Korjausvaihtoehtoja alkalikiviainesreaktion vaurioittamille rakenteille . 83

Ennen rakenteen korjaustavan määritystä tulee tehdä arvio alkalikiviainesreaktion mahdolli-sista rakenteellimahdolli-sista vaikutukmahdolli-sista ja riskeistä. Taulukossa 12 on esitelty yksi tapa arvioida, millaisia rakenteellisia vaikutuksia alkalikiviainesreaktiolla voi olla rakenteeseen. Taulukko perustuu Ian Simsin ja Alan B. Poolen teokseen Alkali-Aggregate Reaction in Concrete: A World Review [1]. Taulukon perusteella voidaan arvioida ovatko reaktion rakenteelliset vai-kutukset vakavia vai merkityksettömiä perustuen rakenteen raudoitukseen, halkeilun mää-rään ja rakenteen romahtamisen seurauksien perusteella.

Mikäli taulukon mukaan seuraukset ovat todella vakavia tai vakavia, on tarpeellista harkita suurempia korjauksia, kuten rakenteiden uusimista. Mikäli puolestaan vaikutukset ovat vä-häisä, voidaan harkita vain kosteusrasituksen poistamista, mikäli se on mahdollista. Käsitel-lessä alkalikiviainesreaktiota ja mahdollisia korjaustapoja on tärkeää muistaa, että reaktioon vaikuttavat niin monet tekijät, että reaktion etenemisen ennustaminen voi olla haastavaa, vaikka kuntotutkimuksista olisikin saatu paljon tietoa reaktioon liittyen.

Taulukko 12. Rakenteelliset vaikutukset [1, s. 148].

Luokka 1: Laajentuminen täysin estetty koukuilla tai hitsatuilla lenkeillä Luokka 2: Tavanomainen raudoitus

Luokka 3: Pintaraudoitettu rakenne tai kevyt/viallinen raudoitus Ajantasainen laajentumisen indeksi (ks. 3.4.3):

I=<0,6 mm/m II=0,6-1,0 mm/m III=1-1,5 mm/m IV=1,5-2,5 mm/m V= >2,5 mm/m

Ennen korjaussuunnittelun aloittamista kannattaa tulevaa korjausta tarkastella myös seuraa-vien kysymysten avulla [1, s. 150].

• Mikä on korjauksen tarkoitus ja käyttöikä?

• Onko kyseessä kantava rakenne?

• Koskeeko reaktio koko rakennetta?

• Onko rakenteen lujuus heikentynyt vai pysynyt samana?

• Onko rakenne turvallinen?

• Saadaanko kosteusrasitus poistettua/pienennettyä jollakin keinolla?

• Minkälaisille olosuhteille rakenne on aikaisemmin altistunut ja millaisille olosuh-teille tulee tulevaisuudessa altistumaan? (lämpötila, päästöt, jäätyminen ja sula-minen, ulkopuoliset alkalit)

• Onko käytetty sementti kuinka alkalipitoista ja millaista kiviainesta on käytetty?

• Millainen rakenne on kyseessä? (pelkkää betonia, kevyt raudoitus, hyvin suunni-teltu raudoitus, mahdollinen esijännitys)

• Miten rakenne suhtautuu ympärillä oleviin rakenteisiin? (vierekkäiset rakenteet, vapausasteet, laitteistoa, jota täytyy säätää tai siirrellä)

• Kuinka rakenteelle päästään ja onko korjaustyöllä toimintarajoituksia? (Siltojen ja teiden käyttö, tehtaiden toiminta jne.)?

• Mikä on korjauksen budjetti?

Korjaustoimenpiteiden laajuus tulee päättää aina tapauskohtaisesti ottaen huomioon raken-teen nykyinen kunto, vaurion vakavuus sekä reaktion mahdollinen eteneminen ja kuinka to-dennäköisesti reaktio aiheuttaa vakavia vaurioita rakenteeseen. Reaktion etenemisen arvi-ointi on todennäköisesti kuitenkin melko haastavaa, vaikka kuntotutkimus olisikin ollut kat-tava ja betonin ominaisuudet olisivat tiedossa, koska reaktion etenemiseen vaikutkat-tavat mo-net asiat eikä reaktion kehittymisestä ole olemassa ohjeistusta, vaan kehittymisen seuraa-minen vaatisi esim. halkeamaleveyden kehittymisen seuraamista pidemmän ajanjakson ajan.

Mahdollisia korjauskeinoja ovat mekaanisten keinojen käyttö laajenemisen rajoittamiseksi, veden/kosteuden pääsyn estäminen rakenteisiin, kemiallisten keinojen käyttö tai kokonaisen tai osittaisen rakenneosan korvaaminen [1, s. 150-163]. Korjaussuunnittelussa tulee ottaa huomioon myös betonin muu vaurioituminen kuten raudoitteiden korroosio, pakkasrapautu-minen ja karbonatisoitupakkasrapautu-minen.

