijalla, pituuden ja halkaisijan suhteella (L/D-suhde) sekä päiden tasoitustekniikalla on merkittävä vaikutus mitattavaan puristuslujuuteen. Rakenteen puristuslujuuden arvioinnissa tulee ottaa myös huomioon rakennekoekappaleen sijainti, erityisesti pystysuuntaisella sijainnilla on havaittu olevan merkittävä vaikutus rakenteesta mitattavaan puristuslujuuteen. Betonin puristuslujuuden arvioimiseen rakennekoekappaleista saattaa olla monia eri syitä, ainakin seuraavissa ta-pauksissa puristuslujuuden arviointi rakennekoekappaleiden avulla on tarpeen [2]:
∂ Rakennetta muutetaan tai mitoitetaan uudelleen
∂ Rakenteen kelpoisuuden arviointiin, kun epäillään rakenteiden puristuslujuuden madaltuneen virheellisten tai väärin suoritettujen työtekniikoiden tai vaurioitumi-sen seuraukvaurioitumi-sena.
∂ Rakenteen puristuslujuuden arviointi on tarpeen rakentamisen aikana.
∂ Rakenteen kelpoisuuden arvioimiseen, kun standardikoekappaleiden puristuslu-juustuloksissa on havaittu alituksia.
∂ Rakenteen puristuslujuuden arvioimiseen, kun selvitetään, onko rakenteen lujuus määritellyn tai tuotestandardin mukainen. [2]
Valmiin rakenteen ominaispuristuslujuuden arvioinnissa rakennekoekappaleiden avulla poraaminen ja valmistelut tulee tehdä standardin EN 12504-1 [14] mukaisesti ja testaa-minen standardin EN 12390-3 [13] mukaisesti. Rakennekoekappaleiden poraatestaa-minen, työstäminen, mittavaatimukset sekä puristuskokeiden suorittaminen käsitellään tarkem-min tämän tutkimuksen tulevissa kappaleissa. Standardeissa EN 13791 [2] ja SFS 7022 [1] sekä Betoninormissa BY 65 (2016) [15] käsitellään, kuinka Suomessa huomioidaan rakennekoekappaleiden ominaisuudet ja muutoskertoimet standardikoekappaleiden pu-ristuslujuudeksi. Tämän tutkimuksen yhteydessä tarkasteltiin myös muiden maiden käy-täntöjä rakennekoekappaleiden ominaisuuksien huomioimiseen ja muutoskertoimia ver-tailukappaleiden lujuuksiksi. Muita tarkasteltuja maita olivat Saksa, Ruotsi, Iso-Britannia ja Yhdysvallat. Kansallisissa ohjeissa esiintyy poikkeamia mm. muutoskertoimissa ja pu-ristuslujuuden arvioinnissa huomioitavissa ominaisuuksissa. Suomessa sekä muissa tar-kastelluissa maissa rakennekoekappaleen puristuslujuuteen vaikuttavia tekijöitä ei huo-mioida samalla tavalla, eroavaisuuksia on esimerkiksi muunnoskertoimissa ja huomioon otettavissa tekijöissä. Tässä kappaleessa käsitellään rakennekoekappaleen ominaispuris-tuslujuuden määrittämistä Suomessa voimassa olevien standardien ja ohjeiden mukai-sesti. Muiden maiden käytäntöjä on esitelty kappaleissa 2.7-2.9, mikäli ne poikkeavat Suomen käytännöistä. Kaikkien tarkasteltujen maiden ohjeet ja standardit huomioiden rakennekoekappaleesta mitatun puristuslujuuden muuntamisessa vertailtavan standardi-koekappaleen lujuudeksi huomioidaan seuraavia tekijöitä:
∂ Kokovaikutus eli rakennekoekappaleen halkaisija
∂ Pituuden ja halkaisijan välinen suhde (L/D-suhde)
∂ Kosteuspitoisuuden vaikutus
∂ Rakennekoekappaleen poraamisen vaikutus
∂ Raudoituksen vaikutus rakennekoekappaleessa
∂ Betonin kypsyyden ja iän vaikutus.
Suomessa voimassa olevissa standardeissa [1] ja [2] sekä ohjeissa [15] edellä listatuista rakennekoekappaleen puristuslujuuteen vaikuttavista tekijöistä huomioidaan ainoastaan rakennekoekappaleen halkaisija. Edellä mainituissa standardeissa puristuslujuuteen vai-kuttavat tekijät tunnistetaan, mutta Suomen ohjeissa tekijöille ei ole esitetty korjausker-toimia.
