TIERAKENTEEN KUORMITUSKESTÄVYYDEN PARANTAMINEN HYDROFOBISILLA KÄSITTELYAINEILLA

Transkriptio

1 S14 Vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito Tuotantotekniikat ja koerakentaminen TIERAKENTEEN KUORMITUSKESTÄVYYDEN PARANTAMINEN HYDROFOBISILLA KÄSITTELYAINEILLA LOPPURAPORTTI

2 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA SISÄLTÖ 1. MENETELMÄ JA TAVOITTEET 1 2. TYÖORGANISAATIO 1 3. KÄSITTELYAINEIDEN KUVAUS JA KÄYTTÖKOKEMUKSET 1 4. KOEKOHTEIDEN VALINTAPERUSTEET 2 5. KOEKOHTEET JA RAKENTEET 3 6. RAKENTAMINEN JA TYÖMENETELMÄT 5 7. KUSTANNUSTARKASTELU 7 8. SEURANTAMITTAUKSET JA JATKOSEURANTAOHJELMA 9 9. JOHTOPÄÄTÖKSET KIRJALLISUUSVIITTEET LIITTEET 13

3 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA TIERAKENTEEN KUORMITUSKESTÄVYYDEN PARANTAMINEN HYDROFOBISILLA KÄSITTELYAINEILLA 1. MENETELMÄ JA TAVOITTEET Tampereen Teknillisessä Yliopistossa on usean vuoden ajan tutkittu eri projekteissa tiemateriaalien kuormituskestävyyttä parantavia uusia käsittelyaineita. Näissä laboratoriotesteissä lupaavimmiksi suomalaisien ongelmamurskeiden ominaisuuksien parantamiseen soveltuviksi käsittelyaineiksi ovat osoittautuneet ns. hydrofobiset käsittelyaineet. Hydrofobisten käsittelyaineiden avulla pyritään estämään rakenteen jäätymisvaiheessa alhaalta päin tien rakennekerroksiin tapahtuva veden imeytyminen, joka yhdessä tien pinnalta tai luiskien kautta rakenteeseen imeytyvän veden kanssa aiheuttaisi rakenteeseen suuria pysyviä muodonmuutoksia erityisesti keväällä roudan sulamisvaiheessa. Perinteisiin stabilointeihin verrattuna näiden aineiden etuna on se, että ne näyttäisivät toimivan sitä paremmin, mitä enemmän murske sisältää hienoainesta. Tämän koerakentamisen tavoitteena oli selvittää miten laboratoriossa lupaaviksi havaitut aineet toimivat todellisissa olosuhteissa sekä arvioida materiaalien työstötekniikkaa ja käsittelyn kustannuksia. 2. TYÖORGANISAATIO Koerakentamisen pääkonsulttina on toiminut Roadscanners Oy ja alikonsulttina Tampereen teknillisen yliopiston Pohja- ja maarakenteiden laboratorio. Roadscanners Oy:stä työhön ovat osallistuneet Saara Aho ja Timo Saarenketo, joista ensinnä mainittu on toiminut myös koerakentamisen hankevastaavana. Tampereen teknillisestä yliopistosta työhön ovat osallistuneet Nuutti Vuorimies ja Pauli Kolisoja. Lisäksi maasto- ja laboratoriotöihin ovat osallistuneet Jani Riihiniemi, Esa Pesonen ja Seppo Tuisku Roadscanners Oy:stä sekä Marko Happo Tampereen teknillisestä yliopistosta. Vaasan tiepiirin alueella toteutetun koerakenteen rakentamisesta vastasi Tieliikelaitos aliurakoitsijanaan Andament Oy. Tieliikelaitoksen yhteyshenkilönä toimi Timo P Kujala ja Vaasan tiepiirin yhteyshenkilönä Arvo Lähde. Lapin tiepiirin alueella toteutetun koerakenteen pääurakoitsijana oli Skanska Asfalti Oy, jossa yhteyshenkilönä toimi Kim Niemelä. Jukka Jääskö toimi Lapin tiepiirin yhteyshenkilönä. Hankkeen alkuvaiheessa mukana olleen Hämeen tiepiirin yhteyshenkilönä oli Anne Valkonen. 3. KÄSITTELYAINEIDEN KUVAUS JA KÄYTTÖKOKEMUKSET Koerakentamiskohteilla käytettiin kahta erilaista käsittelyainetta, joista toinen oli australialainen PolyRoad PR21L tuotenimikkeellä tunnettu, jauhemainen, polymerisoitu lentotuhka ja toinen Kemiran valmistama nestemäinen, hartsipohjainen emulsio Sacocell KN10/35. Kolmantena käsittelyainevaihtoehtona esitutkimuksissa ollut nestemäinen Ciban 1

4 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA valmistama polymeeriemulsio Raiprint 501 oli kahta muuta käsittelyainetta kalliimpaa, jonka takia se karsiutui valittaessa nestemäistä käsittelyainetta koekohteisiin. Koerakentamiskohteissa kantavan kerroksen yläosa stabiloitiin sekoitusjyrsintänä mm paksuudelta. Samalla rakenteeseen lisättiin ennakolta tehtyjen laboratoriotutkimusten perusteella varmistettu määrä käsittelyainetta. Sacocell KN10/35 ja Raiprint 501 aineita ei ole aiemmin kokeiltu tierakenteen käsittelyssä. Niitä on käytetty paperi- ja pakkausaineteollisuudessa antamaan pinnoille hydrofobisia ominaisuuksia. Sacocell KN10/35 käsittelyaineen osalta on hyvä huomioida, että koerakentamisen jälkeen toimitetussa suomenkielisessä käyttöturvallisuustiedotteessa sovelletaan aiemmin toimitettua tiedotetta tiukempaa sanamuotoa aineen onnettomuuspäästöjen osalta. Käsiteltyihin materiaaleihin sitoutuneiden käsittelyaineiden ympäristövaikutuksia arvioivien rasituskokeiden tulokset on esitetty liitteessä 1. PolyRoad käsittelyainetta on käytetty pääasiassa Australiassa ensimmäisten kohteiden ollessa lähemmäs 20 vuotta vanhoja (Raitanen 2000). Hyvin dokumentoituja riippumattomia tutkimustuloksia PolyRoad - käsittelyaineella käsitellyistä kohteista ei ole havaittu, parhaiten vedenerityskyky on todennettu Taree Aerodrome projektissa. Australian eri osavaltioiden lisäksi PolyRoad käsittelyaineita on käytetty Bruneissa ja Englannissa (Wilmot & Rodway, 1999). Tiedossa olevat PolyRoadilla käsitellyt koekohteet eivät ole olleet alttiina pakkasille. Tosin joulukuussa 2004 PolyRoad käsittelyaineella tehtiin koerakenne Uudessa Seelannissa, mutta ensimmäisen talven kokemuksista ei ole vielä saatu tietoa. 4. KOEKOHTEIDEN VALINTAPERUSTEET Hydrofobisten käsittelyaineiden toimivuutta oli tarkoitus kokeilla olosuhteissa, joissa käsiteltävän materiaalin kosteustilaherkkyys aiheuttaa tien kantavassa kerroksessa kantavuusongelmia keväisin roudan sulaessa. Tällaisen kosteustilaherkän materiaalin hienoainespitoisuus on tavallisesti vähintään 5 %. Mikäli bitumistabilointia halutaan käyttää vertailurakenteena, olisi materiaalin suurin mahdollinen hienoainespitoisuus 12 %. Hienoainespitoisuuden suurenemisen ei pitäisi kuitenkaan olla este hydrofobisten käsittelyaineiden käytölle. Esimerkiksi suurempi hienoainespitoisuus johtaa pienempiin huokosiin rakenteessa, jolloin tiemateriaalin partikkelien pinnalle kiinnittyneet hydrofobisuutta aiheuttavat molekyylien päät estävät tehokkaammin veden pääsyn huokosia pitkin. Materiaalien kosteustilaherkkyyttä ja hydrofobisten käsittelyaineiden vaikutusta käsiteltyihin materiaaleihin tutkittiin ensisijaisesti Tube Suction kokeella (TS-koe). TS-kokeesta mitatun dielektrisyysarvon perusteella kantavan kerroksen materiaalit voidaan luokitella kosteustilaherkkyydestä johtuen hyvälaatuisiksi, kyseenalaiseksi ja sopimattomaksi kantavan kerroksen murskeeksi (Saarenketo 2000). Vuonna 2005 päättyneessä, pääosin Tekesin rahoittamassa, uusia käsittelyaineita käsitelleessä tutkimuksessa kirjoitettiin ensimmäinen versio käsittelyaineen valintaohjeesta kosteustilaherkälle kantavan kerroksen materiaalille 2