Yleisesti voidaan todeta, että tällä hetkellä ei ole olemassa korjaustapoja, jotka olisivat riittä-vän tehokkaita korjaamaan alkalikiviainesreaktion vaurioittamaa betonia tai edes estämään vaurion kehittymistä täysin, ellei rakennetta korvata uudella rakenteella. Ensisijaisena toi-menpiteenä on kuitenkin tärkeää pyrkiä vähentämään rakenteen kosteusrasitusta. Erilaisten pinnoitteiden levitys voi olla tehokas keino hidastamaan vaurioiden etenemistä. Joissakin tapauksissa lisäraudoitus voi olla paras keino laajentumisen rajoittamiseen. Kaikkein vai-keimmissa tapauksissa rakenteen osittainen tai kokonaan purkaminen ja rakenteen korvaus uudella rakenteella voi olla sopivin ratkaisu [1, s. 159-160].

Kaikissa muissa korjaustavoissa paitsi rakenteen purkamisessa kokonaan ja uudelleen ra-kentamisessa tulee huomioida, että rakenteeseen jää reagoivaa betonia ja mahdollisesti vaurioitunutta betonia. Tällöin on tärkeää, että betonin kuntoa tarkkaillaan korjauksen jäl-keen.

5.3.1 Mekaanisiin keinoihin perustuvat metodit

Mekaanisiin keinoihin perustuvia korjaustapoja on olemassa useita. Rakenteisiin voidaan li-sätä vahvikkeita, jotka voivat olla joko aktiivisia tai passiivisia riippuen siitä ovatko ne asen-taessa jännitettyjä vai eivät. Vahvikkeet valmistetaan pääosin teräksestä, mutta on myös mahdollista tehdä passiivisia vahvikkeita käyttäen kuituvahvisteisia polymeerejä. Joissakin tapauksissa on todettu toimivaksi vahvistaa betonirakenteita teräslevyillä ja pulteilla.

Harvemmin käytettyjä keinoja ovat vaakatukien lisääminen rakenteisiin sekä jännityksien poistaminen rakenteesta. Vaakatukien lisäämistä rakenteeseen voidaan poistaa pystykuor-maa alkalikiviainesreaktion vaurioittamilta rakenteilta esimerkiksi paaluissa. Jännityksen poistaminen puolestaan tapahtuu sahaamalla rakenne osittain tai kokonaan poikki. Tämä keino on käytössä lähinnä massiivisissa padoissa [1, s. 150-154].

5.3.2 Kosteusrasitusta alentavat metodit

Betonirakenteen kuivattaminen on yksi mahdollisuus alkalikiviainesreaktion vaurioittaman betonin käyttöiän lisäämiseen, mikäli rakenteen kuivattaminen on mahdollista. Rakenteet kuivuvat eri kosteudensiirtoilmiöiden vaikutuksesta. Kosteus voi siirtyä rakenteiden pinnoille kapillaarisesti, jos RH on suurempi kuin 98 %. Kun RH on pienempi kuin 98 %, ollaan hygro-skooppisella kosteusalueella. Tällöin kosteus poistuu materiaalista diffuusiolla ja ilmavirtaus-ten mukana. Mikäli rakennetta ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on 100 %, eivät ra-kenteet pääse kuivumaan muuta kuin painovoimaisella vedensiirtymisellä [36].

Kuivumista voidaan tehostaa lämmittämällä rakennetta, aiheuttamalla ilmavirtaa rakentee-seen tai alentamalla rakennetta ympäröivän ilman kosteutta. Vanhojen betonirakenteiden kuivattaminen voi kuitenkin olla haastavaa, koska vanhan jo kovettuneen betonin kuivuminen on huomattavasti hidastunut verrattuna uusien betonirakenteiden kuivumiseen [36].

Erilaisten vesihöyrytiiviiden pinnoitteiden asennuksissa tulee aina huomioida, että betonira-kenne ei pääse enää kuivumaan pinnoitteen asennuksen jälkeen. Näin ollen rakenteen tulisi aina olla kuiva ennen tiiviin pinnoitteen asentamista ja pinnoitetta ei tulisi asentaa, mikäli rakennetta ei saada kuivatettua tarpeeksi. Betonin suhteellinen kosteus tulisi aina tarkistaa ennen pinnoitustöiden tekemistä. Esimerkiksi uimahalleissa ja kylpylöissä vedeneristäminen voi olla toimiva vaihtoehto, koska rakenteet saadaan sisätiloissa kuivatettua ennen vedene-risteen asentamista [26].

