Rakenteiden kuivattaminen

Rakenteiden kuivumisen yleisperiaate

Rakenteiden kuivuminen tapahtuu eri kosteudensiirtoilmiöiden vaikutuksesta, katso teksti  Kosteuden siirtyminen. Osa rakenteeseen joutuvasta ylimääräisestä vedestä valuu painovoiman vaikutuksesta pois, kapillaarialueella (RH>98%) kosteus siirtyy kapillaarisesti materiaalien sisältä rakenteiden pinnoille ja ilmavirtaukset kuivattavat rakenteiden pinnat. Hygroskooppisella kosteusalueella (RH<98%) kosteus poistuu materiaalien sisältä diffuusiolla ja ilmavirtausten mukana.

Kuivumista voi pääsääntöisesti tapahtua luonnollisesti, ilman erityisiä tehostustoimenpiteitä, mutta kuivumisajat voivat olla erittäin pitkiä. Rakenteet eivät pääse kuivumaan, painovoimaista veden siirtymistä lukuun ottamatta, mikäli rakennetta ympäröivän ilman suhteellinen kosteus on 100%.

Kuivumisen tehostaminen

Rakenteiden kuivumisen tehostaminen on tarpeellista mikäli on riski, että kosteuspitoisuus rakenteissa on niin korkea niin kauan, että materiaalit voivat vaurioitua, katso  Kosteusvaurioitumisen yleisperiaate.

Homehtumisen alkamisen kannalta varman puolella olevana raja-arvona voidaan pitää kahta viikkoa. Kuivattamistarve voi liittyä uuden rakennuksen rakennuskosteuden poistamiseen tai vanhaan rakennukseen vesivahinkotilanteessa.

Kuivumista voidaan tehostaa:

• lämmittämällä rakennetta
• aiheuttamalla ilmavirtauksia rakenteen sisälle
• alentamalla rakennetta ympäröivän ilman suhteellista kosteutta.

Rakenteiden lämmittäminen on tehokas tapa nopeuttaa rakenteiden kuivumista. Rakennetta lämmitettäessä materiaaleihin sitoutuneet vesimolekyylit irtoavat materiaalin huokosten pinnoilta ja kosteusvirta materiaalista ulos voimistuu.

Rakenteissa joissa on materiaaleja joiden ilmanläpäisevyys on suuri (esim. mineraalivilla, kevytsora) voidaan kuivumista tehostaa aiheuttamalla ilmavirtauksia ilmaa hyvin läpäisevään rakennekerrokseen. Tällöin materiaalikerroksen läpi virtaava ilma sitoo rakenteesta ylimääräistä kosteutta.

Rakennetta ympäröivän ilman suhteellisen kosteuden alentaminen on yleensä tarpeen, mikäli ilman suhteellinen kosteus on niin korkea, ettei rakenteesta pääse haihtumaan kosteutta. Tavanomaisesti suhteellisen kosteuden taso n. 50% on riittävän alhainen. Kylminä vuodenaikoina ei yleensä ole tarvetta erityisesti kuivattaa rakennetta ympäröivää ilmaa, vaan ensisijaisesti tulee huolehtia riittävästä lämpötilasta sekä ilmanvaihdosta tiloissa joihin rakenteita kuivatetaan. Kesän kosteina jaksoina voi ulkoilman kosteussisältö olla niin suuri että kuivumisen varmistamiseksi on tarpeen kuivattaa rakennetta ympäröivää ilmaa. Tällöin tulee huolehtia rakennuksen ilmatiiveydestä, jottei kuivauslaitteistoilla tarpeettomasti kuivatettaisi ulkoilmaa.

Rakenteiden kuivattamisessa on tärkeää ymmärtää mihin rakenteista poistuva vesi menee. Esimerkiksi materiaalien lämmittäminen voi siirtää kosteutta myös rakenteen sisälle päin, jolloin jonkin toisen rakenneosan kosteus voikin nousta. Ko. ilmiötä tulee varoa, ja tarvittaessa varmistua riittävin kosteusjakaumamittauksin rakenteen kosteuspitoisuudesta kuivatuksen jälkeen.

