Millaisia ympäristöhyötyjä geopolymeeriteknologia tarjoaa muihin ratkaisuihin verrattuna?

Johdanto

Geopolymeerien käyttö on viimeisen 40 vuoden aikana lisääntynyt huomattavasti erilaisissa painumiin ja huonoihin maaperäolosuhteisiin liittyvissä korjausprojekteissa. Geobear on geopolymeeri-injektointimenetelmän alkuperäinen kehittäjä ja työskennellyt toimitusketjuun kuuluvien yhteistyökumppaneidensa kanssa luodakseen yli 20 uniikkia geopolymeeriä ja tarjotakseen siten ratkaisuja kaikkiin tilanteisiin.

Tämä artikkeli tiivistää numeroiden ja esimerkkien avulla geopolymeeriteknologian ympäristöhyödyt perinteisiin korjausrakentamisen ratkaisuihin verrattuna.

Ongelma

Liiallinen painuminen tai maaperän kantokyvyn heikkeneminen voi korjaamattomana johtaa rakennusten ja infrastruktuurirakenteiden sekä putkien ja kaapeleiden vaurioihin. Painumista voi tapahtua yllättäen tai se voi jatkua hitaasti vuosien tai vuosikymmenten ajan maaperän olosuhteista ja painumisen syystä riippuen.

Perinteiset ratkaisut

Asuin- ja liikekiinteistöjen painumia ja maaperän liikkeitä on perinteisesti korjattu kasvattamalla perustamissyvyyttä tasolle, jossa maaperän kantokestävyys on riittävä. Tätä kutsutaan perustusten vahvistamiseksi, ja se voi häiritä ympäristöä huomattavasti. Esimerkiksi lamellointi on menetelmä, jossa huonosti kantavaa maa-ainesta kaivetaan segmenteittäin perustusten alta, minkä jälkeen poistettu maa-aines korvataan betonivalulla.

Ratkaisulla on kolme keskeistä haittapuolta:

• Prosessi on hidas, sillä jokaisen betonisegmentin on kovetuttava ennen seuraavan osion kaivamista.
• Menetelmä edellyttää laajoja kaivutöitä, mikä luo jätettä ja voi vaikuttaa paikalliseen ekosysteemiin.
• Betonilla on huomattavia ympäristövaikutuksia (ks. lisätietoja alta).

Jos kantava maapohja on syvällä, voidaan perustukset joutua paaluttamaan. Myös paalujen asentaminen aiheuttaa ylimääräisiä ympäristövaikutuksia, mukaan lukien kaivutöistä syntyvä jäte, isompi betoninkulutus sekä melu-, tärinä- ja pölyhaitat.

Joidenkin suurempien asuin- ja liikekiinteistöjen painumia on perinteisesti korjattu myös injektoimalla. Näissä tekniikoissa hyödynnetään tyypillisesti sementin, veden ja lentotuhkan (PFA, pulverized fuel ash) seosta, joka injektoidaan korkealla paineella maahan. Sekoitussuhde on yleensä 20:1, PFA:sementti.

Injektointitehokkuus on yleensä vain noin 25 %. Sementtipohjaisilla injektointiaineilla on myös hyvin pitkä kovettumisaika, mikä tarkoittaa sitä, että laastia voi “kadota” halkeamiin, mikä lisää pinnan stabilointiin tarvittavan materiaalin määrää.

Geobearin ratkaisut

Häiriötön vaihtoehto perinteisille tuenta- ja paalutusratkaisuille on geopolymeeri-injektointi, jota Geobear on kehittänyt lähes 40-vuotisen tutkimus- ja kehitystyön aikana. Kaksikomponenttisen rakennegeopolymeerin injektointiin perustuvaa menetelmää voidaan hyödyntää erilaisia painumia ja vajoamia sekä niiden syitä korjatessa.

Geopolymeerin injektointitehokkuus on kohteita stabiloitaessa 500–700 %, mikä tarkoittaa sitä, että perinteisiin sementtipohjaisiin ratkaisuihin verrattuna materiaalia tarvitaan huomattavasti vähemmän (1 tonni geopolymeeriä verrattuna noin 65 tonniin perinteistä injektiosementtiä).

Geopolymeerimateriaali sekoitetaan työmaalla ja injektoidaan etukäteen porattujen reikien kautta maahan. Geopolymeeri kovettuu 1–5 minuutissa, mikä takaa sen, että maaperän halkeamat ja onkalot täyttyvät nopeasti mahdollistaen kohdennetumman ja hallittavamman käytön ja minimoiden materiaalin purkautumisen ja hävikin riskit.

Kovetuttuaan geopolymeerimateriaali kestää monia kemikaaleja, mukaan lukien polttoaineita, heikkoja happoja ja alkaleja. Se ei myöskään reagoi veden kanssa. Materiaali on herkkä UV-säteilyn kautta tapahtuvalle valohapettumiselle, mutta koska geopolymeeri asennetaan maan sisään, UV-hajoamisen riski voidaan poissulkea.

Geopolymeerin suunniteltu käyttöikä on yli 120 vuotta, joten uusintakäsittelyä ei tarvita yläpuolisen rakenteen käyttöiän aikana. Rakenteen purkamisen jälkeen materiaali voidaan jättää paikoilleen tai se voidaan hävittää vaarattomana rakennusjätteenä.

