Autojen jakohihnojen rikkoutumisen taustalla ferrokromikuonan eli OKTO-murskeen aiheuttama kuluminen

Uudet tutkimustulokset selventävät, miksi Oulun seudulla autojen jakohihnoja rikkoutuu useammin kuin muualla maassa. Tutkimuksessa oli mukana useita tutkimusorganisaatioita, ja tutkimustyössä selvitettiin erilaisia mahdollisia syitä ilmiön taustalla. Lopulta ongelman aiheuttavaksi tekijäksi varmistui Oulun seudulla laajasti tiestössä asfaltin runkoaineena käytetty ferrokromikuona.

Autojen pölynäytteitä kerättiin eri merkkisistä autoista Oulun seudulta ja pääkaupunkiseudulta. Kuvassa esimerkki pääkaupunkiseudun auton vähäpölyisestä jakopäästä. Kuva: Mika Räisänen, Geologian tutkimuskeskus.

Oulun alueella esiintyvää autojen jakopäiden rikkoontumista on selvitetty vuonna 2019 käynnistyneessä laajassa, monitieteisessä tutkimuksessa, jonka perusteella ilmiön aiheuttajaksi on lopulta varmistunut tiestön asfaltista irtoava ja katupölyn mukana jakopäihin kulkeutuva ferrokromikuona eli OKTO-murske. Aiempien tutkimusten sekä autoliikkeiden takuukorjaustilastojen mukaan Oulun seudulla tapahtuu jakopäiden kulumista ja rikkoutumista autokantaan suhteutettuna moninkertaisesti enemmän kuin muualla Suomessa.

Tutkimuksessa etsittiin systemaattisesti tiepölyn ja ympäristötekijöiden eroavaisuuksia muun muassa Oulun alueen ja pääkaupunkiseudun välillä sekä selvitettiin kulumiseen vaikuttavat tekijät. Kyseessä ei ole ruostuminen tai kemiallinen reaktio, vaan kulumismekanismina on abrasiivinen eli hiova kuluminen. Tämä kumoaa monet aikaisemmin esitetyistä mahdollisista selityksistä, sillä ne olisivat vaatineet ruostumisen tai kemiallisen reaktion ilmiötä selittäväksi tekijäksi. Tutkimuksen edetessä abrasiivisen kulumisen aiheuttajaksi ilmeni asfaltin runkoaineena käytetty ferrokromikuona eli OKTO-murske. Asfaltin kiviaineksen kuluessa siitä irtoaa teräväsärmäistä ja kovaa katupölyä, joka hioo ja kuluttaa jakopään hammasrattaita.

”Jakohihnan rikkoutumisen syistä on ajan kuluessa liikkunut monenlaisia käsityksiä. Siksi olemme selvittäneet erilaisia mahdollisia syitä ja sulkeneet pois epäoleelliset tekijät”, kertoo hankkeen projektipäällikkö, yliopisto-opettaja Perttu Niskanen Oulun yliopistosta.

Geologian tutkimuskeskuksen erikoisasiantuntija Mika Räisänen kertoo: ”Saimme hyvää alkutietoa tekemistämme asfaltti- ja katupölyselvityksistä sekä jakohihnaongelmaan liittyvistä aiemmista tutkimuksista. Tienpitäjiltä saimme arvokasta tietoa käytetyistä materiaaleista. Vuoropuhelu yritysten kanssa oli ratkaisevaa tutkimuksen käytännön järjestelyiden kannalta. Kaiken tämän avulla kykenimme keskittämään tutkimuksia Oulun seudun paikalliseen abrasiivista kulumista aiheuttavaan katupölyyn, jonka koostumus poikkeaa selkeästi muun Suomen katupölyistä.”

Oulun alueella on käytetty vilkkaasti liikennöidyillä tieosuuksilla terästeollisuuden sivutuotteena syntyvää ferrokromikuonaa korvaamaan luonnon kiviaineksia.

Oulun alueen auton hammasrattaassa näkyy rautaoksidipölyä ja selkeitä abrasiivisen eli hiovan kulumisen jälkiä. Kuva: Mika Räisänen, Geologian tutkimuskeskus.

Kattavan tutkimuksen tulokset vakuuttavat

Hankkeessa on tehty laajaa tieteidenvälistä yhteistyötä. Ongelman selvittäminen on vaatinut autotekniikan ja mineralogian korkeaa osaamista sekä runsasta näytteenottoa, minkä vuoksi näytteenottoa on tehty monipuolisesti asfaltista, katupölystä tienpinnalta ja ilmasta sekä autojen moottoritiloista ja jakopään kotelon sisäpuolelta. Yksittäisiä näytepisteitä on analysoitu elektronimikroskoopilla yli 3 000 000 kappaletta, mikä on noin 100 kertaa enemmän kuin kaikissa aiemmissa tutkimuksissa yhteensä (kymmeniä tuhansia). Näytteiden avulla on kartoitettu asfaltin kiviaineksen ja katupölyjen koostumukset.