5 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA (Vuorimies ja Kolisoja 2005). Siinä käsittelyaineen toimivuus varmistettiin TS-kokeen jälkeen vielä routakokeella. Myös tämän koerakentamisprojektin yhteydessä koekohteiden sopivuus varmistettiin Tube Suction kokeiden (TS-koe) perusteella. Koekohteista otetuille näytteille tehtiin TS-kokeet käsittelemättöminä ja käsittelyaineiden oletuspitoisuuksilla käsiteltyinä. TS-kokeisiin tehtiin aina rinnakkaisnäytteet, jolloin toinen näyte voitiin laittaa yksinkertaistettuun routanousukokeeseen TS-kokeen jälkeen. Tiemateriaaleille tehtyjen ennakkokokeiden tulokset on esitetty liitteessä 1. Alkuperäisen suunnitelman mukaan S14 koekohteet suunniteltiin toteutettavaksi Hämeen tiepiirin alueella. Hämeen tiepiiristä valikoitui alustavien tietojen perusteella kaksi potentiaalista koekohdetta mt252 ja pt Laboratoriossa tehtyjen ennakkokokeiden ja toisaalta urakkaaikataulun aikaistumisen sekä käsittelyaineen saapumisen myöhästymisen vuoksi nämä kohteet jouduttiin kuitenkin hylkäämään. Tämän jälkeen pyydettiin Vaasan tiepiiristä tietoa sopivista koekohteista. Bitumistabiloinnilla parannettavista kohteista tutkittiin kantavan kerroksen materiaalia tiestä mt673 otetuista näytteistä. Ennakkokokeiden perusteella myös tämä kohde jouduttiin hylkäämään koekohteeksi soveltumattomana. Lukuisten epäonnistuneiden yritysten jälkeen jouduttiin luopumaan tavoitteesta saada bitumistabiloinnista koerakentamisen vertailurakenne ja siten valittavan koekohteen hakuehdoksi määriteltiin pelkkä kohteen tarkoituksenmukaisuus kokeiltaville käsittelyaineille. Lopulta etsinnän tuloksena koekohteiksi valittiin pt17560 Maalahden kunnasta, Vaasan tiepiirin alueelta ja pt19735 Rovaniemen maalaiskunnasta, Lapin tiepiirin alueelta. 5. KOEKOHTEET JA -RAKENTEET Toinen koerakentamiskohteista sijaitsee Maalahden kunnassa (kuva 1), Vaasan tiepiirin alueella tieosoitteessa Kråkbackvägen /205-1/368. Koerakenne sijaitsee pahiten vaurioituneella tieosuudella, jonka päällystessä oli monin paikoin kuoppia ja verkkohalkeilua. Kråkbackvägen on kokonaisuudessaan 1738 m pitkä ja sen KVL on 267 ajon./vrk. Koerakentaminen toteutettiin syyskuussa 2005 osana Vaasan tiepiirin urakkaa, jossa pääurakoitsijana oli Tieliikelaitos ja aliurakoitsijana Andament Oy. Kuva 1. Kråkbackvägen sijainti Maalahden kunnassa. 3

6 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA Tietä oli tarkoitus parantaa sekoitusjyrsinnällä ja päällystää se käsittelyn jälkeen uudestaan. Sekoitusjyrsinnässä käytetyllä kalustolla voidaan tehdä myös bitumistabilointi, jolloin se soveltuu myös hydrofobisten aineiden käsittelyyn. Ennen rakentamista tien päällystetyyppi oli PAB-V ja korjaustoimenpiteiden jälkeinen päällystetyyppi on PAB-B. Koerakentamiskohteessa vanha päällyste poistettiin kokonaan ennen käsittelyaineen sekoittamista. Koerakentamiskohde koostui 160 m pitkästä osuudesta, jossa kantavan kerroksen yläosa stabiloitiin hydrofobisia käsittelyaineita käyttäen mm paksuudelta. Koerakentamiskohteen PolyRoad osuuden pituus on noin 80 m ja käsittelyaineen pitoisuus noin 1.7 %. Myös Sacocell osuuden pituus on noin 80 m ja käsittelyaineen pitoisuus noin 1.0 %. Koerakentamisessa käytetyn käsittelyainepitoisuuden määritys on esitetty liitteessä 1. Koerakentamiskohteen vertailurakenteena toimivilla tien muilla osilla parantamistoimenpiteenä oli vanhan päällysteen sekoitusjyrsintä ja uusi päällyste. Toinen koerakentamiskohteista sijaitsee Rovaniemen maalaiskunnassa (kuva 2), Lapin tiepiirin alueella Jyrhämäjärven paikallistiellä /2100-1/2365. Jyrhämäjärven paikallistie on 4755 m pitkä soratie, jonka KVL on 135 ajon./vrk (2003). Koerakentaminen toteutettiin lokakuussa 2005, kohteen pääurakoitsijana toimi Skanska Oy. Kuva 2. Jyrhämänjärven paikallistien sijainti Rovaniemen maalaiskunnassa. Sorapintainen Jyrhämänjärven paikallistie on kärsinyt keväisin etenkin pintakelirikosta. Koerakentamiskohde koostui 265 m pitkästä osuudesta, jossa kantavan kerroksen yläosa stabiloitiin sekoitusjyrsintänä hydrofobisia käsittelyaineita käyttäen mm paksuudelta. Soratien kulutuskerrosta ei poistettu ennen käsittelyaineen sekoittamista. Koerakentamiskohteen PolyRoad osuuden pituus on noin 165 m ja käsittelyaineen pitoisuus noin 1.5 %. Sacocell osuuden pituus on noin 100 m ja käsittelyaineen pitoisuus noin 1.0 %. Koerakentamisessa käytetyn käsittelyainepitoisuuden määritys on esitetty liitteessä 1. Koerakentamisen jälkeen tien koerakenneosuuden päällystetyyppi on PAB-V 16/80, lisäksi kohteen alkupäähän PolyRoad -osuudelle jätettiin 15 m päällystämätön osuus. Koerakentamiskohteen vertailurakenteena toimivilla tien muilla osilla ei tehty laisinkaan korjaustoimenpiteitä, vain tien ojat kunnostettiin kauttaaltaan syksyllä

7 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA RAKENTAMINEN JA TYÖMENETELMÄT Tiellä sijaitseva koerakenne tehtiin tihkusateessa ja kohtalaisen tuulisissa olosuhteissa tavanomaisia työmenetelmiä käyttäen ilman suurempia ongelmia. Päällyste oli poistettu edellisenä päivänä. Jauhemainen PolyRoad käsittelyaine annosteltiin ja levitettiin sementinlevittimellä ja sekoitusjyrsintä tehtiin Cutter kalustolla. Sacocell käsittelyaine annosteltiin ja levitettiin Cutter 4200 sekoitusjyrsintäkalustolla. Sekoituksen jälkeen käsitelty kerros tiivistettiin normaalia tiivistyskalustoa käyttäen. Sekoitusjyrsintä tehtiin ja tie päällystettiin viikon kuluttua kantavan kerroksen käsittelystä. Koerakentamiskohteille ei tehty mitään erityisiä tasoitustoimenpiteitä ennen päällystämistä. Urakoitsijan mukaan nestemäisellä Sacocell aineella käsitelty osuus oli päällystämisvaiheessa niin pehmeä, että päällystepaksuutta jouduttiin hivenen kasvattamaan. Kuva 3. PolyRoad PR21L käsittelyaineen levittäminen sementinlevittimellä (oikea) ja sekoittaminen tien kantavaan kerrokseen (vasen) paikallistiellä 17560, Maalahdella. Kuva 4. Sacocell KN10/35 käsittelyaineen levittäminen ja sekoittaminen tien kantavaan kerrokseen paikallistiellä 17560, Maalahdella. Tielle tehtiin hyvissä olosuhteissa koerakenne, jonka toteutus poikkesi Maalahteen tehdystä koerakenteesta siten, että PolyRoad 5

