Ramboll Knowledge taking people further --- Pernon väylän TBT-massojen kiinteyttäminen stabiloimalla, tekniset tutkimukset Helmikuu 7
Ramboll Vohlisaarentie 2 B 36760 Luopioinen Finland Puhelin: 020 755 6740 www.ramboll.fi
Pernon väylän TBT-massojen kiinteyttäminen stabiloimalla, tekniset tutkimukset LIFE06 ENV/FIN/000195-STABLE Helmikuu 7 Viite 82112846-02 Versio Final Pvm 14.2.7 Hyväksynyt TkT Pentti Lahtinen Tarkistanut DI Harri Jyrävä Kirjoittanut FM Noora Virtanen Ramboll Vohlisaarentie 2 B 36760 Luopioinen Finland Puhelin: 020 755 6740 www.ramboll.fi
Sisällys 1. Lähtökohdat 1 2. Näytteenotto ja ruoppausmassan käsittely 1 3. Käytetyt sideaineet ja tuhkalaadut 2 4. Tutkimusmenetelmät 3 5. Tulokset ja tulosten tarkastelu 4 5.1 Sideaineen vaikutus stabilointitulokseen 4 5.2 Lentotuhkan vaikutus lujittumiseen 8 5.3 Ruoppausmassan vesipitoisuuden vaikutus lujittumiseen 12 5.4 Tuhkan kosteuden vaikutus lujittumiseen 14 5.5 Lisäaineiden vaikutus lujittumiseen 14 5.6 Aikalujittuminen 16 5.7 Tavoitelujuuden saavuttamiseksi tarvittava sideainemäärä 16 6. Johtopäätökset 17 Liitteet Liite 1. Puristuslujuustulokset taulukoituna
1. Lähtökohdat Tutkimusten tavoitteena on ollut selvittää Turusta Pernon väylältä ruopattavien TBT-pitoisten massojen stabilointimahdollisuudet ja stabiloinnilla saavutettavat lujuusominaisuudet. Tutkimukset on toteutettu yhtä päänäytettä testaamalla ja sideainevaihtoehtojen osalta työ on painottunut eri sementtityyppien, kuonan ja Fortumin lentotuhkan käyttömahdollisuuksien selvittämiseen. Lisäksi stabiloituvuustutkimuksissa on ollut mukana Salvorin ja Finnsementin rahoittamia vaihtoehtoisten sideaineiden/lisäaineiden tutkimuksia. Sivutuotteiden käytöllä on pyritty pienentämään riittävän lujuustason saavuttamiseksi tarvittavan kaupallisen sideaineen määrää. Tutkimukset on toteutettu kahdessa vaiheessa eli tutkimusohjelmaa on päivitetty saatujen tulosten perusteella tutkimusten edetessä. Ympäristökelpoisuustutkimukset raportoidaan omassa raportissaan. 2. Näytteenotto ja ruoppausmassan käsittely Sedimenttinäytteet otti Lounais-Suomen vesi- ja ympäristötutkimus Oy yhteistyössä Ramboll Finland Oy:n kanssa. Näytteenottopaikka sijaitsee Pernon väylällä (tutkimuspiste PeE). Näytepisteen sijainti määritettiin GPS-laitteella. Tutkimuspisteiden koordinaatit (KKJ) on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Tutkimuspisteen sijainti (KKJ-koordinaattijärjestelmä) ja näytteenottosyvyys Tutkimuspiste x y Näytteet (cm) PeE 6705564 1561740 0 n. 20 Näytteet otettiin Ekman-noutimella 31.5.6. Ruoppausmassanäyte on ennen tutkimuksia homogenisoitu siten, että näyte on kokonaisuudessaan tasalaatuista massaa. Taulukko 2. Tutkimuksissa käytettyjen materiaalien ominaisuuksia. Materiaali w [%] ρ [kg/m 3 ] Hh [%] ph akt CaO PeE-näyte 150 1330 6,1 7,8 LT, kuiva 0,2-2,4 11,4 0,6 LT, kasa 16,7/32,8-2,7 10,3 0,8 LT, poltettu 400ºC - - 2,5 10,4 0,4 w = vesipitoisuus laskettu näytteen sisältämän veden massan suhteena näytteen kuivamassaan (uunikuivaus 105ºC:ssa) ρ = tiheys Hh = hehkutushäviö laskettu 105ºC:ssa kuivatun näytteen hehkutuksessa hävinneen massan suhteena näytteen kuivamassaan. Hehkutuslämpötila on 800ºC. Akt CaO = aktiivinen kalkki on määritetty standardin SFS5188 mukaisesti 1
