Ilmastonmuutos vaikuttaa julkisivujen kuntoon

Diplomi-insinööri, tohtorikoulutettava Toni Pakkala tekee Tampereen yliopiston Rakennustekniikan yksikössä ainutlaatuista väitöstutkimusta olemassa olevien rakennusten julkisivujen sopeutumisesta ilmastonmuutokseen. Tutkimus käsittelee pääasiassa betonijulkisivuja, mutta tehdyt havainnot ja selviytymiskeinot ovat käypiä myös muille materiaaleille. Uudisrakentamisessa kovimman rasitustason julkisivujensuojaus pitää miettiä erikseen. Räystäät ovat edelleen toimiva ratkaisu.

Dosentti Jukka Lahdensivu sai betonirakenteiden vaurioitumista nykyilmastossa käsittäneen väitöskirjansa valmiiksi 2012. Samaan aikaan Tampereen teknillisellä yliopistolla valmistui FRAME-tutkimus, jossa selvitettiin, miten ilmastonmuutos ja tiukentuvien energiamääräysten myötä kasvavat eristepaksuudet vaikuttavat vaipparakenteiden kosteustekniseen toimintaan ja energiankulutukseen.

Projektin yhteydessä Ilmatieteen laitos laski ilmastonmuutosmallien pohjilta huokoisten materiaalien vaurioitumiselle oleellisia ilmastosuureita kuten sade, tuuli, lämpötila, auringonsäteily ja ilman suhteellinen kosteuspitoisuus vuosisadan puoliväliin ja loppuun asti neljällä eri paikkakunnalla: Helsinki-Vantaa, Jokioinen, Jyväskylä ja Sodankylä.

Jukka Lahdensivu sai omassa väitöstyössään selvitettyä hyvin, miten betonivauriot ovat sidoksissa vallitseviin sääolosuhteisiin. Siitä syntyi yhteistuumin ajatus ryhtyä selvittämään, miten vaurioituminen mahdollisesti etenee tulevaisuudessa. Missään päin maailmaa ei ole tehty vastaavaa tutkimusta olemassa oleviin rakennuksiin ja niiden sopeutumiseen liittyen.

Julkisivuissa pitäisi yhä enemmän kiinnittää huomiota kosteusturvallisiin ja vikasietoisiin rakenneratkaisuihin. Lisäksi detaljeilla on iso merkitys. Kuva: Pixabay

Viisi artikkelia ja väitöskirja

Työssä on käytetty apuna mainittuja Ilmatieteen laitoksen projektioita tulevaisuuden ilmastosta. Kyseisten projektioiden pohjilta on laskettu muun muassa julkisivuille satavan viistosateen määrän muutosta tulevaisuudessa eri ilmansuunnista ja eri puolilla Suomea. Lisäksi säädataa on käytetty erilaisissa vauriomalleissa arvioimaan muun muassa betoniterästen korroosion alkamista ja korroosiovaiheen kestoa tulevaisuuden ilmastossa.

Tutkimuksella on ollut siihen kohdistettua rahoitusta kolmen kuukauden ajan Tampereen teknillisen yliopiston rakennetun ympäristön tohtorikoulusta. Laskennassa on käytetty apuna tutkimusryhmän muita jäseniä sekä teetetty opinnäytetöinä materiaalinkeräystä muiden muassa kuntotutkimusraporteista. Työn valvoja Jukka Lahdensivu ja muut kollegat toimivat tutkimuksen laadullisina tarkkailijoina ja tärkeinä ulkopuolisina silminä.

Väitöstyö koostuu viidestä korkeatasoisessa kansainvälisessä julkaisussa julkaistusta artikkelista ja niiden pohjalta kirjoitettavasta väitöskirjasta.  Tällä hetkellä neljäs artikkeli on tieteellisen lehden toisella arviointikierroksella ja viides odottaa työpöydällä kirjoittamistaan. Väitöskirjan on tarkoitus valmistua tämän vuoden puolella.