Jotkin rakenneosat ovat alttiina seisovalle vedelle. Tällaisia rakenneosia ovat esimerkiksi sil-lan osat, kuten liitokset, laiturit ja perustukset, joissa vedenpoisto ei toimi kunnolla tai on puutteellinen. On erittäin suositeltavaa tyhjentää rakenteet vedestä tai ohjata vesi kulkemaan eri reittiä rakenteen kosteusrasituksen vähentämiseksi. Yleensä tämä on yksinkertaisin ja

helpoin ratkaisu ainakin ensiavuksi alkalikiviainesreaktiota vastaan. Suositeltavaa on korjata myös vedeneristys rakenteissa, mikäli se on vaurioitunut [1, s. 154-15].

Läpäisevät tiivistysaineet ovat tuotteita, jotka tunkeutuvat betonipinnan onteloihin ja pysyvät vakaina tietyn ajan. Tällaiset tuotteet eivät silota halkeamia vaan niiden tarkoitus on suojata betonia veden tunkeutumiselta ja sallia vesihöyryn siirtyminen. Suurin osa tiivistysaineista on formuloitu piiyhdisteillä ja niihin kuuluvat mm. silikaatit, silaanit, siloksaanit ja silikonit. Usei-den maiUsei-den kokemuksen perusteella siloksaaneilla ja silaaneilla on paremmat ominaisuudet suojauksen suhteen. Nämä tuotteet sitoutuvat kemiallisesti betonin pintahuokosiin ja hylkivät vettä. Tuotteiden tehokkuudesta on vaikeaa vetää yhtenäisiä johtopäätöksiä, koska markki-noilla on olemassa runsas valikoima erilaisia tuotteita, joiden silaanipitoisuus vaihtelee sa-moin kuin se onko tuote vesi- vai liuotinpohjainen. Läpäisevien tiivistysaineiden käyttöikä on melko lyhyt verrattuna betonirakenteiden elinkaareen ja käsittely on uusittava melko usein, jopa viiden vuoden välein [1, s. 155].

Pinnoitusten levitys voidaan jakaa kahteen kategoriaan, jotka ovat maalattu pinnoitusjärjes-telmä (enimmäispaksuus n.200-300 mikronia) ja paksumpi pinnoitusjärjespinnoitusjärjes-telmä, jonka pak-suus on muutaman millimetrin. Maalatun pinnoitteen levittäminen on yksinkertaisin tapa pin-noituksen toteuttamiseen. Mikäli maalatun järjestelmä on vesihöyryä ja vettä läpäisevä, on sen tehokkuus alkalikiviainesreaktion torjumiseen mitätön [1, s. 155-156].

Paksumpien pinnoitteiden toimivuuden kannalta oleellista on valita pinnoite, joka on vesitiivis ja joka pystyy laajentumaan betonirakenteiden mukana. Pinnoitteella tulee olla myös riittävä joustavuus halkeamien kohdalla, jotta pinnoite voi täyttää myös laajenevat halkeamat. Vesi-tiiviin pinnoitteen asennus voi tuottaa positiivisia tuloksia, mikäli pinnoite on riittävän tiivis (mukaan lukien tiiveys vesihöyryä vastaan) ja se on asennettu oikein ja riittävän kuivana aikana. Pinnoitteen levitys ei kuitenkaan pysäytä reaktiota ja se voi jatkua, kunnes betonin suhteellinen kosteus laskee tarpeeksi alhaiseksi. Riittävän alhaisen suhteellisen kosteuden saavuttaminen riippuu rakenteen koosta sekä ympäröivistä olosuhteista [1, s. 155-156].

Ranskassa on esimerkiksi saatu tuloksia, joiden mukaan joillakin pinnoitteilla on kyky vähen-tää rakenteiden alkalikiviainesreaktiosta johtuvaa laajenemista. Norjassa puolestaan on saatu tutkimustuloksia, joiden mukaan mikään pintasuojausjärjestelmä ei kyennyt vähentä-mään tai pysäyttävähentä-mään alkalikiviainesreaktion aiheuttamia vaurioita ja halkeilu sekä vaurioi-tuminen jatkui. Paksumpi pinnoite voi siis toimia väliaikaisena ratkaisuna, mutta sen toimi-vuudesta ei ole varmuutta [1, s. 155-156].

Rakenteiden verhoaminen tai pellittäminen on yksi tapa estää veden imeytymistä rakentei-siin. Verhous koostuu yleensä teräksestä tai muovista valmistetusta seuloista, jotka on suun-niteltu suojaamaan rakennetta sateelta. Verhouksen ja rakenteen välillä pidetään rako kos-teuden hallitsemiseksi, veden tiivistymisen estämiseksi ja kuivumisen edistämiseksi. Tuettu

verhous on voidaan suunnitella tuottamaan ilmavirtoja, jotka voivat alentaa betonirakenteen kosteuspitoisuutta ja siten vähentää reaktionopeutta [1, s. 154].

