Kuonapohjainen ettringiittisementti: hydrataatiosta kuituvahvistettuihin komposiitteihin

Mikserikuona (LS) on teräksenvalmistuksen sivutuote. Jokainen tonni raakaterästä voi tuottaa noin 12–15 kg kyseistä kuonaa, joten Euroopassa tuotetaan yhteensä noin 2,6 miljoonaa tonnia tätä kuonaa vuodessa. Suomessa LS:n käyttö on tällä hetkellä rajoittunut matalan lisäarvon sovelluksiin.

Kyseinen kuona omaa kuitenkin suuren potentiaalin sementtisideaineiden valmistuksessa korkean kalsium- ja alumiinipitoisuutensa vuoksi. Tämän väitöskirjan tavoitteena on löytää korkeamman lisäarvon ratkaisu LS:n hyödyntämiseen rakennusteollisuudessa sekä ympäristön että taloudellisten hyötyjen näkökulmasta.

Tavoitteen saavuttamiseksi tässä tutkimuksessa tarkastellaan kahta hyödyntämisreittiä: 1) Rakennusmateriaalien mekaaniset vaatimukset täyttävän sementtisidosaineen kehittäminen minimaalisella raaka-aineiden esikäsittelyllä ja kemikaalien lisäyksellä, 2) Korkean suorituskyvyn kuituvahvisteisen komposiitin kehittäminen LS-pohjaisesta sideaineesta, joka omaa korkean mekaanisen suorituskyvyn, pienen hiilijalanjäljen, korkean kestävyyden ja jonka valmistus on energiatehokasta.

Väitöskirja pohjautuu tutkimuksiin, joissa on todettu, että LS lujittuu yhteisreaktiossa kipsin kanssa muodostaen ettringiittipohjaisen sideaineen, jota varten ainoa tarvittava käsittely on raaka-aineiden jauhaminen. Sitruunahappo toimii sideaineessa tehokkaasti hidastimena säätäen asettamisaikaa ja parantaen työstettävyyttä. Sideainetta voidaan siten käyttää erilaisissa rakennussovelluksissa.

Polypropeenikuituja voidaan käyttää tuottamaan optimaalinen ettringiittipohjainen komposiitti ottaen huomioon mekaaniset ominaisuudet, hiilidioksidipäästöt ja valmistusenergia, ja jolla on lisäksi riittävä kestävyys kemiallisessa ja fysikaalisessa rasituksessa. Tämän väitöksen tulokset mahdollistavat LS:n paremman hyödyntämisen korkean lisäarvon sovelluksissa rakennusteollisuudessa.