2. MATERIAALIT 2.1 Materiaalit eri perustein luokiteltuna Uusiomateriaalit ovat syntytavaltaan ja ominaisuuksiltaan hyvin erilaisia. Osa uusiomateriaaleista on käyttöominaisuuksiltaan lähellä luonnonmateriaaleja, eikä niiden käyttö poikkea merkittävästi luonnonmateriaalien käytöstä. Osa uusiomateriaaleista sen sijaan on käyttöominaisuuksiltaan erittäin vaativia ja niiden hyödyntämisen eri vaiheissa vaaditaan huolellisuutta. Tässä luvussa mainittuja materiaaleja on esitelty lyhyesti liitteessä 2A. Luokittelu raaka-ainelähteen perusteella: Uusiomateriaaleja voidaan luokitella erilaisilla perusteilla. Materiaalit voidaan luokitella esim. teollisuuden tai toiminnan, josta materiaali on peräisin, mukaisesti (esim. taulukossa 2.1). Taulukossa 2.1 on lähtökohtana standardin 13242 liitteen A taulukko (standardia 13242 ei ole toistaiseksi vahvistettu). Taulukon oikeanpuoleisimmassa sarakkeessa on arvioitu ko. materiaalin asemaa Suomessa. Taulukossa 2.2 on pohjana taulukossa 2.1 esitetyt materiaalit ja materiaalien tunnukset. Lisäksi taulukossa on esitetty materiaaleille vakiintuneet lyhenteet tai UUMA2-hankkeessa ehdotetut lyhenteet materiaaleille. Lisäksi taulukossa on esitetty ko. materiaalien vuosittaiset määrät.
Taulukko 2.1 EN 13242 standardin mukainen uusiomateriaalien listaus ja ko. uusiomateriaalien hyödyntäminen Suomessa. Taulukko on suomennettu ja täydennetty sarake UUMA-materiaalina Suomessa UUMA2-hankkeessa, joten on mahdollista, että siinä on korjaus- ja täydennystarpeita. Huom! standardi EN 13242 (2013) ei ole tällä hetkellä voimassa (2015), vaan voimassa on aikaisempi standardi vuodelta 2008. Tunnus Raaka-aineen lähde Alatunn. Materiaali Käyttöhistoria Standardi asettaa materiaalille erityisiä vaatimuksia Sisällytettävä täydentäviä vaatimuksia UUMA-materiaalina Suomessa P Luonnonkiviainekset P Kaikki EN 932-3:n sisältämät kivilajityypit kyllä kyllä ei ei luokitella uusiomateriaaliksi A B C D E F G H I Rakennus- ja purkujätteen kierrätystoiminta Jätteenpolttoteollisuus Hiilivoimateollisuus Rauta- ja terästeollisuus Vähärautainen terästeollisuus Valimoteolllisuus Kaivos- ja louhostoiminta Kunnossapitoruoppaus Muut A1 Asfalttijäte kyllä kyllä ei x A2 Betonimurske kyllä kyllä ei x A3 Tiilimurske kyllä kyllä ei x A4 Asfalttijätteen sekä betoni- ja tiilimurskeen seos (A1, A2, A3) kyllä kyllä ei ei tiettävästi valmisteta B1 Jätteenpolton pohjatuhka 1 (poislukien lentotuhka) kyllä ei kyllä x B2 Jätteenpolton lentotuhka ei - - ei hyötykäyttömerkitystä C1 Kivihiilen pölypolton lentotuhka kyllä ei kyllä x C2 Kivihiililen leijupetipolton lentotuhka kyllä ei ei x C3 Kivihiilen kattilakuona kyllä ei kyllä ei muodostu C4 Kivihiilen arinapolton pohjatuhka kyllä ei kyllä x C5 Kivihiilen leijupetipolton pohjahiekka kyllä ei ei x D1 Granuloitu masuunikuona kyllä kyllä ei x D2 Ilmajäähdytetty masuunikuona kyllä kyllä ei x D3 Konvertterikuona kyllä kyllä ei x D4 Valokaariuunin masuunikuona (hiiliteräksen tuotannosta) kyllä kyllä ei x D5 Valokaariuunin masuunikuona (ruostumattoman/runsasseosteisen teräksen tuotannosta) ei - - x D6 Ferrokromikuona kyllä kyllä ei x E1 Kuparikuona kyllä ei ei x E2 