Panu Oikkonen: Maanalainen ruiskubetonointi - uudet teknologiat kaivosteollisuuden vihreässä siirtymässä

Merkittävä osa kaivos- ja rakennusteollisuuden hiilidioksidipäästöistä tulee sementin ja sitä kautta betonin tuotantoketjusta. Ruiskubetoni pitää kuitenkin pintansa osana tehokasta kallion lujitusta niin turvallisuuden takaajana kaivoksissa ja tunnelityömailla kuin lopullisena verhousrakenteenakin kalliotiloissa.

Ainakaan lyhyellä tähtäimellä ruiskubetonin korvaaminen kokonaan toisella kalliolujitusmenetelmällä ei vaikuta realistiselta. Sen sijaan betonin materiaaliominaisuuksien ja materiaalin käytön parissa tapahtuu jatkuvasti positiivista kehitystä, jonka avulla ruiskubetonoinnin hiilidioksidipäästöjä voidaan pienentää, lähitulevaisuudessa jopa merkittävästi. Betonin materiaaliominaisuuksien osalta suurin potentiaali on sementin korvaamisessa ympäristöystävällisemmillä sideaineilla, kuten geopolymeereilla tai masuunikuonalla.

Digitaalinen paksuusmittausjärjestelmä betoniruiskuttajan apuna

Ruiskubetoni on muuten aivan tavallista betonia, mutta ruiskubetonointiprosessin erityislaatuisuus aiheuttaa joitain lisävaatimuksia massan ominaisuuksille. Tehokas kiihdytinainereaktio tarvitaan salamannopean varhaislujuuden kehityksen käynnistämiseksi, ja massan työstettävyyteen on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Ominaista ruiskubetonoinnille on myös prosessissa syntyvän hukan määrän hallitsemisen tärkeys. Edellä mainitut materiaaliominaisuudet näyttelevät osaansa hukan syntymekanismeissa, mutta mekanismeihin voidaan myös suoraan vaikuttaa. Tiivistettynä materiaalihukkaa syntyy seuraavilla osa-alueilla:

• Suunnittelu – rakennetyypin ja -paksuuden valinta

• Louhinta – louhintatoleranssin ja -jäljen vaikutus ruiskutettavan pinta-alan suuruuteen ja vaativuuteen

• Ylimääräinen kerrospaksuus – ruiskutettavalle kalliopinnalle päätyvä, mutta suunnitellun kerrospaksuuden ylittävä osuus

• Hukkaroiske – ruiskutettavalta pinnalta pois kimpoava tai putoava betonimassa

• Hukka kuljetuksessa ja pumppauksessa – sekoittimeen, siirto- ja kuljetusvälineisiin sekä betonipumppuun ja -letkuihin jäävä osuus sekä eri syistä hylättävät betonikuormat

Tyypillisesti kokonaishukan määrä pystytään määrittämään melko tarkasti, mutta vain kokonaisuutena ja vasta jälkikäteen. Varsin haasteellista on pystyä ruiskubetonointiprosessin käynnissä ollessa mittaamaan syntyvää hukkaa riittävän tarkasti eri osa-alueilla. Tutut manuaaliset laadunvalvontamenetelmät ovat työläitä, pistokoemaisia ja jälkijunassa. Digitalisaatio voi laajentaa mahdollisuuksia mitata ja mallintaa materiaalihukan eri osa-alueita esimerkiksi VR- ja sensoriteknologian sekä digitaalisten prosessikaksosten avulla.

VR-teknologialla voidaan kouluttaa sekä mallintaa prosessia tarkasti.

Ruiskubetonointiin, jos mihin sopii tuttu sanonta ”kaikki vaikuttaa kaikkeen”. Positiivisena puolena voidaan kuitenkin todeta, että materiaalihukan pienentämisen kautta saavutettu hiilijalanjäljen pienentäminen realisoituu myös kustannus- ja aikataulusäästöiksi.

Kun tutkitaan edellä listattuja hukan osa-alueita tarkemmin, päädytään helposti alati laajenevaan joukkoon optimoinnin tarpeessa olevia tekijöitä ja näiden riippuvuussuhteita toisiinsa. Varsinkin ruiskutustyön aikana vaikuttavista tekijöistä voidaan kuitenkin tunnistaa merkittävimpinä kerrospaksuuden hallinnan ja betoniruiskuttajan ammattitaidon ja työn aikana tehtyjen valintojen vaikutukset. Kuten hukan tarkemmassa mittaamisessa, myös sen syntymekanismien hallinnassa voidaan käyttää digitaalisia työkaluja.

Raaka-ainevalinnoilla voidaan vaikuttaa betonimassan hiilijalanjälkeen.

Halutun kerrospaksuuden toteutumista voidaan hallita 3D-skannauksen avulla. Paksuusmittauksessa syntyviä pistepilviä voidaan käyttää laadunvarmistuksen lisäksi dokumentoinnissa ja tulevaisuudessa yhä enemmän myös syötteenä muille digitaalisille järjestelmille koko louhintasyklissä.

VR (Virtual Reality) -teknologia on jo laajalti koulutuskäytössä monilla teollisuuden ja rakentamisen aloilla sekä työkoneiden käytössä, myös ruiskubetonoinnissa. Kun VR-simulaattorissa käytetään ruiskubetonilaitetta ja -prosessia kuvaamaan tarkkoja digitaalisia kaksosia, voidaan operaattorikoulutuksen lisäksi mallintaa hyvin tarkasti ruiskutusprosessissa syntyvää hukkaa tavoilla, jotka eivät vielä tänä päivänä ole oikean prosessin parissa maan alla mahdollisia. Digitaalisessa maailmassa harjoiteltujen ja toimiviksi todettujen ohjauskeinojen voidaan kuitenkin luottaa toimivan myös reaalimaailmassa.

Ruiskubetonointityön aikana tehdyt valinnat vaikuttavat rakenteen laatuun ja hukkaroiskeen määrään.

Lähitulevaisuudessa toivottavasti nähdään näiden teknologioiden kehittyvän yhdessä voimakkaaksi kokonaisuudeksi ruiskubetonoinnin materiaalihukan ja sitä kautta hiilijalanjäljen tarkassa ja reaaliaikaisessa mittaamisessa sekä minimoinnissa. ▲

TEKSTI: PANU OIKKONEN; DIRECTOR UNDERGROUND PROCESS EXCELLENCE; NORMET OY

ESITELMÄ KAIVOS- JA LOUHINTAJAOSTON KOKOUKSESSA 22.3.2024