UUMA-inventaari PT 19552/01/1450-1550, 1650-1800 ja 1900-2050 Yli-Liakka-Kourilehto (Tornio) Lentotuhka ja teräskuona massiivirakenteissa 2008 Ramboll Vohlisaarentie 2 B 36760 Luopioinen Finland Puhelin: 020 755 6740 www.ramboll.fi
Sisältö 1. Kohteen kuvaus 1 1.1 Sijainti 1 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet 1 1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja rakenteet 2 2. Aikaisemmat tutkimukset (1998 2002) 4 2.1 Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 4 2.1.1 Tekniset 2.2 Aikaisempi seuranta pilottikohteessa 4 4 2.2.1 Tekniset 4 2.2.2 Kantavuus 5 2.2.3 Ympäristökelpoisuus 5 3. Seurantatutkimukset 2006-2008 6 3.1 Tekniset 6 3.1.1 Rakennetutkimukset 6 3.1.2 IRI- ja URA-mittaukset 8 3.1.3 Kantavuusmittaukset 10 3.2 Ympäristökelpoisuus 11 3.3 Haastattelut 14 4. Tutkimustulosten arviointi 15 Viitteet 15
1. Kohteen kuvaus 1.1 Sijainti Pilottikohde on Tornion kaupungin alueella sijaitseva Yli-Liakka-Kourilehto paikallistie PT 19552/01/1450-1550, 1650-1800 ja 1900-2050, kuva 1. Koerakenteet toteutettiin elokuussa 1999. Kohteen kokonaispituus on noin 750 m. Pilottirakenteiden osuudet ovat 100+ 150+ 150 m. Stabiloitu lentotuhkarakenne sijaitsee paaluvälillä 1450-1550, stabiloimaton lentotuhkarakenne paaluvälillä 1650-1800 ja teräskuonarakenne paaluvälillä 1900-2050. Koerakenteiden yhteyteen toteutettiin myös vertailurakenteita. Kuva 1. Tornion pilotin sijainti. 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet Pilottikohteen keskeisenä tavoitteena oli testata teräskuonan ja lentotuhkan käyttöä soratien rakennekerrosmateriaaleina Pohjois-Suomen olosuhteissa. Kantavassa kerroksessa käytettyjen UUMA-materiaalien tarkoituksena oli lisätä tien kantavuutta. Tornion pilotti toteutettiin osana silloisen tielaitoksen Sorateiden kelirikkovaurioiden korjaaminen 1990-2000 projektia, jonka tavoitteena oli peruskorjattavien teiden uusien, taloudellisesti ja teknillisesti kilpailukykyisten rakenneratkaisujen ja niihin liittyvien materiaalien kehittäminen. Tornio.doc 1
1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja rakenteet Paaluvälillä 1450-1550 käytettiin Stora Enson Kemin tehtaiden lentotuhkaa, joka stabiloitiin yleissementillä 220 mm kerrokseksi. Sementin osuus oli 4 % tuhkan kuivamassasta. Paaluvälillä 1650-1800 käytettiin samaa lentotuhkaa samalla kerrospaksuudella, mutta tuhkakerrosta ei stabiloitu. Teräskuonalla toteutettu koerakenneosuus tehtiin paaluvälille 1900-2050 Outokumpu Polarin Tornion tehtaiden terässulattokuonasta. Sideaineena käytettiin 6 % kuonan kuivamassasta rapidsementin ja masuunikuonajauheen seosta suhteessa 1:2. Vertailurakenne toteutettiin 200 mm murskerakenteella, joka levitettiin suodatinkankaan päälle. Kaikkien kolmen koerakennekerroksen sekä vertailurakenteen päälle levitettiin 70 mm paksuinen tasausmurskekerros ja päällysteenä käytettiin asfalttilaatua PAB (40 mm). Koerakenteiden periaateratkaisut on esitetty kuvissa 2-5. Kuva 2. Pilottikohteen suunnitelma pitkittäispoikkileikkauksena Tornio.doc 2
Kuva 3. Tuhkarakenne plv.1450-1550 Kuva 4. Tuhkarakenne plv. 1650-1800 Kuva 5. Terässulattokuona rakenne plv.1900-2050 Tornio.doc 3
2. Aikaisemmat tutkimukset (1998 2002) 2.1 Materiaalitutkimukset ennen rakentamista 2.1.1 Tekniset Tuhkarakenteelle plv 1450-1550 asetetut vaatimukset: tiiveystavoite D 91 % / max. kuivairtotiheys vesipitoisuuden sallittu vaihtelu 24 35 % lähtömateriaalin W 15...( 20 ) % puristuslujuus 4-5- MPa Seokselle asetetut vaatimukset ( lab. tutkimuksien perusteella): optimivesipitoisuus 31 % max. kuivairtotiheys 1350 1370 kg / m 3 Tuhkarakenteelle plv 1650-1800 asetetut vaatimukset: tiiveystavoite D 92 % / max. kuivairtotiheys vesipitoisuuden sallittu vaihtelu 24 34 % lähtömateriaalin W 15...