Vaikka betoni on materiaalina erittäin hyvä, myös sillä on huonot puolensa. Betonin huonoja ominaisuuksia pohtiessa ensimmäisinä tulee mieleen ympäristökuorma ja alhainen taivutuslujuus.
Sementintuotanto on merkittävä ympäristörasitus. Yhden klinkkeritonnin valmistamiseen tarvitaan noin 1,5 tonnia kalkkikiveä
, joka on uusiutumaton raaka-aine. Sen poltossa vapautuu noin 530 kg hiilidioksidia. Energiaa kuluu vajaa 5 000 megajoulea. Yhden klinkkeritonnin valmistaminen vapauttaa kokonaisuudessaan 700 kg hiilidioksidia ja klinkkerin valmistaminen aiheuttaa näin ollen noin 1,5 % Suomen vuotuisista hiilidioksidipäästöistä.
Eikä ympäristökuorma rajoitu pelkästään sementtitehtaalle: sideaine tulee kuljettaa tehtaalta käyttöpaikalle, betonin valmistaminen vaatii energiaa ja rakennusvaiheessa aiheutuu päästöjä eri lähteistä. Myös muiden betonin raaka-aineiden hankkiminen, kuljetus ja käyttö lisää päästöintensiivisyyttä. Runkoaines aiheuttaa osaltaan myös eettistä ongelmaa, jota aiemmassa kirjoituksessani sivusinkin.
Vetovoimien vastustaminen
Vetolujuus on materiaalin kyky vastustaa vastakkaisiin suuntiin vetävää voimaa. Vetojännityksen voi havainnollistaa, kun mietitään lautaa, joka on päistään kahden tuen varassa. Jos laudan keskelle laitetaan paino, se aiheuttaa laudan taipumisen. Laudan alapinnalle syntyy vetojännityksiä, kun puun kuidut joutuvat joustamaan.
Sama tapahtuu betonissa. Betoni vaan ei jousta. Pelkkää betonia harvemmin käytetään rakenteessa, johon kohdistuu vetojännityksiä. Vetolujuus ei ole betonille yhtä merkityksellinen ominaisuus, kuin puristuslujuus. Sen määrittäminen on kuitenkin tarpeellista, jotta ymmärretään vedosta aiheutuvan mahdollisen vaurion laajuus. Vaurioita syntyy, kun vetovoimat ylittävät vetolujuuden.
Betonin vetolujuus on vain noin 10 % sen puristuslujuudesta, tyypillisesti 2–5 MPa. Tästä syystä betonirakenteisiin lisätään komponentti, joka ottaa vastaan vetovoimia betonia paremmin. Tyypillisimmin tämä on terästä, mutta myös erilaisia muovikuituja käytetään.
Betonin vetolujuus voidaan määrittää rakenteesta poratusta rakennekoekappaleesta. Valettujen koekappaleiden kohdalla vetolujuuden määritys on hankalampaa, ja usein niistä määritetäänkin taivutus- tai halkaisuvetolujuus.
Hidas, painava betoni
Muihin rakennusmateriaaleihin verrattuna betonin heikompi ominaisuus on sen lujittumisaika. Siinä, missä puu tai teräs ovat heti valmiita ottamaan kuormia, betonin pitää kypsyä. Paikalla valettujen betonisten rakenneosien pitää saavuttaa tietty lujuus, ennen kuin niiden ympäriltä voi poistaa valumuotit ja rakentamista jatkaa. Rakenteen tulee kestää siihen kohdistuvat rasitukset ennen muotinpurkua. Elementtitehtaalta tulee toki heti käyttövalmiita osia työmaalle, mutta tehdas joutuu tuotteitaan pitämään muottipöydillä muottikierron ajan. Betoni ei siis ole samalla tavalla käyttövalmis rakennusmateriaali, kuin monet muut materiaalit ovat.
Kun betonista tehdään ympäristöystävällisempää vaihtoehtoisilla sideaineilla, betonin lujittuminen hidastuu entisestään. Sementtiä voidaan korvata erilaisilla teollisuuden sivutuotteilla, joista tulen kertomaan myöhemmin lisää. Portlandsementin korvaaminen esimerkiksi masuunikuonalla vaikuttaa betonin varhaislujuuteen ja hidastaa koko prosessia. Muotinpurkulujuus saavutetaan myöhemmin, jolloin tämä tuo prosessille lisäkustannuksia aikataulun hidastuessa.
Betonin huonona ominaisuutena voidaan kokea myös sen lujuus suhteessa massaan. Taivutuslujuuden osalta betoni pärjää erityisen huonosti verrattuna moniin muihin materiaaleihin.
Esimerkiksi männyn vetolujuus/tiheyssuhde on yli 220, kun betonilla se on alle 3. Arvo saadaan, kun jaetaan materiaalin taivutuslujuus sen tiheydellä.
Betonin taivutuslujuuden ollessa pieni ja tiheyden suuri, niiden suhde on alhainen. Sama toistuu myös puristusvoimien osalta. Mänty kestää suhteessa paremmin puristusta, kuin betoni.
Esitetyn valossa betoni ei välttämättä ole ensisijainen vaihtoehto rakentamiseen. Blogin taustalla ratkon omalta osaltani suurinta osaa näistä haasteista, ja yrityksistäni onnistumisineen ja epäonnistumisineen pääset vielä lukemaan tulevaisuudessa. Uskallan kuitenkin väittää, että betonin hyvät ominaisuudet päihittävät sen huonot ominaisuudet! Ensi kerralla siis luvassa enemmän asiaa. Lukemisiin!
Elli Tykkä
Projektipäällikkö