RAKEISUUS SAVI Turku Life Ruoppausmassojen stabilointi SILTTI HIEKKA 28.7.6 SORA % 0,0002 0,002 0,006 0,02 0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 90 % 80 % 70 % PeE 60 % Läpäisy 50 % poltettu kasatuhk 40 % 30 % 20 % 10 % kasatuhk LT (kuiva) 0 % 0,0002 0,0006 0,002 0,006 0,02 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 31,5 63 Raekoko [ mm ] Kuva 1. Tutkimuksissa käytetyn runkomateriaalin (PeE) ja lentotuhkien rakeisuuskuvaajat. 3. Käytetyt sideaineet ja tuhkalaadut Tutkimuksissa on käytetty sideaineena erilaisia sementtityyppejä, poltettua kalkkia, masuunikuonajauhetta, lentotuhkaa, Finnstabia ja muita lisäaineita. Tulostaulukoissa ja kuvissa käytetyt lyhenteet ovat seuraavat: Yleis = Yleissementti = (CEM II/A-M(S-LL) 42,5 N) Perus = Perussementti = (CEM II/B-S 42,5 N) Pika = Pikasementti = (CEM I 52,5 R) KJ400 = masuunikuonajauhe KJ400 CaO = poltettu kalkki F = Finnstabi THK2 = teollisuuden hienokalkki SLA = Salvor lisäaine LT = Fortumin Naantalin jalostamon lentotuhka kuiva tuhka kasatuhka = kasalta otettu tuhkanäyte kostutettu tuhka = laboratoriossa kostutettu/vanhennettu tuhkanäyte (w=15 % / 7 vrk) kuivattu tuhka = laboratoriossa kuivattu/poltettu kasatuhka (kuivaus 400 ºC) 2
4. Tutkimusmenetelmät Stabiloituvuustutkimusten yhteydessä homogenisoituun runkomateriaalinäytteeseen sekoitetaan haluttu määrä sideainetta (kg/m 3 ), sideaineen määrä lasketaan suhteessa stabiloitavan runkomateriaalin tilavuuteen. Sekoitus tapahtuu laboratoriosekoittimella 2-3 koekappaleen erissä käyttäen sekoituksessa vakiotyömäärää (2 min/sekoituserä). Sekoitettu massa pakataan halkaisijaltaan 43 mm näytesylintereihin, joiden korkeus on noin 125 mm. Näytesylinterit säilytetään 2 ensimmäistä vuorokautta sideaineen sekoittamisen jälkeen huoneenlämmössä (noin +20 o C) lämpöeristettyihin laatikoihin pakattuna sideainetyypeittäin eroteltuna eri laatikoihin. Alkuvaiheen lämpökäsittelyn jälkeen säilytyslämpötila on koestamiseen saakka +8 o C. Koekappaleiden kuivuminen on estetty pakkaamalla ne muovipusseihin. Ennen puristuslujuusmääritystä koekappale poistetaan näytesylinteristä ja sen päät tasataan, samalla tarkistetaan silmämääräisesti kappaleen homogeenisuus/ehjyys. Koestus tapahtuu 1-aksiaalisesti käyttäen kuormitusnopeutta 1 mm/min. Koekappalekoko h/d=86/43 mm. Stabiloituvuustutkimusten yhteydessä on tarkasteltu sideainelaadun ja määrän vaikutusta stabilointitulokseen. Tutkimusten tarkoituksena on ollut määrittää tavoitelujuuden saavuttamiseen soveltuva sideaineresepti sekä tutkia sivutuotemateriaalien käyttömahdollisuuksia pienentää tarvittavan kaupallisen sideainekomponentin määrää. Stabiloitavan runkomateriaalin vesipitoisuustaso vaikuttaa tavoitelujuustason saavuttamiseksi tarvittavaan sideainemäärään. Tämän tekijän vuoksi testeissä on pyritty tuottamaan mahdollisimman paljon tietoa myös vesipitoisuustason vaikutuksista stabilointitulokseen. Seuraavassa esitetään tärkeimmät tulokset kuvina ja lisäksi liitteessä 1 on esitetty kaikki puristuslujuustulokset taulukoituina. 3
