UUMA-inventaari Kt 8714/9500-10500, Rautavaara Fosfokipsi ja lentotuhka kerrosstabiloinnin sideaineina 2008
Sisältö 1. Kohteen kuvaus 1.1 Sijainti 1 1 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet 1 1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja rakenteet 2 2. Tutkimukset 2004-2005 4 2.1 Tutkimukset ennen rakentamista 4 2.1.1 Tekniset 4 2.1.2 Ympäristökelpoisuus 5 2.2 Seuranta v. 2005 6 3. Seuranta 2006-2008 9 3.1 Tekninen seuranta 9 3.2 Haastattelut 11 4. Kohteen ja tutkimustulosten arviointi 11 Viitteet 13
1. Kohteen kuvaus 1.1 Sijainti Kohde (Kt 87/14/9500-10500) sijaitsee Savo-Karjalan tiepiirissä Rautavaaran kunnassa kantatiellä 87, tieosalla 14 (kuva 1). Koeosuuden alkuun (PL 9500) on Rautavaaran keskustasta 14,5 km Nurmekseen päin ajettaessa. Koerakenteet toteutettiin heinäkuussa 2004. Kohteen kokonaispituus on noin 1000 m, joka jakautuu neljään kerrospaksuudeltaan ja tasausmurskeen käytön osalta vaihtelevaan ratkaisuun. Koerakenteiden pituudet ovat 200+250+250+300 m. KOEOSUUS Kuva 1. Koeosuuden sijainti, KT 87 1.2 UUMA-rakentamisen tarkoitus ja tavoitteet Koetiehanke oli osa Tiehallinnon S14-projektia eli vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito -tutkimusohjelmaa, jonka tavoitteena on mm. kehittää alempiasteisten teiden hoitoon, ylläpitoon ja parantamiseen nykyistä taloudellisempia toimenpiteitä, toimintamuotoja ja menetelmiä. Lisätietoja projektista löytyy osoitteesta http://www.tiehallinto.fi/s14/. Pilottikohteella pyrittiin selvittämään fosfokipsiin perustuvan sideaineen käyttökelpoisuutta huonokuntoisten päällystettyjen teiden kunnostamisessa kerrosstabiloinnilla. Koekohteena olevalla tiellä KT 87 on ollut sekä kantavuus- että routaongelmia. Tieliikelaitoksen vuonna 2001 tekemän tieanalyysiraportin perusteella pelkkä tien päällystäminen ei olisi riittänyt kelvollisen lopputuloksen saavuttamiseksi, sillä tiellä on ollut mm. reunapainaumia, uria, verkko- ja keskihalkeamia, ylösnousevia kiviä sekä painumia rumpujen kohdilla. Alueilla, missä on esiintynyt pituushalkeamia, oli suunniteltu Rautavaara.doc 1
asennettavaksi kantavan kerroksen sisään tai tasauskerroksen päälle teräsverkko ja maksimissaan 150 mm murskekerros. Koeosuudella tällainen teräsverkkorakenne on korvattu kerrosstabiloinnilla, jossa sideaineena on fosfokipsi-tuhka-masuunisementti seos (kipsituhka). Stabiloinnilla pyritään saavuttamaan seuraavanlaisia hyötyjä: Stabilointi antaa hyvän kantavuuden ja tasaa routaliikkeitä eli siten lähtökohdat päällysteen ehjänä pysymiselle paranevat. Stabiloinnin päälle tuleva 0 tai 50 mm murskekerros on selvästi teräsverkkoosuuksille suunniteltua (maks.) 150 mm ohuempi. Tarvittavan murskeen määrä pienenee ja lisäksi tien tasausviiva nousee vähemmän kuin teräsverkkoratkaisussa. Teollisuuden sivutuotteiden käyttö stabiloinnissa pienentää kustannuksia verrattuna pelkästään kaupallisten