Uudet puukomposiittituotteet mahdollistavat keveiden ja helposti muokattavien rakentamisen komponenttien ja järjestelmien toteuttamisen. Tampereen teknillisen yliopiston materiaaliopin professori Jyrki Vuorinen arvioi meneillään olevan materiaalien kehitystyön johtavan merkittävään rakentamisen uusiutumiseen.
- Puulla on paljon materiaalipohjaisia mahdollisuuksia, kun puukomposiittituotteet sallivat muotoiltavuuden, mahdollistavat monimutkaiset rakenteet ja tarjoavat arkkitehtuurille hienoja mahdollisuuksia. Puukomposiittituotteista saadaan esimerkiksi kaarevia rakenteita puristamalla ilman, että niitä täytyy työstää tai liimata palikoista, kertoo Vuorinen.
Materiaalitekniikka tarjoaa Vuorisen mukaan mahdollisuuden tehdä keveitä muuntumiskykyisiä rakenteita ja rakentamisen ratkaisuja. - Nyt kehitämme esimerkiksi VTT:n kanssa massaräätälöintiä 3D-tulostustekniikalla, jonka tavoitteena on tuottaa sellupohjaisella materiaalilla monimutkaisia tuotteita arkkitehtuurin ja rakentamisen tarpeisiin. Tämänkaltainen tuotanto mahdollistaa kustannustehokkaan massatuotannon esimerkiksi vanhan arvorakennuksen detaljien korvaamiseen uusilla.
- Esimerkiksi vanhat puuleikkauksiin perustuvat rakennusten detaljit ja koristeet on nyt mahdollista tehdä uudelleen kohtuullisilla kustannuksilla. Vanhaa Versaillesin linnaa tuskin kukaan pystyisi rakentamaan uudelleen vanhoilla rakentamisen menetelmillä. Uudet puupohjaiset komposiittimateriaalit ja niiden käsittely antavat siihen nyt mahdollisuuden, muistuttaa Vuorinen.
Puusta uusia muokattavia materiaaleja
- Rakentamisessa materiaalien keveys , muuntautumiskyky ja muovattavuus tulevat olemaan ratkaisevia. Uusi tekniikka mahdollistaa uusilla materiaaleilla talon muuntamisen helposti elämän tilanteiden edellyttämällä tavalla, kuvailee Vuorinen. Rakennusteollisuuden on otettava huomioon kehitystyössä yhteiskunnalliset megatrendit kuten väestön vanhenemisen tarpeet. Lapsiperheet, sinkut, opiskelijat ja vanhukset tarvitsevat kukin yksilöityjä ratkaisuja elämän tarpeisiin.
Puulla lujitettua muovia Vuorinen pitää erinomaisena rakentamisen materiaalina, jota voi käyttää esimerkiksi rakennustarvikkeissa, autoteollisuudessa tai soittimien rakentamisessa. Materiaaliopillisesti puu nähdään raaka-ainelähteenä, josta voidaan tuottaa uusia materiaaleja ja korvata vanhoja kuten erilaisia muovimateriaaleja.
- Puusta voidaan tuottaa nyt uusia materiaaleja, joilla on aivan uudenlaisia ominaisuuksia kuten muokattavuus. Puuta voidaan käyttää esimerkiksi muovin täyte- ja lujiteaineena, sanoo Vuorinen. Komposiitilla voimme toteuttaa lämpövuodottomia ratkaisuja elementtien liitoksiin.
- Pohdimme, miten saadaan lisäarvoa puulle, jota meillä jää käyttämättä hakkuumahdollisuuksiin nähden 30 miljoonaa kuutiometriä vuodessa. Jos energian ja sellun tuotanto on arvoketjun alapäässä, etsimme uusia ja arvokkaampia jalostuksen vaihtoehtoja puulle kuten puun ja muovin keveitä komposiittiyhdistelmiä. Halvasta materiaalista voidaan jatkojalostaa paljon erilaisia tuotteita myös rakentamisen tarpeisiin. Samalla kun voimme tuottaa hyvin keveitä ja lujia rakenteita, puu tarjoaa rakenteissa ihmisläheisen tuntuman ja tunnelman.
Tulevaisuuden materiaalit uusiutuvia
Materiaalien kehitystyössä tutkitaan materiaalien älykkyyttä. - Orgaanispohjaisiin materiaaleihin voidaan lisätä älykkyyttä ja ohjata materiaalin käyttäytymistä esimerkiksi siihen asetettavien antureiden avulla. Tulevaisuuden funktionaalinen puuta sisältävä materiaali voi avautua kävyn tavoin joko kosteuden tai lämpötilan muutoksen mukaisesti. Kun aurinko paistaa, seinärakenteet taipuvat vastaanottamaan lämmön ja yöllä taas sulkeutuvat. Rakennus voi tuulettaa itsensä, kun opimme luonnosta riittävästi biomimentiikkaa, kuvailee Vuorinen.
