Artikkelit

Röntgentomografialla tärkeää perustietoa stabiloiduista maamassoista

Stabiloituja maamassoja testataan laajasti. Röntgentomografialla voidaan selvittää massojen sisäinen rakenne ja määrittää tarkemmin syitä testituloksille.

Massan stabiloinnilla tarkoitetaan prosessia, jossa sellaisenaan hyötykäyttöön kelpaamaton massa, esim. merialtaan ruoppausmassa, pyritään saamaan kiinteään ja vakaaseen muotoon, jolloin sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi täyttömaana. Ennen kuin löydetään toimiva resepti massan stabilointiin, on kokeiltava useita eri ainesosia ja niiden välisiä suhteita. Näin saadaan koemassoja, joiden suorituskykyä voidaan testata esimerkiksi mittaamalla niiden puristuslujuutta tai säänkestävyyttä.

Tällaiset testit kertovat massan suorituskyvystä, mutta eivät kovin paljoa muista tekijöistä mitatun tuloksen takana. Kun halutaan löytää paras mahdollinen resepti, on myös hyödyllistä tietää, miksi joku lopputuote suoriutuu hyvin ja joku toinen huonosti tietystä testistä. CircVol-projektissa Geologian tutkimuskeskus (GTK) on tutkinut stabiloituja ruoppausmassoja röntgentomografialla, jolla voidaan näytettä vahingoittamatta selvittää tarkemmin stabiloidun kappaleen rakennetta ja tämän avulla syitä testitulosten takana (kuva 1).

Kuva 1. Stabiloidun massanäytteen tutkimista röntgentomografialla.

Röntgentomografiassa näytettä pyöritetään yksi täysi kierros ja siitä otetaan varjokuvia, eli perinteisiä 2D röntgenkuvia, yleensä noin 2000-2500 eri suunnasta. Näistä kuvista voidaan matemaattisesti muodostaa 3D röntgenkuva, eli käytännössä 3D tiheyskartta näytteestä (kuva 2). Näin saatu 3D-kuva avaa mahdollisuudet moninaisiin analyyseihin. Kuvasta voidaan vaivattomasti määrittää mm. huokoisuus ja huokosrakenteen eri ominaisuuksia, kuten huokoskokojakauma, huokosten muoto, sekä huokosten sijoittuminen näytteessä.

Kuva 2. 3D-kuva massanäytteestä leikattuna digitaalisesti vinoa pintaa pitkin. Vaaleammat pisteet ovat ympäristöään tiheämpiä rakeita.

 

3D-kuvaa tarkastelemalla voidaan myös helposti selvittää, miten homogeeninen näyte on (kuva 3). Näin voidaan esimerkiksi huomata jos massaa on sekoitettu riittämättömästi, mikä puolestaan voi johtaa huonoihin testituloksiin ja ei-toivottuihin ominaisuuksiin stabiloidussa kappaleessa. 3D-kuvan avulla voidaan varmistaa, että testitulokset vastaavat todella sitä, mihin kyseisellä reseptillä pystytään.

Kuva 3. Kolme poikkileikekuvaa ja näiden yhdistelmä massanäytteestä, jossa keskellä näytettä on huonommin kiinteytynyt osa. Kuvasta nähdään, että näytteen homogenisointi ei ole onnistunut.

 

Röntgentomografia on usein parhaimmillaan, kun se yhdistetään muihin menetelmiin – niin tässäkin tapauksessa. Paras hyöty kuvauksista saadaan, kun kuvataan sama näyte ennen ja jälkeen esimerkiksi mekaanisen puristuslujuustestin. Näin otetuista kuvista voidaan nähdä tarkalleen, mistä kohtaa massan rakenne on antanut periksi, mikä auttaa ymmärtämään kyseisen reseptin vahvuuksia ja heikkouksia. GTK:lla näytteet voidaan myös pitää kylmänä koko kuvauksen ajan käyttämällä erityistä viilennettyä näytekammiota (kuva 4), joten näyte lähtee tomografiasta muihin kokeisiin täsmälleen siinä kunnossa kuin se on laboratorioon tullut.

Kuva 4. Viilennetty näytekammio GTK:n röntgentomografialaitteessa. Näytettä ympäröi musta hiilivahvistettu lasi, joka läpäisee hyvin röntgeniä.

 Kirjoittaja FT Jukka Kuva toimii tutkijana Geologian tutkimuskeskuksessa, jossa hän vastaa röntgentomografialaboratorion toiminnasta ja kehityksestä.

Geologian tutkimuskeskus (GTK) on geologisten luonnonvarojen ja niiden kestävän käytön eurooppalainen huippuosaaja. CircVol-projektissa GTK on mukana tukemassa kaivettujen maamassojen turvallista ja taloudellista hyötykäyttöä tarjoamalla asiantuntemusta ja uusia innovaatioita maamassojen karakterisointiin.