( 20 ) % Puristuslujuus 3- MPa Seokselle asetetut vaatimukset ( lab. tutkimuksien perusteella): optimivesipitoisuus 31,5 % max. kuivairtotiheys 1310 1356 kg / m 3 Teräskuonarakenteelle plv.1900-2050 asetetut vaatimukset: tiiveystavoite D 93 % / max. kuivairtotiheys vesipitoisuuden sallittu vaihtelu 9,5 15 % lähtömateriaalin W < 12,5 % Puristuslujuus 2,5-3,4- MPa Seokselle asetetut vaatimukset (lab. tutkimuksien perusteella ): optimivesipitoisuus 12,5 % max. kuivairtotiheys 2130 kg / m 3 2.2 Aikaisempi seuranta pilottikohteessa 2.2.1 Tekniset Lentotuhkarakenteet Kohteessa tehtiin vuonna 2000 silmämääräinen kuntokartoitus ja otettiin koekappaleita. Tie oli stabiloidun lentotuhkarakenteen kohdalla hyväkuntoinen, päällysteessä ei ollut halkeamia tai painumia. Murskekerroksen paksuus oli 70 mm ja stabiloidun tuhkakerroksen paksuus 200-220 mm (pl 1470). Tuhkan kerrosrajat olivat selkeät, eikä sekoittumista ollut tapahtunut. Koekappaleet saatiin poraamalla, vain rakenteen yläosassa lähellä tien reunaa esiintyi hiushalkeama. Rakenne oli kaivettaessa lujan tuntuinen. Tornio.doc 4
Stabiloimattomalle lentotuhkaosuudelle tehtiin koekuoppa paalulle 1665. Tie oli hyväkuntoinen, päällysteessä ei ollut halkeamia tai painumia. Tuhkakerroksen paksuus oli 250 mm ja tasausmurskeen paksuus 60-70 mm. Koekappaleiden poraaminen onnistui ongelmitta. Rakenteessa oli joitakin hiushalkeamia lähinnä työnaikaisissa tiivistysrajoissa. Rakenne oli selkeärajainen ja kaivettaessa lujan tuntuinen. Vuonna 2002 kohteissa tehtiin silmämääräinen arvio tien kunnosta, porattiin koekappaleita ja arvioitiin rakenteiden kunto. Stabiloidun lentotuhkarakenteen kohdalla tie oli hyväkuntoinen, mutta lähellä keskilinjaa sekä noin 20 cm etäisyydellä päällysteen reunasta, molemmin puolin tietä, oli kapeita pituushalkeamia. Rakenne vaikutti porattaessa lujalta ja kovalta ja hyvin samankaltaiselta tien keski- ja reunaosissa. Poratut kappaleet katkesivat tiivistysrajoista herkästi, vaikka kappaleissa ei silmämääräisesti näyttänyt olevan hiushalkeamia. Stabiloimattoman lentotuhkarakenteen kohdalla tehtyjen tutkimusten perusteella tie oli hyväkuntoinen. Hyvin kapeita pituushalkeamia esiintyi lähellä keskilinjaa ja molempien kaistojen keskellä. Päällysteen reunaosat olivat jonkin verran halkeilleet noin 30 cm leveydeltä. Tuhkakerros oli kova, rajapinnoiltaan selkeä ja sekoittumaton. Kerros oli lujan tuntuinen, mutta yläosassa oli n. 50 mm paksuudelta helpommin rikkoontuvaa materiaalia sekä tien keskiosassa että reunoilla. Syvemmällä rakenne oli ehjä, hiushalkeamia oli vähän. Kaikista näytepisteistä ei saatu näytettä. Teräskuonarakenne Vuoden 2000 koekuoppatutkimuksen perusteella tie oli hyväkuntoinen, koekuopan (pl 2010) läheisyydessä ei ollut halkeamia tai painumia. Koko koeosuuden alueella (150 m) päällysteessä oli kolme kapeaa poikkihalkeamaa. Rakenteen kuonakerroksen paksuus oli 200 m ja tasausmurskeen paksuus 50 mm. Kappaleiden poraaminen rakenteesta onnistui, vain reunaosassa esiintyi joitakin hiushalkeamia. Kerrosrajat olivat selkeitä, sekoittumista ei ollut tapahtunut. Rakenne oli kaivettaessa kovaa, kovempaa kuin tieosuudelle toteutetut lentotuhkakoerakenteet. Vuonna 2002 kohteessa tehtiin silmämääräinen arvio tien kunnosta, porattiin koekappaleita ja arvioitiin rakenteen kunto. Koekuoppa (koekappaleet ja rakenteen arvio) tehtiin paalulla 2010. Tie oli hyväkuntoinen, mutta molemmilla kaistoilla oli kapea pituushalkeama lähellä kaistan kesiosaa sekä noin 30 cm etäisyydellä päällysteen reunasta. Koekappaleet saatiin otettua poraamalla. Rakenne oli kova, ehyt ja sivutuotekerros oli selkeärajainen ja sekoittumaton. Eri aikoina tehdyistä laboratorion ja kohteesta otetuista koekappaleista saadut puristuslujuuden tulokset on esitetty luvussa 3.1 sekä kuvissa 7 ja 8. 2.2.2 Kantavuus Kantavuusmittausten tulokset on koottu lukuun 3.1.4. 2.2.3 Ympäristökelpoisuus Ympäristövaikutusten arviointia varten tehtyjä tutkimuksia on esitetty luvussa 3.2. Tornio.doc 5
