Vt 19 Seinäjoki. Kohderaportti TPPT 30 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA Kyösti Laukkanen Jari Pihlajamäki

Transkriptio

1 TIEN POHJA- JA PÄÄLLYSRAKENTEET TUTKIMUSOHJELMA Kohderaportti TPPT 30 Espoo, Vt 19 Seinäjoki Kyösti Laukkanen Jari Pihlajamäki VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka

2

3 Kyösti LAUKKANEN, Jari PIHLAJAMÄKI, Markku Pienimäki. Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie Espoo 1999, TPPT kohderaportti, Ra 3 Koerakenteiden rakentaminen, seuranta ja tulokset. Asiasanat Koetie, bitumi, sementti, komposiitti, asfalttirouhe, kantava kerros, suhteitus, mitoitus, vastemittaus TIIVISTELMÄ Tien pohja- ja päällysrakenteet (TPPT) tutkimusohjelmaan liittyvän tutkimuksen tavoitteena oli tuotteistaa TPPT:n materiaaliprojektin laboratoriokokeissa aiemmin hyviä tuloksia tuottaneen asfalttirouheen ja sementtilaastin komposiitin rakentamismenetelmä ja selvittää tämän komposiittityypin soveltuvuus tien kantavan tai sidekerroksen materiaaliksi. Tutkimuksen teki vuonna 1999 VTT Yhdyskuntatekniikka TPPT-projektin ja Vaasan tiepiirin toimeksiannosta. Tutkimusraportti sisältää tiedot Seinäjoelle kolmelle koetielle suunniteltujen asfalttirouhekomposiittien suhteituksesta ja mitoituksesta, yhden koetien (vt 19) rakentamisesta, laadusta sekä rakentamisvuoden ja vuoden 2001 vastemittauksista ja muista tutkimuksista. Suhteituskokeissa komposiitin tavoitelujuus saavutettiin alhaisemmalla sementtipitoisuudella kuin TPPT-projektin aiemmissa vastaavan massatyypin laboratoriokokeissa. Osin tästä syystä materiaalin jäykkyysmoduuli jäi alhaisemmaksi kuin aiemmin. Vt 19:lle Seinäjoelle rakennettuun koetiehen sisältyi 4 komposiittikoealuetta, jotka poikkesivat toisistaan sementtipitoisuuden tai kulutuskerroksen päällystelajin osalta. Komposiittikerrokset olivat 50 mm paksuja ja sementtipitoisuus oli 4 % tai vaihtoehtoisesti 3 %. Komposiittikerros suojattiin bitumiemulsiokerroksella ja sen päälle levitettiin kulutuskerrokseksi joko SMA tai AB. Komposiittimassan tiiveys jäi ennakkoon tehtyjen Proctor-kokeiden mukaan alhaiseksi. Korkea tyhjätila johtui todennäköisesti siitä, että käytössä ollut murske komposiittimassan kiviaineksena tiivistyi huonosti. Kahdelle muulle tielle (Kiikuntie ja Kourantie) Seinäjoelle suunnitellut koetiet jäivät vuonna 1999 toteutumatta ja niiden rakentaminen siirtyi myöhempään ajankohtaan. Näiden koeteiden komposiittimassojen osalta raportti sisältää suhteitus- ja mitoitustulokset. Kiikun ja Kourantien koeteitä myöhemmin rakennettaessa tulee tiivistämiseen kiinnittää erityistä huomiota. Ensimmäisen vuoden vastemittauksissa mitattiin vt 19:n referenssialueella % suurempia venymiä kuin komposiittialueella. Komposiittialueella oli kuitenkin paksumpi rakenne (erona paksumpi vanha asfalttialusta ja lisänä komposiittikerros). Kohteen tasaisuudessa ei ole tapahtunut juurikaan muutoksia. ABpäällysteisillä osuuksilla oli ennakko-odotusten vastaisesti hieman enemmän (alkavia) vaurioita kuin SMA-päällysteisillä osuuksilla. Kahden vuoden seurannan perusteella ei vielä voida sanoa, kumpi rakenne kestää paremmin. Koetieltä ei saatu otetuksi suunniteltuja poranäytteitä, koska näytteet hajosivat porattaessa. Koetien seurantaa tulee jatkaa erityisesti vastemittausten, pudotuspainomittausten, tasaisuuden ja vaurioiden osalta.

4 ALKUSANAT Tien pohja- ja päällysrakenteet tutkimusohjelman (TPPT) lopputulosten tavoitteena on entistä kestävämpien uusien ja perusparannettavien kestopäällystettyjen teiden rakentaminen siten, että myös rakenteiden vuosikustannukset alenevat. TPPT-ohjelmassa kehitettiin tierakenteiden mitoitusta (TPPT-suunnittelujärjestelmä). Suunnittelujärjestelmään kuuluvissa mitoitusohjeissa ja menetelmäkuvauksissa esitetään ne menettelytavat ja keinot, joita käyttäen tierakenne voidaan kohdekohtaisesti suunnitella ja mitoittaa. TPPT-suunnittelujärjestelmään sisältyy myös päällysrakenteen elinkaarikustannustarkastelu, jonka suorittamiseksi esitetään menettelytapa. Suunnittelujärjestelmälle on ominaista, että tierakenteen mitoitus tapahtuu paikkakohtaisilla tiedoilla ja parametreilla (liikenne, ilmasto, pohjamaa, käytettävät rakennemateriaalit, vanhat rakenteet). Mitoituksessa käytettävien pohjamaata ja rakennemateriaaleja koskevien parametrien määritys tapahtuu ensisijaisesti laboratoriokokeilla tai maastossa tehtävin mittauksin ja tutkimuksin. Myös muiden mitoituksessa tarpeellisten lähtötietojen hankinnassa ja ongelmakohtien tai muutoskohtien paikannuksessa käytetään maastossa ja tiellä tehtäviä havaintoja ja mittauksia. Suunnittelujärjestelmään kuuluvat oleellisena osana sitä täydentävät suunnittelun ja mitoituksen lähtötietojen hankintaa käsittelevät menetelmäkuvaukset. Esitettävät menetelmät ja menettelytavat on todettu käyttökelpoisiksi käytännön havaintojen ja kokeiden perusteella. TPPT-ohjelman tuloksena laaditaan myös yhteenveto ohjelmaan sisältyneistä, mitoitusohjeiden laadinnassa hyväksikäytetyistä koerakenteista sekä yhteenveto tien rakennekerrosten materiaaleista ja niiden valintaan vaikuttavista tekijöistä. Tämän koekohteen rahoittivat TPPT-projekti ja Vaasan tiepiiri. Tutkimus kohdistui ensisijaisesti asfalttirouhekomposiitin tuotteistamiseen. Tämän koekohteen raportin ovat tehneet dipl.ins. Kyösti Laukkanen, dipl.ins. Jari Pihlajamäki ja dipl.ins. Markku Pienimäki VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikasta. Marraskuussa 2001 Markku Tammirinne

5 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SISÄLTÖ 1 JOHDANTO Tutkimuksen tausta Tutkimuksen tavoite Kohteiden ja koealueiden valinta 7 2 SUHTEITUS Raaka-aineet Proctor-kokeet Optimisideainepitoisuuskokeet Jäykkyysmoduuli, puristuslujuus ja tyhjätila 11 3 MITOITUS Valtatie 19 Seinäjoki Valtatie 18 Kourantie Maantie 7035 Kiikuntie 18 4 RAKENTAMISOHJEET TYÖMAALLE Vt 19:n koeosuudet/ asemasekoitteinen massa Komposiitin alusta Massan valmistus Säänkestävyys Jälkihoito Vähäliikenteiset tiet/ Remix-sekoitteinen massa 21 5 KOEALUEIDEN INSTRUMENTOINTI RAKENTAMISEN AIKANA 23 6 VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN Yleistä Työmenetelmä Tiiveys ja kosteus Komposiitin sideainepitoisuus ja rakeisuus Komposiittikoealueiden sivukaltevuudet Päällysteen laatu Poranäytetutkimukset 27 7 SEURANTAMITTAUKSET Vastemittaukset Tasaisuus Vauriot 34 8 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET 36 9 KIRJALLISUUSVIITTEET 39