5. Tulokset ja tulosten tarkastelu 5.1 Sideaineen vaikutus stabilointitulokseen Yleissementti, Kuva 2., Kuva 5., Kuva 6. ja Kuva 7. määrä on suorassa suhteessa saavutettavaan lujuuteen pitkäaikaislujittumisen osuus on merkittävää vesipitoisuuden kasvu vaikuttaa merkittävästi tarvittavaan sideainemäärään, esimerkiksi 120 kpa lujuustasolla tarvitaan 45 kg/m 3 Yleissementtimäärän lisäys, kun vesipitoisuus muuttuu 150 %:sta %:iin (90 d tulokset) Puristuslujuus [kpa] 260 240 220 180 160 140 120 80 60 40 / PeE-pisteen massan stabiloiminen Yleissementillä / w 0 =150% Yleis/w150/28d Yleis/w150/90d Yleis/w/28d Yleis/w/90d Yleis/w250/28d Yleis/w250/90d w150% w% + 45 kg/m 3 Yleis:ä w=150%, 90d w=150%, 28d w=%, 90d 20 w=%, 28d 0 30 40 50 60 70 80 90 110 120 130 140 150 160 170 180 Yleissementin määrä [kg/m 3 ] Kuva 2. Ruoppausmassan lujittuminen Yleissementillä. w% w250% + 35 kg/m 3 Yleis:ä w=250%, 90d w=250%, 28d 4
Perussementti, Kuva 3., Kuva 5., Kuva 6. ja Kuva 7. määrä on suorassa suhteessa saavutettavaan lujuuteen pitkäaikaislujittumisen osuus on merkittävää vesipitoisuudessa 150 % Perussementillä ja Yleissementillä saavutettavat lujuudet ovat yhtä suuria, suuremmissa vesipitoisuuksissa Perussementti lujittaa Yleissementtiä paremmin Puristuslujuus [kpa] 500 Turku / PeE-pisteen massan stabilointi Perussementillä w=150%, 90d 450 Perus/w150/28d Perus/w150/90d 400 Perus/w/28d 350 Perus/w/90d w=150%, 28d Perus/w250/28d 300 Perus/w250/90d 250 w=250%, 90d 150 w=%, 90d w=250%, 28d 50 w=%, 28d 0 70 80 90 110 120 130 140 150 160 170 Perussementin määrä [kg/m 3 ] Kuva 3. Ruoppausmassan lujittuminen Perussementillä. 5
Kalkki-Finnstabi, Kuva 4. ja Kuva 5. kalkki-finnstabi-seoksella lujuuskehitys on Yleissementtiä hitaampaa 90 d lujuudet ovat lähellä Yleissementin ja Perussementin vastaavia lujuuksia, kun sideainemäärä on maksimissaan 75 kg/m 3, mutta isommilla sideainemäärillä Yleissementti ja Perussementti lujittavat paremmin sideainemäärän kasvattamisen vaikutus saavutettavaan lujuuteen selvästi sementtejä pienempi Puristuslujuus [kpa] 180 160 140 120 80 60 40 20 Turku / PeE-pisteen stabilointi CaO+F -seoksella w = 150 %, 90 d w = 150%, 28 d 0 60 70 80 90 110 120 130 140 150 160 (CaO+F):n määrä [kg/m 3 ] Kuva 4. Ruoppausmassan lujittuminen kalkki+finnstabi seoksella. KJ400+Pikasementti, Kuva 5.ja Kuva 7. kuonajauhe+pikasementin 90 d lujuustulos on samaa tasoa Yleissementin, Perussementin ja kalkki-finnstabin lujuustulosten kanssa, kun sideainemäärä on pieni (75 kg/m 3 ). 28 d lujuus on sen sijaan pienempi kuin sementeillä. Tämä johtuu kuonajauhe+pikasementin hitaammasta lujuuskehityksestä verrattuna sementteihin suuremmilla sideainemäärillä ( kg/m 3 ) kuonajauhe+pikasementin lujuustulokset ovat suurempia kuin Yleissementin ja Perussementin ja kuonajauhe+pikasementin pitkäaikaislujittuminen on voimakkaampaa kuin sementeillä toimivuuden kannalta on huomioitava että kuonajauhe+pikasementin määrällä on olemassa kynnysarvo suuressa vesipitoisuudessa (250 %) kuonajauhe+pikasementti lujittaa huomattavasti paremmin kuin Yleissementti ja Perussementti. Esimerkiksi vesipitoisuuksissa w = 150 % ja w = 250 % kuonajauhe+pikasementillä lujuuksien ero on pienehkö ja selvästi vähemmän herkkä vesipitoisuuden vaikutukselle kuin sementeillä 6
