ReseptiRobotista käytännön betonitestiin – kiertotalousreseptien kokeilu

Julkaistua tietoa betonitutkimuksesta löytyy valtavasti. Aikaa kuluu tiedonhakuun, hajanaisen datan yhdistämiseen ja tulkintaan. Tähän avuksi on saatu kiertotaloutta edistävän työkalun prototyyppi, ReseptiRobotti, joka tuottaa käyttäjilleen tiedosta tehoa tuotekehitykseen. Se on digitaalinen työkalu, joka hyödyntää kielimalleja ja omaan tietokantaan tallennettuja tutkimus- ja patenttijulkaisuja tiedon tuottamisessa ja kiertotalousreseptien muodostamisessa vähähiilisen betonin ja tekstiilijätteen hyödyntämisen aihealueilta.

Kiertotalousreseptit tarjoavat käytännön keinon soveltaa tutkittua tietoa materiaalien tehokkaampaan hyödyntämiseen. Kiertotalousperiaatteisiin perustuva resepti tarkoittaa siirtymistä perinteisestä lineaarisesta mallista (ota–valmista–hylkää) regeneratiiviseen malliin, jossa materiaalien arvo säilytetään mahdollisimman pitkään kierrossa. Betonituotannossa tämä tarkoittaa betonikoostumuksen optimointia siten, että neitseellisten raaka-aineiden käyttöä korvataan kierrätysmateriaaleilla. 

Keko Geopolymeerit Oy hyödynsi ReseptiRobotti-työkalua muodostaen sen avulla kaksi kiertotalousreseptiä, joita testattiin Xamkin KymiLabsin betonilaboratoriossa yhdessä asiantuntijoiden kanssa. Testauksen aikana tarkasteltiin reseptien toimivuutta käytännössä ja huomioitiin mahdolliset kehityskohteet. Tässä artikkelissa tarkastelemme uuden työkalun tuottamien kiertotalousreseptien käytettävyyttä käytännön kokeilun kautta.

Testauksen tausta ja tavoitteet

Keko Geopolymeerit Oy:n toimitusjohtaja Jouni Rissanen on osallistunut ReseptiRobotti-työkalun prototyypin kehitykseen testaamalla ja kommentoimalla työkalun eri kehitysversiota. Yhteistyö eteni kiertotalousreseptien muodostamiseen ja niiden toimivuuden testaamiseen.

Reseptien testaamisessa haluttiin tarkastella erityisesti niiden toimivuutta, selkeyttä ja mahdollisia puutteita. Testatuista resepteistä toinen edusti geopolymeerejä (sementittömiä sideaineita) ja toinen perinteisempiä sementtipohjaisia laasteja.

Toimivuutta arvioitiin kahdella tavalla: ensin massojen työstettävyyden perusteella ja sen jälkeen mittaamalla muodostetuista prismoista puristuslujuudet. Saatuja havaintoja hyödynnettiin työkalun jatkokehityksessä. Toisaalta tavoitteena oli myös saada käyttäjäkokemuksia itse työkalun käytöstä jatkokehitystä varten huomioiden reseptin ymmärrettävyys ja tiedon luotettavuus.

Kiertotalousreseptien testaus

ReseptiRobotti-työkalulla muodostettiin kaksi kierrätysmateriaaleja hyödyntävää reseptiä. Testit toteutettiin laastimittakaavassa, eli kiviaines sisälsi vain hiekkaa, ei karkeaa kiviainesta. Massoista valettiin 40x40x160 mm:n kokoisia prismakoekappaleita.

Molemmissa resepteissä hyödynnettiin sideaineen osana prosessoitua mineraalivillajätettä. Ensimmäinen resepti oli geopolymeeri, eli sen sideaine oli täysin sementitön ja sisälsi mineraalivillajätteen lisäksi metakaoliinia (kalsinoitua savea), joka on yleisesti reaktiiviseksi todettu ja toimiva geopolymeerien raaka-aine. Toinen resepti oli perinteisempi sementtilaasti, jonka sementtiä korvattiin osittain mineraalivillajätteellä.

Laastit valmistettiin automaattisella laastisekoittimella, minkä jälkeen ne valettiin muotteihin ja tiivistettiin. Testien työvaiheisiin kuului myös koekappaleiden purkaminen muoteista vuorokauden kuluttua valamisesta (kuva 1). Kovettuneiden koekappaleiden lujuusominaisuuksia määritettiin 7:n ja 28:n vuorokauden testausiässä.