sideaineiden käyttöön. Kipsituhka-stabilointiratkaisua ei ole aikaisemmin sovellettu päällystetyille rakenteille. Savo-Karjalan tiepiirissä voitiin aiemmin toteutetuilta päällystämättömiltä referenssikohteilta saatujen tietojen ja kokemusten perusteella olettaa, että ratkaisu tulee toimimaan hyvin (vrt. Maaninka). Stabiloinnin lisäksi kohteella pyrittiin selvittämään myös mitä vaatimuksia työtekniikoille ja lisäkustannuksia tai säästöjä aiheutuu tasausmurskeen pois jättämisestä pehmeän asfalttibetonin alta. 1.3 Käytetyt UUMA-materiaalit ja rakenteet Koerakenteet on tehty paaluvälille 9500-10500, jossa stabiloinnilla on korvattu teräsverkkorakenne. Stabilointi tehtiin 29.7.2004. ja päällystäminen 30.7.2004. Sideaineen resepti oli: kostea kipsi 56 %, kostutettu lentotuhka 8,5 % ja masuunisementti 35,5 %. Sideainetta käytettiin 12 % vanhan tierakennekerroksen (murskeen) kuivamassasta eli stabilointisyvyydestä riippuen 50 tai 62 kg/tie-m 2. Tien leveys oli 6,5 m. Koerakentamisessa käytetty fosfokipsi oli Kemira GrowHow Oy:n (nyk. Yara Suomi Oy:n) Siilinjärven tuotantolaitokselta fosforihappotuotannon sivutuotteena syntyvää dihydraattikipsiä. Sitä muodostuu vuodessa 1,3 miljoonaa tonnia, jotka pääosin varastoidaan kasalla tehtaan läheisyydessä. Kipsi tuotiin sekoituspaikalle kosteana pari päivää aikaisemmin ja se varastoitiin sekoitinaseman vieressä kasalla, pressulla peitettynä. Tuhka oli Kuopion Energia Oy:n turpeenpoltossa muodostuvaa lentotuhkaa, jota syntyy lämmön- ja sähköntuotannon sivutuotteena noin 27 000 tonnia vuosittain. Tuhka kostutettiin tehtaalla siilosta purettaessa keskimäärin 25 % vesipitoisuuteen ja varastoitiin kosteana muutaman päivän ajan sekoitinaseman vieressä kasalla, pressulla peitettynä. Tieliikelaitos tilasi sideaineina käytetyn masuunisementin (kuonajauhe KJ400: rapidsementti; 7:3) valmiiksi sekoitettuna Rautaruukin Raahen tehtailta. Sideaine säilytettiin sekoitusaseman fillerisiilossa. Alkuperäisen suunnitelman mukaan oli tarkoitus käyttää yleissementtiä, jolla myös laboratoriotestaukset tehtiin. Koeosuudelle (14/9500-10500) tehtiin 4 koerakennetta, jotka eroavat toisistaan stabilointisyvyyden ja tasausmurskeen käytön osalta (kuva 2 ja taulukko 1). Ennen koeosuuden stabilointia tien vanha päällystekerros jyrsinsekoitettiin kantavaan kerrokseen ja tasattiin tiehöylällä. Stabilointijyrsintä (200/250 mm) tehtiin edellä kuvatulla kipsituhka-sideaineseoksella. Rakenne tiivistettiin ja päälle tuotiin rakenteissa 3 ja 4 tasausmursketta noin 50 mm kerros. Päällysteeksi tuli pehmeä asfalttibetoni (PAB- B16/100). Mitoitusesimerkki ratkaisulle ilman tasausmursketta on esitetty kuvassa 3. Rautavaara.doc 2
