Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet Tien kerrosstabiloinnin käyttöikä ja tuotehyväksyntä (Infra - Stabil) Tiehallinnon selvityksiä 45/2007

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet Tien kerrosstabiloinnin käyttöikä ja tuotehyväksyntä (Infra - Stabil) Tiehallinnon selvityksiä 45/2007 Tiehallinto Helsinki 2007

Kannen kuva: Stabilointikoneen sekoitusrummun rakenne, (lupa: Wirtgen Finland Oy) Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) ISSN 1459-1553 ISBN 978-951-803-964-1 TIEH 3201071-v Tiehallinto Tietekniikka Opastinsilta 12 A PL 33 00521 HELSINKI Puhelin 0204 22 11

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen: Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet. Tien kerrosstabiloinnin käyttöikä ja tuotehyväksyntä (Infra-Stabil). Helsinki 2007: Tiehallinto, Tietekniikka. Tiehallinnon selvityksiä 45/2007. 71 s. + liitt. 45 s. ISSN 1459-1553 ISBN 978-951-803-964-1, TIEH 3201071-v. Asiasanat: in-situ tutkimukset, kantava kerros, koerakenteet, koetiet, komposiitti, masuunihiekka, rakenteen parantaminen, remix, sementtistabilointi, stabilointi, urautuminen, vaahtobitumi TIIVISTELMÄ Tutkimus "Referenssistabilointien täysmittakaavakokeet" muodostaa osan INFRA-teknologiaohjelman projektista Infra-Stabil. Projektissa tutkittiin erilaisia Tiehallinnon stabilointiohjeen mukaisia kantavan kerroksen stabilointeja. Nämä ovat tierakenteen parantamismenetelmiä, joissa tien kantava kerros tai sen yläosa sidotaan bitumilla, sementillä tai masuunihiekalla. Stabilointia tehdään sekä uusia teitä rakennettaessa että vanhoja teitä peruskorjattaessa. Stabiloinnilla parannetaan tien kuormitus- ja deformaatiokestävyyttä. Tutkimus kattoi perinteisten sementtistabiloinnin ja bitumistabiloinnin lisäksi 1990-luvulla kehitetyt remix-, masuunihiekka- ja komposiittistabiloinnit. Eri stabilointityyppien kehittyessä on kehitetty sekä asema- että paikallasekoituskalustoa. Stabilointityölle on tyypillistä, että siinä käytetään lähinnä paikallista, tielinjalla olevaa materiaalia, jonka ominaisuudet vaihtelevat jatkuvasti tien eri kohdissa. Täysmittakaavakoetutkimuksen tavoitteena oli tuottaa: - Vertailuaineistoa samoissa olosuhteissa rakennettujen, Tiehallinnon ohjeiden mukaisten erilaisten kerrosstabilointien (ns. referenssistabilointien) ominaisuuksien keskinäistä vertailua varten, käyttöikämitoitusmenettelyjen lähtötiedoiksi ja kehittyvien stabilointiohjeiden perusteeksi sekä yritysten omien reseptien mukaisten merkkituotteiden hyväksyntämenettelyä varten. - Vertailuaineistoa referenssistabilointien laboratoriotutkimustulosten ja niiden tieolosuhteissa tutkittujen vastaavien ominaisuuksien välille osoittamaan ennakkokokeiden tulosten käyttömahdollisuuksia käyttöikämitoituksen lähtötietoina. - Pitkäaikaisesti seurattavissa oleva, suhteellisen homogeeniselle alustalle rakennettu koetie, jonka toimivuusominaisuuksien ja kuntomuuttujien (rakenteiden pysyvyyttä ja turmeltumista) kehittymistä seuraamalla voidaan kehittää ja tarkentaa käyttöikämalleja. Hankkeen täysmittakaavakokeiden pääkohteeksi Tiehallinto osoitti Vaasan tiepiiristä tien mt 718 välin Kaitsor Vöyri. Esitetty kohde sopi tarkoitukseen hyvin riittävän pituutensa ja homogeenisuutensa johdosta. Sementtistabilointikohteeksi valittiin kaksi vanhempaa, mahdollisimman hyvin dokumentoitua kohdetta. Ensimmäinen oli valtatiellä vt 5 välillä Hiltulanlahti - Vehmasmäki sijaitseva paikallastabilointikohde, jossa tutkittiin jälkitärytyksen vaikutusta ja toinen oli asemasekoitteisena toteutettu valtatien vt 6 Vuoksenniskan ohitustieosuus. Perusparannusurakka ja sen eri alihankinnat kilpailutettiin. Stabilointityön Vöyrin kohteessa tekivät pääurakoitsijana Skanska Asfaltti Oy (Remix) ja aliurakoitsijoina Andament Oy (masuunihiekka) ja Lemminkäinen Oyj (komposiitti, vaahtobitumi). Sekoitusjyrsintä ja stabilointi tehtiin kesä-heinäkuussa 2004.

Jälkiseurannan tärkein tavoite oli seurata koekohteen (Mt 718) eri tavoin stabiloitujen rakenteiden ja päällysteen toimivuusominaisuuksien (tasaisuudet ja vauriot) ja kantavuuden kehittymistä projektin aikana. Koetien seurantaa tulisi jatkaa, kunnes stabilointityyppien erot alkavat näkyä ja rakenteet tulisi avata seurannan myöhemmissä vaiheissa. Vain tällä tavoin koetien rakentamisesta saataisiin täysimääräinen hyöty ja stabiloitujen kerrosten ala- ja yläpinnan pystysiirtymistä ja tilasta ja kunnosta saataisiin varmempi tulos. Projektin seurannassa todettiin, että uransyvyys kasvoi vuosina 2004 06 keskimäärin nopeudella 0,25 mm/vuosi suunnassa 1 ja 0,5 mm/vuosi suunnassa 2. Seurantamittauksissa todettiin stabiloinnin aiheuttaman kantavuuden laskun jälkeen kantavuudessa nouseva trendi, joka johtui stabiloitujen kerrosten jäykistymisestä mm. tiivistymisen ja sitoutumisen johdosta. Stabiloitujen rakennekerrosten jäykkyyksien tasoa ja muutosta seurattiin projektin kuluessa pudotuspainolaitemittaustulosten takaisinlaskennan avulla. Infra-Stabil-projektin aikaisen seurannan lopuksi tehty vaurioinventointi osoitti, että projektin lyhyen seuranta-ajan puitteissa vaurioita ei ehtinyt vielä syntyä, joten niiden avulla ei vielä voitu erotella koerakenteita tai massatyyppejä. Täysmittakaavatutkimuksen tuloksena saatiin materiaalien jäykkyys- ja lujuustietoa todellisen kohteen runko- ja sideaineilla tehdyistä näytteistä. Tulokset ovat käyttökelpoisia referenssistabilointityyppien mitoitusparametrejä käyttöikään liittyvissä mitoituslaskelmissa. Seurannan jatkuessa saadaan tulevaisuudessa lisää tietoa tutkittujen jäykkyys- ja lujuusominaisuuksien muuttumisesta ajassa. Maastonäytteillä tehtyjen laboratoriokokeiden tulosten perusteella voidaan sanoa, että tärkein muuttuja ennakko- ja seurantakokeiden näytevalmistuksessa on tiiveys ja toiseksi tärkein on testaushetken kosteustila. Laboratoriokokeiden jäykkyysmoduulitulokset ovat tasoltaan jonkin verran korkeampia kuin takaisinlasketut arvot, jos käytetään vertailukelpoista näytteen tiheyttä ja merkittävästi korkeammat, jos käytetään alan yleisen menettelytavan mukaisesti ylitiivistettyjä näytteitä. Tässä projektissa käytettävissä ollut kahden vuoden seurantajakso oli riittämätön vertailtaessa rakenteita, joiden oletettu / toivottu käyttöikä on 15 vuotta. Kahdessa vuodessa ei synny ilman selvää mitoitus-, työ- tai materiaalivirheriskiä yksikäsitteisiä pinnalta mitattavia poikkeamia tai vaurioita.

