1. No category

1
466111S Rakennusfysiikka
RAKENNUSKOSTEUS
Opettaja: Raimo Hannila
Luentomateriaali: Professori Mikko Malaska
Oulun yliopisto
2
LÄHDEKIRJALLISUUTTA
• Suomen rakentamismääräyskokoelma, osat C ja D, Ympäristöministeriön
kotisivut: http://www.ymparisto.fi/default.asp?contentid=394585&lan=FI
• Lämpö ja kosteus, Rakennusfysiikka, 2004, Dick Björkholtz
• Betonirakenteiden kosteusmittaus ja kuivumisen arviointi, Tarja Merikallio
& Betonikeskus ry (4.ed. 2015)
• Kosteus rakennuksissa, RT 05-10710 (Tenttimateriaalia)
• Betonin suhteellisen kosteuden mittaus, RT 14-10984
• RIL 250-2011 Kosteudenhallinta ja homevaurioiden estäminen
3
RAKENNEKOSTEUS
(Björkholtz, s. 51)
Rakennekosteudella tarkoitetaan rakennusosiin tai rakennusaineisiin
valmistuksen, varastoinnin tai rakennusvaiheen aikana joutunutta
rakennuksen käytönaikaisen tasapainokosteuden ylittävää kosteutta.
Rakennekosteus on siis vesimäärää, joka rakenteesta poistuu, ennen
kuin rakenne saavuttaa kosteustasapainon ympäristönsä kanssa.
ω
ω ω ω
rak.kost.
0

kemiall
ω0
Valmistuskosteus, eli rakentamisvaiheessa rakenteessa
oleva vesimäärä [kg/m3]
ω∞
Hygroskooppinen tasapainokosteus ympäristön kanssa [kg/m3]
ωkemiall Rakennusaineeseen kiinteästi / kemiallisesti sitoutunut vesi
[kg/m3]. Kemiallisesti sitoutunut vesi ei liiku, eikä sitä tarvitse
ottaa huomioon kosteusteknisissä laskelmissa.
4
VALMISTUSKOSTEUS
Valmistuskosteuden ω0 arvot vaihtelevat suuresti riippuen mm.
rakennusaineesta, kuljetuksesta, varastoinnista, rakenteen
suojauksesta työn aikana.
• Tiili on valmistuksen jälkeen lähes kuiva.
• Betonissa ja kevytbetonissa on paljon vettä, joka on peräisin
tuotannosta.
(Björkholtz, s. 51)
Taulukossa on annettu suuntaa-antavia
rakennusaineiden ja rakenteiden
valmistuskosteuksia.
Lähde: RT 05-10710
5
HYGROSKOOPPINEN TASAPAINOKOSTEUS
Hygroskooppisuudella tarkoitetaan aineen kykyä sitoa kosteutta ilmasta
ja luovuttaa kosteutta ilmaan.
Hygroskooppisen tasapainokosteuden ω∞ arvot vaihtelevat riippuen
materiaalista, materiaalin sorptiokäyrästä, lämpötilasta sekä siitä, onko
kyseessä kostuminen (absorptio) vai kuivuminen (desorptio).
Prosessia kuvataan sorptio- eli tasapainokäyrillä (Björkholtz, s. 61…63).
Vaaka-akseli
Ilman suhteellinen kosteus
Pystyakseli
Aineen kosteuspitoisuus
Lähde: RT 05-10710
• Tasapainokosteus on sitä suurempi, mitä korkeampi ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on.
• Puupohjaisten materiaalien hygroskooppisuus on suuri ja mineraalivilloilla lähes olematon.
6
POISTUVA RAKENNUSKOSTEUS
Taulukossa on annettu rakennusaineiden tasapainokosteuksia kun ainetta
ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on 50%.
• Vesihöyryä hyvin läpäisevien aineiden kosteus asettuu tasapainokosteuteen nopeammin kuin
vesihöyryä huonosti läpäisevien (mineraalivilla – betoni).
Poistuvan rakennuskosteuden arvot vastaavat oletettua 50% suhtellista
ilmankosteutta.
(Björkholtz, s. 51)
Lähde: RT 05-10710
7
RAKENNUSKOSTEUDESTA AIHEUTUVAT VAURIOT
Rakennuskosteudesta johtuvat vauriot ovat useimmissa tapauksissa
seurausta siitä, että rakennusosa ei ole ehtinyt riittävästi kuivua ennen
kuin sen päälle on tehty sitä peittävä rakennusosa tai pintakerros.