Taulukko 1. Koerakenteet Rakenne 1 Kerrosstabilointi 200 mm, ei tasauskerrosta murskeesta 2 Kerrosstabilointi 250 mm, ei tasauskerrosta murskeesta 3 Kerrosstabilointi 250 mm ja 50 mm murskekerros 4 Kerrosstabilointi 200 mm ja 50 mm murskekerros PLV 9500 9700 (vasen kaista) 9518 9700 (oikea kaista) 9700 9950 9950 10 200 10 200 10 500 Rakenne 1. Rakenne 2. Rakenne 3. Rakenne 4. PAB MURSKE 50 mm STABILOINTI 200 mm STABILOINTI 250 mm STABILOINTI 200 mm PL 9500 PL 9700 PL 9950 PL 10200 PL 10500 Kuva 2. Koerakenteiden periaatekuva. PAB-B16/100 Fosfokipsituhkamasuunisementti stabilointi SrM öljysora kantava+jakava muut E=1500 2 E=700 2 E=200 2 40 mm 200 mm ~100 mm E=140 MN/m 2 >1500 mm Kantavuus rakenteen päältä E=290 MN/m 2 E=270 MN/m 2 E=150 MN/m 2 Kuva 3. Mitoitusesimerkki 200 mm stabiloinnista ilman tasausmursketta. Rautavaara.doc 3
2. Tutkimukset 2004-2005 2.1 Tutkimukset ennen rakentamista 2.1.1 Tekniset Ennen stabilointityötä otettiin koeosuudelta ennakkotesteissä tarvittavat runkomateriaalinäytteet (kuva 4) ja tehtiin silmämääräinen vauriokartoitus. Tiellä oli tehty aiemmin maatutkaus. Laboratoriossa optimoitiin stabiloinnissa käytettävän sideaineen määrä suppealla tutkimusohjelmalla. Sideaineseosta on tutkittu aiemmin laajoin laboratoriokokein Life-projektia varten v. 1998-2001 (ks. Maaninka) ja tämän projektin varsinainen sideaineseoksen reseptointityö pohjautuu tuolloin tehtyihin tutkimuksiin. Vauriokartoituksen ja maatutkauskuvien perusteella huonoin osuus oli PLV 9655-9815, jossa sekä reunoissa että tien keskilinjan molemmin puolin oli selviä tai pahoja verkkoja pituushalkeamia. PLV 9815-10190 oli reunoissa verkkohalkeamia ja keskilinjalla yli 200 m pitkä paha pitkittäishalkeama. Paremmilla osuuksilla eli PLV 9500-9655 oli useita poikkihalkeamia ja reunapainumia sekä PLV 10200-10500 muutamia pitkittäishalkeamia ja oikeassa reunassa verkkohalkeamaa (kuva 5). Tulosten perusteella valittiin raskaampi kunnostustapa eli 250 mm stabilointi huonoimmille osuuksille (PLV 9700-10200). Kuva 4. Näytteenottoa laboratoriotutkimuksia varten sekä koekappaleen puristuslujuuden testaus Rambollin laboratoriossa. Rautavaara.doc 4
Kuva 5. Kevät 2004 ennen koerakentamista. Reunapainauma ja verkkohalkeamia. Pituus- ja poikkihalkeamia. Koeosuuden paikka pyrittiin valitsemaan siten, että pystyttäisiin mahdollisimman luotettavasti vertailemaan eri stabilointipaksuuksien sekä päällysteen ja stabiloinnin välissä olevan murskekerroksen vaikutusta tien kunnossa pysymiseen (verrattuna teräsverkoilla kunnostettuihin tieosuuksiin). Koerakentamista varten laskettiin tarvittavien sideaineiden määrät sekä annettiin Tieliikelaitokselle ohjeet sideaineiden hankinnasta ja varastoinnista. Stabilointia varten kirjoitettiin työohjeet ja rakennusaikainen laadunvarmistussuunnitelma. 