3. Seurantatutkimukset 2006-2008 3.1 Tekniset 3.1.1 Rakennetutkimukset Lentotuhkarakenteet Vuonna 2007 tehtiin kohteissa kuntokartoitus sekä otettiin koekappaleita. Stabiloidun tuhkarakenteen kohdalla tien pinnassa oli paljon kapeita pitkittäishalkeamia molemmissa reunoissa noin 50 cm leveydellä. Leveydeltään 2-20 mm keskihalkeamia oli koko rakenteen pituudelta. Koerakenteen alkuosassa esiintyi lisäksi kolme laajahkoa 20 mm painuma-aluetta tien reunoilla. Stabiloidun kohteen koekuopassa paalulla 1480 tuhkan pinta oli kiinteä ja selkeä. Reunassa murskekerroksen poiston yhteydessä tuhkasta irtosi muruja kerroksen pintaosasta. Alempana rakenne oli kiinteämpi. Tien keskellä tuhkarakenteessa on hiushalkeamia 70 mm saakka. Kohteella kaikkiaan viidestä porauskappaleesta saatiin kaksi ehjää koekappaletta. Paalulla 1530 tuhkakerros oli selkeä ja kiinteä. Porattaessa näytteet hajoavat vaakasuuntaisiin noin 5 mm paloihin. Kohteesta ei saatu koekappaleita Stabiloimattoman tuhkarakenteen kohdalla esiintyi runsaasti halkeamia molemmissa reunoissa noin 80 cm leveydellä. Keskellä ja molemmilla ajokaistoilla esiintyi myös halkeamia jonkin verran, mutta vähemmän kuin stabiloidussa tuhkakohteessa. Stabiloimattoman tuhkarakennekohteen koekuopassa paalulla 1670 tuhkarakenne oli pinnaltaan selkeä ja sekoittumaton. Mursketta poistettaessa tuhkarakenteen pinnasta irtosi helposti tuhkasiivuja. Rakenteessa oli runsaasti vaakasuuntaisia hiushalkeamia, eikä ehyitä koekappaleita saatu poraamalla. Paalulla 1780 tuhkakerroksen pinta oli selkeä ja kiinteä. Porauksen yhteydessä 30 mm syvyyteen saakka kerros oli rikkonaista. Tämä alapuolelta saatiin kohtalaisia koekappaleita poraamalla. Koekappaleista määritettyjä puristuslujuuksia on esitetty kuvassa 6. Tuloksien perusteella on todettavissa, että lujuuden kehittyminen on varsin pitkäaikaista. Terässulattokuonarakenne Terässulattokuonarakenteen osuudella havaittiin 2-20 mm levyisiä pituushalkeamia. Tien reunat olivat pääsääntöisesti ehjät. Koeosuudella oli yhteensä kahdeksan poikittaissuuntaista 10-50 mm levyistä halkeamaa. Paalulla 1970 kuonakerros oli pinnaltaan selkeä ja luja. Porattaessa rakenne oli homogeenisen ja kovan oloista. Paalulla 2000 kuonakerroksen pinta oli selkeä, kiinteä ja luja. Porattaessa näyte tuntui lujalta ja homogeeniselta. Koekappaleista määritettyjä puristuslujuuksia on esitetty kuvassa 7. Tuloksien perusteella on todettavissa, että myös terässulattokuonamateriaalin lujuuden kehittyminen on varsin pitkäaikaista. Tornio.doc 6
10 9 8 Tornion koerakenteet 28d / ennakkokokeet 28d / työmaa 1 vuosi 3 vuotta 8 vuotta Ei näytettä Puristuslujuus [MPa] 7 6 5 4 3 2 1 Stabiloitu tuhka Stabiloimaton tuhka 0 pl 1470 keskiosa pl 1470 reuna pl 1665 keskiosa pl 1665 reuna pl 1780 keskiosa Kuva 6. Lentotuhkarakenteiden koekappaleiden puristuslujuudet (ennakkokokeiden ja työmaan 28d:n tulokset on tehty laboratoriossa valmistetuista koekappaleista). Tornion koerakenteet/ Stabiloitu tersässulattokuona 9 28d / ennakkokokeet 28d / työmaa 1 vuosi 3 vuotta 8 vuotta 8 7 Puristuslujuus [MPa] 6 5 4 3 2 1 0 pl 1970 keskiosa pl 2010 keskiosa pl 2010 reuna Kuva 7. Teräskuonarakenteen koekappaleiden puristuslujuudet. Tornio.doc 7
3.1.2 IRI- ja URA-mittaukset Yli-Liakka-Kourilehto tien tasaisuus- ja urasyvyysmittaukset tehtiin 4.6.2008. Tuloksia on esitetty taulukossa 1 sekä kuvissa 8 ja 9. Taulukossa 1 on esitetty keskimääräiset tasaisuusarvot koko rakennuskohteelle sekä koerakenne- ja vertailurakennekohtaisesti. Stabiloidusta lentotuhkarakenteessa mitattu IRI-arvo on hieman suurempi kuin kohteella keskimääräisesti mutta hieman vertailurakennetta pienempi. URA-arvo on kohteen suurin, erityisesti oikea kaista on tulosten mukaan urautunut. Stabiloimattoman lentotuhkarakenteen IRI-arvo on kohteen suurin mutta URA-arvot keskimääräiset. Teräskuonarakenteen IRI-arvot ovat muihin rakenteisiin verrattuna keskimääräiset ja URA-arvot mitattujen kohteiden pienimmät. Tasaisuus- (IRI) ja urautumisen (URA) mittaustuloksia on verrattu Tiehallinnon kuntoluokituksen ohjeisiin (TIEH 3200969-v). Tasaisuusmittaustulosten perusteella tien kunto vaihtelee hyvän ja erittäin