Viistosade huolestuttavinta

Viistosade eli tuulen mukana pystypinnalle päätyvä sadevesi on mukana lähes kaikissa vaurioekanismeissa julkisivumateriaalista riippumatta; ehkä huolestuttavimmat havainnot koskevatkin sitä. Vuosisadan loppuun mennessä viistosaderasitus saattaa kasvaa rannikolla ja eteläisessä Suomessa noin kolmanneksella, Lapissa jopa 50 prosentilla.

Yksi tekijä viistosateen lisääntymisessä on lämpeneminen, jonka vuoksi yhä suurimpi osa sateesta tulee vetenä tai räntänä lumen sijaan. Tutkimuksen aikana on myös vahvistunut sateen aikaisen tuulisuuden merkitys vaurioitumisnopeuksiin, sillä rannikolla ja eteläisessä sisämaassa sataa melko saman verran, mutta rannikolla suurempi osuus sateesta tulee tuulen mukana julkisivulle ja siten vaurioituminen on myös nopeampaa.

Sateen aikana tuuli on myös hyvin suuntautunutta kaikkialla Suomessa siten, että sade tulee pääsääntöisesti lounas-etelä-kaakko-ilmansuunnista. Tämä näkyy myös kuntotutkimuksissa, sillä huomattavan suuri osa pakkasrapautumista on samansuuntaisissa julkisivuissa.

Pohjoisen olosuhteissa myös pakkasrapautuminen on merkittävä vaurioitumismekanismi huokoisilla materiaaleilla kuten betoni, tiilet ja rappaus. Pakkasrapautumista tapahtuu, jos huokosissa on tarpeeksi vettä ja lämpötila laskee muutaman asteen nollan alapuolelle. Kyseiset jäätymis-sulamissyklit sateen jälkeen tulevat vähenemään tulevaisuudessa rannikolla ja eteläisessä Suomessa, mutta pysyvät sisämaassa noin nykyisellään ja kasvavat Lapissa. Toisaalta myös kuivumisolosuhteet tulevat heikkenemään auringon säteilyn vähetessä, sillä pilvisyys lisääntyy. Tämän vuoksi kyseisten materiaalien suojahuokostusta ei voida jättää tekemättä tulevaisuudessakaan.

Säädataa on käytetty erilaisissa vauriomalleissa arvioimaan muun muassa betoniterästen korroosion alkamista ja korroosiovaiheen kestoa tulevaisuuden ilmastossa. Kuva: Pixabay

Betoniterästen korroosio ei ala aikaisemmin

Betoniterästen korroosion eli ruostumisen kannalta oleellista on jälleen kosteus, sillä ruostumista voi tapahtua vain, jos terästä ympäröivässä betonissa on korkea suhteellinen kosteus.

Toisaalta tuoreen betonin emäksisyys suojaa teräksiä ruostumiselta, ja vasta kun ulkoilman hiilidioksidi tunkeutuu betoniin, aiheutuu reaktio, jonka vuoksi betonin pH laskee ja terästen ruostuminen on mahdollista. Reaktiota kutsutaan karbonatisoitumiseksi.

Ulkoilman hiilidioksidipitoisuuden kasvaminen siten luonnollisesti nopeuttaa kyseistä reaktiota, mutta toisaalta lisääntyvä kosteus hidastaa sitä, joten todennäköisesti betoniterästen ruostuminen ei ala nykyistä nopeammin. Näkyvien vaurioiden kannalta on kuitenkin tärkeää, kuinka nopeasti teräs ruostuu sitten, kun se on mahdollista. Itse ruostumisreaktiota lisääntyvä kosteuspitoisuus nopeuttaa, joten jatkossa entistä tärkeämpää on ajoissa selvittää kuntotutkimuksilla, missä vaiheessa karbonatisoituminen on menossa, jotta suojaaviin toimenpiteisiin voidaan ryhtyä ajoissa.

Vaikka tässä tutkimuksessa on tutkittu lähinnä betonin vaurioitumista, on tulokset hyödynnettävissä myös muihn julkisivumateriaaleihin. Esimerkiksi puun mikrobi- ja lahovaurioihin viistosademäärän kasvulla ja kuivumisolosuhteiden heikkenemisellä on vaikutusta.

