Tuloksia kiuaskivien kestävyystestistä

Saunologian kivikauden edellisessä julkaisussa esiteltiin uusi menetelmä kiuaskivien kestävyyden tutkimiseen. Nyt kerrotaan millaisia tuloksia sillä on saatu: miten kivet hajoavat ja mitkä kivilaadut kestivät parhaiten. Testissä parhaan arvion saa peridotiitti, mutta sekään ei selviydy vaurioitta.

Tapahtui edellisellä kerralla: kiviä löylytetään automaattisesti realistisissa saunomisoloissa ympäri vuorokauden. Kuumentamisen lisäksi kiville annostellaan vesiannoksia, kunnes kivet ovat kokeneet 150 lämmityskertaa, 450 lämmitystuntia ja 2100 löylynheittoa.

Menetelmä osoittautui toimivaksi tavaksi ikäännyttää kiviä. Kaikissa näyte-erissä lämpörasitus hajotti useampia kiviä, joten näillä näytteillä ei tullut Rakennusmaailman kohtaamaa kattoefektiä (eli kaikki kivien säilymistä) vastaan. Testissä ei toisaalta testattu lämpökäsiteltyjä luonnonkiviä tai keraamisia kiviä, joiden yleensä ajatellaan olevan kestävämpiä.

Koesarjojen näyteparit olivat seuraavat:

1. Oliviini ja pieni 5-8 cm oliviini-diabaasi
2. Vulkaniitti ja kotimainen peridotiitti
3. Venäläinen peridotiitti ja keskikokoinen 7-12 cm oliviini-diabaasi

Tuloksia

Visuaalisessa tarkastelussa ikääntymisen vaikutukset olivat selviä. Kiukaaseen asennettuina silmiinpistävää oli pintakivien pinnan värjäytyminen löylyveden vaikutuksesta, kiviladonnan osittainen romahtaminen sekä pintakivien voimakas halkeilu. Kiukaan alle kerääntyi myös näkyvästi kiviroskaa. Vastaavia vaikutuksia on havaittavissa myös normaalikäytössä, mutta nyt vasta tiedetään millä aikavälillä ongelmat syntyvät.

Kivien halkeilua tapahtui kaikissa testierissä. Pääasiallinen mittari oli se kuinka suuri osa testierän kivistä säilyi täysin ehjinä. Eniten halkesivat pienet oliviinidiabaasit, vähiten kotimaiset peridotiitit.

Halkeilussa on myös selviä laadullisia eroja, jotka vaikuttavat siihen, millaisia haittavaikutuksia ikääntymisellä kiukaalle on. Osa näytteistä murentui hienoksi jauhoksi, osa halkeili isommiksi kappaleiksi. Kiukaan toiminnan kannalta hienojakoiset halkeamistuotteet ovat hankalimpia, sillä ne estävät sähkökiukaassa normaalia ilman kiertoa, eristävät puu- ja sähkökiukaissa lämpiä pintoja sekä roskaavat kiuasta sekä lattiaa. Hienojakoiseksi hajoavien kivilaatujen käytössä kiuaskivien tarkastus- ja vaihtoväliin pitää kiinnittää erityistä huomiota.

Suuretkaan kappaleet eivät toisaalta ole ongelmattomia. Isot halkeamistuotteet voivat tosin myöskin olla sähkökiukaalle turmiollisia, sillä pyöreähkö, keskeltä kahtia haljennut kivi muodostaakin kaksi kappaletta joissa on terävä reuna, joka voi sopivasti liikahtaessaan vahingoittaa kuumaa vastusta.

Laji	Ehjiä / kaikki	Ehjien osuus	Halkeama-tyyppi
Oliviini-diabaasi, pieni	12/20	60 %	Pieniä paloja
Oliviini-diabaasi, keskikoko	10/14	71 %	Paloja
Oliviinikivi	8/10	80 %	Kahtia
Peridotiitti, Suomi	15/17	88 %	Isoja lohkoja
Peridotiitti, Venäjä	11/13	86 %	Isoja lohkoja
Vulkaniitti	13/17	76 %	Pieniä paloja

Visuaalisessa tarkastelussa silmiinpistävin vaikutus on päällimmäisten kivikerrosten yläpintojen mineralisoituminen. Tässä tapauksessa värjääntyminen ja pinnoittuminen oli erittäin voimakasta, vaikka käytetyt vesimäärät olivat kohtuullisia. Voimakkuus johtui todennäköisesti sekä veden korkeasta mineraalipitoisuudesta että käytetystä vedenannostelujärjestelmästä, joka maksimoi haihtumisen pintakiviltä. Tämä vaikutus kohteli kaikkia kiviä samalla tavalla.