hyvän välillä. Poikkeuksena on stabiloimattoman lentotuhkarakenteen IRI-arvo, joka viittaa tyydyttävään kuntoon. Urautuminen on vähäistä, sillä tien kautta ei kulje raskasta liikennettä. Taulukko 1. Kohteen tasaisuusmittauksien (29.5.2008) keskiarvot paaluväleittäin/kaistoittain. IRI keskiarvo min maks URA keskiarvo min maks Koko rak.1000-2500 2.7 0.7 9.2 2.7 0.1 16.1 oikea 2.8 0.7 9.2 4.1 0.7 16.1 vasen 2.6 0.7 7.5 1.2 0.1 7.9 Stabiloitu LT 1450-1550 3.3 1.5 6.5 6.6 0.4 16.1 oikea 3.4 1.6 6.5 10.1 7.3 16.1 vasen 3.2 1.5 7.5 3.1 0.4 6.0 Vertailu 1550-1650 3.1 1.6 6.5 4.4 0.2 14.6 oikea 3.2 1.6 5.9 7.7 2.1 14.6 vasen 3.0 1.6 6.5 1.2 0.2 6.1 Stabiloimaton LT 1650-1800 3.6 2.0 9.2 3.6 0.1 11.4 oikea 3.8 2.0 9.2 5.5 1.8 11.4 vasen 3.3 2.1 6.1 1.8 0.1 7.9 Teräskuona 1900-2050 3.2 0.9 8.8 2.6 0.3 7.0 oikea 3.3 0.9 8.8 3.1 0.7 7.0 vasen 2.3 1.3 4.3 2.0 0.3 5.9 Tornio.doc 8
TASAISUUSMITTAUS, IRI - 10m (mm/m) Oikea Vasen IRI(mm) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Stab. LT Vert. LT Teräskuona 0 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 Paalu Kuva 8. Tasaisuusmittauksen tulokset kesällä 2008. IRI(mm) 20 18 16 URASYVYYS, URA - 10m (mm/m) Stab. LT Vert. LT Teräskuona Oikea Vasen 14 12 10 8 6 4 2 0 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 Paalu Kuva 9. Urasyvyydet kesällä 2008. Tornio.doc 9
3.1.3 Kantavuusmittaukset Viimeisimmät kantavuusmittaukset tehtiin 29.5.2008. Eri aikoina mitattujen kantavuuksien painotetut keskiarvot on esitetty rakennetyypeittäin kuvissa 10 ja 11. Kantavuusmittausten perusteella stabiloidun tuhkan ja terässulattokuonan kantavuuksissa ei ole tapahtunut vuosien aikana suuria muutoksia. Stabiloimattoman tuhkarakenteen kantavuudet ovat vuoden 2008 mittausten perusteella heikentyneet selvästi aikaisempien vuosien mittauksista. Stabiloitu tuhkarakenne on ollut koko seurannan ajan kantavuudeltaan huonompi kuin stabiloimaton rakenne. Stabiloinnilla ei ole selkeästi saavutettu niitä etuja, joita rakenteelta on odotettu. Yhtenä syynä huonompaan kantavuuteen on todennäköisesti rakentamisen aikainen tuhkan säilytys. Stabiloituun rakenteeseen käytetty tuhkaa oli varastoitu kosteana pidemmän aikaa kuin stabiloimattomassa rakenteessa käytetty tuhka. Stabiloidun rakenteen tuhka oli menettänyt todennäköisesti merkittävän osan aktiivisuudestaan varastoinnin aikana. Tornio, pt 19552 Kantavuuden painotettu keskiarvo rakennetyypeittäin 300 250 Kantavuus, E2 [MPa] 200 150 100 50 0 Stora Enson stabiloitu tuhka Vertailu Stora Enson stabiloimaton tuhka Vertailu Terässulattokuona 1999 76 85 118 119 119 2000 132 137 221 156 250 2001 159 171 249 179 283 2002 119 158 194 187 257 2008 109 85 86 147 193 Kuva 10. Kantavuuden painotettu keskiarvo rakennetyypeittäin 1999-2008. Tornio.doc 10
Tornio, pt 19552 Kantavuudet 1999-2002 Painotettu keskiarvo, 25% oikea, 25% vasen, 50% keskilinja 8.-9.6.1999 29.5.2000 29.5.2001 3.6.2002 29.5.2008 Srora Enso Oyj stabiloitu tuhka Vertailurakenn Stora Enso Oyj stabiloimaton Vertailurakenne Stabiloitu terässulattokuona 350 300 250 200 150 100 50 0 1450 1470 1490 1510 1530 1550 1570 1590 1610 1630 1650 1670 1690 1710 1730 1750 1770 1790 1810 1830 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 Kantavuus [Mpa] 2030 2050 Paalu Kuva 11. Kantavuudet koeosuuksilla vv. 1999-2008. 3.2 Ympäristökelpoisuus Ennen rakentamista oli lentotuhkalle ja terässulattokuonalle oli tehty näiden materiaalien tuottajien toimesta kokonaispitoisuusmääritykset, jotka on esitetty koottuna taulukossa 2. Kokonaispitoisuuksia vertaillaan tässä yhteydessä VNa 591/2006 tuhkien ohjearvoihin. Terässulattokuonalla ylittäisivät kromin ja molybdeenin pitoisuudet ao. ohjearvot, mikäli näitä sovellettaisiin myös tähän materiaaliin. Kohteeseen asennettiin pohjavesiputket ja orsivesikaivot ympäristöseurantaa varten (taulukko 3). Orsivesikaivojen rakentamiseen päädyttiin koska pohjavesi esiintyy alueella savikerroksen alapuolella. Savikerros hidastaa tai