Betonin ja kiviainesmateriaalien ohut- ja pintahietutkimus


Toimiala

Palvelu

  • Laboratoriopalvelut
  • Asbesti- ja haitta-aineanalyysit
  • Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC)
  • Näytä kaikki


Petrografinen tutkimus on oleellinen osa perusteellista rakennuksen kuntotutkimusta. Petrografia on tieteenala, joka keskittyy kivien mikroskooppiseen kuvaamiseen.

Betoni on oikeastaan ihmisen tekemä ”kivi” ja sitä voidaan petrografisessa tutkimuksessa havainnoida mikroskooppimenetelmin samaan tapaan kuin luonnon kivistä otettuja näytteitä. Samoja tutkimusmenetelmiä voidaan soveltaa muihinkin kiviainesmateriaaleihin, kuten laastiin, tiileen, jne., vaikka tässä yksinkertaisuuden vuoksi puhutaan vain betonista.

Tutkimus aloitetaan ottamalla betonista lieriö- tai palanäytteitä. Näytteenoton suunnittelu ja toteutus on tärkeä osa tutkimusta. Näytteenoton suunnittelee ja toteuttaa henkilö, jolla on riittävästi tietoa ja kokemusta betonista. Laboratoriotutkijalle toimitettavien näytteiden tulisi mahdollisimman hyvin ja riittävän laajasti edustaa tutkittavaa kohdetta. Näytteet merkitään asianmukaisesti, säilytetään muovipusseissa karbonatisoitumisen estämiseksi ja toimitetaan mahdollisimman pian laboratorioon käsiteltäväksi.

Petrografista tutkimusta varten betoninäytteestä valmistetaan kahdenlaisia preparaatteja, pintahieitä ja ohuthieitä, mikroskooppitutkimusta varten. Pintahie tehdään ohuthiettä suuremmalta alalta, esim. betonilieriön puolikkaasta, hiomalla pinta sileäksi stereomikroskooppitarkastelua varten. Stereomikroskoopilla pintahiettä tarkastellaan suurennettuna näytteen pinnasta heijastetussa valossa. Pintahietutkimuksen etu on, että tarkastelu voidaan suorittaa laajemmalta alalta ja esimerkiksi rapautumisen jatkuvuus jopa koko rakenteen läpi voidaan todeta. Pintahietutkimuksessa ei kuitenkaan päästä samaan tarkkuuteen pienten yksityiskohtien osalta kuin ohuthietutkimuksessa ja joitakin ominaisuuksia jää kokonaan huomaamatta.

Käsi, jossa näyte

Ohuthie on betonista valmistettu n. 0,02-0,025 mm paksu leike, jota voidaan tarkastella sen läpi kulkevassa valossa polarisaatiomikroskoopilla. Polarisaatiomikroskoopissa aineita voidaan tunnistaa niiden valontaitto-ominaisuuksien perusteella ja tarkastella jopa 400 x suurennoksella. Ohuthieessä tutkittava ala on yleensä melko pieni esim. 45x25mm, mutta sillä saadaan selville hyvin tarkkoja yksityiskohtia mm. sideaineksen rakenteesta ja betoniin käytetyistä ainesosista.

Parhaassa tapauksessa kohteesta tehdään sekä pintahieitä, joilla saadaan esiin materiaalin ominaisuuksia suuremmassa mittakaavassa että ohuthieitä, joiden avulla päästään betonin yksityiskohtaisiin ominaisuuksiin ja mahdollisten vaurioiden syntymekanismeihin kiinni.

Ohuthietutkimuksessa selvitetään aina seuraavat asiat:

- Betonin kiviaineen laatu ja kunto

- Sideaineen eli sementin laatu/kunto (karbonatisoituminen, hydratoituminen ja vesi/sementti-suhde) ja seosaineet

 - Huokosten määrä, muoto ja jakautuminen

- Rapautumiseen (kiviainesreaktiot, pakkanen, kemiallinen ja mekaaninen rapautuminen, teräskorroosio) viittaavat muutokset

- Sekundääriset kiteytymät (ettringiitti, thausmasiitti, kipsi, brusiitti, silikageeli)

- Pinnoitteet

Tuloksia arvioitaessa betonille voidaan antaa kuntoarvio, tehdä johtopäätöksiä sen vaurioitumisen syistä ja vaurioiden laajuudesta sekä arvioida betonin pakkasenkestoa. Petrografisen tutkimuksen tuloksia voidaan tukea tekemällä betonista myös muita kokeita, kuten kloridipitoisuuden määritys, vetolujuustestaus, laastin kemiallinen analyysi, jne.

WSP Finlandin petrografiset analyysit tehdään ASTM C856-18 -standardia noudattaen.

Kloridipitoisuuden määritys

Betonin kloridipitoisuus on merkittävä tekijä siksi, että kloridien korkea pitoisuus voi aiheuttaa betonin teräsvahvisteiden ruostumista. Kloridit voivat olla peräisin sekä betonin raaka-aineista (merihiekat, kalsiumkloridi-kiihdyttimet, kontaminoidut kierrätysmateriaalit) että ulkoisista lähteistä (tiesuola, merivesi, jätevedet). Kloridipitoisuuden määritys voidaan tehdä joko kappaleesta tai porajauheesta. Kloridipitoisuus selvitetään kemiallisella titrausmenetelmällä. Kloridipitoisuuden raja-arvona, jota korkeammat arvot voivat olla haitallisia, pidetään 0,03-0,05 paino-%.

WSP Finlandin kloridipitoisuuden määritykset tehdään SFS-EN 14629 -standardin mukaisesti.

Vetolujuuden määritys

Betonin vetolujuuteen vaikuttavat yhdessä kivi- ja sideaineen ominaisuudet sekä kovettumisen onnistuminen. Rapautumisen aiheuttamat vauriot voivat merkittävästi alentaa vetolujuutta. Kovettuneen betonin vetolujuus voidaan testata tarkoitukseen erityisesti suunnitellulla vetolaitteella. Koemenettelyssä vetokappaleisiin liimattua koekappaletta kuormitetaan tasaisesti ja yhtäjaksoisesti kuormitusta vähitellen lisäten. Suurin näytteen kestämä kuormitus eli murtokuorma kertoo sekä betonin suorituskyvystä että antaa viitteitä sen mahdolliseen rapautumiseen. Betonin vetolujuuden raja-arvona pidetään yleensä 1,5 MN/m2, jota alemmilla arvoilla betonissa voidaan epäillä olevan rapautumisen aiheuttamia vaurioita.

WSP Finlandin laboratorion vetolujuusmääritykset tehdään SFS 5445 -standardin mukaisesti.

 

Yhteyshenkilöt:

Elisa Kyllönen 
Apulaisyksikönpäällikkö, Tiimipäällikkö, Asbesti, pöly ja haitta-aineet, Oulu
+358 40 580 6892
elisa.kyllonen@wsp.com

Tiina Bergbacka
Tiimipäällikkö, Betoni- ja maa-aines, Oulu
+358 40 668 4403
tiina.bergbacka@wsp.com