Toisaalta havaittiin, ettei kivien mineralisoituminen välttämättä tarkoita kiven haurastumista, ainakaan tässä testiympäristössä, jossa löylyä heitellään erittäin tiheään. Se myös muistuttaa kivien vaihtotarpeesta – testin olosuhteissa suurin osa kivistä olisi kannattanut vaihtaa heti värjäytymisen tultua näkyviin, sillä sitä se tapahtui usein ennen kuin kivi alkoi murenemaan. Se oli siis hyvä ennusmerkki. Tämä ei kuitenkaan ole yleispitävä nyrkkisääntö, vaan riippuu löylyttelymääristä suhteessa kiukaan lämmitykseen.

Seuraavaksi näkyvimpiä ovat kivien halkeilut ja murenemiset. Kiukaan alle kertyy hienojakoista murskaa ja kivipölyä, jota on kiukaan sisällä vaikea nähdä. Testijärjestelyistä johtuen tästä vaikutuksesta ei voi tehdä päätelmiä kivilajien eroista. Vaikutelma oli kuitenkin se, että suurin osa näkyvää roskaa tuli kivistä, joita ei ollut perusteellisesti pesty (peridotiitti ja oliiviini).

Painomuutosten tarkastelu ei tuottanut toivottuja tuloksia. Jäännösmassa oli 95-100% alkuperäisestä, eikä näytteiden välisiä eroja voi näin pitää tilastollisesti luotettavina (kattoefekti). Se osoittautui myös menetelmällisesti epäluotettavaksi, sillä testin jälkeen näytteitä ei ollut mahdollista varmuudella täsmätä ennen testiä tehtyihin mittauksiin. Muuten näytekohtaisen massamuutoksen olisi voinut määrittää erikseen ehjille ja haljenneille kiville.

Kivilaatujen välisistä eroista saatiin tutkimuksessa alustavaa näyttöä. On kuitenkin välttämätöntä huomauttaa, ettei tässä tehtyjen testien perusteella voi vielä esittää ehdottomia väitteitä kivilaatujen eroista, sillä testatut kivilaadut edustavat kaikki vain yhtä erää satunnaisesta jälleenmyyntipakkauksesta. Mikäli kestävyys sattuisi merkittävästi vaihtelemaan erien ja pakkausten välillä, tämä voisi vaikuttaa tuloksiin, mutta olisi jäänyt tässä menetelmäkeskeisessä tutkimuskokeilussa havaitsematta. Toisaalta, kaksi kivilajiketta testattiin kahteen kertaan samansuuntaisin tuloksin, joten pidän itse uskottavana, että todellisia eroja on olemassa.

Tulosten tarkastelua

Erot kivilaatujen välillä olivat maltillisia. Selviytymisasteella arvioituna heikoimmin ja parhaiten selviytyneen näytteen välillä oli lähes 30%-yksikön ero. Järjestyksessä parhaiten selviytyneet näytteet olivat peridotiitti, oliviini, vulkaniitti ja oliviinidiabaasi. Jos kuvassa esitetty volatiliteettitarkastelu eli yhden satunnaisen kiven muutos suuntaan tai toiseen huomioidaan, on todettava, että luotettavimmat erot koskivat peridotiitteja ja oliviinidiabaaseja, ensiksi mainittujen ollessa todennäköisesti jälkimmäisiä kestävämpiä. Suurempikokoiset oliivinidiabaasit olivat myös pienempiä kestävämpiä, mutta selvisivät kuitenkin muita kivilaatuja heikommin. Vertailukohtana suunnilleen vastaavan kokoiset oliviinit pärjäsivät hieman paremmin.

testin kestävin kivi selviytyisi jopa kolme kertaa heikointa kivilaatua pidempään käyttökuntoisena!

Mitä merkitystä testissä havaituilla eroilla on?

Kestävyyserojen teoreettista vaikutusta on havainnollistettu oheisella kuvaajalla, jossa on oletettu, että sopiva hetki kivien vaihtoon on se, kun 90% niistä on vielä ehjiä. Jos kivien ikääntyminen tapahtuisi lineaarisesti, testin kestävin kivi selviytyisi jopa kolme kertaa heikointa kivilaatua pidempään käyttökuntoisena! Tämä oletus tuskin pitää paikkaansa eikä sitä tässä tutkimusasetelmassa valitettavasti voitu sitä edes arvioida sillä mittaukset tehtiin vasta koejakson lopussa. Tämä kertoo kuitenkin suhteellisten pienten erojen potentiaalisesta merkittävyydestä.

