TUTKIMUSRAPORTTI RTE1607/05 ESPOO 26.4.2005 Vähäliikenteisten teiden päällysteiden uudet ideat Timo Kurki
3 Sisällysluettelo 1. Johdanto...5 2. Toimivuusvaatimuksia...6 3. Soratien pölyn hallintamenetelmät...7 4. Kevyitä päällysteitä...13 5. High Float emulsiot...17 6. Kasvisöljy-bitumiseoskokeilut...18 7. Skotlantilaisten vierailun tuloksia...21 8. Johtopäätökset...22 9. Lisätietoa...23
5 1. Johdanto Tämän projektin tavoitteena oli löytää ulkomailla käytettyjä mahdollisesti Suomeen sopivia ratkaisuja vähäliikenteisten teiden päällysteratkaisuiksi. Erityisesti kaivattiin öljysoran kaltaista tuotetta. Selvitys tehtiin pääasiassa kirjallisuusselvityksenä. Soratie on usein järkevä vaihtoehto. Sen heikkoudet ovat pölyävyys, kuraisuus, irtokivet ja kuoppaisuus, jos sitä ei hoideta oikein. Huolimatta päällystetyn tien eduista, hyvin hoidettu soratie on hyvä vaihtoehto. Suomessa on muutamia päällystettyjä teitä muutettu sorateiksi. Sorateillä on edullisemmat kunnostus ja joskus edullisemmat hoitokustannukset. Soratiet saattavat olla helpompia ylläpitää, vaativat vähemmän kalustoa ja ehkäpä vähemmän taitoja. Sorateillä ajetaan hiljempaa kuin päällystetyillä teillä. Soratiet kestävät ohuesti päällystettyjä teitä paremmin suuria kuormia rikkoontumatta tai vaatimatta suuria korjauksia. Kunnolla hoidettuna soratie voi tarjoaa hyvän palvelutason Päällystäminen auttaa sulkemaan pinnan vedeltä ja siten suojelee tien rakenteita. Se eliminoi pölyongelman, tien pinta on tasaisempi (mukavampi). Rekka-autojen on parempi liikennöidä päällystetyllä pinnalla. Öljysorapäällysteellä oli monia soratien ominaisuuksia. Sitä käytettiin takavuosina Suomessa laajasti, mutta siitä luovuttiin, koska bitumiöljystä haihtuu hiilivetyjä. Luopumalla öljysorasta saavutettiin 15 % Suomen asettamasta kokonaistavoitteesta vähentää haihtuvia hiilivetyjä. Öljysoralla oli monia hyviä puolia. Sillä saatiin alhaisille liikennemäärille riittävän kestävä päällyste ja tielle pölyämätön pinta, joka sieti jonkin verran huonoja pohjia ja routaa joustavuutensa ansiosta. Lisäksi vaurioiden korjaaminen voitiin tehdä repimällä päällyste hajalle, tasaamalla ja uudelleen tiivistämällä. Massaa voitiin myös tehdä varastoon paikkauksia varten. Mikäli asfalttipäällyste kestäisi tiellä, olisi se monesti taloudellinen vaihtoehto. Mutta koska vähäliikenteisillä teillä on yleensä huono kantavuus, routaongelmia ja huono kuivatus, niin päällysteet vaurioituvat nopeasti. Kun päällyste vaurioituu, siihen tulee reikiä, jotka vähentävät ajomukavuutta ja turvallisuutta. Jatkuva paikkaus tulee kalliiksi. Siksi monia päällystettyjä teitä on muutettu sorapäällysteisiksi. Vaihtoehtona päällysteille ovat erilaiset pintaukset, joiden ongelmina ovat olleet teräväreunaiset reiät. Nekään eivät kestä huonosti kantavilla teillä. Tietä ei pidä päällystää, ennen kuin tie on valmis. Ennen päällystämistä kantavuus, routa ja kuivatus pitää olla ratkaistu.