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen: Full Scale Trials with Stabilized Road Base Courses. INFRA- technology program, Project: Infra-Stabil. Helsinki 2007., Finnish National Road Administration. FINNRA Report 45/2007, 71 p. + app. 45 p. ISSN 1459-1553 ISBN 978-951-803-964-1, TIEH 3201071-v. Key words: in-situ study, road base layer, base course, test structures, test roads, composite, soil-cement, slag, structural rehabilitation, remix, cement stabilization, stabilization, rutting, foam bitumen ABSTRACT This study "Full Scale Trials with Stabilized Road Base Courses" is a part of the project "Infra-Stabil" within the INFRA Technology Project. The project studied stabilized road base course layers made according to stabilization guidelines by the Finnish Road Administration (FINNRA). Stabilizations are rehabilitation methods of road structures in which the road base layer or the upper part of it is bound with bitumen, cement or slag. Stabilization can be used in both constructing new roads and during rehabilitation of old roads. Stabilization is used to increase the loading capacity and resistance to deformation. The study covered in addition to the traditional cement and bitumen stabilization also the remix, slag and composite stabilization developed during the 1990's. During the development of stabilization types the development of plant and in-situ mixing devices has been carried out. Stabilization in-situ is typically done using only local materials available at the site and which properties do change constantly along the road. The purpose of the full scale trial road was to produce: Reference information from structures built on a relatively homogenous site using different layer stabilization methods (so called reference methods) according to the current guidelines by FINNRA. This information is used to compare the properties of different stabilization types, to form basic knowledge for service life design methods, to serve as a basis for developing new stabilization guidelines and to form reference against which the brand mixtures of the contractors will be compared during the acceptance procedure. Reference information from both laboratory tests carried out with reference stabilized materials in advance and corresponding properties studied on the site to validate the use of pre-test results as the initial data for service life design. A test road that can be monitored in long term, built on relatively homogenous sub soil, and by following the development of functional parameters and condition variables (durability and deterioration of structures) can be used to develop and specify service life models. FINNRA nominated for the test road the local road mt 718 between Kaitsor and Vöyri. This chosen road section was well suited for this purpose due to adequate length and homogeneity. For cement stabilized sections two older, well-documented sections were chosen. The first section lies on highway vt5 between Hiltulanlahti and Vehmasmäki. This section was stabilized on site and it was a test site for studying the effect of post compaction. The second section was located on highway 6 at Vuoksenniska and it was made with plant stabilized material.

The rehabilitation contract of local road mt 718 and all its sub-contracts were based on bidding competition. Stabilization work was done by the main contractor Skanska Asfaltti Oy (remix) and sub-contractors Andament Oy (slag) and Lemminkäinen Oyj (composite, foam bitumen). Premixing with milling and stabilization was carried out during June and July 2004. The most important goal for the monitoring of the differently stabilized sections of the test road (mt 718) was to follow up the development of functional properties of structures and pavement (evenness and damages) and bearing capacity during the project. The monitoring should be continued until the differences between the various stabilization types begins to show and the structures should be opened in some later stage of the follow-up. Only in this way the full use of the execution of a test road is utilized and more accurate information of lateral movements in the top and bottom of stabilized layer together with state and condition is received. During the monitoring, it was determined that the rut depth increased during 2004 to 2006 at the rate of 0,25 mm/year in direction 1 and 0,5 mm/year in direction 2. In the follow-up measurements it was noted that after the initial drop in bearing capacity after the stabilization there has been a trend upwards which is due to stiffening of the stabilized layers because of contraction and increased bonding. The levels of stiffness of stabilized layers were followed during the project by back-calculating the results of falling weight tests. A damage survey done at the end of Infra-Stabil project follow-up period showed that during the short project damages did not have time to appear, so damages could not be used to separate test structures or material types from each other. As a result of the full scale trial, information was obtained about material stiffness and strength from specimens made from actual aggregate and binder at the site. These results can be utilized as material parameters when calculating service life of different material types. As the follow-up period continues more information is gathered from changes in stiffness and strength properties with time. Based on the results from those in-situ specimens, the most important state variable is the density of the specimen followed by moisture content at the moment of testing being the second important state variable. The stiffness modulus values from laboratory tests are somewhat higher than the back-calculated values if comparable densities are used, and significantly higher if using the common practice of over-compacted specimens. The two year period for monitoring available in this project was insufficient for fully evaluating structures with a target service life of 15 years. Within the two years and without distinct failure in design, workmanship or material, the damages measurable at the top of pavement will not appear.

ESIPUHE Vöyrin täysmittakaavakoe on osa projektia Tien kerrosstabiloinnin käyttöikä ja tuotehyväksyntä (INFRA-STABIL). Tutkimusosio keskittyy tuottamaan tietoa referenssistabilointien toteutus- ja seurantakohteen käyttöikä- ja tuotehyväksyntämenettelyjen kehittämistä varten. Rahoittajina tutkimuksessa olivat Tekes, Tiehallinto, Lemminkäinen Oyj, Skanska Asfaltti Oy, Valtatie Oy, Andament Oy, Destia Tieliikelaitos, Ruukki Production, NCC Roads Oy ja Finnsementti Oy. Tutkimuksen johtoryhmään kuuluvat (ovat kuuluneet): Lars Forstén (Tom Warras, Osmo Rasimus ) Ilkka Jussila Harto Räty Kari Lehtonen Harri Ahola Sami Horttanainen Jukka Juola Teuvo Kasari Marko Mäkikyrö (Alpo Mänttäri) Petri Järvensivu Seppo Määttänen Pia Rämö Lemminkäinen Oyj [pj] Tekes Infra-teknologiaohjelma Tiehallinto Skanska Asfaltti Oy Valtatie Oy Andament Oy Destia Tieliikelaitos Rautaruukki Oyj NCC Roads Oy Lemminkäinen Oyj Finnsementti Oy Rakennushankkeen tilaajan edustaja on Arvo Lähde Vaasan tiepiiristä. Täysmittakaavakokeita ohjasi johtoryhmän ohella ns. laajennettu johtoryhmä, johon johtoryhmän jäsenten ohella kuuluivat: Arvo Lähde Tuomo Kallionpää (Mats Reihe) Katri Eskola Taina Rantanen (Laura Apilo) Heikki Kukko Tiehallinto Tiehallinto Tiehallinto Ins.tsto A-Tie Oy VTT Tutkimuksen toteuttamisesta vastasi VTT. Destia Tieliikelaitos teki alihankintatyönä tutkimuksen lisäselvitykset ja jälkiseurannan. Teknillisen Korkeakoulun Tielaboratorio valmisti alihankintatyönä rakentamisaikaiset näytteet. Raportin ovat laatineet erikoistutkija Rainer Laaksonen ja erikoistutkija Kyösti Laukkanen. Helsingissä joulukuussa 2007 Tiehallinto Tietekniikka

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 9 Sisältö 1 JOHDANTO 13 1.1 Tausta 13 1.2 Tavoite 14 1.3 Referenssistabilointityypit 15 1.3.1 Bitumistabilointi (BST) 15 1.3.2 Remix-stabilointi (REST) 16 1.3.3 Komposiittistabilointi (KOST) 16 1.3.4 Masuunihiekkastabilointi (MHST) 17 1.3.5 Sementtistabilointi (SST) 17 1.4 Muut parannusmenetelmät 17 2 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET 18 2.1 Kohteet 18 2.2 Vöyrin rakenteenparannushanke 18 2.2.1 Kuntotiedot 19 2.2.2 Nykytilakuvaus 19 2.2.3 Toimenpidevalinta 20 2.3 Sementtistabilointikohteet 23 2.3.1 VT5 Vehmasmäki - Hiltulanlahti 23 2.3.2 VT6 Vuoksenniskan ohitustie 26 3 ENNAKKOKOKEET 31 3.1 Ennakkokokeet maastonäytteiden avulla 31 3.2 Urakoitsijoiden ennakkosuhteitukset 32 4 TYÖNAIKAISTEN NÄYTTEIDEN TESTAUKSET 33 4.1 Säilytys- ja testaustapa 33 4.2 Tulokset tehdyistä kokeista 34 4.2.1 Jäykkyysmoduuli ja halkaisuvetolujuus 34 4.2.2 Tiheys, vesi- ja sideainepitoisuus 38 4.3 Työmaanäytteiden ja takaisinlaskettujen jäykkyyksien vertailu 39 4.4 Tulosten yhteenveto ja kommentit 39 4.5 Suositukset koetekniikan ja toteutustavan osalta 40 4.6 SST -kohteiden puristuskokeet 41 5 KOEOSUUKSIEN TOTEUTUS 42 5.1 Alihankintojen kilpailutus 42 5.2 Lisäselvitykset ja ennakkokokeet 42 5.2.1 Lisäselvitykset 42 5.2.2 Ennakkokokeet 43 5.3 Lisäselvitysten tulokset 44

