Kahi-synttärisarja OSA 3 | Kalkkihiekkatiili on ekologinen ja kestävä rakennusmateriaali
Kalkkihiekkatiilistä ja -harkoista saadaan lujia, kestäviä ja ekologisia kivirakenteita pienemmällä energiasisällöllä ja hiilijalanjäljellä. Puisiin julkisivu- ja väliseinärakenteisiin verrattuna ekologisuutta lisäävät pitkä elinkaari ja vähäinen huollon tarve. Terveellisyyttä ja turvallisuutta tuo erinomainen kosteudenkestävyys.
Rakennusmateriaalien ympäristövaikutuksista ja hiilijalanjäljestä on alettu puhua enemmän vasta viime aikoina, mutta filosofian lisensiaatti Martti Romu on ollut jo yli 20 vuotta sitten mukana muurausmateriaalien ekotaseita selvittävässä tutkimuksessa työskennellessään silloin Optirocin tuotekehityksessä.
”Meillä oli jo 1990-luvun puolivälissä Tekesin ja VTT:n kanssa suuri tutkimushanke, jossa laskimme erilaisten muurausmateriaalien ympäristötaseita. Kalkkihiekkatiilien ja -harkkojen valmistuksessa tarvitaan huomattavasti matalampi lämpötila lujuuden tuovassa höyrykarkaisussa ja vähemmän energiaa kuin esimerkiksi poltettujen tiilien valmistuksessa”, Martti Romu sanoo.
Tosin rakennusmateriaalien sisältämän primäärienergian osuus jää varsin vähäiseksi, kun tarkastellaan esimerkiksi täystiilitalon koko elinkaaren aikaista (80–100 vuotta) energiankulutusta, josta materiaalien valmistukseen kulunut energia on vain noin viisi prosenttia. Kestävä ja massiivisuutensa ansiosta esimerkiksi auringon ilmaisenergiasta lämpöä varaava ja energiaa säästävä kivitalo on joka suhteessa ekologinen valinta.
Betonin hiilijalanjälkeä muurattuihin rakenteisiin nähden nostavat sementin valmistuksen korkeat hiilidioksidipäästöt.
Martti Romulla on pitkä kokemus muurausmateriaaleista Optirocin lisäksi muun muassa Suomen Tiiliteollisuusliiton laboratorionjohtajana. Hän on kirjoittanut poltettuja tiiliä ja kalkkihiekkakiviä koskevat osuudet RIL:n julkaisuun Rakennusmateriaalien ja rakenteiden käyttöikä (RIL 183 - 2.52 – 1996).
Hiekkaa, vettä ja poltettua kalkkia
Kalkkihiekkatiilet ja -harkot valmistetaan vedestä, poltetusta kalkista ja kvartsipitoisesta hiekasta. Ne ovat erittäin lujia ja kestäviä rakennusmateriaaleja, ja siten ekologisia sekä valmistuksen alhaisen hiilijalanjäljen että rakenteiden pitkän käyttöiän ansiosta.
”Kahi-tiilet ja -harkot ovat erinomaisia tuotteita väliseinissä ja julkisivuissa. Lujuuden ja kestävyyden lisäksi niillä saavutetaan hyvä ääneneristävyys ja paloturvallisuus rakenteilla, jotka ovat yksinkertaisia ja taloudellisia toteuttaa”, Romu sanoo.
Martti Romu muistuttaa, että ympäristöystävällisenä rakennusmateriaalina markkinoitu puu kestää huonosti kosteutta.
”Esimerkiksi puupintaiset julkisivut täytyy maalata tai käsitellä noin 10–15 vuoden välein Etelä-Suomen olosuhteissa, jossa lämpötila vaihtelee paljon nollan asteen molemmin puolin ja julkisivuihin tulee ympäri vuoden paljon kosteusrasitusta. Ilmastonmuutos voi vielä lisätä puujulkisivujen rasitusta entisestään. Maalattu puu ei aina kelpaa suoraan edes poltettavaksi, vaan se on usein ongelmajätettä”, Romu toteaa.
