Pohjoismaisen männyn ominaisuudet kilpaileviin havupuulajeihin ja muihin materiaaleihin verrattuna rakennuspuusepäntuotteissa

Transkriptio

1 Pohjoismaisen männyn ominaisuudet kilpaileviin havupuulajeihin ja muihin materiaaleihin verrattuna rakennuspuusepäntuotteissa PKM-tutkimusohjelman tutkimuspäivä nro 2 Lahti, Mika Grekin

2 Sisällys Johdanto Rakennuspuusepäntuotteet, case ikkunat empiirisiä tuloksia pohjoismaisen männyn ominaisuuksista tiheyden ja kutistumisen vaihtelu leikkauslujuus puristuslujuus vertailua kilpaileviin havupuulajeihin verrattuna kvantitatiivinen ja kvalitatiivinen vertailu vertailua kilpaileviin ei-puuaineisiin materiaaleihin verrattuna SWOT-analyysit 2

3 Johdanto Pohjoismaisen männyn erityisominaisuuksia on tutkittu Metlassa Wood Material Science and Engineering - tutkimusohjelmaan ( ) liittyvässä hankkeessa laaja empiirinen aineisto viideltä maantieteelliseltä alueelta Suomesta ja Ruotsista Kirjallisuusselvitys, jossa ominaisuuksia verrataan kilpaileviin havupuulajeihin ja ei-puuaineisiin materiaaleihin 3

4 Puuaineen tiheys vs. etäisyys ytimestä Kuiva-tuoretiheys 2 m:n korkeudella, Suomenselkä 4 0,6 Kuiva-tuoretiheys, g/cm³ 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0, Etäisyys ytimestä, mm

5 Puuaineen tiheys vs. korkeus Kuiva-tuoretiheys korkeuksittain, Vimmerby 5 2 m 6 m 10 m 0,55 Kuiva-tuoretiheys, g/cm³ 0,5 0,45 0,4 0,35 0, Etäisyys ytimestä, mm

6 Puuaineen tiheys vs. alue Kuiva-tuoretiheys alueittain, näytteenottokorkeus 2 m 6 0,55 Pohjois-Suomi Suomenselkä Saimaa Skinnskatteberg Vimmerby Kuiva-tuoretiheys, g/cm³ 0,5 0,45 0,4 0,35 0, Etäisyys ytimestä, mm

7 Puuaineen kutistuminen vs. etäisyys ytimestä Tilavuuden kutistuminen 6 m:n korkeudella, Suomenselkä 7 0,16 0,14 Tilavuuden kutistuminen 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0, Etäisyys ytimestä, mm

8 Puuaineen kutistuminen vs. korkeus Tilavuuden kutistuminen korkeuksittain, Pohjois-Suomi 8 2 m 6 m 10 m 0,14 Tilavuuden kutistuminen 0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0, Etäisyys ytimestä, mm

9 Puuaineen kutistuminen vs. alue Tilavuuden kutistuminen alueittain, korkeus 2 m 9 0,16 Pohjois-Suomi Suomenselkä Saimaa Skinnskatteberg Vimmerby Tilavuuden kutistuminen 0,14 0,12 0,1 0, Etäisyys ytimestä, mm

10 Kutistumisen anisotropia vs. alue Kutistumisen anisotropia alueittain, korkeus 2 m 10 Pohjois-Suomi Suomenselkä Saimaa Skinnskatteberg Vimmerby 3,5 Tangentin-/säteensuuntainen kutistuminen 3 2,5 2 1, Etäisyys ytimestä, mm

11 Leikkauslujuus Leikkauslujuus on mitattu pienistä virheettömistä koekappaleista 11

12 Leikkauslujuus 12

13 Puristuslujuus 13 Mitattu pienistä virheettömistä kappaleista (20 x 20 x 60 mm) Tulokset on laskettu maksimivoiman perusteella