Kosteuden alentaminen rakenteessa edellä mainitulla tavalla voi vaatia melko pitkän ajan, mikäli kyseessä on suuri betonirakenne, tai ilmasto on erittäin kostea. Tämän vuoksi verhoa-mista käytetään hoikille betonirakenteille melko kuivassa ilmastossa. Tällaisen ratkaisun haittapuolia ovat rakenteen muuttuva ulkonäkö ja se, että verhous voi peittää alleen kehitty-vät vauriot. Jos verhous tehdään oikein, voidaan tätä tekniikkaa käyttää myös ennaltaehkäi-sevänä toimenpiteenä [1, s. 154]. Verhous tai pellitys voidaan toteuttaa suojaamaan jo kuivaa rakennetta, jolloin voidaan ehkäistä alkalikiviainesreaktiolle altistavaa kosteusrasitusta.

Halkeamien injektointia on aikaisemmin käytetty ensimmäisenä vaihtoehtona alkalikiviaines-reaktion vaurioittamien rakenteiden korjaamiseen. Halkeamien injektointi tehtiin yleensä epoksihartseilla, mutta ongelmana on, että yleensä injektoidut halkeamat halkesivat uudel-leen tai injektoitujen halkeamien viereen syntyi uusia halkeamia. Nykyään ymmärretään, että halkeamien injektointi ei suojaa muuta betonirakennetta vedeltä tai kosteudelta, eikä se näin ollen yleensä poista ongelmaa. Tietyissä erikoistapauksissa halkeamien injektoimisesta voi kuitenkin olla hyötyä. Tällaiset tilanne on esimerkiksi, kun halutaan välttää mahdollisesti vau-rioita aiheuttavien aineiden pääsy betoniin halkeamien kautta tai kun halkeamien liikkeet ovat melkein vakiintuneet ja rakenteen laajeneminen lähestyy loppuaan. Halkeamien injektointi voi tulla tarpeeseen myös, jos rakenteen jälkijännitystä lisätään [1, s. 157].

5.3.3 Rakenneosien korvaaminen kokonaan tai osittain

Rakenteiden osittainen tai kokonaan purkaminen on kaikkein turvallisin ratkaisu rakenteen käyttöiän pidentämiseksi. Rakenteen purkaminen kokonaan on kuitenkin erittäin kallista etenkin, jos kyseessä on rakenne, joka joudutaan pitämään toiminnassa korjauksen ajan esimerkiksi sillat tai perustusrakenteet. Suureksi nousevien kustannusten vuoksi rakenne-osien korvaaminen on melko vähän käytetty ratkaisu [1, s. 159].

Tilanteissa, joissa päädytään purkamaan rakenne kokonaan, vaikuttavat usein teknisten syi-den lisäksi myös muut seikat. Tällaisia seikkoja voivat olla esimerkiksi ulkonäölliset syyt tai se, että rakenteella on alkuperäisiä puutteita. Rakenteen purkamista kokonaan puoltavat myös pitkän käyttöiän tavoittelu, kuormitusten muutos korjaustöiden yhteydessä ja se, että betonirakenteen kuntoa ei voida seurata [1, s. 159].

Osittainen rakenteiden purkamine ja uusiminen on yleisempää ja sitä kannattaa pitää vaka-vana vaihtoehtoja eri korvaustapoja punnitessa. Osittaisessa uusimisessa rapautunutta be-tonia piikataan tai poistetaan muuten pois ehjään betonipintaan saakka. Vaurioituneen beto-nin poistamisen jälkeen rakenne paikataan esimerkiksi valukorjauksella tai

ruiskubetonoin-nilla. Rakenteiden manttelointi on myös yksi vaihtoehto pystyrakenteiden esimerkiksi betoni-pilarien kohdalla. Mantteloinnissa rakenteen ympärille valetaan uusi betonikuori, jolla saa-daan parannettua rakenteen puristuskestävyyttä.

Osittaisessa uusimisessa vanhaa mahdollisesti vaurioitunutta ja reagoivaa kiviainesta sisäl-tävää betonia jää edelleen rakenteeseen, joka tulee ottaa huomioon korjaussuunnittelussa siten, että rakenteen kosteusrasitus tulisi estää mahdollisuuksien mukaan. Rakenteen osit-tain uusimista voidaan harkita etenkin, kun vaurioituminen on paikallista ja rakenteen kanta-vuus on tutkitusti riittävällä tasolla. Osittaista uusimista puoltaa myös kohtalaisen käyttöiän tavoittelu [1, s. 159].