Betoninormeissa 2016 [15] kerrotaan, että rakennekoekappaleiden halkaisijana käytetään tyypillisesti 100 mm:n halkaisijan omaavia poralieriöitä, joiden pituuden ja halkaisijan suhde on 1 ± 0,05. Rakennekoekappaleiden halkaisijana voidaan käyttää myös muun ko-koisia lieriöitä [15]. Yleensä käytännön syistä valmista rakenteesta porattavien rakenne-koekappaleiden halkaisijana käytetään alle 100 mm. Esimerkiksi siltarakenteissa raudoi-tus on hyvin tiheä, jonka seurauksena rakenteesta ei pystytä poraamaan teräksetöntä näy-tettä, jonka halkaisija on 100 mm. Liikenneviraston (nykyinen Väylävirasto) ohjeessa Taitorakenteiden erikoistarkastusten laatuvaatimukset – Sillat [16] ohjeistetaan käyttä-mään puristuskokeessa 80 mm tai suurempia rakennekoekappaleita.
Standardin SFS 7022 [1] mukaisesti puristuslujuuden vaatimuksenmukaisuuden täytty-mistä seurattaessa rakennekoekappaleiden puristuslujuustulokset muunnetaan sivumital-taan 150 mm:n standardikuution puristuslujuudeksi. Jäljempänä tässä kappaleessa käyte-tään vain termiä standardikuutio ja sen koko esitekäyte-tään, jos se poikkeaa 150 mm:stä. Ra-kennekoekappaleiden puristuslujuustuloksia muunnettaessa standardikuution puristuslu-juudeksi käytetään korjauskertoimia rakennekoekappaleen halkaisijan perusteella. Ku-vassa 5 on esitetty standardin SFS 7022 esitetyt muutoskertoimet, jotka ovat rakenne-koekappaleen halkaisijan mukaan seuraavat:
∂ Halkaisijaltaan 50…80 mm:n rakennekoekappaleiden puristuslujuustulokset ker-rotaan luvulla 1,1.
∂ Halkaisijaltaan 100…150 mm:n rakennekoekappaleiden puristuslujuustulokset kerrotaan luvulla 1,05
∂ Halkaisijaltaan 80…100 mm:n rakennekoekappaleiden puristuslujuustuloksen muunnoskerroin määritetään lineaarisesti interpoloimalla. [1]
Kuva 5.Standardin SFS 7022 [1] muunnoskertoimet rakennekoekappaleiden puristuslu-juustulosten muuntamiseksi standardikuution lujuutta vastaavaksi, kun L/D-suhde on 1,0 Standardissa EN 13791 [2] esitetään, että 100 mm:n halkaisijan omaavan ja L/D-suhteel-taan 1,0 rakennekoekappaleen puristuslujuus vastaa sivumitalL/D-suhteel-taan standardikuution lu-juutta, kun säilytys- ja valmistusolosuhteet ovat samat. Mikäli L/D-suhde on 2,0 ja raken-nekoekappaleen halkaisija välillä 100-150 mm kerrotaan puristuslujuuskokeen tuloksen vastaavan halkaisijaltaan 150 mm ja pituudeltaan 300 mm standardilieriön lujuutta, kun säilytys- ja valmistusolosuhteet ovat samat.
Standardissa kerrotaan lisäksi, että edellä mainituista L/D-suhteista poikkeavat ja halkai-sijaltaan 50…150 mm:n rakennekoekappaleiden puristuslujuudet tulee muuntaa vertail-tavan standardikoekappaleen lujuudeksi soveltuvaksi osoitetuilla muunnoskertoimilla.
[2]. Kyseisiä kertoimia ei ole annettu Suomessa voimassa olevissa standardeissa ja oh-jeissa.
Yksittäisen rakennekoekappaleen puristuslujuus muutetaan standardikuutiota vastaavaksi puristuslujuudeksifis.cube [MPa] kaavalla (3).
. = × (3)
jossaKdia on kuvasta 5 määritettävä muunnoskerroin rakennekoekappaleen halkaisijalle jafis on rakennekoekappaleen puristuslujuustulos [MPa]. Lisäksi jos rakennekoekappale on liimattu kahdesta osasta, kerrotaan tulos kertoimella 1,05 [15].
Valmiin rakenteen puristuslujuutta arvioitaessa testattavien rakennekoekappaleiden luku-määrä valitaan testattavan rakenteen koon ja testien tarkoituksen perusteella. Valmiin ra-kenteen puristuslujuutta arvioitaessa tulee tilastollisista ja turvallisuussyistä ottaa niin monta porakappaletta kuin on tarkoituksenmukaista. Näyteporausten vaikutukset raken-teeseen on aina huomioitava. Mikäli valmiin rakenteen puristuslujuuden arvioimisessa
1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,1 1,11
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Muunnoskerroin
Poralieriön halkaisija D[mm]
käytetään halkaisijaltaan 100 mm tai suurempia rakennekoekappaleita tulee yksittäisen arvosteluerän koostua vähintään kolmen rakennekoekappaleen puristuslujuustuloksesta.