6

7 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie JOHDANTO 1 JOHDANTO 1.1 Tutkimuksen tausta TPPT-projektin yhteydessä kehitettiin uusi tien rakenneratkaisu, jossa käytetään sementtilaastilla sidottua asfalttirouhetta tien kantavana tai sidekerroksena. Laboratoriokokeiden mukaan tällaisella kerroksella saavutetaan hyvä jäykkyys ja hyvä väsymisen kestävyys. Rakenne soveltuu erityisesti korkealuokkaisten teiden sidekerrokseksi suurilla liikennemäärillä. Komposiittikerroksen päälle tehdään asfalttikulutuskerros, [1]. Vt 19:lla välillä Seinäjoki - Lapua aloitettiin vuonna 1999 korjaustyö, jossa tien pinnan sivukaltevuuden puutteet korjattiin jyrsimällä. Jyrsintätyöstä kertyi AB-rouhetta noin 8000 m3rtr. Tiepiirin tavoitteena oli saada jyrsitty rouhe hyötykäyttöön. 1.2 Tutkimuksen tavoite Tutkimuksen avulla pyrittiin tuotteistamaan asfalttirouheen ja sementtilaastin komposiitin rakentamismenetelmä ja selvittämään tämän komposiittityypin soveltuvuus tien kantavan tai sidekerroksen materiaaliksi. 1.3 Kohteiden ja koealueiden valinta Komposiittirakenteiden kokeilukohteiksi valittiin vt 19, mt 7035 Kiikuntie ja vt 18 Kourantie. Vt 19 on vilkasliikenteinen tie ja siksi se on TPPT-projektin kannalta erityisen tärkeä koekohde. Kiikuntie ja Kourantie ovat vähäliikenteisiä teitä, joilla tutkitaan asfalttirouhekomposiitin hyötykäyttömahdollisuuksia rakenteen parantamisessa. Korjaustyön rahoituksen supistumisen vuoksi v toteutettiin vt 19:n jyrsinnästä ja korjauksesta vain noin 600 m osuus (tieosa 6, väli ). Kiikuntien ja Kourantien koeosuudet siirtyivät myöhemmin toteutettaviksi. Koealueiden sijainti on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Koeteiden sijainti ja liikennemäärät. Tie Tieosa KVL KVL raskas vt 19 6/ vt 18 Kourantie 15/ mt 7035 Kiikuntie 1/

8 8 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SUHTEITUS 2 SUHTEITUS 2.1 Raaka-aineet Komposiittimassojen raaka-aineina suhteituskokeissa olivat taulukon 2 mukaiset materiaalit. Taulukko 2. Komposiittimassojen materiaalit suhteituskokeissa. Koeosuus Vt 19 Kiikuntie Kourantie Raaka-aineet Vt 19:n asfaltin jyrsinrouhe Lepoon murske 0-6 mm Harjunevan hiekka 0 0,5 mm Yleissementti Vt 19:n asfaltin jyrsinrouhe Lepoon murske 0-6 mm Kiikuntien ÖS-rouhe sekoitettuna kantavaan kerrokseen Yleissementti Vt 19:n asfaltin jyrsinrouhe Lepoon murske 0-6 mm Kourantien ÖS-rouhe sekoitettuna kantavaan kerrokseen Yleissementti Vaasan tiepiiri toimitti VTT:lle näytteet taulukon 2 mukaisista kiviaines- ja rouhemateriaaleista. Kiikuntien ja Kourantien paikalta otettu ÖS-rouhe ja kantavan kerroksen materiaali olivat sekoittuneet näytteenoton yhteydessä ja niistä yhdistetyn materiaalin arvioitiin sisältävän noin 50 % molempia. Suhteituskoetulokset perustuivat näihin näytteisiin. Rakeisuudet on esitetty liitteissä 1-5. Vt 19:n rouhe oli asfalttibetonirouhetta, jonka sideainepitoisuus oli 6,0 % ja rouheesta eristetyn sideaineen tunkeuma oli 38 (1/10 mm). Asfalttirouhekomposiitti valmistettiin kylmäsekoitteisena asfalttirouheesta, lisäkiviaineksesta ja sementistä. Massaa ei lämmitetty eikä rouheen vanhaa bitumista sideainetta elvytetty. Massan sekoitusvaiheessa asfalttirouhepaakkuseos oli yksi komposiittimassan raaka-aine. Tästä syystä asfalttirouhekomposiittimassan rakeisuuskuvissa asfalttirouhe on yksi massan lajite. Vertailun vuoksi on liitteessä 3 esitetty myös vt 19:lle levitetyn komposiittimassan sisältämän kiviaineksen rakeisuus ja sen osa-aineiden kiviainesten rakeisuudet. TPPT-projektin materiaalitutkimusten [1] v tehtyjen laboratoriokokeiden materiaalit poikkesivat edellä kuvatuista koetien materiaaleista siten, että aiemmissa laboratoriokokeissa rouhe oli SMA-rouhetta ja sementtilaastin kiviaines luonnon hiekkaa.

9 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SUHTEITUS 2.2 Proctor-kokeet Proctor-kokeet tehtiin ilman sementtiä ja sementtipitoisuudella 4,8 %. Massojen maksimikuivatilavuuspainot jäivät Proctor-kokeissa suhteellisen alhaisiksi. Optimikosteus oli kaikilla massoilla sementtiä käytettäessä välillä 6,4-7,0 % (taulukko 3). Vesipitoisuuden alentaminen olisi edelleen heikentänyt massan tiivistyvyyttä. Sementtipitoisuudella ei ollut suurta vaikutusta optimikosteuteen (kuva 1). Taulukko 3. Koemassojen optimivesipitoisuudet, maksimikuivatilavuuspainot ja niitä vastaavat märkätilavuuspainot suhteituskokeissa. sem-% 0 4,8 0 4,8 0 4,8 Optimikosteus Märkätilavuuspaino Max. kuivatilav.paino m-% m-% kg/m3 kg/m3 kg/m3 kg/m3 Vt 19 7,0 6, Kiikuntie 7,5 6, Kourantie 6,4 6, Optimivesipitoisuus [m-%] Vt 19 Kiikunt. Kourant Sementtipitoisuus [m-%] Kuva 1. Massan optimivesipitoisuuden riippuvuus sementtipitoisuudesta. 2.3 Optimisideainepitoisuuskokeet Suhteitustavoite oli valmistaa sitkeän murtumistavan omaava komposiittimassa, jonka puristuslujuus oli 4-5 MPa 7 vrk:n iässä. Sitkeydellä tarkoitetaan tässä yhteydessä komposiitin kykyä kestää vetoa murtumisen jälkeen.

10 10 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SUHTEITUS Massojen vesipitoisuudet valittiin Proctor-kokeiden optimikosteuden perusteella. Optimisideainepitoisuus määritettiin kokeellisesti selvittämällä massan koostumus, jolla suhteitustavoite toteutui. Tätä tarkoitusta varten valmistettiin isolla ICT:llä 150 mm korkeita näytteitä, joiden koostumus oli taulukon 4 mukainen. Näytteet tiivistettiin ICT:n automatiikalla Proctor-tiiveyteen, johon ICT pystyi ne helposti tiivistämään. Taulukko 4. Koemassojen koostumukset. V a l t a t i e 1 9 Kiikuntie Kourantie KOOSTUMUS S1 S2 S3 S4 K1 K2 R1 R2 % % % % % % % % Harjunevan hiekka 0-0,5 mm Murske Lepoo 0-6 mm Vt 19:n rouhe (kuiva) Kiikuntien ÖS rouhe + Kk Kourantien ÖS rouhe + Kk Sementtipitoisuus 7,0 5,5 4,0 4,0 6,0 3,0 6,0 3,0 Vesipitoisuus 6,8 6,7 4,9 6,9 6,1 6,8 6,8 6,6 Kiviainesten osuudet on ilmoitettu prosentteina kuivan runkoaineksen painosta. Sementtipitoisuus ja vesipitoisuus on ilmoitettu prosentteina kuiva-ainesten (kuiva runkoaines+sementti) painosta. Näytteistä määritettiin puristuslujuus 7 vrk:n iässä. Puristuslujuuskokeiden tulokset on esitetty kuvissa 2-4. Kuvissa on esitetty yksittäisten näytteiden puristuslujuuksien ala- ja ylärajat. (Kourantien rinnakkaisnäytteillä ala- ja yläraja ovat samat). 7 6 Vt 19 Puristuslujuus 7d [MPa] yläraja alaraja Sementtipitoisuus [%] Kuva 2. Vt 19:n komposiittikoemassojen puristuslujuus (7d).

