Poraus, katkaisu ja päiden tasoitus

Timanttiporauksessa rakennekoekappaleen porauspinnoille saattaa muodostua mikrohal-keamia, joiden takia rakennekoekappaleen puristuslujuus jää alhaiseksi. Lisäksi timantti-porauksessa lävistetään runkoainespartikkeleita, mikä saattaa vaurioittaa runkoainespar-tikkelin ja sementtikiven välistä tartuntaa. Tämän seurauksena runkoainespartikkeli saat-taa irrota rakennekoekappaleesta puristuskokeen aikana ja puristuslujuus jää alhaisem-maksi. Runkoaineksen irtoamista puristuskokeen aikana on havainnollistettu kuvassa 72.

Pienillä rakennekoekappaleilla poratun vaipan pinta-alan suhde tilavuuteen on suurempi kuin suuremmilla rakennekoekappaleilla, jolloin poraus vaikuttaa niihin merkittävämmin [36]. American Concrete Instituten julkaisemassa raportissa ACI 214.4R-10 [35] esite-tään, että porauksen aiheuttamat vauriot tulee huomioida korjauskertoimella 1,06, mikä perustuu Bartlett ja MacGregor tekemään tutkimukseen [36]. Suomessa ja muissa euroop-palaisia standardeja soveltavissa maissa porauksen vaikutukselle ei ole esitetty korjaus-kerrointa verrattaessa rakennekoekappaleesta määritettyä puristuslujuutta standardi-koekappaleiden puristuslujuuteen.

Rakenteen läpiporatut rakennekoekappaleet katkaistaan halutun pituisiksi yleensä timant-tisahaamalla. Timanttisahaus on toimenpiteenä rinnastettavissa timanttiporaukseen.

Kummassakin tapauksessa katkaistaan runkoainespartikkeleita, jolloin runkoaineksen ja sementtikiven välinen tartunta saattaa vaurioitua. Lisäksi on myös todennäköistä, että sa-haus aiheuttaa rakennekoekappaleen pinnalla mikrohalkeilua timanttiporauksen tapaan.

Rakennekoekappaleiden katkaisun vaikutusta puristuslujuuteen ei ole suoranaisesti laa-jasti tutkittu. Timanttisahauksen vaikutuksen voidaan arvioida olevan pienempi kuin ti-manttiporauksen, mikäli toimenpiteiden aiheuttamat vauriot rakennekoekappaleeseen ovat samankaltaiset. Rakennekoekappaletta katkaistaessa mahdollisesti vaurioitetut heik-kotartuntaiset runkoainespartikkelit asettuvat puristuskoneen kuormituslevyjä vasten si-ten, että niiden ei ole mahdollista irrota puristuskokeen aikaan. Mahdollisen mikrohalkei-lun vaikutusta on hankala todentaa ilman laajoja lisätutkimuksia.

Olemassa olevista rakenteista rakennekoekappaleita poratessa rakenteen paksuus on usein niin suuri, että rakenteen läpi ei voida tai ei ole kannattavaa porata. Näissä tapauk-sissa poraus päätetään määräsyvyyteen ja katkaistaan taivuttamalla, jolloin rakenne-koekappaleeseen oletettavasti muodostuu vetojännityksiä katkaisukohdan läheisyydessä.

Meininger tarkasteli tutkimuksessaan [18] rakennekoekappaleen taivuttamalla katkaisun vaikutusta rakennekoekappaleista mitattavaan puristuslujuuteen. Tutkimuksen tulosten perustella taivuttamalla katkaistujen rakennekoekappaleiden puristuslujuus on keskimää-rin 2 % pienempi kuin rakenteesta läpiporattujen rakennekoekappaleiden lujuus. Taivut-tamalla katkaisulla ei siis ole merkittävää vaikutusta puristuslujuuteen. Meiningerin tut-kimuksessa [18] katkaisun vaikutusta tutkittiin vain kuudella katkaistulla ja kuudella ra-kenteen läpiporatulla rakennekoekappaleella. Koekappaleiden lukumäärä on hyvin pieni, havaittu 2 % ero puristuslujuudessa saattaa olla normaalia hajontaa rakennekoekappalei-den välillä.