Kostuessaan puu myös homehtuu helposti aiheuttaen mikrobikasvustoa, joka on usein sisäilmaongelmien aiheuttajana. Kivirakenteet ovat kosteusteknisesti turvallisia ja varmistavat siten osaltaan myös hyvän sisäympäristön ja rakennuksen pitkän käyttöiän.
”Verlan tehdasmuseon pihalla on 1910-luvun alussa kalkkihiekkatiilistä muurattu rakennus, joka toimii nykyisin kahvilana. Se on Suomessa vanhin Kahi-tiilistä tehty rakennus, jonka tiedän. Ikkunoiden ja ovien pielet ovat poltettua tiiltä. Tiilijulkisivuille ainoaksi huolloksi riittää syöksytorvien, rännien, liikuntasaumojen ja räystäiden silmämääräinen tarkastus muutaman vuoden välein ja tarvittaessa esimerkiksi 50 vuoden välein tehty puhdistus, joka nykyisin voidaan tehdä kuivajääpuhalluksella täysin ympäristöystävällisesti”, Romu sanoo.
”Opiskelijoilla oli joka kevät kenttäkurssi, jolla kävimme professorin kanssa katsomassa Kiikalan hiekkaesiintymiä sekä Kahi-tehdasta, jossa tiilien valmistukseen käytettiin hiekkaa ja kalkkia. Tehdaspäällikkönä oli legendaarinen Paavo Bergström, joka tarjosi meille kahvit ja kysyi aina haluammeko nähdä normaali- vai sydäntautisen kierroksen tehtaasta. Normaalikierroksella kiipesimme hiekankuljetinta pitkin torniin ja aloitimme sieltä massan sekoituksesta käyden koko prosessin läpi. Sydäntautisen kierroksella menimme suoraan halliin katsomaan, miten materiaali siellä kulki puristimien ja autoklaavien kautta valmiiksi tuotteiksi.”
"Sydäntautisen vai normaali kierros?"
Martti Romu tutustui kalkkihiekkakivien valmistukseen jo toimiessaan assistenttina vuosina 1976–1981 Turun yliopiston maaperägeologian osastolla, josta hän valmistui 1975 erikoistuen rakennusgeologiaan.
”Opiskelijoilla oli joka kevät kenttäkurssi, jolla kävimme professorin kanssa katsomassa Kiikalan hiekkaesiintymiä sekä Kahi-tehdasta, jossa tiilien valmistukseen käytettiin hiekkaa ja kalkkia. Tehdaspäällikkönä oli legendaarinen Paavo Bergström, joka tarjosi meille kahvit ja kysyi aina haluammeko nähdä normaali- vai sydäntautisen kierroksen tehtaasta. Normaalikierroksella kiipesimme hiekankuljetinta pitkin torniin ja aloitimme sieltä massan sekoituksesta käyden koko prosessin läpi. Sydäntautisen kierroksella menimme suoraan halliin katsomaan, miten materiaali siellä kulki puristimien ja autoklaavien kautta valmiiksi tuotteiksi.”
Suomen Tiiliteollisuusliiton laboratorionjohtajana Martti Romu työskenteli vuodesta 1982 vuoteen 1989, jolloin hän siirtyi Lohja Oy:n palvelukseen. Lohja oli ostanut Perusyhtymän tiilitehtaat, ja yhtiössä oli tarvetta asiantuntijoista. Lohja Oy:llä oli kaksi kalkkihiekkatiilitehdasta, toinen Oulussa ja toinen Rajamäellä.
”Myöhemmin kun Lohja ja Partek yhdistyivät, myös Partekin Kahi-tehtaat tulivat mukaan. Lohjan Rajamäen tehtaalla ehdin käydä monet kerrat ennen kuin se lopetettiin. Rajamäki oli siihen aikaan todella hyvin toimiva, laitteistoltaan moderni tehdas, mutta se lopetettiin, kun Partekin esikunta pääsi niissä asioissa niskan päälle. Muut Kahi-tehtaat olivat Kiikalassa, Oulussa ja Naarajärvellä.”