14 Puristuslujuus 14

15 Rakennuspuusepäntuotteet, case ikkunat 15 Kilpailevat puulajit jättituija (Thuja plicata) ponderosamänty (Pinus ponderosa) loblollymänty (Pinus taeda) radiatamänty (Pinus radiata) Kilpailevat materiaalit alumiini (EN AW-6060, EN AW-6061, EN AW- 6063, kovuusluokat T5 ja T6) PVC-U (RAU-PVC 1406/1476) teräs

16 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit 16 Pohjoismainen mänty Jättituija Ponderosamänty Loblollymänty Radiatamänty Kuiva-tuoretiheys, kg/m³ (50) Tiheyden vaihtelu, kg/m³ Tiheyden vaihtelu, kg/m³ Tilavuuden kutistuminen, % 11,2 12,4 11,6 (2,1) 6,5 7,8 9,7 12,3 5,7 8,5 10,5 Säteensuunt. kutistuminen, % 3,3 4,5 3,9 (1,2) 1,8 2,4 3,9 4,8 1,9 2,7 3,5 Tangentinsuunt. kuntistuminen, % 7,4 8,7 7,3 (1,4) 4,5 5,0 6,3 7,4 3,5 5,5 7,0

17 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit 17 Pohjoismainen mänty Jättituija Ponderosamänty Loblollymänty Radiatamänty Leikkauslujuus, MPa 9,8 11,0 8,5 (1,1) 5,6 6,8 7,0 8,0 9,4 9,6 6,8 7,6 9,7 11,7 Puristuslujuus, MPa ,5 (8,2) MOE, GPa 10,6 12,7 7,4 8,3 8,7 9,5 12,1 12,4 5,9 12,9 MOR, MPa Vetolujuus, MPa Vetolujuus, MPa 2,9 1,5 2,8 2,9 3,2 2,3 3,3

18 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit 18 Pohjoismainen mänty helppo työstää (sahaus, höyläys, viilutus ym.) puuaines on pehmeää ja sitkeää liitosten pysyvyys on hyvä kuivaus voidaan suorittaa nopeasti, vähän taipumusta muodonmuutoksiin ja halkeiluun, melko suuri kutistuminen, herkkä värivioille (sinistyminen) liimaus helppoa, sydänpuussa voi esiintyä ongelmia liian suuren pihkapitoisuuden vuoksi, liimausten pysyvyys on hyvä pintakäsittely on yleensä helppoa, lakat, maalit ja vahat kiinnittyvät hyvin oksikkuus ja pihka voivat aiheuttaa ongelmia mantopuun kyllästäminen helppoa, sydänpuun erittäin vaikeaa

19 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit Jättituija helppo työstää (sahaus, höyläys, viilutus ym.), joskin viilujen pinta usein epätasainen puuaines on keskikovaa ja melko haurasta liitosten pysyvyys on hyvä erittäin vähän taipumusta muodonmuutoksiin, erittäin pieni kutistuminen liimaus helppoa pintakäsittely on helppoa, lakat, maalit ja vahat kiinnittyvät hyvin sydänpuun kyllästäminen erittäin vaikeaa voi aiheuttaa terveydellisiä ongelmia (keuhkoastma, ärsytys) tuore puu aiheuttaa metallin korroosiota 19

20 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit 20 Ponderosamänty työstämisessä ei esiinny ongelmia mantopuu on melko pehmeää ja sitkeää, sydänpuu kovaa ja haurasta liitosten pysyvyys on hyvä melko pieni kutistuminen, pieni taipumus muodonmuutoksiin ja halkeiluun liimaus melko helppoa pintakäsittely on mahdollista, lakat, maalit ja vahat kiinnittyvät melko helposti mantopuun kyllästäminen helppoa, sydänpuun erittäin vaikeaa

21 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit Loblollymänty työstämisessä ei esiinny suuria ongelmia mantopuu on hyvin pehmeää ja sitkeää, sydänpuu erittäin kovaa ja haurasta liitosten pysyvyys on hyvä melko suuri kutistuminen, taipumus halkeiluun ja pinnan epätasaisuuteen (kevät- ja kesäpuun kutistumisen epätasaisuus) erittäin herkkä sinistymiselle nuorpuu aiheuttaa usein ongelmia liimattavuus tyydyttävä pintakäsittely sisäkäyttökohteissa helppoa, mutta kestävän ulkokäyttöpintakäsittelyn tekeminen on vaikeaa pihkan suuri määrä ja pihkataskut voivat aiheuttaa ongelmia puuaineen kyllästäminen melko helppoa 21