Rakennusosiin voi jäädä ylimääräistä kosteutta, esimerkiksi silloin kun:
• Rakennusosia ja rakennustarvikkeita ei ole rakennusaikana suojattu
riittävästi sateelta
• Puurakenteet on tehty liian kosteasta puutavarasta
• Lattiapäällyste on asennettu liian kostean betonilaatan päälle
• Rakennuksen sisä- ja ulkomaalauksia on tehty ennen kuin
rakennusosat ovat ehtineet kuivumaan
• Rakenteita ei ole suunniteltu kosteusteknisesti oikein eivätkä ne pääse
kuivumaan
• Rakennukset ja rakenteet eivät ole riittävästi tuuletettuja
8
RAKENNEKOSTEUDEN POISTUMINEN RAKENTEESTA
(Björkholtz, s.80, 65)
Rakennuskosteus poistuu kahdessa eri vaiheessa:
1. Ensimmäisessä vaiheessa pinta on kostea ja kuivumisnopeus on
lähes vakio. Jotta pinta voisi olla kostea, on rakenteen
kosteuspitoisuuden vastattava kyllästymisvesihöyryn määrä.
Haihtumisen johdosta pintakerroksen kosteus pienenee. Pinta pysyy
kosteana sitä kauemmin, mitä suurempi kapilaarinen imukyky
rakenteella on. Niin kauan kuin pinta pysyy kosteana, kuivuminen on
nopeaa ja sen nopeutta voidaan arvioida kaavalla (vertaa luento 9 –
Osa 1 / Haihtuminen ulkoseinärakenteen pinnalta):
g  β   ν  ν 
 p u
[kg/(m2s)]
Vaihe 1 päättyy kun kappaleen pintaan siirtyy vähemmän kosteutta
kuin mitä sitä siitä haihtuu ja pinta alkaa kuivua.
9
RAKENNUSKOSTEUDEN POISTUMINEN RAKENTEESTA
2. Toisen vaiheen aikana kuivumisnopeus ei pysy vakiona, vaan pienenee
jatkuvasti.
Rakenteen kuivuessa rakenteeseen muodostuu yleensä kosteusjakauma, jossa rakenteen pintaosat ovat kuivat ja syvemmälle mentäessä
kosteuspitoisuus kasvaa. Tällöin kuivumiseen tarvittava matka ja vastus
kasvavat, mikä pienentää kuivumisnopeutta. Nopeus riippuu rakenteen
mitoista, aineominaisuuksista sekä kosteusolosuhteista.
Veden poistumista tapahtuu kunnes materiaalin huokosten ilmatilan
suhteellinen kosteus on sama kuin rakennetta ympäröivän ilman
suhteellinen kosteus.
Lähde:
Merikallio
10
KRIITTINEN KOSTEUS
Rakennekosteuden poistuminen rakenteesta voi muodostaa
ongelman, koska rakennusmateriaalien kuivuminen on usein hidasta
verrattuna rakentamisprosessin etenemiseen. Tämä pätee varsinkin
betonirakenteisiin.
Rakenteen kuivumisnopeutta ja kosteuspitoisuutta joudutaan
arviomaan mm. silloin kun selvitetään onko rakenne riittävän kuiva
pinnoitettavaksi tai päällystettäväksi. Liian suuri kosteuspitoisuus
pinnoitteen alla voi vaurioittaa päällystemateriaalia tai päällysteen
kiinnitysaineita.
Rakenteen sisällä saa olla korkeita kosteuspitoisuuksia, kunhan
kosteus välittömästi päällysteen alla ei nouse liian korkeaksi.
Riipuen mahdollisesta kosteusvaurion tyypistä, materiaalia
ympäröivän ilman suhteelliselle kosteudelle on annettu yläraja-arvoja,
kriittinen suhteellinen kosteus RHk, jotka ovat maksimikosteuspitoisuuksia, joissa rakennusaine toimii tyydyttävästi pitempiäkin
aikoja.
11
ERÄITÄ KRIITTISEN KOSTEUDEN ARVOJA
Jotta rakennusaine toimisi halutulla tavalla, tulee sen suhteellisen
kosteuden olla pienempi kuin kriittinen kosteus.
• Puun ja puupohjaisten materiaalien kriittinen kosteus lahoamisen kannalta
on noin 80%. Lahon syntymiselle tarvittava lämpötila on n. +3 - +45 ⁰C.
• Homehtumiselle kriittinen kosteus on noin 80%. Home vaatii elääkseen
n. +3 - +45 ⁰C:n lämpötilan.
• Yleisimpien parkettilajien kriittisenä suhteelisen kosteuden arvona
pidetään 75%. Kosteusvaurioiden välttämiseksi suhteellinen kosteus
välittömästi alustaan liimatun parketin läheisyydessä ei saa nousta tätä
arvoa korkeammalle.