Perinteisten ratkaisujen ympäristövaikutukset

Perinteiset tuenta- ja paalutusratkaisut ovat materiaalien kovettumisen jälkeen vaarattomia, mutta ne luovat valmistuksen ja asennuksen aikana useita merkittäviä ympäristöhaittoja:

Monessa perinteisessä menetelmässä käytettävä betoni koostuu sementin, runkoaineen ja veden seoksesta. Itse sementin valmistus puolestaan tapahtuu portlandklinkkerin valmistuksen kautta, mikä tuottaa merkittäviä määriä hiilidioksidia. Sementin pääraaka-aineen, kalkkikiven, kuumentaminen tapahtuu yleensä fossiilisia polttoaineita käyttämällä, mikä lisää noin 40 % prosessin hiilidioksidipäästöihin. Kokonaisuudessaan jokainen tuotettu sementtitonni tuottaa jopa tonnin hiilidioksidia käytetystä prosessista riippuen.

Sementti-injektoinnissa käytetään sementin, veden ja lentotuhkan (PFA) seosta. Lentotuhka on kivihiilivoimalaitosten sivutuote ja riippuvainen fossiilisista polttoaineista. Fossiiliset polttoaineet ovat katoava resurssi, ja niillä on merkittävä vaikutus ilmastonmuutokseen, sillä ne vapauttavat ilmakehään hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja.

Kaikki betonituenta- ja paalutustyöt vaativat myös laajoja kaivutöitä, mikä voi vahingoittaa paikallista ekosysteemiä ja ympäristöä. Lisäksi kaivutyöt luovat aina jätettä, joka on kuljetettava pois työmaalta. Näin myös kaivutöillä ja jätteiden poiskuljetuksella on oma ympäristövaikutuksensa saasteiden ja fossiilisten polttoaineiden käytön muodossa.

Euroopassa vesiväylien, järvien, rannikkomerialueiden ja pohjavesien saastuttaminen on kiellettyä. Betonilla ja injektointisementillä on korkea pH-arvo ja hidas kovettumisaika, mikä tarkoittaa sitä, että nämä tuotteet aiheuttavat merkittävän riskin lähialueen vesistöille ja pohjavesialueille. Materiaalin purkautuminen halkeamien ja tyhjätilojen kautta voi johtaa ympäristön saastumiseen. Jos materiaalia pääsee vesistöihin, pH-arvon nousulla on syövyttävä vaikutus, ja se vähentää hapen määrää ja lisää suspendoituneen kiintoaineksen määrää vedessä. Yhdessä nämä tekijät luovat vakavia lyhyen ja pitkän aikavälin seurauksia vesiekosysteemeihin.

Geobearin ratkaisujen ympäristövaikutukset

Vaikka Geobear-geopolymeerikomponenttien valmistusprosessi on suhteellisen hiili-intensiivinen, geopolymeerin injektointitehokkuus on 500–700 %, mikä tarkoittaa, että kutakin stabilointiprojektia varten tarvitaan suhteellisen vähän materiaalia perinteisiin korjausratkaisuihin verrattuna (1 tonni geopolymeeriä verrattuna noin 65 tonniin tavanomaista laastia). Tämä tarkoittaa sitä, että verrattuna perinteisiin sementtipohjaisiin injektointiratkaisuihin, Geobear-geopolymeereillä voi olla noin 46 % pienempi hiilijalanjälki.

Kovetuttuaan geopolymeerimateriaali kestää monia kemikaaleja, mukaan lukien polttoaineita, heikkoja happoja ja alkaleja. Se ei myöskään reagoi veden kanssa. Osana Ison-Britannian lisensointivaatimuksia ALS Life Sciences Ltd suoritti murskatuille näytteille laajoja testejä, jotka osoittivat, että Geobearin geopolymeerit eivät vaikuta pohjaveteen tai veden lähteisiin.

Geopolymerisoitumisen synnyttävä kemiallinen reaktio tuottaa pieniä määriä kaasuja, joilla on erottuva haju. Näitä kaasuja vapautuu erittäin pieniä määriä ja selvästi alle ilmoitettavien raja-arvojen. Kaasut myös haihtuvat nopeasti reaktion päätyttyä, eivätkä ne aiheuta vaaraa ihmisille tai eläimille tai vaadi erityisiä varotoimenpiteitä.

Geopolymeerin suunniteltu käyttöikä on yli 120 vuotta, joten uusintakäsittelyä ei tarvita yläpuolisen rakenteen käyttöiän aikana. Rakenteen purkamisen jälkeen materiaali voidaan jättää paikoilleen tai se voidaan hävittää vaarattomana rakennusjätteenä.

Lopuksi

Geobearin geopolymeerien analysointi ja testaus paljastavat useita ympäristöhyötyjä, kun menetelmää vertaa perinteisiin tuentaratkaisuihin. Yhteenvetona voidaan todeta, että Geobearin menetelmä vaatii 40–50 kertaa vähemmän materiaalia kuin perinteiset sementtipohjaiset injektointiratkaisut ja aiheuttaa noin 46 % pienemmät hiilidioksidipäästöt.