6 2. Toimivuusvaatimuksia Tien pinnalle voidaan asettaa seuraavia toimivuusvaatimuksia: pinnan tasaisuus (sisältää reiät, routa- ja painumaheitot, muut pitkittäisepätasaisuudet, urasyvyys jne.) pölyävyys kitka meluisuus tierakenteen suojauskyky (jäykkyys, tiiviys, poikkileikkauksen muoto ja kaltevuus) ulkonäkö jne. Valittujen menetelmien (päällysteiden ja kunnossapitomenetelmien) vaatimuksia ovat kestävyys (ominaisuuksien pysyvyys) ja kunnossapidon edullisuus (esim. vaurioitumistapa, päällysteen muokattavuus, korjattavuus jne.) ympäristövaikutukset (pölynsidontakyky, myrkyllisyys, korroosio, kierrätettävyys jne.) saatavuus ja hinta
7 3. Soratien pölyn hallintamenetelmät Yleistä Soratie on usein järkevä vaihtoehto. Sen heikkoudet ovat pölyävyys, kuraisuus, irtokivet ja kuoppaisuus, jos sitä ei hoideta oikein. Soratielle voidaan usein saada riittävän kova, tasainen ja pölyämätön pinta. Mikäli sorapinnan suhteitus ei ole kunnossa, se pölyää, siitä irtoaa isoja rakeita kiinnipitävät pienet rakeet ja sen jälkeen isot, jonka seurauksena on kuoppia. Pölyn sidonta-aineiden käyttöä on joskus vaikea perustella pelkästään pölynsidonnan takia. Kuitenkin, jos hienoaines ei pysy tierakenteessa, myös isommat kivirakeet irtoavat pinnasta. Tämä aiheuttaa vaurioita kuten nimismiehenkiharoita ja huonontunutta kitkaa. Tien ylläpito vaikeutuu ja uutta soraa pitää tuoda paikalle, kun kiviainesta sinkoutuu tien reunoille. Kun tien pinta pysyy tiiviisti sidottuna, mm. höyläystarve vähenee. Amerikkalainen tievirkamies on todennut: En reagoi pölystä tehtyihin valituksiin. Kaikki soratiet pölyävät. Mutta reagoin korkeisiin hoitokustannuksiin. Jos tie pitää sorastaa usein ja höylätä jatkuvasti, on aika stabiloida pinta magnesiumkloriitilla. Alhaiset kunnossapitokustannukset ovat tavoite, ja pölynsidonta on siinä bonusta. Hyvä rakentaminen ja ylläpito Hyvä rakentamis- ja ylläpitokäytännöt ovat perusasioita, jotta saavutetaan kestävä ja eroosiota kestävä soratie. Oikein muotoiltu poikkipinta (harja), hyvin suhteitetut materiaalit sisältäen riittävästi hienoainesta lujuutta ja kestävyyttä varten ja riittävä kuivatus ovat tärkeitä, jotta voidaan saavuttaa kova pinta, joka vähentää pölyämistä. Olemassa olevat pölyongelma-alueet tulee arvioida, jotta varmistetaan näiden perusasioiden olevan kunnossa. Materiaaleilla tulee olla riittävä koheesio, jolla vähennetään kulumista. Tiet tulee suhteuttaa maksimitiiveyteen ja minimi tyhjätilaan, jotta optimoidaan kosteuden pidätyskyky ja samaan aikaan vähennetään veden tunkeutumista. Rakeisuudessa tulee olla optimiyhdistelmä karkeaa lajitetta ja hienoainesta, joka minimoi tyhjätilan ja maksimoi tiheyden. Sellaiset materiaalit tuottavat koheesiolujuutta ja myös rakeiden välistä leikkauslujuutta.
8 Riittävä pinnan kuivatus pitää järjestää, jotta minimoidaan kosteusvauriot. Nopea pintaveden poistuminen (poikkikaltevuus) vähentää veden imeytymistä ja varmistaa lujuutta ja vähentää hoidon tarvetta. Tien pölyämistä vähennetään kahdella tavalla. Partikkelikokoa suurennetaan kasaamalla kokoon (agglomeroida) hiukkasia ja ehkäisemällä karkeiden rakeiden hioutumista. Partikkelikoon kasvattaminen voi tapahtua huokosveden kapillaarisen paineella, pintaaktiivisilla aineilla lisätään savipartikkeleiden yhteensitomista. Luonnon savet Savet, jotka ovat plastisia, tarjoavat voimakkaan koheesion, kun sitä on lisätty oikea määrä soraan. Kuitenkin pitkällä kuivalla säällä savisora ei ole täysin pölytön. Voi myös olla vaikea kuljettaa savea tielle ja sekoittaa se soraan. Korkean plastisuuden takia se tarttuu kuormalavoihin ja muutenkin sekoittaminen voi olla työlästä. Vettä sitovat kemikaalit (kloriitit, suolat, suolavedet) Kloriitit ovat yleisimmät pölynsidonnan tuotteet. Kalsiumkloriitti käytetään hiutaleina tai nesteenä ja magnesium kloriitti yleisimmin nestemäisessä muodossa. Natriumkloriittia harvoin käytetään ja se on huonoimmin toimiva. Kalsium- ja magnesiumkloriitit ovat tehokkaita oikein käytettynä. Kloriitit ovat hygroskooppisia tuotteita, joka tarkoittaa, että ne imevät kosteutta ilmasta ja pitävät tien pinnan tasaisen kosteana. Ne myös lisäävät veden pintajännitystä ja siten hidastavat