Massiivisen betonivalun lämmönkehitys ja siitä aiheutuva pinnan halkeilu

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia massiivisten betonirakenteiden valun aikaista lämmönkehitystä. Työssä keskitytään tutkimaan betonin lämmönkehitystä ja lämpötilaerojen aiheuttamia rasituksia betonin pintaan. Diplomityö koostuu kahdesta osasta, kirjallisuuskatsauksesta ja tutkimusosasta. Kirjallisuuskatsauksessa hyödynnetään aiheesta tehtyjä tutkimuksia ja julkaisuja. Katsauksessa tarkastellaan betonin materiaaliominaisuuksia, massiivisia betonirakenteita sekä käydään läpi betonin hydrataatiota, lämmönkehittymistä ja lämmönkehittymisen hallitsemista. Lisäksi osiossa käydään läpi betonirakenteen halkeilua keskittyen pinnan lämpöhalkeiluun.

Työn tutkimusosassa suunnitellaan ja tehdään massiivinen koerakenne, josta tutkitaan rakenteen lämmönkehitystä ja siitä aiheutuvia venymiä rakenteeseen. Koerakenne tehdään Hailuodon kiinteä yhteys -hankkeen massiivisille jäänsärkijöille ja se tehdään yhteistyössä hankkeen kanssa. Koekappaleen avulla pyritään simuloimaan jäänsärkijän valua ja lämmönkehitystä. Koerakenne raudoitetaan ja sitä jäähdytetään putkijäähdytysjärjestelmällä. Työssä tehdään myös FEM-laskentamalli koerakenteesta LUSAS-laskentaohjelmalla. Laskentamallin tuloksia verrataan koerakenteesta saatuun mittausdataan. Työssä hyödynnetään myös brittiläistä CIRIA C766-ohjetta, jonka avulla tarkastellaan koerakenteen pintaraudoituksen riittävyyttä.

Saatujen tulosten perusteella voidaan koerakenteen osalta todeta, että lämmönkehitys on huomioitava massiivisten rakenteiden suunnittelussa. Voidaan myös todeta, että lämmönkehityksen aiheuttamat pakkovoimat ovat todellisia ja ne on huomioitava pintaraudoituksen suunnittelussa. Laskentaohjelmasta saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että betonin lämpömallintaminen on melko haastavaa. LUSAS-ohjelmalla lämpöanalyysi ei ole kovin yksiselitteinen ja vaatii hyvät lähtötiedot betonin ja sementin koostumuksesta. Lämmönkehityksen laskemiseen käytetään eri menetelmiä ja laskentamenetelmissä tehdään erilaisia oletuksia, jotka tuovat haasteita tulosten soveltuvuuteen eri kohteissa.

Diplomityössä tehdystä koerakenteesta saadut tulokset antavat hyvän kuvan massiivisen rakenteen lämpökäyttäytymisestä ja lämmönkehityksen aiheuttamista jännityksistä. Saatuja tuloksia ei voida kuitenkaan suoraan käyttää muiden massiivisten betonirakenteiden suunnittelussa.