CLT-rakennuskomponentin halkeilun hallinta urittamalla ja toiminta pientalon sisäilmastossa

Abstract

Ristiinliimattu massiivipuu (CLT) on levymäinen monikäyttöinen rakenteellinen insinööripuutuote. Tuotteen ongelmana on, että se halkeilee pinnastaan ja se haittaa levyjen hyödyntämistä näkyvissä kohteissa. Työssä tutkittiin CLT:n halkeilukäyttäytymistä. Tavoitteena oli selvittää halkeiluun vaikuttavia tekijöitä ja esittää keinoja halkeilun estämiseksi (mm. urittamalla pintaa).

Työn kirjallisuusosuudessa perehdyttiin näkyvän CLT:n vuorovaikutusilmiöihin suhteessa sisäilmaan, pinnankäsittelyyn, energiankulutukseen, sekä halkeiluun ja uritukseen. Kirjallisuustutkimus osoitti, että sisäilmaan suorassa yhteydessä olevat suuret puupinta-alat ja puumassat kykenevät vähentämään sisäilman kosteuden vaihtelua ja kiinteistön lämmitys- ja jäähdytysenergian tarvetta. Jotta edellä kuvatut hyödyt voidaan saavuttaa, tulee puupinnan olla yhteydessä huoneilmaan siten, ettei sitä peitetä levyillä tai kosteutta läpäisemättömällä kalvolla.

Pintakäsittelyaineen valinta vaikuttaa CLT:n ilmeeseen, halkeiluun ja edellä mainittuihin funktionaalisiin ominaisuuksiin. Peittävät ja sulkevat pintakäsittelyt vähentävät puun kosteuselämistä ja täten vähentävät halkeilutaipumusta. Toisaalta taas, kuultavat pintakäsittelyt sallivat kosteuden siirtymisen huoneilman ja rakenteen välillä, ja jättävät puun pintakuvion näkyviin. Kokeiden perusteella peittävät pintakäsittelyt korostavat syntyneitä halkeamia. Toiminnallisista ja visuaalisista syistä CLT:lle suositellaan kuultavia, vesihöyrynläpäisyn sallivia vahakäsittelyitä, joilla halkeilu ei korostu.

Työssä kokeiltiin pintaan työstetyn urituksen toimintaa halkeilun estämiseksi ja haittojen vähentämiseksi. Uritustyyppejä oli kolme: suora ura, vino ura ja laakea pyöristetty ura. Urat kohdistettiin pintalamellien väliseen liimasaumaan. Halkeilua testattiin syklisellä kosteusrasituksella ja tulosten perusteella parhaiten toimi vino ura, joka esti halkeamien syntyä tehokkaasti. Suoralla uralla pystyttiin lieventämään halkeilun aiheuttamia haittoja. Pyöreä ura ei toiminut halkeilun estämisessä. Urituksen halkeilua hillitsevä vaikutus perustuu yhdistelmään optisesta näköestevaikutuksesta ja CLT-pintakerroksen jännitysjakauman muutoksesta. Halkeilun todettiin keskittyvän suurella todennäköisyydellä uran pohjalle. Kokeessa testattu liimapuusisustuslevy ei soveltunut CLT:n pintakerrokseksi.

Halkeilu syntyy levyssä olevista jäännösjännityksistä, lamellien välisestä syysuuntaerosta ja puun kosteuselämisestä. Työn johtopäätöksissä esitettiin pohdintoja, joilla halkeilutaipumukseen voidaan vaikuttaa.

Cross-Laminated Timber (CLT) is a slab-type multipurpose engineered wood product. The key issue with CLT is the tendency of surface cracking, which prevents the use of these panels in visual locations. This thesis studied the surface cracking phenomenon of CLT. The aim was to study the factors affecting the crack formation and present methods for decreasing the cracking tendency (e.g. grooving of the surface).

The literature review focused on interactions of CLT with indoor air, surface coatings, energy consumption, cracking and grooving. The study revealed that vast wooden surfaces and large masses of wood, which are connected to indoor air, are able to decrease the variation of indoor humidity and decrease the energy consumption of heating and cooling of the building. For these benefits to be utilized, the wood surface must not be covered with sheeting or with film-forming coating, with low permeability.

The selection of coating material will affect the visual look of CLT, as well as the cracking tendency and functional properties. Sealing coating materials will decrease the amount of moisture movements in wood, and thus decrease cracking tendency. However, translucent coatings can allow water-vapor to transfer between indoor air and wooden structure, while leaving the visual structure of wood still visible. According to tests, seal-ing matte coatings will emphasize the cracks which form to the surface. For functional and visual reasons, translucent wax coatings with vapor permeability are recommended.

Thesis included an experimental phase, in which surface grooving of CLT was tested for prevention and diminishing of cracks. Three groove variants were tested: straight groove, tilted groove, and rounded groove. The grooves were aligned to the seam of surface lamellas. The test included cyclic moisture exposure and the results revealed that the tilted groove was able to effectively reduce the cracking tendency of CLT. The straight groove was able to diminish the effects of cracking by partially hiding it. The rounded groove did not function appropriately. The effect was concluded to be a combination of visual blocking of cracks and change in tension distribution in surface layer. The cracks were likely to form in to the bottom of the grooves. Interior glue board laminate was not suitable for CLT surface layer substitution.

Cracking phenomenon is a result of residual stresses in the panel, differences in inter-lamella grain direction and moisture movements of wood. In the conclusions of the thesis, some methods for affecting the cracking tendency of CLT are described.