Savi (savimineraali) - ominaisuudet, muodostuminen ja käyttö

Tutustu saveen: sen ominaisuuksiin, muodostumiseen ja käyttöön — keramiikasta geologiaan. Selkeä opas savimineraalin rakenteesta, tyypeistä ja sovelluksista.

Savi on hienorakeinen silikaattimineraali, joka syntyy kivien hajotessa. Märkä savi on pehmeää, ja sitä voidaan muotoilla keramiikaksi, tiiliksi ja muiksi esineiksi. Kun savi muotoillaan ja poltetaan uunissa kovaksi, siitä tulee keramiikkaa. Polttaminen muuttaa saven kemiallista ja fysikaalista rakennetta: osa veden ja orgaanisen aineksen poistuu, raerakenne sintraantuu ja värisävyjä säätelevät rautaoksidit kiinnittyvät.

Savi sisältää usein jonkin verran vettä, koska vesimolekyylit tarttuvat pieniin rakeisiin. Savessa voi olla myös jonkin verran orgaanisia aineita. Vesipitoisuus tekee savesta muovautuvaa ja vaikuttaa siihen, miten helposti sille voi antaa muodon tai kuinka hyvin se kelpaa teolliseen prosessointiin (esim. muovaus, valaminen tai puristaminen). Kun savi kuivuu, se kutistuu; liiallinen kuivuminen voi johtaa halkeiluun tai rakenteen heikkenemiseen.

Ominaisuudet

Savimineraaleille on tyypillistä suuri pinta-ala suhteessa massaan, hieno rakenne ja kyky sitoa vesimolekyylejä. Monet savet omaavat korkean cation exchange capacity-arvon (ioninvaihtokapasiteetin), mikä tekee niistä tehokkaita kasvien ravinteiden pidättämisessä ja aineiden adsorboimisessa.

Erilaiset savimetarit käyttäytyvät eri tavoin:

• Jotkin, kuten montmorillonitti (bentoniitti), turpoavat voimakkaasti veden vaikutuksesta ja muuttuvat hyvin plastisiksi.
• Toiset, kuten kaoliiniitti, eivät juurikaan turpoa mutta ovat hienojakoisia ja kemiallisesti stabiileja.
• Saven sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet vaikuttavat mm. tiksotrooppisuuteen, läpäisevyyteen ja kitkakertoimeen.

Muodostuminen ja esiintyminen

Maaperästä, rapautumisen tuotteista ja sedimentaatioympäristöistä syntyy suurin osa savesta. Savi voi olla peräisin myös vulkaanisesta tuhkasta tai jäätiköitymisestä, ja muinaiset mutakivet muuttuvat ja hajoavat helposti jälleen savimaisiksi aineksiksi. Savimineraalit muodostuvat pääosin kemiallisen säätymisen, hydrotermisen muutoksen tai mekaanisen hienontumisen seurauksena.

Maailmassa tunnetaan noin 35 savimineraalilajia. Tavallisimpia ryhmiä ovat kaoliiniitit, illiitti, smektiitit (montmorillonit) ja kloriitit. Nämä ryhmät eroavat toisistaan kiderakenteen, veden sitomiskyvyn, ioninvaihto-ominaisuuksien ja turpoamisominaisuuksien perusteella. Savet esiintyvät laajalti järvien ja merien sedimenteissä, jokiuomissa, kosteikoissa sekä maanpinnan rapautumisvyöhykkeissä.

Hiukkaskoko ja kulkeutuminen

Savi on ylivoimaisesti pienin mutakivistä tunnistettava hiukkanen. Savihiukkanen on noin 1/1000 hiekanjyvän leveydestä — käytännössä saven partikkelikoko on yleensä alle noin 2 mikrometriä (µm), kun taas siltiksi luokitellaan 2–63 µm välistä ainetta. Tämä tarkoittaa, että savihiukkanen kulkee 1000 kertaa pidemmälle veden vakionopeudella, mikä edellyttää rauhallisempia olosuhteita laskeutumiselle. Savihiukkasten pieni koko ja suuri pinta-ala selittävät niiden hitaan laskeutumisen ja taipumuksen muodostaa tiiviitä kerrostumia.