2.1.2 Ympäristökelpoisuus Sideaineena käytettyjen kipsin ja tuhkan kokonaispitoisuudet oli tutkittu vuonna 1997 Maaningan Käänninniemen tien suunnittelun yhteydessä (Teollisen fosfokipsin ja lentotuhkan hyötykäyttö, Life-projekti v. 1998-2002). Käänninniemen kohteessa käytettiin samoja materiaaleja kuin ko. Rautavaaran kohteessa. Sekä kipsin että tuhkan kokonaispitoisuudet alittivat tutkituilta osin VNa 591/2006 määritellyt lentotuhkan kokonaispitoisuuksien raja-arvot. Kokonaispitoisuudet on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Sideaineena käytetyn kipsin ja tuhkan kokonaispitoisuudet verrattuna VNa 591/2006 lentotuhkan kokonaispitoisuuksien raja-arvoihin. Tulokset ovat vuodelta 1997 Haitta-aine Arseeni Kadmium Kromi Koboltti Kupari Lyijy Uraani Rautavaara.doc Kipsi mg/kg Tuhka mg/kg 2,10 <0,24 <2,38 <0,36 6,18 2,45 0,12 22,6 1,87 123 40,9 353 35,1 16 Raja-arvo VNa 591/2006 mg/kg 50 15 400-400 300 -- 5
Vanadiini <0,24 218 400 Sinkki 5,46 129 2000 Kokonaispitoisuuksien lisäksi kipsistä on selvitetty fosforin, fluoridin ja sulfaatin liukoisuuksia sekä käsittelemättömällä materiaalilla että lopputilannetta kuvaavilla stabiloiduilla koekappaleilla Maaningan Käänninniementien suunnittelun yhteydessä vuonna 1997. Rautavaaran koekappaleista vastaavaa testiä ei tehty, mutta vuoden 1997 tulokset antavat kuitenkin suuntaa kohteessa käytettyjen materiaalien liukoisuuskäyttäytymisestä. Hollantilaisen standardin NEN 7345 mukaisesti selvitetyt kappaleiden liukoisuustulokset on esitetty taulukossa 3. Tuloksia on verrattu hollantilaisiin ehdotettuihin raja-arvoihin (Mäkelä ym 1995), jolloin useimmissa seoksissa sulfaatin pitkäaikainen liukoisuus ylittää sille ehdotetun raja-arvon. Myös fluoridi saattaa olla liukoisuudeltaan kriittisellä tasolla. Taulukko 3. Koekappaleista liuenneet sulfaatti-, fluoridi- ja fosforipitoisuudet. Hollantilaiset ehdotetut raja-arvot diffuusiotestille NEN 7345 (Mäkelä ym 1995) Materiaali/Haitta-aine Sulfaatti Fluoridi Fosfori Dikipsi * 41 613 -- 2985 Kipsi + YSe 6% 218 709 1016 2,018 Kipsi+kalkki 6% 55 161 4500 0,615 LT 20 YSe 6% 241 935 3145 0,905 LT 20 CaO 138 193 1355 -- Raja-arvo 1A 27 000 1 300 -- mg/m2/64d Raja-arvo 1B 80 000 4 400 -- mg/m2/64d 1A, Sijoitus eristämättömänä pysyvästi kosteaan sijoituskohteeseen. 1B, Sijoitus eristämättömänä ajoittain kosteaan sijoituskohteeseen. * Näyte hajosi 4 vrk kuluttua testin aloittamisesta 2.2 Seuranta v. 2005 Tiehallinto teki koetiellä kantavuusmittaukset 27.7.2005. Verrattaessa tuloksia v. 2001 kohteessa tehtyihin kantavuusmittauksiin näkyy selvästi stabiloinnin tuoma kantavuuden lisäys. 200 mm stabilointi on lisännyt kantavuutta keskimäärin 320 MPa ja 250 mm stabilointi vastaavasti lähes 500 MPa, kun taas teräsverkoilla korjatuilla osuuksilla kantavuuden kasvu on ollut hyvin vähäistä, n. 20 MPa (kuva 6, taulukko 4). Rautavaara.doc 6
