Tässä artikkelissa esitellään Karelia-ammattikorkeakoulussa tehdyn tutkimuksen tuloksia. Tutkimuksessa tarkastellaan uudelleenkäytettävän massiivi- ja liimapuun lujuusominaisuuksia ja puun käyttökelpoisuutta rakentamisen näkökulmasta. Tutkimus toteutettiin osana opinnäytetyötä ja on osa KiertoBio -kehittämishanketta. Tutkimuksessa tarkastellaan materiaaleja rikkomattomia ja osittain rikkovia testimenetelmien soveltuvuutta talteen otetun liimapuun teknisen soveltuvuuden osoittamiseksi.
Kirjanpainajan aiheuttamat metsätuhot ovat lisääntyneet viime vuosina, minkä seurauksena markkinoille päätyy yhä enemmän vaurioitunutta puuraaka-ainetta. Rakentamisessa käytettävän puun tulee kuitenkin täyttää tietyt lujuus- ja jäykkyysvaatimukset, minkä vuoksi on tärkeää selvittää, miten kirjanpainajan aiheuttamat vauriot vaikuttavat puun mekaanisiin ominaisuuksiin.
Tutkimuksessa verrataan keskenään kirjanpainajan vaurioittamia ja terveitä puukappaleita. Tavoitteena on selvittää, poikkeavatko niiden ominaisuudet merkittävästi toisistaan ja voidaanko vaurioitunutta puuta hyödyntää rakentamisessa nykyisten vaatimusten puitteissa. Lisäksi tarkastellaan, kuinka luotettavasti puun ominaisuuksia voidaan arvioida rikkomattomilla tutkimusmenetelmillä.
Tutkimusmenetelminä rikkomattomat ja vähän rikkovat menetelmät
Tutkimuksessa käytetään useita eri mittausmenetelmiä, jotka voidaan jakaa rikkomattomiin ja vähän rikkoviin menetelmiin. Rikkomattomien menetelmien etuna on se, että puukappale säilyy lähes ehjänä mittauksen aikana, mikä mahdollistaa sen käytön myöhemmissä testeissä tai käytännön sovelluksissa.
Yksi keskeisistä käytettävistä laitteista on Fakopp PLG -mittalaite, jolla arvioidaan puun jäykkyyttä ja lujuusluokkaa. Mittaus perustuu puuhun kohdistettuun iskuun ja siitä syntyvän värähtelyn analysointiin. Menetelmä mahdollistaa nopean ja helpon tavan arvioida puun mekaanisia ominaisuuksia ilman kappaleen vaurioittamista.
Toinen tärkeä menetelmä on mikroporaus, jossa puuhun porataan ohut neula ja mitataan porauksen vastusta. Menetelmän avulla saadaan tietoa puun sisäisestä rakenteesta ja mahdollisista vaurioista.
Kolmantena tutkimuksessa käytetään ruuvin ulosvetokoetta, jolla arvioidaan puun paikallista lujuutta ja tiheyttä mittaamalla voimaa, joka tarvitaan ruuvin irrottamiseen puusta.
Tutkimus toteutettiin yhdistämällä laskennallinen tarkastelu, rikkomattomat ja vähän rikkovat mittausmenetelmät sekä kokeellinen nelipistekuormituskoe. Tässä tutkimuksessa käytetään standardin mukaista menetelmää eli nelipistetaivutuskoetta, jossa puukappale kuormitetaan murtumiseen asti. Tällä kokeella saadaan tarkat arvot puun taivutuslujuudelle ja kimmokertoimelle, ja sitä käytetään vertailuarvona muille mittausmenetelmille.
Lisäksi tutkimuksessa mitattiin puun kosteuspitoisuutta, koska kosteus vaikuttaa merkittävästi puun mekaanisiin ominaisuuksiin. Kosteutta mitattiin sekä nopealla piikkimittauksella että tarkemmalla uunikuivauksella, jota käytettiin vertailumenetelmänä.
Tulokset osoittavat, että rikkomattomilla mittausmenetelmillä voidaan arvioida kirjanpainajan vaurioittaman puun lujuus- ja jäykkyysominaisuuksia luotettavasti erityisesti esiseulontavaiheessa. Mittaustulosten havaittiin korreloivan laboratoriokokeiden kanssa, mikä viittaa siihen, että menetelmät soveltuvat puun laadun alustavaan arviointiin ilman puumateriaalia rikkovia testejä.
Tulokset
Tutkimuksessa havaittiin, että kirjanpainajan vaurioittaman puun mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat terveeseen puuhun verrattuna. Vaihtelusta huolimatta osa vaurioituneesta puumateriaalista täyttää rakentamiselle asetetut lujuus- ja jäykkyysvaatimukset, kun materiaalin ominaisuudet arvioidaan luotettavasti menetelmäyhdistelmän avulla.
Rikkomattomat tutkimusmenetelmät osoittautuivat käyttökelpoisiksi erityisesti puuraaka-aineen esivalinnassa. Niiden avulla voidaan tunnistaa ne puukappaleet, joilla on riittävä tekninen suorituskyky rakennuskäyttöön ilman, että materiaalia tarvitsee vaurioittaa testauksen aikana.
Tulokset viittaavat myös siihen, että rikkomattomien menetelmien laajempi hyödyntäminen voi lisätä kirjanpainajan vaurioittaman puuraaka-aineen käyttöastetta ja vähentää materiaalihukkaa rakentamisessa. Menetelmät tukevat näin kestävän kehityksen tavoitteita ja kiertotalouden periaatteita puualalla.
Kirjoittajat:
Pekka Ronkainen, laboratorioinsinööri, Karelia-ammattikorkeakoulu
Ville Mertanen, opettaja, opinto-ohjaaja, Karelia-ammattikorkeakoulu
Tuukka Saukkonen, opiskelija, Karelia-ammattikorkeakoulu
KiertoBio -kehittämishanke
