5. PÄÄTULOKSET
5.1 Rakennekoekappaleen halkaisijan vaikutus rakenteesta määritettävään
Rakennekoekappaleiden halkaisijan vaikutusta puristuslujuuteen tutkittaessa rakenne-koekappaleiden puristuslujuustuloksia verrattiin vedellä kyllästettyjen standardikuutioi-den puristuslujuuteen, joka on määritetty vedellä kyllästettyjen standardilieriöistandardikuutioi-den puris-tuslujuustuloksista muunnoskertoimen (1,207) avulla. Tässä kappaleessa kuutiolujuu-della tarkoitetaan edellä kuvattua lujuutta.
Tutkimustulosten perusteella betonilaadulla C35/45 P50 ja C30/37 P20 kaikkien raken-nekoekappalekokojen redusoimaton puristuslujuus on joko suoraan verrannollinen tai noin 1...6 % heikompi kuutiolujuuteen verrattuna. Betonilaaduilla C50/60 P50 ja C35/45 kaikkien rakennekoekappalekokojen redusoimaton puristuslujuus on selvästi kuutiolu-juutta suurempi. Rakennekoekappaleiden puristuslujuudet ovat em. betonilaaduilla noin 9...17 % suurempia kuutiolujuuteen verrattuna. Betonilaatujen tarkemmat tutkimustulok-set on esitetty kuvissa 39-44. Lisäksi betonilaatujen kaikki kokovaikutukseen liittyvät tut-kimustulokset on esitetty kuvamuotoon koottuna kuvissa 50-53.
Standardissa SFS 7022 [1] on esitetty Suomessa käytettävät muunnoskertoimet tilantei-siin, joissa rakennekoekappaleiden puristuslujuustuloksia verrataan kuutiolujuuteen.
Muunnoskertoimet on esitetty kuvamuodossa kuvassa 5. Kuvassa 66 muunnoskertoimien kuvaan on lisätty tutkimustulokset siten, että rakennekoekappaleiden puristuslujuuksille on määritetty korjauskertoimet, joilla puristuslujuudet voidaan muuntaa kuutiolujuu-deksi. Kuvan 66 tuloksissa ei ole huomioitu koekappaleiden puristuslujuuksien hajontaa.
Kuvasta 66 nähdään selvästi, että käyttämällä standardin SFS EN 7022 mukaisia muun-noskertoimia, saataisiin lähes kaikissa tutkimuksen tapauksissa kuutiolujuudeksi liian suuri arvo. Kuvan tuloksista on siis havaittava, että mikäli tutkimuksen betonilaatujen käyrä on kuvassa standardin SFS 7022 mukaisen käyrän (musta viiva) alapuolella, saa-daan nykyisin käytettävillä muunnoskertoimilla liian suuria kuutiolujuuden arvoja. Ai-nostaan betonilaadulla C35/45 P50 rakennekoekappaleen halkaisijalla 100 mm muunnos-kertoimeksi saadaan suurempi kuin standardissa SFS 7022 on esitetty.
Kuva 66. Tutkimustulosten mukaiset rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien muun-noskertoimet tutkimuksen betonilaadulle, sekä standardin SFS 7022 mukaiset muunnos-kertoimet.
Betonin suunnittelulujuutta määritettäessä rakennekoekappaleiden avulla, vaikuttaa tu-lokseen merkittävästi koekappaleiden puristuslujuustulosten hajonta. Kuvassa 67 on esi-tetty rakennekoekappaleiden puristuslujuuden muunnoskertoimet kuutiolujuudeksi, kun sekä rakennekoekappaleiden puristuslujuuksista, että kuutiolujuudesta on laskettu omi-naislujuudet kaavallafck = fcm -1,48 · s.