Turku /PeE-pisteen massan stabilointi eri sideaineilla /w =150 % 500 450 28 d 90 d 400 350 Puristuslujuus [kpa] 300 250 150 50 0 30Yleis 60Yleis 75Yleis 75Perus 75(KJ400+PIKA) 75(CaO+F) Yleis Perus (KJ400+PIKA) (CaO+F) 150Perus 150(CaO+F) Kuva 5. Eri sideaineiden puristuslujuudet (28 d ja 90 d) vesipitoisuudessa 150 %. Turku /PeE-pisteen massan stabiloiminen eri sideaineilla / w = % 180 160 28 d 90 d 140 Puristuslujuus [kpa] 120 80 60 40 20 0 75Yleis 75Perus Yleis Perus 125Yleis Kuva 6. Eri sideaineiden puristuslujuudet (28 d ja 90 d) vesipitoisuudessa %. 7
Turku / PeE-pisteen massan stabilointi eri sideaineilla / w = 250 % 400 350 28 d 90 d w=150% 300 Puristuslujuus [kpa] 250 150 w=150% w=150% w=150% w=150% w=150% 50 0 Yleis Perus (KJ400+PIKA) 150Yleis 150Perus 175Yleis Kuva 7. Eri sideaineiden puristuslujuudet (28 d ja 90 d) vesipitoisuudessa 250 % ja vertailu vesipitoisuudessa 150 % määritettyihin puristuslujuuksiin. 5.2 Lentotuhkan vaikutus lujittumiseen Yleissementti+Lentotuhka, Kuvat 8.-10. 60 kg/m 3 Yleissementtimäärällä (ruoppausmassan w =150%) maksimissaan 50 kg/m 3 LT:n lisäys tuo lisälujuutta 28 d tuloksissa, mutta 90 d tuloksissa vielä kg/m 3 LT:n lisäys parantaa lujuutta 75 kg/m 3 Yleissementtimäärällä (ruoppausmassan w =150%) LT:n määrällä ei ole merkittävää vaikutusta 28 d lujuustuloksissa, mutta 90 d tuloksissa maksimissaan 50 kg/m 3 lisäys LT:n määrässä parantaa lujuutta märemmillä massoilla (w>%) LT:n lisäys tuo selvemmin etua, mutta LT:n määrän lisääminen paljon yli 50 kg/m 3 ei ole silloinkaan perusteltua, sillä 50 kg/m 3 lisäyksellä saavutetaan selvästi nopein lujuustason kohoaminen, joka hidastuu ratkaisevasti kg/m 3 lisäykseen asti ja loppuu tämän jälkeen kokonaan. sopivin tuhkan määrä on noin 50-75 kg/m 3 8
Puristuslujuus [kpa] 180 160 140 120 Turku / PeE-pisteen massan stabilointi yleissementillä ja LT:lla / w(pee)=150 % 60Yleis/w150/28d 60Yleis/w150/90d 75Yleis/w150/28d 75Yleis/w150/90d 80 60 40 0 20 40 60 80 120 140 160 LT:n määrä [kg/m 3 ] Kuva 8. Lentotuhkan vaikutus lujuuteen, kun ruoppausmassan vesipitoisuus on 150 % ja sideaineena on Yleissementti. Puristuslujuus [kpa] 220 180 160 140 120 80 Turku / PeE-pisteen massan stabilointi yleissementillä ja LT:lla / w(pee) =% 75Yleis/w/28d Yleis/w/28d 75Yleis/w/90d Yleis/w/90d 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 LT:n määrä [kg/m 3 ] Kuva 9. Lentotuhkan vaikutus lujuuteen, kun ruoppausmassan vesipitoisuus on % ja sideaineena on Yleissementti. 9