10 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 5.4 Rakennusaikainen näytevalmistus, selvitykset ja laadunvalvonta 46 5.5 Työn toteutus 47 5.5.1 Urakoitsijat 47 5.5.2 Sekoitusjyrsintä 47 5.5.3 Stabilointien toteutusaika ja järjestys 48 5.5.4 Urakoitsijoiden menetelmäkuvaukset ja laadunvalvonta 48 6 JÄLKISEURANTA 54 6.1 Jälkiseurannan tavoitteet 54 6.2 Jälkimittaukset ja määritykset 54 6.3 Jälkimittausten tulokset 56 6.3.1 Pinnan tila ennen toimenpidettä 2004 56 6.3.2 Pinnan tila toimenpiteen jälkeen vuosina 2004-2006 56 6.4 Takaisinlasketut kerroskohtaiset jäykkyydet 63 6.5 Jatkossa tehtävät mittaukset (v. 2007-) 64 6.6 Seurantamenetelmien soveltuvuus 65 6.6.1 Pudotuspainolaite koerakenteen seurannassa 65 6.6.2 PTM -ajojen käyttö koerakenteen seurannassa 65 7 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET 66 8 SUOSITUKSET 68 KIRJALLISUUS 70 LIITTEET 71

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 11 MERKINNÄT Tässä työssä käytetyt merkinnät ja käsitteet on määritetty alla. Merkintä / Selite Käsite AB Asfalttibetoni PAB Pehmeä asfalttibetoni ABK Kantavan kerroksen asfalttibetoni BST Bitumistabilointi VBST Vaahtobitumistabilointi BEST Bitumiemulsiostabilointi REST Remix -stabilointi REST TS Vöyrissä työselityksen mukaisesti toteutettu Remix -stabilointi REST PER1/2 Vöyrissä 350 mm sekoitusjyrsitylle osuudelle toteutettu Remix - stabilointi KOST Komposiittistabilointi MHST Masuunihiekkastabilointi SST Sementtistabilointi (aikaisemmin käytettiin termiä: maabetoni) SJYR Sekoitusjyrsintä KVL Keskivuorokausiliikenne (ajoneuvoa/vrk) KVLr Keskivuorokausiliikenne, raskaiden ajoneuvojen osuus KAVL Keskiarkivuorokausiliikenne > KVL KVLyhd Keskivuorokausiliikenne, yhdistelmät SCI Surface Curvature Index, Pintakantavuusindeksi SCI 300 Pintakantavuusindeksi, d300 - d0 (µm) d0 / d300 Pudotuspainolaitemittauksen aiheuttama palautuva pystysiirtymä kuorman keskipisteessä ja 300 mm keskipisteen ulkopuolella BCI Base Curvature Index, Pohjakantavuusindeksi PTM Palvelutasomittaus URA Poikkisuuntainen epätasaisuus, ura päällysteessä, maksimiuran syvyys (mm) IRI Pituussuuntaista epätasaisuutta kuvaava indeksi (mm/m) VS Vauriosumma

12 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 13 JOHDANTO 1 JOHDANTO 1.1 Tausta Kantavan kerroksen stabilointi on tierakenteen parantamismenetelmä, jossa tien kantava kerros tai kantavan kerroksen yläosa sidotaan bitumilla, sementillä tai masuunihiekalla. Stabilointia tehdään sekä uusia teitä rakennettaessa että vanhoja teitä peruskorjattaessa. Stabiloidun rakenteen vaihtoehtoja ovat sitomaton kantava kerros ja korkealuokkaisilla teillä käytettävä kantavan kerroksen asfalttibetoni (ABK). Kohteeseen soveltuva rakenne ja materiaali valitaan aina tapauskohtaisesti. Stabiloinnilla parannetaan tien kuormitus- ja deformaatiokestävyyttä. Stabiloinnin vaikutuksesta päällysrakenteen yläosan jäykkyys kasvaa ja kuormitus jakaantuu laajemmalle alueelle. Tämä pienentää myös alempien rakennekerrosten sekä pohjamaan taipumaa ja urautumista. Perinteisten stabilointimenetelmien, sementtistabiloinnin ja bitumistabiloinnin rinnalle on 1990-luvun aikana kehitetty remix -stabilointi, masuunihiekkastabilointi ja komposiittistabilointi. Tämä on edellyttänyt sekä asemasekoitusettä paikallasekoituskaluston kehittämistä näihin tarkoituksiin. Uudet menetelmät on kehitetty koerakentamisen ja laboratoriotutkimusten kautta [Stabilointiohje 2002]. Stabiloinneissa käytetään yleensä paikallista tielinjalla olevaa materiaalia, jonka ominaisuudet vaihtelevat jatkuvasti tien eri kohdissa. Tiehallinnon yleisissä laatuvaatimuksissa on annettu laatuvaatimuksia stabilointien raakaaineille, tasalaatuisuudelle (sideainepitoisuuden ja rakeisuuden poikkeamat), kerrospaksuuden poikkeamat, tiiviyspoikkeamat, korkeusasema ja tasaisuus [Kantavan kerroksen stabilointi 2002]. Stabiloinneille asetetaan urakoissa olennaisesti vähemmän laatuvaatimuksia kuin tien kulutuskerrospäällysteille. Eri kohteisiin soveltuvat stabilointimenetelmät valitaan yleensä kohteiden olosuhteiden ja parantamissuunnitelmien perusteella. Urakoitsijat voivat tarjota vaihtoehtoisia ratkaisuja tarjouspyynnön mukaiseen menetelmään. Toteuttamistavan valintaan vaikuttavat merkittävästi työhön käytettävissä oleva rahoitus ja tilaajan käsitys menetelmien paremmuuseroista. Stabilointimenetelmien vertailu ja menetelmävalinta on noussut erityisen kiinnostuksen kohteeksi, kun Tiehallinto ehdotti urakkatarjousten vertailua varten vaurioseurantoihin perustuvan lyhyen takuuajan töihin tarkoitetun ohjeen, jolla pyritään saattamaan erilaiset tarjoukset keskenään vertailukelpoisiksi laskennallisten kunnostuskustannuslisien avulla [Lehtonen & Kallionpää 2003]. Uusissa tierakenteissa käytettäville stabiloinneille Tiehallinto on antanut mitoituksessa käytettävät moduulit ja väsymisfunktiot, joita sovelletaan, kun takuuaika on alle 15 vuotta. Edellä kuvatut tarkastelutavat soveltuvat kunnolla vain stabilointeihin, joista on noin kymmenen vuoden käyttökokemus. Jotta tarkastelutapa ei estä uusien stabilointien ja sideaineiden kehittelyä tarvitaan nopeampi tapa arvioida uusien tuotteiden kestävyysominaisuudet ja mitoitusparametrit.

