Rakenteellinen ruiskubetoni

Abstract

Ruiskubetoni on menetelmänä jo kauan käytössä ollut tekniikka. Menetelmässä betoni ruiskutetaan ruiskubetonilaitteiston avulla suurella nopeudella haluttuun kohteeseen. Pienen vesi-sementtisuhteen, suuren ruiskutusnopeuden sekä hyvän tartuntalujuuden ansiosta betoni tarttuu hyvin ruiskutettavaan pintaan ja tiivistyy jo ruiskutuksen aikana hyvin tiiviiksi. Ruiskubetonin käyttökelpoisuus on todettu hyväksi erilaisissa maanlujitus- ja kalliotöissä sekä erilaisissa betonin korjaustöissä, mutta kokemukset kokonaan ruiskubetonoitavista uusista rakenteista ovat vähäisiä.

Tutkimus toteutettiin Sweco Rakennetekniikka Oy:n toimeksiannosta. Sweco kiinnostui aiheesta ja halusi selvittää ruiskubetonin mahdollisuuksia perinteiseen paikallavaluun verrattuna etenkin uudiskohteissa. Muita Swecon asettamia tavoitteita tutkimukselle olivat osaamisen laa-jentaminen aihepiiristä sekä suunnittelu- ja laadunhallintaohjeen luominen työntekijöiden käyttöön ja koulutukseen. Lisäksi työssä tutkittiin varsin uuden tekniikan, 3D-tulostuksen mahdolli-suuksia rakennusteollisuudessa. Tutkimus suoritettiin pääasiassa kirjallisuustutkimuksena, mutta myös asiantuntijoita haastattelemalla saatiin lisää näkökulmia tutkimukseen. Työn teoreettinen tausta koottiin enimmäkseen kirjallisuuslähteiden avulla. Asiantuntijahaastattelut toivat mukaan käytännön esimerkkejä liittyen ruiskubetonin käyttökelpoisuuteen muun muassa työtekniikan ja kustannusten muodostumisen osalta. Näiden lähteiden perusteella tehtiin johtopäätökset ruiskubetonin käyttökelpoisuudesta erilaisissa tilanteissa verrattuna perinteiseen paikallavaluun. Vertailtavia asioita ovat betonoinnin toteuttaminen työteknisesti sekä kustannuserot menetelmien välillä.

Kustannuksiltaan ruiskubetonimassa on hieman tavallista betonia kalliimpaa, mutta suurimmat kustannukset ruiskubetonitöissä tulevat betonoinnin työvoimakustannuksista. Tavallisen paikallavalun suurin kustannuserä on valun muotittamiseen liittyvät kustannukset. Kustannusten perusteella ruiskubetoni on kilpailukykyinen paikallavaluun verrattuna, jos betonoitavan kerrok-sen paksuus on pieni tai rakenne on kaareva. Ohuilla kerroksilla ruiskubetonimassan tarve on pieni ja lisäksi säästytään muottityön kustannuksilta. Kaarevissa tai muutoin vaikeasti muotitettavissa rakenteissa muottityö on hyvin suuri kustannuserä paikallavalulle, jolloin ruiskubetoni voi olla parempi betonointivaihtoehto.

Ruiskubetonoimalla rakenne voidaan ruiskuttaa muotoonsa joko yksipuoliseen muottiin tai maata vasten ruiskutettaessa myös ilman muottia. Tämä on työteknisestä näkökulmasta merkittävä etu tilanteissa, joissa rakenteen muotittaminen ja valaminen perinteisellä paikallavalulla on haastavaa. Tällaisia kohteita ovat rakenteet, joiden muodot ovat hyvin monimuotoiset, kuten pyöreät, kaarevat tai kupolimaiset rakenteet. Tämä on todettu muun muassa betonielementtituotannossa, jossa ruiskubetonia käytetään hyväksi pyöreiden pilarielementtien valmistuksessa. Kuitenkaan kohteissa, jotka on mahdollista valaa perinteisellä menetelmällä ilman suuria ongelmia, ruiskubetoni ei tule haastamaan vielä paikallavalua. Paikallavalutekniikan osaamisen taso on Suomessa niin korkealla, että osaamisvaatimuksiltaan vaativammalla ruiskubetonitekniikalla ei saavuteta etua tavanomaisten rakenteiden rakentamisessa. 3D-tulostus on betonirakentamisen näkökulmasta vielä hyvin alkeellista, vaikka joitain rakennuksia sillä onkin toteutettu. Tekniikan kehittyessä myös 3D-tulostuksella voi olla suuremmin potentiaalia rakennusteollisuudessa.

Sprayed concrete or shotcrete is a technique that has been used for a long time. In the method concrete is sprayed at high speed to target area with special spraying equipment. The low water-cement ratio, high spraying speed and good bond strength enables good bonding to the sprayed surface and the concrete becomes very dense already during spraying. The usability of shotcrete has been proven to be good in various earth reinforcement and rock works, as well as in various concrete repair works, but experience with new structures to be completely made with shotcrete is limited.

This research was commissioned by Sweco Rakennetekniikka Oy. Sweco became interested in the topic and wanted to find out the possibilities of shotcrete compared to traditional cast-in-place concrete, especially in new structures. Other goals for the research were to expand expertise in the topic and to create a design and quality management guide for the use and training of employees. In addition, the possibilities of 3D-printing in the construction industry were investigated in this research. The research was carried out mainly as a literature search, but interviews with experts also provided more perspectives on the research. The theoretical background of the research was compiled mostly from the literature sources. Expert interviews provided practical examples related to the usability of shotcrete for example in terms of work technology and cost formation. Based on these sources, conclusions were drawn about the usefulness of shotcrete in different situations compared to traditional cast-in-place concrete. The issues to be compared are the implementation of concreting in terms of work technology and the costs between the methods.

In terms of cost, shotcrete mass is slightly more expensive than ordinary concrete, but most of the costs in shotcrete work come from the labor costs of concreting. The largest cost item of the cast-in-place concrete are the costs of formwork. Based on the costs, shotcrete is competitive compared to cast-in-place concrete if the thickness of the concrete layer is small or the structure is curved. With thin layers, the need for shotcrete mass is small and in addition the costs of formwork work are zero. in curved structures or structures that are otherwise difficult to form, formwork is very large cost item for cast-in-place concrete, in which case shotcrete can be a better concreting option.

By shotcrete, the structure can be sprayed into its shape either in a single-sided form or when sprayed against the ground, even without a form. This is a significant advantage from a work technical point of view in situations where forming and casting the structure with traditional in-situ casting is challenging. This kind of objects are structures with diverse shapes, such as round, curved or dome-shaped structures. This has been found, for example, in the production of precast concrete elements, where shotcrete is used in the manufacture of round column elements. However, in structures that can be cast by the conventional method without major problems, shotcrete will not yet challenge in-situ casting. The level of expertise in on-site casting technology is so high in Finland that shotcrete technology, which is more demanding in terms of its expertise requirements, does not achieve an advantage in the construction of conventional structures. 3D printing is still very rudimentary from the point of view of concrete construction, although some constructions have been carried out with it. As technology advances, 3D printing may also have greater potential in the construction industry.