Tutkimustoiminta

Tuotekehitys teollisuuden kanssa

Rakenteiden korjaamisen ja elinkaaritekniikan tutkimusryhmällä on pitkä perinne yrityksille tehtävästä tutkimus- ja tuotekehitystoiminnasta. Tyypillisesti nämä ovat suoraan yrityksille tehtävää tutkimusta, joihin liittyy usein lisäksi erilaisia opinnäytteitä. Tuote- ja järjestelmäkehitystä on tehty laidasta laitaan, mutta usein kehitystoimintaan liittyy uusien tuotteiden tai järjestelmien pitkäaikaiskestävyyden varmistaminen.

Myös rakenteiden ja materiaalien pitkäaikaiskestävyyden tutkimuksella tutkimusryhmässä pitkä perinne, koska tutkimusala on kuulunut laitoksen painopistealueisiin jo 1980-luvulta lähtien. Pitkäaikaiskestävyyden tutkimuksiin ovat kuuluneet mm. turmeltumisilmiöiden, suojaustapojen, kestävyyden testausmenetelmien sekä suunnittelu- ja arviointimenetelmien tutkimus sekä materiaalien ja rakenteiden kestävyyteen liittyvä tuotekehitys.

Rakenteiden ja materiaalien pitkäaikaiskestävyyteen liittyvien tutkimuspalveluiden sisältö räätälöidään asiakaan tarpeiden mukaiseksi. Laitoksella voidaan teettää tutkimuspalveluna monenlaisia rakenteiden pitkäaikaiskestävyyteen liittyviä tutkimus-, mittaus- ja testauspalveluita liittyen mm. rakenteiden ja materiaalien tuotekehitykseen sekä materiaalien laadunseurantaan.

Palvelututkimus

Säärasituskokeet

Tutkimusryhmällä on käytössään kaksi säärasituslaitetta täyden mittakaavan säänkestävyyskokeisiin sekä olosuhdekaapit rakennusmateriaalien suoriin pakkasenkestävyyskokeisiin.

Säärasituslaitteiden olosuhteista voidaan hallita lämpötiloja (-30…+70°C), ilman suhteellista kosteutta, vesisadetta, säteilyn määrää (ultravioletti, infrapuna ja näkyvä valo), paine-eroja sekä ilman virtausnopeutta. Laitteen ohjattavaksi on helposti kytkettävissä, mikä tahansa sähkölaite muuttamaan olosuhteita. Edellä mainittuja yhdistelemällä voidaan tutkia kaikkia rakennusmateriaaleja niiden tyypillisissä käyttöolosuhteissa.

Säärasituslaitteiden pääasialliset käyttötarkoitukset viime vuosina ovat olleet:

• 6 m² julkisivuelementtien säänkestävyys tutkimukset, by57 Eriste- ja levyrappaus 2011 -kirjan syklillä
• ulkoseinä- ja yläpohjarakenteiden vaativat rakennusfysikaaliset mittaukset
• muut olosuhdemittaukset.

Pakkasenkestävyyskokeet toteutetaan tähän tarkoitukseen suunnitellulla tutkimuslaitteistolla. Suorissa pakkasenkestävyyskokeissa tutkittava rakennusmateriaali kastellaan, jäädytetään ja sulatetaan. Koekappaleet pakkasenkestävyyskokeisiin voidaan valmistaa erikseen tutkimusta varten tai ne voidaan irrottaa olemassa olevasta rakennuksesta kuntotutkimuksien tai laadunvalvonnan yhteydessä.