Kuvasta 67 havaitaan, että kun sekä rakennekoekappaleiden puristuslujuudessa että kuu-tiolujuudessa huomioidaan hajonta, saadaan osassa tapauksista lähes nykyistä vastaava muunnoskerroin. Suurimmassa osassa tapauksista muunnoskertoimeksi saadaan kuiten-kin kuvan 66 tapaan nykyistä käytäntöä pienempi arvo. Nykyisiä muunnoskertoimia käyt-tämällä rakennekoekappaleiden puristuslujuuden muunnetuksi arvoksi saadaan siis liian suuri kuutiolujuus. Rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien muunnoskerrointa määri-tettäessä ei ole suotavaa käyttää ominaisarvoja. Ominaisarvoissa koekappaleiden puris-tuslujuustuloksista vähennetään hajonnan vaikutus em. kaavan mukaisesti. Rakenne-koekappaleilla puristuslujuuskokeiden hajonta on suurempaa kuin standardikoekappa-leilla. Tällöin muunnoskerrointa määritettäessä suhdeluku kasvaa ja rakennekoekappalei-den puristuslujuudesta muunnetuksi kuutiolujuudeksi saadaan liian optimistinen arvo.
Kuva 67. Tutkimustulosten mukaiset rakennekoekappaleiden ominaislujuuksien muun-noskertoimet tutkimuksen betonilaadulle, sekä standardin SFS 7022 mukaiset muunnos-kertoimet.
Kuvan 67 tuloksista ainoastaan betonilaadulle C30/37 P20 määritetty muunnoskäyrä on lähellä standardin SFS 7022 [1] mukaista muunnoskäyrää. Tutkimuksen selvityksissä ei saatu selvitettyä millaisilla betonilaadulla standardin mukainen muunnoskäyrä on luotu.
Tiedossa on, että muunnoskäyrä esiintyy tiettävästi ensimmäisen kerran kirjallisuudessa 1980-luvulla. Kun standardin mukaisia muunnoskertoimia peilataan tämän tutkimuksen tuloksiin, voidaan otaksua, että standardin muunnoskertoimet on laadittu tavanomaisten, puristuslujuudeltaan kohtalaisen matalien betonilaatujen puristuslujuustuloksiin perus-tuen. Tämän tutkimuksen betonilaaduista C30/37 P20 on lähimpänä em. kuvausta. Tutki-mustulosten perusteella standardin SFS 7022 [1] mukaiset muunnoskertoimet eivät so-vellu käytettäväksi nykyaikaisilla betonilaaduilla.
Tutkimuksessa rakennekoekappaleet timanttiporattiin betonilieriöistä, joiden valmistus-, jälkihoito- ja säilytysolosuhteet olivat tarkasti kontrolloitu. Standardin SFS 7022 [1] mu-kaisia muunnoskertoimia käytetään yleensä tilanteissa, joissa rakennekoekappaleet ti-manttiporataan todellisista rakenteista, joiden valmistuksessa olosuhteet ja inhimilliset tekijät eivät ole tarkasti kontrolloitavissa. Mahdollisesti tutkimuksessa käytetyistä raken-nekoekappaleista saatiin puristuslujuudeksi hieman korkeammat lujuudet, mitä vastaa-villa betonilaaduilla olisi saatu todellisista rakenteista.
Tutkimuksen betonilaaduissa on selvästi havaittavissa toisistaan eroavia tutkimustulok-sia. Betonilaatujen lujuudenseurantatutkimuksessa kaikki betonilaadut lukuun ottamatta betonilaatua C50/60 P50 ylittivät nimellislujuutensa selvästi 28 vuorokauden ikäisenä tehdyissä puristuskokeissa. Betonilaatu C50/60 P50 puristuslujuus oli 28 vuorokauden ikäisenä noin 6 % nimellislujuuttaan pienempi. 91 vuorokauden kohdalla tehdyissä pu-ristuskokeissa kaikki betonilaadut täyttivät nimellislujuutensa.
Betonilaaduista C35/45 P50 ja C50/60 P50 ovat seosaineiltaan käytännössä muuten sa-manlaisia, mutta betonilaadun C50/60 P50 sideaineena on käytetty sementin lisäksi 15 kg/m3 silikaa. Silika on sideaineteholtaan kaksinkertainen sementtiin verrattuna [17], eli 15 kg silikaa vastaa noin 30 kg sementtiä. Betonilaatujen lujuudenseurantatutkimuksessa betonilaatu C35/45 P50 oli eroavasta sideainemäärästä huolimatta lujempaa kuin betoni-laatu C50/60 P50. Vastaava havainto betonibetoni-laatujen kohdalle tehtiin myös muiden stan-dardilieriöitä koskevien tutkimussarjojen tapauksessa. Standardikuutioiden ja valettujen D100x100 koekappaleiden puristuskokeissa betonilaatu C50/60 P50 on lujempi kuin C35/45 P50.