14 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet JOHDANTO Stabilointien käyttöikätiedon tuottamiseksi ja eri menetelmien vertailun lähtötietojen parantamiseksi tarvitaan täysmittakaavakokeiden tutkimustuloksia toteutetuista hankkeista. Uudet hankintamenettelyt antavat urakoitsijalle mahdollisuuden kehittää omia merkkituotteitaan yleisesti käytössä olevien tuotteiden vaihtoehdoiksi. Merkkituotteen koostumus on salainen ja vain tuotteen edustajan tiedossa. Merkkituotteiden käyttöön ottoa varten pyritään kehittämään niille soveltuva tuotehyväksyntämenettely. Yleisesti käytössä olevan tuotteen koostumus on tiedossa yleisten laatuvaatimusten ja työselitysten perusteella. Tässä raportissa kutsutaan yleisesti käytössä olevia Tiehallinnon Stabilointiohjeen mukaisia kerrosstabilointeja referenssistabiloinneiksi. Merkkituotteiden hyväksyntämenettelyä varten tarvitaan referenssistabiloinneista vertailuaineistoa, joka kerätään täysmittakaavakokeiden tutkimustulosten avulla. Alan toimijat ovat myös todenneet stabilointikäytäntöjen kirjavuuden, materiaaleja koskevan tiedon ja osaamisen sekä toimivuusominaisuuspohjaisten suhteitus- ja mitoitusmenetelmien puutteen. Stabilointien soveltuvuusalueita ei ole selkeästi määritetty ja tuotteiden vertailu ei luotettavan seurantatiedon puuttumisen takia onnistu. Osa stabiloinneista on myös toteutettu varsin alhaisilla sideainepitoisuuksilla. Paikallastabiloinnin yleistymisen myötä on havaittu pintakerrosten epähomogeenisuuden aiheuttamat ongelmat runkoaineksen rakeisuudessa ja sopivan sideainepitoisuuden määrityksessä. Kaiken kaikkiaan, lähtötietojen laatu, pysyvyystietojen puute sekä koerakenteiden ja koeteiden seurantajaksojen lyhyys estää käytännössä elinkaaritarkastelut stabilointeja käytettäessä. Tämä tutkimus sisältyy INFRA -teknologiaohjelman vuosina 2004-2006 toteutettavaan projektiin "Tien kerrosstabiloinnin käyttöikä ja tuotehyväksyntä" (STABIL). Tutkimus on jatkoa Infrarakenteiden käyttöikätutkimuksen (Infra Service Life) yhteydessä aloitetulle projektille "Stabiloitu rakennekerros tie- ja katurakenteessa". 1.2 Tavoite Täysmittakaavakoetutkimuksen tavoitteena oli tuottaa: Vertailuaineistoa samoissa olosuhteissa rakennettujen, Tiehallinnon ohjeiden mukaisten erilaisten kerrosstabilointien (ns. referenssistabilointien) ominaisuuksista käyttöikämitoitusmenettelyjen lähtötiedoiksi ja kehittyvien stabilointiohjeiden pohjaksi. Vertailuaineistoa referenssistabilointien laboratoriotutkimustulosten ja niiden tieolosuhteissa tutkittujen vastaavien ominaisuuksien välille osoittamaan ennakkokokeiden tulosten käyttömahdollisuuksia käyttöikämitoituksen lähtötietoina. Vertailuaineistoa Tiehallinnon ohjeiden mukaisten referenssistabilointien ja yritysten omien reseptien mukaisten merkkituotestabilointien välille. Pitkäaikaisesti seurattavissa oleva, suhteellisen homogeeniselle alustalle rakennettu koetie, jonka toimivuusominaisuuksien ja kuntomuuttujien (rakenteiden pysyvyyttä ja turmeltumista) kehittymistä seuraamalla voidaan kehittää ja tarkentaa käyttöikämalleja.

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 15 JOHDANTO Täysmittakaavakoetta ei voitu korvata laboratoriokokeilla, koska niissä ei nähdä, mihin tiiviyteen materiaalit voidaan todellisuudessa tiivistää ja miten pakkanen ja kosteus oikeasti vaikuttavat. Täysmittakaavakokeen rinnalle tarvitaan aina myös laboratoriokokeita. 1.3 Referenssistabilointityypit Tässä luvussa on lyhyesti kuvattu Tiehallinnon koekäytössä olevan stabilointiohjeen mukaiset stabilointityypit sekä sekoitusjyrsintä (Stabilointiohje 2002), sekä niiden valmistustapa työmaalla. Näitä Tiehallinnon ohjeiden mukaisilla menetelmillä valmistettuja massoja kutsutaan tutkimuksessa referenssistabiloinneiksi, jotka ovat yritysten omien merkkituotteiden vertailuaineisto. Referenssimassan reseptitieto on julkinen, merkkituotteen resepti on salainen. 1.3.1 Bitumistabilointi (BST) Bitumistabilointi (BST) voidaan tehdä vaahtobitumistabilointina, bitumiemulsiostabilointina tai remix -stabilointina. Vaahtobitumi- ja bitumiemulsiostabilointi voidaan tehdä joko paikallasekoituksena tai asemasekoituksena. Remix -stabilointia tehdään remix -stabilointilaitteella paikallasekoituksena sideaineena bitumiemulsio. Bitumi sitoutuu valtaosin hienoainekseen, eikä sido kiviaineksen suurempia partikkeleja. Tästä syystä bitumistabiloitavan runkoaineksen hienoainespitoisuuden tulee olla riittävän suuri, ja rakenteesta on ennen stabilointia tarvittaessa poistettava ylisuuret kivet. 1.3.1.1 Vaahtobitumistabilointi (VBST) Stabilointiohjeen mukaan menetelmässä sekoitetaan vettä kuumaan bitumiin ylipaineessa ja seoksen annetaan purkautua alempaan paineeseen. Seoksen purkautuessa sekoituskammiosta normaaliin ilmanpaineeseen vesi höyrystyy hyvin nopeasti ja saa aikaan bitumin vaahtoutumisen. Bitumin tilavuuden tulee kasvaa vaahtoutuessa vähintään 15 -kertaiseksi alkuperäiseen tilavuuteen verrattuna. Mitä suurempi ja tasalaatuisempi vaahtoutuminen on, sitä parempi peittoaste saavutetaan. Vaahto laskeutuu nopeasti vesihöyryn poistuttua. Stabilointiohjeen mukaan vaahdon maksimitilavuuden puoliintumiseen tulee kulua vähintään 25 sekuntia. Julkaisussa TYLT: Kantavan kerroksen stabilointi, TIEH 2200006-02 puoliintumisaikavaatimusta ei ole. Oleellista työn onnistumisen kannalta onkin se, että sekoitus tapahtuu maksimitilavuuden puoliintumisaikana. Sekoituslaitteisto, -nopeus ja vaahdotetun sideaineen jatkuva syöttö ovat myös oleellisessa asemassa lopputuotteen laadun kannalta. Kun vaahdotettu bitumi sekoittuu kylmään ja kosteaan kiviainekseen, se sitoo hienoaineksen. Bitumin vaahtoutumista kuvataan tilavuuden laajenemiskertoimella ja puoliintumisajalla. Tilavuuden laajenemiskerroin on vaahdon tilavuuden suhde alkuperäisen bitumin tilavuuteen. Vaahdon puoliintumisaika on aika, mikä kuluu vaahdon maksimitilavuuden puoliintumiseen. Kun vettä sekoitetaan kuumaan bitumiin 2-3 painoprosenttia bitumimäärästä, saadaan noin 15-20 kertainen vaahtoutuminen, riippuen laitteistosta ja bitumin lämpötilasta.

