Lattiatasoituksessa käytettävän maakostean lattiamassan hiilijalanjäljen pienentäminen raaka-ainemuutosten avulla
Maakosteat lattiamassat ovat yleistyviä rakennusteollisuuden ratkaisuja lattiatasoitukseen. Nopeasti kovettuva lattiatasoite tarjoaa työmailla mahdollisuuden siirtyä seuraavaan rakennusvaiheeseen ilman pitkiä odotusaikoja. Näissä massoissa käytetään yleisesti kalsiumaluminaattisementtiä sideaineena. Rakennusteollisuudessa pyritään vähentämään sementin käyttöä sen aiheuttaman suuren hiilijalanjäljen takia. Tutkimuksen aiheena oli kalsiumaluminaattisementin korvaaminen reaktiivisella aluminaattisementillä ja tämän avulla sementtipitoisuuden vähentäminen massasta. Tutkimuksen toimeksiantajana oli Kiilto Oy. Tutkimukseen liittyvät testit suoritettiin Kiillon Lempäälän tutkimuslaboratoriossa.
Kalsiumaluminaattisementti saa maakosteissa lattiamassoissa aikaan massan nopean kovettumisen, kun sideaineena käytetty sementti reagoi veden kanssa. Tätä kutsutaan hydratoitumiseksi, joka saa kovettuneessa tilassa aikaan kivimäisen materiaalin. (Salahaldein 2013.) Kalsiumaluminaattisementti aiheuttaa suuremman hiilijalanjäljen maakosteassa lattiamassassa kuin toinen, yleisesti käytetty Portland-sementti. Kalsiumaluminaattisementtipitoisuuden vähentämisessä nähtiin suurin potentiaali, minkä takia opinnäytetyön aiheeksi valittiin kalsiumaluminaattisementistä aiheutuvien päästöjen vähentäminen.
Alkuperäisen maakostean lattiamassan raaka-aine-suhteita vaihtamalla pyrittiin kehittämään ympäristöystävällisempää tuotetta, mikä täyttäisi sille asetetut muut vaatimukset. Ominaisuuksia testattiin lujuuden osalta kahden, neljän ja 24 tunnin ajalta taivutus- ja puristuslujuutena, ja ultraääni-mittauksen avulla simuloitiin kovettumista. Testisuunnitelmaan valittiin lyhyet testit, koska haluttiin tutkia, miten reaktiivinen aluminaattisementti vaikutti massan alkuvaiheen kovettumiseen.
Sementtikemian raaka-ainemuutoksissa täytyy ottaa kokonaisuus huomioon
Maakosteiden lattiamassojen nimitys tulee asennettaessa tuotteen märän hiekan kaltaisesta olomuodosta. Lattiamassat eivät sisällä pelkästään hiekkaa ja sementtiä. Ne koostuvat sideaineista, täyteaineista, polymeereistä ja lisäaineista. Lisäaineisiin kuuluvat esimerkiksi hidastin ja kiihdytin, jotka toimivat massan kovettumisen eri vaiheissa. Näiden avulla saadaan aikaan työominaisuuksien pysyminen ja nopea kovettuminen. Lattiamassat sisältävät yleensä kalsiumaluminaattisementtiä, Portland-sementtiä ja kalsiumsulfaattia. (Anderberg 2004.) Näiden yhteisvaikutuksella saadaan tuotteeseen nopea kovettuminen, nopea asettuminen ja samalla kompensoidaan kutistumista. (Zhang ym. 2024.) Raaka-ainesuhteet vaikuttavat kokonaisuuteen ja yksi raaka-ainemuutos aiheuttaa usein muita raaka-ainemuutoksia, jotta tuotteelle saadaan halutut ominaisuudet.
Opinnäytetyössä tutkittiin kolmen eri testisarjan avulla reaktiivista aluminaattisementtiä. Ensimmäisessä testisarjassa suoritettiin testausmenetelmät referenssituotteelle ja versiolle, jossa kalsiumaluminaattisementti oli vaihdettu reaktiiviseen aluminaattisementtiin. Toisessa testisarjassa pyrittiin vaikuttamaan reaktion kinetiikkaan eli sementin ja veden välisen reaktion nopeuteen. Kolmannessa testisarjassa tutkittiin, miten reaktiivisen aluminaattisementtipitoisuuden vähentäminen vaikuttaa massan ominaisuuksiin.