Poratuilla rakennekoekappaleilla, joiden halkaisija on alle 100 mm ja L/D-suhde 1,0, lu-juuden vaihtelu on yleensä suurempaa kuin suuremmilla rakennekoekappaleilla. Tästä syystä halkaisijaltaan 50 mm:n rakennekoekappaleita käytettäessä tulee tehdä kolminker-tainen määrä puristuslujuuskokeita verrattuna halkaisijaltaan 100 mm:n rakennekoekap-paleisiin. Edellä mainittujen rakennekoekappale kokojen väliarvot voidaan interpoloida suoraviivaisesti [2].
Standardissa EN 13791 [2] annetaan kaksi menettelytapaa ominaislujuuden määrittä-miseksi rakennekoekappaleiden puristuslujuustuloksista. Ominaislujuuden määrittämi-seen käytettävä laskentatapa valitaan rakennekoekappaleiden puristuslujuustulosten lu-kumäärän mukaan. Menettelytavassa A puristuslujuustuloksia tulee olla vähintään 15 ja menettelyssä B kolme. Arvosteluerän, joka koostuu vähintään 15 rakennekoekappaleen puristuslujuustuloksesta, ominaislujuus lasketaan kaavasta (4).
. = ( ). , ×
. [ ] (4)
jossafm(n).ison arvosteluerän koetulosten keskiarvo [MPa],s on arvosteluerän koetulosten keskihajonta [MPa], joka on vähintään 2 MPa jafis.minon arvosteluerän matalin puristus-lujuustulos [MPa]. Arvosteluerän, joka koostuu 3-14 rakennekoekappaleen puristuslu-juustuloksesta, ominaislujuus lasketaan kaavasta (5).
. = ( ).
. [ ] (5)
jossafm(n).ison arvosteluerän koetulosten keskiarvo [MPa],k on koetulosten lukumäärästä riippuva marginaali taululukon 2 mukaisesti jafis.minon arvosteluerän matalin puristuslu-juustulos [MPa].
Taulukko 2. Puristuskokeiden lukumäärän perusteella määräytyvä marginaali k, mu-kaille lähdettä [2].
Arvosteluerän eli rakenteen laskettua ominaislujuutta vastaava, standardin EN 206 [7]
mukainen betonin puristuslujuusluokka saadaan määritettyä taulukon 3 perusteella. Stan-dardin EN 13791 [2] mukaisesti rakennekoekappaleista määritetyssä lujuudessa sallitaan 15 % alitus standardikoekappaleilla määritettyyn lujuuteen verrattuna. Standardin mukai-sesti tämä huomioidaan kertomalla standardikoekappaleiden ilmoitettu lujuudet
kertoi-mella 0,85, mistä saadaan määritetyn ominaislujuuden raja-arvot tietyissä puristuslujuus-luokissa. Taulukossa 3 kerroin on huomioitu ilmoitetuissa minimiarvoissa. Taulukon 3 puristuslujuusluokkien määrittely on standardissa EN 13791 [2] esitetty vain menettely-tavalle A (n ≥ 15), mutta määrittelyn voidaan olettaa pätevän myös menettelylle B. Stan-dardissa huomautetaan, että pieneen koekappalemäärään liittyy suurempi epävarmuus.
Kun halutaan saavuttaa sama luotettavuustaso kuin suurilla koekappalemäärillä (n ≥ 15), johtaa menettelytapa B yleensä pienempiin ominaislujuuden arvoihin kuin suurilla testi-tulosten määrillä. Mikäli valmiista rakenteesta arvioidun betonin ominaislujuuden arvioi-daan olevan liian konservatiivisella puolella, on suositeltavaa porata lisää rakennekoekap-paleita tai käyttää vaihtoehtoisia puristuslujuudenarviointimenetelmiä testitulosten luku-määrän kasvattamiseksi. Menettelytavan B konservatiivisten tulosten takia menetelmää ei tule käyttää tilanteissa, joissa betonin vaatimustenmukaisuuden epäillään olevan puut-teellinen.
Taulukko 3.Valmiista rakenteesta rakennekoekappaleiden avulla määritetyn puristuslu-juuden ominaisarvon alarajat eri betonin puristuslujuusluokille, mukaillen lähdettä [2].
Betonin puristus
fck.is fck.is.cube
C8/10 7 9