300 Turku / PeE-pisteen massan stabilointi yleissementillä ja LT:lla / w(pee) =250% Puristuslujuus [kpa] 250 150 75Yleis/w250/28d 75Yleis/w250/90d Yleis/w250/28d Yleis/w250/90d 125Yleis/w250/28d 125Yleis/w250/90d 50 0 0 20 40 60 80 120 140 160 LT:n määrä [kg/m 3 ] Kuva 10. Lentotuhkan vaikutus lujuuteen, kun ruoppausmassan vesipitoisuus on 250 % ja sideaineena on Yleissementti. Kalkki+Finnstabi+Lentotuhka, Kuvat 11.-12. aikalujittuminen merkittävää etenkin märillä massoilla (w>150%) kalkki-finnstabi on alkuvaiheessa (28 d) herkempi vesipitoisuuden kohoamiselle kuin Yleissementti, mutta pitkäaikaislujittuminen huomioitaessa ero tasoittuu pienillä sideainemäärillä (60 kg/m 3 ) kalkki+finnstabi+lt toimii paremmin kuin vastaava Yleissementti+LT-seos, suuremmilla sideainemäärillä Yleissementti+LT toimii paremmin kuin kalkki+finnstabi+lt-seos tuhkamäärän kasvattaminen tuo lisälujuutta vielä 150 kg/m 3 tasollakin 10
Puristuslujuus [kpa] 250 225 175 150 125 75 Turku/ PeE-pisteen massan stabilointi (CaO+F)+LT -seoksella / w 0 =150 % 75kg/m3 (CaO+F) w=150% 28d 90d w=150% w=250% 60kg/m3 (CaO+F), w=150% 28d 90d 60(CaO+F)/w150/28d 60(CaO+F)/w150/90d 75(CaO+F)/w150/28d 75(CaO+F)/w150/90d 75(CaO+F)/w250/28d 75(CaO+F)/w250/90d (CaO+F)/w250/28d (CaO+F)/w250/90d 50 25 75kg/m3(CaO+F), w=250% 28d 90d kg/m3 (CaO+F), w=250% 28d 90d 0 0 20 40 60 80 120 140 160 LT:n määrä [kg/m 3 ] Kuva 11. Lentotuhkan vaikutus lujuuteen, kun sideaineena on kalkki+finnstabi. Turku /PeE-pisteen massan stabilointi / (CaO+F+LT)-seoksen ja (Yleissementti+LT)-seoksen vertailu 250 28d, w=150% 90d, w=150% Puristuslujuus [kpa] 150 50 0 60Yleis 60Yleis+50LT 60(CaO+F)+50LT 60Yleis+LT 60(CaO+F)+LT 60Yleis+150LT 60(CaO+F)+150LT 75Yleis 75(CaO+F) 75Yleis+25LT 75(CaO+F)+25LT 75Yleis+50LT 75(CaO+F)+50LT 75Yleis+LT 75(CaO+F)+LT Yleis (CaO+F) (CaO+F)+LT 150(CaO+F) Kuva 12. Kalkki+Finnstabi+LT-seoksen vertailu Yleissementti+LT-seokseen. 11
Perussementti+Lentotuhka, Kuva 13. Perussementti+LT toimii pienemmissä vesipitoisuuksissa (w =150%) Yleissementti+LT:aa paremmin, mutta vesipitoisuuden noustessa ero tasoittuu 260 240 Turku / PeE-pisteen massan stabilointi Perussementti+LT-seoksella ja Yleissementti+LT-seoksella Puristuslujuus [kpa] 220 180 160 140 75Perus/w150/28d 75Perus/w150/90d 125Perus/w250/28d 125Perus/w250/90d 75Yleis/w150/28d 75Yleis/w150/90d 125Yleis/w250/28d 125Yleis/w250/90d 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 110 120 130 140 150 LT:n määrä [kg/m 3 ] Kuva 13. Lentotuhkan vaikutus lujuuteen. Verrattu Perussementti+LT-seosta Yleissementti+LT-seokseen. Teollisuuden hienokalkki+finnstabi+lt ei toimi 5.3 Ruoppausmassan vesipitoisuuden vaikutus lujittumiseen Huomattavan hyvin lujittuvia sideaineseoksia vesipitoisuuden noususta huolimatta ovat kuonajauhe-pikasementti-seos ja Yleissementti+SLA-seokset Taulukko 3. Sideaineet, joilla saavutettava puristuslujuus on kpa vesipitoisuudessa % tai 250 %. w [%] Ikä [d] Puristuslujuus Sideaineet [kg/m 3 ] [kpa] 28 30 Yleis + 150 SLA 28 70 KJ + 30 Pika 28 150 Perus 250 28 70 KJ + 30 Pika 250 28 noin 150 Perus 90 30 Yleis + 150 SLA 90 noin 75 Yleis+ 50 LT 90 75 (CaO+F) + 50 LT 90 70 KJ + 30 Pika 90 Perus 250 90 30 Yleis + 150 SLA 250 90 70 KJ + 30 Pika 250 90 150 Perus 12
