Hankkeessa tutkittiin betonin räjähtävän lohkeamisen simulointia ja betonin materiaaliominaisuuksien kokeellista määrittämistä. Räjähdysmäisen lohkeilun riski on merkittävä erityisesti korkealujuusbetoneissa, joita käytetään mm. liikennetunneleissa sekä korkeassa rakentamisessa. Rakenteellisten haasteiden lisäksi lohkeilu aiheuttaa pelastustoimelle työturvallisuusriskin. Sen taustalla on useita yhtäaikaisia fysikaalisia ilmiöitä, ml. lämpölaajenemisjännitys ja vesihöyryn paine huokosissa, mutta monista tutkimuksista huolimatta räjähdysmäisen lohkeilun teoria ei ole edelleenkään valmis. Lohkeilua esiintyy edelleen voimakkaissa tulipaloissa. Hankkeessa selvitettiin, kuinka hyvin nykyiset palosimulointimallit, jotka yleensä eivät ota huomioon veden monimutkaista höyrystymis- ja kuljettumisprosessia, pystyvät simuloimaan betonin palokäyttäytymistä.
Hankkeessa toteutettiin nykyisiä simulointimalleja todenmukaisempi, monifysikaalinen malli Matlabilla. Malli validoitiin sekä kirjallisuusdatalla että omien, kahdella eri lujuuslaadulla ja kahdella kosteuspitoisuudella tehtyjen kokeiden avulla. Materiaalinäytteistä mitattiin lämmönjohtuvuus, permeabiliteetti (yhteistyössä Wuhanin teknillisen yliopiston kanssa), huokoisuus, puristus- ja vetolujuus, tiheys, kosteuspitoisuus, sekä ominaislämpökapasiteetti. Termogravimetrisella analyysilla (TGA) sekä differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla (DSC) määritettiin betoneissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden kineettiset parametrit sekä reaktiolämmöt. Varsinaiset palotilannetta vastaavat kokeet tehtiin Aalto-yliopiston säteilylämmittimellä sekä Tanskan teknillisen yliopiston H-TRIS -laitteistolla. Niissä mitattiin ajasta riippuvat lämpötilat sekä massan muutos.
Tulokset osoittavat, että veden höyrystymisestä aiheutuvaa huokospaineen nousua voidaan käyttää lohkeilun indikaattorina esim. tunnelien seinämärakenteissa, mikäli lämpöjännityksellä ei kyseisessä geometriassa ole suurta roolia. Huokospaine voidaan ennustaa tyydyttävästi pelkästään lämpötilasta riippuvalla materiaalimallilla, mutta parempia tuloksia saadaan ottamalla huomioon veden osapaineen vaikutus haihtumisnopeuteen. Kehitettyä mallia ja materiaaliparametreja voidaan käyttää lämpötilan ja massanmuutoksen ennustamiseen olemassa olevia pyrolyysimalleja tarkemmin. Vaikka malli keskimäärin yliarvioi huokospainetta, voidaan paine-ennusteita käyttää lohkeiluriskin arviointiin. Väitöskirjan viimeisessä osassa mallia sovelletaan tunnelipaloskenaariossa ja esitetään, miten paloaltistusta ja pelastustoimen taktiikoiden vaikutusta voidaan tutkia jo suunnitteluvaiheessa.
betonilaatan lämmityskoe