800 700 Kt 87/14, Fosfokipsistabilointi 2004 Kantavuudet Stab. Stab. 200 mm 250 mm Stab. 250 mm Stab. 200 mm 26.07.2001 29.08.2001 27.07.2005 600 500 400 300 200 100 0 8400 8600 8800 9000 9200 E2 [MPa] 9400 9600 9800 10000 10200 10400 10600 10800 11000 11200 Tierekisteripaalutus [m] Kuva 6. Kt 87/14, kantavuudet v. 2001 ja 2005. Taulukko 4. Kantavuusmittausten tulokset. Rakenne Plv Kantavuuden keskiarvo ja vaihteluväli [MPa] 2001 2005 Stab. 200 mm 9500-9700 160 480 10200-10500 (123-235) (382-581) Kantavuuden muutos [± MPa] +320 Stab. 250 mm 9700-9950 9950-10200 183 (146-256) 680 (556-838) +497 Teräsverkko 8690-8910 9415-9495 10500-10650 10660-10940 220 (190-266) 221 (192-248) 241 (221-251) 244 (217-277) +21 +23 Toukokuussa 2005 eli vajaa vuosi rakentamisen jälkeen käytiin poraamassa stabiloidusta rakenteesta näytteitä (kuva 7) ja luomassa yleissilmäystä tiehen. Stabiloidut kohdat eivät silmämääräisesti eronneet millään tavoin teräsverkoilla tai muuten kunnostetuista kohdista, mikä tulos olikin odotettavissa näin pian rakentamisen jälkeen. Stabiloidusta rakenteesta poratuista kappaleista näkyi, että rakenne oli erittäin kiinteä ja siitä pystyi poralla irrottamaan koko stabiloinnin syvyyden pituisia kappaleita. Aikaisemmissa stabilointikohteissa näin eheitä kappaleita ei ole saatu porattua, mikä kertoo nyt tehdyn stabiloinnin onnistumisesta. Vuosi rakentamisen jälkeen stabiloinnin jälkeen rakenteesta porattujen kappaleiden lujuudet olivat reunoilla keskimäärin 3 MPa ja keskiosilla noin 4 MPa. Rautavaara.doc 7
Kuva 7. Stabiloidusta rakenteesta porattu kappale, pituus n. 20 cm. Vasemmassa päässä oleva tumma osuus on PAB-päällystettä. Rakennetutkimukset Kohteeseen tehtiin vuonna 2005 silmämääräinen vauriokartoitus sekä otettiin poranäytteitä. Paalulla 9650, joka sijoittuu rakenteen 1 alueelle, tiessä oli keskihalkeama. Päällyste oli tiukasti kiinni stabiloidussa kerroksessa. Stabiloitu kerros oli lujaa ja ehjää eikä rakenteessa havaittu heikkouksia tai halkeamia. Rakenne oli hieman pehmeämpi alaosastaan. Paalulla 9610, joka sijoittuu rakenteen 1 alueelle (kuva 2), tilanne oli hyvin samankaltainen kuin paalulla 9650. Paalulla 9800, joka sijoittuu rakenteen 2 kohdalle, tien keskilinjan tuntumassa oli 5 mm levyinen pituushalkeama. Koekappaleissa rakenne oli lujaa, ehjää ja alaosastaan hieman pehmeämpää kuin yläosasta. Paalulla 9900 tilanne oli samankaltainen. Paalun kohdalla tienkeskihalkeaman leveys oli noin 10 mm. Tiessä esiintyi koerakenteen 1 kohdalla kaksi <5 mm poikkisuuntaista halkeamaa sekä paaluvälillä 9560-9930, koerakenteen 2 loppuun saakka, 5-20 mm levyinen pituushalkeama. Koerakenteen 2 kohdalla oli kaksi <5 mm poikittaishalkeamaa sekä muutama pieni halkeama vasemmalla ajokaistalla. Koerakenteen 3 alueella oli kaksi <5 mm poikkihalkeamaa ja noin 130 m pitkä <5-10 mm keskihalkeama. Koerakenteen 4 kohdalla oli vain yksi <5 mm poikittaishalkeama. Vuosi rakentamisen jälkeen koeosuudet eivät merkittävästi eronneet silmämääräisesti tarkasteltuna vertailurakenteena käytetystä teräsverkkorakenteesta. Kohteessa ei tehty ympäristöseurantaa Rautavaara.doc 8