Suomen rakennusmarkkinoiden romahtaminen lamassa johti rakennustuoteteollisuuden mittaviin uudelleenjärjestelyihin, ja työsuhteen päätyttyä vuonna 1992 Martti Romu pääsi Helsingin yliopiston Laatuasiantuntija-kurssille ja perusti sen päätyttyä oman konsulttiyrityksen. Konsulttityö johti mielenkiintoisiin tiilitehdasprojekteihin muun muassa Kontupohjassa Karjalan tasavallassa ja Namibian Ambomaalla.
Vuonna 1995 hän palasi Optirociin ja työskenteli taas Kiikalan, Oulun ja Naarajärven Kahi-tehtaiden kehitysprojekteissa.
”Kalkkihiekkatiilien ja -harkkojen valmistusprosessia on kehitetty hyvin pitkälle niin, että kussakin valmistuserässä käytettävän hiekan rakeisuuskäyrää analysoimalla hiekan, lisättävän hienojakoisen fillerihiekan ja kalkin määrä saadaan tarkasti määritettyä optimaalisten lujuusominaisuuksien saavuttamiseksi lopputuotteissa. Tarvittaessa voitiin käyttää hiekkajauhetta”, Romu sanoo.
Martti Romu siirtyi vuonna 2001 Wienerbergerille tutkimus- ja kehityspäälliköksi poltettujen tiilien pariin ja jäi eläkkeelle vuonna 2012.
Hiekan ominaisuudet saadaan hyötykäyttöön
Maaperä- ja rakennusgeologiassa hiekka ja sen ominaisuuksien mahdollisimman tehokas hyödyntäminen rakennusmateriaaleissa ovat aina kiinnostaneet Martti Romua.
”Kalkkihiekkatiilien valmistuksessa käytetään hienoa hiekkaa, jonka kvartsipitoisuus on korkea, vähintään 30–40 prosentin luokkaa. Hiekan tulee olla teräväsärmäistä, jotta se pakkautuu tiiviisti. Hyvin hienoa fillerihiekkaa lisätään hiekan rakeisuuskäyrän edellyttämä määrä. Kalkkia käytetään yleensä 6–10 painoprosenttia ja sen täytyy olla hyvin sammutettua. Poltettu kalkki sammuu, kun raaka-aineita sekoitetaan sopivan vesimäärän kanssa suuressa siilossa, ja kalkin sammuessa lämpötila nousee korkeaksi. Jos sammumatonta kalkkia jää kalkkihiekkakiviin, ne vaurioituvat herkästi autoklaavissa. Kalkkikivessä ei saa olla myöskään magnesiumoksidia yli 2–3 prosenttia, koska magnesiumoksidi taas lähtee helposti paisumaan autoklaavissa.”
Kun kalkki on sammutettu, valmis massa muotoillaan puristimilla tiili- ja harkkoaihioiksi. Tämän jälkeen vaunuihin radatut tiilet höyrykarkaistaan autoklaaveissa korkeassa 12–15 barin paineessa 6–9 tuntia.
”Sammutettu kalkki reagoi autoklaavissa karkaisun aikana kvartsipitoisen hiekan kanssa muodostaen kalsiumhydrosilikaatteja, jotka sitovat massan hiekkarakeet toisiinsa muodostaen tuotteiden lopullisen lujuuden.”
Kalkkihiekkatiilen ominaisuudet riippuvat pääasiassa autoklaavissa hiekkarakeiden välille muodostuneiden sidosvoimien suuruudesta. Sidosvoimien suuruuteen vaikuttavat käytettävien raaka-aineiden laatu sekä autoklaavissa vallitsevat karkaisuolosuhteet. Mitä korkeampi käytetty paine on, sitä lyhyemmässä ajassa reaktiot tapahtuvat.
Hiekan ominaispinta-alan tulisi olla suuri, jotta kvartsin reaktiopinta-ala muodostuisi mahdollisimman suureksi. Käytettävän kalkin taas pitäisi olla mahdollisimman puhdasta ja hienoksi jauhettua, jotta kalsiumhydrosilikaattien muodostumisreaktiot olisivat mahdollisimman täydellisiä ja vapaan kalkin määrä jäisi pieneksi.
