Kuitubetonin käyttö ja mitoittaminen kiinnitetyissä pintabetonilattioissa

Abstract

Kiinnitetyt pintalattiat ovat tyypillinen ratkaisu betonielementtirakenteisissa rakennuksissa. Tyypillisesti kiinnitettyjä pintalattioita esiintyy ontelolaattavälipohjissa. Kiinnitetyn pintalattian tarkoitus on aikaansaada tasainen ja laadukas lattiapinta. Kiinnitettyjen pintalattioiden haasteena on pintabetonin kutistumishalkeilu, sillä tuoretta betonia valetaan jo kovettuneen betonin päälle. Halkeilu syntyy pintabetonin ja alustan kutistumaeroista. Kutistuma jakautuu kovettumisvaiheen kutistumaan sekä betonin kuivumiskutistumaan, joka kasvaa ajan myötä loppuarvoonsa. Halkeilua voidaan rajoittaa perinteisen raudoituksen lisäksi käyttämällä pintalattioissa kuitubetonia.

Diplomityön tavoitteena oli selvittää miten kuitubetonin halkeilun jälkeinen vetokapasiteetti eli jäännösvetolujuus vaikuttaa alustaan kiinni valettujen pintalattioiden halkeamaleveyksiin. Tutkimuksessa esiteltiin kuitubetoni materiaalina ja selvitettiin betonin kutistumaa aiheuttavia tekijöitä. Tämän lisäksi tutkittiin, betonin käyttäytymistä tilanteessa, jossa jo kovettuneen betonipinnan päälle valetaan tuoretta betonia. Jäännösvetolujuuden vaikutusta halkeamaleveyksiin tutkittiin eri kirjallisuuslähteistä löytyvien laskukaavojen avulla. Saatuja tuloksia verrattiin lopuksi toisiinsa.

Tutkimuksessa selvisi, että pintalattian halkeilun hallintaan vaikuttaa kuitubetonin käytön lisäksi myös muut tekijät. Halkeilua ei useimmissa tapauksissa voida estää täysin, eikä kuitubetonilla voida vaikuttaa halkeaman syntyyn, sillä kuidut siirtävät vetojännityksiä vasta halkeilleessa poikkileikkauksessa. Pintalattian ja alustan välinen hyvä tartunta on kriittistä halkeilun rajoittamisen kannalta, sillä hyvä tartunta mahdollistaa halkeamien jakaantumisen tasaisesti pintalattian alueelle, jolloin syntyvät halkeamat ovat leveydeltään pienempiä. Tämän lisäksi betonin kutistumalla on merkittävä vaikutus halkeamaleveyksiin. Tuloksista nähdään, että jäännösvetolujuuden kasvaessa myös halkeamaleveydet pienenevät. Eri lähteistä otetut laskukaavat antavat keskenään melko johdonmukaisia tuloksia halkeamaleveyden arvoille. Kun pintalaatan paksuus kasvaa, syntyy yhden laskukaavan osalta suuruusluokaltaan merkittäviä eroja kahden muun menetelmän antamiin tuloksiin. Kokonaisuudessaan onnistunut ja vähän halkeillut pintabetonilattia vaatii kuitubetonin käytön lisäksi sopivan suhteituksen, jolla kutistumaa rajoitetaan suhteittamalla käytännön mahdollisuuksien rajoissa sekä hyvän tartunnan alustaansa.

Bonded concrete overlay floors are a typical solution in concrete element buildings. Bonded concrete overlays are mainly used with hollow core slab floors to form a level and good quality floor surface. The problem with bonded concrete overlays is shrinkage cracking in the concrete overlay. Cracking of the overlay is caused by differences in shrinkage on the overlay and precast concrete. The main part of shrinkage is divided to autogenous shrinkage caused by the concrete hardening and to drying shrinkage which develops over time. Crack widths can be reduced with the use of FRC (Fibre Reinforced Concrete) which replaces the traditional rebar reinforcement.

The goal of this thesis was to examine how post crack tensile strength of FRC affects the crack widths of bonded concrete overlays. The study presents the material properties of FRC and investigates the properties that affects the shrinkage of concrete. The behavior of the bonded overlay and the precast concrete is also investigated in the study. The effect of post crack tensile strength on the crack widths of the overlay was examined by calculations based on forms found from different literature sources. The results were then compared against each other.

The study shows that many factors affects the cracking of bonded concrete overlays in addition to the use of FRC. On most cases the cracking cannot be fully prevented and the use of FRC does not affect the cracking phenomenon as fibers only transfer tensional loads when the crack has already formed. Good bond properties between the overlay and the precast concrete are essential and makes it possible for the cracks to form evenly to the concrete overlay thus reducing crack widths. The study also shows that the amount of shrinkage affects greatly to the crack widths. Results of calculations shows that the increase in post crack tensile strength reduces the crack widths. The calculations based on different sources provide consistent data but when overlay thickness increases one of the calculation methods starts to develop significantly different results to the other two methods. In conclusion a successful bonded concrete overlay with small crack widths requires good properties of concrete to reduce the shrinkage within practical limits and a good bond strength to the precast concrete.