estää kokonaan haitta-aineiden pääsyn pohjaveteen. Rakenteen aiheuttamaa ympäristökuormitusta voidaan näin ollen arvioida paremmin orsivesikaivojen avulla. Kohteeseen asennettujen orsivesikaivojen tyyppipiirustus on esitetty kuvassa 12. Maanäytteitä tutkittiin vuosina 1999 (referenssinäytteet), 2000 ja 2003. Tulosten (Liite 2) perusteella voidaan todeta useiden alkuaineiden pitoisuuksien nousseen lähtötasoon verrattuna sementtistabiloidun Kemin lentotuhkarakenteen kohdalla (pl 1470: Fe, K), vertailurakenteen kohdalla (pl 1585: Al, Ba, Cr, Cu, P, S), Kemin lentotuhkarakenteen kohdalla (pl 1670: Cr) ja stabiloidun terässulattokuonarakenteen kohdalla (pl 2010: Ca, Na, Ni, P, Pb, S). Verrattaessa pitoisuuksia käytettävissä olleisiin ohjearvoihin (mm. Sorvari ym. 2000) voidaan todeta, että pitoisuudet eivät ylitä puhtaalle maaainekselle ehdotettuja tavoitearvoja, paitsi vertailurakenteesta otetussa näytteessä kuparin osalta. Tornio.doc 11
Taulukko 2. Tornio (Kourilehto). Vuonna 1999 toteutetun kohteen sivutuotteiden kokonaispitoisuudet verrattuna VNA 591/2006 raja-arvoihin. Kokonaispitoisuudet v. 1999 VNA 591/2006 Haittaaine yksikkö Stora Enso Kemi LT 1/1999 Terässulattokuona Outokumpu Polarit 1:1:1 As mg/kg 28,8 <10 50 B mg/kg 92,6 48,3 Ba mg/kg 220 160 3000 Be mg/kg 1,1 <0,5 Cd mg/kg 4,4 1,8 15 Co mg/kg 16,9 34,4 Cr mg/kg 82 5880 400 Cu mg/kg 104 89,9 400 Mo mg/kg 6 260 50 Ni mg/kg 72,8 3190 P mg/kg 14900 <50 Pb mg/kg 66 6,27 300 Sb mg/kg <15 <15 Se mg/kg 2,9 1,5 S mg/kg 9420 932 V mg/kg 126 90,5 400 Zn mg/kg 729 33 2000 Kuva 12. Orsivesikaivon periaatekuva Tornio.doc 12
Taulukko 3. Tornio (Kourilehti). Vuonna 1999 toteutetun kohteen sivutuote- ja referenssi- (vertailu-) rakenteet sekä pohjavesiputkien ja orsivesikaivojen sijainnit. Osuus Pohjavesiputki (PL) Orsivesikaivo (PL) PL 1300; vertailu-pohjavesiputki 1300 1300 PL 1450-1550: Kemin lentotuhka + YSe 4% 1500 1500 PL 1550-1650: Vertailurakenne, murske+suodatinkangas PL 1650-1800: Kemin lentotuhka 1680 1680 PL 1800-1900: Murske+suodatinkangas PL 1900-2050: Terässulattokuona+(YSe+kuja, 1:2) 6% 2000 2000 (2x) Vesinäytteet otettiin kohteen seurannassa ennen rakentamista vuonna 1999 sekä vuosina 2000-2003 rakentamisen jälkeen. Näytteenotto ja analyysit tehtiin Lapin Vesitutkimus Oy:n toimesta. Myös vuonna 2007 näytteet otti Lapin Vesitutkimus Oy. Vesinäytteet saatiin kaikista muista pohjavesiputkista paitsi paalun 1500 putkesta. Orsivesinäytteet saatiin vain paalujen 1300 ja 1500 kaivoista. Alkuaineanalyysit on määritetty ICP-MS tekniikalla. Pohjavesi- ja orsivesinäytteiden perusteella tehtyjä ympäristövaikutusten seurannan tuloksia on esitetty liitteen taulukoissa. Tuloksia on verrattu talousvesille asetettuihin laatuvaatimuksiin ja suosituksiin (STM 461/2000; STM 74/1994). Lentotuhkarakenteet Ennen rakentamista vertailurakenteesta otetut orsivesinäytteet täyttivät tutkituilta osin talousveden laatuvaatimukset ja suositukset muutoin paitsi mangaanin ja nikkelin osalta. Pohjavesinäytteet täyttivät talousveden laatuvaatimukset ja suositukset mangaanipitoisuutta lukuun ottamatta. Myös koerakenteiden kohdalla pohjaveden ja orsiveden pitoisuudet olivat samalla tasalla vertailurakenteen vesistä määritettyjen pitoisuuksien kanssa. Pohjavesiseurannan tuloksien perusteella rakentamisesta aiheutuneita lyhytaikaisia pitoisuusmuutoksia oli havaittavissa vertailurakenteessa Cu-, Fe-, Ni-, Pb-, ja Znpitoisuuksissa. Vertailurakenteen kohdalla sijainneessa orsivesikaivoissa tapahtui rakentamisen jälkeen Al-, Cu-, Fe-, Ni-, Zn- ja Na-pitoisuuksien kohoamista. Orsivedestä saatiin näytteet kahden vuoden jälkeen rakentamisesta, jonka aikana em. pitoisuudet lähtivät jälleen laskuun Cu- ja Al-pitoisuutta lukuun ottamatta. Vertailurakenteen kohdalla rakentamisen jälkeen otetuissa pohjavesinäytteissä talousveden laatuvaatimukset tai suositukset ylittyivät Fe- ja Mn-pitoisuuksissa ja orsivedessä näiden lisäksi Ni-pitoisuuksissa. Paalulla 1500 sijaitsevat