11 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SUHTEITUS 7 6 Kiikuntie Puristuslujuus 7d [MPa] yläraja alaraja Sementtipitoisuus [%] Kuva 3. Kiikun komposiittikoemassojen puristuslujuus (7 d). 7 6 Kourantie Puristuslujuus 7d [MPa] yläraja alaraja Sementtipitoisuus [%] Kuva 4. Kourantien komposiittikoemassojen puristuslujuus (7 d). 2.4 Jäykkyysmoduuli, puristuslujuus ja tyhjätila Optimisideainepitoisuuskokeiden tulosten perusteella valittiin kullekin koetielle kaksi massan koostumusta jäykkyysmoduuli- ja lujuuskokeisiin taulukon 5 mukaisesti. Lujuuskoenäytteet (h 150 mm, D 150 mm) tiivistettiin ICT:n automatiikalla Proctor-tiiveyteen. Jäykkyysmoduulinäytteet (h 300 mm) tiivistettiin Kango-vasaralla pyrkien Proctor-tiiveyteen (tiivistys 6:ssa kerroksessa, tärytysaika 10 s/kerros).

12 12 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SUHTEITUS Taulukko 5. Koemassojen koostumukset jäykkyysmoduuli- ja lujuuskokeissa (28d). Valtatie 19 Kiikuntie Kourantie KOOSTUMUS A B C D E F % % % % % % Harjunevan hiekka 0-0,5 mm 7 7 Murske Lepoo 0-6 mm Vt 19:n rouhe (kuiva) Kiikuntien ÖS rouhe + Kk Kourantien ÖS rouhe + Kk Sementtipitoisuus 4 3 4, Vesipitoisuus 6,9 6,9 6,4 6,8 6,7 6,6 Kiviainesten osuudet on ilmoitettu prosentteina kuivan runkoaineksen painosta. Sementtipitoisuus ja vesipitoisuus on ilmoitettu prosentteina kuiva-ainesten (kuiva runkoaines+sementti) painosta. Tyhjätila Massa tiivistyi Proctor-kokeessa heikosti ja tästä syystä maksimikuivatilavuuspaino jäi alhaiseksi. Lujuuskokeiden komposiitti-massojen tyhjätila oli kaikilla koostumuksilla noin 20 %. Tyhjätila oli korkea. Maabetoneilla tyypilliset tyhjätila-arvot ovat %, [2]. Maabetonitöissä ei tyhjätilaa kuitenkaan yleensä määritetä, vaan käytetään pelkkiä Proctor-tavoitetiiveyksiin verrattavia mittaustuloksia. Jos vesimäärää olisi alennettu, olisi tiivistyminen Proctor-kokeessa ollut vielä heikompaa ja tyhjätila olisi edelleen kasvanut. Korkea tyhjätila johtui todennäköisesti käytettävissä olleesta murskatusta kiviaineksesta, joka ei sementtilaastin osana tiivistynyt Proctor-kokeessa enempää. Massan laskennallisen tiheyden määrittämiseen käytettiin menetelmää PANK-4108 ja tyhjätilan laskemiseen menetelmää PANK-4114 korjaten laskelmaa sementin toiminnan mukaisesti. Komposiittimassan sementti reagoi veden kanssa ja osa vedestä sitoutuu kemiallisesti hydrataatioreaktiossa. Tyhjätilalaskelmissa arvioitiin kemiallisesti sitoutuvan veden määräksi 25 % sementin painosta ja muodostuvan sementtipastan tiheydeksi noin 2450 kg/m3, mikä vastaa tilannetta, jossa sementti on täysin hydratoitunut, [3]. Sementillä sidotuilla massoilla tyhjätilan määritys on vaikeampaa kuin asfalteilla sementin geeliytymisen vuoksi. Pelkkä tyhjätilan kokonaismäärä ei ratkaise sementillä sidotun rakenteen säänkestävyyttä. Tärkeitä huokoisuusominaisuuksia säänkestävyyden kannalta ovat erityisesti myös huokoskoko ja huokosjakautuma.

13 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SUHTEITUS Puristuslujuus 28 d Puristuslujuuskokeet tehtiin +23 C lämpötilassa kuormitusnopeudella 2,5 kn/s. Kunkin koetien komposiittimassojen puristuslujuudet 28 d iässä on esitetty kuvassa 5. Vt 19:lle suunnitellun 4 % sementtiä sisältävän massan puristuslujuus oli samaa tasoa kuin vuoden 1997 laboratoriokokeissa, vaikka v sementtipitoisuus oli pienempi, [1]. 5 Puristuslujuus d28 [MPa] Vt 19/ yläraja Vt 19/ alaraja Kiikunt./ yläraja Kiikunt/ alaraja Kourant./ yläraja Kourant./ alaraja 0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Sementtipitoisuus [%] Kuva 5. Kolmen koetien komposiittimassojen puristuslujuus (28 d). Jäykkyysmoduuli Jäykkyysmoduulit tutkittiin +15 C lämpötilassa 1-aksiaaliseen puristukseen perustuvalla menetelmällä. Komposiittimassojen jäykkyysmoduulit on esitetty kuvassa 6, näytekohtaiset tulokset ovat liitteessä 6. Vt 19:n komposiittimassasta tutkittiin myös näytteen iän vaikutus jäykkyyteen. Komposiitti oli saavuttanut 2 vrk:n iässä 48 % ja 8 vrk:n iässä 89 % 28 vrk:n ikää vastaavasta jäykkyydestä, kuva 7. Jälkikäteen todettiin, että 4 % sementtiä sisältänyt vt 19:n komposiittinäyte oli vaurioitunut, kun sille tehtiin jäykkyysmoduulimääritys 2 vrk iässä. Tästä syystä kuvassa 6 sen jäykkyys on poikkeavan alhainen. Tämän näytteen jäykkyysmoduuliksi arvioitiin muiden näytteiden perusteella 7000 MPa. Vertailuna aiempaan TPPT-tutkimukseen [1] voidaan todeta vt 19:n komposiitin jäykkyyden jääneen suhteituskokeissa merkittävästi (38 %) alhaisemmaksi kuin v massassa, jonka raaka-aineina olivat SMA-rouhe ja luonnonhiekkalajitteet. V kokeissa sementtipitoisuus oli korkeampi (4,9 %), mikä luonnollisesti lisäsi jäykkyyttä.

14 14 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SUHTEITUS Sem 3 % 3979 Kourantie Sem 5 % 8030 Sem 3 % 4434 Kiikuntie Sem 4,7 % 7911 Sem 3 % Sem 4 % Vt Jäykkyysmoduuli Mr [MPa] Kuva 6. Koeteiden komposiittimassojen jäykkyysmoduulit (28 d, T=+15 C) Jäykkyysmoduuli Mrk [MPa] Sem 4 %, T = +15 C Ikä (d) Kuva 7. Komposiittimassan jäykkyysmoduulin riippuvuus koestusiästä (vt 19).