8 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA käsittelyaine annosteltiin ja levitettiin hiekanlevittimellä. Sekoitustyöt sekä Sacocell KN10/35 -aineen annostelu tehtiin RoadMix 3000RS-koneella. Sekoitustyön jälkeen tiehöylä muotoili pinnan ja normaali tiivistyskalusto tiivisti rakenteen. Koekohde päällystettiin kahden vuorokauden kuluttua kantavan kerroksen käsittelystä. Kuva 5. PolyRoad PR21L -käsittelyaineen levittäminen (oikea) ja koerakenteen tiivistetty pinta (vasen) Jyrhämänjärven paikallistiellä 19735, Rovaniemen maalaiskunnassa. PolyRoad käsittelyaineen levitys hiekanlevittimellä ei vaikuttanut ilman lisävirittämistä riittävän tehokkaalta ja tarkalta. Lisäksi menetelmä on selkeästi arempi tuulelle kuin sementinlevitin. Kummassakin kohteessa itse sekoitustyö onnistui hyvin suurimman ongelman ollessa kantavaan kerrokseen nousseet suuret kivet. Sekoitustyö saataisiin paremmaksi mikäli käsiteltävästä kerroksesta poistettaisiin suuret kivet ennen sekoitusta. Maalahden kohteessa sekoitusjyrsintäkalusto kasasi jonkin verran karkeampaa materiaalia, joka kerääntyi sekoitustyön lopettamispaikkaan. Työn toteuttaneiden urakoitsijoiden mukaan sementinlevittimellä tehtävä PolyRoad käsittelyaineen levitys ei hidastane itse sekoitusprosessia ja siten rakenteen työsaavutuksen voidaan arvioida olevan bitumistabiloinnin luokkaa (kohteesta ja työpäivän pituudesta riippuen m 2 /tv). Myös Sacocell käsittelyaineella päästään samoihin työsaavutuksiin mikäli aine kuljetetaan samankokoisissa säiliöissä kuin bitumi. Päällysteen poistaminen ennen toimenpidettä lisää työaikaa, joskin se ei ole aina välttämätöntä sillä hyvin paljon hienoainesta sisältävän materiaalin tapauksessa vanha päällyste voidaan jyrsiä kantavan kerroksen sekaan. 6

9 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA KUSTANNUSTARKASTELU Kustannustarkastelussa verrataan koerakenteiden rakennuskustannuksia niin sanottujen perinteisten menetelmien kustannuksiin. Taloudellisina vertailurakenteina käytetään bitumistabilointia ja päällystystä sekä soratien parantamista 300 mm murskelisäyksellä ja päällystämisellä. Tässä yhteydessä on huomattava, että kustannustarkasteluissa käytetään vertailurakenteina koerakenteiden toiminnallisista vertailurakenteista (ks. luku 5) poikkeavia parantamistoimenpiteitä. Tulevaisuudessa hydrofobisilla käsittelyaineilla tehtävän stabiloinnin tarkoituksena on kuitenkin korvata näiden ns. taloudellisten vertailurakenteiden mukaiset korjaustoimenpiteet. Taulukossa 1 on eritelty koe- ja vertailurakenteiden rakennuskustannuksia. Taulukko 1. Materiaali ja kuljetus Koe- ja vertailurakenteiden rakennuskustannukset. Koerakenne: PolyRoad PR21L Koerakenne: Sacocell KN10/ /t 800 /t /t Pitoisuus 1.5 % 1.0 % % Vertailurakenne: Bitumistabilointi Vertailurakenne: Soratien parantaminen Työ 1,2 /m 2 1,2 /m 2 1,2 /m 2 Materiaali, kuljetus ja työ /m 2 /m 2 /m /m2 Päällystys 3,4 /m 2 3,4 /m 2 3,4 /m 2 3,4 /m 2 Kustannukset yhteensä: /m2 /m /m /m2 Rakenteiden kustannuserot muodostuvat taulukon 1 mukaisesti käsittelyaineiden materiaali- ja kuljetuskustannusten eroista. Soratien parantaminen vertailurakenteen osalta laskelmat on tehty siten, että parantamisen hinnaksi ilman päällystämistä on oletettu /km. Muilla rakenteilla koe- ja vertailurakenteiden stabilointipaksuuden on oletettu olevan mm. Stabiloinnin sisältävien koerakenteiden työkustannusten voidaan olettaa olevan samansuuruisia kuin bitumistabiloinnilla sillä koerakenteiden kalustovaatimukset, työvaiheet ja työsaavutukset eivät juurikaan poikkea bitumistabiloinnin vastaavista. Taulukossa 1 esitettyjen käsittelyaineiden pitoisuuksien osalta on huomioitava, että PolyRoad ja Sacocell aineiden pitoisuudet on ilmoitettu käsittelyaineen massan pitoisuutena (mukana myös vesi ja kalkki) kun taas bitumin pitoisuus ei sisällä nesteen painoa. Rakennuskustannustensa perusteella edullisimmaksi rakenteeksi osoittautui Sacocell käsittelyaineella stabiloitu koerakenne. PolyRoad käsittelyaineella stabiloitu koerakenne osoittautui jonkinverran bitumistabilointia kalliimmaksi. Tässä tapauksessa kallein rakennevaihtoehto oli soratien parantaminen, joka sisälsi kulutuskerroksen poiston, 300 mm murskelisäyksen ja päällystämisen. 7

10 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA Kaikkien tässä esitettyjen kustannusten osalta on kuitenkin huomioitava, että hinnat ovat karkeita arvioita. Todellisuudessa kustannuksiin vaikuttavat useat eri tekijät kuten toteutettavan rakenteen sijainti ja pituus sekä käsittelyaineen määrä. Ainakin Sacocell käsittelyaineen osalta voidaan todeta, että suurempia määriä tilattaessa materiaalikustannukset pienenevät jopa 20 %. Myös PolyRoad käsittelyaine olisi selvästi kilpailukykyisempi mikäli sitä valmistettaisiin lisenssillä Suomessa. Tällä hetkellä aineen hinnasta lähes 30 % muodostuu kuljetuskustannuksista. Lisäksi kustannustarkastelua tehtäessä on huomioitava, että pelkkien rakennuskustannusten perusteella ei voida tehdä luotettavaa arviota rakenteiden kokonaistaloudellisuudesta, johon vaikuttaa mm. rakenteiden kestoikä. Tässä koerakentamisprojektissa tehtyjä koerakenteita ja bitumistabiloinnilla tehtävää rakenteen parantamista verrattaessa on hyvä huomioida myös se, että kumpaakin menetelmää edeltävien esitutkimusten määrää voidaan pitää samansuuruisina. Toisaalta kaikissa tapauksissa bitumistabilointi ei sovi hydrofobisilla käsittelyaineilla tehtävien koerakenteiden vertailurakenteeksi, sillä rakenteiden käyttöalueet poikkeavat toisistaan hienoainespitoisuutensa osalta. Kun bitumistabilointiin suositeltavan massan hienoainespitoisuuden on oltava Asfalttinormien mukaan 5 12 %, niin tähän mennessä tehtyjen laboratoriokokeiden perusteella hydrofobiset käsittelyaineet soveltuisivat käytettäväksi kohteissa, joissa hienoainespitoisuus on 5 20 % (Vuorimies & Kolisoja 2005). 8

11 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA SEURANTAMITTAUKSET JA JATKOSEURANTAOHJELMA Seurantamittaukset sisälsivät koerakenteiden maatutkauksen molemmilta kaistoilta ennen rakentamista ja rakentamisen jälkeen. Maalahden koekohteella maatutkaus tehtiin myös tien keskilinjalta. Jyrhämänjärven koekohteella ennen rakentamista mitattu maatutka-aineisto puuttuu ensimmäisen 65 m matkalta, sillä päätös kohteen pidentämisestä tehtiin maatutkamittausten jälkeen juuri ennen rakentamistyön aloittamista. Alkuperäisestä hankeohjelmasta poiketen Jyrhämänjärven koekohteella tehtiin maatutkaluotauksen lisäksi myös pudotuspainolaitemittauksia 20 m välein ennen koerakenteen tekemistä. Maatutkaluotausten tarkoituksena oli verrata tien rakennetta ennen parantamista ja parantamisen jälkeen. Lisäksi tavoitteena oli todentaa rakenteen laatu rakentamisen jälkeen, jota voidaan edelleen käyttää koerakenteiden pitempiaikaisen seurannan lähtötilanteena. Tämän koerakentamisprojektin rahoituksen puitteissa seurantamittauksilla todetaan vain stabilointityön onnistuminen, koekohteiden pitempiaikainen seuranta tulee järjestää myöhempien projektien puitteissa. Maalahden koekohteella tierakenteen kokonaispaksuus vaihtelee mm välillä. Ennen rakentamista kantavan kerroksen paksuus vaihteli mm välillä, joskin kantavan kerroksen rajapinta oli paikoin varsin epäselvä. Rakentamisen jälkeen koekohteen päällystepaksuus oli tien keskilinjalla noin 40 mm ja tien uloimmissa ajourissa noin 65 mm. Maatutkaaineistosta ei havaittu urakoitsijan mainitsemaa hivenen paksumpaa päällystettä Sacocell KN10/35 aineella käsitellyllä osuudella. Stabiloitu kantava kerros vaikuttaa maatutka-aineiston perusteella tasalaatuiselta ollen kauttaaltaan noin 160 mm paksuinen. Koekohteelta mitattu maatutkaaineisto on esitetty liitteessä 2. Jyrhämänjärven kohde oli ennen koerakenteen tekemistä tyypillinen soratiekohde. Tien rakennekerrokset muodostuivat noin mm paksuisesta kulutuskerroksesta ja noin mm paksuisista, osittain pohjamaahan sekoittuneista muista rakenteista, jotka ovat syntyneet aikojen saatossa tielle ajetusta kunnossapitomurskeesta. Maatutka-aineiston, ennen rakentamista tehtyjen pudotuspainolaitemittausten ja maastokäynnin perusteella pohjamaan arvioidaan olevan silttiä. Ennen stabilointia tehtyjen pudotuspainolaitemittausten perusteella koekohteen loppuosa (osuus, johon myöhemmin tehtiin stabilointi Sacocell aineella) olisi kantavuudeltaan selkeästi muuta osuutta heikompi. Koekohteelta ennen rakentamista mitattu maatutka-aineisto sekä pudotuspainolaitemittausten taipumasuppilot on esitetty liitteessä 3. Rakentamisen jälkeen Jyrhämänjärven koekohteen päällystepaksuus on noin 50 mm. Stabiloidun kerroksen paksuus on tien vasemmalla ajokaistalla keskimäärin 135 mm ja tien oikealla ajokaistalla 150 mm. Sacocell KN10/35 käsittelyaineella käsitellyn osuuden loppuosassa, paaluvälillä , stabiloidun kerroksen paksuus näyttäisi olevan tien kummallakin ajokaistalla muuta koerakennetta ohuempi. Lisäksi paaluvälillä stabiloiden kerroksen rajapinta näyttää varsin epäselvältä. Rakentamisen jälkeen koekohteelta mitattu maatutka-aineisto on esitetty liitteessä 4. 9