Yksittäisiä näytepisteitä on analysoitu elektronimikroskoopilla yli 3 000 000 kappaletta, mikä on noin 100 kertaa enemmän kuin kaikissa aiemmissa tutkimuksissa yhteensä.

Hankkeessa suunniteltiin ja valmistettiin koelaitteistot, joilla mallinnettiin polttomoottorin jakopäätä. Laitteilla ajettiin testejä yli 3000 tuntia. Testipölyt valmistettiin vastaamaan rakeisuudeltaan ja pölypartikkeleiden pinnan muodoiltaan autojen moottoritilan pölyjä Oulun alueella.

”Ferrokromikuonan kuluttava vaikutus oli testeissä noin 25-kertainen muihin testattuihin, tiestössä käytettyihin kiviaineksiin verrattuna. Tällainen ero on valtava”, tiivistää tulokset Oulun yliopiston projektitutkija Jonne Untinen.

”Mittavan testausohjelman perusteella voimme osoittaa jakohihnojen vioittumisen keskeiseksi syyksi ferrokromikuonan. Tutkimuksemme ja monipuoliset testimme antavat hyvän pohjatiedon esimerkiksi tienpitäjille tulevan suunnittelun tueksi”, Niskanen ja Räisänen toteavat.

AutoOsaLiike-hanke on tutkimusorganisaatioiden ja yrityselämän yhteinen hanke Oulun seudun autoalan kehittämiseksi ja alueella esiintyvän jakohihnaongelman ratkaisemiseksi. Hanketta koordinoi Oulun yliopiston auto- ja työkonetekniikan tutkimusryhmä. Hankkeessa ovat mukana Geologian tutkimuskeskus, Suomen ympäristökeskus, Lapin ammattikorkeakoulu ja Metropolia-ammattikorkeakoulu sekä joukko alueen autoalan yrityksiä. AutoOsaLiike alkoi vuonna 2019 ja päättyy vuoden 2022 lopussa. Projekti on saanut Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoituksen Pohjois-Pohjanmaan liitolta.

Monitieteellinen ja korkealaatuinen tutkimus sekä tutkimuksen ja yrityselämän yhteistyö tuottavat vaikuttavaa yhteistä tietopääomaa. AutoOsaLiike-hanke osoittaa, kuinka tärkeää on kehittää uusia tieteidenvälisiä tutkimusmenetelmiä, kun arvioidaan kiertotalouden mineralogisten raaka-aineiden pitkäaikaiskestävyyttä ja laatua loppukäyttökohteissa.

Elektronimikroskooppikuvassa teräväsärmäistä, sirpalemaista ferrokromikuonaa. Näytteestä huuhdeltu hienoin pöly pois, jotta pölypartikkeleiden pinnanmuodot tulevat esille. Kuva: Akseli Torppa, Geologian tutkimuskeskus.

Lisätietoja

Erikoisasiantuntija Mika Räisänen, Geologian tutkimuskeskus, Energia ja rakentamisen ratkaisut, puh. 029 503 2223, mika.raisanen@gtk.fi

AutoOsaLiike-hankkeen projektipäällikkö, yliopisto-opettaja Perttu Niskanen, Oulun yliopisto, Materiaali- ja konetekniikan tutkimusyksikkö, puh. 050 350 6013, perttu.niskanen@oulu.fi

Lisätietoa AutoOsaLiike-hankkeesta Oulun yliopiston verkkosivuilla:
Autoalan arktisen osaamiskeskittymän vahvistaminen Oulun seudulla ja liiketoimintamahdollisuuksien kehittäminen alueella – tapaustutkimus jakohihna (AutoOsaLiike)

Aiheeseen liittyen

Lue, miten GTK:lla tutkitaan kiertotaloutta ja teollisuuden sivuvirtojen hyödyntämistä rakentamisessa.
Uusilla menetelmillä edistetään kiertotaloutta maarakentamisessa

Lisätietoa GTK:n kestävän rakentamisen palveluista

Lisätietoa GTK:n kiertotalouden palveluista

Geologian tutkimuskeskus: Ratkaisuja vauhdittamaan siirtymää kestävään, hiilineutraaliin maailmaan

Geologian tutkimuskeskus GTK tuottaa puolueetonta tutkimustietoa ja palveluita elinkeinoelämän ja yhteiskunnan tarpeisiin vauhdittamaan siirtymää kestävään, hiilineutraaliin maailmaan. GTK:n yli 400 asiantuntijaa ovat erikoistuneet mineraalitalouteen, kiertotalouteen, energia-, vesi- ja ympäristökysymyksiin sekä digitaalisiin ratkaisuihin. GTK on työ- ja elinkeinoministeriön alainen tutkimuslaitos, joka toimii Suomessa ja maailmalla.