pohjavesiputki ja orsivesikaivo edustava koerakennetta, jossa on käytetty Stora Enson Kemin tehtaan lentotuhkaa stabiloidussa rakenteessa. Vuosi rakentamisen jälkeen otetuissa näytteissä Fe- ja Zn-pitoisuudet olivat kohonneet pohjavedessä. Vuonna 2007 koekohteen havaintoputki oli kuiva eikä pohjavesinäytettä saatu (tarkistettava!). Orsivesikaivossa havaittiin vastaavia pitoisuuden kohoamisia kuin pohjavesissä, mukaan lukien Ni- ja Mn-pitoisuuksien kohoaminen. Orsivesiseuranta oli tämän koerakenteen kohdalla pidempiaikaisempi verrattuna pohjavesiseurantaan. Orsivesien laatu on pääosin parantunut vuoden 2007 tuloksissa verrattuna vuosien 2000-2003 pitoisuuksiin. Pitoisuusnousua oli havaittavissa B- ja Na-pitoisuuksissa, jotka kuitenkin ovat Tornio.doc 13
selvästi talousvedelle asetettuja ohje- ja tavoitearvoja alempia. B ja Na saattavat olla peräisin tuhkasta. Muilta osin pitoisuusmuutokset eivät poikkea vertailurakenteessa tapahtuneista muutoksista. Paalulla 1680 sijaitseva pohjavesiputki ja orsivesikaivo edustavat stabiloimatonta Stora Enson Kemin tehtaan lentotuhkaa. Rakenteen kohdalla orsivesinäytteet saatiin vain vuonna 2000. Kohteesta ei siten ole olemassa taustapitoisuuksia eikä pidempi aikaisia seurantatuloksia. Saatuja tuloksia voidaan verrata alueen muihin orsivesikaivoista saatuihin taustapitoisuuksiin. Pohjavesinäytteitä kohteesta on saatu kaikkina seurantaajankohtina vuotta 2003 lukuun ottamatta. Vuosi rakentamisen jälkeen otetuissa pohjavesinäytteissä useimpien alkuaineiden pitoisuudet olivat kohonneet vuoden 1999 taustapitoisuuksista. Merkittävimmät pitoisuusnousut tapahtuivat Al-,Ba-, Cr(kok.)-, Cu-, Fe-, Ni-, Pb- ja Zn-pitoisuuksissa. Näistä vain Fe- ja Mn- pitoisuuksien nousu oli havaittavissa vertailurakenteen pohjavesinäytteissä. Pitoisuusnousut rajoittuivat kohteessa selkeästi rakentamisen aikaisiksi ja eri alkuaineiden pitoisuustasot laskivat taustapitoisuuksien tasolle jo vuonna 2001, kaksi vuotta rakentamisen jälkeen. Alumiini ja rauta olivat edelleen koholla vuoden 2007 pohjavesinäytteissä. Kohteen orsivesinäytteissä vuodelta 2000 oli havaittavissa Al-, Cr(kok), Cu-, Fe-, Ni- ja Zn-pitoisuuksien kohoamista alueen muiden orsivesikaivojen taustapitoisuuksiin verrattuna. Haitta-aineet ja niiden pitoisuusnousut vastaavat kohteen pohjavesiseurannan tuloksia. Teräskuonarakenne Koekohteeseen (pl 2000) oli asennettu sekä kaksi orsivesikaivoa että pohjavesiputki. Orsivesiseuranta onnistui kahden vuoden ajan (2000-2001), ennen kaivojen kuivumista. Kahden ensimmäisen seurantavuoden aikana, rakentamisen jälkeen, mitatut pitoisuudet olivat yleisesti korkeampia orsivesikaivoista otetuissa näytteissä kuin pohjavesinäytteissä. Vain lyijy- ja sinkkipitoisuudet olivat korkeammalla tasolla pohjavesinäytteissä. Talousveden laatuvaatimukset ylittyivät ennen rakentamista otetuissa pohjavesinäytteissä mangaanilla ja nikkelillä. Välittömästi rakentamisen jälkeen sekä orsivesi- että pohjavesinäytteissä havaittiin Al-, As-, Ba-, Cu-, Fe-, Ni-, Pb- ja Zn-pitoisuuksien nousua. Orsiveden Mn- ja Ni-pitoisuudet olivat ennen rakentamista huomattavan korkeita ja niiden pitoisuudet alenivat välittömästi rakentamisen jälkeen. Pohjavedessä Mn- ja Ni-pitoisuudet puolestaan samanaikaisesti nousivat. Talousveden laatuvaatimus tai - suositus ylittyi rakentamisen jälkeen seuraavien haitta-aineiden osalta: As, Fe, Mn, Ni ja Pb. Lyijypitoisuus ylitti laatuvaatimuksen pohjavedessä mutta ei orsivedessä. Yleisesti haitta-ainepitoisuuksien kohoaminen oli kohteessa lyhytaikaista ja pitoisuudet lähtivät laskuun toisena tai kolmantena vuonna rakentamisesta. Pidempiaikaisia vaikutuksia pohjavesitulosten perusteella on havaittavissa Al-, Fe- ja Mn- pitoisuuksista. 3.3 Haastattelut Tiemestari Tarmo Postin (19.8.2008) mukaan koeosuuksilla ei ole havaittu routavaurioita. Alueen muilla vastaavan luokan teillä routavauriot ovat usein pahoja ja niitä on runsaasti. Routivuuden kannalta koerakenteet ovat olleet onnistuneita. Koeosuuksien kantavuus on liikennemäärään nähden riittävä. Alueella on varsin vähän raskasta liikennettä. Toistaiseksi koeosuuksista ei ole ollut mitään huomautettavaa. Tornio.doc 14