Koekappaleiden päiden tasoitus voidaan tehdä standardin EN 12390-3 liitteen A [13] mu-kaisesti hiomalla, pinnoittamalla tai hiekkalaatikko -menetelmällä. Pinnoituksessa voi-daan käyttää kalsium-aluminaattisementtilaastia tai rikkiseosta. Pinnoitusmenetelmien käyttö on standardissa rajattu 50 MPa:iin. Standardin ohjeistuksen mukaan hiontaa tulee pitää ristiriitaisissa tilanteissa vertailumenetelmänä [13]. Tämän perusteella voidaan olet-taa, että hionnalla työmenetelmänä on vähäisin negatiivinen vaikutus koekappaleesta

mi-tattavaan puristuslujuuteen. Pelkän hionnan vaikutusta koekappaleen lujuuteen ei ole tut-kittu ja sen voidaan olettaa olevan hyvin vähäinen. Tässä tutkimuksessa koekappaleiden päitä tasoitettiin hiomalla ja pinnoitusmenetelmistä rikkiseosmenetelmällä, joten käsitel-lään tässä kappaleessa pääsääntöisesti vain näitä menetelmiä. Päiden tasoituksen virheet eli poikkeavuudet tasomaisuudessa ja suorakulmaisuudessa vaikuttavat luonnollisesti koekappaleesta mitattavaan puristuslujuuteen. Bugai et al. tekemässä tutkimuksessa [47]

päiden tasaisuuden vaikutusta puristuslujuuteen testattiin tasoittamalla ensimmäisessä koe-erässä koekappaleiden päät laastilla siten, että tasoitus tehtiin teräslastalla (tasaisuus ei siis ole vaatimukset täyttävä). Toisessa koe-erässä laastitasoitus tehtiin huolellisesti kansallisen standardin mukaisesti. Kummankin laastitasoituserän puristuslujuuksia ver-rattiin rikkoseoksella tasoitettuihin koekappaleisiin. Teräslastalla tasoitettujen leiden puristuslujuus olivat yli 40 % matalampia rikkiseoksella tasoitettuihin koekappa-leisiin verrattuna. Kansallisen standardin mukaisen laastitasoituksen ja rikkoseostasoituk-sen välillä tutkimuksessa ei havaittu merkittävää ero puristuslujuudessa.

Jotta kahta tässä tutkimuksessa käytettyä menetelmää voidaan vertailla, täytyy tehdä olet-tamus, että kummallakin menetelmällä saadaan aikaiseksi standardin EN 12390-1 vaati-mukset täyttävä laatu koekappaleiden tasomaisuudessa ja suorakulmaisuudessa. Koekap-paleiden päiden tasoitusmenetelmien eroja on kansainvälisesti tutkittu. Tutkimuksissa on tehty ristiriitaisia havaintoja. Tutkimuksissa on havaittu, että hionnan ja rikkiseosmene-telmän välillä ei ole merkittävää ero määritettävän puristuslujuuden kannalta [48], kun taas toisessa tutkimuksessa [49] menetelmien välillä on havaittu olevan huomattavan suuri vaikutus määritettävään puristuslujuuteen. Tutkimuksissa [48] ja [49] on käytetty koekappaleiden tasoitusmenetelmänä puristuspintojen ja kuormituslevyjen väliin asen-nettavia kumilaattoja, joiden käyttö ei ole sallittua eurooppalaisissa standardeissa.

Dumitru et al. tekemässä tutkimuksessa [48] tarkasteltiin koekappaleiden päiden tasoi-tustekniikoiden vaikutusta koekappaleista mitattavaan puristuslujuuteen. Tasoitusteknii-koina tutkimuksessa käytettiin hiontaa (yksi pää tai molemmat), rikkiseosta ja kumile-vyjä. Tutkimuksessa käytettiin halkaisijaltaan 100 mm ja pituudeltaan 200 mm valulieri-öitä ja neljää eri betonilaatua, joiden nimellislujuudet olivat 45 MPa, 60 MPa, 80 MPa ja 110 MPa. Kumilaattoja käytettiin ainoastaan lujuuksilla 60 MPa ja 110 MPa. Jokaisesta tapausta kohti testattiin 9-11 koekappaletta. Tutkimustulosten perusteella betonin lujuu-den ollessa 45 MPa tasoitustekniikoilujuu-den välillä ei ole merkittävää eroa mitattavaan puris-tuslujuuteen. Betonin lujuuden ollessa 60-110 MPa saadaan hiontamenetelmillä noin 1-3