15 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie MITOITUS 3 MITOITUS 3.1 Valtatie 19 Seinäjoki Taulukoissa 6-8 on esitetty valtatien rakennekerrokset, niiden paksuus ja moduuli mitoituslaskelmia varten. Vanhan AB-kerroksen moduulin on oletettu pudonneen puoleen alkuperäisestä, mikä oletus on varmalla puolella. Tien otaksutaan vaurioituvan liikennekuormituksen aiheuttaman väsymisen takia. Vaurioitumiskriteerinä käytettiin alimmalle kerrokselle (vanhalle AB:lle) Shellin väsymissuoraa (log-log-asteikolla), joka on maailmalla yleisimmin käytetty. Komposiittikerroksen väsyminen tarkastettiin TPPT-tutkimusten yhteydessä määritetyllä väsymissuoralla. Väsymiskestävyyden ilmaisevat sidottujen kerrosten alapinnan venymät, jotka 10 tonnin standardiakseli aiheuttaa, laskettiin Bisar-monikerrosohjelmalla, joka on kansainvälisesti käytetyin vastaaviin tarkasteluihin. Tie mitoitettiin 20 vuodelle. Tätä vastaava kuormituskertaluku laskettiin seuraavin olettamuksin: - KVL raskas liikenne kuormitusekvivalentti 1,5 (Raskas liikenne 35 % yksittäisiä, 65 % yhdistelmiä) - leveyskerroin 0,4 Tällöin kuormituskertaluku 20 vuodelle oli 20*365*1540*1,5*0,4 = 6,8 miljoonaa Seuraavien taulukoiden kerrospaksuudet saatiin siten, että annetuilla paksuuksilla laskettiin kriittiset muodonmuutokset (sidottujen kerrosten alapinnan venymät), joita vastaava kuormituskertaluku saatiin väsymiskriteeristä. Muuttujina pidettiin kahden ylimmän kerroksen paksuuksia, joita iteroitiin niin, että lasketuilla paksuuksilla saatua venymää vastaava kuormituskertaluku oli suurempi kuin liikennemäärästä laskettu mitoituskuormituskertaluku. Taulukon 6 mukaan massan A mukaisen koostumuksen omaavan komposiittikerroksen alapintaan saatiin laskelmissa venymä 92 µs, mitä vastaava kuormituskertaluku oli 37 miljoonaa. Tämä kerros ei siten ollut kriittinen. Vanhan AB:n alapintaan saatiin laskemalla 193 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua yli 10 miljoonaa, kun vaadittu oli 6,8 miljoonaa. Komposiitin koostumukset A ja B on esitetty taulukossa 13.

16 16 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 MITOITUS Taulukko 6. Vt 19, komposiittikoostumus A:n (4 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) SMA KOMPOSIITTI A AB (VANHA) KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA 20 Tällä rakenteella koostumuksella B komposiittikerroksen alapintaan saatiin laskelmissa 93 µs, mitä vastaava kuormituskertaluku oli 33 miljoonaa (taulukko 7). Tämäkään kerros siis ei ollut kriittinen. Vanhan AB:n alapintaan saatiin laskemalla 202 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua lähes 10 miljoonaa, kun vaadittu tässäkin oli 6,8 miljoonaa. Taulukko 7. Vt 19, komposiittikoostumus B:n (3 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) SMA KOMPOSIITTI B AB (VANHA) KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA 20 Referenssirakenteella vanhan AB-kerroksen alapintaan laskettiin 214 µs, mikä vastasi noin 8 miljoonan kuormituskertalukua, kun vaadittu oli 6,8 miljoonaa, joten tälläkin rakenteella saavutettiin 20 vuoden suunnitteluikä (taulukko 8).

17 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie MITOITUS Taulukko 8. Vt 19, referenssirakenteen rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) SMA AB (VANHA) KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA Valtatie 18 Kourantie Tie mitoitettiin 15 vuodelle. Tätä vastaava kuormituskertaluku laskettiin seuraavin olettamuksin: - KVL raskas liikenne kuormitusekvivalentti 1,5 (raskas liikenne 35 % yksittäisiä, 65 % yhdistelmiä) - leveyskerroin 0,75 Tällöin kuormituskertaluku 15 vuodelle oli 15*365*125*1,5*0,75 = 0,75 miljoonaa Mitoituslaskelmat tehtiin kahdella taulukon 14 mukaisella komposiitin koostumuksella K1 ja K2. Taulukossa 9 on esitetty mitoituksen tulokset. Komposiittikerroksen (130 mm) alapintaan laskettiin venymäksi 129 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua 1,7 miljoonaa eli yli kaksinkertaisesti vaadittua. Jos tehdään 120 mm paksu stabilointikerros, laskettu venymä on 138 µs, mikä vastaa kuormituskertalukua 0,92 miljoonaa, kun vaadittu oli 0,75 miljoonaa. Minimikerrospaksuus riippuu myös käytettävästä stabilointikalustosta.

18 18 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 MITOITUS Taulukko 9. Vt 18 Kourantie, komposiittikoostumus K1:n (4 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) PAB-V KOMPOSIITTI K KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA 20 Taulukossa 10 on esitetty mitoituksen tulokset komposiittikoostumus K2:lle. Komposiittikerroksen alapintaan laskettiin venymäksi 139 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua 0,86 miljoonaa. Taulukko 10. Vt 18 Kourantie, komposiitti K2:n (3 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) PAB-V KOMPOSIITTI K KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA Maantie 7035 Kiikuntie Tie mitoitettiin 15 vuodelle. Tätä vastaava kuormituskertaluku laskettiin seuraavin olettamuksin: - KVL raskas liikenne 33 - kuormitusekvivalentti 1,5 (raskas liikenne 35 % yksittäisiä, 65 % yhdistelmiä) - leveyskerroin 1,0 Tällöin kuormituskertaluku 15 vuodelle oli 15*365*33*1,5*1,0 = 0,27 miljoonaa Mitoituslaskelmat tehtiin kahdella taulukon 14 mukaisella komposiitin koostumuksella K1 ja K2.

19 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie MITOITUS Taulukossa 11 on esitetty mitoituksen tulokset Kiikuntien komposiittikoostumukselle K1. Komposiittikerroksen alapintaan laskettiin venymäksi 124 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua 2,4 miljoonaa. Jos tehdään 100 mm paksu stabilointikerros, laskettu venymä on 152 µs, mikä vastaa kuormituskertalukua 0,38 miljoonaa, kun vaadittu oli 0,27 miljoonaa. Taulukko 11. Mt 7035 Kiikuntie, komposiitti K1:n (4 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) PAB-V KOMPOSIITTI K KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA 20 Taulukossa 12 on esitetty mitoituksen tulokset Kiikuntien komposiittikoostumukselle K2. Komposiittikerroksen alapintaan laskettiin venymäksi 151 µs, mikä vastasi kuormituskertalukua 0,40 miljoonaa, kun vaadittu oli 0,27 miljoonaa. Taulukko 12. Mt 7035 Kiikuntie, komposiitti K2:n (3 % sementtiä) rakennekerrokset, paksuudet ja moduulit. Rakennekerros Kerrospaksuus (mm) Moduuli (MN/m 2 ) PAB-V KOMPOSIITTI K KANTAVA JAKAVA SUODATIN POHJAMAA 20

20 20 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 RAKENTAMISOHJEET TYÖMAALLE 4 RAKENTAMISOHJEET TYÖMAALLE 4.1 Vt 19:n koeosuudet/ asemasekoitteinen massa Työmaalle annettiin rakentamisesta seuraavat ohjeet Komposiitin alusta Alusta imuroidaan jyrsinnän jälkeen ja kostutetaan vedellä ennen komposiitin levitystä. Komposiitin levitysvaiheessa ei alustalla saa kuitenkaan olla vesilätäköitä Massan valmistus Vt 19:n koealueille kantavan kerroksen komposiittimassa valmistetaan rakennustyön aikana asemasekoitteisena. Komposiittimassojen koostumukset ovat taulukon 13 mukaiset. Proctor-kokeissa komposiitin A märkätiheys oli 2220 kg/m3 ja maksimikuivairtotiheys 2080 kg/m3. Komposiitin B vastaavat arvot olivat 2208 ja 2060 kg/m3. Työmaalla tuli pyrkiä 100 %:iin parannetusta Proctor-tiiveydestä. Komposiittikerroksen päälle tuleva asfalttikerros suhteitetaan tiiviiksi siten, että sen tyhjätila tulee lähelle asfalttinormien taulukon 28 mukaista kyseisen massatyypin alarajaa (tavoite 2-3 %). Taulukko 13. Komposiittien koostumukset A ja B vt 19:lla Valtatie 19 KOOSTUMUS A B % % Harjunevan hiekka 0-0,5 mm 7 7 Murske Lepoo 0-6 mm Vt 19:n rouhe (kuiva) Sementtipitoisuus 4 3 Vesipitoisuus 6,9 6,9 KERROSPAKSUUS mm mm Komposiittikerros Kiviainesten osuudet on ilmoitettu prosentteina kuivan runkoaineksen painosta. Sementtipitoisuus ja vesipitoisuus on ilmoitettu prosentteina kuiva-ainesten (kuiva runkoaines+sementti) painosta.