Molybdeenikuona ei - - x E3 Sinkkikuona kyllä ei ei x E4 Fosforikuona kyllä ei ei x F1 Kaavaushiekka kyllä ei ei x F2 Kupu-uunin masuunikuona kyllä ei kyllä x G1 "Punainen kivihiililiuske" (engl. Red coal shale) kyllä ei ei ei muodostu G2 Antrasiittikaivoksen jäte kyllä ei kyllä ei muodostu G3 Sivukivi kyllä ei ei x G4 Palavan kiven jäte kyllä ei ei ei muodostu H1 Ruoppausmassa, hiekka kyllä ei ei x H2 Ruoppausmassa, savi ei - - x I1 Ylijäämämaa, savi ei - - x I2 Paperilietteen polton tuhka kyllä ei kyllä x I3 Vedenkäsittelyn jätteenpolton tuhka kyllä ei kyllä x I4 Biomassatuhka 2 kyllä ei kyllä x I5 Lasimurske kyllä kyllä ei x I6 Paisutettu savi kts. EN 13055 ei luokitella uusiomateriaaliksi 1 Jättenpolton pohjatuhkan vaatimukset pohjautuvat arinaperusteisiin rakenteisiin 2 Sisältää mm. turpeen, puun ja seospolton tuhkan
Taulukko 2.2 Suomessa hyödynnettävät uusiomateriaalit, niistä käytetyt lyhenteet ja vuosittaiset tuotantomäärät. Osa lyhenteistä on UUMA2-hankkeen ehdottamia ja niillä ei ole virallista asemaa. Taulukko on osin kesken ja se täydentyy myöhemmin.
Jaottelu hyötykäyttökohteen mukaisesti: Alla on esitetty esimerkkejä eri luonnonkiviaineksia korvaavista uusiomateriaaleista (LiVi 2014): 1. Pengermateriaaleiksi soveltuvat uusiomateriaalit - rakennuskivilouhimoiden sivukivet - malmikaivosten sivukivet - kivihiilen lentotuhka (soveltuu käytettäväksi kuivissa penkereissä) - puupohjaisista tuhkista ja turvetuhkista voidaan tehdä kuivia penkereitä, kun materiaaleilta ei edellytetä routimattomuutta - muut teknisesti korkealaatuisemmat materiaalit. 2. Hiekkaa korvaavia uusiomateriaaleja - kivihiilen polton pohjatuhka - leijupetihiekka - masuunihiekka - OKTO-eriste (lämpöeriste, valmistettu ferrokromikuonasta, Tornio) - OKTO-JT-murske (valmistettu teräskuonasta) - kaivosteollisuuden ympäristökelpoinen rikastushiekka. 3. Mursketta korvaavia uusiomateriaaleja - betonimurske (BeM) - masuunikuonamurske (MaKu) - kappalekuona (KapKu) - teräskuonamurske (tietyt teräskuonamurskeet myös päällystekiviaineksena) - OKTO-murske (valmistettu ferrokromikuonasta, myös päällystekiviaineksena) - OKTO-JT-murske (jakavassa kerroksessa) - masuunihiekka (MaHk) - asfalttimurske (ensisijaisesti pyritään hyödyntämään uusiopäällysteessä) - rakennuskiviteollisuuden sivukivet soveltuvat yleisesti samoihin käyttökohteisiin kuin alueiden normaalit kiviainekset. 4. Stabiloitua kerrosta korvaavia uusiomateriaaleja - asfalttimurske ja -rouhe (sitoutumista lisätään bitumilla) - lentotuhka (tarvittava sementin tai kalkin lisäys on tutkittava ennakkokokeilla). 5. Stabiloinnin sideaineena käytettäviä uusiomateriaaleja (sitoutuminen varmistetaan tarvittaessa sementillä tai kalkilla) - masuunihiekka - OKTO-filleri (teräskuona) - lentotuhka. 6. Päällystemassaa korvaavia uusiomateriaaleja - asfalttirouhe - tuhka täytejauheena - hematiittifilleri - OKTO-filleri. 7. Kevennysrakenteet - vaahtolasimurske - rengasrouhe, rengaspaalit - maisemointitäytöissä ja meluvalleissa myös kokonaiset renkaat - OKTO-kevytkivi (valmistettu teräskuonasta) - masuunihiekka - tuhkat. 2.2 Uusiomateriaalien parametrit Parametrien määrittäminen, periaatteita Uusiomateriaalien käyttökohteiden vaatimukset ovat lähtökohtana uusiomateriaalien mitoitusparametreille. Joillakin uusiomateriaaleilla voidaan mitoitus tehdä käyttäen suoraan nykyisissä
