Alkalikiviainesreaktio ja sen vaikutukset betonirakenteisiin
Valutie, Veera (2020)
2020
Rakennustekniikan DI-tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Civil Engineering, MSc (Tech)
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004213443
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004213443
Tiivistelmä
Alkalikiviainesreaktio (AKR) on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu betonin kiviaineksen piipitoisten aineiden, sementin huokosveden sisältämien alkalien sekä hydroksidi-ionien välillä. Reaktiossa muodostuu hygroskooppista geeliä, joka voi laajentua suhteellisen kosteuden ollessa tarpeeksi suuri. Reaktiolla on potentiaalia vaurioittaa betonia, koska laajeneva geeli aiheuttaa betoniin laajentumista ja jännityksiä, jotka puolestaan voivat aiheuttaa betonin halkeilua.
Muissa Pohjoismaissa alkalikiviainesreaktioon on kiinnitetty huomiota jo hyvin pitkän aikaa ja aiheeseen liittyen on tehty runsaasti tutkimusta sekä laadittu kansallisia ohjeita. Suomessakin on 2010-luvulla todettu enenemissä määrin reaktion vaurioittamia betonirakenteita, mutta kansallinen ohjeistus on vasta valmisteilla. Tämän työn tarkoituksena on tuottaa materiaalia, josta on hyötyä niin korjaussuunnittelun kuin kuntotutkimuksienkin näkökulmasta.
Työssä selvitetään kirjallisuustutkimuksella tietoa alkalikiviainesreaktiosta, keskittyen reaktion vaikutuksiin betonissa sekä reaktion tunnistamiseen kenttä- ja laboratorio-olosuhteissa. Työssä käydään läpi myös Sweco Rakennetekniikka Oy:n tutkimuksissa todettuja alkalikiviai-nesreaktiotapauksia. Kirjallisuustutkimuksen ja case-esimerkkien perusteella työhön on laadittu opastus betonin kuntotutkimuksiin alkalikiviainesreaktiotapauksissa sekä esitelty korjaustapoja reaktion vaurioittamille betonirakenteille.
Kirjallisuustutkimuksen ja case-tapausten perusteella ei voida vetää suoria johtopäätöksiä siitä, miten alkalikiviainesreaktio vaikuttaa betoniin, koska vaikutukset ovat hyvin tapauskohtaisia. Riippuen reaktion vaiheesta, aggressiivisuudesta, ympäristön olosuhteista ja betonin omi-naisuuksista kenttäolosuhteissa merkkejä reaktiosta voivat esimerkiksi olla betonin halkeilu, näkyvä geeli betonin pinnalla tai syvemmällä betonissa, reaktioympyrät kiviaineksen ympärillä, geelillä täyttyneet huokoset, rakenteen laajeneminen tai siirtymät. Alkalikiviainesreaktio tulee kenttähavaintojen lisäksi vahvistaa aina laboratoriossa esimerkiksi ohuthietutkimuksella. Ohuthietutkimuksessa havaittavissa olevia merkkejä reaktiosta ovat esimerkiksi geeli ja mikrohalkeamat.
Vaikutukset betonin lujuusarvoihin vaihtelevat runsaasti tapauskohtaisesti. Tutkimuksissa todettiin, että veto- ja puristuslujuus voivat heiketä reaktion seurauksena tai pysyä samana. Tämän vuoksi vaurioituneen betonin lujuusarvot tulee selvittää ennen korjaussuunnittelua. Alkalikiviainesreaktion vaurioittamien rakenteiden mahdollisia korjaustapoja ovat rakenteen vedeneristäminen, osittainen uusiminen tai rakenteen uusiminen kokonaan.
Tämän tutkimuksen perusteella ei pystytä vastaamaan kaikkiin reaktioon liittyviin kysymyk-siin. Tutkimuksen perusteella pystyttään kuitenkin kertomaan, kuinka reaktio voi vaikuttaa beto-nirakenteisiin sekä laatimaan suuntaa antava ohjeistus kuntotutkimusprosessista. Lisää tutkimusta tarvitaan vielä, jotta voidaan määrittää vielä tarkempia kuntotutkimus- ja korjausohjeita alkalikiviainesreaktion vaurioittamalle betonille. Tutkimustietoa tarvitaan lisää myös eri kiviainesten reaktioherkkyydestä, reaktion etenemisnopeudesta ja siihen vaikuttavista seikoista sekä alkalikiviainesreaktion vaikutuksista betonin ominaisuuksiin erilaisilla kiviaines ja sementtiyhdistelmillä.