Toinen oikeasti merkittävä tekijä on se, miten kivet ikääntyvät. Kuvissa selvästi näkynyt mineralisoituminen on todellinen kosmeettinen ja käytännöllinen haitta. Se on kuitenkin myös helppo havaita, jos löylyä on perinteiseen tapaan luotu pintakiviltä. Kivien ikääntymistä tapahtuu kuitenkin myös alemmissa, näkymättömissä kerroksissa. Tässä suhteessa on hyvinkin olennaista, mitä kivelle tapahtuu sen alkaessa heikentyä.

Ongelmallisimmat kivilaadut hajoavat välittömästi hienojakoiseksi soraksi. Testatuista kivistä oliviinidiabaasi ja vulkaniitti käyttäytyivät näin. Peridotiitista ja oliviinista lohkesi huomattavasti isompia palasia, jotka eivät ”tuki” kiuasta samalla tavalla. Tosin pidemmän päälle nekin jatkavat halkeamistaan

Pohdintaa: Sovellusmahdollisuuksia, jatkotutkimus ja parannuksia

Saunologiassa on esitelty uusi menetelmä kiuaskivien kestävyyden tutkimiseen. Se on tarkoitettu simuloimaan luonnollisia, yksityissaunan jatkuvalämmitteisen kiukaan käyttöolosuhteita vastaavissa olosuhteissa. Menetelmän kuvailun jälkeen esiteltiin sillä ensimmäisissä tutkimuksissa saatuja tuloksia. Tuloksista kävi ilmi, että menetelmä toi käytettyjen kivilaatujen välillä esiin eroja niiden selviytymisessä koeolosuhteissa sekä paljasti miten eri tavoin kivet ikääntyessään heikkenevät. Kivien murenemisen ja halkeilun lisäksi havaittiin voimakasta pintakivien värjäytymistä kivien pinnalta haihtuneen veden seurauksena.

Tutkimuksen eräs saavutus on menetelmän esittelyn ohella se, että sen avulla saatiin ensimmäistä kertaa luotettava datapiste siitä, millä nopeudella yhdistetty lämpörasitus sekä lämpöshokki vaikuttavat kiviin. Tästä voidaan johtaa suosituksia kivien tarkastus- ja vaihtoväliin. Nyt simuloitiin 150 lämmityskerran vaikutusta. On selvää, että kaikkia kivilaatuja käytettäessä kivien kunto olisi pitänyt tarkastaa ja vähintään pintakiviä vaihtaa selvästi aiemmin.

Mikäli selviytymisaste kehittyisi kuvaajassa esitetyllä tavalla (jota emme todellisuudessa tiedä), olisi suosittua oliviinidiabaasia  kiuaskivenä käytettäessä ja kerran viikossa saunottaessa hyvä tarkastaa kivien kunto kerran puolessa vuodessa. Vuoden välein kivet pitäisi latoa pois ja vaihtaa kaikki ikääntymisen merkkejä osoittavat kivet, tai yksinkertaisesti kaikki kivet. Kestävämmillä kivillä vaihtoväli on pidempi, tosin tarkastuksia voi tehdä puolivuosittain vaikka kolme ennen kuin kivet vaihdetaan kahden vuoden välein.

Mikä on kivistä kovin?

Kivilaatujen eroista ei tämän tutkimuksen rajoitteiden vuoksi kannata tehdä pitkälle meneviä johtopäätöksiä. Ensinnäkin isommat kivet kestävät paremmin kuin pienet. Erityisesti pintakivenä keskikokoinen 10-15 cm kivi voisi olla kestävyyden kannalta hyvä idea myös sähkökiukaissa, joissa niitä ei yleensä käytetä.

Markkinoiden suosituin kivi oliviinidiabaasi ei menestynyt testissä erityisen hyvin, mutta ei myöskään paljoa keskimääräistä huonommin. Mikäli saunan ylläpitäjä on motivoinut ja tietoinen huolehtimaan kiukaan kunnosta, ei tämän tutkimuksen perusteella ole syytä tätä tuotetta vältellä. Kivi on kuitenkin kiistattomasti hinta-laatu –suhteeltaan erinomainen.

Parhaiden selviytynyt peridotiitti on ristiriitainen tapaus. Tulosten perusteella on helppo ymmärtää, miksi se oli aikanaan suosituin kiuaskivi, kunnes sen saatavuus muodostui niukaksi. Kestävyysominaisuuksien lisäksi kivi on painava ja johtaa hyvin lämpöä – molemmat hyviä löylyominaisuuksia. Peridotiitin hyvän kestävyyden varjopuoli ovat suhteellisen pienet ja teräväreunaiset halkeamistuotteet. Toinen käytännön haitta on se, että Misan peridotiitit ovat suhteellisen likaisia ja jos ne latoo Sauna-Euroxin tuottaman oliviinidiabaasin tavoin suoraan paketista kiukaaseen, syntyy löylyjen mukana eritäin paljon sotkua.