16 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet JOHDANTO Lämpötilan vähimmäisvaatimus julkaisun TYLT: Kantavan kerroksen stabilointi, TIEH 2200006-02 mukaan +140 o C. Laboratoriotutkimusten ja ruotsalaisten ohjeiden mukaan tämä vaahdotuslämpötila on osoittautunut liian alhaiseksi. Suositeltava lämpötilatavoite olisi noin +170 o C, mutta sen saavuttaminen työmaalla edellyttää nykyistä korkeampaa bitumin toimituslämpötilaa. Laboratoriossa bitumi vaahdotetaan joko vaahdotuslaitteella, joka jäljittelee työmaan stabilointikoneen vaahdotuslaitteistoa (vaahdotettu bitumi syötetään jatkuvatoimisena stabiloitavaan kiviainekseen) tai astiassa käyttäen apuna porakonesekoitinta vaahdottumisen käynnistämiseksi. Ennen päällystämistä on odotettava, että stabiloinnin pinta on kuivunut riittävästi. Irtokivet on harjattava pois. Stabiloinneissa pätee yleensäkin, että mikäli kerros reikiintyy, se on paikattava aina sidotulla materiaalilla. 1.3.1.2 Bitumiemulsiostabilointi (BEST) BEST tarkoittaa menetelmää, jossa bitumiemulsio lisätään kylmään ja kosteaan kiviainekseen. Emulsiossa bitumi on jakautunut pieniksi pisaroiksi veteen. Joutuessaan kosketukseen kivipinnan kanssa emulsio murtuu. Emulsion murtuessa vesi erottuu bitumista, jolloin bitumipisarat tarttuvat kiviin ja toisiinsa muodostaen sidoksia kivirakeiden välille. Bitumiemulsio valmistetaan emulgoimalla bitumia veteen. Emulsion valmistuksessa seokseen lisätään emulgaattoria, joka pitää bitumihiukkaset erillään toisistaan. Sideaineena käytetään sekä hitaasti että keskinopeasti murtuvia emulsioita riippuen massan käyttötarkoituksesta, tekniikasta ja kiviaineksesta. Muuten bitumiemulsiostabiloinnin vaatimukset kuten VBST:ssä. 1.3.2 Remix-stabilointi (REST) Remix -stabilointi on bitumistabilointimenetelmä, jossa sideaineena käytetään bitumiemulsiota. Menetelmässä esilämmitetty vanha päällyste ja kantavan kerroksen hienontunut yläosa jyrsitään, lisätään uutta kiviainesta tarvittava määrä, sekoitetaan bitumiemulsion kanssa, levitetään ja tiivistetään. Sekoitus tehdään tarkoitusta varten rakennetulla jatkuvatoimisella sekoittimella tiellä. Menetelmällä voidaan tehdä myös uudisrakenteita ja komposiittirakenteita. 1.3.3 Komposiittistabilointi (KOST) Komposiittistabiloinnissa käytetään kahta tai useampaa eri sideainetta. Suomessa komposiittistabiloinnilla tarkoitetaan yleensä bitumin ja hydraulisen sideaineen yhdistelmää. Tarkoituksena on yhdistää bitumisen sideaineen joustavuus ja kestävyys pienehköjä epätasaisia painumia ja routanousuja vastaan sekä hydraulisen sideaineen antama jäykkyys rakenteen parhaan mahdollisen kuormituskestävyyden ja kestoiän saavuttamiseksi. Bitumi voi olla vaahdotettua bitumia tai bitumiemulsiota. Bitumisena sideaineosana voidaan käyttää myös jyrsittyä tai murskattua päällysterouhetta. Rouhe täytynee kumminkin elvyttää lisättävällä bitumilla.

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 17 JOHDANTO Komposiittistabilointi voidaan tehdä paikallasekoituksena tai asemasekoituksena. Paikallasekoituksessa esijyrsityn, muotoillun ja tiivistetyn kerroksen päälle levitetään sementti tai muu hydraulinen sideaine, minkä jälkeen tehdään bitumistabilointi vaahdotetulla tai emulgoidulla sideaineella. 1.3.4 Masuunihiekkastabilointi (MHST) Masuunihiekkastabilointi on menetelmä, jossa sideaineena käytetään terästeollisuuden sivutuotetta masuunihiekkaa. Masuunihiekan kemiallinen koostumus on samantapainen kuin sementillä ja sen sitoutumisominaisuuksien avulla saadaan aikaan rakenne, joka ominaisuuksiltaan muistuttaa sementtistabilointia. Tarvittaessa aktivaattorina käytetään sementtiä sitoutumisreaktion nopeuttamiseksi. Sementin lisäyksellä voidaan tarvittaessa myös vähentää hienoainespitoisen stabiloitavan materiaalin deformoitumisherkkyyttä tai humuksen vaikutusta. Masuunihiekan sitoutumisreaktio on sementtiä hitaampi, joten stabiloidun kerroksen työstöaika on pidempi sementtistabilointiin verrattuna. Masuunihiekalla on myös kyky sitoutua uudelleen. Masuunihiekkastabilointi tehdään yleensä paikallasekoituksena. Masuunihiekkastabiloinnin lyhenne on MHST, kun sideaine on pelkkää masuunihiekkaa ja kun aktivaattorina käytetään sementtiä (yleensä 0,5-1,5 % runkoaineen kuivapainosta), käytetään lyhennettä MHST-A. 1.3.5 Sementtistabilointi (SST) Sementtistabiloinnissa sekoitetaan keskenään sementtiä, vettä ja kiviainesta siten, että vesi muodostaa yhdessä sementin kanssa sementtiliiman, joka kovettuessaan sitoo kiviainesrakeet toisiinsa. Sidoksen lujuus on suhteessa käytetyn sementin määrään ja vesi-sementti -suhteeseen. Yleisimmin sementtipitoisuus on 3-7 % kiviaineksen kuivapainosta. Sementtistabilointia on Suomessa käytetty pääasiassa kantavassa kerroksessa ja joskus myös jakavassa, mutta sitä voidaan käyttää myös alemmissa rakennekerroksissa tai pohjamaassa. Aikaisemmin sementtistabiloinnista käytettiin osin myös "maabetoni" -termiä. 1.4 Muut parannusmenetelmät Stabiloinnin sijasta käytetään joskus sekoitusjyrsintää kantavan kerroksen yläosan homogenisointiin. Sekoitusjyrsintä ei ole stabilointimenetelmä, koska jyrsittyä kerrosta ei sidota lisäsideaineella. Sekoitusjyrsintään käytettävän kaluston tulee kuitenkin täyttää stabilointikalustolle asetetut vaatimukset. Sekoitusjyrsinnässä vanhan päällysteen ja kantavan kerroksen materiaalit homogenisoidaan jyrsimällä ja sekoittamalla ilman sideaineen lisäystä. Menetelmä soveltuu kohteisiin, joissa ongelmien aiheuttaja on kantavan kerroksen hienontunut yläosa. Vanha päällyste hyödynnetään rakennekerroksissa, jolloin ei synny ongelmajätettä. Samalla tehdään niin kutsuttujen voileipärakenteiden poisto (esim. Vöyrin koekohde), joissa ongelmia aiheuttaa nykyisen tien pinnan alapuolinen päällyste/sidottu kerros. Menetelmää käytetään yleensä kantavuudeltaan suhteellisen hyvillä PAB-V - teillä alustan homogenisoimiseksi ja profiilin parantamiseksi. Tarvittaessa voidaan lisätä lisäkiviainesta materiaalin rakeisuuden, kantavuuden ja/tai tien profiilin parantamiseksi.