4. Tutkimustulosten arviointi Yhdeksän vuotta vanha koekohde on toistaiseksi antanut hyvin positiivisia tuloksia, minkä käytännössä on vahvistanut myös tiemestari lausunnossaan (luku 3.3). Rakennekerrosten lujuudet ovat vuonna 2008 testattujen näytteiden perusteella edelleen kohtalaisen korkeita, vaikka kaikista lentotuhkarakenteen koekuopista ei saatu näytteitä. Kantavuusmittausten perusteella stabiloidun tuhkan ja terässulattokuonan kantavuuksissa ei ole tapahtunut vuosien aikana suuria muutoksia. Stabiloimattoman tuhkarakenteen kantavuudet ovat vuoden 2008 mittausten perusteella heikentyneet selvästi ja keskimäärin alle lähtötilanteen kantavuuden. Stabiloitu tuhkarakenne on ollut koko seurannan ajan kantavuudeltaan huonompi kuin stabiloimaton rakenne, mutta on edelleen vuonna 2008 keskimäärin korkeampi kuin lähtötilanteessa vuonna 1999. Stabiloinnilla ei ole kuitenkaan selkeästi saavutettu niitä etuja, joita rakenteelta on odotettu. Yhtenä syynä huonompaan kantavuuteen on todennäköisesti rakentamisen aikainen tuhkan säilytys. Stabiloituun rakenteeseen käytetty tuhkaa oli varastoitu kosteana pidemmän aikaa kuin stabiloimattomassa rakenteessa käytetty tuhka. Stabiloidun rakenteen tuhka oli menettänyt todennäköisesti merkittävän osan aktiivisuudestaan varastoinnin aikana. Tasaisuusmittaustulosten perusteella tien kunto vaihtelee hyvän ja erittäin hyvän välillä. Poikkeuksena on stabiloimattoman lentotuhkarakenteen IRI-arvo, joka viittaa tyydyttävään kuntoon. Urautuminen on vähäistä, sillä tien kautta ei kulje raskasta liikennettä. Ympäristöseurantaa on tehty pohja- ja orsivesinäytteiden avulla. Vuonna 2007 otetuissa vesinäytteissä, myös vertailurakenteen kohdalta otetuissa, on yleisesti todettu koholla olevia raudan ja mangaanin ja monissa näytteissä myös alumiinin pitoisuudet. Erään asiantuntija-arvion perusteella Fe- ja Mn-pitoisuudet liittyvät todennäköisimmin happipitoisuuden laskuun, mikä ei ilmeisesti johdu tierakenteesta. Happipitoisuutta ei ole koekohteessa seurattu. Hapettomissa olosuhteissa rauta- ja mangaani liukenevat helposti pohjaveteen. Alumiinipitoisuus näyttää olevan kytköksissä pohjaveden happamuuteen. Veden happamuuden lisääntyessä alumiinin liukoisuus kasvaa. Viitteet Sorvari et al 2000: Sivutuotteet maarakentamisessa. Käyttökelpoisuuden osoittaminen. Teknologiakatsaus 93/2000 STM 74/1994. Sosiaali- ja terveysministeriön päätös talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista STM 461/2000. STM:n asetus talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista TIEH 3200969-v. Tieomaisuuden yhtenäinen kuntoluokitus. Tiehallinnon selvityksiä 57/2005. Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) VNA 591/2006. Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa Tornio.doc 15
LIITE 1. Vesinäytteet MÄÄRITYKSET YKSIKKÖ Al As B Ba Cd Cr kok Cu Fe Mn Mo Ni g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l g/l KRITEERIT/ STM 461/2000 Kemialliset laatuvaatimukset (max) 10 1000 5 50 2000 20 Laatusuositukset (max tavoitearvot) 200 200 50 Muut / STM 1994 700 70 P1300 pv 1999 195 0,9 137 92 0,04 0,8 6,2 210 609 12,5 10,5 vertailuosuus 2000 141 0,6 123 42 1,88 1,3 7,8 1330 552 0,9 13,7 2001 6 0,4 102 33 0,02 0,3 5,8 120 435 0,8 1,7 2002 8 0,8 101 42 <0,02 <0,2 <0,1 <30 465 1,0 1,7 2003 4 0,5 114 32 <0,02 <0,2 6,9 30 516 0,4 1,2 2007 65 <1 110 37 <0,5 <2 1,0 3400 560 <2 <3 P1500 pv 1999 24 2,0 19 185 0,08 0,6 10,6 40 1710 2,0 26,0 Kemin lentotuhka + Yse 4 % 2000 32 0,2 20 56 0,69 0,5 6,8 240 403 2,2 18,3 2001 <1 0,1 17 56 <0,02 0,2 2,6 <30 304 1,1 1,8 2002 4 0,2 14 53 <0,02 <0,2 0,7 <30 279 1,1 1,0 2003 1 0,1 16 49 <0,02 <0,2 9,9 40 310 0,7 1,1 2007 ei näytettä, kuiva P1680 pv 1999 131 0,3 15 27 0,04 0,6 3,7 130 266 0,4 5,9 Kemin lentotuhka 2000 10700 2,7 18 