haihduntaa Ne ovat kohtuullisen yksinkertaisia käyttää. Tällaiset pölyn sitojat tarjoavat parhaimman kombinaation (helppous, kestävyys, kustannukset ja pölynsidonta) kuivalle, puolikostealle ja kostealle ilmastolle. Niiden teho on rajallinen ja ne eivät tarjoa riittävää pölynsidontaa toisena vuotena. Nämä tuotteet aiheuttavat korroosiota. Orgaaniset, ei bitumiset kemikaalit (lignosulfaatit, sulfiittilipeä, mäntyöljyhartsi, mäntyterva, kasvisöljyt, melassi. Kuten vettä absorboivilla materiaaleilla, näilläkin aineilla teho kestää rajatun ajan eivätkä ne tarjoa riittävää pölynsidontaa toisena vuonna. Mutta jälkeenpäin tehtyjen käyttöjen määrät voivat olla vähäisempiä, koska niillä on jälkivaikutuksia. Nämä materiaalit lakkaavat toimimasta sateiden jälkeen, koska niillä on pitkä sitoutumisaika ja ne asteittain huuhtoutuvat. Jotkut tähän kategoriaan kuuluvista kaupallisista tuotteista voivat
9 näyttää epämiellyttäviltä, olla pahan hajuisia ja tahmeita levityksen jälkeen, joka voi estää niiden käyttöönoton. Lignosulfonaatti on paperiteollisuuden sulfiittiselluloosan valmistuksen sivutuote. Se koostuu pääasiassa ligniinistä ja hiilihydraateista. Ligniini sitoo pölypartikkelit yhteen ja sokerit toimivat hygroskooppisesti sitoen kosteutta. Lignosulfonaatti säilyttää tehokkuutensa myös pitkien kuivien kausien aikana. Lignosulfonaatti on kuitenkin hyvin vesiliukoinen, joten rankkasade voi tuhota pölynsidontakyvyn. Muita orgaanisia pölynsidonta-aineita ovat muun muassa kasviöljyt, mäntyöljyn johdannaiset, melassit ja Suomessa kokeiltu ksylitolin valmistuksen sivutuote eli ksylitoliliemi, entsyymituotteet ja pinta-aktiiviset aineet. Kasviöljyt agglomeroivat pölypartikkeleita eli muodostavat yksittäisistä partikkeleista suurempia kasaumia. Öljyjen sitomiskyky on kuitenkin pieni ja ne hapettuvat herkästi. Mäntyöljyjohdannaiset ovat sulfaattisellun valmistuksen tislattuja tuotteita. Markkinoilla on lisäksi monia yhdistelmätuotteita, kuten mäntyöljy-bitumiemulsio ja entsyymien, sokerien ja pinta-aktiivisten aineiden seos. Acidulated Soybean Oil Soapstock (hapotettu soijaöljyparafiini) on soijaöljyn jalostuksessa syntyvä sivutuote. Se on biologisesti hajoava tuote, jolla on monia bitumiöljyn kaltaisia ominaisuuksia. Se tunkeutuu sorakerrokseen ja tuottaa kevyen sidoksen, joka tehokkaasti vähentää pölyä oikein käytettynä. Ruotsissa kokeiltiin 1995 rapsiöljysoraa. Tiessä käytettiin sideainetta 2 % 3 cm syvyydeltä. Tiestä tuli kovempi kuin suunniteltiin ja se oli mahdotonta höylätä. Kahden vuoden jälkeen vain jäänteet rapsiöljystä oli jäljellä. Raakaöljypohjaiset sideaineet Bitumiemulsio ja muut öljypohjaiset tuotteet ovat liimamaisia; ne sitovat soratien hienoainespartikkelit yhteen soratien pinnan ollessa kuiva. Bitumiemulsioita on käytetty pölynsidontaan Gotlannissa vuodesta 1991 alkaen, jolloin kunta päätti luopua bitumiemulsioiden negatiivisten kokemuksien vuoksi. Vuonna 1994 aloitetun 2-vuotisen suomalaisen tutkimuksen perusteella bitumiemulsio ei ollut taloudellisesti tai teknisesti kalsiumkloridipölynsidontaa parempi vaihtoehto (Valkonen 1996). Vuonna 2000 Ranta- Pere päätyi samankaltaisiin lopputuloksiin: koska bitumiemulsio on huomattavan kallista, vaikutusajan tulisi olla vähintään kolme vuotta, jotta menetelmä olisi taloudellisesti kannattava. Tätä ei kuitenkaan saavutettu koetieosuuksilla, vaan tutkimus keskeytettiin kahden vuoden jälkeen koeosuuksien huonon kunnon vuoksi. Ranta-Pereen mukaan jatkossa tutkimuksissa tulisi keskittyä selvittämään kulutuskerrosmateriaalin ja bitumiemulsion yhteisvaikutusta ja parantamaan bitumiemulsion ominaisuuksia pölynsi-