12 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA Koska kokeilluilla käsittelyaineilla oli tarkoitus parantaa kosteustilaherkkyydestä johtuvaa kantavuuden alenemista erityisesti keväällä roudan sulamisen aikaan, olisi kohteiden jatkoseuranta suositeltavaa tehdä pudotuspainolaitteella tehtävien kantavuusmittausten avulla. Pudotuspainolaitemittauksia tulisi tehdä 2 3 kertaa keväällä roudan sulaessa, kerran kesällä ja mieluusti kerran loppusyksystä. Ensimmäisinä vuosina mittauksia suositellaan tehtäväksi vuosittain. Kertyvän kokemuksen perusteella voidaan harkita jatkomittausten tarvetta. Pudotuspainolaitemittaukset ehdotetaan tehtäväksi Jyrhämänjärven paikallistiellä v.2005 syksyllä tehtyjen mittausten tapaan koerakenteen molemmilta ajokaistoilta 20 m välein. Siten mittauspisteitä tulisi kaikenkaikkiaan Maalahden koekohteelle 24 kpl ja Jyrhämänjärven koekohteelle 26 kpl. Pudotuspainolaitteen mittauspisteiden sijainti on esitetty taulukoissa 2 ja 3. Taulukko 2. Pudotuspainolaitteen mittausohjelma paikallistiellä sijaitsevalla koekohteella, Maalahden kunnassa. Paalu vasen ajokaista oikea ajokaista 1/175 x x 1/195 x x 1/215 x x 1/235 x x 1/255 x x 1/275 x x 1/295 x x 1/315 x x 1/335 x x 1/355 x x 1/375 x x 1/395 x x 10

13 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA Taulukko 3. Pudotuspainolaitteen mittausohjelma paikallistiellä sijaitsevalla koekohteella, Rovaniemen maalaiskunnassa. Paalu vasen ajokaista oikea ajokaista 1/2105 x x 1/2125 x x 1/2145 x x 1/2165 x x 1/2185 x x 1/2205 x x 1/2225 x x 1/2245 x x 1/2265 x x 1/2285 x x 1/2305 x x 1/2325 x x 1/2345 x x Pudotuspainolaitemittausten lisäksi ainakin Maalahden koekohteella pt17560 olisi hyvä tehdä vuosittainen ura- ja tasaisuusmittaus, jossa mittaustieto olisi mahdollisimman tiheä (20 m). Myös koekohteiden routanousumittauksia voidaan pitää suositeltavina, sillä niiden avulla saataisiin mielenkiintoista tietoa tien liikkeistä talven aikana. 11

14 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA JOHTOPÄÄTÖKSET Stabiloitava kerros pystyttiin käsittelemään nykyisellä bitumi- ja/tai sementtistabilointiin soveltuvalla kalustolla ilman ongelmia. Käsitellystä kerroksesta ei ole kuitenkaan määritetty käsittelyainepitoisuuksia, joten käsittelyainepitoisuuden tasalaatuisuudesta ei ole varmistusta. Tehokkuuden ja laadun parantamiseksi ja varmistamiseksi on seuraavassa listattu joitakin tuotantoteknisiä kalusto- ja olosuhdevaatimuksia perustuen työmaalla tehtyihin havaintoihin: - PolyRoad PR21L -käsittelyaineen annostelu mieluiten suoraan sekoitusprosessiin (rumpusekoitus). Vähintään käsittelyaineen levitys tulisi tehdä sementinlevittimen tyylisellä laitteella, jotta levitysprosessi ei olisi liian arka tuulelle. - Sacocell KN10/35 sekoitus sateisissa olosuhteissa ei ole suositeltavaa. Emulsion murtumisprosessi saattaa hidastua tai rakenteesta poistuva vesi yhdessä sateen kanssa jättää käsitellyn pinnan pehmeäksi. - Ennen sekoitustyön aloittamista tehtävä käsiteltävän kerroksen haraus isoimpien kivien poistamiseksi olisi suositeltavaa. Se estää laitteiden rikkoutumista ja vähentää prosessin keskeytyksiä, homogenisoi materiaalia ja tehostaa käsittelyä. Koe- ja vertailurakenteiden kustannustarkastelun perusteella voidaan todeta, että korvatessaan 300 mm murskelisäyksestä ja päällystämisestä koostuvan soratien parantamisen, hydrofobiset käsittelyaineet tarjoavat kilpailukykyisen vaihtoehdon soratien parantamiseksi. Sacocell käsittelyaine näyttäisi olevan kilpailukykyinen vaihtoehto myös bitumistabiloinnille. Tällä hetkellä kuljetuskustannukset vaikuttavat suuresti molempien käsittelyaineiden hintaan, mutta suurempia määriä tilattaessa sekä aineiden kuljetus- että materiaalikustannukset pienenevät, jolloin menetelmien kustannustehokkuus paranee. Toisaalta kustannustarkastelua tehtäessä on huomioitava, että pelkkien rakennuskustannusten perusteella ei voida tehdä luotettavaa arviota rakenteiden kokonaistaloudellisuudesta, joka tulisi tehdä rakenteiden kestoiän aikaisten vuosikustannusten perusteella. Rakenteiden kestoiästä Suomen olosuhteissa saadaan tietoa vasta vuosien seurannan jälkeen. Hyvin toimiessaan hydrofobiset käsittelyaineet ovat käyttökelpoisia hienoainespitoisempien materiaalien yhteydessä ja mahdollistavat siten laadultaan heikomman murskeen / kiviaineksen käytön kantavassa kerroksessa. Hydrofobisia käsittelyaineita kannattanee harkita käytettäväksi mikäli stabiloitavan massan hienoainespitoisuus on erittäin korkea (> 12 %) ja jos ennakkoon tehtävät laboratoriokokeet (TS koe) osoittavat aineiden toimivuuden. Tämän lisäksi hydrofobiset käsittelyaineet saattaisivat sopia kohteille, joissa pohjavedenpinta on korkealla eikä tien tasausta voida korottaa. 12

15 RAPORTTI KOERAKENTAMISESTA KIRJALLISUUSVIITTEET Wilmot T. & Rodway B Stabilised pavements - Selecting the additive: cementitious, polymer or bitumen [verkkodokumentti]. [Viitattu ]. The International Conference on Local Engineering & Public Works, Sydney, s. Saatavissa: < Raitanen, Timo, Sitomattomien väylärakennemateriaalien uudet käsittelytekniikat. Diplomityö. TTY/Pohja- ja maarakenteiden laboratorio. Julkaisu nro s.+4 liites. Saarenketo, Timo Tube Suction test - sitomattomilla murskeilla suoritettujen rengastestien tulokset. Tielaitoksen selvityksiä 20/2000. Tiehallinto, Lapin tiepiiri. 33 s + 9 liites. Vuorimies, N., Kolisoja, P Sitomattomien väylärakennemateriaalien kosteustilaherkkyyttä vähentävät uudet käsittelyainetekniikat. Tutkimusrapotti. TTY/Pohja- ja maarakenteiden laboratorio. Julkaisu nro s.+15 liites. 11. LIITTEET Liite 1 Liite 2 Liite 3 Liite 4 S14 ennakkokokeet Liite A Maksimiliukoisuuden määritys Liite B Maksimiliukoisuuden määritys Maalahden koekohteen pt maatutka-aineisto ennen rakentamista ja rakentamisen jälkeen Jyrhämänjärven koekohteen pt maatutka-aineisto ennen rakentamista Jyrhämänjärven koekohteen pt maatutka-aineisto rakentamisen jälkeen 13