Uusien betonirakenteiden kuivattaminen

Betonimassat sisältävät vettä noin 180 kg/m³. Tästä vesimäärästä noin 40 …70 kiloa sitoutuu kemiallisesti sementin hydrataatioreaktiossa betonin kovettuessa. Kemiallisesti sitoutuneen veden lisäksi betoni sisältää noin 25 …40 kg/ m³ hygroskooppista kosteutta, joka pitää betonin kosteuspitoisuuden tasapainossa ympäröivän ilman kanssa. Jäljelle jäävä noin 70… 115 kg/mJ vesimäärä on rakennekosteutta, josta suuri osa on kuivatettava pois ennen betonin pinnoittamista tai päällystämistä.

Betonin kuivattaminen ja kuivumisnopeuteen vaikuttavat tekijät

Jälkihoidon tavoitteena on betonin pitäminen kosteana ja riittävän lämpimänä, niin että sementin hydratoituminen pääsee tapahtumaan keskeytyksettä. Betonin liian varhainen kuivuminen aiheuttaa kutistumista. Jos vastavalettu betoni pääsee kuivumaan, voi betonirakenne mennä pilalle kuivumiskutistumisesta aiheutuvan halkeilun tai taipuman takia. Valun jälkeisen ensimmäisen 24 tunnin aikana tapahtuva varhaiskutistuma voi olla suuruudeltaan jopa 0,7 prosenttiyksikköä (7 mm/m), jos valuolosuhteet ovat huonot ja betonin pinta on kosketuksissa liian kuivan ilman (RH 20 …40 %) kanssa tai tuulen vaikutukselle alttiina. Valuolosuhteita voidaan kontrolloida mm. tuulisuojauksen käytön ja ilmankostutuksen avulla sekä varjostamalla suoraa auringonvaloa. Varhaisvaiheen kutistuma on suurimmillaan rakenteen pinnassa. Varhaisvaiheen kutistuman kannalta kriittisin aika alkaa valuhetkestä ja kestää betonin sitoutumista seuraavien kahden tunnin ajan. Tänä aikana betonista haihtuneen veden määrästä voidaan arvioida varhaisvaiheen kutistuman suuruus seuraavasti:

Varhaisvaiheen kutistuma (mm/m) = 2,2 * Haihtunut vesimäärä (kg/m³) -0,5

Betonista haihtuvan veden määrä voidaan arvioida ACI:n nomogrammin avulla (ks. kuva 1), kun tunnetaan betonin sitoutumiseen kuluva aika, ilman lämpötila ja suhteellinen kosteus, betonin lämpötila sekä tuulen nopeus.

Kuva 1. Betonipinnasta haihtunut vesimäärä voidaan arvioida esimerkiksi haihtumisnopeuden (kg/mlh) avulla ACI:n nomogrammista, kun tunnetaan valuolosuhteet. Arviota varten tulee sitoutumisaika ko. olosuhteissa tuntea.

Oikein suoritettu jälkihoito aloitetaan jo valun aikana. Betoni pidetään kosteana ja hierron jälkeen, kun betoni kestää kävelyä pinta peitetään esimerkiksi muovikalvolla haihtumisen estämiseksi. Vaihtoehtoisesti betonin pintaan voidaan ruiskuttaa jälkihoitoaine, joka estää veden haihtumisen betonista. Tämän jälkeen betonia ei enää tulisi kastella, koska betoniin imeytyvä ylimääräinen vesi lisää kuivatettavan veden määrää, hidastaa betonin kuivatusta ja siirtää betonin pinnoitusajankohtaa eteenpäin. Samasta syystä betonivalu on suojattava vesi- ja lumisateen kastelevalta vaikutukselta, jos rakennusaikaa halutaan nopeuttaa.