10 donnan kannalta. Gotlannissa, jossa bitumiemulsiopölynsidonta on rutiinimenetelmä, on erilainen kallioperä, ja alueen geologia voi vaikuttaa menetelmän parempaan toimivuuteen. Muita pölynsidonnassa käytettyjä öljypohjaisia tuotteita ovat muun muassa modifioidut bitumiemulsiot, emulgoidut öljyt ja mineraaliöljyt. Öljy peittää hienoainespartikkelit ohuella kalvolla ja lisää näin partikkelien massaa. Öljyjä on käytetty pölynsidontaan muun muassa Kanadassa, jossa niiden uskotaan olevan tehokkain pölynsidonta-aine kuivissa olosuhteissa ja teillä, joiden liikennemäärä on suuri ja hienoainespitoisuus pieni. Bitumiliuokset ja öljyt ovat olleet suosittuja pölynsidonta aineita, mutta vapautuvien hiilivetyjen takia niiden käytöstä on luovuttu. Elektrokemialliset sitojat: sulfonoitu raakaöljy, ioniset sitojat, bentoniitti Nämä tuotteet toimivat ilmastollisesti laajalla alalla. Ne huuhtoutuvat vähiten ja ovat erityisen toimivia savisessa ja hiekkaisessa pintamateriaalissa. Nämä tuotteet vähentävät pölyämistä selvästi. Näillä ei kuitenkaan ole standardilaboratoriotestiä, jolla voitaisiin ennustaa niiden toiminta kenttäolosuhteissa ja niiden käyttö on osoittautunut joko täydelliseksi menestykseksi tai täydelliseksi epäonnistumiseksi. Savilisäaineet, kuten bentoniitti (montmorilloniitti), agglomeroituvat hienojen pölyhiukkasten kanssa. Bolanderin ja Yamahan (1999) mukaan yleensä riittää yksi käsittely kerran viidessä vuodessa. Jos savipitoisuus on liian korkea, tien pinta voi muuttua sateella pehmeäksi tai liukkaaksi. Bentoniitista saatujen kokemusten mukaan sen teho kestää kaksi tai jopa 5 vuotta. Bentoniitti koostuu pääosin montmorilloniitista. Bentoniitti on poikkeuksellisen pehmeä ja helposti muovautuva kivilaji. Se koostuu ns. smektisestä savesta, joka pystyy absorboimaan suuria määriä vettä ja laajenemaan sen seurauksena tilavuudeltaan jopa yli kymmenkertaiseksi. Wyomingista USA peräisin oleva bentoniitti on natriumbentoniittia, jonka laajeneminen on hieman voimakkaampaa kuin esim. espanjalaisen kaliumbentoniitin. Montmorilloniitin vedenimemiskyky johtuu myös mineraalinen suuresta ominaispinta-alasta, joka on savimineraalien ominaispinta-aloista suurin. Polymeerit Nämä tuotteet sitovat pintamaan partikkelit yhteen ja muodostavat puolijäykän kalvon. Monet polymeerituotteet tuotetaan tiivisteenä ja vaativat laimennuksen ennen käyttöä.
11 Pienillä laimennusvariaatioilla polymeerit ovat usein sopivia monille maa ja säätyypeille. Toisin kuin jotkut muut tuotteet, suurinta osaa näistä tuotteista pidetään ei-myrkyllisinä ja ympäristöystävällisinä, kun niitä käytetään valmistajan ohjeiden mukaisesti. Nämä tuotteet ovat tehokkaimmillaan kevyesti liikennöidyillä pinnoilla kuten helikopterikentät. Polymeeriemulsiot, kuten polyvinyyliasetaatit ja akryylikopolymeerit, sitovat maarakeet toisiinsa muodostamalla polymeerimatriisin. Polymeeriemulsioiden etu on niiden vedenkestävyys kovettumisen jälkeen. Ne toimivat myös hyvin hiekkamaassa (Washington Department of Ecology 2002). Yhdysvaltojen armeijan tutkimus- ja kehityskeskuksen puristuslujuustesteissä polymeeriemulsiot paransivat selvästi silttisen hiekan lujuutta ja kosteuden sietokykyä märissä olosuhteissa. Polymeeriemulsioiden huonoihin puoliin kuuluu se, että ne voivat hajota ultraviolettivalon vaikutuksesta, polymeerimatriisi menettää tehonsa tien höyläyksen jälkeen ja levityskaluston puhdistus vie paljon aikaa. Polymeerituotteet myydään yleensä tiivisteinä ja sekoitetaan veteen ennen levitystä vesisäiliöautolla tai vastaavalla. Kovettumiseen vaadittava aika riippuu lämpötilasta, kosteudesta ja tien pinnan kosteuspitoisuudesta. Yhden valmistajan (Hercules Environmental Inc 2002) mukaan kovettumisaika on 3-48 tuntia. Soil Sealin kovettumisaika on 8-12 tuntia 22 C lämpötilassa. Eri olosuhteissa (kulutuskerrosmateriaali, ilmasto, tien käyttö) polymeeriemulsioiden testaustulokset vaihtelevat. Yhden akryylikopolymeerin (Soil- Sement) todettiin vähentävän tehokkaimmin PM10- päästöjä (halkaisijaltaan alle 10 mikrometrin kokoisia hiukkasia) Mojaven autiomaassa Kaliforniassa vuoden kestäneessä tutkimuksessa. Toisessa Oklahomassa tehdyssä tutkimuksessa Soil-Sement oli teholtaan huonompi kuin muut testatut pölynsidontaaineet, koska raskas liikenne hajotti polymeerikalvon. Mikrobiologiset sitojat (itiöt, sinilevä ymppäysaine, entsyymiliete) Tämän kategorian tuotteet ovat sopiva kuivaan ilmastoon, koska itiökasvit sitovat maapartikkeleita yhteen ja siten vähentävät pölyämistä. Ymppäysaineet, joita voidaan helposti ja tasaisesti levittää, ovat vasta kehitteillä. Savipartikkelit kiinnittävät pinnalleen monia entsyymejä, jonka seurauksena huokostila tiivistyy, joka auttaa tiivistystä ja vähentää pölyämistä.
