Kiuaskivet Saunologian shokkitestissä

Mitä tapahtuu kun punahehkuisen kiuaskiven upottaa jääkylmään veteen? Kestävätkö luonnonkivet kuumennusta paremmin kuin keraamiset kivet? Saunologian shokkitesti pistää kiuaskivet koville. Katso kuvat ja lue kohokohdat!

---

Saunologian edellinen julkaisu esitteli kourallisen kummallisia kiuaskiviä ja päättyi epäilykseen, että mahtavatko nuo saunassa kestää. Nyt kivikausi-artikkelisarjan toisessa osassa tartutaan härkää sarvista ja kokeillaan kestävätkö nämä kivet tunnetumpien kotimaisten esimerkkien rinnalla kuumaa ja kylmää.

Shokkitestin esikuva

Kiuaskivien testimenetelmiä ei virallisesti ole olemassa. Kivien koostumuksia määritellään ja fysikaalisia ominaisuuksia kuten tiheys ja lämmönjohtavuus mitataan, mutta kiuaskivien kestävyyden mittaaminen on tutkimaton alue. Valmistajilla, kuten Sauna-Euroxilla, on omia laadunvarmisratkaisujaan , mutta ei löydy standardoitua testiä kiuaskivien testaamiseen.

Kivien tutkimukseen on aiemmin sovellettu DIN 51068 testistandardia. Vuodelta 1976 peräisin oleva standardi on tarkoitettu keramiikan testaamiseen. Tässä testissä standardikokoisia (50x50 mm) kappaleita kuumennetaan 950-asteisessa uunissa 15 minuuttia, jonka jälkeen ne upotetaan juoksevaan 15-20 asteiseen veteen kolmeksi minuutiksi. Tämän jälkeen ne kuivataan 110-asteen lämpökaapissa ja testisykli alkaa alusta. Testiä toistetaan korkeintaan kolmekymmentä kertaa mikäli näyte ei tätä ennen halkea. Lämpöshokinkestävyysluvuksi saadaan näytteen kestämien toistojen lukumäärä.

Rakennusmaailma on tästä variaationa toteuttanut Saunologiassa aiemmin kuvatun testin osana testin, jossa kiuaskiviä lämmitettiin 450-asteen uunissa ja upotettiin jääkylmään veteen korkeintaan 20 kertaa. Tässä järjestelyssä ongelmaksi muodostui se, että lähes puolet näytteistä selvisi koko syklin eli toteutui ns. mittarin kattoefekti. Pidin testin perusideasta sen verran, että halusin korottaa panoksia ja kokeilla tutkimusasetelmaa, jossa lämpötilarasitus olisi progressiivinen ja korkeampi.

Saunologian shokkitesti

Tavoitteeni oli lähteä liikkeelle Rakennusmaailman tyyppisestä testistä, mutta nostaa lämpötilaa kolmessa vaiheessa: 450-asteesta aloittaen 600-asteen kautta 750 Celcius-asteeseen. Välissä kivet jäähdytetään jääkylmässä vedessä noin minuutin ajan, jolloin niiden lämpötila jäähtyy alle 50 asteen. Tämän jälkeen näytteet tarkastetaan ja mikäli näyte on ehjä, lämmitys jatkuu. Jokaisessa lämpötilassa tehdään viisi lämmitystä, tavoitteena seuraava lämpötila. Maksimi tulos olisi siis 15.

Saunologian shokkitesti ehdotetut lämpötilat edustavat kiukaan äärilämpötiloja. Sähkökiukaassa kivien lämpötila nousee harvoin edes 450 asteeseen, jatkuvalämmitteisessä puukiukaassa jää pinnassa selvästi tämän alle, mutta voi tulipesän päällä olla jo lähellä 600. Sen sijaan 750-astetaa saavutetaan todennäköisesti vain kertalämmitteisissä kiukaissa.

Testiä valmistellessa varasin kiuaskivinäytteitä ison valikoiman, yhteensä neljätoista mahdollisesti kiukaaseen kelpaavaa. Osa oli vanhoja tuttuja kotimaisia yleis- ja pintakiviä, pari aiemmasta venäläisten kiuaskivien esittelystä tuttuja (näytelajit on nimetty tulosten yhteydessä alempana). Koska kysymyksessä oli lähinnä näytösluonteinen tutustuminen kivien käyttäytymiseen, suunnittelin toteuttavani testin vain yhdellä näytteellä per kivilaji. Näytteiden valinnassa pyrin siihen, että näytteet olisivat kiuaskiviksi suhteellisen pieniä ja keskenään samankokoisia.

