Betonin pakkasenkestävyys

Jäädytyssulatusrasitus

Betoni ei ole luonnostaan pakkasenkestävää. Sen kapillaarihuokosissa oleva vesi laajenee jäädytys-sulatussyklien aikana ja seuraus on betonin sisäisen rakenteen vaurioituminen ja lujuuden aleneminen. Täysin kuiva betoni ei vaurioidu. Käytännössä huokosissa on kuitenkin aina jäätyvää vettä. Toinen edellytys vaurioitumiselle on lämpötilasyklit, joihin kuuluvat sekä jäätymis- että sulamisvaihe.

Säilyvyyden kannalta helppoja paikkoja ovat massiiviset rakenteet, jotka eivät altistu auringon säteilylle. Säilyvyydelle on myös eduksi, jos pakkaskausi on yhtenäinen ja lämpötilan vaihtelu 0-rajan molemmin puolin vähäistä. Säilyvyyden kannalta haasteellisimpia ovat ohuet kosteudelle ja lämpötilavaihteluille altistuvat rakenteet kuten eteläseinän julkisivut räystäättömissä rakennuksissa sekä vaakatasoiset pinnat. Juuri näissä olosuhteissa on havaittu jäädytyssulatusvaurioita 60- ja 70 lukujen rakennuksissa. Noina aikoina pakkasenkestävyyden varmistaminen oli sattumanvaraista.

On olemassa myös runsaasti vanhoja rakenteita, jotka ovat kestäneet pakkasta puutteellisesta pakkasenkestävyyden varmistamisesta huolimatta. Näissä tapauksissa olosuhteet ovat olleet pakkasenkestävyyden kannalta suotuisat.

Suolapakkasrasitus

Kun betonirakenne altistuu pakkasrasituksen lisäksi suolalle, vaurioituminen kiihtyy huomattavasti. Suolan vaikutusmekanismia ei tunneta tarkasti ja aihe on edelleen perustutkimuksen kohde. Vaurioituminen tapahtuu betonirakenteen pintakerroksessa, johon suola on imeytynyt ympäröivistä lähteistä kuten jäänestoaineista tai merivedestä. Vaurio ilmenee pintakerroksen säröilynä ja rapautumisena.

Pakkasenkestävyyden varmistaminen

Betonin pakkasenkestävyys varmistetaan sekoittamalla betoni massaan ilmahuokosia, ns.suojahuokosia. Niiden tilavuusosuus betonista on noin -2,5-6% ja sementtipastasta noin 20%. Huokosten koko on noin 20 – 800 µm ja niiden välinen etäisyys noin 400 µm (eli 0,4 mm). Tällöin huokosjako, jolla tarkoitetaan huokosten etäisyyden keskimääräisen etäisyyden puolikasta on noin 0,2 mm. Lyhyt etäisyys varmistaa, että jäätymissyklien aikana veden paineen ollessa korkea vesi virtaa kapillaarihuokosista ilmahuokosiin.

Sulan vaiheen aikana vesi virtaa takaisin kapillaarihuokosiin. Veden kulkeutuminen kapillaarihuokosten ja ilmahuokosten välillä on pakkasenkestävyyden edellytys ja siksi betoninormeissa on annettu vaatimukset kovettuneen huokosjaolle. Pakkasenkestävyys voidaan varmistaa myös suorilla jäädytyssulatuskokeella tai ns. laattakokeilla. Tarkemmat rasitusluokkakohtaiset vaatimusten hyväksymisrajat on kuvattu betoninormeissa. Rasituskuokka riippuu rakenteen altistumisesta kosteudelle suolalle.

Tutkimme ja testaaminen

• BY 72 Betonin ilmahuokosparametrien määritys ohuthieestä
• Jäädytyssulatuskoe SFS 5447
• Laattakoe ilman suolarasitusta CEN/TR 15177 (Akkreditoitu)
• Laattakoe 3% NaCl liuoksessa CEN/TS 12390-9 (Akkreditoitu)
• Huokosjaon hallinta