Näkyvät korroosiovauriot karbonatisoituneessa betonissa

Abstract

Tässä työssä tarkastellaan parveke- ja julkisivuelementeissä esiintyviä karbonatisoitumisesta johtuvia näkyviä korroosiovaurioita. Työssä tutkitaan miten rakenteen ikä, betonin peitepaksuus, karbonatisoitumiskerroin, betonin kapillaarisuus ja ilmasto vaikuttavat näkyvien korroosiovaurioiden havaitsemiseen. Tutkimusaineistona käytettiin parveke- ja julkisivuelementtien kuntotutkimusaineistoa, joka on kerätty Tampereen teknillisessä yliopistossa vuosina 2006–2009. Tutkitut rakennukset on rakennettu vuosina 1948–1996. Betonin karbonatisoitumista ja raudoitteiden korroosiota ilmiöinä tutkittiin kirjallisuustutkimuksena. Kuntotutkimusaineistosta tehtiin tilastollisia tarkasteluja yllä mainittujen tekijöiden suhteen. Parveke-elementeistä laattaelementit ja julkisivuelementeistä harjatut ja maalatut elementit olivat kaikkein alttiimpia näkyville korroosiovaurioille. Parveke-elementtien keski-ikä tutkimushetkellä oli 25 vuotta ja julkisivuelementeillä 22 vuotta. Pienin keski-ikä oli tiililaattapintaisilla (18 a) ja suurin keski-ikä (26 a) oli harjatuilla ja maalatuilla julkisivuelementeillä. Valkobetonipintaisten julkisivujen otoskoko oli pienin (n=7), joten keski-iän keskihajonta oli suurin (13 a). Klinkkeripintaisilla julkisivuelementeillä kapillaarisuus oli keskimäärin 7-7,9 p-% ja tiililaattapintaisilla julkisivuilla ≥8 p-%. Kaikilla muilla tutkituilla elementtityypeillä kapillaarisuus oli keskimäärin 6-7 p-%. Betoniraudoitteiden peitepaksuuksien minimivaatimukset eivät täyttyneet millään elementtityypeillä. Silti suurin osa tutkimusaineiston näkyvistä korroosiovaurioista oli paikallisia ja vaurioita oli vähän. Viistosateella on merkittävä vaikutus betonin karbonatisoitumisen etenemiseen ja näkyviin korroosiovaurioihin. Näkyviä korroosiovaurioita esiintyy pääasiassa rakennuksen etelä-länsi-sivuilla, sillä niistä suunnista tuulee eniten sadepäivinä. Tällöin sadevesi pääsee julkisivu- tai parveke-elementtien pintaan, jolloin vesi pääsee betonin huokosiin. Sateelta suojatuissa parvekelaattojen alapinnoissa karbonatisoituminen etenee sateelle alttiita pintoja nopeammin, mutta näkyviä vaurioita esiintyy laattojen alapinnoissa vähemmän. Julkisivuelementeissä huomattiin myös paljon korroosiovaurioita suojan puoleisilla sivuilla. Maantieteellisellä sijainnilla ei todettu olevan vaikutusta havaittuihin korroosiovaurioihin. Korroosiovaurioita havaittiin idästä länteen suuntautuvilla sivuilla. Sadepäivinä tuulee idästä länteen suuntautuvalla sektorilla, jolloin tuulen mukana sadevettä pääsee elementtien pinnoille, mikä voi kiihdyttää korroosiota. Parveke-elementeillä karbonatisoitumiskertoimet olivat suurempia kuin julkisivuelementeillä. Harjatulla ja maalatulla julkisivuelementillä karbonatisoitumiskerroin oli selvästi korkeampi kuin muilla julkisivuelementtityypeillä. Valkobetonipintaisissa elementeissä karbonatisoitumiskerroin oli huomattavasti pienempi kuin muissa elementeissä. Betonin kapillaarisuuden kasvaessa myös betonin karbonatisoitumisnopeus kasvaa. Sekä karbonatisoitumisnopeudessa että betonin kapillaarisuudessa havaittiin suurta hajontaa. Tästä huolimatta korrelaatio näiden välillä oli luokkaa 0,8, mitä voidaan pitää hyvänä todellisista rakennuksista kootulle aineistolle. Tutkimusaineiston mukaan 80 % rakenteista saavuttaa pidemmän käyttöiän kuin BY68 (2016) ohje antaa olettaa, sillä todellisista kohteista mitattu betonin karbonatisoituminen on huomattavasti nykyohjeen olettamaa arvoa hitaampaa.

This thesis discusses visible corrosion damage due to carbonation in concrete balconies and facades. The focus of the study was to find out how the age of the structure, cover depth of concrete, carbonation coefficient, capillarity of concrete and the climate affect visible corrosion damage. The research data consists of condition investigation reports of concrete balconies and facades. The data has been collected by TUT between the years 2006 and 2009. The investigated buildings have been built during 1948–1996. The research of carbonation of concrete and corrosion of reinforcement was done as a literature review. Statistical review was done to the results combined from condition investigation reports. Balcony slab-panels and brushed painted facades were the most prone to visible corrosion damage. At the time of the condition investigation, the average age of balconies was 25 years and the average age of facades was 22 years. The smallest age average was 18 years on brick tile finish facades and the biggest average age was 26 years on brushed painted facades. White concrete facades had the smallest sample (n=7) hence the standard deviation of the average age was the biggest (13 a). The capillarity of clinker-clad facade-panels was on average 7-7.9 p-% and brick tile facade-panels was ≥8 p-%. On other researched panels the capillarity was 6-7 p-% on average. None of the researched panels met the required minimum cover depth of reinforcement. However, most of the visible damage on the database was localized damage and there wasn’t much visible corrosion damage. Wind-driven rain (WDR) has a significant effect on visible corrosion damage and the carbonation rate of concrete. Visible corrosion damage appears mostly on the southern to western facades because the wind is concentrated on those points of compass during precipitation. The WDR reaches the surface of concrete-panels and the rain penetrates into the pores of concrete. The soffit of slab-panels is covered from WDR thus the concrete is carbonating faster than on concrete panels exposed to rain, but there is less visible corrosion damage on the soffit of slab-panels compared to other panels. There was a significant amount of corrosion damage also on facades in the northern directions. The geographical location of the building doesn’t seem to have affected the detected corrosion damage. The corrosion damage was detected on eastern to western sides of the buildings. The carbonation coefficient of balconies was higher than the carbonation coefficient of facades. Brushed painted facade-panels had clearly higher carbonation coefficient than other facade-panels. The carbonation coefficient was considerably lower on white concrete panels compared to other panel types. When capillarity of concrete raises, the carbonation rate of concrete increases. The capillarity of concrete and the carbonation rate of concrete had a major range. Nevertheless, the correlation between the carbonation rate and the capillarity of concrete is around 0.8, which is good for database collected from actual buildings. According to the database, 80% of structures will have longer service life than is expected in BY68 instruction, because the carbonation of concrete in actual buildings is remarkably slower than the expectation is in the current instructions.