350 Puristuslujuus 28d [kpa] 150Perus 300 250 45Yleis+150SLA 70KJ400+30Pika 30Yleis+150SLA 45Yleis+SLA Perus Yleis 150 75Yleis+50LT Yleis 75(CaO+F)+50LT (CaO+F)+LT 30Yleis+150SLA 45Yleis+SLA 45Yleis+150SLA 70KJ400+30Pika Perus 150Perus 75Yleis+50LT (CaO+F)+LT 75(CaO+F)+50LT 50 0 150 160 170 180 190 210 220 230 240 250 vesipitoisuus [%] Kuva 14. Ruoppausmassan vesipitoisuuden vaikutus lujuuteen eri sideaineratkaisuilla. 28 d tulokset. Puristuslujuus 90d [kpa] 600 550 500 150Perus 450 45Yleis+150SLA 400 70KJ400+30Pika 350 30Yleis+150SLA 300 45Yleis+SLA Perus 250 Yleis 75Yleis+50LT 75(CaO+F)+50LT150 75Yleis+50LT Yleis 75(CaO+F)+50LT 30Yleis+150SLA 45Yleis+SLA 45Yleis+150SLA 70KJ400+30Pika Perus 150Perus 50 150 160 170 180 190 210 220 230 240 250 vesipitoisuus [%] Kuva 15. Ruoppausmassan vesipitoisuuden vaikutus lujuuteen eri sideaineratkaisuilla. 90 d tulokset. 13
5.4 Tuhkan kosteuden vaikutus lujittumiseen Yleissementin kanssa kuivan/kuivatun lentotuhkan käyttö ei tuo merkittävää lisähyötyä lujuudelle, ja toisaalta kostea tuhka ei heikennä lujuutta Samoin kuonajauhe+pikasementti-seoksen kanssa kuiva tuhka ei tuo etua kostutettuun tuhkaan nähden kalkki+finnstabin kanssa kuiva/kuivattu tuhka toimii paremmin pienillä sideainemäärillä [60-75 kg/m 3 (CaO+F)], mutta suuremmilla sideainemäärillä [ kg/m 3 (CaO+F)] tilanne tasoittuu ja yksittäisissä tuloksissa kostutetun tuhkan käyttö antaa jopa paremman tuloksen kuin kuiva tuhka. 280 Turku/ PeE-pisteen massan stabilointi/ Tuhkan kosteuden vaikutus LT=kuiva (w=0,2%) LT=kostutettu (w=15%/7vrk) LT=kuivattu 400ºC LT=kasa (w=16,7/32,8%) 240 Puristuslujuus [kpa] 160 120 80 40 0 60Yleis+LT/w150/28d 60Yleis+LT/w150/90d 75Yleis+50LT/w150/28d 75Yleis+50LT/w150/90d 75Yleis+50LT/w/28d 52,5KJ400+22,5Pika+LT/w150/28d 52,5KJ400+22,5Pika+LT/w150/90d 60(CaO+F)+LT/w150/28d 60(CaO+F)+LT/w150/90d 75(CaO+F)+50LT/w150/28d 75(CaO+F)+50LT/w150/90d (CaO+F)+LT/w150/28d (CaO+F)+LT/w150/90d Kuva 16. Tuhkan vesipitoisuuden vaikutus puristuslujuuksiin eri sideaineilla. 5.5 Lisäaineiden vaikutus lujittumiseen Salvorin lisäaineella voidaan vähentää merkittävästi kaupallisen sideaineen määrää. Esimerkiksi 90 d tuloksissa (vesipitoisuudessa 150 %) 140 kpa lujuuteen pääsemiseksi tarvitaan pelkkää Yleissementtiä 75 kg/m 3 tai vaihtoehtoisesti 50 kg/m 3 SLA+ 30 kg/m 3 Yleissementtiä SLA+Yleissementti toimii hyvin myös ruoppausmassan vesipitoisuuden noustessa 250 %:iin. Esimerkiksi kpa puristuslujuuden saavuttaminen 90 vrk:ssa vesipitoisuudessa 250 % vaatii noin 45 kg/m 3 Yleissementtiä+ kg/m 3 SLA:ta kun puolestaan pelkkää Yleissementtiä tarvitaan noin 130 kg/m 3. 14
250 SLA 0-150 kg/m3 Turku / PeE (wo=150 %) SLA0/w150 SLA0/w 28 puristuslujuus [kpa] 150 50 w 150 % --> 250 % w150 %--> 250 % SLA0/w250 SLA50/w150 SLA/w150 SLA/w SLA/w250 SLA150/w150 SLA150/w SLA150/w250 0 30 50 70 90 110 130 150 Yleissementtimäärä [kg/m 3 ] Kuva 17. Salvorin lisäaine+yleissementti sideaineseoksen lujittuminen verrattuna pelkän Yleissementin lujittumiseen eri vesipitoisuuksissa. 28 d tulokset. 450 SLA 0-150 kg/m3 Turku / PeE (wo=150 %) 90 puristuslujuus [kpa] 400 350 300 250 150 w 150 % --> 250 % w150-->--> 250 % SLA0/w150 SLA0/w SLA0/w250 SLA50/w150 SLA/w150 SLA/w SLA/w250 SLA150/w150 SLA150/w SLA150/w250 50 0 30 50 70 90 110 130 150 Yleissementtimäärä [kg/m 3 ] Kuva 18. Salvorin lisäaine+yleissementti sideaineseoksen lujittuminen verrattuna pelkän Yleissementin lujittumiseen eri vesipitoisuuksissa. 90 d tulokset. 15