Kokemus kiertotalousreseptien käytettävyydestä

Jouni Rissasen mukaan reseptien muodostaminen ReseptiRobotti-työkalulla oli varsin sujuvaa ja toimivat reseptit saatiin muodostettua noin puolessa tunnissa. Ensimmäiseksi laadittu geopolymeeriresepti vaati kaksi tarkentavaa lisäkehotetta, joiden tuloksena saatiin materiaalien tarkat massat ja lupaavalta vaikuttava resepti. Sementtipohjaisen reseptin muodostaminen oli suoraviivaisempaa ja onnistui yhdellä kehotteella osin siksi, että resepti perustui sementin yksinkertaiseen korvaamiseen mineraalivillalla. Toisaalta aiempi kokemus geopolymeerireseptin laatimisesta opetti muodostamaan tarkemman kehotteen työkalulle.

Työkalulla muodostettuja reseptejä noudatettiin laboratoriossa mahdollisimman tarkasti ilman muutoksia, sillä osa-aineiden tarkat määrät ja suhteet saatiin suoraan työkalulta. Valettujen koekappaleiden jälkikäsittely ja säilytys tehtiin reseptin mukaan. Reseptit vaativat joitakin muutoksia: Materiaalien määrät piti karkeasti ottaen puolittaa, jotta laastit saatiin sekoitettua laboratoriosekoittimella. Lisäksi sementtilaastin resepti ehdotti standardista (SFS-EN 191-1:2016) poikkeavaa sekoitusjärjestystä ja -aikaa, mutta laastit sekoitettiin kuitenkin standardin mukaisesti vertailtavuuden vuoksi.   

Työkalun ehdottamat reseptit osoittautuivat laboratoriokokeissa toimiviksi. Rissanen kuvailee etenkin geopolymeerireseptiä lupaavaksi ja toteaa testien olleen onnistuneita: ”Geopolymeeri oli koostumuksen puolesta täysin työstettävissä, lujittui ensimmäisen vuorokauden aikana ja se voitiin poistaa muotista ongelmitta.”

Sementtilaasti sen sijaan osoittautui muutoin toimivaksi, mutta työkalu arvioi notkistavan lisäaineen määrän liialliseksi. Laastista tuli turhankin notkeaa, jolloin uhkana on osa-aineiden erottuminen tiivistämisen aikana. Ongelma on helposti korjattavissa pienellä annostuksen muutoksella.

Molemmilla resepteillä saatiin valmistettua hyvin kovettuvia koekappaleita. Prismojen puristuslujuuksien keskiarvo seitsemän vuorokauden testausiässä oli geopolymeerille 61,5 MPa ja sementtipohjaiselle laastille 46,9 MPa. 28 vuorokauden iässä vastaavat tulokset olivat 62,8 MPa (geopolymeeri) ja 58,8 MPa (sementti). Valmistettujen geopolymeerien puristuslujuudet ovat hyviä metakaoliinipohjaisten geopolymeerien tutkimuskirjallisuudessa esitettyihin arvoihin (noin 34–74 MPa) verrattuna (Hamisi ym. 2025; Aouan ym. 2021).

Tutkimuksessa käytetyn sementin lujuusluokka oli 52,5, eli sementin luvataan saavuttavan vähintään 52,5 MPa:n puristuslujuus 28 vuorokauden testausiässä. Testin tulokset osoittavat, että mineraalivillajätettä voidaan käyttää laastissa sementin osittaisena korvaajana ja silti saavuttaa sementtilaadulta vaadittava puristuslujuus.

Yhteistyötä kiertotalousratkaisujen edistämiseksi

Reseptien testaus oli monin tavoin onnistunut tapahtuma. Siinä testattiin uutta digitaalisen työkalun prototyyppiä kiertotalousreseptien muodostamisessa samalla demonstroiden, kuinka toimivaa yritysten ja ammattikorkeakoulujen välinen yhteistyö voi olla. Yhdessä toimien on mahdollista löytää ratkaisuja kiertotalouden edistämiseksi. Käytännön kokeilu tuotti samalla arvokasta tietoa ReseptiRobotin vahvuuksista ja kehitystarpeista, jotka tullaan ottamaan huomioon jatkosuunnitelmia tehdessä.