Asiantuntijajutut

Nykyinen rakennuskanta kovilla ilmastonmuutoksen vuoksi

Teksi ja graafit: Toni Pakkala, tutkijatohtori, Tampereen yliopisto ja korjausrakentamisen erikoisasiantuntija, Renovatek Oy

 

Väitöstutkimuksen perusteella ilmastonmuutos vaikuttaa varsinkin viistosademäärään rakennuskannan rasitus-tasoa merkittävästi nostaen. Kaikkien ilmansuuntien rakenteet ovat tulevaisuudessa alttiita viistosadera-situkselle. Ilmastonmuutoksen myötä rakennusten kunnossapitosyklejä täytyy lyhentää ja vauriotilannetta seurata tiheämmin.

 

Rakennetun omaisuuden tila 2019- eli ROTI -raportin arvioidenmukaan 45 prosenttia Suomen kansallisvarallisuudesta on kiinnirakennuksissa, ja kaikkien rakennuksien arvosta asuinrakennuksetmuodostavat arviolta lähes kaksi kolmasosaa.

Noin kolmannes suomalaisista asuu kerrostaloissa, joiden suurin rakennusbuumi kohdistui sodanjälkeiseen jälleenrakentamiskauden kaupungistumiseen. Koska asuntotarve oli suuri, nopea elementtitekniikka otti pian paikkansa valtamenetelmänä ja sen kiihdyttämänä Suomen olemassa olevasta kerrostalokannasta ylipuolet rakennettiinkin välillä 1960–1989.

Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että kyseisten rakennustensäilyvyys ominaisuudet ovat heikot, pääasiassa puutteellisen tiedon ja siten vaatimusten vuoksi. Päävauriomekanismeina betonisissa julkisivu- ja parvekerakenteissa ovat olleet pakkasrapautuminen ja karbonatisoitumisen mahdollistama raudoitteiden korroosio.

Kyseisten vauriomekanismien osalta nykyvaatimustasoa alettiin vaatia vasta vuonna 1989. Myös sen jälkeen laadussa on ollut puutteita, mutta siitä huolimatta, rakenteet ovat kestäneet nykyilmastoa osin riittävästi.

 

Vaurioituminen rannikoilla intensiivisempää

Vesi on mukana lähes säälle alttiiden rakennusmateriaalienmateriaalien vauriomekanismeissa, niin myös pakkasrapautumisessa ja raudoitteiden korroosiossa. Joskin vesi hidastaa korroosion mahdollistavaa betonin karbonatisoitumista betonihuokosissa.

Nykyvaatimusten mukaisessa rakentamisessa betoni on suojattu pakkasrapautumiselta suojahuokostuksella ja raudoitteidenkorroosiolta riittävällä peitepaksuudella. Mutta, kuten todettua, hyvin suuri osa olemassa olevasta rakennuskannastamme on rakennettu ennen nykyisen tasoisia laatuvaatimuksia, ja sen säänkesto onkin hyvin voimakkaasti kytköksissä saderasitukselta suojautumiseen.

Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että rannikolla vaurioituminen on ollut intensiivisempää. Esimerkiksi havaitut pakkasrapautumiset ovat ilmenneet rannikolla keskimäärin 11 vuotta nopeammin kuin sisämaassa, vaikka tuona aikana sateenjälkeisiä jäätymissulamissyklejä on ollut keskimäärin noin 80  rannikkoa vähemmän.

Tulokset ovat siten viitanneet siihen, että rannikon suuremmallaviistosademäärällä eli sekä suuremmalla sademäärällä ettäkovemmilla tuulilla, sadehetkillä on ollut merkittävä vaikutusvaurioitumiseen. Nykyilmastossa rannikolla vapaata viistosadetta tuleekin 24 prosenttia eteläistä Suomea, 64 prosenttia sisämaata ja 135 prosenttia Lappia enemmän. Samoin vaurioitumisen on tiedetty olevan nopeampaa etelänsuuntaisilla julkisivuilla.

Tutkittaessa tarkemmin olemassa olevien rakennustenkuntotutkimuksissa havaittua pakkasrapautumista eri alueilla ja senesiintymistä eri ilmansuunnan julkisivuilla havaittiin, että 81 rosenttia kaikista pakkasrapautumahavainnoista on länsi-kaakkoisjulkisivuilla. Samojen julkisivujen osuus kaikestaviistosademäärästä ennen jäätymissulamissyklejä on 79 prosenttia. Molemmat osuudet ovat rannikolla ja eteläisessä Suomessa vielä suurempia, sisämaassa ja Lapissa hieman alhaisempia.

Kuva 1. Yllä vasaroimalla havaittu pitkälle edennyt pakkasrapautuma julkisivuissa, alapuolella viistosademäärän jakautuminen julkisivulle maksimissaan kolme vuorokautta ennen -5 °C:en alittavaa pakkassykliä.