ohjeissa esitettyjä parametrivaatimuksia. Uusiomateriaalien materiaalikohtaisissa opasjulkaisuissa on esitetty myös vaatimuksia materiaaleille ja vaatimusten toteutuessa mitoituksessa käytettäviä parametreja. Osalle uusiomateriaaleista perinteisille materiaaleille asetetut parametrivaatimukset eivät lähtökohtaisesti sovellu ja ko. tapauksissa parametrivaatimukset ja parametrit on määritettävä erikseen laboratorio- ja kenttätutkimuksilla (kohteesta ja materiaaleista riippuen ko. tutkimusvaiheen kesto saattaa olla vuosia). Jos uusiomateriaalien laatuvaatimuksia ei ole käytettävissä (esim. koerakennuskohteessa), materiaalivaatimukset on määritettävä hankekohtaisessa suunnittelussa. Uusiomateriaalien mitoitusparametrien tilanne vaihtelee suuresti materiaalikohtaisesti. Osalla materiaaleista on pitkäaikainen käyttökokemus korkealuokkaisissa käyttökohteissa ja niille on tehty merkittävä määrä tutkimustoimintaa ko. käyttöolosuhdetta ajatellen (esim. betonimurske ja masuunihiekka). Osalla materiaaleista käyttöhistoria on lyhyempi ja vaihtelevampi ja niille ei ole pystytty toistaiseksi määrittämään ( virallisia ) parametreja, joita voitaisiin käyttää ilman laajoja materiaali- ja kohdekohtaisia tutkimuksia (esim. metsäteollisuuden jätejakeet). Osa materiaaleista on lähtökohtaisesti runkoaineen ja sideaineen yhdistelmiä, jolloin niiden parametrit on (lähes) aina määritettävä materiaali- ja kohdekohtaisesti laboratoriossa ennakkokokeilla (esim. stabiloitu ylijäämämaa). Alla on esitetty esimerkin omaisesti joidenkin uusiomateriaalien parametreja. Joidenkin uusiomateriaalien parametrit on esitetty Liikenneviraston ohjeissa taulukon 2.4 mukaisesti (BeM, MaHk, MaKu, KapKu). Betonimurskeen osalta vastaavat parametrit on esitetty mm. Tielaitoksen betonimurskeohjeessa (Tielaitos 2000) ja Ruduksen Betoroc-esitteessä (Rudus Oy 2008). Ko. julkaisuissa on esitetty myös betonimurskeiden indeksiominaisuudet yms. Lisäksi ko. ohjeissa on esitetty parametreja alhaisemman laatuluokan betonimurskelajitteille. Betonimurskeelle ja masuunikuonatuotteet ovat mukana InfraRYL 2015 päivityksessä ja siellä on esitetty ko. materiaaleille parametreja ja laatuvaatimuksia. Energiantuotannon ja metsäteollisuuden tuhkien indeksiominaisuuksia ja mitoitusparametreja on esitetty tällä hetkellä kattavimmin Tuhkakäsikirjassa (Kiviniemi et al. 2012). Ko. materiaaleille on työn alla Infraohjekortti, mutta sen valmistumis- ja hyväksymisajankohta ei ole tiedossa (mahdollisesti 2016?). Sivukivestä murskattujen materiaalien mitoitusparametrit voidaan arvioida kuten normaalin kiviaineksen parametrit Liikenneviraston ja InfraRYL:n ohjeiden mukaisesti. Arvioinnissa on luonnollisesti otettava huomioon sivukivien erityisominaisuudet (esim. rapautumisherkkyys). Taulukko 2.4 Odemarkin mitoituksessa käytettäviä uusiomateriaalien moduuleja (Tiehallinto 2005) Betonimurskeiden luokat pitäisi esittää roomalaisilla numeroilla esim. BeM2 => BeM II.