21 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie RAKENTAMISOHJEET TYÖMAALLE Säänkestävyys Asfalttirouhekomposiitin pakkasenkestävyys todettiin TPPT-projektissa riittäväksi SFS-standardin mukaisella kokeella. Koska komposiitti sisältää merkittävästi sementtiä, tulee ottaa huomioon myös sementillä sidotun rakenteen säänkestävyysominaisuudet. Maabetonirakenteilla on todettu ongelmia säänkestävyydessä, kun suoraan maabetonin päälle on tehty SMA. Erityisesti liukkaudentorjuntasuola saattaa vaurioittaa sementillä sidottua rakennekerrosta, jos välittömästi sen päälle on tehty vettä läpäisevä SMA. Myöskään bitumisively ei näissä maabetonikohteissa ole ollut riittävä eristyskerros SMA:n ja maabetonin välissä. Sen sijaan käytettäessä tiivistä asfalttibetonikerrosta maabetonin päällä ei tämän tyyppisiä vaurioita ole ilmennyt Jälkihoito Komposiittikerros tulee pitää kosteana vähintään 7 vrk rakentamisen jälkeen. Jälkihoitoaineeksi soveltuu bitumiemulsio, jota ruiskutetaan komposiitin pinnalle 1-2 mm kerros. Bitumiemulsio ruiskutetaan samana päivänä kuin komposiitti on levitetty, aikaisintaan noin 3 h kuluttua. Jos jälkihoitoaineena käytetään vesikastelua, aloitetaan se komposiitin valmistumista seuraavana päivänä. Komposiitin saa päällystää aikaisintaan, kun on kulunut kaksi vuorokautta sen valmistumisesta. Komposiitin päällä raskailla ajoneuvoilla liikkumista tulee mahdollisuuksien mukaan välttää, kunnes komposiitin valmistumisesta on kulunut 1 viikko. 4.2 Vähäliikenteiset tiet/ Remix-sekoitteinen massa Kahdelle vähäliikenteiselle tielle (Kiikuntie ja Kourantie) oli molemmille suunniteltu kaksi asfalttirouhekomposiittikoealuetta. Niissä raaka-aineena ovat nykyinen tien vanha öljysora ja sitomattoman kantavan kerroksen yläosa, vt 19:n asfalttirouhe ja lisäkiviaineksena (Lepoon murske 0-6 mm). Työ on suositeltavaa tehdä Remix-stabilointityönä, jolloin massan vesipitoisuus on hyvin hallittavissa. Saman vähäliikenteisen tien komposiittikoealueet on suunniteltu sijoitettaviksi peräkkäin ja kunkin koealueen pituus on 100 m. Vertailurakenteina ovat pelkän asfalttirouheen sekoitus vanhan tien pintakerrokseen sekä piirin tavanomainen korjaustapa (esim. bitumistabilointi). Molemmille teille tehdään komposiittikoealueet massan koostumuksilla K1 ja K2, taulukko 14.

22 22 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 RAKENTAMISOHJEET TYÖMAALLE Taulukko 14. Koealueiden massojen suhteitusohje (Kiikuntie ja Kourantie). KOMPOSIITIN KOOSTUMUS K1 K2 % % Murske Lepoo 0-6 mm Vt 19:n rouhe (kuiva) Korjattavan tien vanha ÖS rouhe + kantava kerros Sementtipitoisuus 4 3 Vesipitoisuus 6,5 6,7 KOMPOSIITIN KERROSPAKSUUS mm mm Vt 18 Kourantie mt 7035 Kiikuntie Kiviainesten osuudet on ilmoitettu prosentteina kuivan runkoaineksen painosta. Sementtipitoisuus ja vesipitoisuus on ilmoitettu prosentteina kuiva-ainesten (kuiva runkoaines+sementti) painosta.

23 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie KOEALUEIDEN INSTRUMENTOINTI RAKENTAMISEN AIKANA 5 KOEALUEIDEN INSTRUMENTOINTI RAKENTA- MISEN AIKANA Vt 19:n koerakenteista instrumentoitiin kaksi osuutta, koealue 1 (komposiitti A, PL ) ja vertailualue (SMA, PL ). Antureina käytettiin VTT:n kehittämiä "retrofit"-venymäantureita, joissa venymäliuska on liimattu suoraan sidotun kerroksen alapintaan liimattavaan asfalttikiekkoon. Antureilla mitataan kuorma-auton tien sidottujen kerrosten alapintaan aiheuttamaa venymää, mikä kuvaa rakenteen kykyä kestää liikennekuormitusta. Kumpaankin alueeseen asennettiin jyrsityn vanhan AB:n alapintaan venymäantureita, kuormitussuuntaan nähden pitkittäin, viisi kappaletta samaan linjaan. Anturit asennettiin 1,00 m välein paaluvälille oikeanpuoleiseen pyöräuraan ja vastaavasti vertailuosuudelle paaluvälille Jyrsityn vanhan AB:n paksuus oli koealueella 1 (komposiitti A) 125 mm ja vertailualueella (SMA) 110 mm. Päällystämisen yhteydessä kummastakin alueesta tuhoutui yksi anturi, joten kumpaankin jäi neljä toimivaa anturia. Kiikuntien kahdelle koealueelle oli myös suunniteltu asennettavaksi mittausanturit, mutta työ jäi tekemättä, koska tien parannustyö siirtyi myöhemmin toteutettavaksi.

24 24 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN 6 VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN 6.1 Yleistä Koetie sijaitsi vt 19:n pohjoisen ajoradan oikeanpuoleisella kaistalla Seinäjoen raviradan kohdalla. Koetielle (tieosa 6/ ) rakennettiin neljä komposiittikoealuetta ja vertailurakenne (taulukko 15). Kaikki koealueet tehtiin laatikkojyrsitylle AB-alustalle. Komposiitit A ja B erosivat toisistaan sementtipitoisuuden osalta. Koealueilla vaihdeltiin myös kulutuskerrospäällystettä, koska SMA on normaaliratkaisu tällä liikennemäärällä, mutta asfalttibetoni suojaa tiiviimpänä paremmin suolavesiltä alla olevaa komposiittia. Ennen päällystämistä komposiittipinnalle levitettiin bitumiemulsiota noin 0,5 kg/m2. Koealueiden 4 ja 5 välillä oli komposiitista tehty 0-50 mm paksu siirtymäkiila, koska vertailukoealueelle 5 ei levitetty lainkaan uutta massaa kulutuskerroksen alle. Taulukko 15. Toteutetut rakenteet vt 19:n koealueilla 1-5. Koe- Etäisyys Komposiittikerros Päällyste Pituus, m alue tieos. al. m Tyyppi paksuus mm sem % Komp A 50 4 SMA 18/ Komp A 50 4 AB 18/ Komp B 50 3 AB 18/ Komp B 50 3 SMA 18/ SMA 18/ Työmenetelmä Asfalttirouheen ja sementtilaastin komposiitin valmistuksessa käytettiin seuraavaa kalustoa: Sekoitusasema MX-45 E, Kalottikone Oy Levityskone VÖGELE SUPER 1804 Tiivistysjyrät: STA VSH 61, kokoluokka 5000 INVICTA, kokoluokka Kuljetuskalusto: neljä kuorma-autoa, joista oli varustettu yksi allaslavalla ja kolme tavallisella kippilavalla. Sekoitusasemalta oli kohteeseen matkaa 5,7 km ja kuljetukseen kului aikaa alle kymmenen minuuttia.