• Kosteus laminaattilattian alusmateriaalin tai muovikalvon alla ei saa olla
pitkään yli 85%.
• Muovimattojen tyydyttävän toiminnan kriteeri on mattojen turpoaminen
kosteuden vaikutuksesta ja tästä johtuva kupruilu. Kosteus välittömästi
lattiapäällysteen alla ei saa nousta yli 85%.
• Lattialiimojen kriittisenä ominaisuutena voidaan pitää tartuntalujuutta.
Useimmat lattialiimat kestävät 85% kosteusarvoja tartuntalujuuden
heikentymättä.
12
BETONIN KUIVUMINEN
Betoni kuivuu lähinnä vaiheen 2. mukaisesti. Tällöin rakenteen
pintaosat ovat kuivat ja syvemmälle mentäessä kosteuspitoisuus
kasvaa.
Pinnan kautta haihtuvan veden tilalle siirtyy ajan kuluessa kosteutta
syvemmältä rakenteesta .
Kun rakenne päällystetään, kosteuden poistuminen rakenteesta
hidastuu. Nopeuteen vaikuttaa merkittävästi päällystemateriaalin
vesihöyrynläpäisevyys.
• Jos rakenteen pintaosat ovat kuivat ennen päällystämistä (alle
75%), kosteuden siirtyminen syvemmältä betonista on niin hidasta,
että kosteus ehtii haihtua vesihöyryä läpäisevän päällysteen läpi
eikä keräänny päällysteen alle aiheuttaen vaurioita.
• Jos kosteusvirta syvemmältä rakenteesta kohti rakenteen pintaa on
suuri tai päällystemateriaalin vesihöyrynläpäisevyys on pieni,
kosteus päällysteen alla voi nousta kriittisen korkeaksi.
13
PÄÄLLYSTETYN BETONIN KOSTEUSJAKAUMAT
Betonirakenteen kosteusprofiileja ennen ja jälkeen päällystämisen:
RH 100%
Lähde:
Merikallio
14
BETONIN KUIVUMISEEN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT
 Hyvissä olosuhteissa nopeimmat betonit kuivuvat tavoitetasoon jopa
viikossa.
 Epäedullisissa olosuhteissa kuivuminen voi kestää jopa vuoden.
Rakenneratkaisu vaikuttaa siihen, miten pitkän matkan kosteus
joutuu siirtymään betonissa päästäkseen haihtumiskykyiseen pintaan.
Kuivuminen hidastuu huomattavasti, jos haihtuminen on mahdollista
vain yhteen suuntaan (esim. liittolaatta).
Ympäristöolosuhteet (lämpötila, suhtellinen kosteus, ilmavirrat)
vaikuttavat siihen, miten nopeasti betonirakenteen pinnalla oleva
kosteus haihtuu ja rakenteen sisällä oleva kosteus siirtyy pintaan.
Betonin kuivumisen kannalta optimaalisen ilman suhteellisena
kosteutena pidetään noin 50%.
Betonin ominaisuudet vaikuttavat betonin huokosrakenteeseen ja
siihen, miten paljon betonista pitää haihtua kosteutta tietyn
kosteustilan saavuttamiseksi ja miten nopeasti haihtuminen tapahtuu.
15
BETONIRAKENTEIDEN KUIVUMISEN ARVIOIMINEN
(Merikallio), (vrt. Björkholtz, s.80, 81)
Rakenteiden kuivumisen arviointimenetelmillä ja kosteusmittauksilla
pyritään varmistamaan rakenteen riittävän alhainen kosteussisältö.
Betonin kuivumisnopeuden arvioimiseksi on esitetty useita menetelmiä.
Tässä luennossa käydään läpi ”Betonirakenteiden kosteusmittaus ja
kuivumisen arviointi” –julkaisussa esitetty menetelmä. Luennon esimerkit
ovat myös samasta lähteestä.
Kuivumisen voidaan katsoa alkavan siitä, kun rakenne ei enää saa
lisäkosteutta.
Julkaisun laskelma etenee seuraavasti:
1.
2.
3.
4.
Valitse ohjeistosta rakennetyyppi, joka
parhaiten vastaa tarkasteltavaa rakennetta.
Määritä tavoitekosteus, johon betonin halutaan
kuivuvan.
Katso ohjeen peruskuivumiskäyristä
tavoitekosteutta vastaava kuivumisaika
viikkoina.
Kerrotaan peruskuivumisaika erilaisilla
korjauskertoimilla, jotka ottavat huomioon
rakenneratkaisun, ympäristöolosuhteet ja
betonin ominaisuudet.
