Valesokkelin korjausmenetelmän rakennusfysikaalisen toiminnan arviointi

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli tutkia erään valesokkelin korjausjärjestelmän rakennusfysikaalista toimivuutta. Valesokkeli oli Suomessa 70- ja 80-luvuilla yleinen perustusratkaisu etenkin pien- ja rivitaloissa. Myöhemmin ratkaisun kosteusteknisessä toimivuudessa havaittiin kuitenkin puutteita, ja nykyään valesokkelit luokitellaankin riskirakenteiksi. Valesokkelillisia rakennuksia on Suomessa edelleen tuhansittain, ja tutkittavan korjausmenetelmän tavoitteena on tuoda lisävarmuutta kyseisten rakennusten kosteustekniseen toimivuuteen.

Valesokkeleiden yhtenä ongelmana on ollut ulkoseinän runkorakenteen alaohjauspuun kosteusvaurioituminen. Valesokkeleissa alaohjauspuu on tyypillisesti asemoitu niin, että se on sijoitettu maanvaraisen laatan alapuolelle, mikä yhdessä ulkopuolisen sokkelinoston kanssa heikentää sen kuivumista. Valesokkelien aikakaudella ulkoseinärakenteiden tuuletus on ollut myös puutteellista, mikä osaltaan lisää rakenteiden kosteuskuormaa. Toisena merkittävänä ongelmana on ollut rakenteisiin kohdistuva kosteuskuorma maasta, sillä tuolloin käytetyt maamateriaalit täytöissä eivät vastaa nykysuosituksia. Tästä syystä kosteudella on mahdollisuus liikkua myös kapillaarisesti.

SafeDrying-kuivatusjärjestelmät perustuvat rakenteissa kierrätettävään kuivatettuun ja lämmitettyyn ilmaan. Kuivatusjärjestelmää on hyödynnetty aikaisemmin muun muassa uusien betonilaattojen kuivatuksessa sekä korjauskohteissa olemassa olevien betoni- ja tiilirakenteiden yhteydessä. Tällaisissa kohteissa rakenteiden sisään on asennettu kuivatusputkisto, jossa kuivatusilmaa kierrätetään. Tässä työssä tutkitussa korjausmenetelmässä sokkelin ulkopintaan asennetaan lämmöneriste, jossa on erillinen kanava puhallusilmalle. Kuivatuksen tehostamiseksi kanavan kohdalle sokkeliin porataan reikiä, joiden kautta kosteus pääsee kulkemaan kuivatuskanavistoon.

Tutkimuksessa analysoitiin toteutuneen kohteen mittaustuloksia ja tehtiin laskennallisia tarkasteluja simuloimalla. Laskennalliset tarkastelut vaiheistettiin niin, että simuloinneissa siirryttiin yksinkertaisemmasta mallista monimutkaisempaan. Vaiheistuksen tavoitteena oli selvittää yksinkertaisissa malleissa käytettyjen laskentaparametrien vaikutusta laskentatuloksiin ja hyödyntää tätä tietoa seuraavissa laskentavaiheissa. Simulointitarkastelut toteutettiin COMSOL Multiphysics 6.2 -laskentaohjelmalla.

Tutkimuksen perusteella kuivatusjärjestelmällä voidaan parantaa valesokkeleiden alaohjauspuun olosuhteita, kunhan rakenteisiin kohdistuva kosteuskuorma pysyy riittävän alhaisella tasolla. Kosteusrasituksen noustessa järjestelmän kuivatustehoa korkeammaksi on homeenkasvun riski kuitenkin jopa lähtötilannetta korkeampi, koska järjestelmä nostaa alaohjauspuun lämpötilaa, ja samalla ulkopuolinen lämmöneriste estää betonin kuivumisen ulkoilmaan . Tutkimuksissa havaittiin myös, että rakenteiden kuivumista saadaan tehostettua nostamalla puhallusilman lämpötilaa. Tämän lisäksi puhallusilman tilavuusvirran tulee olla riittävän suuri, jotta saavutetaan optimaalinen kuivatusteho.

The aim of this study was to examine the building physics performance of a certain repair system for false plinths . A false plinth was a commonly used solution for foundations in Finland during the 1970s and 1980s, particularly in single-family and terraced houses. However, deficiencies in its moisture performance have since been identified, and nowadays, the false plinth is classified as a risk structure. Thousands of buildings with false plinths still exist in Finland. The goal of the repair method studied in this thesis is to enhance the moisture performance of these structures and to extend their service life.

One of the main issues associated with the false plinths is moisture damage occurred to the bottom plate of the exterior wall frame. In these structures, the bottom plate is typically positioned below the level of the slab-on-ground floor structure. Combined with an external plinth extension, this placement reduces the possibilities of the bottom plate to dry effectively. During the era when the false plinths were common, the ventilation of the exterior wall structures was also insufficient, further increasing the moisture load towards the structures. In addition, a ground moisture posed a significant challenge, as the materials used at the time did not meet current standards. This allowed moisture to rise into the structure via capillary action.

The SafeDrying system is based on the circulation of heated and dehumidified air. This drying method has been used in various applications, such as in drying new concrete slabs and in renovation projects involving concrete and brick structures. In such cases, the drying ducts of the system are installed inside the structure for circulating the drying air. In the repair method studied in this thesis, a thermal insulation with a separate air channel is installed on the exterior surface of the plinth. For improving the drying effectivity, holes are drilled into the plinth at the height of the air channel, allowing the moisture transfer into the drying system from deeper in the concrete.

In this thesis, both on-site measurement results and simulation-based computational analyses were studied. Simulations were phased in progressively from simplified to more complex models. The purpose of this approach was to evaluate how the parameters used in the simpler models affect the results and to apply these insights in the subsequent, more detailed phases of the analysis. All simulations were performed using COMSOL Multiphysics 6.2 software.

Based on the results, the drying system studied can improve the conditions of the bottom plate in false plinth structures, provided that the moisture load remains within manageable levels. However, if the moisture exposure exceeds the drying capacity of the system, the risk of mould growth may increase compared to the initial situation, because the system raises the temperature of the bottom plate while simultaneously the external insulation restricts the outward drying of the concrete structure. The study also found out that the drying performance can be enhanced by increasing the temperature of the drying air. Furthermore, in order to achieve optimal results, a sufficiently high airflow velocity is required.