130 1,17 44,2 75,2 14000 185 0,9 83,8 2001 147 0,1 14 24 0,04 0,5 2,0 160 29 0,1 5,6 2002 12 0,1 9 18 0,04 <0,2 1,8 <30 61 0,3 4,5 2003 ei näytettä, kuiva 2007 830 <1 <50 29 <0,5 <2 10,0 4300 33 <2 9,0 P2000 pv 1999 25 1,0 35 99 0,03 0,6 11,0 130 2350 1,9 21,4 Terässulattokuona + 2000 187 10,9 20 137 0,04 5,2 16,2 99900 3700 3,7 29,2 (Yse+kuja,1:2) 6%) 2001 72 3,3 7 100 0,02 3,6 2,6 22200 3290 2,1 33,3 2002 59 1,6 2 85 0,02 3,2 19,2 4270 3490 1,1 27,8 2003 54 1,6 5 89 0,03 3,0 11,5 4480 4610 0,4 28,0 2007 470 1,0 <50 44 <0,5 2,0 5,0 17000 900 <2 16,0 P1300 orsi 1999 4 0,8 79 89 0,09 <0.2 2,2 70 4060 0,6 57,4 2000 94 0,2 52 78 0,77 2,8 7,0 1840 3250 0,4 89,8 2001 172 0,3 44 69 0,41 1,3 32,3 400 1410 0,1 36,3 2002 ei näytettä, kuiva 2003 ei näytettä, kuiva 2007 42 <1 <50 30 <0,5 <2 3,0 36 3 <2 13,0 P1500 orsi 1999 4 1,2 21 195 0,09 0,7 10,7 30 944 0,7 28,5 P1680 orsi 1999 ei näytettä v. 1999 2000 62 2,3 11 93 0,24 3,4 10,3 3000 1120 0,5 40,5 2001 17 1,8 11 95 0,27 0,6 31,3 1770 507 0,4 24,8 2002 7 0,4 9 96 0,5 <0,2 19,0 <30 23 0,7 135,0 2003 9 0,6 24 127 0,30 0,5 30,2 <30 5 0,5 34,3 2007 8 4,0 150 44 <0,5 <2 <1 3600 210 <2 <3 2000 132 0,4 21 56 0,79 11,2 24,7 170 32 1,3 52,6 2001 ei näytettä, kuiva 2002 ei näytettä, kuiva 2003 ei näytettä, kuiva P2000 orsi 1999 11 2,6 11 227 <0.02 0,6 2,5 160 9530 1,3 52,1 P2000/1 orsi 2000 268 21,2 5 317 0,04 7,2 3,5 97300 4780 1,6 32,2 2001 112 2,0 5 104 0,14 1,8 12,7 2980 758 0,4 18,6 2002 ei näytettä, kuiva 2003 ei näytettä, kuiva P2000/2 orsi 2000 348 1,8 5 32 0,03 1,4 2,9 3070 247 0,5 9,3 0-näytteet vuonna 1999 Seuranta v. 2000-2003, 2007 2001 126 0,5 3 45 0,10 0,8 3,3 270 68 0,3 8,3 2002 ei näytettä, kuiva 2003 ei näytettä, kuiva 1
LIITE 1. Vesinäytteet MÄÄRITYKSET Pb Sb Se Zn Ca K Mg Na SO4 EC ph YKSIKKÖ g/l g/l g/l g/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l ms/m 25oC - KRITEERIT/ STM 461/2000 Kemialliset laatuvaatimukset (max) 10 5 10 Laatusuositukset (max tavoitearvot) 200 250 250 6,5-9,5 Muut / STM 1994 3000 100 12 50 P1300 pv 1999 0,2 0,49 <0.5 3 34 13 15 34 203 94 6,92 vertailuosuus 2000 2,9 0,09 <0,5 380 25 11 12 43 9 41 7,02 2001 0,4 0,05 <0,5 15 27 10 13 40 2 41 7,18 2002 <0,05 0,07 <0,5 5 27 10 14 44 4 47 8,10 2003 0,1 0,06 <0,5 8 30 11 15 47 <2 50 7,30 2007 <1 <1 2,0 18 32 11 15 50 52 7,03 P1500 pv 1999 <0.03 0,22 <0,5 4 94 12 21 8 81 60 7,25 Kemin lentotuhka + Yse 4 % 2000 0,7 0,09 <0,5 244 18 4 7 9 27 19 7,00 2001 <0,03 0,04 <0,5 15 18 4 8 9 20 19 7,01 2002 <0,05 0,04 <0,5 6 19 4 9 9 19 21 7,80 2003 0,3 0,05 <0,5 34 19 4 8 9 19 23 7,14 2007 P1680 pv 1999 0,1 0,09 <0.5 3 23 5 8 6 94 21 6,90 Kemin lentotuhka 2000 5,8 0,14 <0,5 107 17 9 9 7 29 17 6,27 2001 0,1 0,02 <0,5 7 18 4 7 7 16 17 6,37 2002 <0,05 0,02 <0,5 8 16 4 7 6 23 18 7,70 2003 2007 <1 <1 <1 16 20 5 8 20 27 6,39 P2000 pv 1999 0,1 0,27 <0.5 8 64 9 18 11 116 47 7,34 Terässulattokuona + 2000 127,0 1,41 1,4 134 58 7 20 7 11 47 6,31 (Yse+kuja,1:2) 6%) 2001 19,3 0,23 0,6 73 61 6 24 8 2 54 6,20 2002 1,1 0,11 0,6 36 64 4 25 7 15 49 8,00 2003 4,3 0,17 0,9 51 72 7 26 7 <2 64 6,34 2007 <1 <1 <1 23 17 3 7 6 19 6,53 P1300 orsi 1999 0,1 0,14 <0.5 24 107 12 33 9 252 94 6,28 2000 0,7 0,06 <0,5 85 64 8 27 12 179 66 5,82 2001 1,5 0,15 <0,5 54 39 7 21 10 70 41 6,02 2002 2003 2007 <1 <1 <1 35 21 16 3 4 21 6,84 P1500 orsi 1999 <0.03 0,18 <0.5 3 102 13 22 8 72 65 7,27 P1680 orsi 1999 2000 0,6 0,08 <0,5 20 35 4 11 8 29 29 6,76 2001 0,1 0,11 <0,5 15 34 5 13 12-23 6,62 2002 <0,05 0,32 1,1 31 44 7 20 15 45 45 7,50 2003 0,7 0,28 1,2 8 59 9 21 23 68 56 6,95 2007 <1 <1 <1 8 35 13 16 72 64 7,32 2000 1,1 0,13 <0,5 90 25 5 6 6 33 31 6,86 2001 2002 2003 P2000 orsi 1999 <0.03 0,10 <0.5 1 110 14 24 5 6 65 6,50 P2000/1 orsi 2000 8,1 0,18 0,7 17 76 11 15 6 6 60 6,41 2001 4,1 0,14 <0,5 14 34 6 11 9 20 26 6,74 2002 2003 P2000/2 orsi 2000 2,8 0,20 <0,5 15 7 3 3 3 2 11 6,76 0-näytteet vuonna 1999 Seuranta v. 2000-2003, 2007 2001 0,8 0,11 <0,5 33 9 3 4 4-11 6,31 2002 2003 2
LIITE 2. Maanäytteet 1