Seinämäisen betonirakenteen kutistumishalkeilun ehkäisy

Abstract

Tampereen Raitiotie hankeosa 2 ja Pirkkala-Linnainmaa raitiotie hankkeissa toteutetuissa tukimuureissa havaittiin paljon pystysuuntaisia kutistumishalkeamia. Yli 0,2 mm levyiset halkeamat korjattiin kohdekohtaisesti injektoimalla tai ylitasoittamalla. Diplomityössä tutkittiin halkeamien syntymekanismia ja siihen vaikuttavia syitä. Työn aikana rakennettiin seinämäisiä betonirakenteita. Vertailemalla rakennettujen muurien käyttäytymistä ja tutkimalla niiden halkeilua voitiin tehdä päätelmiä halkeilun syntymiseen vaikuttavista ratkaisuista.

Kaksi merkittävintä halkeiluun vaikuttavaa asiaa ovat raudoitteen minimimäärä, sekä kerralla valettavan seinärakenteen lohkopituus. Kokeilujen perusteella suositeltava lohkopituus kerralla valettavaksi on 12,1 m. Tällöin 12 m harjateräksen varastopituus voidaan hyödyntää optimaalisesti.

Diplomityön aikana toteutettujen rakenteiden havaintojen perusteella CIRIA C660, NCCI 2 ja Eurokoodi 2 suunnitteluohjeiden esittämä vähimmäisraudoitusmäärä As, min on riittämätön estämään muurimaisen rakenteen halkeamista. Suunnitteluohjeiden minimiraudoitusmäärä käsittelee tapauksia, joissa rakenne on lujittunut ja siihen kohdistetaan sille suunniteltuja kuormituksia. Kutistumishalkeamat tapahtuvat muutamien vuorokausien aikana valun päättymisestä. Suunnitteluohjeiden minimiraudoitusmäärän kasvattaminen 6–7 kertaiseksi ja lohkopituuden rajoittaminen alle 15 m mahdollistivat sen, että seinärakenteessa ei havaittu merkittävästi halkeamia muotin purkamisen jälkeen.

Betonimassan ominaisuuksia, kuten raekokoon, notkeuden ja P-luvun merkitystä käsiteltiin osana diplomityötä. Lisäksi valuajankohta (kesä vai talvi), sekä betonointityön suoritus ja rakenteiden jälkihoidon, sekä lämmittämisen merkitystä analysoitiin. Näillä seikoilla on merkitystä kokonaisuuteen. Kuitenkin suurin vaikutus on lohkopituudella ja minimiraudoituksella. Toisin sanoen, mikäli nämä kaksi tekijää eivät täyty, ei rakenteen halkeilua voida estää betonimassan, valumenetelmän tai jälkihoidon avulla.

Osana diplomityötä tehtiin kyselytutkimus, jonka tarkoituksena oli selvittää minkälainen käsitys ammattilaisilla, on halkeilun syistä ja ehkäisystä Kysely lähetettiin 25 henkilölle, joilla oli alalta useiden vuosien kokemus. Vastanneiden joukossa oli urakoitsijoita, suunnittelijoita, opettajia, konsultteja ja tilaajaorganisaatiossa työskenteleviä henkilöitä. Halkeiluilmiö on alalla yleisesti tunnistettu ja sitä havaitaan työmailla usein. Tästä huolimatta sen syntymekanismi tai keinot miten halkeiluun todella voidaan vaikuttaa eivät olleet vastaajille yksiselitteisiä.

Concrete retaining walls were constructed as part of Tampere Tramway Part 2 and Pirkkala-Linnainmaa tramway projects. In these walls horizontal shrinkage cracking could be observed after the structure was ready. Over 0,2 mm wide cracks were repaired by injection or skim coating the entire wall. This thesis examines the behaviors of cracking and the reasons behind it. By comparing different types of wall structures and their designs, assumptions were made on how to avoid cracking in future constructs.

Two main reasons for cracking are minimum area of reinforcement, As, min and the length of the wall cast. The recommended length for the wall is 12,1 m. With this length the best optimization for 12 m stock size rebar is achieved.

Through observation of built structures became obvious that design codes such as Ciria C660, NCCI 2 and Eurocode 2 all have insufficient minimum area of reinforcement. This is because design codes deal with load cases that happen after the structure has hardened and load is applied. Shrinkage cracking occurs after few days after the wall has been casted. Design code re-inforcement minimums were multiplied 6-7 times the minimum. No cracking or very minimal cracking could be achieved together with high reinforcement and wall length less than 15 m.

Other components in the process were the characteristics of the concrete mix such as max aggregate size, workability of concrete and the air-entraining of the concrete. Timing of the concrete cast (winter or summer), concrete casting, curing of concrete and heating the concrete while it cures. All these have a role in the construction, and they were observed when casting concrete walls. Overall, the highest impact for cracking could be sized to two main factors, reinforcement, and wall length. If these two factors are not in order cracking the structure cannot be avoided.

Part of this thesis was a survey study for twenty-five people who all had years of experience working in this field. Among the respondents were contractors, designers, teachers, consultants, and clients. The phenomenon of cracking is well known in industry, and it is not unusual for it to happen on site. However, responders were not remarkably familiar with the reasons why cracking occurs and what are the tools to avoid it.