Betonin kuivatusaikaa voidaan lyhentää aloittamalla kuivattaminen vähän ennen kuin betoni on saavuttanut nimellislujuutensa. Pintalattioiden betonin kuivattaminen voidaan aloittaa betonin lujuuden ollessa noin 75 …85 prosenttia nimellislujuudesta. Kuivattamisen aloittaminen ennen betonin nimellislujuuden saavuttamista lyhentää erityisesti ohuiden laattojen kuivatusaikaa.

Kuivattamisen aloitusajankohdan aikaistamismahdollisuus ja aikaistamisella saavutettava kuivatusajan säästö on arvioitava rakennusosa- ja tapauskohtaisesti.

Betonin kuivattamisolosuhteiden kannalta oleellisimmat tekijät ovat ilman suhteellinen kosteus ja lämpötila. Kuivatettavaa tilaa lämmitettäessä tulisi ilman lämpötila olla noin + 20 °C. Tätä huomattavasti korkeamman lämpötilan ylläpitäminen nopeuttaa kuivattamista, mutta on taloudellisesti kannattamatonta jos kuivatettavaa tilaa ei ole lämmöneristetty hyvin. Pyrittäessä nopeampaan betonin kuivattamiseen kannattaa betonirakenteen lämpötilaa nostaa säteilylämmittimillä. Kuvassa 2 on esimerkki paikallavaletun betonivälipohjan kuivumisajoista eri olosuhteissa.

Kuva 2. Massiivinen teräsbetonilaatta 250 mm kuivumisaika viikkoina erilaissa olosuhteissa. Betonin v/s=0,7 /1/.

Betonirakennetta ympäröivän ilman suhteellisen tavoitekosteuden tulisi olla noin RH 50 %. Korkea ilmankosteus pidentää kuivatusaikaa, joten suhteellinen kosteus ei saisi ylittää 60 %:a. Liian alhainen ilmankosteus ei sanottavasti lyhennä kuivatusaikaa. Alle 30 %:n suhteellinen ilmankosteus indikoi liian suurta lämmitysenergiahukkaa.

Suomessa ulkoilman suhteellinen kosteus pysyttelee läpi vuoden 70 …90 prosentissa. Sen sijaan ulkoilman absoluuttinen kosteuspitoisuus vaihtelee lämpötilan mukaan talviajan noin 1 …3 g/m³:stä kesän ja syksyn noin 8… 10 g/m³:iin. Ulkoilman suurten kosteuspitoisuusvaihteluiden takia rakennekosteuden kuivattamisolosuhteet joudutaan eri vuodenaikoina toteuttamaan erilaisin menetelmin. Talviaikana kuivatettavan tilan lämpötilan nostaminen laskee sisäilman suhteellisen kosteuden helposti tarvittavalle RH 30 …50 % tasolle. Lämpimänä aikana rakenteiden kuivattaminen pelkästään ilmaa lämmittämällä ei ole taloudellisesti kannattavaa ilman sisältämän suuren kosteuspitoisuuden takia, joten kesällä ja syksyllä betonin hyvät kuivatusolosuhteet on toteutettava lämmityksen lisäksi kuivattamalla sisäilmaa.

Betonin taloudellisen kuivattamisen edellytyksenä kaikkina vuodenaikoina on, että tila jossa betonirakenne sijaitsee, voidaan sulkea mahdollisimman tiiviisti ja että tilan ilmanvaihtoa voidaan säädellä hallitusti. Käytännössä tämä merkitsee rakennuksen varustamista tiiviillä ulkoseinillä ja tiivistetyillä ikkunoilla ennen rakennekosteuden kuivattamisen aloittamista. Betonin kuivattaminen rakennuksessa jonka avonaiset sivut on suljettu hatarasti suoja- tai eristepeitteillä on kallista ja taloudellisesti kannattamatonta liian suuren vuotoilmanvaihdon takia.