Suunnittelu- ja muut ohjeet

Tutkimustyön tuottamaa uutta tietoa tuodaan rakentajien ja suunnittelijoiden tietoisuuteen julkaisemalla erilaisten rakenteiden, materiaalien ja työtapojen suunnitteluohjeita. Suurimmalta osin Elinkaaritekniikan tutkijat ovat olleet laatimassa erilaisia kuntotutkimus- ja korjausohjeita, mutta rappausten osalta suunnitteluohjeissa käsitellään suurelta osin uudisrakentamista. Merkittävimpiä yleisesti käytössä olevia suunnitteluohjeistoja ovat:

• by 42 Betonijulkisivun kuntotutkimus 2002 ja 2013
• JUKO-ohjeistokansio julkisivukorjausten suunnitteluun ja toteutuksen laadunvalvontaan
• by 46 Rappauskirja 2005
• by 41 Betonirakenteiden korjausohjeet 2007 ja 2016
• JUKO-Julkisivujen korjausopas 2009
• by 57 Eriste- ja levyrappaus 2011 ja 2016
• by 64 Tuulettuvat julkisivut 2016
• by 70 Julkisivujen ja parvekkeiden talvikorjaus 2018
• by 47 Betonirakentamisen laatuohjeet 2019

Rakenne- korjaussuunnitelmien arviointi

Rakennetekniikan yksikkö tarjoaa mm. rakennuttajille ja urakoitsijoille palvelua, jossa yksikön kokeneista asiantuntijoista koottu tiimi osallistuu rakennettavan tai korjattavan kohteen toteutuksen suunnitteluun. Palvelua on mahdollista soveltaa eri tasoilla alkaen toteutusvaihtoehtojen ideoinnista ja päätyen toteutussuunnitelmien kehittämiseen ja arviointiin. Suunnitelmien arviointityön tavoitteena on, että toteutettavien rakenteiden varmuus on riittävä, rakenteet ovat kosteusteknisesti turvallisia ja pitkäikäisiä sekä rakennus-/korjauskustannukset pysyvät kohtuullisina.

Suunnitelmien arviointiryhmä muodostetaan tapauskohtaisesti Rakennetekniikan eri tutkimusryhmien kokeneista asiantuntijoista. Arviointiryhmässä suunnitelmia arvioidaan ja kehitetään kokonaisuutena sekä etsitään mm. eritasoisia riskejä sisältäviä kohtia yhdessä suunnittelijoiden, tilaajien ja urakoitsijoiden kanssa.

Suunnitelmien arviointipalvelu voi sisältää mm. seuraavaa:

• suunnitteluohjeiden laatiminen jo ennen suunnittelun aloittamista
• suunnitelmien läpikäyminen yhdessä suunnittelijoiden kanssa
• lausuntojen antaminen valmiista suunnitelmista.

Rakenteiden kuntotutkimukset

Rakennuksien suunnitelmallisen kunnossapidon edellytyksenä on, että rakenteiden kunnosta ja korjaustarpeesta on käytettävissä luotettavat lähtötiedot. Monissa tapauksissa rakenteiden vaurioituminen etenee siten, ettei se ole silmämääräisesti todettavissa lainkaan.

Kuntotutkimuksella tarkoitetaan rakenteen kunnon, toimivuuden sekä korjaustarpeen selvittämistä eri vauriotapojen suhteen. Kuntotutkimuksessa käytetään useita tutkimusmenetelmiä, joita ovat mm. suunnitelma-asiakirjojen tarkasteleminen sekä erilaiset kenttä- ja laboratoriotutkimukset.

Julkisivujen kuntotutkimusten painopisteenä ovat betonijulkisivut ja -parvekkeet, rapatut julkisivut sekä luonnonkivijulkisivut. Kuntotutkimuksiin sisältyy aina vauriotilanteen selvittäminen sekä soveltuvien korjausvaihtoehtojen esittäminen.

Tutkimusryhmä toteuttaa aktiivisesti erilaisten betonirakenteiden kuntotutkimuksia. Erityisesti teemme rasitustasoltaan, rakenteiltaan tai materiaaleiltaan erikoisten kohteiden tutkimuksia. Nykyinen julkisivujen kuntotutkimussystematiikka on kehitetty nykyistä yliopistoa edeltäneiden Tampereen teknillisen yliopiston ja Tampereen teknillisen korkeakoulun aikaan.