16 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s1/16 TIERAKENTEEN KUORMITUSKESTÄVYYDEN PARANTAMINEN HYDROFOBISILLA KÄSITTELYAINEILLA. LABORATORIOSSA TEHDYT ENNAKKOKOKEET 1. YLEISTÄ Ennakkokokeiden tarkoituksena oli varmistaa käsiteltävien materiaalien kosteustilaherkkyys ja se, että käsittelyaineet vaikuttavat tehokkaasti vähentäen käsiteltävien materiaalien vedenimukykyä. Tube Suction (TS) kokeessa mitattujen dielektrisyys- ja sähkönjohtavuusarvojen perusteella arvioitiin materiaalien kosteustilaherkkyyttä sekä käsittelyaineiden vaikutusta kosteustilaherkkyyteen. TS-kokeissa materiaaleista poistettiin yli 25 mm suuremmat rakeet. Sacocell KN10/35 ja Raiprint 501 -käsittelyaineiden on todettu toimivan aikaisempien laboratoriokokeiden perusteella 1 % pitoisuuksilla, jota pienemmillä pitoisuuksilla niiden ei uskottu sekoittuvan riittävän tasalaatuisesti käsiteltävään kerrokseen nykyisillä bitumistabiloinnissa käytetyillä laitteistoilla. Polyroad PR21L aineella käytettiin perusannostuksena valmistajan ilmoittamaa 1,5 %. TS kokeet tehtiin kahdella rinnakkaisnäytteellä, joista toiselle tehtiin useimmiten routakoe ja toiselle CBR-kuormitus TS-kokeen jälkeen. Routanousukokeen tarkoituksen oli varmistaa materiaalien käyttäytyminen kolmen vuorokauden kestoisessa routakokeessa näytteen alaosan ollessa noin 10 mm vedessä. Taulukossa 1 on esitetty Saarenkedon (2000) esittämä sitomattomien murskeiden jako laatuluokkiin TS-kokeiden dielektrisyysarvon perusteella. Taulukoissa 2, 3 ja 4 on esitetty TS-kokeita varten tehtyjen näytteiden tunnukset ja niistä mitatut keskeiset ominaisuudet. Maksimi-rasituskokeissa on käytetty samoja tunnuksia näytteille, jolloin tiedetään mistä sekoituksesta käytetty materiaali on peräisin. TS-, CBR- ja routakokeiden tulokset esitetään tarkemmin kohteittain kappaleessa 2. Käsittelyaineiden liukenevuutta käsitellyistä materiaaleista ja niiden aiheuttamia mahdollisia ympäristövaikutuksia arvioitiin maksimirasituskokeen avulla. Maksimirasituskokeita varten otettiin näytteet TS-näytteiden sullonnasta ylijääneistä materiaaleista. Materiaalit olivat huoneenlämmössä yli kuukauden ennen maksimirasituskokeen aloittamista. Maksimirasituskokeisiin viety materiaali seulottiin 8 mm seulan läpi. Maksimirasituskokeiden tulokset on esitetty kappaleessa 3. Taulukko 1 Sitomattomien murskeiden arviointi laatuluokkiin Tube Suction kokeiden dielektrisyysarvon perusteella (Saarenketo 2000). Tube Suction -kokeen dielektrisyysarvo Luokitus < 10 *) Hyvänlaatuinen kantavan kerroksen murske Kyseenalainen kantavan kerroksen murske > 16 Sopimaton kantavan kerroksen murskeeksi *) Suomessa TS kokeen dielektrisyysarvoa 9 on käytetty hyvälaatuiseksi luokiteltavan murskeen rajana.

17 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s2/16 Taulukko 2. TS-kokeisiin tehdyt näytteet Hämeen tiepiiristä otetuilla materiaaleilla ja niistä mitatut keskeiset arvot. Er on dielektrisyys ja J on sähkönjohtokyky (µs/cm) sekä CBR tarkoittaa California Bearing Ratio kokeen mukaista kuormitusta. W lask tarkoittaa kokeen lopussa muotissa olevan näytteen painon ja sullonnassa oletetun näytteen kuivan massan avulla laskettua näytteen vesipitoisuutta. Tunnus Runkomaterainepitoisuus lisätty käsittely- Kokeen Kokeen w lask. jatkokoe lopussa, Er lopussa, J % 507ts1 mt252 ei 8,7 30 4,6 CBR 507ts2 mt252 ei 8,6 20 4,3 Routak. 507ts3 mt ,5 % PR21L 6,2 3 3,0 CBR 507ts4 mt ,5 % PR21L 5,9 0 2,8 Routak. 507ts5 mt % Raipr ,0 0 2,0 Routak 507ts6 mt % Raipr ,2 0 2,0 CBR. 507ts7 mt % KN 10/35 4,6 0 1,6 CBR 507ts8 mt % KN 10/35 4,4 0 1,5 Routak. 507ts9 pt13581 ei 9,3 5 5,2 Routak. 507ts10 pt13581 ei 10,1 15 5,5 CBR 507ts11 pt ,5 % PR21L 7,0 1 3,3 Routak. 507ts12 pt ,5 % PR21L 7,0 0 3,1 CBR 507ts13 pt % Raipr ,3 0 2,6 CBR 507ts14 pt % Raipr ,3 0 2,5 Routak. 507ts15 pt % KN 10/35 4,4 0 1,8 CBR 507ts16 pt % KN 10/35 4,4 0 1,6 Routak. 507ts17 mt ,0 % PR21L 6,1 1 2,7 Routak. 507ts18 mt ,0 % PR21L 4,3 0 2,6 Routak. 507ts19 pt ,0 % PR21L 6,4 1 3,0 Routak. 507ts20 pt ,0 % PR21L 5,4 0 2,7 Routak. 507ts23 pt13581 (syv 0,3 0,4 m) 11,5 20 5,2 CBR 507ts24 mt252 (syv 0,3-0,4 m) ,9 CBR Taulukko 3. TS-kokeisiin tehdyt näytteet mt673:n eri kodista otetuilla materiaaleilla ja niistä mitatut keskeiset arvot. Er on dielektrisyys ja J on sähkönjohtokyky (µs/cm). W lask tarkoittaa kokeen lopussa muotissa olevan näytteen painon ja sullonnassa oletetun näytteen kuivan massan avulla laskettua näytteen vesipitoisuutta. Tunnus Runkomaterlyainepit. lisätty käsitte- Kokeen Kokeen w lask. jatkokoe lopussa, Er lopussa, J % 507ts29 to14 pl150 ei 10,1 25 3,6 ei 507ts30 to10 pl2500 ei 8,6 2 3,1 ei 507ts31 to10 pl2500 ei 10,2 15 3,6 ei 507ts32 to10 pl ,5 % PR21L 9,9 3 3,7 ei 507ts33 to10 pl ,5 % PR21L 11,2 5 3,8 ei 507ts34 to10 pl % KN 10/35 5,4 0 1,6 ei 507ts35 to10 pl % KN 10/35 5,3 0 1,7 ei 507ts36 to14 pl400 ei 8,0 7 3,6 ei 507ts37 to14 pl400 ei 8,2 10 3,4 ei 507ts38 to14 pl ,5 % PR21L 4,5 0 1,5 ei 507ts39 to14 pl ,5 % PR21L 4,5 0 1,3 ei 507ts40 to14 pl % KN 10/35 4,7 0 1,2 ei 507ts41 to14 pl % KN 10/35 4,8 0 1,2 ei