Stabiloidun ylijäämämaan parametrien osalta toimivaan tällä hetkellä pitkälti samalla periaatteella kuin syvästabiloinnissa eli stabiloidun maan suunnitellun leikkauslujuuden saavuttamiseksi tarvittava sideainemäärä ja sideaineen laatu (sideaineresepti) määritetään ennakkoon tehtävillä laboratoriotutkimuksilla. Ko. menettelytavat on esitetty mm. Liikenneviraston ohjeessa Syvästabiloinnin suunnittelu (LiVi 2010) ja Massastabilointikäsikirjassa (Forsman et al. 2014). Vaatimukset väylärakentamisen materiaaleille InfraRYL: Väylärakenteiden materiaalivaatimukset on esitetty materiaalikohtaisesti InfraRYL:ssä. Voimassa olevassa InfraRYL:ssä (2010) ei ole esitetty uusiomateriaalien yksityiskohtaisia materiaalivaatimuksia. Esimerkiksi sitomattomalle kantavalle kerrokselle on kuitenkin esitetty seuraava yleinen ohje: "Uusiomateriaalien käyttö edellyttää yleensä materiaalikohtaisia ennakkokokeita. Uusiomateriaalien laatuvaatimuksina käytetään soveltuvin osin vastaavia luonnonkiviaineksille annettuja laatuvaatimuksia. Maarakenteissa käytettävien uusiomateriaalien on teknisiltä ominaisuuksiltaan ja maarakennuskelpoisuudeltaan sovelluttava käyttökohteeseen ja oltava riittävän tasalaatuisia. Jos uusiomateriaaleja käytetään kuormitettuihin maarakenteisiin, niiden pitkäaikaiskestävyys on testattava sillä rasitusmäärän ja -tason yhdistelmällä, joka maarakenteeseen voi kohdistua käyttöaikanaan. Uusiomateriaalien käytöstä ei saa aiheutua rakennuspaikalla tai sen ympäristössä pohjaveden tai maapohjan pilaantumisen vaaraa, kanssaan kosketuksiin tuleville rakenteille korroosiota eikä muita vaurioita". InfraRYL on päivittymässä InfraRYL 2015:ksi, jossa osa uusiomateriaaleista on mukana ohjetekstissä perinteisten kiviainesten rinnalla. InfraRYL 2015:ssa on esitetty (tässä vaiheessa luonnos). Esimerkkinä sitomattomalle kantavalle kerrokselle esitetty vaatimus (ja alempana ohje): Tuotteen kelpoisuus osoitetaan standardin SFS-EN 13242 mukaisella CE-merkinnällä, suoritustasoilmoituksella ja rakeisuuden tutkimustuloksilla, kun laadunvarmistus on tehty standardin SFS- EN 13242 mukaisesti. Jos tuotetta ei voi CE-merkitä, toisin sanoen tuote valmistetaan rakennuskohteessa suoraan käyttöön, laadunvarmistuksen on täytettävä standardin SFS-EN 13242 vaatimukset ja tuoteominaisuudet ovat tässä luvussa esitettyjen vaatimusten mukaiset. Sitomattoman kantavan kerroksen rakeisuusvaatimukset perustuvat standardiin SFS-EN 13285 ja kiviainesvaatimukset standardiin SFS-EN 