 

Kosteusrasitustaso nousee tulevaisuudessa

Tutkimuksessa käytössä ollut säädata perustuu Ilmatieteenlaitoksen Suomessa neljällä mittauspisteellä (rannikko: Helsinki-Vantaa, eteläinen sisämaa: Jokioinen, sisämaa: Jyväskylä, Lappi:Sodankylä) nykyilmastossa (1980-2009) tekemiin mittauksiin sekäilmastonmuutosskenaarioon A2 perustuviin projektioihintulevaisuuden ilmastosta (2030, 2050, 2100).

Kyseinen skenaario A2 on vuonna 2007 hallitustenvälisenilmastomuutospaneelin (IPCC) julkaistuista skenaarioista pahinolettamuksella, ettei hiilidioksipäästöjä saada kuriin, vaan nenousevat aina vuoteen 2100 asti.

Kyseisten ilmastonmuutosennusteiden perusteella kosteusrasitustaso tulee nousemaan merkittävästi joka puolellamaata. Koska rannikolla vaurioituminen on ollut sisämaata nopeampaa, lähinnä juuri kyseisen kosteusrasituksen vuoksi, nykyäänkin ankarimmin rasitetut rakennukset rannikolla joutuvat tulevaisuudessa entistä suuremman viistosaderasituksen piiskaamaksi. Ja sisämaassa puolestaan lähestytään rannikon nykyisiä olosuhteita.

Sademäärät kasvavat ympäri vuoden, mutta merkittävin kasvutapahtuu talvikausina. Tällöin lämpenemisen vuoksi sade tulee yhäuseammin vetenä tai räntänä lumen sijaan. Loppusyksystä jatalvella myös kuivumisolosuhteet ovat heikot ulkoilman suhteellisenkosteuden pysyessä korkeana ja pilvisyyden lisääntyessä, kun auringonvalo ja sen lämmittävä vaikutus on muutenkin vähäisimmillään Suomen leveyspiirillä.

 

Korroosionopeus kasvaa syksyisin ja talvisin

Huolimatta viistosateen määrän kasvusta, betonirakenteiden tyypilliset vauriomekanismit Suomessa eivät kuitenkaan välttämättä kiihdy merkittävästi. Pakkasrapautuminen vaatii vedenlisäksi myös jäätymis-sulamissyklejä. Tutkimusten mukaan kapillaarihuokosissa veden jäätyminen vaatii noin -5 °C:enalituksen, minkä mukaan tutkimuksen laskelmat on toteutettu. Rannikolla kyseisten syklien määrät lämpötilojen noustessavähenevät, mutta sisämaassa pysyvät edelleen nykyisellä tasollaan.

Siinä missä alkavan pakkasrapautumisen esiintyminen onnykyisin vienyt rannikolla keskimäärin 26 vuotta ja sisämaassa 37 vuotta, ennusteiden mukaisesti vuonna 2100 vastaavaan määrään sateen jälkeisiä jäätymis-sulamissyklejä menisi rannikolla 79 vuottaja sisämaassa 53 vuotta.

Koska saderasituksen tasolla on kuitenkin havaittu olevan merkittävä vaikutus pakkasrapautumisen määrään, on kuitenkin syytä tarkastella myös viistosateen määrää ennen jäätymis-sulamissyklejä. Ennen yksittäistä sykliä keskimääräinen sademäärätulee rannikolla pysymään nykyisen kaltaisissa lukemissa ollen kovempi kuin muissa tutkituissa sijainneissa, joissa kyseinen sademäärä tulee kasvamaan. Toisin sanoen yksittäisten syklienintensiteetti pakkasrapautumisen kannalta voi kasvaa, vaikka määrä vähenisikin.

Lisääntyvä kosteus saattaa hidastaa myös karbonatisoitumista,mutta toisaalta ilman hiilidioksidipitoisuuden kasvu nopeuttaa sitä. Samalla kosteuden ja lämpötilan kasvu nopeuttaa merkittävästiterästen ruostumista, kun se lopulta pääsee alkamaan.

Kuva 2. Sademäärien suhteellinen kasvu verrattuna nykyilmaston sademääriin eri ilmansuunnista ja eri sijainneilla: a) rannikko, b) eteläinen Suomi, c) sisämaa, d) Lappi.

 

Todellisten kohteiden julkisivu- ja parvekerakenteisiin tehtyjen korroosiomittausten ja saman ajan säädatan perusteella rakennetun aktiivisen korroosion mallin mukaan korroosionopeus on varsinkin syysolosuhteissa, rannikolla myös talviolosuhteissa, suurimman viistosaderasituksen suunnissa huomattavasti suurempaa kuin kesäisin ja keväisin. Korroosionopeus on myös selvästi suurempi kuin suojaisan ilmansuunnan rakenteilla.

Syynä ovat viistosademäärien lisäksi heikommatkuivumisolosuhteet, sillä ilman suhteellinen kosteuspitoisuus onkorkealla, lämpötila matala ja auringonsäteily vähäistä.Tulevaisuudessa rasitus tulee kasvamaan huomattavasti varsinkinjuuri syys- ja talviaikaan, sillä lämpötilat nousevat ja talvensademäärät vetenä kasvavat entisestään.