Rakennuksen kosteusteknisellä kuntotutkimuksella selvitetään tyypillisesti rakennuksen sisäilmaongelmien aiheuttajia sekä rakenteiden toimintaan liittyviä riskejä, joista voi seurata kosteus- ja lahovaurioita ja edelleen sisäilmaongelmia. Kosteusteknisessä kuntotutkimuksessa selvitetään rakennuksen erilaiset rakenteet, mahdolliset vauriot, rakenteiden kosteustekninen toimintatapa ja mahdolliset kosteuslähteet sekä korjaus- ja parannusmahdollisuudet. Tyypillisimpiä ongelmia ovat kostuneiden rakenteiden mikrobivaurioista ja emissioista aiheutuvat sisäilmaongelmat.

Muut kuntotutkimukset ja niiden yhteydessä tehtävät rakenteellisen toiminnan selvitykset liittyvät yleensä teollisuuden betonirakenteisiin, erilaisiin ulko-olosuhteissa oleviin betonirakenteisiin, kuten siltoihin sekä uimahalleihin ja vesilaitoksiin jne. Rakenteiden ja rakennusten korjaamisen kannalta kantavuuteen ja turvallisuuteen liittyvät seikat ovat tärkeimpiä. Kantavuuteen liittyviä tarkasteluja joudutaan tekemään esimerkiksi vaurioitumisen tai käyttötarkoituksen muutoksien vuoksi.

Korjausrakentaminen

Suomen rakennuskanta muodostuu monista erityyppisistä rakennuksista, joissa käytettyjen rakenteiden kirjo on varsin suuri. Tämän rakennuskannan ylläpidon, rakenteiden toiminnan arvioimisen ja korjausmahdollisuuksien arvioinnin kannalta on ensiarvoisen tärkeää tuntea nykyisessä rakennuskannassa käytetyt rakenteet ja niiden rakenteellinen ja rakennusfysikaalinen toiminta. Tämän perusteella on mahdollista arvioida mm. rakenteiden ja rakennusmateriaalien ikääntymisen vaikutuksia vaurioitumiseen ja korjaustarpeeseen.

Jatkuvan nykyisen rakennuskannan ja vanhojen rakenteiden tutkimus- ja kuntotutkimustoiminnan pohjalta tutkimusryhmään on syntynyt näiden rakenteiden rakenteellisen ja rakennusfysikaalisen toiminnan vankka tuntemus, jota voidaan hyödyntää erityisesti korjausrakentamisen tutkimuksessa.

Korjausrakentaminen on pitkään ollut Rakenteiden korjaamisen ja elinkaaritekniikan tutkimusryhmän keskeinen tutkimusalue, jonka taso arvostettiin kansainvälisesti erittäin korkeaksi 2011 tehdyssä koko silloisen TTY:n tieteellisen tason arvioinnissa.

Tutkimusryhmässä tehdään tutkimusta erilaisten rakenteiden teknisen käyttöiän ja siihen vaikuttavien tekijöiden parissa. Tällä alueella tehtävä tutkimus perustuu sekä laskennalliseen että kokeelliseen tutkimukseen. Näiden lisäksi kerätään jatkuvasti kokemuksia käytännön olosuhteissa olevista rakenteista.  Varsinaisen korjausrakentamisen lisäksi tutkimusaihepiiriin kuuluvat lisäksi ylläpitotapojen ja suojausmateriaalien kehitys sekä rakennuksen kunnossapidon strategiat.

Ilmastonmuutokseen sopeutuminen

Ilmastonmuutosta ja ilmastonmuutoksen vaikutuksia eri aloille ja myös uudisrakentamiseen on tutkittu varsin laajasti useissa tutkimuslaitoksissa niin Suomessa kuin ulkomailla. Sen sijaan olemassa olevan rakennuskannan ilmastonmuutoksen sopeutumistutkimus on toistaiseksi jäänyt vähemmälle huomiolle.