18 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s3/16 Taulukko 4. TS-kokeisiin tehdyt näytteet valituista koekohteista otetuilla materiaaleilla ja niistä mitatut keskeiset arvot. Er on dielektrisyysarvo ja J on sähkönjohtokyky (µs/cm) sekä CBR tarkoittaa California Bearing Ratio kokeen mukaista kuormitusta. W lask tarkoittaa kokeen lopussa muotissa olevan näytteen painon ja sullonnassa oletetun näytteen kuivan massan avulla laskettua näytteen vesipitoisuutta. Tunnus Runkomaterainepitoisuus lisätty käsittely- Kokeen Kokeen w lask. jatkokoe lopussa, Er lopussa, J % 507ts42 pt17560 ei 13,3 80 5,3 CBR 507ts43 pt17560 ei 11,5 60 4,7 Routak. 507ts44 pt ,5 % PR21L 10,3 5 3,6 CBR 507ts45 pt ,5 % PR21L 9,5 1 3,5 Routak. 507ts46 pt % Raipr ,1 5 3,1 CBR 507ts47 pt % Raipr ,5 2 3,2 Routak. 507ts48 pt % KN 10/35 6,0 0 2,0 Routak. 507ts49 pt % KN 10/35 6,4 0 2,2 CBR 507ts50 pt19735 ei ,1 CBR 507ts51 pt19735 ei ,7 Routak. 507ts52 pt ,5 % PR21L ,2 CBR 507ts53 pt ,5 % PR21L ,1 Routak. 507ts54 pt % Raipr ,0 Routak. 507ts56 pt % KN 10/ ,6 Routak. 507ts57 pt % KN 10/ ,6 CBR 507ts58 pt ,5% KN 10/35 18,5 10 2,6 Routak. 507ts59 pt ,0 % PR21L ,5 Routak. 2. TUBE SUCTION NÄYTTEIDEN KOETULOKSET 2.1 Tube Suction -kokeet Mt252 ja pt13581 Kuvassa 1 on esitetty mt252 kantavan kerroksen materiaalin ottamisen yhteydessä määritetyt rakeisuudet. Kantavan kerroksen alla olevien kerrosten rajat eivät olleet selkeitä. Kuvassa 2 on esitetty mt252 kantavasta kerroksesta otetusta materiaalista tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat. Dielektrisyyskuvaajasta nähdään kantavan kerroksen murskeen dielektrisyysarvon jäävän alle arvo 9, jonka mukaan murske olisi TS-kokeen perusteella hyvälaatuinen kantavan kerroksen murske. Kuvasta 3 nähdään 0,3-0,4 metrin syvyydestä otetussa sekalaatuisessa materiaalissa TS-kokeen aikana mitatun dielektrisyyden kohonneen arvoon 15. Kuvassa 3 on myös esitetty hieman pienemmällä (1 %) ja suuremmalla (2 %) Polyroad PR21L pitoisuudella käsiteltyjen näytteiden dielektrisyyskuvaajat. Kuvista 2 ja 3 havaitaan käsittelyaineiden vähentäneen materiaalin kosteustilaherkkyyttä.

19 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s4/ % "Vanha kulutuskerros" 0,3-0,5 m Sora 0,3-0,4 m Murske 0,1-0,3 m RAEKOKO (mm) Kuva 1. Mt252 to2 pl4670 otettujen materiaalien rakeisuuskäyrät. mt 252 to2 pl4670 murske 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja 17 Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21L (1) Raiprint 501 (1) Polyroad PR21L (2) Raiprint 501 (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 (2) Dielektrisyys Mt252 -murske Murske + käsittelyaineet Aika (vrk) Kuva 2. Mt252 kantavan kerroksen murskeella tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat.

20 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s5/16 mt 252 to2 pl4670 murske 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja 17 Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) syv 0,3-0,4m Polyroad PR21L, 1 % Polyroad PR21L, 2 % Dielektrisyys 13 9 Mt252 -murske Mt252 syv 0,3-0,4m, sekoittunut materiaali Aika (vrk) Kuva 3. Mt252 tiestä otetuille näytteille tehtyjen sekä Polyroad PR21L käsittelyaineilla peruspitoisuudesta poikkeavilla määrillä käsiteltyjen kantavan kerroksen murskeen TSkokeiden dielektrisyyskuvaajat. Kuvassa 4 on esitetty pt13581 kantavasta kerroksesta otetuista materiaaleista pesuseulonnalla määritetyt rakeisuudet. Kuvassa 5 on esitetty pt13581 kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat. Dielektrisyyskuvaajasta nähdään kantavan kerroksen soran dielektrisyysarvon nousseen arvoon 9-10, jonka mukaan sora olisi TS - kokeen perusteella todennäköisesti hyvälaatuista kantavan kerroksen materiaaliksi. Kuvasta 6 nähdään 0,3-0,4 metrin syvyydestä otetussa materiaalissa TS-kokeen aikana mitatun dielektrisyyden kohonneen hieman suuremmaksi eli arvoon 12. Kuvassa 3 on myös esitetty hieman pienemmällä (1 %) ja suuremmalla (2 %) Polyroad PR21L pitoisuudella käsiteltyjen näytteiden dielektrisyyskuvaajat. Kuvista 5 ja 6 havaitaan käsittelyaineiden vähentäneen materiaalin kosteustilaherkkyyttä.

21 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s6/ % RAEKOKO (mm) Kuva 4. Pt13581 to2 pl5225 otettujen materiaalien rakeisuudet. Yhtenäinen viiva on soraa syvyydeltä 0,05-0,3 m ja katkoviiva on soramurske syvyydeltä 0,3-0,4 m. Nuutajärvi pt to2 pl 5225 sora; Dielektrisyys-kuvaaja 17 Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21L (1) Polyroad PR21L Raiprint 501 (1) Raiprint 501 (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 (2) Dielektrisyys Sora Sora + 1,5 % PR21L Sora + 1 % Raiprint tai Sacocell Aika (vrk) Kuva 5. Pt13581 kantavan kerroksen soralla tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat.

22 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s7/16 Nuutajärvi pt13581 to2 pl5225 sora < 0,3 m; Dielektrisyys-kuvaaja 17 Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Soramurske syv 0,3-0,4m Polyroad PR21L 1% Polyroad PR21L 2 % Dielektrisyys Sora + 1 % Polyroad Sora + 2 % Polyroad Soramurske 0,3-0,4m Sora 0,1-0,3m Aika (vrk) Kuva 6. Pt13581 tiestä otetuille näytteille tehtyjen sekä Polyroad PR21L käsittelyaineilla peruspitoisuudesta poikkeavilla määrillä käsiteltyjen kantavan kerroksen soran TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat Mt673 Kuvassa 7 on esitetty mt673:n tieosien 10 ja 14 kantavista kerroksista otetuista materiaaleista pesuseulonnalla määritetyt rakeisuudet. Materiaalien hienoainespitoisuudet olivat hyvin alhaiset. Näytteet to14 pl olivat soraa, muiden näytteiden ollessa mursketta. Kuvassa 8 on esitetty mt673 to10 kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat. Dielektrisyyskuvaajasta nähdään kantavan kerroksen murskeen dielektrisyysarvon olleen suuruudeltaan 10 eli murske olisi TS-kokeen perusteella lievästi kyseenalainen kantavan kerroksen murskeeksi. Kuvasta 8 nähdään edelleen, että Polyroad PR21L ei toiminut vähän hienoainesta omaavassa karkearakeisessa murskeessa. Kuvassa 9 on mt673 to14 kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat. TSkokeiden perusteella paaluväliltä otettu sora on hyvälaatuista kantavaan kerrokseen ja käsittelyaineet vähensivät selkeästi materiaalin kosteusherkkyyttä.

23 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s8/ % RAEKOKO (mm) Kuva 7. Mt673 tieosien 10 ja 14 kantavista kerroksista pesuseulonnoilla määritetyt rakeisuuskuvaajat. Yhtenäinen viiva on to10 pl ja katkoviivat ovat to14 pl ja pl150. Näytteet on otettu noin 0,15 m syvyydeltä. mt 673 to10 pl mm; Dielektrisyys-kuvaaja 17 Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21L (1) Polyroad PR21L (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 Dielektrisyys Polyroad -käsitellyt ja Käsittelemätön Sacocell -käsitelty Aika (vrk) Kuva 8. Mt673 to10 kantavan kerroksen murskeella tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat.

24 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s9/16 17 mt673 to14 pl murske 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) mt673 to 14 pl 150 Polyroad PR21L (1) Polyroad PR21L (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 (2) Dielektrisyys pl 150 käsittelemätön Käsittelemättömät Käsitellyt näytteet Aika (vrk) Kuva 9. Mt673 to14 kantavan kerroksen soralla tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat Toteutetut koekohteet Kuvassa 10 on esitetty koekohteiden kantavista kerroksista pesuseulonnalla määritetyt rakeisuudet. Kuvassa 11 on esitetty pt17560 kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen TSkokeiden dielektrisyyskuvaajat. Siitä nähdään kantavan kerroksen murskeen dielektrisyysarvon olevan ja siten sitä olisi TS-kokeen perusteella kyseenalaista käyttää kantavan kerroksen murskeena. Kuvasta nähdään käsittelyaineiden pienentäneen dielektrisyyksiä, mutta Polyroad PR21L käsittelyaineella dielektrisyys pienentyi vain arvoon 10. Muilla käsittelyaineilla dielektrisyys oli alle arvon 9. Kuvassa 12 on esitetty pt19735 otetusta kantavan kerroksen materiaalista tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat. Käsittelemättömän materiaalin dielektrisyydet olivat erittäin korkeita ja vaihtelivat suuruudeltaan suhteellisen paljon, mikä johtuu kantavan kerroksen mukaan sekoitetusta kulutuskerroksesta. Kuvassa 13 on esitetty myös hieman suuremmalla Polyroad PR21L ja Sacocell KN10/35 -pitoisuudella käsiteltyjen näytteiden dielektrisyyskuvaajat. Kuvista 12 ja 13 havaitaan käsittelyaineiden vähentäneen pt19735 materiaalin kosteustilaherkkyyttä suuresti vaikka dielektrisyydet jäivätkin vielä korkeiksi. Suuremmilla käsittelyainepitoisuuksilla (Sacocell KN10/35 1,5 % ja Polyroad PR21L 2 %) ei ollut merkittävää vaikutusta dielektrisyysarvoihin, jolloin peruspitoisuutta suuremman käsittelyainepitoisuuden käytöstä ei olisi lisähyötyä.