Lähde: Merikallio
16
ESIMERKKI 1: Maanvastainen teräsbetonilaatta
Rakenne:
• 100 mm paksu maanvarainen
laatta, joka on valettu kuivalle
alustalle.
Ympäristöolosuhteet:
• Valun jälkeen rakenne on
kosteissa olosuhteissa yli 2
viikkoa.
• Kuivatuksen alettua olosuhteet
ovat 18⁰C / 50% RH.
Betonin ominaisuudet:
• Vesi-sideaine-suhde 0,7 (v/s).
Tavoitekosteus: 85%.
Lähde: Merikallio
17
ESIMERKKI 1: Maanvastainen teräsbetonilaatta, jatkuu...
Peruskuivumisaika: 17 viikkoa.
Vesisideainesuhde: 0,7 → kerroin 1,0
Rakenteen paksuus: 100 mm → kerroin 1,7
Alustan kosteus: kuiva → kerroin 1,0
Rakenteen kastuminen:
kosteassa yli 2 viikkoa → kerroin 1,0
Ympäristöolosuhteet: 18⁰C / 50% RH → kerroin 0,9
 tkuiv  17  1,0  1,7  1,0  1,0  0,9  26 viikkoa
Lähde: Merikallio
18
ESIMERKKI 2: Teräsbetoniseinä
Rakenne:
• 200 mm paksu teräsbetoniseinä.
Ympäristöolosuhteet:
• Valun jälkeen rakenne on
sateessa 2 viikkoa.
• Kuivatuksen alettua olosuhteet
ovat 18⁰C / 50% RH.
Betonin ominaisuudet:
• Vesi-sideaine-suhde 0,7 (v/s).
Lähde: Merikallio
Tavoitekosteus: 85%.
19
ESIMERKKI 2: Teräsbetoniseinä, jatkuu...
Peruskuivumisaika: 37 viikkoa.
Vesi-sideaine-suhde: 0,7 → kerroin 1,0
Rakenteen paksuus: 200 mm → kerroin 0,7
Kuivumissuunta: kahteen suuntaan → kerroin 1,0
Ympäristöolosuhteet: 18⁰C / 50% RH → kerroin 0,9
Rakenteen kastuminen:
Sateessa yli 2 viikkoa → kerroin 1,5
 tkuiv  37  1,0  0,7  1,0  0,9  1,5  35 viikkoa
Lähde: Merikallio
20
ESIMERKKI 3: Kerroksellinen betonilaatta
Kerroksellisissa betonilaatoissa kuivumisaika-arviot lasketaan
erikseen kantavalle betonilaatalle ja kelluvalle pinabetonilaatalle.
Tavoitteena on yleensä, että runkolaatan tulee kuivua alle 90%
suhteelliseen kosteuteen ennen kuin ylemmät kerrokset voidaan
tehdä.
Rakenne:
• Ontelolaatta 320 mm + kelluva 50
mm pintalaatta.
Ympäristöolosuhteet:
• Valun jälkeen rakenne on yli 2
viikkoa kosteassa.
• Kuivatuksen alettua olosuhteet
ovat 25⁰C / 50% RH.
Betonin ominaisuudet:
• Vesi-sideaine-suhde 0,7 (v/s).
Tavoitekosteus: 85%.
Lähde: Merikallio
21
ESIMERKKI 3: Kerroksellinen betonilaatta, jatkuu...
A) Ontelolaatan kuivuminen 90% suhteelliseen
kosteuteen.
Peruskuivumisaika: 2 viikkoa.
Lähde: Merikallio
22
ESIMERKKI 3: Kerroksellinen betonilaatta, jatkuu...
B) Pintalaatan kuivuminen 85% tavoitekosteuteen:
Peruskuivumisaika: 8 viikkoa.
Runkolaatan kosteus: 90% → kerroin 1,0
Vesi-sideaine-suhde: 0,7 → kerroin 1,0
Kelluvan laatan paksuus: 50 mm → kerroin 0,8
Ympäristöolosuhteet: 25⁰C / 50% RH → kerroin 0,7
Rakenteen kastuminen:
Kosteassa yli 2 viikkoa → kerroin 1,0
 tkuiv  8  1,0  1,0  0,8  0,7  1,0  4,5  5 viikkoa
 tkuiv, A  tkuiv, B  2  5  7 viikkoa
Lähde: Merikallio
23
BETONIN SUHTEELLISEN KOSTEUDEN MITTAUS
Ohjeistus betonin kosteusmittauksille on annettu RT-kortissa No. 1410984.
Lähde:
Kuva 20 / RT 14-10984