22 Case ikkunat, kilpailevat havupuulajit 22 Radiatamänty työstäminen on helppoa puuaines on melko pehmeää ja sitkeää kevätpuun suuri määrä aiheuttaa ongelmia liitosten pysyvyydessä kohtuullinen kutistuminen, ei erityisen herkkä muodonmuutoksille, hyvän laadun saamiseksi kuitenkin varovainen ja hidas kuivaus nuorpuu aiheuttaa ongelmia liimattavuus hyvä/tyydyttävä pintakäsittely on helppoa mantopuun kyllästäminen helppoa, sydänpuun melko vaikeaa

23 Vahvuudet Case ikkunat, SWOT-analyysi (puu) - Hyvin tunnettu ja perinteinen materiaali - Matalat kustannukset ensiasennuksessa - Vakiintunut toimitusketju - Helppo muunnella rakennuksella - Hyvä lämmön- ja ääneneristyskyky - Helppo korjata ja ylläpitää - Kuluttaja voi muokata ulkoasua Mahdollisuudet - Yksityinen rakentaminen ja peruskorjaukset luovat markkinoita - Vaatii vähemmän kunnossapitoa parantuneiden pintakäsittelymenetelmien ansiosta - Komposiittimateriaalien ja kerroksellisten rakenteiden käyttö voi pienentää kustannuksia ja tehostaa materiaalien käyttöä - Tehtaalla tehtävä pintakäsittely ja viimeistely => asennusvalmiita tuotteita Heikkoudet - Vaatii paljon kunnossapitotoimenpiteitä, jos ei ole käsitelty oikein (pintakäsittely ym.) - Kosteuden aiheuttamat dimensio- ja muodonmuutokset - Teollisuus on joutunut kilpailevien materiaalien hyökkäyksen alle, on yleisesti laskussa ja sen aktiivisuus on heikko Uhat - Vaihtoehtoisten materiaalien käytön jatkuva kasvu uudisrakennuksissa - Raaka-aineiden hinta nousee - Trooppisten puulajien käytön kestävyys ja ympäristönäkökohdat - Kilpailevien materiaalien hinta laskee (ensiasennuksessa) Kent, R Plastic and composite windows - the way ahead. Conference on "Composites and plastics in construction", BRE, Watford, UK, 16th 18th November Tangram Technology Ltd

24 Vahvuudet Case ikkunat, SWOT-analyysi (alumiini) Heikkoudet 24 - Vaatii vain vähän kunnossapitotoimenpiteitä, muttei ole kuitenkaan huoltovapaa - Hyvä korroosionkestävyys - Materiaalin keveys - Palonkestävyys - Turvallisuus (murrot ym.) - Raaka-aineen kierrätettävyys - Hyvä lujuus mahdollistaa kevyiden (ei-kantavien) ulkoseinien rakentamisen ilman erityisiä vahvistuksia Mahdollisuudet - Korkeat raaka-ainekustannukset - Huono lämmöneristys, jos ei käytetä lämpösulkuja tai yhdessä muiden materiaalien kanssa - Vaikea muunnella rakennuksella, vaikea tehdä muutoksia valmistuksen jälkeen Uhat - Komposiitti-ikkunat, joissa on hyvä lämmöneristys ja houkutteleva ulkonäkö - Ei-kantavat ulkoseinät suurissa julkisissa rakennuksissa, valmiiksi värjätyt rakenteet - PVC-U - Puuikkunoiden uusi tuleminen (kehittyneet pintakäsittelymenetelmät) Kent, R Plastic and composite windows - the way ahead. Conference on "Composites and plastics in construction", BRE, Watford, UK, 16th 18th November Tangram Technology Ltd. 2003