Muissa Pohjoismaissa alkalikiviainesreaktioon on kiinnitetty huomiota jo hyvin pitkän aikaa ja aiheeseen liittyen on tehty runsaasti tutkimusta sekä laadittu kansallisia ohjeita. Suomessakin on 2010-luvulla todettu enenemissä määrin reaktion vaurioittamia betonirakenteita, mutta kansallinen ohjeistus on vasta valmisteilla. Tämän työn tarkoituksena on tuottaa materiaalia, josta on hyötyä niin korjaussuunnittelun kuin kuntotutkimuksienkin näkökulmasta.
Työssä selvitetään kirjallisuustutkimuksella tietoa alkalikiviainesreaktiosta, keskittyen reaktion vaikutuksiin betonissa sekä reaktion tunnistamiseen kenttä- ja laboratorio-olosuhteissa. Työssä käydään läpi myös Sweco Rakennetekniikka Oy:n tutkimuksissa todettuja alkalikiviai-nesreaktiotapauksia. Kirjallisuustutkimuksen ja case-esimerkkien perusteella työhön on laadittu opastus betonin kuntotutkimuksiin alkalikiviainesreaktiotapauksissa sekä esitelty korjaustapoja reaktion vaurioittamille betonirakenteille.
Kirjallisuustutkimuksen ja case-tapausten perusteella ei voida vetää suoria johtopäätöksiä siitä, miten alkalikiviainesreaktio vaikuttaa betoniin, koska vaikutukset ovat hyvin tapauskohtaisia. Riippuen reaktion vaiheesta, aggressiivisuudesta, ympäristön olosuhteista ja betonin omi-naisuuksista kenttäolosuhteissa merkkejä reaktiosta voivat esimerkiksi olla betonin halkeilu, näkyvä geeli betonin pinnalla tai syvemmällä betonissa, reaktioympyrät kiviaineksen ympärillä, geelillä täyttyneet huokoset, rakenteen laajeneminen tai siirtymät. Alkalikiviainesreaktio tulee kenttähavaintojen lisäksi vahvistaa aina laboratoriossa esimerkiksi ohuthietutkimuksella. Ohuthietutkimuksessa havaittavissa olevia merkkejä reaktiosta ovat esimerkiksi geeli ja mikrohalkeamat.
Vaikutukset betonin lujuusarvoihin vaihtelevat runsaasti tapauskohtaisesti. Tutkimuksissa todettiin, että veto- ja puristuslujuus voivat heiketä reaktion seurauksena tai pysyä samana. Tämän vuoksi vaurioituneen betonin lujuusarvot tulee selvittää ennen korjaussuunnittelua. Alkalikiviainesreaktion vaurioittamien rakenteiden mahdollisia korjaustapoja ovat rakenteen vedeneristäminen, osittainen uusiminen tai rakenteen uusiminen kokonaan.
Tämän tutkimuksen perusteella ei pystytä vastaamaan kaikkiin reaktioon liittyviin kysymyk-siin. Tutkimuksen perusteella pystyttään kuitenkin kertomaan, kuinka reaktio voi vaikuttaa beto-nirakenteisiin sekä laatimaan suuntaa antava ohjeistus kuntotutkimusprosessista. Lisää tutkimusta tarvitaan vielä, jotta voidaan määrittää vielä tarkempia kuntotutkimus- ja korjausohjeita alkalikiviainesreaktion vaurioittamalle betonille. Tutkimustietoa tarvitaan lisää myös eri kiviainesten reaktioherkkyydestä, reaktion etenemisnopeudesta ja siihen vaikuttavista seikoista sekä alkalikiviainesreaktion vaikutuksista betonin ominaisuuksiin erilaisilla kiviaines ja sementtiyhdistelmillä.