25 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN Jyrsittyä alustaa ei kostutettu ennen komposiitin levitystä kuten asennusohjeessa oli esitetty. Alustan pinta oli yhtä vesilätäkköä lukuunottamatta kuiva, sillä edellisestä sateesta oli kulunut noin vuorokausi. Komposiittimassan levitys ja tiivistys tapahtuivat samaan tapaan kuin tavallisen päällysteen rakentaminen (kuva 8). Levitys aloitettiin noin 20 metriä ennen koealue neljän alkua tekemällä siirtymäkiila, koska vertailurakenteen kantava kerros oli ohuempi kuin komposiittikerros. Levityksen alkuvaiheessa tarkastettiin kerrospaksuus mittanaulalla. Koealue kolmen ja kahden rajalla komposiitin koostumus vaihtui. Tällöin levitys keskeytettiin ja ylimääräinen komposiittimassa B lähetettiin takaisin sekoitusasemalle ja levitystä jatkettiin komposiittimassalla A. Komposiitin tiiveys mitattiin ennen tiivistystä ja tiivistämisen aikana Troxlerlaitteella. Komposiitin tiivistys aloitettiin viiden tonnin jyrällä. Ensimmäisen jyräyskerran jälkeen tehtiin uudet tiiveysmittaukset. Sen jälkeen massaa tiivistettiin vielä pari kertaa pienemmällä jyrällä. Lopputiivistys tehtiin jyräämällä isolla jyrällä koko koealue kertaalleen päästä päähän. Tiivistyksen jälkeen odotettiin vähän yli kaksi tuntia ennen bitumiemulsion ruiskutuksen aloittamista. Ruiskutus tehtiin liimamopolla ja se aloitettiin koealueesta neljä ja kolme. Kaiken kaikkiaan rakentaminen sujui sujuvasti ja ilman ongelmia. Ajoitus Kaikkien neljän alueen komposiittimassan levitys kesti yhteensä 2 h 34 min (levitysyön alkamisesta tiivistämisen päättymiseen). Levitys sujui häiriöttä. Ainoastaan komposiittimassan koostumuksen vaihtuessa oli odotusaikaa muutama minuutti (taulukko 16). Taulukko 16. Komposiittimassan levitystyön ajoitus ja kestoaika. K o e a l u e Levitys alkoi, kello 8:16 8:55 9:20 9:59 Tiivistys päättyi, kello 10:54 10:53 10:52 10:51 Kesto (min) Komposiitin päälle levitetyn bitumiemulsion ruiskutus tapahtui klo 13:10-14:00.

26 26 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN Tiiveys ja kosteus Levitetyn komposiittikerroksen tiiveys ennen jyräystä oli päällystysyksikön teettämien Troxler-mittausten mukaan molemmilla komposiittikoostumuksilla keskimäärin 87 % suhteituskokeiden yhteydessä määritetystä parannetusta Proctor-tiiveydestä. Tiivistyksen jälkeen oli komposiitin A tiiveys keskimäärin 93 % ja yksittäiset mittaustulokset vähintään 92 %. Komposiitilla B vastaava keskiarvo oli 94 % ja yksittäisistä arvoista (12 kpl) kaksi mittaustulosta alitti 92 %. Troxler-mittausten mukaan komposiitin A vesipitoisuus oli keskimäärin 8,6 % ja komposiitin B keskimäärin 8,3 % (liite 7). Massanäytetutkimusten mukaan vesipitoisuus oli 6,3-6,5 % (neljä näytettä, liite 8a-8d). Vesipitoisuustavoite oli 6,9 %. Komposiitille ei uutena materiaalina ollut Tielaitoksen asettamaa tiiveysvaatimusta. Tiiveyttä verrattiin kuitenkin muiden sidottujen kantavien kerrosten tiiveysvaatimuksiin maabetonikerroksen yksittäisen näytteen tiiveyden tulee olla vähintään 92 % ja keskiarvon vähintään 97 % parannetusta Proctor-tiiveydestä, [4]. bitumistabilointikerroksen yksittäisen näytteen tiiveyden tulee olla vähintään 92 % ja keskiarvon vähintään 95 % parannetusta Proctor-tiiveydestä (menetelmä Troxler suoramittaus), [5]. Vt 19:n työmaalle oli annettu ohje pyrkiä 100 %:iin parannetusta Proctor-tiiveydestä. Nämä tiiveystavoitteet eivät siten täyttyneet, vaikka Proctor-kokeiden mukainen tavoitetiiveys oli alhainen ja vastasi korkeaa tyhjätilaa. Rakenteesta ei toistaiseksi ole saatu poranäytteitä, joista työmaalla toteutunut tyhjätila olisi voitu selvittää Komposiitin sideainepitoisuus ja rakeisuus Tielaitoksen tutkimustulokset komposiittimassanäytteiden rakeisuuksista ja sideainepitoisuuksista on esitetty liitteessä 8a-8d Komposiittikoealueiden sivukaltevuudet Jyrsitty asfaltti vaaittiin yhdestä ja valmiin komposiitin pinta kuudesta poikkileikkauksesta. Paalulla 1548 oli komposiitin kerrospaksuus keskimäärin 62 mm. Koealueen sivukaltevuuden suunta muuttuu paalujen 1720 ja 1800 välillä. Paalulla 1720 sivukaltevuus on noin 1 %, paalulla 1880 alle 3 % muissa mitatuissa poikkileikkauksissa välillä 1-2 %. Poikkileikkauskuvat on esitetty liitteissä 9a-9c.

27 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie VT 19 KOETIEN RAKENTAMINEN Päällysteen laatu Kulutuskerroksen kivimastiksiasfaltin (SMA) ja asfalttibetonin (AB) rakeisuus ja sideainepitoisuus on esitetty liitteissä 10a ja 10b. Liitteessä 11 on esitetty päällystysurakan työmaaraportti Poranäytetutkimukset Komposiittikoetien eri koealueilta yritettiin porata näytteet (D 100 mm) läpi kaikkien sidottujen kerrosten, kun komposiitti oli muutaman viikon ikäinen. Porausta yritettiin uudelleen myöhemmin syksyllä sekä kolmannen kerran talvella Komposiitista ei saatu poratuksi ehjiä näytteitä millään kerralla. Kuva 8. Komposiitin levittäminen ja tiivistäminen.