12 Nämä tuotteet ovat menestyneet erityisissä liikenne- ja kiviaineskohteissa. Koska standarditestimenetelmiä ei ole, niiden käyttäytyminen kenttäolosuhteissa pitää varmistaa kenttäkokeilla ennen laajamittaista käyttöä. Asfalttirouhe Paikoittain murskattua asfalttipäällystettä on tarjolla sorateille. Se voi olla hyvä päällyste, mutta siinä on huonoja puolia. Bituminen osa vanhaa päällystettä tulee sideaineeksi. Kun se levitetään tielle lämpiminä säällä, murskattu asfaltti voi saada päällysteen ominaisuuksia. Mutta se on heikko päällyste. Siihen usein muodostuu reikiä ja sitä on vaikea ylläpitää yksinkertaisilla tiehöylämenetelmillä. Jotta vältytään näiltä ongelmilta, materiaalikerroksen pitää olla tiivistettynä vähintään 3 tuumaa paksu ja tien runko pitää olla kunnossa (kantavuus, routa jne.). Parempi vaihtoehto on sekoittaa murskattua päällystettä soraan suhteessa (esim. 50/50). Tämä tuottaa materiaalin, jolla on hyvät sitomisominaisuudet, mutta silti se on vielä työstettävissä tavallisin kunnossapitomenetelmin. Murskattua asfalttia on sekoitettu murskatun betonin kanssa ja tulos on ollut hyvä.
13 4. Kevyitä päällysteitä Yleistä Joillekin kevyt sirotepintaus on päällyste. Toisille päällyste tarkoittaa vähintään 10 cm:n paksuista bitumista kerrosta tai suorastaan kuumapäällystettä. Päällysteen ensisijainen tarkoitus on suojata alusrakennetta. Kun kuormitukset kasvavat, päällysteen paksuutta täytyy kasvattaa. Yleisesti ottaen asfalttipäällysteellä on vähän todellista kantavuutta parantavaa vaikutusta ennen kuin paksuus ylittää 5 cm (2 tuumaa). Amerikkalainen Asphalt Institute omaa kannan, että suositeltava minimi paksuus päällysteelle on 4 tuumaa tai 3 tuumaa sopivalla sitomattomalla kerroksella jopa vähäliikenteisillä teillä. Heidän tutkimustensa mukaan 4 tuumaa kuumapäällystettä kestää 10 kertaa enemmän liikennettä kuin 2 tuumaa kuumapäällystettä, kun sitomaton rakenne on ohut. Kaksi tuumaa ohuempi päällyste suojaa rakennekerroksia vedeltä ja tarjoaa tasaisen ajopinnan. Sellaista tietä on sopiva kutsua pintakäsitellyksi tieksi. Teillä, joilla on ohut päällyste, pitää kuivatus olla hyvin suunniteltu ja ylläpidetty koko tien käyttöiän. Pintaukset Pintausten tarkoituksena on muuttaa pinnan ominaisuuksia, mutta alustan kantavuuteen se ei vaikuta muuten kuin vettymisen hidastajana. Sirotepintauksella voidaan lisätä kulutuskestävyyttä käyttämällä lujaa kiviainesta lisätä kitkaa sirotteen rakeisuutta muuttamalla muuttaa väriä sirotteen värivalinnalla estää pölyäminen ja eroosiosora-alustalla lisätä tiiviyttä rapautuneen päällysteen pintakerroksessa vesieristää pinta lisätä melua huomion herättämiseksi poikkeuksellisessa liikenneympäristössä. parantaa pinnan laatua suojaa alla olevaa päällystettä/pintaa hapettumiselta, ikääntymiseltä ja liikenteen kulutukselta uudistaa vanhaa rapautunutta päällystettä korjaa pieniä vaurioita ja puutteita on nopea päällystystapa on edullinen
14 Suomessa Asfalttinormeissa mainitaan Sirotepinta (SIP, tehdään olemassa olevan päällysteen päälle), Soratien pintaus (SOP) ja Lietepintaus (LP). SOP-pintausta voidaan Asfalttinormien mukaan tehdä yhdestä lajitteesta tai suhteistuneesta kiviaineksesta kun taas SIP:iä tehdään vain yhdestä lajitteesta. Sorateitä ryhdyttiin pinnoittamaan 1970- luvun lopulla bitumiliuoksella ja kivimurskeella. Näitä ns. SOP -teitä on tällä hetkellä noin 3 400 km. Viime vuosina uusia SOP -teitä ei ole rakennettu enää juuri lainkaan. SOP - pinnoitusten tavoitteena oli parantaa ajomukavuutta, helpottaa sorateiden kunnossapitoa ja erityisesti estää pölyämistä. SOP - teiden