3. Seuranta 2006-2008 3.1 Tekninen seuranta Rakennetutkimukset Vuonna 2007 tehdyn rakennetutkimuksen mukaan tiessä esiintyi koerakenteen 1 kohdalla viisi 5-10 mm poikkisuuntaista halkeamaa sekä paaluvälillä 9550-9930, koerakenteen 2 loppuun saakka, 5-20 mm levyinen pituushalkeama. Kaikki halkeamat olivat selkeästi leveämmät kuin vuonna 2005. Koerakenteen 2 kohdalla oli keskihalkeaman lisäksi neljä 5-20 mm poikittaishalkeamaa sekä halkeamia molemmilla ajokaistoilla. Koerakenteen 3 alueella oli neljä 5-20 mm poikkihalkeamaa, vuodesta 2005 leventynyt 5-10 mm keskihalkeama sekä alle 5 mm halkeamia molemmilla ajokaistoilla. Koerakenteen 4 kohdalla oli neljä 5-10 mm poikittaishalkeamaa sekä korkeintaan 5-10 mm keskihalkeamia lähes koko rakenteen alueella. Vertailurakenteena toimivaan teräsverkkorakenteeseen (plv 8500-9500 ja 10500-11300) verrattaessa stabiloidussa rakenteessa näytti olevan enemmän poikittaishalkeamia kuin ao. vertailurakenteessa. Vertailurakenteessa ei ole lainkaan keskihalkeamia vaan halkeamat ovat pääasiassa aivan lähelle reunaa. Vastaavia reunahalkeamia ei esiinny stabiloidulla osuudella. Paalulla 9612 (koerakenne 1) rakenne oli luja, ehjä ja alaosastaan hieman pehmeämpi. Päällyste oli tiukasti kiinni. Paaluilla 9802 ja 9902 (koerakenne 2) rakenne oli luja ja ehjä. Kohteen koekappaleiden puristuslujuudet on esitetty kuvassa 8. Lujuudet olivat lähes kauttaaltaan hieman alempia tien reunalla kuin keskiosalla. Tien keskiosalla lujuudet ovat säilyneet reunoja paremmin. 1. koeosuuden kohdalla havaittiin reunoilla lievää heikentymistä. 2. osuudella oli muita kohteita parempi lujuuden yleistaso ja rakenne on siis tältä osin varmempi. Lujuuskehitys on ollut ilmeisen hyvä ja lujuudet ovat pääsääntöisesti kasvaneet vielä vuoden 2005 jälkeen, mikäli päällyste ym. rakennekerrokset ovat säilyneet suhteellisen ehjinä. Rautavaara.doc 9
6000 KT 87, RAUTAVAARA FOSFOKIPSISTABILOINTI 5000 Stabiloinnin sideaine: 56 % kipsi + 8,5 % LT + 35,5 % masuunisementti (KJ 400:rapidsem; 7:3). 4000 Puristuslujuus [kpa] 3000 KL 2005 2000 w =5.1-7.7% ρ d =2030-2140 kg/m 3 w =5.4-6.2% ρ d =2060-2230 kg/m 3 w =5.1-8.32% ρ d =2030-2330 kg/m 3 w =6.4-7.4% ρ d =2000-2170 kg/m 3 reuna 2005 KL 2007 reuna 2007 1000 0 pl 9610 / 9612 pl 9650 / 9652 pl 9800 / 9802 pl 9900 / 9902 Kuva 8. Koekappaleiden puristuslujuudet. Koekappaleet koerakenteista 1 ja 2, joissa ei ole käytetty tasausmursketta. Kantavuudet UUMA-inventaarihankeen puitteissa Rautavaaran pilottikohteessa mitattiin kantavuudet 13.5.2008. Mittaukset sijoittuvat kerrosstabiloitujen rakenteiden alueille. Vuoden 2008 mittaustulokset on koottu kuvaan 9 edellisten mittaustulosten kanssa. Keskiarvot ovat taulukossa 5. Tulosten perusteella tien kantavuudet ovat pysyneet samalla tasolle vuoden 2005 mittausten kanssa. Jo vuonna 2005 todettiin, että kantavuuden parantuminen koerakenteiden osuudella on ollut erittäin merkittävää. Taulukko 5. Kantavuusmittausten tulokset (eri osuuksien keskiarvot ja vaihtelualue). Rakenne Plv Kantavuuden keskiarvo ja vaihteluväli [MPa] 2001 2005 2008 Stab. 200 9500-9700 160 480 533 mm 10200- (123-235) (382- (361-10500 581) 635) Stab. 250 mm 9700-9950 9950-10200 Teräsverkko 8690-8910 9415-9495 183 (146-256) 220 (190-266) 680 (556-838) 241 (221-251) 660 (401-1015) 282 (221-315) Kantavuuden muutos [± MPa] +320 +53 +497-20 +21 +41 Rautavaara.doc 10