28 28 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SEURANTAMITTAUKSET 7 SEURANTAMITTAUKSET 7.1 Vastemittaukset Raskaan liikenteen aiheuttamia muodonmuutoksia, venymiä sidottujen kerrosten alapintaan mitattiin Vastemittauksissa käytetty kuormaauto oli Tielaitoksen täysperävaunullinen Sisu SM300. Mittaukset tehtiin ajoneuvolla, minkä perävaunussa oli sekä paripyörin että yksittäispyörin varustetut akselit. Akselipainona käytettiin kummallekin akselille 80, 100 ja 115 kn (Kuva 9). Etupyörä (12R22,5) Paripyörä (12R22,5) Yksittäispyörä (385R22,5) Akseli 1 Akseli 2 Akseli 3 Akseli 4 Akseli 5 Auto 1 (S01) Auto 2 (S02) Auto 3 (S03) Kuva 9. Mittauksissa käytetyn kuorma-auton pyörätyypit ja akselipainot [kn]. Kuvassa 10 on esitetty tyypillinen venymäanturin signaali, joka on mitattu komposiittikoealueelta. Jokaisen akselin aiheuttama päällysteen venymä näkyy selvästi ja jokaisen akselin kohdalla on puristusta ennen ja jälkeen vedon, mikä aiheutuu päällysteen taipumisesta ja "aaltomaisesta" käyttäytymisestä. Kuvassa 11 on esitetty signaali, joka ei ole aivan tyypillinen, mutta joita on esiintynyt myös aikaisemmissa vastaavissa mittauksissa. Perustuen yli 15 vuoden kokemuksiin tierakenteen vastemittauksissa voidaan päätellä, että kyseisen anturin lähellä on alkava halkeama päällysteen alapinnassa. Tämä selittyy sillä, että puristuspuoli on molemmissa lähes yhtä suuri, mutta vetopuoli on jälkimmäisessä vain viidennes edelliseen verrattuna. Halkeama pystyy välittämään puristuksen melko hyvin, mutta venymä tapahtuu alkavassa halkeamassa, missä se on helpointa. Kummaltakin alueelta havaittiin kaksi tyypillisesti toimivaa anturia ja kaksi sellaista, joiden lähellä oletetaan olevan alkava halkeama. Anturit asennettiin alueelle, jossa ei havaittu pinnassa halkeamia. Muutaman metrin päässä antureista oli pinnassakin havaittavia ohuita halkeamia.

29 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SEURANTAMITTAUKSET Kuva 10. Tyypillinen venymäsignaali. Kuva 11. Signaali, jossa anturin lähellä on alkava halkeama päällysteen alapinnassa. Kuvassa 12 on esitetty päällysteen alapinnan venymän jakautuminen pyörän alla yksittäispyörälle referenssialueella. Kuvassa 13 on esitetty vastaavasti päällysteen alapinnan venymän jakautuminen paripyörän alla referenssialueella. Kuvissa 14 ja 15 on esitetty vastaavat jakautumat komposiittialueella. Kuvissa on käytetty tyypillisten antureiden antamia tuloksia.

30 30 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SEURANTAMITTAUKSET Kuva 12. Yksittäispyörän aiheuttama venymä asfalttikerroksen alapinnassa referenssialueella. Kuva 13. Paripyörän aiheuttama venymä asfalttikerroksen alapinnassa referenssialueella.

31 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SEURANTAMITTAUKSET Kuva 14. Yksittäispyörän aiheuttama venymä asfalttikerroksen alapinnassa komposiittialueella. Kuva 15. Paripyörän aiheuttama venymä asfalttikerroksen alapinnassa komposiittialueella. Kuvaan 16 on piirretty edellisistä kuvista kolmella eri akselipainolla molemmille pyörätyypeille havaitut maksimivenymät akselipainon funktiona referenssialueelle. Kuvaan 17 on piirretty vastaavat venymät komposiittialueelle. Kaikki venymätulokset on esitetty liitteessä 12.

32 32 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SEURANTAMITTAUKSET Venymä [µs] Vt. 19 Seinäjoki 1999, Referenssi Yksittäispyörä (385R22,5) Paripyörä (2*12R22,5) Akselipaino [kn] Kuva 16. Eri pyörätyyppien asfalttikerroksen alapintaan aiheuttamat kolmella eri akselipainolla referenssialueella. venymät Venymä [µs] Vt. 19 Seinäjoki 1999, Komposiitti Yksittäispyörä (385R22,5) Paripyörä (2*12R22,5) Akselipaino [kn] Kuva 17. Eri pyörätyyppien asfalttikerroksen alapintaan aiheuttamat kolmella eri akselipainolla komposiittialueella. venymät Kuvassa 18 on esitetty kummankin koealueen mitatut venymät molemmille pyörätyypeille. Kuvasta havaitaan, että referenssialueelta mitattiin % suurempia venymiä kuin komposiittialueelta. On huomattava, että komposiittialueella oli 15 mm paksumpi vanha AB-kerros. Vuoden 2001 mittauksissa oli häiriöitä ja epäjohdonmukaisuuksia. Seuraavan mittauskerran jälkeen voidaan päätellä, olivatko syyt epäjohdonmukaisuuksiin antureissa vai päällysteen vaurioitumisessa. Tulevien vuosien seurantamittaukset ja havainnot vasta näyttävät, kumpi rakenne on käytännössä kestävämpi.

33 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SEURANTAMITTAUKSET Venymä [µs] Vt. 19 Seinäjoki 1999 Referenssi (paripyörä) Referenssi (yksittäispyörä) Komposiitti (paripyörä) Komposiitti (yksittäispyörä) Akselipaino [kn] Kuva 18. Eri pyörätyyppien asfalttikerroksen alapintaan aiheuttamat venymät kolmella eri akselipainolla referenssi- ja komposiittialueella. 7.2 Tasaisuus Koetien tasaisuus 5mIRI-arvoina vuonna 1999 on esitetty kuvassa 19. Koetiestä mitattiin myös pituusprofiili, joka tallennettiin myöhempiä vertailumittauksia varten. IRI5m- mittaus tiellä 19, tieosalla IRI5m [mm/m] matka tieosan alusta [m] Kuva 19. Vt 19:n koetien tasaisuus 5mIRI-arvoina päällystämisen jälkeen. Kuvassa 20 on esitetty kohteessa seuranta-aikana tehtyjen tasaisuusmittausten tulokset. Koeosuuksien tasaisuudessa ei 5mIRI- tulosten

34 34 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 SEURANTAMITTAUKSET pohjalta ole tapahtunut juurikaan muutoksia. Ainoastaan kevään 2001 mittauksessa 5mIRI-arvot ovat olleet osuudella 2 (päällyste AB18/100) jonkin verran muita mittauskertoja korkeammat. Kuten kuvasta 20 näkyy, tasaisuus on pääsääntöisesti hyvä, mutta muutamia selvästi epätasaisia kohtia on eri koeosuuksilla. Koeosuuden 5 (referenssi) muita suuremmat epätasaisuudet saattavat selittyä liittymän läheisyydellä. IRI 5m mittaukset tiellä 19, tieosa 6 IRI 5m [mm/m] Koeosuudet Matka tieosan alusta [m] Kuva 20. Vt 19:n koetien IRI 5 m tasaisuusmittaukset päällysstämisen jälkeen. 7.3 Vauriot Taulukossa 17 on esitetty syyskuussa 2001 tehdyn vauriokartoituksen tulokset. Yleisesti koealueet olivat hyvässä kunnossa, vain muutamia todennäköisesti pakkasen aiheuttamia poikkihalkeamia näkyi tien pinnalla. Koealueilla 2 (sem% 4) ja 3 (sem% 3) oli hieman enemmän (alkavia) vaurioita. Näillä koeosuuksilla oli AB-päällyste, kun taas SMA-päällysteiset osuudet olivat varsin hyväkuntoisia. Alunperin SMA-päällystettä pidettiin riskialttiina, koska se läpäisee jonkin verran vettä ja pelättiin suolaveden imeytyvän komposiittikerrokseen ja vaurioittavan sitä. Tällä hetkellä tilanne näyttäisi olevan päinvastainen. Vaurioita on kuitenkin vielä aivan liian vähän ehdottomien johtopäätösten vetämiseen. Muutamien vuosien seuranta näyttää vauriokehityksen ja vaurioitumiseen syyt.

