Tässä artikkelissa esitellään Karelia-ammattikorkeakoulussa tehdyn tutkimuksen tuloksia. Tutkimuksessa tarkasteltiin uudelleenkäytettävän massiivi- ja liimapuun lujuusominaisuuksia ja puun käyttökelpoisuutta rakentamisen näkökulmasta. Tutkimus toteutettiin osana opinnäytetyötä. Tutkimus on osa KiertoBio -kehittämishanketta ja tutkimuksessa tarkasteltiin materiaaleja rikkomattomia ja vähän rikkovien testimenetelmien soveltuvuutta talteen otetun liimapuun teknisen soveltuvuuden osoittamiseksi.
Kiertotalouden kansallisten tavoitteiden saavuttaminen edellyttää materiaalien ja rakenteiden uusio- ja uudelleenkäytön lisäämistä. Uudelleenkäytön näkökulmasta puutuotteet ovat yksi potentiaalisimmista materiaaleista. Tämä lisää tarvetta luotettaville menetelmille käytettyjen puumateriaalien lujuuden ja käyttökelpoisuuden arviointiin. Erityisesti massiivipuun ja liimapuun pitkäaikaisesta käyttäytymisestä, ikääntymisestä ja kuormitushistoriasta aiheutuvat lujuusmuutokset ovat keskeisiä tekijöitä materiaalien uudelleenkäytön näkökulmasta. Käytettyihin puumateriaaleihin kohdistuu usein epävarmuutta, koska niiden alkuperäisiä lujuusluokituksia, käyttöhistoriaa ja kuormitustasoja ei aina tunneta.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten ikä, rasitus ja käyttöolosuhteet ovat vaikuttaneet käytetyn massiivipuun ja liimapuun mekaanisiin ominaisuuksiin. Samalla tutkimuksessa verrattiin käytetyistä rakenneosista saatuja tuloksia uusiin puumateriaaleihin, jotta voitiin arvioida rakenteiden uudelleenkäytön edellytyksiä sekä rikkomattomien ja vähän rikkovien tutkimusmenetelmien soveltuvuutta lujuuden arviointiin.
Tutkimus toteutettiin yhdistämällä laskennallinen tarkastelu, rikkomattomat ja vähän rikkovat mittausmenetelmät sekä kokeellinen nelipistekuormituskoe. Tutkimuskohteena olivat purkukohteista irrotetut massiivipuu- ja liimapuurakenteet, joista valmistettiin koekappaleita laboratorio-olosuhteissa.
Ennen mekaanisia kuormituskokeita koekappaleita tutkittiin rikkomattomilla ja vähän rikkovilla menetelmillä, joiden avulla pyrittiin keräämään ennakkotietoa materiaalien jäykkyydestä, tiheydestä ja paikallisista lujuusominaisuuksista. Näissä mittauksissa käytettiin Fakopp PLG -laitetta kimmokertoimen ja akustisen nopeuden arvioimiseen, IML-RESI PD400 -mikroporaa puun sisäisten ominaisuuksien ja mahdollisten vaurioiden tunnistamiseen sekä Fakopp Screw Withdrawal Force Meter -laitetta ruuvin ulosvetolujuuden mittaamiseen. Menetelmien etuna on, että ne mahdollistavat rakenteiden tutkimisen ilman merkittävää materiaalin vaurioitumista.
Varsinaiset lujuusominaisuudet määritettiin kokeellisilla nelipistekuormituskokeilla. Kuormituskokeissa koekappaleisiin kohdistettiin hallittu kuormitus, samalla mitaten kuormaa ja taipumaa. Mittausdata käsiteltiin laskentaohjelmilla, joiden avulla muodostettiin kuormitus–taipumakäyrät ja määritettiin koekappaleiden jäykkyyttä sekä kuormankantokykyä kuvaavia tunnuslukuja.
Tulosten tarkastelu
Kuormitus–taipumakäyrien avulla saatiin kokonaiskuva koekappaleiden käyttäytymisestä kuormituksen aikana. Käyrien perusteella voitiin arvioida elastista käyttäytymistä, jäykkyyseroja sekä murtokäyttäytymisen luonnetta. Rikkomattomilla ja vähän rikkovilla mittauksilla saadut tulokset mahdollistivat näiden ominaisuuksien vertaamisen mekaanisissa kokeissa havaittuun todelliseen lujuuskäyttäytymiseen.
Tuloksia tarkasteltiin suhteessa uusiin vastaavan tyyppisiin puumateriaaleihin. Näin voitiin arvioida, missä määrin käytetty puumateriaali poikkeaa uusista tuotteista ja millä tarkkuudella rikkomattomat menetelmät heijastavat todellista kuormankantokykyä. Erityistä huomiota kiinnitettiin siihen, miten käyttöikään ja kuormitushistoriaan liittyvät tekijät näkyvät jäykkyydessä ja murtokuormissa.
Tulokset ja pohdinta
Tutkimus osoittaa, että rikkomattomilla ja vähän rikkovilla mittausmenetelmillä voidaan saada arvokasta ennakkotietoa käytettyjen puumateriaalien ominaisuuksista. Vaikka nämä menetelmät eivät yksinään korvaa mekaanisia kuormituskokeita, ne soveltuvat hyvin materiaalin kunnon ja uudelleenkäyttöpotentiaalin arviointiin erityisesti silloin, kun rakenteita ei voida purkaa testausta varten.
Nelipistekuormituskokeiden yhdistäminen rikkomattomiin menetelmiin tarjoaa kokonaisvaltaisen lähestymistavan, joka tukee kestävän rakentamisen ja materiaalien uudelleenkäytön tavoitteita. Menetelmäkokonaisuus soveltuu erityisesti tutkimus ja kehitystoimintaan sekä purkupohjaisten rakennusmateriaalien arviointiin.
Tutkimuksessa kehitetty ja sovellettu menetelmäkokonaisuus mahdollistaa käytetyn massiivipuun ja liimapuun lujuusominaisuuksien systemaattisen arvioinnin. Rikkomattomilla ja vähän rikkovilla mittauksilla voidaan tukea päätöksentekoa puumateriaalien uudelleenkäytöstä, kun taas mekaaniset kuormituskokeet tarjoavat vertailupohjan menetelmien luotettavuuden arviointiin.
Tulokset tukevat käytettyjen puumateriaalien hyödyntämistä osana kiertotaloutta ja tarjoavat lähtökohdan jatkotutkimuksille KiertoBio -hankkeessa, joissa menetelmiä voidaan kehittää entistä tarkemmiksi ja paremmin standardoitaviksi.
Kirjoittajat:
Pekka Ronkainen, laboratorioinsinööri, Karelia-ammattikorkeakoulu
Ville Mertanen, opettaja, opinto-ohjaaja, Karelia-ammattikorkeakoulu
Sauli Hämäläinen, opiskelija, Karelia-ammattikorkeakoulu
KiertoBio -kehittämishanke
