Kivi materiaalina
Kiipeilyote-proton taustalla on Lapin Kivituote Oy:n halu hyödyntää komposiitti- ja luonnonkivimateriaalien sivuvirtoja aiempaa tehokkaammin. Kivitasojen valmistuksessa syntyy merkittävä määrä leikkuupaloja ja hukkaa, jotka ovat aiemmin päätyneet jätteeksi. Projektissa etsittiin ratkaisu, jonka avulla nämä ylijäämäpalat voidaan ottaa uudelleen käyttöön – tällä kertaa kiipeilyotteiden raaka-aineena.
Prototyypin tavoitteena on hyödyntää kivitasojen valmistuksessa syntyviä jämäpaloja, jotka vaihtelevat merkittävästi sekä koon että paksuuden osalta. Sivuvirtaan kuuluu erimuotoisia komposiitti- ja luonnonkivilevyjen katkelmia, joilla ei sellaisenaan ole jatkokäyttöä. Tässä projektissa nämä hajakappaleet otetaan talteen ja muotoillaan kiipeilyotteiksi.
Kivipalojen käsittelyn haasteet
Materiaalin varhaisessa tarkastelussa selvisi, että suuri osa kivitasotuotannon sivuvirrasta päätyy tällä hetkellä kivijätteeksi, sillä palojen vaihtelevat muodot ja koot rajoittavat niiden myyntiä tai uudelleenkäyttöä. Prototyöskentelyn aikana havaittiin, että kiven jatkojalostus – kuten sahaus, poraus ja muotoilu – on hidasta ja vaatii tarkkuutta, mikä tekee pienistäkin tuotteista työläitä valmistaa. Tästä syystä projektissa keskityttiin ratkaisuihin, jotka hyödyntävät sivuvirtaa mahdollisimman sellaisenaan ja minimoivat ylimääräisen käsittelyn, jotta materiaalin käyttö olisi sujuvaa ja käytännöllistä.
Sivuvirran synty
Kivisivuvirtaa syntyy esimerkiksi kivitasojen ja hautakivien valmistuksen yhteydessä. Suurista komposiitti- ja luonnonkivilevyistä leikataan yksilöllisiä tasoja, aukkoja ja muotoja, mikä tuottaa runsaasti erikokoisia ja -muotoisia jäännöspaloja. Näihin kuuluvat esimerkiksi ohuet suikaleet, kulmapalat, epäsäännölliset katkelmat ja pienemmät laatat. Prototyypin tavoitteena oli hyödyntää nämä vaihtelevat sivuvirtapalat mahdollisimman suoraviivaisesti ja löytää käyttötapa, jossa materiaalin epäsäännöllisyys muuttuu vahvuudeksi.
Tutustuminen Kivimateriaalin ominaisuuksiin
Kivisivuvirta oli projektitiimille osin uusi materiaali, erityisesti sen käyttäytymisen osalta pienissä tuotteissa. Materiaaliominaisuuksia ja sen käsiteltävyyttä haluttiin siksi tutkia käytännönläheisesti. Kiveä porattiin, hiottiin ja kuormitettiin eri tavoin, jotta saatiin parempi käsitys sen mekaanisesta kestävyydestä ja siitä, millaisia kiinnitys- ja muotoiluratkaisuja se sallii. Testien tavoitteena oli löytää toimintatapoja joilla materiaalia voitaisiin käsitellä kustannustehokkaasti.
Prototyypin valmistus
Proton suunnittelu ja toteutus tehtiin TEQUn protoprosessin mukaisesti. Projektitiimi ideoi neljä konseptia – Kiipeilyotteen, Lamellirakenteen, Luksuskäyttötavaran ja Muistulin – joissa kivisivuvirtaa hyödynnettiin eri tavoin materiaalin ominaisuudet ja jatkojalostuksen vaativuus huomioiden. Näistä vaihtoehdoista kiipeilyotekonsepti valittiin prototypoitavaksi, sillä se edusti matalinta jatkojalostusastetta ja teki sivuvirran hyödyntämisestä mahdollisimman suoraviivaista. Prototyyppi on teknisesti yksinkertainen, mutta havainnollistaa, miten pienilläkin muotoiluvalinnoilla voidaan antaa tuotannon jäännöspaloille uusi, käyttökelpoinen tarkoitus. Näitä teemoja projektitiimi tarkasteli sekä suunnittelun että käytännön testauksen aikana.
