Rakentaminen tarvitsee tutkimusta

Rakentaminen on murroksen edessä. Rakennetulla ympäristöllä on ratkaiseva rooli ilmastonmuutoksen hillinnässä, sillä rakennusten ja infrastruktuurin rakentaminen kuluttaa lähes puolet maapallon raaka-aineista.

Rakentamisesta ja rakennuksista aiheutuvien päästöjen pienentämiseen kohdistuu kovia paineita ja odotuksia. Suurin potentiaali on jo olemassa olevan rakennuskannan energiatehokkuuden parantamisessa, mutta myös uusien rakennusten ja rakennusmateriaalien suhteellinen osuus koko elinkaaren aikaisista päästöistä voi tulevaisuudessa kasvaa, kun uudet rakennukset kuluttavat entistä vähemmän energiaa.

Rakentaminen on ollut pitkään ala, jolla tuottavuus on kasvanut hitaasti. Yhtenä tärkeimpänä tekijänä tähän voidaan pitää teknologian kehittämistä. Nykyään teknologia tekee vahvasti tuloaan niin työmaille kuin suunnitteluun. Myös teollinen esivalmistus nähdään tällä hetkellä yhtenä lupaavimmista keinoista kehittää rakennusteollisuuden tuottavuutta, parantaa laatua ja kustannustehokkuutta.

Rakennuksia ei nähdä enää pelkästään ihmisen asuin-, työ- tai muuna elintilana. Esiin on noussut entistä enemmän ihmisen hyvinvointiin ja terveyteen vaikuttavat tekijät, mitkä liittyvät suurelta osin rakentamisessa käytettävien rakennusmateriaalien käyttöön ja turvallisuuteen. Kierrätysmateriaalien käyttö rakentamisessa kasvaa myös kaiken aikaa.

Nämä kaikki edellyttävät vielä merkittävästi lisää tutkimusta ja kehitystyötä.

Betonikin uudistuu

Betoni ja sen käyttö rakentamisessa keksittiin jo muinaisten roomalaisten aikaan, mutta varsinaisen läpimurtonsa materiaali teki vasta 1800-luvulla. Alalla on tehty innovaatioita, ja uutta teknologiaa edustavat muun muassa itsetiivistyvä betoni, korkealujuusbetonit, kuitubetonit ja väribetonit. Aivan viime vuosina tutkimuksen ja kehitystoiminnan mielenkiinnon kohteena ovat lisääntyneet erilaisten kiertotalousmateriaalien hyödyntäminen betonin valmistuksessa sekä tuotteen ja tuotannon hiilijalanjäljen pienentäminen.

Betonin valmistuksen ja hiilen sidonnan yhdistäminen on nousevan mielenkiinnon kohteena eri puolilla maailmaa.  Tutkimus- ja kehitystyön kohteena on esimerkiksi savukaasuista talteen otetun hiilidioksidin hyötykäyttö betonin kovettamisessa.  Kun betoni kovettuu hiilidioksidipaineen alaisena, syntyy karbonaattipohjaisia reaktiotuotteita tavanomaisten sementin reaktiotuotteiden lisäksi. Tällöin prosessi sitoo hiilidioksidia, ja lopputuote on mahdollista saada jopa hiilinegatiiviseksi, jos tavanomainen sementti korvataan pienen hiilijalanjäljen omaavilla vaihtoehtoisilla sideaineilla.

Betonin hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen pyritään korvaamalla kalkkikiveä muilla materiaaleilla, käyttämällä sementin valmistuksessa entistä enemmän uusiutuvaa energiaa ja lisäämällä seostetumpien sementtien käyttöä. Tutkimuksella on tärkeä rooli erityisesti pyrittäessä sementin käytön pienentämiseen ja seosmateriaalien käytön lisäämisessä.

Myös betonirakenteiden lujuus- ja rakenneoptimointiin tarvitaan lisää soveltavaa tutkimusta ja kehitystyötä. Oma mielenkiintoinen tutkimus- ja kehityskohde on betoni-yhdistelmämateriaalien tutkimus.

Puurakentaminen kehittyy voimakkaasti

Puurakentamisen ja puu-betoni-hybridirakentamisen tutkimus on tärkeää sekä kansallisesti että alueellisesti. Suomi on metsävaltainen maa, ja rakennusteollisuuden materiaaleja ja komponentteja, kuten viilupuuta (LVL) viedäänkin jo merkittäviä määriä erityisesti Eurooppaan. Teollisen puurakentamisen ja esivalmistuksen kehittäminen vaatii myös uusia ja turvallisia ratkaisuja insinööripuutuotteiden kehityksessä.

Yhtenä merkittävänä tekijänä on fossiilipohjaisten liimojen korvaaminen uusiutuvilla biopohjaisilla liimoilla, missä on jo markkinoilla lupavia vaihtoehtoja esim. ligniiniin käyttöön perustuvilla ratkaisuilla. Puu nähdään myös hyvinvoinnin ja terveyden kannalta tärkeänä rakennus- ja sisustusmateriaalina.  Viimeaikaisissa tutkimuksissa on osoitettu puupinnan tuhoavaan bakteereja selvästi paremmin kuin esimerkiksi lasipinta. Käynnissä on myös tutkimuksia, missä tutkitaan virusten käyttäytymistä ja leviämistä puupinnoilla.

Teollisen puurakentamisen edistämiseksi on edelleen kehitettävä puurakentamisen standardisointia, missä myös liitostekniikalla on oma rooli. Suuren mittakaavan rakentamisessa sovellettavat massiivipuu- ja hybridirakenteet ovat suhteellisen uusia, ja niiden liittymien ja liitoselimien suunnitteluratkaisut ovat edelleen kehitysvaiheessa niin Suomessa kuin ulkomailla. Esimerkiksi rakennusosien liittymät ovat ulkovaipan ilma- ja höyrytiiviyden heikoin lenkki, koska ne muodostavat joissakin tapauksissa hyvinkin monimutkaisen epäjatkuvuuskohdan ulkovaipan ilman- ja höyrynsulkukerrokseen.

Rakennustekniikan, rakennusmateriaalien ja näiden tehokkaiden ja laadukkaiden käyttötutkimus ja tekninen testaus on vahva osaamisala Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulu Xamkissa. Savonlinnassa keskitytään erityisesti puu- ja hybridirakenteiden ja niiden detaljien tutkimukseen. Kotkassa toimiva Xamkin Kymilabs-tutkimusyksikkö on tehnyt vuosikymmenten ajan yhteistyötä erityisesti betoniteollisuuden kanssa.

Kestävien ja ympäristöä säästävien ratkaisujen kehittäminen yhteistyössä ”vähähiilisen” rakentamisen, samoin kuin rakentamisen ja materiaalien kiertotalouden edistämiseksi on edelleen vahvistuva ala korkeakoulun tutkimus-, kehittämis- ja innovaatiotoiminnassa.