Teräs- ja betonirakenteiden vaurioituminen tulipalossa

Abstract

Tässä kirjallisuustutkimuksena suoritetussa kandidaatintyössä selvitettiin erilaisten rakenneterästen ja betonien tulipalon aikaisia lujuuden muutoksia eri lämpötiloissa sekä jäähtymisvaiheen jälkeisiä jäännöslujuuksia. Lisäksi tutkimuksessa käsitellään lainsäädännössä kantaville rakenteille asetettuja palonkestovaatimuksia, sekä esitetään menetelmiä palovaurioiden ja rakenteiden jäännöslujuuksien arviointiin palopaikalla. Palovaurioiden aiheuttamat mekaanisten ominaisuuksien muutokset ja niiden ymmärtäminen ovat oleellisia paloturvallisuussuunnittelussa sekä palon jälkeisessä korjausrakentamisessa. Terästen tulipalon aikana menettämä lujuus palautuu tyypillisesti ainakin osittain jäähtymisvaiheessa, vaikka pysyviä muodonmuutoksia tapahtuisikin. Tutkimuksessa pehmeiden terästen ja korkealujuusterästen jäännöslujuuksien todettiin palautuvan lähes täysin ennalleen palon aikaisen lämpötilan käytyä korkeintaan 600 celsiusasteessa, vaikka palon aikainen myötölujuus samassa lämpötilassa olisikin ollut alle 15 prosenttia. Teräslankojen jäännöslujuus on kuitenkin huomattavasti heikompi. Kaikkien terästen jäännöslujuuksien havaittiin heikkenevän palon aikaisen maksimilämpötilan ylittäessä 600 °C ja erityyppisten terästen välillä oli havaittavissa huomattavia eroja. Esimerkiksi tietyn rajan jälkeen ferriittisen ruostumattoman teräksen jäännöslujuus kasvaa. Betonille palon aikana syntyneet lujuushäviöt puolestaan ovat yleensä pysyviä johtuen runkoaineen ja sementin kemiallisista muutoksista, halkeilusta ja lohkeilusta. Selvitettiin, että lujuuskato 400 °C:ssa on normaalilujuusbetonille korkeintaan 15 % ja korkealujuusbetonille 10 %, kun taas 800 °C:ssa puristuslujuudesta on jäljellä normaalilujuusbetonissa enää alle 20 % ja korkealujuusbetonissa 25 %. Korkeammissa lämpötiloissa lujuuskato lisääntyy, mutta jäännöslujuus on kuitenkin kokonaisuudessaan riippuvainen käytetystä runkoaineksesta. Lopuksi todettiin, että tulipalon jälkeen vaurioituneita rakenteita arvioidaan ensihavaintokäynneillä. Näiden perusteella selvitetään, mille rakenteille tullaan tekemään tarkempia tutkimuksia joko otettujen näytteiden tai rakennetta vaurioittamattomien menetelmien avulla.