Biomimentiikka tutkii miten luonto toimii. - Luonto ei tuhlaa resursseja, vaan luonnon ekosysteemissä on aina joku osa, mikä käyttää kaiken. Pesäainekset löytyvät läheltä tai se käpy, miten viisaasti se hyödyntää kuivumisen tiputtuaan avautumismekanismina.
- Omaa pesää ei kannata liata, vaan rakentamisen prosessien on oltava sellaisia, ettei se tuhoa ympäristöä rakentamisessa, sen käytössä tai purkamisessa. Asbesti on hyvä esimerkki siitä, miten olemme rakentaneet väärillä materiaaleilla.
Vuorinen muistuttaa, että ihmisen asumisella pitkä evoluutio, joka vaikuttaa edelleen. - Kun tietokoneet vanhenevat kolmessa vuodessa, ihminen haluaa olla toisen ihmisen kanssa ja syödä luonnollisen näköistä ja tuntuista ruokaa, vaikka tarjolla olisi prosessoitua sinistä pihviä. Ihminen ei pysy asuinympäristön teknologisessa kehityksessä mukana. Asumisen psykologinen kokemus on jäänyt puumaailmaan. Miten syvällä se meissä on, selittyy sillä, että pitkän evoluution historiassa puusta on tullut turvallinen ja lämmin materiaali. Tähän verrattuna betonielementtirakentamisella on lyhyt historia. Puun mahdollisuus on myös tässä.
Vuorisen mielestä mitä materiaalia tahansa ei voi kutsua tulevaisuuden materiaaliksi. - Materiaalin on oltava ekotehokas ja uusiutuva sekä mahdollistettava rakentamisessa turvallinen ihmisarvoinen elämä. Meillä ei ole varaa tuhlata materiaaleja ja siksi haluamme edistää materiaalien käyttöä uusiutuvien suuntaan. Rakentamisen varsinainen kilpailukyky tulee tulevaisuudessa elinkaariajatteluun perustuvasta kilpailukyvystä, korostaa Vuorinen.
Säädökset eivät kohtele tasapuolisesti materiaaleja
Rakennusmääräysten tulee Vuorisen mielestä kohdella kaikkia materiaaleja tasa-arvoisesti. Näin ei nyt tapahdu esimerkiksi palomääräysten osalta. - On outoa, että kun peität betonin paneelilla tai kun betonitalossa on parkettilattia, ei vaadita sammutusjärjestelmää paloturvallisuuden vuoksi. Mutta kun puukerrostalossa on joka huoneessa sprinklaus, niin siinä puuosat on peitettävä kipsilevyillä. Kun palomääräysten tarkoitus on, että rakenteet eivät saa palaa, tällaisia määräyksiä on vaikea ymmärtää, koska puulla on erinomaiset lujuusominaisuudet.
Vuorinen muistuttaa, että puu hiiltyy palotilanteessa ja säilyttää terästä pidempään lujuutensa. -Toki kaikki hiilipohjaiset materiaalit palavat, mutta sytyttäminen saattaa vaatia vaivannäköä. Palaahan teräskin polttoleikkauksessa. Puutuoteteollisuus ei ole ollut yhtä lobbaamaan asioitaan kuin teräs- ja betoniteollisuus, sanoo Vuorinen. Tämä osoittaa, että puun käyttö rakentamisessa ei ole vain materiaalitekninen kysymys, vaan ennen muuta määräyspohjainen ja rakennusteollinen kysymys.
- Jos säätelyllä pyritään ohjaamaan teknisiä ratkaisuja liian pitkälle, lopputulos voi johtaa vääränlaiseen kehitykseen, muistuttaa Vuorinen. Esimerkiksi aikanaan taloa verotettiin savupiippujen määrän mukaan, jolloin rakennettiin vaakatasossa kulkevia piippuja ja yhdisteltiin niitä samaan ulosmenevään hormistoon tai ikkunavero, joka johti siihen, että ikkunan paikalla oli maalattu ikkuna verhoineen.
Seuraavana suurena haasteena Vuorinen pitää toiminnallisuuden integrointia rakentamisen tuotteisiin. -Ontelolaattaan voitaisiin asentaa valmiiksi vesi- ja viemäriputket samalla tavoin kuin eristeet ja talotekniikkaa teollisesti valmistettaviin elementteihin. Puurakentamisen liitosten menetelmissä ja moduloinnissa on vielä paljon kehittämisen varaa, mikä tuottaa myös sille kilpailukykyä.
Artikkelipalvelu Markku Laukkanen
Lisätietoja: Jyrki Vuorinen, 040 849 0110, jyrki.vuorinen@tut.fi