% korkeampia puristuslujuuksia kuin rikkiseosmenetelmällä. Kumilaattoja käytettäessä puristuslujuudeksi saatiin noin 2-7 % heikompi puristuslujuuksia kuin rikkiseosmenetel-mällä. Dumitru et al. tekemästä tutkimuksesta [48] on havaittavissa, että betonin lujuuden kasvaessa rikkiseosmenetelmällä tasoitettujen koekappaleiden puristuslujuuksien hajonta kasvaa enemmän kuin kummatkin päät hiomalla. Mitattujen lujuuksien hajontaa on ha-vainnollistettu kuvassa 15. Standardissa EN 12390-3 [13] rikkiseoksen käyttö rajoitetaan 50 MPa:iin. Tuloksista havaitaan myös, että matalilla lujuuksilla muottipinnan hionnalla

ei juurikaan ole merkitystä, mutta betonin lujuuden kasvaessa kasvaa myös hajonta mer-kittävästi, jos vain valupinta on koekappaleesta hiottu. Dumitru et al. tekemän tutkimuk-sen [48] havaintojen perusteella ei voi sanoa, että rikkiseosmenetelmän ja koekappaleiden päiden hionnan välillä olisi merkittävää eroa koekappalaista määritettävään puristuslu-juuteen.

Kuva 15.Päiden tasoitusmenetelmien mitatut puristuslujuudet, joista koesarjojen hajon-nat ovat pääteltävissä, mukaillen lähdettä [48].

Medeiros et al. tekemässä tutkimuksessa [49] päiden tasoitusmenetelminä käytettiin hi-ontaa, timanttisahausta, rikkiseosmenetelmää ja neopreenista valmistettuja kumilaattoja.

Tutkimuksessa käytettiin halkaisijaltaan 100 mm ja pituudeltaan 200 mm valulieriöitä ja neljää eri betonilaatua, joiden nimellislujuudet olivat 20 MPa, 40 MPa, 60 MPa ja 80 MPa. Puristuskokeita suoritettiin sekä seitsemän, että 28 vuorokauden ikäisillä koekap-paleilla. Jokaista tapausta kohti testattiin kolme koekappaletta, mitä voidaan pitää verrat-tain pienenä otantana. Taulukossa 6 on esitetty Medeiros et al. tekemän tutkimuksen [49]

tulokset, ilmoitetut lujuudet ovat kolmen puristuskokeen keskiarvoja. Tutkimuksen tulos-ten perusteella rikkiseoksella tasoitettujen koekappaleiden puristuslujuus on 9-29 % hei-kompi kuin hiomalla tasoitettujen koekappaleiden. Heikoimmat tulokset rikkiseosmene-telmällä tasoitetuista koekappaleista saatiin betonin nimellislujuuden ollessa 80 MPa, joka on selvästi suurempi lujuus kuin mitä eurooppalaisessa standardissa sallitaan. Rik-kiseosmenetelmällä tasoitettujen koekappaleiden lujuus suhteessa hiottuihin ei kuiten-kaan laske johdonmukaisesti betonin nimellislujuuden kasvaessa, joten suoraa yhteyttä betonin lujuuden kasvun ja rikkiseosmenetelmän käytettävyyden välille ei voida tehdä.

Tulosten perusteella hionnan ja rikkiseosmenetelmän välillä on merkittävä vaikutus koe-kappaleista mitattavaan puristuslujuuteen.

Taulukko 6.Päiden tasoitusmenetelmän vaikutus koekappaleesta mitattavaan puristus-lujuuteen, mukaillen lähdettä [49].