18 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET 2 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVA- KOKEET 2.1 Kohteet Hankkeen täysmittakaavakokeen kohteeksi Tiehallinto ja Vaasan tiepiiri tarjosivat Mt 718 väliä Kaitsor Vöyri. Esitetty kohde sopi tarkoitukseen hyvin riittävän pituutensa ja homogeenisuutensa johdosta. Kohteeseen oli mahdollista saada kaikki muut stabilointiohjeen mukaiset stabilointityypit paitsi sementtistabilointia. Koska sementtistabiloitavaa tiekohdetta ei projektin aikana ollut käytettävissä johtoryhmä päätti, että tähän raporttiin kootaan tiedot kahdesta suhteellisen hyvin dokumentoidusta, viimeisen 10 vuoden aikana toteutetusta kohteesta. Nämä kohteet ovat a) vt5, väli Hiltulanlahti - Vehmasmäki, paikallastabilointikohde, jossa tutkittiin jälkitärytyksen vaikutusta ja b) asemasekoitteisena toteutettu vt6, Vuoksenniskan ohitustie -osuus. Kohteet on kuvattu tarkemmin jäljempänä. Projekti päätti tehdä kummassakin kohteessa rajatulla alueella pintamittaukset, joiden tulokset otettiin raporttiin kuvaamaan tieluokan ja stabilointityypin tyypillisiä arvoja. Kaikkien kohteiden liikennemäärät ovat olleet tasaisia koko koeosuuden alueella. 2.2 Vöyrin rakenteenparannushanke Insinööritoimisto A-Tie Oy on laatinut kohteen parantamissuunnitelman. Täysmittakaavakoetta varten Tiehallinnon konsultti Taina Rantanen (Insinööritoimisto A-Tie Oy) jakoi tiesuunnitelman pohjalta perusparannettavat tieosat rakenteiltaan ja pohjasuhteiltaan mahdollisimman yhtenäisiin, vähintään 200 metriä ja enintään 600 metriä pitkiin koeosuuksiin. Ensimmäinen maastokäynti kohteelle tehtiin marraskuussa 2003, jolloin kohteeseen tutustuivat Tiehallinnon, Insinööritoimisto A-Tie Oy:n, Andament Oy:n ja VTT:n edustajat. Toinen maastokäynti kohteelle tehtiin 10.5.2004, kun pääurakoitsija ja aliurakoitsijat oli valittu. Kohteen, mt718, tieosan 1, keskivuorokausiliikenteeksi mitattiin 1070 ajoneuvoa vuorokaudessa ja raskaiden ajoneuvojen osuus tästä oli 9%. Kohteeseen tutustumisen yhteydessä tiehen merkittiin ennalta määritettyjen koeosuuksien päätepisteet molemmille tieosille. Tutustumiskäynnillä sovittiin yhteisesti alustavasta stabilointityyppien sijoittamisesta (taulukko 2.1). Samalla sovittiin ne koeosuudet, joista otetaan ennakkokokeiden vaatimat massanäytteet (500 kg kustakin). Stabiloinnit sovittiin aloitettaviksi noin 50 metriä ennen koeosuuden alkua, jotta stabilointimenetelmän säädöt saadaan tehtyä ennen koeosuuden alkua. Myöhemmin päätettiin luopua tieosan 02 osuuksista ja sijoittaa sekoitusjyrsintäosuus tieosalle 01 muiden koeosuuksien väliin. Karkea kuva stabilointien sijoittumisesta alueellisesti ja tieosuudelle on esitetty kuvissa 2.2 ja 2.3. Johtoryhmä päätti 21.4.2004, että Tiepiirin valitsema pääurakoitsija (Skanska Asfaltti Oy) kilpailuttaa muiden projektiin osallistuvien urakoitsijoiden kesken ne koeosuudet, joita pääurakoitsija ei itse toteuta. Skanska

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 19 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET Asfaltti Oy laati masuunihiekka-, vaahtobitumi- ja komposiittistabilointiosuuksia koskevan tarjouspyyntökirjeen ja lähetti sen muille urakoitsijoille. Tarjouspyyntö sisälsi myös pienpiirteisyyslisää koskevat ohjeet ja rajaukset. Pienpiirteisyyslisä Tekesin hyväksymiä pienpiirteisyyslisään kuuluvia kustannuksia olivat: Urakoitsijalle tuleva ylimääräinen työnaikainen laadunvalvonta (mittausten määrän kasvu) ja stabilointityön työsaavutusten alenemisen aiheuttama lisäkustannus, kun koealueiden raja-kohdissa joudutaan tekemään säätöjä ja vaihtamaan asetuksia. Pienpiirteisyyslisään ei kuulu: Kohteen pääasiallisesta stabilointimenetelmästä poikkeavan toisen stabilointimenetelmän käytön aiheuttamat lisäkustannukset eivät ole pienpiirteisyyslisää. Toinen stabilointimenetelmä voi aiheuttaa lisäkustannuksia mm. lisäkaluston kuljetuksesta, käytöstä, odotusajoista, lisämateriaalin hankinnasta ja esim. korotetusta sideainepitoisuudesta johtuen. Pienpiirteisyyslisä oli eroteltava urakoitsijakohtaisesti ja yksityiskohtaisesti johtoryhmän päätöstä varten. Kohteen kuntotiedot, nykytilakuvaus ja toimenpide-ehdotukset on poimittu suoraan Insinööritoimisto A-Tie Oy:n Vaasan tiepiirille toimittamasta raportista. 2.2.1 Kuntotiedot Täysmittakaavakokeeseen valitun parannettavan tien (Vöyri, tie 718) kuntotiedot on mitattu seuraavasti: vaurioinventointi 2001 ja 1998 uramittaus 2000 tasaisuusmittaus 2000, (kevät 1993) Pudotuspainolaitemittaus on tehty 24.5.2002 ja maatutkaluotaus kesällä 2002 (400 MHz ja 1 GHz antenni). Kohteelta otettiin näytteitä yhteensä 10 pisteestä, näytepisteiden tiedot ja maastossa silmämääräisesti tehtyyn arvioon perustuva kuvaus eri kerrosmateriaaleista ja pohjamaasta ovat esitetty parantamissuunnitelman liitteessä (liite 2.1). Tutkimusta tarkennettiin määrittämällä neljälle näytteelle rakeisuuskäyrä ja veden adsorptio. 2.2.2 Nykytilakuvaus Maastossa tehdyn silmämääräisen tarkastelun perusteella tien ongelmia olivat pienisilmäinen verkkohalkeilu, reiät ja purkautumat sekä reunapainumat. Reunapainumat olivat yleensä sisäkaarteen puolella ja ne olivat enimmäkseen lieviä, erikseen kirjattiin vakavammat painumat. Tien poikkiprofiili oli reunapainumaosuuksia lukuun ottamatta säilynyt muodossaan, joten parantaminen voitiin keskittää päällysrakenteen yläosan vahvistamiseen.

20 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET Nykyistä rakennetta oli monin paikoin parannettu lisäämällä vanhan öljysorapäällysteen päälle ohut kerros (7-30 cm) mursketta. Vanha tierunko on keskimäärin 60-70 cm:n syvyydessä. Pohjamaa on enimmäkseen silttiä / savea. Veden adsorptiokokeen tulosten mukaan kantavan kerroksen materiaali on heikkolaatuista ja osin erityisen paljon vettä sitovaa. Samaa osoittavat PPL mittauksista takaisinlaskennoilla määritetyt kerrosten E-moduulit. Koeosuus (tieosa 01, paaluväli 200-6455) on päällystetty vuonna 1995. Päällystetyyppi PAB-B (työtapa REM). Edelliset päällystysvuodet olivat 1983 ja 1988. Kuva 2.1. Päällysteessä oli koko osuudella pienisilmäistä verkkohalkeilua, reikiä ja purkautumia. 2.2.3 Toimenpidevalinta Tien vaurioitumisen estämisen kannalta oli tärkeää, että rakenteen yläosasta saatiin käsiteltyä nykyinen päällyste, kantavan kerroksen hienoainespitoinen yläosa sekä sen alla ollut vanha öljysorapäällyste. Tämä voitiin toteuttaa tekemällä ensin 15-30 cm:n syvyydelle sekoitusjyrsintä. Jyrsinnälle esitetyt minimisyvyydet jaksoittain on esitetty taulukossa 2.1. Tasot oli arvioitu maatutkaluotauksen perusteella, jaksojen rajoja voitiin täsmentää työn aikana. Sekoitusjyrsinnän jälkeen ehdotettiin tehtäväksi remix -stabilointi, jonka syvyydeksi esitettiin 10 cm. Korjaamattomana hiekkavaltaisen kantavan kerroksen rakeisuutta esitettiin korjattavaksi lisäämällä noin 50 kg/m 2 rakeisuudeltaan # 0 32 mursketta. Toimenpiteet, stabilointi ja päällysteleveydet oli esitetty tyyppipoikkileikkauksessa. Edellä kuvatun toimenpide-ehdotuksen teki Insinööritoimisto A-Tie Oy Tiehallinnon ja Vaasan tiepiirin antamien reunaehtojen mukaan. Parantamistoimenpiteen päätti Vaasan tiepiiri.