25 Vahvuudet Case ikkunat, SWOT-analyysi (PVC-U) Heikkoudet 25 - Vaatii vain vähän kunnossapitoa, muttei ole kuitenkaan huoltovapaa - Kosteus ei vaikuta ominaisuuksiin - Hyvä lämmöneristys - Materiaalin keveys - Helppo työstää - Sertifioitu ja hyväksytty teollisuudenala Mahdollisuudet - Käytetään yhä enemmän uudisrakentamisessa - Laaja kirjo saatavilla olevia tyylejä - Uudet pintakäsittelyt tuovat lisää värivaihtoehtoja - Ei-kantavat ulkoseinät pienessä mittakaavassa - Huono mekaaninen lujuus - Suuri lämpölaajeneminen - Teollisuudenalan ylikapasiteetti ja pirstoutuminen - Pienenevä käyttökate - Raaka-ainekustannusten epävakaisuus - Teollisuudenalan rakenne Uhat - Jälleenmyynti peruskorjauksiin hidastumassa - Epävakaat raaka-ainekustannukset - Pirstoutuneet markkinat, vahvistuvat odotukset markkinoiden keskittymisestä - Hintakilpailu - PVC-materiaalin käyttö koetaan ei-ympäristöystävälliseksi Kent, R Plastic and composite windows - the way ahead. Conference on "Composites and plastics in construction", BRE, Watford, UK, 16th 18th November Tangram Technology Ltd. 2003

26 Vahvuudet Case ikkunat, SWOT-analyysi (teräs) Heikkoudet 26 - Korkea lujuus => mahdollisuus tehdä erittäin ohuita rakenteita - Hyvä palonkestävyys tavanomaisissa testeissä Mahdollisuudet - Erinomainen turvallisuus ja mekaaninen tuntuma (korkea lujuus) - Huono lämmöneristyskyky ellei käytetä yhdessä muiden materiaalien kanssa - Vaatii paljon kunnossapitoa alkuperäisen pinnoittamisen jälkeen - Kuljetusvaikeudet - Vähän tavarantoimittajia - Vaikea tehdä mittatilaustuotteita - Vaikea muunnella rakennuksella Uhat - Muut materiaalit valtaavat alaa teräkseltä - Teräksen käyttö runkorakenteissa on menossa pois muodista Kent, R Plastic and composite windows - the way ahead. Conference on "Composites and plastics in construction", BRE, Watford, UK, 16th 18th November Tangram Technology Ltd. 2003

27 Päätelmät Tiheyden, kutistumisen ja kutistumisen anisotropian puunsisäinen vaihtelu on sitä pienempää mitä pohjoisempi on puun alkuperä tiheys selittää usein muiden ominaisuuksien vaihtelua Tiheyden vaihtelu ja kutistuminen melko suurta voidaan ainakin osittain ottaa huomioon tuotantoprosessissa (sahausasete, kuivauskaavat) Pohjoismaisen männyn lujuus on vakuuttava kilpaileviin havupuulajeihin verrattuna ainoastaan loblollymänty on lujuudeltaan suunnilleen samaa luokkaa, vaikkakin sen tiheys on suurempi Työstettävyydessä ei ole juurikaan eroja eri puulajien puuaines yleisesti melko suorasyistä tekstuuri vaihtelee melko tasaisesta melko karkeaan 27

28 Päätelmät 28 Vaikeaa tai epärelevanttia vertailla suoraan eri materiaalien ominaisuuksia Erilaiset yhdistelmärakenteet (puu-alumiini ym.) ja kokonaan uudet materiaalit ovat yleistymässä polystyreeni, ABS-muovi, huokoinen PVC, eri muovien ja biomateriaalien komposiitit PVC ei ole vakiinnuttanut paikkaansa Suomessa, ja Euroopassakin käyttö on jo tasaantumassa Puulla on edelleen vankka asema ikkunoiden materiaalina Ympäristökuormitus selvästi pienin puulla Puu koetaan perinteiseksi ja ympäristöystävälliseksi materiaaliksi