5.6 Aikalujittuminen Puristuslujuus [kpa] 280 240 160 120 75Yleis 75Perus 150(CaO+F) 75(KJ400+Pika) 75Yleis+50LT(kuiva) 75Perus+50LT(w15%/7vrk) (CaO+F)+LT(w15%/7vrk) 45Yleis+50SLA CaO+F+LT y = 2,9355x + 9,8065 Perus+LT y = 1,1613x + 112,48 CaO+F y = 1,8871x + 5,1613 Yleis+LT y = 1,0484x + 71,645 Yleis+SLA y = 0,9355x + 69,806 Yleis y = 0,6613x + 81,484 Perus y = 0,5484x + 86,645 KJ400+Pika y = 0,9839x + 44,452 80 40 20 30 40 50 60 70 80 90 110 120 Aika [d] Kuva 19. Eri sideaineiden aikalujittuminen vesipitoisuudessa 150 %. 5.7 Tavoitelujuuden saavuttamiseksi tarvittava sideainemäärä Taulukossa 4 on esitetty 170 kpa puristuslujuuden saavuttamiseen tarvittava sideainemäärä. Taulukko 4. Taulukossa on arvioitu 170 kpa puristuslujuuden saavuttamiseen vaadittava sideainemäärä eri vesipitoisuuksissa. Hyvät sideainevaihtoehdot ovat taulukossa lihavoituna. Sideaine 28 d 90 d [kg/m 3 ] w 150 % w % w 250 % w 150 % w % w 250 % Yleis noin 110 noin 155 noin 190 85 noin 130 165 Perus 105 noin 145 noin 180 85 noin 120 150 CaO+F - - - 120 - - KJ400+Pika 95 >* 80 - <* Yleis+LT >(+50) >(130+50) >(155+50) 80+50 +50 110+50 (CaO+F)+LT - - - 70+ - - noin 30+140 95+150 30+65 <(30+150)* 40+150 Yleis+SLA 70+150* Perus+LT 75+75 - - 75+50 - - * tarvitaan lisää tutkimuksia tarkemman sideainemäärän arviointia varten 16
6. Johtopäätökset Sideainevalinnat vaikuttavat huomattavasti saavutettavaan lujuuteen. Seuraavassa on arvioitu, kuinka paljon lentotuhka ja SLA voivat korvata sementtiä lujuudessa 170 kpa:ssa 90 d ikäisissä kappaleissa. Samoin on vertailtu eri sideaineiden aikalujittumisominaisuuksia ja ruoppausmassan vesipitoisuuden vaikutusta eri sideaineiden lujittumiseen. Vaihtoehtoisten sideaineiden käyttö Lentotuhkan käyttö tuo lisäetua ensisijaisesti märillä ruoppausmassoilla Lentotuhkan sopiva käyttömäärä on noin 50-75 kg/m 3 Taulukko 5. Arvioidut LT:n tai SLA:n määrät sementin korvaamiseksi w [%] Ikä [d] Vastaavuus 150 90 50 kg/m 3 LT:aa vastaa noin 5 kg/m 3 Yleis:a 150 90 50 kg/m 3 LT:aa vastaa noin 15 kg/m 3 Perus:a 150 90 50 kg/m 3 SLA:ta vastaa noin 40 kg/m 3 Yleis:a 250 90 50 kg/m 3 LT:aa vastaa noin 20 kg/m 3 Yleis:a 250 90 50 kg/m 3 SLA:ta vastaa noin 40 kg/m 3 Yleis:a Aikalujittuminen Sideaineen/sideaineseoksen aikalujittuminen on merkittävintä kalkki+finnstabi+lt-seoksella ja kalkki+finnstabi-seoksella. Vesipitoisuuden vaikutus Kuonajauhe+Pikasementti-seos sekä Yleissementti+SLA-seokset kestävät parhaiten ruoppausmassan vesipitoisuuden kasvun. Muilla sideainevaihtoehdoilla vesipitoisuuden kasvu heikentää lujuutta suhteessa enemmän 17