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 21 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET Kohteeseen valittu remix stabilointi ei täysin vastaa alkuperäisen työselityksen mukaista REST -referenssistabilointimenetelmää. REST tehdään jyrsimällä ja stabiloimalla rakenne, jonka pinnalla on vanha päällyste (ÖS, PAB, AB) ilman erillistä sekoitusjyrsintävaihetta. Sekoitusjyrsintä, jos se ulottuu syvemmälle kuin stabilointi, muuttaa massan koostumusta sideaineköyhempään suuntaan. Johtoryhmän päätöksellä Vöyrin kohteen REST koeosuuksille levitettiin sekoitusjyrsinnän jälkeen ja välittömästi ennen stabilointia 40 50 mm päällystekerrosta vastaava PAB rouhekerros. Näin koeosuuksille saatiin mahdollisimman tarkoin referenssin mukainen REST massa. Rouheena levitetyn massan alhaisempi lämmönjohtavuus vaikuttaa rouheen lämpenemiseen ja jättää stabiloitavan päällystemassan kylmemmäksi kuin ehjää päällystettä lämmitettäessä ja käytettäessä. Alhaisempi lämpötila voi johtaa heikompaan vanhan sideaineenhyödyntämiseen ja siten lopputuotteen laatua heikentävästi. Taulukko 2.1. Parantamissuunnitelmassa esitetyt sekoitusjyrsinnän minimisyvyydet jaksoittain. TIEOSA JAKSON PAALUVÄLI PITUUS (m) SEKOITUSJYRSINNÄN MINIMISYVYYS (cm) 01 40-800 760 25 800-1200 400 20 1200-2450 1250 25 2450-4500 2050 15 4500-5700 1200 25 5700-6150 450 15 6150-6455 305 25 02 0-1300 1300 30 1300-2400 1100 25 2400-3900 1500 15 3900-5200 1300 20 Taulukko 2.2. Vöyrin kohteen alustava (10.5) jako eri stabilointityyppien koeosuuksiin, massanäytteenoton paikat sekä eri osuuksien aloituskohdat. Tie Mt 718, Tieosa 01. Paalulukema (Tieosa) Stabilointityyppi, rakenteen paksuus ja koeosuuden pituus Huomautus Massanäytteenotto 1900 2100 (01) REST 100 mm (200 m) Aloitus PL 1850 Kyllä / PL 2000 2150 2350 (01) REST 150 mm (200 m) Aloitus PL 2100 2800 2975 (01) MHST 100 mm (175 m) Aloitus PL 2750 Kyllä / PL 2900 3025 3200 (01) MHST 150 mm (175 m) Aloitus PL 2975 4150 4450 (01) KOST 150 mm ( 200 m) 4680 4980 (01) KOST 100 mm ( 200 m) Kyllä / PL 4850 5150 5475 (01) KOST 100 mm + 1 % lisäbit. ( 200 m) 5630 5790 (01) VBST 100 mm (160 m) Aloitus PL 5580 Kyllä / PL 5750 5840 6000 (01) VBST 150 mm (160 m) Aloitus PL 5790 6100 6400 (01) VBST 100 mm + 1 % lisäbit. ( 200 m) 3900-4300 (02) Mahdollinen SJYR 4300-4700 (02) Mahdollinen SJYR

22 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET Kuva 2.2. Vöyrin koekohteen sijoittuminen Pohjanmaalle Vaasan itäpuolelle. Tie nro 718. (Genimap Oy, Lupa L4356). Kuva 2.3. Vöyrin koekohteen osuuksien lopullinen sijoittuminen perusparannettavalle tieosuudelle (Kaitsor Vöyri). (Genimap Oy, Lupa L4356) Taulukko 2.3. Vöyrin kohteen toteutuneet eri stabilointityyppien koeosuudet. Paalulukema Tie: 718, Tieosa 01 Stabilointityyppi, rakenteen paksuus (mm), lisäbitumi (%) ja koeosuuden pituus (m) 1900 2100 REST 100 (200) 2150 2350 REST 150 (200) 2800 3000 MHST 100 (200) 3000 3200 MHST 150 (200) 4150 4350 KOST 150 (200) 4350 4550 SJYR 350 (200) 4680 4980 KOST 100 (300) 5150 5475 KOST 100 + 1 (225) 5595 5790 VBST 100 (195) 5790 6000 VBST 150 (210) 6100 6400 VBST 100 + 1 (300) Seurantaosuuksia: 1600-1800 REST TS (200) 2500-2700 REST PER1 (200) 4980-5140 REST PER2 (160)

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 23 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET 2.3 Sementtistabilointikohteet 2.3.1 VT5 Vehmasmäki - Hiltulanlahti Tämän kohteen esittely pohjautuu enimmäkseen Pasi Koivukankaan opinnäytetyöhön [5]. Kohteen sijainti on vt 5, tieosat 156 ja 157. Tieosa 156, tierekisterin mukainen paaluväli on 4100 4500, suunnat 1 ja 2 sekä tieosa 157, paaluväli 580-780, suunta 1. Kaista on aina reunakaista (oikea kaista). Työn aikainen paalutus tieosalla 156 saadaan tierekisterin paaluvälistä lisäämällä siihen 9600 m (4100 -> 13700). Nelikaistaisen tien pituus on yhteensä n. 12,5 km. Kohteen keskimääräinen liikennemäärä (KVL) on vuoden 2006 mittausten mukaan: 10900 ajoneuvoa vuorokaudessa ja tästä raskaita on 13,8 %. Koeosuudet valittiin kohdista, joilla oli toteutettu joko sementtistabiloidun kerroksen jälkitärytys tai kerroksen katkaisu määrävälein Prefis menetelmällä [5]. Molempien menetelmien tavoite oli vähentää stabiloinnista pintaan heijastuvien poikkihalkeamien määrää tai rajoittaa niiden leveyttä. Kohteen rakentaminen aloitettiin kesällä 1998, stabiloinnit tehtiin kesällä 2000 ja tie avattiin liikenteelle syksyllä 2000. Viimeistelytyöt tehtiin vuonna 2001. Kohde on nelikaistainen keskikaiteella toteutettu vt5:n oikaisu. Oikaisun kokonaispituus on noin 12,5 km. Kyseessä on täysin uusi tieyhteys, jolla parannetaan Kuopioon suuntautuvaa työmatkaliikennettä sekä helpotetaan Jyväskylästä valtatieltä 9 tulevan liikenteen liittymistä valtatielle 5. Kohde alkaa Humaljoen sillalta Vehmasmäen päässä ja päättyy Korsumäen kohdalla Hiltulanlahden päässä. Tieosuuden alku kulkee pinnanmuodoltaan vaihtelevassa maastossa soilla, kankailla ja kallioleikkauksissa. Jälkitärytyskohteiden kohdalla oli penger/ kallioleikkauksia seuraavasti: SST -osuuden (maabetoni) jälkitärytyspaaluväli: 4100-4300 (13700-13900) - kallioleikkaus, kallioleikkaus päättyy paalulle 4180 (13780), josta alkaa louhepenger PREFIS -osuus, k/k väli 2,5 m: 4300-4550 (13900-14150) - louhepenger Ylimääräisen SST -osuuden (maabetoni) jälkitärytyspaaluväli: tieosa 157, 580-780 (18140-18340) - ei maaperätietoja Kohteessa käytetyn sementtistabiloidun kerroksen (maabetoni) runkoaine on kantavan kerroksen kalliomurske: #0-28 mm, roikkuva käyrä ja hienoainespitoisuus 7,8 %. Käytetty sideaine oli Yleissementti (Cem II A 42,5) ja sideainemäärä oli 16,2 kg/m 2 (keskihajonta 0,2 kg/m 2 ). Suhteituskokeet käsittivät lähinnä sementin määrän optimoinnin puristuslujuus -kokeiden avulla. Noudatettu työselitys oli Sementtistabilointiohje 1992.