25 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s10/ % RAEKOKO (mm) Kuva 10. Pt17560 pl600 (yhtenäinen viiva) ja pt19735 pl100 (katkoviiva) kantavista kerroksista pesuseulonnalla määritetyt rakeisuudet. 17 pt17560, 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21L (1) Polyroad PR21L (2) Raiprint 501 (1) Raiprint 501 (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 (2) Dielektrisyys Käsittelemätön Polyroad -käsitelty Sacocell -käsitelty Raiprint -käsitelty Aika (vrk) Kuva 11. Pt17560 kantavan kerroksen murskeella tehtyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat.

26 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s11/16 Dielektrisyys pt19735, 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21 (1) Polyroad PR21L (2) Sacocell KN10/35 (1) Sacocell KN10/35 (2) Raiprint 501 (1) Aika (vrk) Käsittelemätön Murske +käsittelyaineet Kuva 12. Pt19735 kantavan kerroksen soran ja kulutuskerroksen seoksella tehtyjen TSkokeiden dielektrisyyskuvaajat Dielektrisyys pt19735, 0-25 mm; Dielektrisyys-kuvaaja Ei käsitelty (1) Ei käsitelty (2) Polyroad PR21L 1,5 % Polyroad PR21L 2% Sacocell KN10/35 1% Sacocell KN10/35 1,5 % Aika (vrk) Käsittelemätön Murske +käsittelyaineet Kuva 13. Pt19735 kantavan kerroksen soran ja kulutuskerroksen seoksen peruspitoisuuksia suuremmilla käsittelyainemäärillä käsiteltyjen TS-kokeiden dielektrisyyskuvaajat.

27 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s12/ Routakokeet Toiselle rinnakkaisista TS-koenäytteistä tehtiin TS-kokeen jälkeen routakoe, jossa näyte altistettiin vähintään kolmen vuorokauden ajaksi routasyklille. Koetuloksia tulkittaessa on huomioitava, että näyte oli yhtenäisessä muoviputkessa, joka aiheuttaa kitkaa näytteen liikkuessa putken pintaa vasten. Näytteitä ei myöskään kyllästetty enää erikseen TS-kokeen jälkeen vaan näytteet pyrittiin siirtämään mahdollisimman suoraan TS kokeesta routakokeeseen. Routakokeessa näytteen alapään oli 10 mm vedessä, joten näyte kykeni imemään lisää vettä itseensä kokeen aikana. Kokeissa näytteen yläpään lämpötila asetettiin -3 C ja alapään lämpötila +1 C, joita myös mitattiin kokeiden aikana. Kokeen aikana näytteen yläpäästä mitattiin siirtymä. Kuvassa 14 on esitetty mt252 materiaaleille TS-kokeiden jälkeen tehdyistä routakokeista mitatut routanousut. Poikkeuksena muista routakokeista näytteitä kyllästettiin melkein vuorokauden ajan nostamalla vedenpinta altaassa näytteiden yläpintojen tasolle ennen varsinaisen kokeen käynnistämistä. Kokeissa jäädytyslämpötilat eivät olleet halutun suuruisia näytteiden jäädytyksen alkuvaiheessa reilun vuorokauden aikana. Tämä johtui kahden väärän lämpötila-anturin asentamisesta näytteiden jäädytyshattuihin, jolloin jäädytyksen ohjaus pyrki väärillä mittausarvoilla ohjaamaan jäädytystä suunniteltuun 3 ºC pienentäen kuormitushatuissa kiertävän jäädytysnesteen lämpötilaa. Todellisuudessa ensimmäisen vuorokauden aikana näytteen yläpään lämpötila oli noin -5 ºC. Oikeat anturit laitettiin paikoilleen reilun vuorokauden kuluttua jäädytyksen aloittamisesta, jonka jälkeen jäädytyslämpötila asettui suunnitellun suuruiseksi. Kuvasta 14 huomataan routanousujen jääneen suhteellisen pieniksi. Pelkästään murskeesta tehdyssä näytteessä routanousu oli noin 1,6 mm eli alle 1 %. Raiprint 501 käsittelyssä näytteeseen muodostui hieman routanousua. Muihin näytteisiin ei käytännössä muodostunut routanousua. ROUTANOUSUT Routanousu, mm 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 mt252 mt252 + Raiprint Aika, s mt252 + Polyroad PR21L mt252 + Sacocell KN10/35 Murske Murske+Raiprint Kuva 14. TS-kokeen jälkeen mt252 materiaaleilla routakokeessa mitatut routanousut.

28 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s13/16 Kuvassa 15 on esitetty pt13581 materiaaleille TS-kokeiden jälkeen tehdyistä routakokeista mitatut routanousut. Kokeiden perusteella sorassa routanousu oli 10 mm eli routanousunopeus oli lähes 2 mm/vrk. Polyroad PR21L -käsittelyaineella käsiteltyyn näytteeseen muodostui alle 2 mm routanousu eli routanousunopeus oli noin 0,2 mm/vrk. Raiprint 501 aineella käsiteltyyn näytteeseen muodostui erittäin vähän routanousua ja Sacocell KN10/35 aineella käsiteltyyn näytteeseen ei muodostunut lainkaan routanousua. Routakokeen perusteella pt13581 sora olisi ollut keskinkertaisesti tai lievästi routiva ja siten pt13581 olisikin voinut soveltunut koekohteeksi. ROUTANOUSUT Routanousu, mm pt13581 pt Polyroad PR21L pt Raiprint 501 pt Sacocell KN10/35 Sora Sora + Polyroad Aika, s Kuva 15. TS-kokeen jälkeen pt13581 materiaaleilla routakokeessa mitatut routanousut. Kuvassa 16 on esitetty pt17560 materiaaleille TS-kokeiden jälkeen tehdyistä routakokeista mitatut routanousut. Käsittelemättömän murskenäytteen routanousu oli melkein 3 mm ja routanousunopeus oli hieman alle 1 mm/vrk routanousunopeuden ollessa tasaista. Routanousunopeuden perusteella kantavan kerroksen materiaali olisi lievästi routivaa. Polyroad PR21L -käsittelyaineella käsiteltyyn näytteeseen ei muodostunut juuri lainkaan routanousua. Raiprint 501 aineella käsiteltyyn näytteeseen muodostui erittäin vähän routanousua kolmannen vuorokauden aikana. Sacocell KN10/35 aineella käsiteltyyn näytteeseen ei muodostunut routanousua.

29 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s14/16 ROUTANOUSUT Routanousu, mm 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 pt17560 pt Polyroad PR21L pt Sacocell KN10/35 pt Raiprint 501 Murske Aika, s Kuva 16. Pt17560 materiaaleilla TS-kokeen jälkeen routakokeessa mitatut routanousut. Kuvassa 17 on esitetty pt19735 materiaaleille TS-kokeiden jälkeen tehdyistä routakokeista mitatut routanousut. Käsittelemättömän murskenäytteen routanousu oli 6,5 mm ja routanousunopeus oli jyrkimmillään noin 3 mm/vrk, jolloin materiaali on keskinkertaisesti routivaa. Käsiteltyihin näytteeseen ei muodostunut juuri lainkaan routanousua vajaan kolmen vuorokauden mittaisessa jäädytysvaiheessa. Routakokeen perusteella käsittelyaineiden pitäisi olla tehokkaita pt19735 materiaalin kosteustilaherkkyyden alentajia. Routanousu, mm 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5 1,5 0,5-0,5 ROUTANOUSUT pt19735 Pt Polyroad PR21L pt Sacocell KN10/35 pt Raiprint 501 Käsittelemätön Aika, s Käsitellyt Kuva 17. Pt19735 materiaaleilla TS-kokeen jälkeen routakokeessa mitatut routanousut.