taloudelliseksi kestoiäksi arvioitiin aikanaan noin 5 vuotta. Varsinkin heikoille pohjille ja vilkkaille teille tehdyt yli viisi vuotta vanhat SOP -tiet ovat yleensä varsin huonokuntoisia. Pinnoitteiden reikiintyminen ja epätasaisuus haittaavat liikennöintiä. Huonokuntoisten SOP -teiden kunnossapito on vaikeaa, koska epätasaisuuksia ei ole voitu poistaa ja paikkaukset kestävät vain lyhyen aikaa. Fog Seal Menetelmässä käytetään emulsiota ilman kiviainesta. Tarkoituksena on sulkea ja parantaa päällysteen alapuolista kerrosta tai tiivistää ja vesieristää avoin päällyste. Slurry Seal (Lietepintaus) Massa on jatkuvakäyräisen kiviaineksen (0/2..4 mm) ja bitumiemulsion sekoitus. Eräissä tapauksissa portland sementtiä käytetään fillerinä. Lietepintaus sulkee olemassa olevan päällysteen vaurioita. Sand seal Tämä pintaus muodostuu sideainekalvosta, jonka päälle tulee suhteustunutta hiekkaa (3-5 mm), joka tiivistetään. Cape Seal Cape seal on sirotepintaus, jonka päällä on lietepintaus. Sillä saadaan pintaus, jossa ei ole irtokiviä. Chip Seal (Sirotepintaus) Sirotepintauksella tarkoitetaan sidotulle tai sitomattomalle alustalle bitumisella sideaineella liimattua kiviaineskerrosta. Kiviaines on vain yhtä lajitetta.
15 Sirotepintaus jyrätään joko kumipyöräjyrällä tai kumivalssijyrällä siten, että sirote tarttuu hyvin alustaansa. Soratien pintaus jyrätään kumivalssijyrällä tai tavallisella kaksivalssijyrällä, jonka paino on enintään 7 tonnia. Tehokas tiivistysvaikutus saavutetaan kumivalssitäryjyräyksellä. Erityisen huolella jyrätään ne alueet, jotka eivät joudu liikenteen aiheuttaman jälkitiivistyksen alaisiksi. Irrallinen kiviaines poistetaan harjaamalla tieltä viimeistään viikon kuluttua levityksestä. Emulsiota käytettäessä ylimääräinen kiviaines harjataan pois jo 2-3 vrk:n kuluttua levityksestä. Imeytyssepeli Penetration macadam Seulottu sora tai murskattu kivi levitetään tielle, tiivistetään ja sideaine ruiskutetaan sen jälkeen. Kerros tehdään ainakin 50 mm paksuksi ja se on hyvin karkea. Kustannukset ovat suuret, koska sideaineen tarve on suuri. Sopii paikkoihin, joissa liikenne ja geometria ovat ankarat. Erään ruotsalaisen asiantuntijan mielestä hyvä ratkaisu on tehdä sidottu kantava kerros imeytyssepellyksellä (IM indränkt makadam, 40 mm), jolla on sekä hyvä joustavuus, sekä hyvä vedenkestävyys ja viimeistään parin vuoden jälkeen pitää pinta päällystää sirotepintauksella 8 tai 11 mm maksimiraekoolla. Otta seal ja High Float Surface Treatment (HFST). Ottaseal (Ottadekke) menetelmä on norjalaista alkuperää. Chip-seal menetelmästä (vain yksi lajite) poiketen siinä kiviaines on suhteutettua sisältäen kaikkia lajitteita. Kun kiviaines tiivistetään kumipyöräjyrällä, niin sideaine puristuu ylöspäin läpi kiviaineksen. Hienoaineksen takia kestää 2-3 päivää, ennen kuin liikenne on tiivistänyt peittämään kaikki partikkelit. Ottaseal-menetelmällä voidaan tehdä kaksi kerrosta (Double Otta seal). Alaskassa on käytössä suunnilleen samanlainen menetelmä kuin Ottaseal, jota kutsutaan High Float Surface Treatment (HFST). He saivat idean kanadalaisilta (Yukon Territory), jossa se on ollut käytössä 1970-luvulta saakka. Rakeisuus ja työmenetelmä ovat suunnilleen samanlaisia kuin Ottaseal-menetelmässä, mutta sideaineena käytetään tavanomaisen emulsion sijasta High Float emulsiota. Öljysora (Oil gravel, Finn gravel) Öljysora keksittiin 1950-luvulla Ruotsissa, josta se tuli Suomeen. Vuonna 1995 Suomesta vietiin yhdysvaltoihin öljysoran valmistuslaitteisto. Myöhemmin Suomessa öljysorasta luovuttiin öljysorassa käytettävän bitumiöljyn hiilivetypäästöjen takia.