24 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET Muista ennakkokokeista: rakeisuus, humusmääritykset, tiivistyvyys (Proctor / ICT), sementtipitoisuuden optimointi, veden-/ pakkasenkestävyyskokeet ei löytynyt talletettua tietoa Tiepiiriltä eikä urakoitsijalta. Tien rakenne on esitetty taulukossa 2.4. Taulukko 2.4. Vt5, Vehmasmäki Hiltulanlahti koeosuuden rakennetyypit Rakennekerros Kerrospaksuudet [mm] (tyhjä = ei kerrosta) Massamenekki [kg/m 2 ] / Tavoitekantavuus kerroksen päältä [MPa] SMA 50 120 kg/m 2 / 480 MPa AB 60 150 kg/m 2 / 440 MPa liimaus liimaus bitumiemulsiolla 500 g/m 2 SST (0-28 mm) 200 kantava kerros yht. 250 mm Kantava KaM (0-28 50 sitomaton kantava / 150 MPa mm) Kiilauskerros (0-50 100 nettopaksuus mm) Louhe (0-600 mm) 1190-2040 Kantavan kerroksen sementtistabilointi toteutettiin paikallastabilointina. Stabilointijyrsimen tyyppi oli Cutter 4200 B, muotoilu tehtiin tiehöylillä TH 18 ja tiivistys ja jälkitärytys täryjyrillä Vibromax (12 t) ja Hamm (12 t). Jälkikäsittelynä tehtiin bitumiemulsiolevitys pinnan suojaamiseksi ja stabiloinnin ja päällysteen tartunnan parantamiseksi. 2.3.1.1 Laaduntarkkailu työn aikana Laaduntarkkailun teki silloinen Tieliikelaitoksen laboratorio: tiiveysmittaukset, rakeisuudet ja puristuslujuudet. Tiiveysaste Työmaalla tehtiin tiiveysmittaukset 6-12.7.2000 Troxler laitteella (mittaustapaa ei ole kuvattu) paaluvälillä 4100-5300 (13700-14900). Mittauksen tulokset on esitetty Koivukankaan työssä [5]. Tiiveysasteen keskiarvo oli 99 % (pienin mitattu arvo 97 % ja suurin 100 %). Vertailutiheyttä ei ole annettu. Kosteusmittauksen tulokset olivat vastaavasti: keskiarvo 4,2 % (pienin mitattu arvo 3,5 % ja suurin 5,3 %). Puristuslujuus Puristuslujuusmääritys tehtiin käyttäen halkaisijaltaan ja korkeudeltaan n. 150 mm ICT näytteitä, joiden tiheydestä ei löydy tietoa. Näiden koekappaleiden 28 vuorokauden keskiarvoinen puristuslujuus oli 5,35 MPa (min. 4,8 MPa ja max. 5,7 MPa). Muut mittaukset Muista mittauksista tai määrityksistä (vertailutiheys, rakeisuus) ei löytynyt tietoa.

Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet 25 REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET 2.3.1.2 Vuonna 2006 tehdyt VT5:n pintamittaukset sekä näytteenotto: Vaurioinventointi Vaurioinventoinnin teki Tieliikelaitos välillä 18-23.8.2006. Laskennassa käytetty tien leveys on 8 m. Tulokset on esitetty taulukossa 2.5 ja liitteessä 2.2. Taulukko 2.5. Vt5, Vehmasmäki Hiltulanlahti, vauriosummien keskiarvot koealueittain. Tieosa / paaluväli 156 / 4100 4300 (jälkitärytys) 156 / 4300 4500 (prefis) 156 / 4100 4300 (vertailu) 157 / 580 780 (jälkitärytys) Vauriosumman Vallitseva vauriotyyppi keskiarvo (m 2 / 100 m) 30 Poikkihalkeama 16 Poikkihalkeama 30 Poikkihalkeama 15 Poikkihalkeama Kantavuusmittaus: Pudotuspainolaitemittaukset teki Tieliikelaitos 17.8.2006. Tulokset on esitetty taulukossa 2.6. Taulukossa käytetty lyhenne BCI (Base Curvature Index) on pohjakantavuusindeksi ja SCI (Surface Curvature Index) on pintakantavuusindeksi. Näille parametreille ei ole olemassa itsenäisiä, omia vaatimuksia. Taulukko 2.6. Vt5, Vehmasmäki Hiltulanlahti, kantavuusmittausten tulokset koealueittain. Tieosa / paaluväli 156 / 4100 4300 (jälkitärytys) 156 / 4300 4500 (prefis) 156 / 4100 4300 (vertailu) 157 / 580 780 (jälkitärytys) Kantavuus (MPa) (Ka /Min/Max) BCI (µm) Ka SCI (µm) Ka 873 / 561 / 1126 19,3 54,9 909 / 690 / 1163 18,2 51,1 839 / 638 / 1004 15,5 68,0 746 / 525 / 954 18,7 75,6 Vertailu lähtötilan kantavuuksiin Edellinen, vertailukelpoinen kantavuusmittaus on tehty 4.9.2001. Mittauspisteitä koeosuudelle osui tuolloin yhteensä 5 pistettä. Sitä aikaisempi kantavuusmittaus tehtiin ennen SMA:n levitystä. Näistä tuloksista laskettu koko maabetoniosuuden keskiarvo on 837 MPa, minimi 698 MPa ja maksimi 1028 MPa. Kesällä 2006 mitatut kantavuudet vastaavat hyvin edellisen kantavuusmittauksen tasoa. SMA kulutuskerros reunakaistoille levitettiin vuonna 2001, joten päällystepaksuudet ovat pysyneet samoina, eli vuoden 2001 ja 2006 mittaukset ovat keskenään vertailukelpoisia (uria lukuun ottamatta).

26 Kerrosstabilointien täysmittakaavakokeet REFERENSSISTABILOINTIEN TÄYSMITTAKAAVAKOKEET PTM ajot Palvelutasomittaukset teki Ramboll Finland Oy PTM auto (16-20.6.2006). Tulokset saatiin sekä 100 m keskiarvoina että 10 m keskiarvoina. Taulukon 2.7 arvot on laskettu 10 m keskiarvotuloksista. Taulukko 2.7. Vt5, Vehmasmäki Hiltulanlahti, Koealueiden ura ja IRI -tulokset. Tulokset on määritetty vain reunakaistoilta. Tieosa / paaluväli 156 / 4100 4300 (jälkitärytys) 156 / 4300 4500 (prefis) 156 / 4100 4300 (vertailu) 157 / 580 780 (jälkitärytys) Ura (mm) (Ka / 10 m) IRI (mm/m) (Ka / 10 m) 12,3 0,88 12,4 1,06 12,9 1,13 15,3 1,09 Näytteenotto Sementtistabiloidun kerroksen näytteet porasi Tieliikelaitos 26.9.2006. Näytteen ulkohalkaisija oli 144 mm. Näytteet porattiin tien pinnasta sitomattomaan kerrokseen asti. Näytteenotto ei tuottanut ehjiä, puristuskokeeseen kelpaavia näytteitä. Porauksen tuloksena saatiin vain asfalttipäällystekerrokset ja satunnaisesti niiden alapintaan liimautunut ohut stabiloitu viipale. Loput näytteestä oli vaihtelevasti rikkoutunutta. Kahdesta pisteestä otettiin rikkoutunut stabiloitu kerros muovipussiin. Taulukko 2.8. Vt5, Vehmasmäki Hiltulanlahti, Näytteiden porauspaikat ja puristuslujuudet. Tieosa / paaluväli / suunta / kaista 156 / 4100 4500 / 1 / 11 (vertailu) 156 / 4100 4500 / 2 / 21 (jälkitärytys + prefis) 157 / 580-780 / 1 / 11 (jälkitärytys) Porauspaalu / Kommentit porausmäärä (kpl) 4150, 4250 / 2 Rikkoutunut maabetoni, näytteet (2) pussiin 4200 / 1 Rikkoutunut maabetoni, ei näytettä 680 / 1 Rikkoutunut maabetoni, ei näytettä 2.3.2 VT6 Vuoksenniskan ohitustie Kohteen sijaintipaikka on vt 6, tieosat 310, 311 ja 312. Kaikissa suunta 1 ja reunakaista (kaista 11). Tieosa 310: paaluväli noin 1700 5200, Tieosa 311: paaluväli noin 5200 9500, Tieosa 312 paalulta 9500 eteenpäin vanhalle tielle (pituus 6100 m). Koko ohitustien pituus on n. 11.2 km. Kohteen keskimääräinen liikennemäärä (KVL) on vuoden 2005 mittausten mukaan n. 9100 ajoneuvoa vuorokaudessa ja tästä raskaita on 7,6 %.