Päädyin toteuttamaan shokkitestin 3,2 kW tehoisella, tilavuudeltaan suurehkolla keramiikkauunilla. Nopeasti kävi selville, että uunin lämpiäminen ei tapahdu käden käänteessä ja saunologin harrastusaikatauluissa ei tule aika riittämään testin toistamiseen, joten parin harjoituskierroksen jälkeen päädyin siihen, että kivinäytteet testataan  vain kerran jokaisessa tavoitelämpötilassa. DIN-standardista poiketen kontrolloin testissä sen, että näytteiden pintalämpötila nousi tavoitelämpötilaan. Tätä edisti myös se, että kivet lämmitettiin uunin yläosassa, selvästi lämpötila-antureita (ulkoinen ja sisäänrakennettu) ylempänä, jolloin lämmitysteho oli paras mahdollinen mihin ilman kiertoilmaa päästään.

Testin valmisteluvaiheessa sain kuulla erilaisia uskomuksia siitä, mitä testissä voisi tapahtua. Räjähtääkö 750-asteinen kivi tippuessa veteen, sulaako muovisangon pohjaan reikä vai romahtaako uuni, jos sieltä poimii paloja kesken lämmityksen? Hankin asianmukaiset turvavarusteet ja ryhdyin toimeen.

Shokista selviytyjät

Testin suorittaminen oli hieman pitkäveteistä hommaa, sillä liekkejä tai räjähdyksiä ei nähty. Lämmitysjaksoissa kesti useampia tunteja kerrallaan ja 750-astetta lähestyessä uunin kuumotus alkoi jo tekemään näytteiden käsittelystä haastavaa. Onneksi tammikuun alkupuolella näytteiden jäähdyttely ulko-olosuhteissa lumihankeen upotetuissa vesiämpäreissä piti tutkijan virkeänä.

Testissä tuli havainnoitua, että 600 asteinen kiuaskivi alkaa jo hehkumaan hieman punaisena, 750-asteessa hehku on kivimateriaalista riippumatta aivan ilmiselvää.

Testissä havaittiin nopeasti, ettei osa kivistä kestä lämmittämistä. Ensimmäisenä romahti kotimaisesta punaisesta graniitista valmistettu pintakivi, joka oli 600-asteeseen lämmitettäessä muuttunut kouralliseksi karkeaa hiekkaa.

Seuraavaksi hajosivat erilaiset kvartsia sisältävät kivet, joita esiteltiin Saunologian edellisessä julkaisussa. Erikoista kyllä myös peridotiittinäyte halkesi ensimmäisessä lämmityksessä kolmeen osaan. Se ei tosin myöhemmin jatkanut halkeamista, joten on todennäköistä, että kyseessä oli epäonninen näyte, jossa oli jo entuudestaan halkeama, joka oli jäänyt innostuksissani huomaamatta (pyrin muutoin valikoimaan pois kaiken lähtökohtaisesti epäilyttävän).

Testin edetessä kävi ilmeiseksi, että jäähdytysvaiheessa 750-asteinen kivi ei sulata muovisankoa tai kylmä vesi räjäytä kiuaskiviä, mutta lämpöshokki kyllä kiihdyttää lämpiämisen aiheuttama halkeilua.

Jäähdytys hajotti nimenomaan kvartsit: valkoinen ja punainen kvartsiitti olivat alkaneet kyllä halkeilemaan jo 450-600- asteen uunissa, mutta ne murenivat sormenpään kokoisiksi tai pienemmiksi paloiksi vasta vesiämpärissä. Kvartsin tulos ei ollut yllätys sillä, olin tietoinen kvartsimuunnoksesta, joka tapahtuu 573 asteessa aiheuttaen kivessä rakenteellisia muutoksia.

Suurin osa näytteistä kuitenkin selvisi testissä varsin hyvin. Suomen suosituin kivi oliviinidiabaasi selviytyi ongelmitta. Peruskiven lämpökäsiteltyyn versioon, Eliittikiveen, tuli yllättäen halkeama, mutta kivi pysyi edelleen kasassa.

Valkoinen dolomiitti, jonka kestävyys ei ole ennakkokäsitysten perusteella erikoinen, pysyi yllättäen kasassa, mutta muutti olomuotoaan. Lisäksi siitä irtosi vesiastiaan runsaasti hienoa jauhoa, värjäten veden valkoiseksi. Kiven aiemmin sileän tasainen pinta muuttui rosoisen huokoiseksi.