16 Yhdysvalloissa tehtiin useita öljysorakoeteitä ensiksi cut back bitumilla (liuottimella ohennettu bitumi, MC 3000), mutta pian siellä siirryttiin High Float emulsioon (HFE- 300). High Float emulsio-päällyste pysyy joustavana, joten päällyste voidaan repiä ja paikata varastoon tehdyllä massalla. Pienet pakkaskatkot umpeutuvat itsestään kesällä. Ruotsissa on markkinoilla bitumiöljy (S500), jossa myrkyllisten haihtuvien hiilivetyjen sijasta käytetään ympäristöystävällisempää ainesosaa. Tämä tekee tuotteesta selvästi kalliimpaa.
17 5. High Float emulsiot Veteen perustuvien bitumiemulsioiden tarkoitus on tehdä asfaltista helposti käsiteltävää alhaisissa lämpötiloissa. Emulsion valmistuksessa kemiallisia emulsiolisäaineita käytetään pitämään emulsiota stabiilina eli pitämään bitumipartikkelit vedessä bitumi/vesiseoksena. Lisäaineella ei normaalisti ole vaikutusta bitumin ominaisuuksiin sen jälkeen, kun emulsio on murtunut. Poikkeuksena tästä ovat emulsiolisäaineiden erikoisryhmä, joita kutsutaan High Float lisäaineiksi. Kun vesi lähtee emulsiosta, kemiallinen lisäaine jää murtuneeseen bitumiemulsiojäännökseen. High Float lisäainemolekyylit orientoituvat muodostamaan verkottuneen geelirakenteen bitumissa, jonka rakenne ja fysikaaliset ominaisuudet ovat hyytelön kaltaiset. Parannusta tulee myös lämpötilaherkkyyteen. Geelirakenne estää bitumia valumasta korkeissa lämpötiloissa (kuuma kesäpäivä). Lisäksi aine on vähemmän hauras alhaisissa lämpötiloissa ja siksi syntyy vähemmän pakkaskatkoja. High Float tarkoittaa sitä, että täyttää float -testin (ASTM D139; AASHTO T-50). Esimerkkinä erään tuotteen tekniset tiedot ( www.albina.com): HFMS-2S/HFE-300 PROPERTIES MIN MAX Viscosity SFS @ 25 C 50 Storage Stability, 1 day 1.0 Sieve % 0.10** Residue by 260 C Distillation, % 65 Oil in distillate by volume, % 7.0 TESTS ON RESIDUE FROM DISTILLATION Penetration @ 25 C, dmm 200 Float @ 60 C, sec 1200 *Indicates modified AASHTO procedure **-AASHTO a 0.30% is acceptable for samples taken at point of use.
18 6. Kasvisöljy-bitumiseoskokeilut Bitumiöljyn käytöstä luovuttiin sen haihtuvien hiilivetyjen takia. Bitumiöljy on huoneenlämmössä öljymäinen neste. Öljysorassa tämä merkitsee kylmäsekoitusmahdollisuutta ja muokattavuutta. Öljysorakin kovettuu aikaa myöden. Koska selvityksessä tuli esiin rypsiöljy ja haihtuvien hiilivetyjen haitat, päätettiin kokeilla rypsiöljyn sekoittamista bitumiin, jotta saataisiin bitumiöljyn kaltainen tuote. Kokeilussa tavallista ruokakaupan rypsi-ruokaöljyä sekoitettiin pehmeään bitumiin V1500 kolmella eri pitoisuudella (10 %, 20 % ja 30 %). Bitumi kuumennettiin ja siihen sekoitettiin rypsiöljy. Seos vaikutti stabiililta, eivätkä ainesosat erottuneet toisistaan. Tämä jälkeen kivirakeita kastettiin bitumiin. Runsain rypsiöljyseos vaikutti liian juoksevalta ja kivet eivät tarttuneet toisiinsa kiinni niin voimakkaasti kuin kahdessa muussa seoksissa. Tämän jälkeen tehtiin sorasta massaa. Kiviainekset lämmitettiin 45-82 asteen lämpötilaan, sideaine sekoitettiin vajaan 4 % sideainepitoisuudella ja massat tiivistettiin marshall-tiivistyksellä (50 + 50 iskua). Näyte, joka tehtiin 30 % rypsiöljypitoisuudella, ei pysynyt kunnolla koossa. Tämän jälkeen massat hajotettiin ja tiivistettiin uudestaan huoneen lämpöisinä marshalltiivistyksellä (25 + 25 iskua). Koekappaleet pysyivät koossa, kunnes ne siirrettiin marshall-laitteesta. Kaikki koekappaleet hajosivat siirron aikana tai sen jälkeen. Käytetty sora oli hyvin pyöreärakeista, eikä siinä ollut murskepintoja, joten kiviaineksella ei ollut omaa rakenteellista lujuutta. Jatkossa kokeiluissa kannattaa kiviaineksena käyttää kalliomursketta.