13242. Sitomaton kantava kerros rakennetaan kalliomurskeesta, soramurskeesta tai uusiomateriaalista. Kiviaines ei sisällä epäpuhtauksia tai ympäristölle haitallisia aineita eikä ole rapautunutta tai rapautumisherkkää. Materiaalit soveltuvat teknisiltä ominaisuuksiltaan käyttökohteeseen ja ovat riittävän tasalaatuisia. Murskeen valmistaja suorittaa standardin SFS-EN 13242 mukaiset tyyppitestaukset ja tehtaan sisäistä laadunvalvontaa varmistuakseen, että tuote on standardin ja kyseeseen tulevien ilmoitettujen arvojen vaatimusten mukainen. Tutkittavat kiviainesnäytteet otetaan standardin SFS-EN 932-1 ja näytteenottosuunnitelman mukaisesti. InfraRYL 2015, ohje (tässä vaiheessa luonnos): Luonnon kiviainesta korvaavina materiaaleina voidaan käyttää uusiomateriaaleja. Standardin EN 13242 soveltamisalaan kuuluvat materiaalit, joilla on käyttöhistoria Suomessa, voidaan CE-merkitä ja niitä voidaan käyttää rakenteessa luonnon kiviainesten tavoin, mikäli ne täyttävät tekniset- ja ympäristökelpoisuusvaatimukset kohteessa. Uusiomateriaalien, joiden käyttöhistorialla ei ole osoitettu riittävää teknistä kelpoisuutta, käyttö edellyttää yleensä materiaalitai rakennekohtaisia ennakkokokeita. Uusiomateriaalien laatuvaatimuksina käytetään soveltuvin osin luonnon kiviaineksille asetettuja laatuvaatimuksia. Kirjallisuus: Forsman J., Jyrävä H., Lahtinen P., Niemelin T. & Hyvönen I. 2014. Massastabilointikäsikirja. 63 s.
Kaartinen T., Laine-Ylijoki J., Koivuhuhta A., Korhonen T., Luukkanen S., Mörsky P., Neitola R., Punkkinen H. & Wahlström M. 2010. Pohjakuonan jalostus uusiomateriaaliksi. VTT tiedotteita 2567. Kiviniemi O., Sikiö J., Jyrävä H., Ollila S., Autiola M., Ronkainen M., Lindroos N., Lahtinen P. & Forsman J. 2012. Tuhkarakentamisen käsikirja, Energiantuotannon tuhkat väylä-, kenttä- ja maarakenteissa. 88 s. Liikennevirasto 2010. Syvästabiloinnin suunnittelu, Tien pohjarakenteiden suunnitteluohjeet. Mäkelä, H. & Höynälä, H. (ed.) 2000 Sivutuotteet ja uusiomateriaalit maarakenteissa, Materiaalit ja käyttökohteet. TEKES, Teknologiakatsaus 91/2000, Helsinki 2000. ISSN 1239-758x, ISBN 952-9621-97-3, 109 s. RT 38464, 2013. Masuunihiekka, LD-Masuunihiekka, Ruukki Metals Oy Rudus Oy. 2008. Betoroc-murskeohje Käyttöohje rakentamiseen ja suunnitteluuun. Helsinki, 2008. Tiehallinto 2005. Tietoa tiensuunnitteluun nro 71D. 13 s. Tielaitos 2000. Betonimurskeen käyttö tien päällysrakennekerroksissa. Mitoitus- ja työohjeet. Helsinki, Oy Edita Ab. ISBN 951-726-603-0