Kuivatettaessa betonia lämpimänä vuodenaikana ilmankuivureiden avulla kuivatettavan tilan ilmanvaihto on pidettävä mahdollisimman pienenä sulkemalla tila mahdollisimman ilmatiiviisti, jottei ulkoa vuoda sisätiloihin kosteaa ilmaa. Tällöin sisäilman suhteellinen kosteus voidaan pitää riittävän pienenä, eikä energiaa kulu ulkoilman kuivattamiseen.

Lämpötilagradienttia voidaan käyttää hyödyksi betonia kuivattaessa, kun betonikerroksen toisessa pinnassa on vesihöyryä läpäisemätön ainekerros ja betoni voi kuivua vain yhteen suuntaan. Hyvänä esimerkkinä tästä on teräsbetonisen liittolaatan kuivatus. Liittolaatan pohjassa oleva vesihöyryä läpäisemätön teräslevy estää betonin kuivumisen alaspäin. Kun liittolaatan alapintaa lämmitetään säteily- tai kuumailmalämmityksellä, siirtyy kosteus laatan yläpintaa kohti ja laatta kuivuu ylöspäin. Liittolaatan yläpinnalle on lisäksi järjestettävä hyvät kuivumisolosuhteet. Ilman lämpötilan on oltava riittävä, eikä ympäröivän ilman suhteellinen kosteus saa nousta yli 60 %:iin. Kuitenkin, jos betonilaatan lämpötila on vähintään 10 °C ympäröivän ilman lämpötilaa korkeampi, ei ilman suhteellisella kosteudella ole suurta merkitystä betonin kuivumisnopeuteen.

Tehokkain tapa kuivattaa betonia on tuoda lämmönlähde betonikappaleen sisään. Käytännössä tätä kuivatusmenetelmää on käytetty vain tapauksissa, joissa märkätilojen lattiavalu ja on lämmitetty betonivalun sisään asennetulla lattialämmityssähkökaapelilla tai kuumavesikierrolla. Betonin kuivattamismahdollisuutta valun sisään asennetun sähkövastuslangan avulla ei juurikaan ole käytetty. Lankalämmitystä käytetään vain talvibetonoinnissa betonirakenteiden kylmäsilta-alueiden lisälämmittämiseen. Tehdasvalmisteinen verkoksi sidottu lämmitysvastuslanka voisi tarjota hyvän tavan kerrostalojen paikallavaluvälipohjien lämmittämiseen talvibetonoinnissa. Samaa lankalämmitysverkkoa käyttäen välipohjat kuivuisivat murto-osalla nykyisestä kuivattamiseen käytettävästä lämmitysenergiamäärästä.

Mikroaaltokuivatusta, jossa lämmitetään suoraan rakenteen sisällä olevaa vettä, käytetään ainoastaan paikallisten kosteusvaurioiden kuivattamiseen valmiissa rakennuksissa.

Betonin kuivatusaikaa voidaan lyhentää suunnittelemalla betonirakenteet mahdollisimman ohuiksi ja kahteen suuntaan kuivuviksi. Rakenteen paksuuden lisääminen kaksinkertaiseksi pidentää kuivatusajan nelinkertaiseksi eli esimerkiksi viidestä viikosta noin viiteen kuukauteen. Sama kuivatusajan nelinkertaiseksi pidentävä vaikutus on betonisen laatta- tai seinärakenteen päällystämisellä vesihöyrytiiviillä kerroksella, koska rakenne voi tällöin kuivua vain toiseen suuntaan. Kuvassa 3 on esimerkki paikallavaletun betonivälipohjan paksuuden vaikutuksesta kuivumisaikaan.

Kuva 3. Massiivinen teräsbetonilaatta. Betonin v/s=0,7. Rakenteen paksuuden vaikutus kuivumisaikaan. Kuivumisolosuhteet: 2 viikkoa kosteassa, sitten 18°C/60%RH.