Kt 87/14, Fosfokipsistabilointi Kantavuudet 26.07.2001 29.08.2001 27.07.2005 13.5.2008 KL 13.5.2008 reunojen ka 900 Stab. 200 mm Stab. Stab. 250 mm 250 mm Stab. 200 mm 800 700 600 E2 [MPa] 500 400 300 200 100 0 8400 8600 8800 9000 9200 9400 9600 9800 10000 10200 Tierekisteripaalutus [m] 10400 10600 10800 11000 11200 Kuva 9. Kantavuusmittaukset vuosina 2001-2008. Stabiloidun rakenteen vaikutukset kantavuuteen ovat huomattavia. Seurannan aikana stabiloitujen rakenteiden heikentymistä ei ole havaittavissa. 3.2 Haastattelut Tiemestarihaastattelukierroksen yhteydessä (15.8.2008) Marja Bäck totesi koekohteen olevan hyvässä kunnossa. Koekohteet poikkeavat ympäröivistä vertailurakenteesta vain päällysteen halkeilun osalta. Syy päällysteen halkeiluun ei ole tiedossa. Vastaavaa halkeilua ei ole havaittu teräsverkkorakenteissa. Koeosuus ei roudi eikä routavaurioita kohteessa esiinny. 4. Kohteen ja tutkimustulosten arviointi Koerakentamiseen liittyvien raporttien ja seurannassa saatujen tulosten perusteella ovat koekohteissa testatut laitteet ja työmenetelmät osoittautuneet hyvin toimiviksi. Sideaineseoksien sekoituksessa käytetyt auma- ja asemasekoittimet osoittautuvat menetelmiksi, joilla saadaan sekoituksesta riittävän homogeeninen. Sekoituksen laatua heikensivät lähtömateriaaleissa olevat paakut ja vesipitoisuuden vaihtelut. Rautavaara.doc 11
Pahimpia tien keskiosan pituushalkeiluja ei ohuehkolla stabiloinnilla kuitenkaan pystytä täysin poistamaan. Sen sijaan reunaosien halkeilu oli vähäisempää kuin teräsverkkorakenteella. Kantavuuden ja ominaisuuksien säilymisen kannalta kerrosstabiloinnille saadut tulokset ovat varsin lupaavia ja alustavan arvioinnin perusteella kipsituhkastabilointi on varteenotettava vaihtoehto teräsverkoille. Otteita projektin aikaisista huomioista (Tiehallinto S14): Materiaalit Rakentamisessa käytettävän fosfokipsin tulisi olla tuoretta, koska pitkä varastointiaika paakkuunnuttaa kipsin ja siten voi huonontaa sekoitustulosta. Kipsiä voi kuljettaa ja varastoida peittämättä. Lentotuhkan ominaisuudet huononevat kostutuksen ja pitkän varastointiajan seurauksena. Kostutus on kuitenkin tehtävä, mikäli tuhkaa käsitellään lyhyenkin aikaa avoimessa tilassa. Lentotuhkan kostutus on tehtävä tasaisesti, jotta sekoituksesta tulisi mahdollisimman tasalaatuista. Tuhka on varastoitava mahdollisimman lyhyen aikaa kasalla ja se on tällöin peitettävä kuivumisen/kastumisen välttämiseksi. Varastointipaikan tulee olla ojitettu tai läpäisevästä maalajista tehty, etteivät