Kahi-harkkoja ja -tiiliä käytetään nykyisin lähinnä väliseinissä ja Weberin kehittämän Kahi Facade -julkisivujärjestelmän suosio on kasvamassa rapatuissa tuuletetuissa julkisivuissa. Pientalorakentamisessa muurattujen julkisivujen ja täystiilitalojen osuudet ovat kuitenkin vähentyneet huomattavasti pitkän ajan kuluessa, vaikka Kahi-tiiliäkin käytettiin julkisivuissa enimmillään jopa kymmeniä miljoonia vuosittain sileinä ja lohko- tai rustiikkipintaisina.
Keski-Euroopasta mallia kestävään kivirakentamiseen
”Kun aloitin Tiiliteollisuusliitossa vuonna 1982, omakotitaloista 40 prosenttia oli tiilitaloja. Tällä hetkellä osuus on vain muutamia prosentteja, vaikka tiilitalo on Suomen ilmastossa kestävä ja arvonsa säilyttävä. Suomeen pitäisi saada urakoitsijoita, jotka tarjoavat tiilitaloja samanlaisina toimituksina kuin puutalovalmistajat. Saksassa ja muualla Keski-Euroopassa muurattuja rakenteita tehdään myös huomattavasti suuremmista kappaleista, jotka nostetaan nosturilla ylös. Tällaisilla ratkaisuilla kivirakentamista olisi mahdollista tehostaa myös Suomessa”, Martti Romu sanoo.
Nykyisin Kahi-tiiliä ja -harkkoja valmistetaan Suomessa vain luonnonharmaana ja sileänä, mutta Romu on ollut mukana myös kehittämässä eriväristen ja lohko- ja rustiikkipintaisten tiilien tuotantoa. Rajamäellä valmistettiin ainakin oljenkeltaista, sinistä ja harmaata Kahi-tiiltä, ja muilla tehtailla jopa roosan punaista ja vihreää.
”Kvartsinvalkoinen Kahi-julkisivutiili oli aikanaan todellinen menestystuote. Kvartsinvalkoisen tiilen ongelmana ollut kellastuminen saatiin estettyä pidentämällä käsittelyaikaa autoklaavissa tunnilla, mutta tämän tuotteen menekki alkoi vähitellen pienentyä. Mineraalifaaseja tutkiessamme totesimme, että tiilien lohkopintaan jäi liikaa kalsiumhydroksidia, ja tämän seurauksena muodostui mineraaleja, jotka aiheuttivat tummentumisen.”
Kalkkihiekkakivistä otettiin tutkimuksia varten ohuita hieitä. Hiottuina 0,3 mm:n paksuisiksi niistä pystyttiin polarisaatiomikroskoopin avulla tarkastelemaan mineraaleja ja rakennetta.
”Minulla on vielä tallessa näitä hieitä. Luonnossa jotkut hiekkakivet ovat ominaisuuksiltaan melko lähellä Kahia, niissä on monta kertaa myös kalkkia mukana”, Martti Romu kertoo.
Hän muistuttaa, että luonnonmateriaaleista valmistetut Kahi-tiilet ja harkot ovat kierrätyskelpoisia puhtaita kivimateriaaleja. Naarajärven Kahi-tehtaalla tutkittiin ja kehitettiin Romun aikana hylkyyn menevien tuotteiden kierrätystä niin, että prosessiin voitiin lisätä jopa 20 prosenttiin asti kierrätettyä ja jauhettua hylkytuotetta, jota ei siten tarvinnut ajaa kaatopaikalle. Nykyisin kiviaineisia rakennusmateriaaleja käytetään murskattuina uudelleen myös esimerkiksi tienrakentamisessa.
”Vuonna 1998 meitä oli pieni ryhmä Suomesta Amsterdamissa juhlimassa Hollannin kalkkihiekkakiviteollisuuden satavuotisjuhlissa. Keski-Euroopassa kestävien Kahi-rakenteiden käytöllä on pitkät perinteet ja niitä käytetään rakentamisessa hyvin paljon.”