19 Kuva 1. Päällystekappale 10 % Rypsiöljypitoisuudella Kuva 2. Päällystekappale 20 % rypsiöljypitoisuudella
20 Kuva 3. Päällystekappale 30 % rypsiöljypitoisuudella Kuva 4. Uudelleen tiivistetty päällystekappale 10 % rypsiöljypitoisuudella
21 7. Skotlantilaisten vierailun tuloksia Kevättalvella 2005 Skotlannin tielaitoksen ja Colas yhtymän edustajat kävivät vierailulla Suomessa. He esittelivät muutamia siellä käytettäviä tekniikoita. Ohessa on lyhyesti esitetty pari tekniikkaa. Fibredec Fibredec-tekniikassa tierakenteen vetolujuutta lisätään deformaatiokestävyyden ja vaurioitumiskestävyyden lisäämiseksi. Patentoiduissa menetelmässä bitumiemulsiosta ja lasikuidusta muodostuva kerros rakennetaan tiehen yhdellä ajokerralla. Laitteen kulkiessa eteenpäin se ruiskuttaa ensiksi bitumiemulsion, sen jälkeen se levittää sopivan pituiseksi katkottua lasikuitua emulsion päälle, sen jälkeen tulee vielä bitumiemulsio ja lopuksi kiviainessirote, joka riippuu suunnitellusta rakenteesta (fibredec rakenteen päälle voidaan rakentaa erilaisia muita kerroksia). Grave Emulsion In Scotland Skotlannin tiehallinnon edustaja esitti lyhyesti erästä emulsiopäällystekokeilua ja antoi kokeilusta esitteen, jota tässä on lyhyesti referoitu. Massan kiviaines oli 50 % 0/6 mm, 30 % 6/10mm ja 20 % 10/14 mm. Emulsioita lisättiin 6 %, jolla jäännös bitumimäärä oli 4 %. Noin 8 % vettä oli lisätty massaan, jotta saataisiin haluttu työstettävyys. Massaa levitettiin 80 mm paksuudelta tavanomaisella levittimellä. Tiivistys tehtiin täryttimellä varustetulla levypyöräjyrällä ja kumipyöräjyrällä (ensiksi 2 ylitystä ilman täryä, 2 ylitystä täryllä, 8-10 ylitystä kumipyöräjyrällä). Päällysteen annettiin kuivua 10 päivää. Tämän jälkeen tehtiin pintaus, jossa sideainetta levitettiin 1,8 l/m 2 ja pintauksen kiviaineksena oli 10 mm lajite.
22 8. Johtopäätökset Ohjausryhmä halusi nimenomaan öljysoran korvaavaa tuotetta. Ruotsissa on vanhan öljysoran bitumiöljy korvattu ympäristöystävällisemmällä tuotteella S500. Mikäli aineen hinta on kohtuullinen, voidaan öljysoraa käyttää edelleen. Koska yhdysvalloissa on tehty öljysoraa High Float emulsiolla ja High Float emulsio on valmis kaupallinen tuote (ei ole käytetty Suomessa), niin Suomessakin kannattaisi kokeilla myös sen käyttöä. Bitumiemulsioilla tehdyt massapäällysteet ovat usein muualla pinnattu. Pintauksista kannattaa kokeilla Ottaseal ja HFST-pintauksia. Enemmänkin pölynsidontakeino eikä päällyste on asfalttirouheen ja soran seos, jolla saadaan pölytön mutta muokattavissa oleva pinta. Sopivan seossuhde on mainittu olevan 50-50 %, mutta asia varmaan kaipaa kokeiluja sopivien rakeisuuskäyrien löytämiseksi. Kasvisöljy-bitumiseoksen kokeilut kaipaavat lisäselvittelyjä. Teollisuudelle ja tutkimukselle pitää asettaa tavoitteeksi luontoystävällisen entisen bitumiöljyn kaltainen hinnaltaan kilpailukykyinen tuote.
23 9. Lisätietoa Ottaseal: http://www.ifgworld.org/assets/documents/technical%20information/oncarriageway/otta_seal.pdf High Float emulsiosta: http://www.kochpavementsolutions.com/solutions/high_float.htm http://www.blacklidgeemulsions.com/spec-2.htm http://www.walkerind.com/norjohn_emulsion/stockpile.html Amerikkalaisesta öljysorasta: http://www.google.fi/search?q=cache:zs75j3lq_ygj:www.mrr.dot.state.mn.us/research /MnROAD_Project/MnRoadOnlineReports/Minnesota%27s_Experience_With_Thin_Bit uminous_treatments_for_low-volume_roads.pdf+finn/oil+gravel&hl=fi