Betonirakenteen kuivatusaikaa voidaan lyhentää myös betoniteknisin toimenpitein. Betonin runkoaineen maksimiraekoon kasvattaminen -esimerkiksi 16 millimetristä 32 millimetriin pienentää betonin vesimäärää ja lyhentää kuivatusaikaa. Sen sijaan betonimassan sisältämän vesimäärän vähentäminen vesi-sementtisuhteen (v/s) pienentämisellä ei yleensä lyhennä kuivatusaikaa, koska vesi-sementtisuhteen pienentäminen lisää betonin lujuutta tehden betonista samalla tiiviimpää, mikä hidastaa veden poistumista rakenteesta.

Betonin huokoisuuden lisäämisellä on suurin vaikutus betonin kuivatusajan lyhenemiseen. Betonin lisähuokoistaminen vähentää betonin kulutuskestävyyttä, joten lisähuokoistusta voidaan käyttää vain kestävällä pinnoitteella päällystetyssä pintabetonissa. Noin 10 %:n huokoistus lyhentää tarpeellista kuivatusaikaa vastaavaan huokoistamattomaan betoniin verrattuna noin 50 %. Yli 10 %:n huokoistus vähentää merkittävästi betonin lujuutta.

Useimmat lattianpäällysteet vaativat alla olevan betonilaatan kuivattamista80- 90 %:n suhteelliseen kosteuteen. Päällystettäessä betonilaatta sauva- tai lautaparketilla ilman parketin ja betonin välistä kosteuseristystä on betoni kuivatettava 60 %:n suhteelliseen kosteuteen ennen parketin asentamista.

Uusia, suurempia betonin kosteuspitoisuuksia kestäviä lattianpäällysteitä käytettäessä olisi huomattava, että mikrobit viihtyvät hyvin yli 90 % suhteellisessa kosteudessa eivätkä välttämättä aina tarvitse kasvualustakseen orgaanista rakennusmateriaalia. Terveydelle haitalliset mikrobit voivat kasvaa ja lisääntyä kostean betonin pinnalla, mikäli ne saavat riittävästi ravintoa kosteuden mukana liikkuvista orgaanisista hiukkasista. Betonilattian päällystäminen vesihöyryä läpäisemättömällä pinnoitteella pidentää betonissa jäljellä olevan rakennekosteuden kuivumisajan nelinkertaiseksi, koska päällystämisen jälkeen betoni voi kuivua vain yhteen suuntaan, alaspäin. Näin myös mikrobeille jää enemmän aikaa lisääntyä niille sopivissa kasvuolosuhteissa. Kosteat rakenteet lisäävät myös ammoniakin ja muiden terveydelle haitallisten aineiden emissiota rakennusmateriaaleista huoneilmaan. Vaara orgaanisen materiaalien joutumisesta kosketuksiin kostean betonin kanssa on uudisrakentamisessa pieni. Orgaanisista ainesosista valmistetut tasoitteet ja pinnoitteet voivat kuitenkin lisätä homevaurion vaaraa.

Vanhojen betonirakenteiden kuivattaminen

Vanhojen betonirakenteiden kuivuminen vesivahingon jälkeen ei tapahdu vastaavasti kuin uuden betonin kuivuminen. Betonin ominaisuudet ovat sen lujittumisen myötä muuttuneet ja kuivumisnopeus on merkittävästi hidastunut. Taulukossa 1 on viitteen 1 mukaisia kuivumisaika-arvioita betoniselle välipohjalle tai väliseinälle joka on kokonaan kastunut.

Taulukko 1. Kuivumisaika-arvioita kahteen suuntaan kuivuvalle betoniselle välipohjalle tai väliseinälle joka on kastunut kokonaan kapillaarialueelle (RH>98%) asti. Ympäristön lämpötila +20°C ja suhteellinen kosteus 50%.

Muut rakennusmateriaalit

Materiaalin vesihöyrynläpäisevyys vaikuttaa merkittävästi materiaalin kuivumisnopeuteen. Mitä pienempi vesihöyrynläpäisevyys on, sitä hitaammin materiaali kuivuu. Myös  materiaalien ilmanläpäisevyys vaikuttaa kuivumisnopeuteen. Tärkeä tekijä kuivatuksen kannalta on materiaalin kyky sitoa kosteutta hygroskooppisesti ja kapillaarisesti. Taulukossa 2 on tietoja muutamien tavanomaisten rakennusmateriaalien kosteudensitomiskyvystä.

