Itsekorjautuva betoni: Itsekorjautuvuusmekanismit ja niiden vaikutus betonin mekaanisiin ominaisuuksiin

Abstract

Betoni sisältää luonnollisesti paljon halkeamia ja huokosia, ja mikäli halkeamat pääsevät etenemään hallitsemattomasti, ne voivat pahimmillaan rikkoa betonirakenteen. Lisäksi betoni sisältää paljon mikrohalkeamia, jotka toimivat tyypillisesti isompien halkeamien ydintymiskohtina. Voidaan siis päätellä, että mikäli mikrohalkeamia pystytään vähentämään, betonirakenteesta saadaan kestävämpi. Tämän työn tarkoituksena on selvittää, millä mekanismeilla betonin itsekorjautuvuus tapahtuu ja miten kyseiset menetelmät vaikuttavat betonin mekaanisiin ominaisuuksiin. Mekaanisten ominaisuuksien osalta tarkastellaan puristus-, veto- ja taivutuslujuutta.

Betonin itsekorjautuvuusmekanismit jaetaan autogeeniseen ja autonomiseen itsekorjautuvuuteen. Autogeeniset itsekorjautumismekanismin jaetaan fysikaalisiin, kemiallisiin ja mekaanisiin mekanismeihin. Autonomiset itsekorjautuvuusmekanismit jaetaan bakteeripohjaiseen itsekorjautuvuuteen, kapselipohjaiseen itsekorjautuvuuteen ja itsekorjautuvuuteen kiteisillä lisäaineilla.

Autogeenisten itsekorjautumisen osalta on tutkittu, että fysikaalisten mekanismien avulla pystytään korjaamaan halkeama, jonka enimmäisleveys on noin 100 mikrometriä. Kemiallisilla mekanismeilla puolestaan voidaan korjata halkeama, jonka enimmäisleveys on noin 200 mikrometriä, kun taas mekaanisilla mekanismeilla on havaittu olevan lähes merkityksetön vaikutus betonin itsekorjautumiseen. Lisäksi autogeenisen itsekorjautuvuuden kohdalla puhutaan mekaanisten ominaisuuksien palautumisesta niiden kasvamisen sijaan. Tutkimukset ovat osoittaneet, että ympäristöolosuhteilla ja mahdollisilla lisäaineilla on vaikutusta betonin mekaanisten ominaisuuksien palautumiseen.

Tutkimusten perusteella autonomisten itsekorjautuvuusmekanismien avulla pystytään kasvattamaan betonin puristus-, veto- ja taivutuslujuutta. Bakteeripohjaisen itsekorjautuvuuden osalta jokaisen edellä mainitun mekaanisen ominaisuuden on havaittu kasvavan. Lisäksi on havaittu, että bakteeripohjaiseen itsekorjautuvuuteen vaikuttavat bakteeripitoisuus, bakteerin tyyppi sekä bakteerin kasvattamisaika.

Kiteisten lisäaineiden käytöllä on huomattu olevan sekä mekaanisia ominaisuuksia kasvattavia vaikutuksia, että heikentäviä vaikutuksia. Huomioitavaa kuitenkin on, että kiteisiä lisäaineita koskevissa tutkimuksissa käytettyjen betoninäytteiden koostumukset olivat erilaiset, ja käytettyjen kiteisten lisäaineiden koostumukset olivat erilaiset tai niitä ei ollut tiedossa. Lisäksi on tutkittu, että mikäli betonissa käytetään tyhjiä mikrokapseleita, ne vaikuttavat negatiivisesti betonin puristus- ja vetolujuuteen.

Tämän työn perusteella voidaan päätellä, että autonomisilla itsekorjautuvuusmekanismeilla pystytään vaikuttamaan positiivisesti betonin kestävyyteen. Betonin kestävyyden lisääntyessä, myös kustannusten voidaan olettaa laskevan, mikäli betonirakenteita tarvitsee korjata tai uudelleenrakentaa entistä vähemmän. Kustannuksissa on kuitenkin huomioitava mahdolliset kustannukset, jotka aiheutuvat autonomisten itsekorjautuvuusmekanismien käytöstä. Lisäksi betonista aiheutuvia ympäristövaikutuksia pystytään vähentämään, jos rakentamiseen tai betonin korjaamiseen tarvittavia aineita tarvitsee jatkossa valmistaa vähemmän betonirakenteen paremman kestävyyden vuoksi.