Päiden tasoitustekniikka Betonin lujuus 28 vuorokauden iässä [MPa]

fck=20 MPa fck=40 MPa fck=60 MPa fck=80 MPa

Timanttisahaus 15,05 28,16 42,14 39,32

Hionta 24,23 50,31 60,20 78,30

Rikkiseos 22,00 37,15 52,63 55,53

Neopreeni kumilaatta 19,11 31,45 51,92 60,28

Rikkiseoksen suhde hiontaan 91 % 74 % 87 % 71 %

Sahauksen suhde hiontaan 62 % 56 % 70 % 50 %

Kumilaatan suhde hiontaan 79 % 63 % 86 % 77 %

Tutkimuksessa käytettyjen timanttisahaamalla tasoitettujen koekappaleiden voidaan sa-noa edustavan tilannetta, jossa koekappaleen pään tasomaisuus ja suorakulmaisuus eivät täytä standardin EN 12390-1 mukaisia vaatimuksia. Tuloksista on selvästi havaittavissa, että koekappaleen puristuspinnan ollessa heikkolaatuinen, madaltuvat koekappaleista mi-tattavat puristuslujuudet merkittävästi. Timanttisahaamalla tasoitettujen koekappaleiden lujuudet olivat 30-50 % heikompia kuin hiomalla tasoitettujen koekappaleiden lujuudet.

Kumilevyjen avulla tasoitettujen koekappaleiden puristuslujuudet olivat osittain samaa suurusluokkaa kuin rikkiseoksella tasoitettujen koekappaleiden lujuudet. Tutkimuksen perusteella betonin nimellislujuuden ollessa 80 MPa saadaan kumilevyjä käyttämällä pa-rempia puristuslujuuksia kuin rikkiseosmenetelmää käyttämällä. Kumilevyjen avulla soitettujen koekappaleiden puristuslujuudet olivat 14-37 % heikompia kuin hiomalla ta-soitettujen koekappaleiden lujuudet, tulosten välillä on merkittävä ero.

Tutkimuksissa [48] ja [49] käytettiin molemmissa koekappaleita, joiden pituuden ja hal-kaisijan välinen suhde (L/D-suhde) on 2,0. Kappaleessa 2.8.2 ”Koekappaleiden pituuden ja halkaisijan suhde” esitetysti koekappaleiden L/D-suhteella on merkittävä vaikutus kuormituslevyjen ja koekappaleen välillä vaikuttavaan kitkaan, joka vaikuttaa edullisesti mitattavaan puristuslujuuteen, kun L/D-suhde on < 2,0 [39]. Koekappaleen L/D-suhteen ollessa 2,0, katsotaan kitkan vaikutuksen olevan merkityksetön [35]. Tässä tutkimuksessa käytettiin rikkiseosmenetelmällä tasoitettuja rakennekoekappaleita, joiden L/D-suhde on noin 1,0. Kitkavaikutuksen määräävänä parametrina on siis materiaaliparin välinen kit-kakerroin, joita ei kummassakaan tapauksessa teräs-betoni ja teräs-rikkoseos voida var-muudella ilmoittaa. Oletettavaa kuitenkin on, että materiaaliparilla teräs-rikkiseos kitka-kerroin on pienempi kuin materiaaliparilla teräs-betoni. Tämän olettamuksen perusteella tässä tutkimuksessa rikkiseoksella tasoitettujen rakennekoekappaleiden L/D-suhteen edullinen vaikutus mitattavaan puristuslujuuteen on pienempi kuin rakennekoekappa-leilla, joiden päät tasoitettiin hiomalla. Aineparien välisten kitkakertoimien eroavuus tu-lisi ottaa huomioon, kun vertaillaan samankokoisten, mutta eri menetelmällä tasoitettujen

rakennekoekappaleiden välisiä puristuslujuuksia, L/D-suhteen ollessa < 2,0. Kitkan ai-kaansaamaa edullista vaikutusta puristuslujuuteen ei kuitenkaan ole tutkittu materiaalipa-rien välillä, joten vaikutusta ei pystytä ottamaan huomioon.

2.9 Rakennekoekappaleessa olevan raudoitteen vaikutus