Venäjältä peräisin olleet vertailuperidotiitit selviytyivät käytännössä yhtä hyvin, mutta halkeilivat siistimmin ja niissä oli selkeämpää punertumista havaittavissa. Näitä kiviä ei kuitenkaan Suomesta saa ostettua ja niiden asbestiriski on selvittämättä.

Kahden ”peridotiitin” välinen ero selittyy todennäköisesti sillä, että venäläiset kivet ovat jälleenmyyjän mukaan duniittia, eli oliviinipitoisia, mutta Misan myymät peridotiitit sisältävät ulkonäön perusteella sarvivälkettä (hornblendiittia). Molemmat kyllä kuuluvat geologisesti peridotiitiksi kutsuttuun syväkivilajiryhmään. Alalajit olisi kiuaskivinäkökulmasta tulevaisuudessa syytä pitää erillään.

Vulkaniitti ja oliviini olivat vertailun keskikastia. Oliviini käyttäytyi kokonaisuudessaan esimerkillisesti, mutta sen näytteet olivat myös kaikin puolin suurimpia, joka todennäköisesti oli sille eduksi. Pienimmällä näytteillä tulokset olisivat vertailukelpoisempia. Vulkaniitti on ollut oma suosikkikiveni sen tumman ulkonäön ja oliviinidiabaasi paremman lämmönjohtavuuden vuoksi. Se kesti myös hyvin, mutta hajoaa valitettavasti lopulta oliviinidiabaasin tavoin pieneksi murskeeksi. Tuote ei siis ole olennaisesti parempi, toisaalta ei huonompikaan.

Ideoita jatkotutkimuksiin

Koejärjestelyt vaikuttavat lupaavilta, vaikka niissä on vielä hiottavaa. Perustavanlaatuinen parannus olisi mahdollisuus seurata kivien ikääntymistä aikasarjana. Nyt kiukaaseen ei kajottu koesarjan kesken, sillä haluttiin simuloida olemattomalla huolenpidolla olevaan laitetta. Asiaa voisi korjata visuaalisesti timelapse-kameraseurannalla, joka kertoisi pintakivien ikääntymisestä sekä ladonnan muutoksista. Jos kivet taas systemaattisesti huoltaisi esim. 50 lämmityksen välein, muodostuisi aivan erilainen testi.

Kivinäytteiden koot olisi syytä vakioida hyvin. Tutkimustulosten perusteella on näyttöä siitä, että kookkaammat kivet selviytyvät pidempään, joten tätä tekijää ei kannata muutella, jos kivilaatuja pyrkii vertailemaan. Tulevissa testeissä olisi hyvä kasvattaa testikiukaan kivitilavuutta hieman niin, että n. 300 gramman näytteitä mahtuisi kiukaaseen 20 kpl eli 6 kilon verran. Tätä varten pitäisi näytteitä hankittaessa varautua useampaan laatikolliseen ja valikoida sieltä saman kokoiset näytteet silmällä ja vaa’alla.

Löylyautomaatin kalibrointi osoittautui testissä hieman muuttuvan ajan kanssa. Annostelu oli koesarjojen alussa 2 dl, lopussa 1,7dl, eli 13% vähemmän. Tätä ei välissä havaittu ja se olisi syytä tulevaisuudessa kontrolloida koesarjojen välillä tai jopa keskellä. Tuloksista ei ole kuitenkaan nähtävissä, että yksittäisen vesiannoksen vähentyminen olisi vaikuttanut huomattavasti selviytymisasteeseen, mutta se on pidettävä mielessä yhtenä selittävänä tekijänä.

Saunologian kivilaboratorio siirtyy nyt lepovaiheeseen. Mikäli joku on halukas korvausta vastaan testauttamaan mitä tahansa kiviä, voidaan tutkimuksia jatkaa. Energian kulutuksen (yli 4000 kWh koesarjoissa) takia tutkimuksesta muodostuu aina juoksevia kuluja vaikkei ihmistyötä prosessiin hirveästi kulukaan.

Saunologian kiuaskiviprotokolla 1.0 on nyt valmiina käyttöön!

Katso myös muut Kivikauden-artikkelit!

Kiitokset Matti Hämäläinen avusta tutkimuslaitteiston rakentamisessa, Narville testikiukaan lahjoittamisesta, Henkalle laboratorion valvonnasta ja Suomen Sauna-seuran tutkimus- ja kulttuurijaostolle materiaalikustannuksiin kohdistuneista avustuksista.