Puristuslujuustulokset LIITE 1 (4 s.) PeE-pisteen massan jalostaminen stabiloimalla (w o =150 %) sideaine määrä w runkomat. Puristuslujuus [kpa] [kg/m3] [%] 28 vrk 90 vrk 60 47 66 75 141 Yleis 153 239 Yleis+LT CaO+F (CaO+F)+LT 60+50 (kuiva) 60 89 60+ (kuiva) 59 103 60+ (kostutettu) 73 103 60+ (kuivattu) 72 121 60+ (kasa) 69 109 60+150 (kuiva) 66 103 75+25(kuiva) 156 75+50 (kuiva) 101 166 75+50 (kostutettu) 120 166 75+50 (kuivattu) 106 166 75+50 (kasa) 120 162 75+ (kuiva) 104 165 75 150 50 132 42 166 60+50 (kuiva) 53 125 60+ (kuiva) 68 129 60+ (kostutettu) 58 88 60+ (kuivattu) 71 139 60+ (kasa) 39 85 60+150 (kuiva) 68 75+25 (kuiva) 50 145 75+50 (kuiva) 59 158 75+50 (kuivattu) 71 170 75+50 (kostutettu) 44 137 75+50 (kasa) 42 128 75+ (kuiva) 71 196 60+ (kuiva) 5 10 (THK2+F)+LT 75+50 (kuiva) 16 32 1
PeE-pisteen massan jalostaminen stabiloimalla (w o =150 %) sideaine määrä wrunkomat. Puristuslujuus [kpa] [kg/m3] [%] 28 vrk 90 vrk 75 150 141 Yleis Yleis+LT (kuiva) (CaO+F)+LT (kuiva) 75 26 32 150 153 239 50 80 250 35 59 150 250 69 124 60+ 150 59 103 60+ 33 59 75+50 150 101 166 75+50 53 94 75+50 250 31 64 75+ 150 104 165 75+ 250 31 66 75+150 250 33 73 + 250 63 129 (58) / 250 +150 71 157 150+ 250 143 318 60+ 150 68 129 60+ 31 105 75+50 150 59 158 75+50 20 97 75+50 250 < 10 52 75+ 150 71 196 75+ 250 < 10 67 75+150 250 < 10 81 + 250 < 10 82 +150 250 < 10 117 150+ 250 < 10 72 (THK2+F)+LT 60+ 150 < 10 10 (kuiva) 75+50 150 16 32 2
PeE-pisteen massan jalostaminen stabiloimalla (w o =150 %) sideaine määrä w runkomat. Puristuslujuus [kpa] [kg/m3] [%] 28 vrk 90 vrk 75 150 141 150 153 239 75 26 32 50 80 Yleis 56 Yleis+LT (kostutus 15%/7vrk) 125 111 154 250 35 59 150 250 69 124 175 250 128 220 75+50 150 120 166 75+50 53 94 75+ 85 127 +50 114 175 + 117 + 250 63 129 +150 250 71 157 125+50 250 119 223 125+ 250 124 234 125+150 250 126 260 150+ 250 143 318 Perus + LT(15%/7vrk) 75+50 150 145 217 Perus + LT(15%/7vrk) 125+ 250 128 219 73 KJ400+Pika +LT(15%/7d) CaO+F (CaO+F)+LT 52.5+22.5+0 150 72 133 52.5+22.5+50 150 74 / 113 136 52.5+22.5+ 150 88 154 52.5+22.5+ (kuiva LT) 150 73 137 52.5+22.5+50 250 85 / 43 173 52.5+22.5+ 250 85 138 70+30+ 250 138 326 75 150 50 132 150 42 166 150 150 58 175 60+ (kuiva LT) 150 68 129 75+ (kuiva LT) 150 71 196 + (kuiva LT) 150 74 209 + (LT15%/7vrk) 150 92 274 3
PeE-pisteen massan jalostaminen stabiloimalla (w o =150 %) sideaine määrä w runkomat. Puristuslujuus [kpa] [kg/m3] [%] 28 vrk 90 vrk 30 150 5 20 60 150 47 66 75 150 141 Yleis 75 26 32 150 153 239 50 80 250 35 59 Yleis+SLA 150 250 69 124 30+50 150 75 140 30+ 150 138 240 30+150 150 182 351 30+150 99 188 30+150 250 57 153 45+50 150 96 154 45+ 150 150 264 45+ 76 150 45+ 250 48 103 45+150 150 206 400 45+150 250 78 211 60+150 150 251 428 70+150 250 127 294 +150 250 185 417 PeE-pisteen massan jalostaminen stabiloimalla (w o =150 %) sideaine määrä wrunkomat. Puristuslujuus [kpa] [kg/m3] [%] 2 vrk 28 vrk 90 vrk 60 150 47 66 75 150 141 75 26 32 Yleis 150 90 153 239 50 80 250 15 35 59 Perus KJ400 70 kg/m3 + Pika 30 kg/m3 150 250 69 124 75 150 102 136 75 27 45 150 83 156 248 65 103 250 15 40 52 150 150 327 469 150 250 96 170 150 38 373 250 12 135 356 4