Kannattavaa kiertotaloutta

Suomessa on jo vuosikymmenten ajan edistytty resurssien kestävässä hyödyntämisessä. Tuotteiden ja materiaalien elinkaaren pidentämisellä saavutetaan nykyisellään merkittäviä taloudellisia ja ilmastollisia hyötyjä. Kiertotalouden mahdollistaminen otetaan huomioon jo tuotteiden ja teollisten prosessien suunnittelussa sekä materiaalien valinnassa. Tässä mielessä kiertotalous ei ole teollisuudessa uusi konsepti. Toki jätejakeiden hyödyntäminen ilman taloudellista hyötyä on ollut vaatimattomampaa ennen ympäristölainsäädännön kehitystä, mutta jätejakeiden ja hukkaenergian hyödyntäminen on ollut perusolettamus aina kun se on taloudellisesti ollut kannattavaa.

Kiertotalous tulee kuitenkin nähdä yhtä paljon taloudellisena kuin ympäristöllisenäkin mahdollisuutena. Suuryritysten tulee ottaa nykyaikaisia kiertotalouden mukaisia ratkaisuja ennakkoluulottomasti käyttöön, mikä helpottaa ratkaisuja kehittävien pk-yritysten kasvua. Nämä ratkaisut vaativat toteutuakseen mittaviakin investointeja, ja tällöin tulee tukea liiketoiminta- ja investointimalleja, jotka jakavat kasvaviin yrityksiin ja uusiin teknologioihin liittyviä riskejä. Usean yrityksen yhteishankkeet edellyttävät luottamuksen syntymistä arvoketjun osapuolten välille, mikä puolestaan sitouttaa osapuolet yhteisten tavoitteiden saavuttamiseen.

Suuremmilla yrityksillä on käytössään laajempi valikoima rahoitusvaihtoehtoja kiertotalouden mukaisiin investointeihin. Esimerkiksi vihreiden ja vastuullisten rahoitusmuotojen osuus rahastomarkkinoista on kasvanut merkittävästi viime vuosina ja esimerkiksi Japanin ja Norjan mittavat eläkerahastot kohdennetaan nykyisin vain ympäristöllisesti ja yhteiskunnallisesti kestäviin kohteisiin. Clenantech- ja kiertotaloussijoitukset vaativat usein kärsivällistä kasvu- ja tuotto-odotusta, mikä sopiikin hyvin eläkerahastojen toimintamalliin. Toisaalta uudet teknologiat mahdollistavat myös erittäin kilpailukykyisiä tuottoja rahoittajille ja osakkeenomistajille.

Kasvuvaiheen yrittäjät näkevät usein heille tarjolla olevissa rahoitusvaihtoehdoissa riskejä. Usein pelätään rahoittajien vievän hallinnan yrityksen kehityksestä ja pakottavan yrityksen myyntiin lähitulevaisuudessa. Moni rahoitusmuoto ei kuitenkaan vaadi enemmistöosakkuutta sijoituskohteestaan, vaan tavoite on ennemminkin neuvoa yrityksen johtoa, jonka nimenomaan toivotaan jatkavan enemmistöomistajana. Tällöin osaaminen ja motivaatio yrityksen uuden ratkaisun markkinoille saamiseen säilyvät voimakkaina. Oleellista on löytää kullekin yritykselle sopiva yhdistelmä esimerkiksi lainaa, pääomasijoituksia ja limiittiä. Usein sopivan rahoitusyhdistelmän löytämiseen kannattaa etsiä ulkopuolista apua. Rahoituskonsultointikulut ovat pieni hinta luotettavasta ja liiketoiminnallista lisäarvoa tuovasta rahoitusratkaisusta. Rahoituskeskustelujen aikana yritysten tuote- ja palvelutarjooma, liiketoimintamalli, ansaintalogiikka, asiakaskohdennus sekä henkilöresurssien jakautuminen joutuvat tarkkaan analyysiin, ja yritys voi kehittyä huomattavasti jo ennen rahoituksen saamista. Mikäli rahoituskeskustelut kerta toisensa jälkeen katkeavat, voi olla syytä katsoa peiliin ja puhdistaa korvat.

Onnistuneet sijoitukset kestäviin kohteisiin parantavat myös muiden kiertotalouden mukaisten investointien rahoituksen saantia. Koska vastuullinen sijoittaminen vaikuttaisi olevan pitkän ajan trendi, sitoutumalla kestäviin ratkaisuihin yrityksillä on mahdollisuus vähentää epävakaiden markkinatilanteiden aiheuttamia riskejä. Näin ollen kiertotalous ja kestävät ratkaisut ovat yrityksille ja rahoittajille turvallinen ja kannattava strateginen suunta.