Käyttö ja teolliset sovellukset

Perinteisin ja tunnetuin saven käyttö on keramiikkatuotteissa: posliinissa, savi- ja keraamisissa astioissa sekä rakennusmateriaalina tiilissä ja kattotiilissä. Savi toimii myös tärkeänä raaka-aineena poltetuissa tuotteissa ja teollisissa keraameissa, joissa sen koostumusta ja polttokäyttäytymistä säädetään tarkkaan.

Muita yleisiä käyttökohteita:

• Porakemikaalit ja porausnesteet: bentoniittityyppiset savet (montmorillonit) parantavat viskositeettia ja tiivistymistä.
• Suodattimet ja adsorbentit: savi sitoo raskasmetalleja, öljyjä ja orgaanisia yhdisteitä, minkä vuoksi sitä käytetään veden- ja jätevesien puhdistuksessa.
• Paperi- ja tekstiiliteollisuus: savipigmentit ja täyteaineet parantavat pinnan tasaisuutta ja värintoistoa.
• Maaperän parannus: tietyt savityypit auttavat säilyttämään kosteutta ja ravinteita kasvualustassa.
• Kosmetiikka ja lääkkeet: savella on imeytyviä ominaisuuksia, ja sitä käytetään mm. naamioissa ja voiteissa.
• Kaivossovellukset ja tiivistykset: bentoniitti toimii tehokkaana pohjaveden eristeenä kaivantojen ja kaatopaikkojen tiivistyskerroksissa.

Geotekniset vaikutukset ja riskit

Saven mekaaniset ominaisuudet ovat merkittäviä rakentamisessa ja ympäristönsuojelussa. Savi voi antaa kohteelle kohesioita ja pitää massan koossa, mutta se voi myös aiheuttaa ongelmia:

• Laajenevat savityypit voivat aiheuttaa perustusrakenteiden vaurioita kuivuus- ja kosteusvaihteluiden seurauksena.
• Savikerrokset voivat olla liukaspintaisia ja altistaa rinteitä liikkumiselle; saven tiksotrooppisuus voi heikentää kitkaa ja johtaa maanvyöryihin.
• Korkea vedenpidätyskyky tekee savikerroksista usein vähäläpäiseviä, mikä vaikuttaa pohjaveden virtauksiin ja salaojitukseen.

Rakentamisessa saven haittavaikutuksia voidaan vähentää mm. lämmönkuivauksella, tiivistyksellä, märkäsuunnittelulla ja kemiallisilla stabilointimenetelmillä (lime-, sementti- tai kalkkikäsittely).

Tunnistaminen ja kenttätestit

Saven voi tunnistaa kenttäoloissa muun muassa sormituntumalla: märkää savea voi venyttää ja muovata "nauhapuut" -testillä. Värisävyt kertovat usein rautaoksidien määrästä (punertava, kellertävä tai harmaa). Laboratoriotutkimuksilla määritellään partikkelikokojakauma, mineraalikoostumus ja kemialliset ominaisuudet.

Yhteenvetona: savi on monipuolinen ja teknisesti tärkeä materiaali. Sen pienet hiukkaset ja suuret pinta-alat tekevät siitä ainutlaatuisen sekä luonnonprosessien että teollisten sovellusten kannalta, mutta samalla sen taipumus sitoa vettä ja muuttua muotoaan kosteuden muuttuessa asettaa erityisvaatimuksia rakentamiselle ja maankäytölle.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä savi on?

K: Mitä märästä savesta voidaan valmistaa?

K: Mitä savelle tapahtuu, kun se poltetaan uunissa?

K: Mitä savi usein sisältää ja miksi?

K: Kuinka monta tunnettua savimineraalilajia maapallolla on?

K: Mistä savi on peräisin?

K: Mitä eroa on siltillä ja savella?

Hae kirjaimella