30 vuotta vanha geopolymeeristä valmistettu suomalainen kattotiili on erinomaisen kestävä – Oulun yliopisto tutki kemialliset ominaisuudet
Geopolymeerit ikään kuin keksittiin uudelleen 1800-luvun lopussa, ja kehitystyötä tehtiin erityisesti 1950-luvulla Ukrainassa. Sen jälkeen geopolymeerimateriaaleilla on tehty erilaisia pilotointeja eri puolilla Eurooppaa – myös Suomessa. Viimeisen 30 vuoden aikana ne ovat nousseet uudelleen suuren kiinnostuksen kohteeksi ympäristöystävällisyyden vuoksi.
”Tiesimme jo aiemmin, että Suomessa on tehty geopolymeeritutkimusta ja betonin valmistuksen pilotointia 70- ja 80-luvuilla”, apulaisprofessori Juho Yliniemi Oulun yliopistosta toteaa. ”Oli hienoa päästä tutkimaan näytettä tältä ajalta, koska saimme selkeää tietoa materiaalin pitkäaikaiskestävyydestä Suomen olosuhteissa, jossa erityisesti jatkuva jäätyminen ja sulaminen rasittavat materiaalia.”
Kattotiili on valmistettu alkaliaktivoidusta masuunikuonasta eli niin sanotusta geopolymeerista Paraisilla vuonna 1988. Tutkimusta varten kattotiili saatiin Turussa asuvan Bob Tallingin talon katolta, jossa kattotiili on ollut valmistuksestaan lähtien. ”Talling oli Suomessa tämän alan pioneereja ja valmisti tuolloin omaan taloonsa nämä kattotiilet. Keskusteluissa hänen kanssaan pyysimme, että voisimmeko analysoida tiilen, ja Talling sen meille ystävällisesti toimitti”, Yliniemi kertoo.
Tutkimusartikkelin pääkirjoittajat Yliniemi ja Tero Luukkonen toimivat nuorempina apulaisprofessoreina Oulun yliopiston kuitu- ja partikkelitekniikan tutkimusyksikössä. Geopolymeerimateriaaleja on tutkittu professori Mirja Illikaisen johtamassa tutkimusryhmässä intensiivisesti viimeiset 10 vuotta, sillä geopolymeerien raaka-aineina voidaan hyödyntää teollisuuden mineraalisivuvirtoja, ja niihin liittyvät hiilidioksidipäästöt ovat jopa 80 prosenttia pienemmät kuin tavallisen betonin. Kolme vuotta sitten ryhmässä saavutettiin geopolymeerikuivalaastille ennätyksellinen 107 megapascalin puristuslujuus. Luukkonen ja Yliniemi ovat olleet myös toteuttamassa Lohjan asuntomessuille vuonna 2020 geopolymeeribetonista tehtyä autotallin lattiaa.
Vanhan geopolymeerin kemiallinen kestävyys yllätti tutkijat ja raudan rooli muuttaa vallitsevaa käsitystä
”Uskomattomin tulos on se, että muutaman sentin paksuisessa kappaleessa oli edelleen puskurointikykyä karbonaatiota vastaan”, Luukkonen kertoo. ”Tavanomaisessa betonissa sementti olisi jo tässä ajassa karbonoitunut eli reagoinut ilman hiilidioksidin kanssa ja sen kyky suojata raudoituksia olisi heikentynyt.”
Tutkimuksessa havaittiin myös, että masuunikuonan sisältämä rautahiukkaset olivat muodostuneet osaksi sideainetta. Raudan ei yleisesti ajatella olevan reaktiivinen komponentti sementeissä, joten tämä tutkimustulos muuttaa vallitsevaa käsitystä sen roolista sideaineen pitkäaikaisissa muutoksissa.
Jatkossa tutkimusryhmä selvittää esimerkiksi aiemmin hyödyntämättömien teräskuonien käyttöä sementin seosaineena ja geopolymeerien raaka-aineina. Geopolymeerien käyttö ei kuitenkaan rajoitu rakennustuotteisiin, vaan niillä on monia korkean lisäarvon sovelluksia ympäristötekniikassa. ”Olemme tähän mennessä valmistaneet ioninvaihtimia, katalyyttisesti aktiivisia suodattimia ja desinfioivia materiaaleja. Näen tässä tutkimusaiheessa merkittäviä mahdollisuuksia, myös alalla toimivien yritysten näkökulmasta”, Luukkonen toteaa. Lisäksi tällä hetkellä tutkitaan hiilidioksidin sitomista magnesium-pohjaisiin materiaaleihin.
Uusi tutkimus julkaistiin RSC Advances -sarjassa syyskuussa 2022.
Tutkimusartikkeli: Luukkonen, Yliniemi, Walkley, Geddes, Griffith, Hanna, Provis, Kinnunen & Illikainen. (2022). Characterization of an aged alkali-activated slag roof tile after 30 years of exposure to Northern Scandinavian weather. RSC Advances. DOI: 10.1039/D2RA04456K