Taulukko: Yhteenveto testin tuloksista. Numero kiven perässä viittaa ennen ja jälkeen -valokuvissa esiintyviin numeroihin.

Hajoajat	Selviytyjät
Graniitti, punainen (5)Kvartsiitti, punainen (10) Kvartsiitti, valkoinen (13) Peridotiitti (1)	Dolomiitti (valkoinen; 7)Eliittikivi (oliivinidiabaasi; 6) Kerkes (8) Mt. Shasta (9->5) Oliviini (3) Oliviinidiabaasi (2) Porriitti (14) Posliini (11) Tiileri (12) Vulkaniitti (4)

Värimuutoksia tapahtui luonnonkivissä yleisesti. Kivet yleisesti ottaen ”punastuivat” uunissa, värjäytyen ruosteenpunaisiksi. Koska kivien mineraalikoostumus vaihtelee ja voivat sisältää esim. rautayhdisteitä, ei tämä ole hirveän yllättävää. Voimakkaimmin muuttuivat peridotiittinäytteet sekä oliviini. Oliviini muuttui käsittelyssä tasaisesti erittäin tumman harmaaksi, peridotiitit tumman ruskeiksi.

Mukana olleet keraamiset tuotteet selviytyivät testistä erinomaisesti: Kerkes, Tiileri ja posliini eivät osoittaneet minkäänlaisia ikääntymisen merkkejä lämpökäsittelyssä.

Jälkishokkihoitoa

Kokeiltu menetelmä toi esiin joitakin eroja ja ominaisuuksia, mutta ei ole ideaalinen testijärjestelmä. En myöskään pystynyt olosuhteiden ja aikataulun pakosta toteuttamaan testiä keston tai laajuuden suhteen alun perin kaavailemallani tavalla.

Jätin protokollasta pois kuivatuslämmityksen, mistä voi olla montaa mieltä. Näytteet saivat kuivua pinnaltaan hyödyntäen aiemman lämmityksen jäännöslämpöä hetken ennen uutta lämmitysjaksoa, joten niihin tuskin jäi vettä. Kuivatuksen idea nimittäin on se, että keramiikka voi imeä vettä ja mikäli vettä on päätynyt kuumennettavan näytteen sisään, sen höyrystyminen ja laajentuminen todennäköisesti halkaisee näytteen. Alkuperäinen perusteeni oli, että nyt käytetty ratkaisu muistuttaa enemmän ankaria saunaolosuhteita, jossa kivet ovat jatkuvasti täydessä lämmityksessä.

Nykyisen menettelyn eräs puute on se, että kaikkia kivilaatuja testattiin vain yksi näyte. Ainoastaan välittömästi hajonnut peridotiitti herätti sen verran kummastusta, että otin sille verrokin, joka selviytyi testisarjasta moitteettomasti.

Jos tästä voi jotakin päätellä, niin perinteiset kotimaiset luonnonkivet, mukaan lukien oliviinidiabaasi, kestävät testin mukaista käsittelyä varsin hyvin! En itse uskaltaisi käyttää graniittia – tai vastaavia kirjavia luonnonkiviä – kiukaassa. Kvartsiitit ovat kiinnostava ja tavallaan kestävä kiviperhe, jota voisin hyvinkin kokeilla, mutta ei missään tapauksessa kertalämmitteiseen kiukaaseen! Keraamiset kivet vaikuttavat tämänkin perusteella kestäville, joten laiska saunoja voisi keskittyä näihin ja unohtaa hienostelun.

Kokonaisuudessaan testaamisesta jäi saunologille sen verran paljon hampaankoloon, että projektia tekisi mieli tulevaisuudessa jatkaa. Seuraavassa kivikausiartikkelissa esittelen kuitenkin olennaisesti paremman menetelmän kiuaskivien kestävyystutkimuksiin, minkä takia shokkitesti säilyy ajatuksissani lähinnä kuriositeeetina. Jos testin voisi automatisoida robotille niin...

Kiitokset Teppo Hurmeelle ja Kerasil Oy:lle testivälineistön lainasta, Anne Huhdalle DIN-testin selventämisestä sekä Sauna-Euroxille että Vitae:lle näytteistä. Riikka Notkola otti loistavat kuvituskuvat, joissa käsissä on jotain muuta kuin kamera.