Vaikutuksia julkisivujen suunnitteluun

Julkisivujen suunnittelussa on ehkä oleellisin asia kiinnittää huomiota saderasitustason nousuun. Julkisivuissa pitäisi yhä enemmän ja enemmän kiinnittää huomiota kosteusturvallisiin ja vikasietoisiin rakenneratkaisuihin. Lisäksi detaljeilla on iso merkitys.

Tutkimuksen perusteella kohdennettuun suojaukseen voisi kiinnittää nykyistä enemmän huomiota eli suojata erityisesti kovimman rasitustason julkisivuja. Se voidaan toteuttaa niin materiaalivalinnoilla, rakenneratkaisuilla kuin aluesuunnittelullakin, sillä puusto, muut rakennukset ja maastonmuodot suojaavat viistosateelta. Suomessakin on liuta hyväksi todettuja julkisivuratkaisuja, jotka toimivat myös jatkossa. Nykylaadun mukainen betonielementtirakentaminen sekä esimerkiksi viime aikoina yleistyneet tuulettuvat julkisivuratkaisut useine materiaalivaihtoehtoineen ovat varteenotettavia ratkaisuja. Yksi hyvin helppo, tehokas ja olemassa oleva ratkaisu on räystäät, mihin pitäisikin kiinnittää entistä parempaa huomiota jo suunnitteluvaiheessa. Myös sijaintia kannattaisi nykyistä aktiivisemmin pohtia julkisivuratkaisua valittaessa, sillä rankimpaan ilmastorasitukseen aavan meren rannalle tulevaan tornitaloon ei välttämättä ole järkevintä valita julkisivumateriaaliksi usein huoltoa vaativaa ratkaisua kuten puuta tai eristerappausta.

Toinen entisestään korostuva asia on huoltovälien tihentäminen julkisivumateriaalista riippumatta. Parhaiten huoltotarpeen ja oikean korjausajankohdan saa selville edelleen kunnollisten kuntotutkimusten avulla. Haluaisinkin muistuttaa, että kattavakin kuntotutkimus on usein vain prosentteja korjauksen hinnasta, joten se kyllä maksaa itsensä takaisin.

Betoniterästen ruostumisreaktiota nopeuttaa lisääntyvä kosteuspitoisuus, joten jatkossa on entistä tärkeämpää ajoissa selvittää kuntotutkimuksilla, missä vaiheessa karbonatisoituminen on menossa, jotta suojaaviin toimenpiteisiin voidaan ryhtyä ajoissa. Kuva: Ari Korkala

Eri maa, eri ratkaisut

Suomen julkisivuilla on pääosin eri haasteet kuin muualla maailmassa oman pohjoisen, mutta Golf-virran ansiosta silti melko leudon ilmastomme vuoksi. Esimerkiksi Atlantin rannikolla suurin huoli on betoniterästen kloridikorroosion kiihtyminen, mikä on meillä julkisivuissa pieni ongelma, sillä Itämeren suolapitoisuus on kuudesosa Atlantista.

Australiassa ja päiväntasaajaa lähestyttäessä kuumuus ja kuivuus tuovat omat haasteensa. Norja ja Ruotsi ovat lähinnä Suomea ja varsinkin Norjassa on vastaavan tyylistä tutkimusta jo kiitettävästi tehtykin. Jos jotain hyvää hakee, niin Norjan nykyisiä ja tulevia sademääriä katsellessa meillä on tilanne vielä melkoisen kevyt siihen nähden.

Kun väitöstyö on valmis, pohditaan auki jääneitä kysymyksiä, niiden tutkimistarvetta ja tarvittaessa lähdetään hakemaan rahoitusta lisätutkimukseen. Tutkimusryhmässä olisi jo valmiiksi erinomaista potentiaalia uusiin väitöskirjoihin ilmastonmuutokseen sopeutumiseen liittyen.

Teksti Toni Pakkala