Prototyyppejä valmistettiin kymmenen, jotta eri tyyppisten kivipalojen työstöstä saataisiin mahdollisimman hyvä kokonaiskuva. Laajempi määrä mahdollisti sen, että rasitustesteihin saatiin parempi otanta ja voitiin vertailla, miten kiven eri paksuudet, muodot ja käsittelymenetelmät vaikuttavat kestävyyteen. Kiinnitysten valmistuksessa ilmeni, että kivipaloissa esiintyy luonnollista epätarkkuutta, mikä teki kuormituksen hallinnasta tärkeää. Tätä varten laserleikattiin PE500-muovilevystä kuormaa jakavat prikat, jotka osoittautuivat olennaisiksi turvallisen ja tasaisen kiinnityksen varmistamisessa. Lisäksi taustalla oli tavoite kokeilla protoa aidossa ympäristössä: arvioimme, että noin kymmenen otteen sarja riittää yhden testireitin rakentamiseen kiipeilyseinälle, jolloin otteiden toimivuus, kitka ja muoto voidaan arvioida käytännössä.
Otteiden testaus
Prototyyppiotteiden toimivuutta testattiin kahdessa vaiheessa. Ensin osa projektitiimistä kokeili otteita käytännössä Väki-kiipeilykeskuksessa Rovaniemellä. Testi oli vapaamuotoinen ja keskittyi otteiden tuntumaan, kitkaan ja käytettävyyteen osana oikeaa kiipeilyseinää. Tämän jälkeen otteet vietiin Lapin ammattikorkeakoulun rakennustekniikan laboratorioon, jossa ne altistettiin standardoiduille kuormituskokeille. Testaus tehtiin standardin SFS-EN 12572-3:2017 mukaisesti, ja sen tavoitteena oli tutkia otteiden kestävyyttä lämpötilavaihteluille, kiinnitysvoimille ja kiipeilyrasitukselle.
Lämpötilavaihtelutestissä otteita liotettiin ensin 10 minuuttia vedessä. Sen jälkeen otteita pakastettiin tunti –30 °C:ssa ja pakastuksen jälkeen lämmitettiin tunti +70 °C:ssa. Lämpötilavaihtelusyklit toistettiin viisi kertaa. Kaikki otteet läpäisivät lämpötilavaihtelutestin.
Kiinnitysvoimatestissä otteiden pääkiinnityskohtaan kohdistettiin hydraulisella prässillä otteen koosta riippuen 2–8 kN:n voima minuutin ajan. Testin tarkoituksena oli selvittää otteiden taipumaa ja kestävyyttä kiipeilyseinän pinnassa olevia epätäydellisyyksiä vastaan.
Kiven heikosta murtolujuudesta johtuen suuret otteet katkesivat taivutuskokeessa. Pienet otteet sen sijaan kestivät taivutuksen ja etenivät kiipeilyvoimakokeeseen.
Kiipeilyllistä kestävyyttä testattiin kiinnittämällä otteet seinään ja kohdistamalla otteisiin 2,4 kN:n voima minuutin ajan suuntaan, johon kiipeiltäessä suurin voima kohdistuisi. Laitteistona käytettiin alumiinirunkoista testiseinää, vanttiruuvia, vetopuntaria ja kourakoukkua. Kaikki testatut otteet läpäisivät kiipeilyvoimatestin.
Lopullinen käyttökokemustesti tehtiin autenttisessa ympäristössä, missä otteet kiinnitettiin kiipeilyseinään reitiksi.
Valmis prototyyppi
Prototyyppi valmistettiin kahden kuukauden aikajänteellä vuosien 2024-2025 vaihteessa osana EKOTEQU-hanketta. Hankkeessa toteutettavat protot keskittyvät lappilaisten pienivolyymisten sivuvirtojen hyödyntämiseen osana uusien innovaatioiden luomista. Kukin kuudesta tehtävästä protosta sisältää kuukauden testaus- ja tutkimusvaiheen sekä kuukauden toteutusajan.
EKOTEQU-hanke toteutetaan aikavälillä 1.8.2023–30.4.2026.
Hankkeen kokonaiskustannukset ovat 495 601 €, joista Lapin liiton myöntämää EAKR- ja valtion rahoitusta on 396 480 €.