Taulukko 2. Rakennusmateriaalien kosteudensitomiskyky hygroskooppisella ja kapillaarisella alueella.

Tiili

Kosteuden poistuminen tiilirakenteesta on betonirakennetta nopeampaa. Kuvassa 3 on Wufi3.3-Pro ohjelmalla laskettu kuivumisaika-arvio (huokosilman suhteellinen kosteus 50 mm syvyydeltä) kahteen suuntaan kuivuvalle 250 mm paksulle tiiliseinälle joka on kastunut kokonaan kapillaarialueelle asti. Ympäristön lämpötila on +20°C ja suhteellinen kosteus 50%.

Kuva 3. Wufi 3.3-Pro ohjelmalla laskettu 250 mm paksun tiiliseinän kuivumisaika-arvio 50mm syvyydeltä, kun ympäristön lämpötila on +20°C ja suhteellinen kosteus on 50%.

Kevytsoraharkko

Kuvassa 4 on Wufi3.3-Pro ohjelmalla laskettu kuivumisaika-arvio (huokosilman suhteellinen kosteus 50 mm syvyydeltä) kahteen suuntaan kuivuvalle 250 mm paksulle kevytsoraharkkoseinälle joka on kastunut kokonaan kapillaarialueelle asti. Ympäristön lämpötila on +20°C ja suhteellinen kosteus 50% tai +40°C ja ympäröivän ilman kosteussisältö sama kuin +20°C lämpötilassa 50% suhteellisessa kosteudessa.

Kuva 4. Wufi 3.3-Pro ohjelmalla laskettu 250 mm paksun kevytsoraharkkoseinän kuivumisaika-arvio 50mm syvyydeltä, kun ympäristön lämpötila on +20°C ja +40°C.

Materiaalien ilmanläpäisevyys

Materiaalien ilmanläpäisevyys on myös tärkeä aineominaisuus kuivatuksen kannalta, koska kerroksellisia rakenteita voidaan kuivattaa ilmavirtauksien avulla. Kuvassa 5 on esitetty esimerkkejä muutamien tavanomaisten rakennusmateriaalien läpi tapahtuvista ilmavirtausmääristä neliömetrin alalta kun rakenne on yhden metrin paksuinen ja ilmanpaine-ero rakenteen päiden välillä on 10 Pa. Rakenteeseen päässyt vesi pienentää materiaalin ilmanläpäisevyyttä. Mikäli materiaali on täysin vedellä kyllästetty ei materiaalin läpi tapahdu ilmavirtauksia muuten kuin erittäin suurilla paine-eroilla.

Kuva 5. Esimerkki ilman virtauksesta huokoisen aineen läpi.

Lähdekirjallisuus

1. Merikallio, T., Betonirakenteiden kosteusmittaus ja kuivumisen arviointi, Suomen Betonitieto Oy 2002.

2. Hedenblad, G,.Torktider för betong efter vattenskada, Rapport BFR T27:1993

3. Nevander, L E, Elmarsson B, Fukthandbok. AB Svensk Byggtjänts, Stockholm 1994.

4. Kettunen, A-V., Bergman, J., Viljanen, M., Radonin merkitys talonrakennustekniikassa, Rakennuspohjan tuuletuksen suunnittelu. Julkaisu 106 Teknillinen Korkeakoulu, Talonrakennustekniikan laboratorio Espoo 1990.

5. Merikallio, T., Niemi S. ja Komonen. J. Betonilattiarakenteiden kosteudenhallinta ja päällystäminen. Betonitieto Oy 2007. ISBN: 978-952-5075-88-5. 97 s.

© Helsingin, Espoon ja Vantaan Terveelliset tilat, Sisäilmayhdistys ry. (2008)