Testisarjojen tulokset
Reaktiivinen aluminaattisementti kehitti ensimmäisessä testisarjassa kalsiumaluminaattisementtiä korkeammat lujuudet 24 tunnin kohdalle. Alkuvaiheen lujuudet eivät kuitenkaan kehittyneet maakostealle lattiamassalle riittäviksi. Toisen testisarjan perusteella havaittiin, että reaktiivinen aluminaattisementti on herkkä reagoimaan hidastimen kanssa. Hidastinta vähentämällä massan hydrataatiota sai kiihdytettyä, jolloin neljän tunnin päästä lujuudet olivat nousseet yli vaadittavan tason. Kolmannessa testisarjassa vähemmän hidastinta sisältävästä massasta vähennettiin reaktiivisen aluminaattisementin pitoisuutta. Sementtipitoisuuden vähentäminen hidasti massan kovettumista ja lujuuden kehittymistä. Vaikka 24 tunnin kohdalla lujuudet olivat pienemmällä reaktiivisen aluminaattisementin määrällä hyvät, eivät hydrataation alkuvaiheen lujuudet olleet riittäviä.
Voiko reaktiivisen aluminaattisementin avulla vähentää myös muiden sementtituotteiden hiilijalanjälkeä?
Reaktiivisella aluminaattisementillä voisi korvata Portland-sementtiä tuotteissa, jotka eivät sisällä kalsiumaluminaattisementtiä. Portland-sementin pitoisuutta korvattaisiin suhteessa pienemmällä reaktiivisen aluminaattisementin määrällä. Näin vähennetään seoksen sementtimäärää, mikä osaltaan pienentää hiilijalanjälkeä. Näissä tuotteissa lujuudet kehittyvät hitaammin ja avoin aika on pidempi verrattuna kalsiumaluminaattisementtiä sisältäviin seoksiin. Kun tuotteisiin lisätään reaktiivista aluminaattisementtiä, sideainejärjestelmä monimutkaistuu ja alkuvaiheen kovettuminen tapahtuu liian nopeasti. Tätä voidaan estää lisäämällä hidastinta, jolla todettiin opinnäytetyön perusteella olevan suuri vaikutus hydrataatioreaktion alkamisajankohtaan reaktiivista aluminaattisementtiä sisältävissä seoksissa.
Tulokset olivat lupaavia, mutta jatkotutkimusta tarvitaan
Opinnäytetyön tutkimuksissa kehitettiin versio, jossa oli 29 prosenttia referenssituotetta pienempi hiilijalanjälki. Versiossa vähennettiin sementtimäärää reaktiivisen aluminaattisementin avulla. Tässä massassa oli hidastimen pitoisuutta vähennetty, jotta veden ja sementin kemiallinen reaktio alkaisi aikaisemmin. Taivutus- ja puristuslujuus kehittyivät 24 tunnin kohdalle noin 50 prsenttia referenssituotetta korkeammiksi. Alkulujuusominaisuudet eivät kuitenkaan kehittyneet 2 ja 4 tunnin kohdalle riittäviksi. Tutkimuksia pitää siis jatkaa, jotta alkulujuudet saadaan kehittymään riittävän korkeiksi. Tämän lisäksi tulee kehitetyn massan ominaisuuksia tutkia laajemmin. Näin saadaan aikaan tuote, mikä lujuus- ja työstöominaisuuksien lisäksi täyttää myös tulevaisuuden ympäristövaatimukset.
Lähteet
Rissanen, A. 2024. Maakosteiden lattiamassojen hiilijalanjäljen vähentäminen – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Anderberg, A. 2004. Moisture properties of self-levelling compounds. Institute of technology. Lund: Lund University. Lisensiaattityö. Viitattu 19.1.2024.
Fentiman, C. & Mangabhai, R. & Scrivener, K. 2014. Calcium aluminates. Proceeding of the International Conference 2014. Bracknell: HIS BRE Press. Viitattu 1.4.2024.
Salahaldein, A. 2013. Effects of super plasticizing and retarding admixtures on Properties of concrete. International Conference on Innovations in Engineering and Technology. ResearchGate. Viitattu 26.1.2024.
Zhang, S. & Liu, J. & Ding, J. & Gao, M. & Xue, C. 2024. Effect of recycled phosphogypsum and calcium aluminate cement on the strength behavior optimization of cement-treated dredged soil: A co-utilization of solid wastes. ScienceDirect. Viitattu 7.2.2024. Vaatii käyttäjätunnuksen.