Laadukkaampaa betonia automaattisilla mittauksilla

Betonista saatavan reaaliaikaisen mittausdatan hyödyntäminen on ollut pitkään vähäistä. Onneksi tutkimus ja teknologia ovat vauhdittamassa automaattisten mittausmenetelmien käyttöönottoa.

 Aalto-yliopiston rakennustekniikan laitoksella tutkitaan parhaillaan tuoreen betonin ominaisuuksien määrittämistä automaattisilla mittausmenetelmillä. Kyse on tohtorikoulutettavan Teemu Ojalan tekeillä olevasta väitöskirjasta, jonka aihe kypsyi kolme vuotta sitten diplomityön yhteydessä. Tuolloin Aalto-yliopiston Robust Air -projektissa selvitettiin betonin lujuusongelmien syitä.

– Robust Air -projektissa kävi ilmi, että betonin ilmamäärän muodostuminen vaatii riittävän pitkän sekoitusajan. Sen seuraamiseksi sekoittimeen sijoitettiin automaattinen ilmamittari. Tuolloin aloin pohtia, voisiko betonin muita ominaisuuksia mitata samalla idealla, Teemu Ojala kertoo.

Betonin mittaushaasteet liittyvät sen heterogeeniseen koostumukseen, sillä betoni pitää sisällään monia eri komponentteja luonnon raaka-aineista lisäaineisiin. Hyvä ja tasalaatuinen betoni syntyy silloin, kun sen eri komponenttien sekä veden ja ilman määrä on optimaalisella tasolla.

Betonin ominaisuuksista tärkeä tekijä on sen työstettävyys, joka ei pysy vakiona pidemmällä kuljetusmatkalla. Työstettävyys on kuitenkin olennaista itse valupaikalla. Tämän vuoksi pelkkä betoniasemalla tapahtuva mittaaminen ei riitä.

– Automaattisilla mittausmenetelmillä pyritään siihen, että betonin vesi- ja ilmamäärän sekä sen työstettävyyden hajonta vähenee. Tällöin tarvitaan mahdollisimman vähän korjausliikkeitä ennen kuin betoni päätyy muottiin, kuvailee Ojala.

Suuressa kuvassa automaattiset mittausmenetelmät helpottavat olennaisesti betonin laadunvalvontaa, joka on manuaalisesti toteutettuna työlästä ja kallista. Aalto-yliopiston betonitekniikan professori Jouni Punkki arvioi, että nykyisellään työmailla käytettävästä betonista vain noin 10–20 prosenttia testataan ennen valua.

– Automaattiset mittausmenetelmät mahdollistavat testausmäärien nostamisen jopa sataan prosenttiin. Kun laadun hajonta vähenee, paranee myös betonin laatu. Samalla betonin valmistuskustannukset pienenevät, sanoo Punkki.

Mittaustiedon hyödyntäminen edellyttää digiloikkaa

 Betonin mittausmenetelmien kehittäminen on tärkeää siksi, että tulevaisuudessa betonilta vaaditaan entistä enemmän. Haastavien rakennushankkeiden lisäksi edessä on hyvälaatuisen raaka-aineen väheneminen erityisesti kiviainesten osalta. Nämä suuntaukset tulevat korostamaan lisäaineiden ja kuhunkin käyttötarkoitukseen sopivan koostumuksen merkitystä.

Onnistuminen edellyttää aktiivista tuotekehitystä ja betonin automaattisten mittausmenetelmien kehittämistä. Tällöin mittausdata viedään pilvipalveluihin, missä sitä on mahdollista analysoida tekoälyn keinoin. Pelkästään betoniaseman tietokoneella tai yhtiön omalla palvelimella makaavasta mittaustiedosta ei saada kaikkea hyötyä irti.

– Olemme kartoittaneet tutkimuksen edetessä jo käytössä olevia mittausmenetelmiä. Ilmamäärän ja kosteuspitoisuuksien seuraamiseen on olemassa ratkaisuja, mutta ne ovat pääsääntöisesti mekaanisia ja suoraan betonin sekaan laitettavia. Tällöin ne luonnollisesti kuluvat nopeasti ja vaativat paljon huoltoa. Niistä on myös vaikea saada luotettavaa mittaustietoa, sillä ne vaativat usein betonireseptikohtaisesti tehtävää jatkuvaa kalibrointia, kertoo Ojala.

Väitöskirjatyön tässä vaiheessa Ojala ei halua vielä paljastaa kaikkia löydöksiään. Sen verran hän kuitenkin raottaa salaperäisyyden viittaa, että helpompi ja luotettavampi mittaaminen voisi perustua optisiin järjestelmiin, toisin sanoen konenäköön. Pilottiprojektin puitteissa testattava mittausmenetelmä vaikuttaakin lupaavalta.

– Konenäkö pystyy havaitsemaan sellaista, mitä ei välttämättä nähdä paljaalla silmällä. Samalla on mahdollista luopua manuaalisesta näytteenotosta, jolloin betonin laadun testaaminen onnistuu käsiä likaamatta. Olennaista on se, että mittausdata saadaan nopeasti hyötykäyttöön, listaa Punkki.

– Betoniteollisuuteen kohdistuu samoja muutospaineita kuin esimerkiksi paperi- ja kemianteollisuuteen. Tuotteita tarvitaan, mutta niiden pitäisi olla entistä kestävämpiä ja ympäristöystävällisempiä. Tarkat mittausvälineet, niihin yhdistettävät data-analyysit ja tekoäly auttavat tämän tavoitteen saavuttamisessa, Ojala täydentää.

Juttu on julkaistu Sementti-lehdessä 2/2020. Teksti: Ari Rytsy, kuva: Jari Härkönen.