Rakennekoekappaleita tarkasteltaessa betonilaadun C50/60 P50 puristuslujuus on selvästi parempi kuin betonilaadun C35/45 P50, kun rakennekoekappaleiden puristuslujuustulok-sia verrataan saman betonilaadun kuutiolujuuteen (standardilieriön lujuudesta laskettu).
Kuvassa 68 on esitetty tutkimustulosten perusteella määritetyt betonilaatujen C35/45 P50 ja C50/60 P50 rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien muunnoskertoimet kuutiolu-juudeksi. Kuvasta havaitaan, että betonilaatujen muunnoskertoimet eroavat huomatta-vasti betonilaatujen välillä. Betonilaatujen erotessa käytännössä ainoastaan käytetyn sili-kan osalta, voidaan otaksua, että rakennekoekappaleita tarkasteltaessa silikalla on selvä rakennekoekappaleita sitkistävä vaikutus puristuskokeita suoritettaessa. Tutkimustulos-ten perusteella silikan vaikutus betonin lujuuteen on havaittavissa ainoastaan kooltaan pienemmillä koekappaleilla.
Kuva 68.Rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien muunnoskertoimet kuutiolujuudeksi betonilaaduille C35/45 P50 ja C50/60 P50.
Tutkimuksessa betonilaatujen C35/45 P50 ja C35/45 suhteutus tehtiin valmisbetoniteh-taalla siten, että saman nimellislujuuden omaavista betonilaaduista saataisiin mahdolli-simman lähelle samat puristuslujuustulokset riippumatta siitä, onko betonilaatu huokos-tettu vai ei. Lujuudenseurantatutkimuksessa betonilaatujen puristuslujuudet erosivat kui-tenkin merkittävästi toisistaan, huokostetusta betonilaadusta mitattiin noin 16 % parempi puristuslujuus kuin huokostamattomasta betonilaadusta. Ero aiheutuu huokostetun beto-nilaadun huomattavasti suuremmasta sementtimäärästä, jota jouduttiin käyttämään kor-kea pakkasenkestävyysluokan toteuttamiseksi.
Rakennekoekappaleita tarkasteltaessa huokostamattoman betonilaadun C35/45 puristus-lujuus on selvästi parempi kuin huokostetun betonilaadun C35/45 P50, kun rakenne-koekappaleiden puristuslujuustuloksia verrataan saman betonilaadun kuutiolujuuteen (standardilieriön lujuudesta laskettu). Kuvassa 69 on esitetty tutkimustulosten perusteella määritetyt betonilaatujen C35/45 P50 ja C35/45 rakennekoekappaleiden puristuslujuuk-sien muunnoskertoimet kuutiolujuudeksi. Kuvasta havaitaan, että betonilaatujen muun-noskertoimet eroavat huomattavasti betonilaatujen välillä. Tutkimustulosten perusteella betonilaadun standardikoekappaleista määritetyllä puristuslujuudella ja betonissa käyte-tyllä sementin määrällä ei ole parantavaa vaikutusta rakennekoekappaleiden puristuslu-juuteen. Ominaisuuksiltaan betonilaatujen rakennekoekappaleet eroavat merkittävimmin tiheyden osalta. Huokostetun betonilaadun rakennekoekappaleet olivat tiheydeltään noin 30...70 kg/m3 pienempiä kuin huokostamattoman betonilaadun rakennekoekappaleet. Be-tonilaatujen tiheysero aiheutuu huokostetun betonilaadun ilmamäärästä. Tutkimustulok-sista voidaan siis päätellä, että huokostetun betonilaadun rakennekoekappaleiden puris-tuslujuuteen vaikuttaa betonin huokosrakenne ja huokosten määrä sekä tiheys. Tutkittavia koekappaleita valmistettaessa huokostamaton betonilaatu oli helpommin tiivistettävissä, sillä betonimassa ei ollut poistuvaa huokosilmaa. Tutkimustulosten perusteella em. omi-naisuudet vaikuttavat pienissä koekappaleissa puristuslujuuteen merkittävämmin kuin
suuremmissa koekappaleissa. Päätelmä on selvästi havaittavissa rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien ja kuutiolujuuden suhdeluvuista, jotka on esitetty kuvassa 69. Huokos-tetulla betonilaadulla C35/45 P50 rakennekoekappaleiden puristuslujuus on selvästi pie-nempi suhteessa kuutiolujuuteen kuin huokostamattomalla betonilaadulla C35/45.