Suomen nykyinen rakennuskanta ja rakennettu ympäristö yleisimminkin on rakentunut varsin myöhään muuhun Eurooppaan verrattuna. Pääosin suomalaiset sillat ja rakennukset ovat peräisin 1960-80 luvuilta. Rakennuskanta uusiutuu varsin hitaasti, luokkaa 1-2 % vuosittain, joten nykyinen rakennuskanta muodostaa valtaosan rakennuksista myös 50 vuoden kuluttua.

Aiemmissa tutkimuksissa on todettu, että ilmastonmuutoksella on rakenteiden kestävyyden ja rakennusfysikaalisen toiminnan kannalta vain negatiivisia vaikutuksia. Ja kun aiempaan tutkimukseen perustuen tiedetään, että rakenteiden säilyvyysominaisuudet ovat monilta osin puutteellisia, tarvitaan keinot ilmastonmuutokseen sopeutumisessa, jotta rakennettu ympäristö pysyy teknisesti käytettävänä.

Energiatehokkuus

Rakennusten energiatehokkuusvaatimukset ovat olleet Ympäristöministeriön agendalla jo reilun vuosikymmenen ajan. Uudisrakentamista on ohjattu määräyksin huomattavasti energiatehokkaammaksi vuodesta 2010 lähtien, jolloin mm. rakenteisiin laitettavan lämmöneristyksen määrää lisättiin noin 30 % tavanomaisissakin rakennuksissa.

Energiatehokkuusvaatimukset ovat koskeneet myös korjausrakentamista vuodesta 2013 asti. Nykyisen rakennuskannan muuttaminen uudisrakentamista vastaavaksi energiatehokkuuden osalta ei ole taloudellisesti eikä teknisesti yksinkertainen asia. Suomen kokonaisenergiankulutuksen kannalta asia on kuitenkin tärkeä, sillä kokonaisenergiankulutuksen vähentäminen ei onnistu pelkästään uudisrakentamisen keinoin.

Tässä tutkimusalueessa keskeisiä tutkimusaiheita ovat mm.:

• rakennusten todellinen energiankulutus ja sen jakautuminen
• kosteusteknisesti turvallisten energiatehokkaiden korjausratkaisujen kehittäminen
• rakennusfysikaalisesti toimivien korjausten kehittäminen kosteusvauriokorjauksiin
• energiakorjausten työmaatekniikka.

Materiaalitehokkuus ja hiilijalanjälki

Elinkaaritarkastelujen yleistymisen myötä rakenteiden ja rakennusosien pitkäaikaiskestävyyden ja käyttöiän hallinnan merkitys ovat kasvaneet. Rakentamisen materiaalitehokkuutta ja erilaisten rakennusmateriaalien aiheuttamaa hiilijalanjälkeä on tutkittu varsin laajasti uudisrakentamiseen liittyen. Hiilijalanjäljen laskentaan on olemassa mm. useita kaupallisia ohjelmistoja.

Korjausrakentamisen hiilijalanjälki on huomattavasti hankalammin määriteltävissä kuin uudisrakentamisessa. Tässä keskeisiä tutkimusaiheita ovat mm.:

• rakennusmateriaalin kierrätettävyys ja uusiokäyttö sellaisenaan tai jalostettuna
• erilaisten korjausmenetelmien hiilijalanjälki yleensä
• korjausten käyttöiän ja hiilijalanjäljen vertailu vastaavaan uusittavaan rakenteeseen
• energiatehokkuuden parantamisen vaikutus hiilijalanjälkeen.

Korjausrakentamisen hiilijalanjälkitarkastelut ja kehitystoiminta olemassa olevalle rakennuskannalle on tutkimusryhmän uusi kehitysalue.