Samojen mallinnusten perusteella pohjoisjulkisivujen rakenteissasekä parvekelaattojen alapinnoissa, jotka ovat hyvin suojassaviistosateelta, korroosionopeus on tulevaisuudessakinhuomattavasti eteläisiä suuntia alhaisempi.

 

Kuva 3. Ylemmässä kuvassa on esitetty -5 °C alittavien jäätymissulamissyklien määrä eri sijainneilla maksimissaan kolme vuorokautta sateen jälkeen. Alemmassa kuvassa keskimääräinen sademäärä samassa ajassa ennen yksittäistä sykliä.

 

Nykyinen betonirakentaminen kestää rasitukset

Tutkimuksen perusteella ilmastonmuutos vaikuttaa varsinkin viistosademäärään rasitustasoa merkittävästi nostaen. Rasitustason nousulla on suurin merkitys aktiivisessa vauriovaiheessa, eli kun vauriomekanismi on käynnistynyt betonille tyypillisesti piilevänä, se tulee näkyviin aiempaa nopeammin.

Vaurioitumisen alkaminen saattaa kuitenkin hidastua, sillä kasvava kosteusmäärä voi hidastaa karbonatisoitumista. Lämpötilan nousun myötä jäätymissulamissyklien määrä pääasiassa laskee vuosisadan loppuun mennessä, joskin rasituksen intensiteetti voi silti kasvaa syklejä edeltävän lisääntyvän sademäärän vuoksi.

Rasitustasot vaihtelevat Suomessa merkittävästi niin sateensuuntautuneisuuden kuin maantieteellisen sijainninkin mukaan.Pohjoisjulkisivujen rakenteet ovat kaikkialla Suomessa paremminsuojassa viistosaderasitukselta ja siten vaurioitumiselta kuineteläiset julkisivut. Samoin mitä pohjoisempaan mennään, sitä alhaisempi on rasitus.

Tutkimuksen perusteella tulevaisuudessa muiden ilmansuuntienrakenteet joutuvat kuitenkin vähitellen vastaaviin olosuhteisiin kuin etelänsuuntaiset nykyilmastossa. Ja toisaalta sisämaa lähestyy rannikon nykyolosuhteita. Rannikolla olosuhteet heikkenevät entisestään.

Viistosateelta suojaisilla rakenteilla vaurioituminen on huomattavan hidasta niin nyky- kuin tulevaisuudenkin ilmastossa.Uusia vauriomekanismeja ilmastonmuutos kuitenkaan tuskinmukanaan tuo. Joskin nykyisin melko vähän huoltotoimenpiteitäaiheuttavat, lähinnä esteettisenä haittana näkyvät leväkasvustottulevat todennäköisesti lisääntymään.

Tutkimuksessa havaittiin myös, että nykymääräysten mukainen betonirakentaminen kestää muuttuvan ilmaston rasitukset.Olemassa olevasta rakennuskannasta, jolla ei vastaavia ominaisuuksia ole, huolehtiminen nousee kuitenkin merkittävään rooliin, sillä sen osuus Suomen rakennuskannasta on valtava ja asuinrakennuskanta uusiutuu hitaasti.

Ilmastonmuutoksen myötä rakennusten kunnossapitosyklejä täytyy lyhentää. Myös vauriotilannetta pitää seurata yhä tiheämmin, jotta mahdollisesti nopeutuviin vauriomekanismeihinvoidaan reagoida ajoissa, ja estää tai hidastaa niiden etenemistä.

Korjausvaihtoehtoja valittaessa on otettava huomioon paikallinen rasitustaso, ja varsinkin peittävissä tai purkavissa korjauksissahyödyntää laadukkaiksi, kestäviksi ja vikasietoisiksi todettuja ratkaisuja. Kasvavan viistosaderasituksen hillitsemiseen on myös paljon perinteisiä, hyvin tunnettuja menetelmiä. Näistä hyviä esimerkkejä ovat esimerkiksi parvekelasitus ja räystäät, joiden merkitys kasvaa entisestään, sillä niillä pystytään alentamaanrakennusten kovimmalla rasituksella olevien yläosien rasitusta merkittävästi. Samaan päästään myös esimerkiksi puustolla ja järkevällä aluesuunnittelulla.

 

Toni Pakkala väitteli helmikuussa ilmastonmuutoksen vaikutuksesta olemassa olevien julkisivu- ja betonirakenteiden vaurioitumiseen. Hän toimii tällä hetkellä tutkijatohtorina Tampereen yliopiston Rakenteiden korjaamisen ja elinkaaritekniikan tutkimusryhmässä, korjausrakentamisen erikoisasiantuntijana Renovatek Oy:ssä sekä hallituksen puheenjohtajana Julkisivuyhdistys ry:ssä

Takaisin edelliselle sivulle