30 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s15/ CBR kuormitukset Taulukossa 5 on esitetty TS -kokeen jälkeen näytteille tehtyjen CBR-kuormitusten korjatut tulokset. TS- kokeen jälkeen näyte on kuormitettu CBR-koetta (California Bearing Ratio) vastaavalla kuormituksella. Tällöin näytteen käsittely ennen kuormitusta poikkeaa standardisoidusta CBR-kokeesta. Määritetyt CBR-luvut olivat hyviä ja käsittelyaineet eivät vaikuttaneet niihin tai hieman kasvattivat niitä. Taulukko 5. TS-kokeen jälkeen näytteistä määritetyt CBR-luvut ja irtotiheydet sekä näytteiden yläosasta määritetyt vesipitoisuudet. Tunnus Runkomater. lisätty käsittelyainepitoisuus CBR luku w 3 cm % irtotiheys, kg/m 3 507ts1 mt252 ei 135 3, ts3 mt ,5 % PR21L 160 1, ts6 mt % Raipr , ts7 mt % KN 10/ , ts10 pt13581 ei 135 4, ts12 pt ,5 % PR21L 160 2, ts13 pt % Raipr , ts15 pt % KN 10/ , ts23 pt13581 (syv 0,3 0,4 m) 135 4, ts24 mt252 (syv 0,3-0,4 m) 135 4, ts42 pt17560 ei 110 4, ts44 pt ,5 % PR21L 140 3, ts46 pt % Raipr , ts49 pt % KN 10/ , ts50 pt19735 ei 140 5, ts52 pt ,5 % PR21L 140 3, ts57 pt % KN 10/ ,1 2330

31 Tierakenteen kuormituskestävyyden parantaminen hydrofobisilla käsittelyaineilla Laboratoriossa tehdyt ennakkokokeet. Liite 1.s16/16 3 Ympäristövaikutusta arvioivat rasituskokeet Koerakenteen käsitellyille materiaaleille tehtiin maksimirasituskokeet Tampereen teknillisen yliopiston Rakennusgeologian laboratoriossa. Kokeet tehtiin alle 8 mm materiaalille. Taulukossa 6 on esitetty liuenneet aineet. Kokeilla varmistettiin, että käsitellyistä materiaaleista ei liukene veteen haitallisia aineita verrattuna käsittelemättömään materiaaliin. Maksimiliukoisuudet määritettiin TTY:ssä modifioidulla testimenetelmällä mukaillen NEN standardia Näytemäärä oli standardista poiketen 100 g ja testin aikainen L/S-suhde (liquid/solid) oli 30. Kun kokeen tulos oli 0, se tarkoitti, että materiaalista suodatetusta vesinäytteestä saatiin sama tulos kuin ionivaihdetusta vedestä valmistetusta 0-näytteestä. Testausselostukset on esitetty kokonaisuudessaan liitteissä A ja B. Taulukko 6. Maksimiliukoisuuskokeista määritetyt liukoisuudet. Määritetyt arvot on ilmoitettu muodossa mg/kg. Näyte (tunnus) As Ca Cr Cu Ni V Cl SO 4 Mt252 ei käsitelty (507ts1,2) ,8 0 Mt ,5% Polyroad PR21L (507ts3,4) ,6 0 Mt % Raiprint 501 (507ts5,6) Mt % Sacocell KN10/35 (507ts7,8) Pt17560 ei käsitelty (507ts42,43) ,0 0 Pt ,5% Polyroad PR21L (507ts44,45) ,6 0 Pt % Sacocell KN10/35 (507ts48,49) ,6 0 Pt19735 ei käsitelty (507ts50,51) Pt ,5% Polyroad PR21L (507ts52,53) Pt % Sacocell KN10/35 (507ts56,57) Maksimiliukoisuuskokeiden perusteella näytteistä irtosi vain kalsiumia ja klooria. Klooria irtosi kuitenkin yhtä paljon käsittelemättömästä näytteestä kuin käsittelyaineilla käsitellyistä näytteistä. Kalsiumia irtosi Polyroadilla käsitellyistä materiaaleista selkeästi enemmän kuin runkoaineesta. Kalsiumin irtoaminen tässä tapauksessa oli odotettuakin, koska Polyroad PR21L käsittelyaineesta kolmannes on kalkkia, joka lähinnä auttaa vaikuttavien polymeerien tarttumista rakeiden pintaan. Irronneen kalsiumin määrä oli kuitenkin suhteellisen pieni eikä aiheuta ympäristöriskiä. Maksimiliukoisuuden määrityksen perusteella kantavaan kerrokseen sitoutuneista käsittelyaineista ei liukene haitallisia aineita. 4 Johtopäätökset Laboratoriokokeiden perusteella valituissa koekohteissa kantavan kerroksen materiaalit olivat kosteustilaherkkiä ja tutkitut käsittelyaineet pienensivät veden imeytymistä niihin. Lisäksi koekohteiden käsiteltävät materiaalit olivat selkeästi erilaiset, joka tukee toimivuuden arviointia. Maksimiliukoisuuden määrityksen perusteella kantavaan kerrokseen sitoutuneista käsittelyaineista ei liukene haitallisia aineita.

32 1(1) Tampere Testausselostus nro RAKG 2952/2005 MAKSIMILIUKOISUUDEN MÄÄRITYS Tilaaja Tilaus Näytteet Tehtävä Tulokset TTY/Pohja- ja maarakenteet PL TAMPERE Nuutti Vuorimies Neljä murskenäytettä näytekoodit 507_ts1,2; 507_ts3,4; 507_ts5,6 ja 507_ts7,8 TTY:N työnumero 1892/173/05 Maksimiliukoisuuden määritys tilaajan toimittamista näytteistä. Maksimiliukoisuudet määritettiin TTY:ssä modifioidulla testimenetelmällä mukaillen NEN standardia Näytemäärä oli standardista poiketen 100 g ja testin aikainen L/S-suhde (liquid/solid) oli 30. Vesinäytteet analysoitiin Novalab Oy:n Karkkilan laboratoriossa (Ca ja Cl) ja Oy Hortilab Ab:n laboratoriossa. Tulokset on esitetty oheisissa taulukoissa. Tulokset pätevät ainoastaan testatuille näytteille. Testausselostuksen saa kopioida ainoastaan kokonaisuudessaan. Näyte As (mg/kg) Ca (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) V (mg/kg) Cl (mg/kg) SO 4 (mg/kg) 507_ts1, , _ts3, , _ts5, _ts7, Kun maksimiliukoisuus kokeen tulos on 0, se tarkoittaa, että materiaalista suodatetusta vesinäytteestä saatiin sama tulos kuin ionivaihdetusta vedestä valmistetusta 0- näytteestä Raija Vanhanen Laboratorioteknikko Pirjo Kuula-Väisänen Tutkija PL 600, TAMPERE, Puhelin (03) , Telefax. (03)

33 1(1) Tampere Testausselostus nro RAKG 3067/2005 MAKSIMILIUKOISUUDEN MÄÄRITYS Tilaaja Tilaus Näytteet Tehtävä Tulokset TTY/Pohja- ja maarakenteet PL TAMPERE Nuutti Vuorimies Kuusi murskenäytettä näytekoodit 507_ts42,43; 507_ts44,45; 507_ts48,49; 507_ts50,51; 507_ts52,53 ja 507_ts56,57 TTY:N työnumero 1892/322/05 Maksimiliukoisuuden määritys tilaajan toimittamista näytteistä. Maksimiliukoisuudet määritettiin TTY:ssä modifioidulla testimenetelmällä mukaillen NEN standardia Näytemäärä oli standardista poiketen 100 g ja testin aikainen L/S-suhde (liquid/solid) oli 30. Vesinäytteet analysoitiin Novalab Oy:n Karkkilan laboratoriossa (Ca ja Cl) ja Oy Hortilab Ab:n laboratoriossa. Tulokset on esitetty oheisessa taulukossa. Tulokset pätevät ainoastaan testatuille näytteille. Testausselostuksen saa kopioida ainoastaan kokonaisuudessaan. Näyte As (mg/kg) Ca (mg/kg) Cr (mg/kg) Cu (mg/kg) Ni (mg/kg) V (mg/kg) Cl (mg/kg) SO 4 (mg/kg) 507_ts42, , _ts44, , _ts48, , _ts50, _ts52, _ts56, Kun maksimiliukoisuus kokeen tulos on 0, se tarkoittaa, että materiaalista suodatetusta vesinäytteestä saatiin sama tulos kuin ionivaihdetusta vedestä valmistetusta 0- näytteestä Raija Vanhanen Laboratorioteknikko Pirjo Kuula-Väisänen Tutkija PL 600, TAMPERE, Puhelin (03) , Telefax. (03)

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47