Kuva 69.Rakennekoekappaleiden puristuslujuuksien muunnoskertoimet kuutiolujuudeksi betonilaaduille C35/45 P50 ja C35/45.
Tutkimuksessa havaittiin, että nimellispituudeltaan ja halkaisijaltaan 50 mm rakenne-koekappaleista saadaan puristuslujuudeksi lähes identtisiä puristuslujuuksia verrattuna suurempiin rakennekoekappaleisiin. Halkaisijaltaan 50 mm rakennekoekappaleiden pu-ristuslujuustulokissa kuitenkin esiintyy huomattavan paljon enemmän hajontaa. Kooltaan pienissä rakennekoekappaleissa saattaa esiintyä kappaleen tilavuuteen nähden huomatta-van paljon runkoainesrakeita, joiden puristuslujuus on suurempi kuin sementtikiven. Eri-tyisesti runkoainesrakeita esiintyy enemmän rakennekoekappaleissa, jotka on timanttipo-rattu rakenteiden alareunasta. Taulukossa 43 on esitetty pituudeltaan ja halkaisijaltaan 50 mm rakennekoekappaleiden keskimääräiset puristuslujuudet ja tiheydet eri porausta-soilla. Taulukosta on selvästi havaittavissa, että alimmalla poraustasolla A4 rakenne-koekappaleiden tiheys on huomattavasti suurempi kuin muilla poraustasoilla. Lisäksi lä-hes poikkeuksetta alimman poraustason (A4) rakennekoekappaleiden puristuslujuus on selvästi edellistä poraustasoa suurempi. Halkaisijaltaan 50 mm rakennekoekappaleissa esiintyvät erisuuret runkoainesmäärät selittävät osittain havaittua hajonnan kasvamista.
Pienissä rakennekoekappaleissa esiintyvät suuret runkoainesmäärät saattavat myös vää-ristää rakennekoekappaleista määritettävää puristuslujuutta liian suureksi. Merkittävästi suuremman hajonnan ja mahdollisesti runkoaineen määrästä aiheutuvan puristuslujuuden vääristymän takia pienten rakennekoekappaleiden käyttämistä tulisi välttää puristuslujuu-den määrittämisessä.
Taulukko 43.D50x50 rakennekoekappaleiden keskimääräiset tiheydet ja puristuslujuu-det eri poraustasoilla. Poraustasoista A1 on lähimpänä valukappaleen valupintaa ja A4 on lähimpänä valukappaleen pohjaa.
Poraustaso
C35/45 P50 C30/37 P20 C50/60 P50 C35/45 fcm
D50-A1 66,2 2328 50,0 2356 68,3 2368 63,3 2357
D50-A2 62,7 2301 52,1 2339 68,5 2358 65,9 2357
D50-A3 67,0 2333 53,4 2351 67,9 2337 66,4 2349
D50-A4 67,2 2365 58,2 2366 61,2 2370 70,0 2357
Tutkimustulosten perusteella ei pystytä määrittämään kaikille betonilaaduille yhteisiä tarkkoja korjauskertoimia tilanteeseen, jossa rakennekoekappaleiden puristuslujuus muunnetaan kuutiolujuudeksi. Tutkimustulosten perusteella voidaan kuitenkin päätellä, että nykyisin käytettävillä korjauskertoimilla rakennekoekappaleista määritettäväksi kenteen kuutiolujuudeksi saadaan ylioptimistinen arvio. Tutkimustulosten perusteella ra-kennekoekappaleiden halkaisijan vaikutus, rakennekoekappaleista määritettävään kuu-tiolujuuteen, on hyvin riippuvainen käytetystä betonilaadusta, betonin ominaisuuksista ja betonissa käytetyistä sideaineista.