35 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie SEURANTAMITTAUKSET Taulukko 17. Vauriot vt 19:n koealueilla 1-5 havaittuna Koealue/ päällyste Etäisyys tieos. al. m Tyyppi Komposiittikerros h mm sem % Poikkihalkeama koko ajoradan poikki Muu vaurio 1 SMA18/ Komp A AB18/ Komp A rönsyt 1652: vas ajoura φ 0,5 m painuma 20 mm syvä +kehämäisiä halkeamia painumassa 3 AB18/ Komp B (vain ½ oik. Kaistasta 1707: vas ajoura φ 0,5 m painuma 20 mm syvä +kehämäisiä halkeamia painumassa 1728: oik. kaista, vas. ajoura: n. 10 m matkalla 10 kpl mm pitkiä poikkihalkeamia 4 SMA18/ Komp B SMA18/ Ref

36 36 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie 1999 YHTEENVETO ja JOHTOPÄÄTÖKSET 8 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tutkimuksen lähtökohtina olivat TPPT-projektissa asfalttirouhekomposiitilla saavutetut hyvät tulokset laboratoriokokeissa, komposiittimenetelmän tuotteistamistavoitteet ja Vaasan tiepiirin tarve saada vt 19:n korjaustyössä syntyvä asfalttirouhe hyötykäyttöön. Tutkimuksen toteutti VTT Yhdyskuntatekniikka TPPT-projektin ja Vaasan tiepiirin yhteisrahoituksella. VTT teki komposiittimassan suhteituskokeet ja mitoituksen kolmen eri tien komposiittirakenteille, joissa kaikissa suunniteltiin käytettäväksi vt 19:n asfalttirouhetta. Periaatteessa tämän tyyppinen rakenne on teknisesti perusteltua tielle, jolla on runsaasti raskasta liikennettä ja tien oletettu vaurioitumismekanismi on väsyminen tai sitomattomien kerrosten urautuminen. Rakenne lisää yläosan jäykkyyttä ja pienentää raskaan liikenteen alempiin kerroksiin aiheuttamia jännityksiä ja muodonmuutoksia. Haittana tällä tyypillä on komposiittikerroksen lujittumiseen vaadittava aika, jolloin liikennettä ei voi laskea tielle. Suhteituskokeissa pyrittiin valmistamaan komposiittimassa, jolla on sitkeä murtumistapa ja jonka puristuslujuus on 4-5 MPa 7 vrk iässä. Massan osaaineet sekoitettiin keskenään kylminä. Massan puristuslujuustavoite saavutettiin alhaisemmalla sementtipitoisuudella kuin v tehdyissä aiemmissa laboratoriokokeissa ja samalla massan jäykkyys jäi alhaisemmaksi. Kullekin koetielle suunniteltiin kaksi komposiittikoostumusta, joista toisen sementtipitoisuus vastasi suhteitustavoitteiden mukaista optimia ja toisessa koostumuksessa sementtipitoisuutta alennettiin 1 %-yksikön alle optimin. Vuonna 1999 rakenteen parantamistöiden rahoitus riitti ainoastaan suppean 500 m pituisen kokeilun toteuttamiseen vt 19:lla Seinäjoella ja muut korjaushankkeet siirtyivät myöhemmin toteutettaviksi. Vt 19:lle rakennettiin 500 m pitkä koetie, jonka vanhalle asfalttibetonille tehtiin laatikkojyrsintä ja jyrsitylle pinnalle tehtiin neljä komposiittikoealuetta ja niiden vertailualue (SMA ilman komposiittia). Jyrsinnän tai komposiitin tekemisen yhteydessä ei korjattu tienkohdan sivukaltevuuspuutteita. Komposiittikoealueet eroavat toisistaan sementtipitoisuuden tai komposiitin päällä olevan kulutuskerroksen tyypin (SMA tai AB) mukaan. AB otettiin mukaan vaihtoehtoiseksi kulutuspintavaihtoehdoksi, koska se tiiviimpänä suojaa paremmin alla olevia kerroksia tiesuolan haitallisilta vaikutuksilta. Koerakenteista instrumentoitiin kaksi osuutta, koealue 1 (PL , SMA, komposiitti A) ja vertailualue (PL , SMA). Antureina käytettiin VTT:n kehittämiä "retrofit"-venymäantureita, joilla mitataan kuormaauton tien sidottujen kerrosten alapintaan aiheuttamaa venymää, mikä kuvaa rakenteen kykyä kestää liikennekuormitusta. Proctor-kokeessa komposiitin tiiviys jäi alhaiseksi ja tyhjätila epätavanomaisen korkeaksi. Alhainen tiiviys ja siitä seurannut korkea tyhjätila johtuu todennäköisesti siitä, että käytettävissä ollut murske heikensi sementtilaastin tiivistyvyyttä. TPPT-projektin aiemmissa asfalttirouhekomposiittikokeissa käytettiin lisäkiviaineksena ainoastaan luonnon hiekkaa ja tällöin ei tiivistä-

37 Seinäjoen asfalttirouhekomposiittikoetie YHTEENVETO ja JOHTOPÄÄTÖKSET misessä ollut ongelmia. Työmaalla toteutunut tiiviys ei täyttänyt alhaisesta tavoitetasosta huolimatta tiiviysastevaatimusta. Muilta osin komposiitin rakentamisessa ei ollut ongelmia. Asfalttirouheen lähtömateriaali ja sen myötä rouheen ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi rouhekomposiitin ominaisuuksiin. Erilaisista materiaaleista johtuen vt 19:n komposiitti poikkeaa ominaisuuksiltaan v TPPT:n materiaalitutkimuksissa tutkitusta asfalttirouhekomposiitistä. Luonnonhiekka sementtilaastin lisäkiviaineksena ja SMA-rouhe antoivat v laboratoriokokeissa hyvät tulokset. Sopivien luonnonhiekkalajitteiden saatavuus on paikoitellen ongelmallista. Murskeen ja AB-rouheen soveltuvuudesta komposiittiin tehdään johtopäätökset koetien seurantatulosten ja rakentamiskokemusten perusteella. Ensimmäisen vuoden mittausten perusteella ei voida vielä arvioida luotettavasti, mikä koealueista kestää parhaiten. Koealueilta ei saatu otetuksi ehjiä poranäytteitä. Koetiellä tehtiin v lokakuun alussa kahtena päivänä vastemittauksia. Referenssialueella mitattiin päällysteen alapinnassa % suuremmat venymät kuin komposiittialueella. Komposiittialueella on kuitenkin mittauskohdassa suurempi rakennepaksuus (15 mm paksumpi asfalttialusta ja lisäksi 50 mm paksu komposiitti). Kummaltakin alueelta havaittiin kaksi tyypillisesti toimivaa anturia ja kaksi sellaista, joiden lähellä oletetaan mittaustulosten perusteella olevan vanhan päällystekerroksen alapinnassa alkava halkeama. Anturit asennettiin alueelle, jossa ei havaittu pinnassa halkeamia, mutta muutaman metrin päässä antureista oli pinnassakin havaittavia ohuita halkeamia. Vuoden 2001 mittauksissa oli häiriöitä ja epäjohdonmukaisuuksia. Seuraavan mittauskerran jälkeen voidaan päätellä, olivatko syyt epäjohdonmukaisuuksiin antureissa vai päällysteen vaurioitumisessa. Tulevien vuosien seurantamittaukset ja havainnot vasta näyttävät, kumpi rakenne on käytännössä kestävämpi. Koeosuuksien tasaisuudessa ei 5mIRI- tulosten pohjalta ole tapahtunut juurikaan muutoksia. Koealueilla 2 (sem% 4) ja 3 (sem% 3) oli hieman enemmän (alkavia) vaurioita. Näillä koeosuuksilla oli AB-päällyste, kun taas SMA-päällysteiset osuudet olivat varsin hyväkuntoisia. Koekohteessa havaittiin muutamia lyhyitä poikkihalkeamia ja kaksi mielenkiintoista 0,5 m painumaa, joissa oli pieniä halkeamia. Lisäksi molemmilla osuuksilla oli muutama poikkihalkeama ja varsinkin pienemmän sementtiprosentin omaavalla komposiittiosuudella oli ajourassa useita lyhyitä poikkihalkeamia. Alunperin SMA-päällystettä pidettiin riskialttiina, koska se läpäisee jonkin verran vettä ja pelättiin suolaveden imeytyvän komposiittikerrokseen ja vaurioittavan sitä. Tällä hetkellä tilanne näyttäisi olevan päinvastainen. Vaurioita on kuitenkin vielä aivan liian vähän ehdottomien johtopäätösten vetämiseen. Muutamien vuosien seuranta näyttää vauriokehityksen ja vaurioitumiseen syyt.