sadevedet pääse imeytymään kasaan alhaalta päin. Stabiloinnin sideaineessa on hyvä käyttää kipsin lisänä tuhkaa, koska laboratoriotutkimusten perusteella tällöin saavutetaan parempi rasituskestävyys ja suurempi pitkäaikaislujuus kuin pelkkää kipsiä käytettäessä. Samoissa tutkimuksissa on todettu, että kuona-sementti -seosta käytettäessä rasituskokeiden tulokset ovat lupaavampia ja lujuuden kehittyminen jatkuu pidempään kuin vain yleissementtiä käytettäessä. Sekoitus Kipsituhkan sekoitus tehtiin Rautavaaran projektissa asemasekoittimella, jolla sekoitustuloksesta tuli suhteellisen homogeenista. Aikaisemmassa projektissa (Maaninka) käytettiin myös asemasekoitinta, mutta laatu ei ollut aivan yhtä tasaista johtuen ehkä lähtömateriaaleista olleista paakuista. Aumasekoitinta käytettäessä materiaalit sekoittuivat hyvin. Jos lähtömateriaaleissa on kovia kokkareita, ei sekoitin pysty niitä rikkomaan ja valmiiseen rakenteeseen jää lujuutta heikentäviä (kipsi)paakkuja. Sekoitusprosessissa ei havaittu ongelmia Rautavaarassa. Kipsin ja tuhkan syöttö hihnakuljettimilla sujui odotuksia paremmin, mutta työllisti koko ajan 1-2 henkeä pyöräkuormaajan lisäksi. Jatkuvatoiminen sekoitin olisi ollut annossekoitinta tehokkaampi vaihtoehto. Aumasekoitusta käytettäessä olisi hyvä tehdä sekoitusaumoja mahdollisimman valmiiksi jo edellisenä päivänä, jotta rakentaminen saataisiin käyntiin ajoissa. Sekoitusvaiheessa materiaaleihin ei vettä lisätä, sillä stabiloinnissa vedenlisäys tehdään tarvittaessa ennen jyrsintää tai jyrsinnän ohessa. Jos valmis kipsituhka-seos on liian kosteata (w >14 %), alkaa se tarttua kuorma-autojen lavoihin kiinni haitaten purkamista. Rakentaminen Tässä projektissa kipsituhkan levitykseen käytettiin asfalttilevitintä, jolla saatiin stabilointia varten tehtyä tasainen, esitiivistetty kerros ilman sideaineseoksen leviämistä ojiin. Ensimmäisellä kipsituhkakohteella v. 1999 (Maaninka) käytettiin levittämiseen tiehöylää, joka oli epätarkempi kuin asfaltinlevitin eikä siksi niin suositeltava vaihtoehto. Tiivistys sujui hyvin tavallisella valssijyrällä, pienenä ongelmana oli materiaalin tarttuminen valssiin. Tiivistys on tehtävä huolellisesti koko rakenteen leveydeltä ja erityinen huomio on kiinnitettävä reunoihin. Rautavaaran koekohteella oli sateesta johtuen sta- Rautavaara.doc 12
biloinnissa riittävästi vettä ja siellä rakenne tiivistyi hyvin sekä pysyi urautumatta ilman murskesuojausta seuraavan päivän päällystykseen asti. Stabilointityössä tarvitaan normaalisti vedenlisäystä, jotta parhaan tiivistystuloksen antava vesipitoisuusalue saavutettaisiin. Stabilointi ei ole kovinkaan herkkä sateelle, päinvastoin liian kuiva ja lämmin keli aiheuttaa stabiloitavan pinnan pölyämistä. Lisäksi lämmin keli voi kuivattaa jyrsittyä tietä ja aiheuttaa siten ongelmia tiivistämiselle. Osassa stabilointia jätettiin tasausmurske pois pehmeän asfalttibetonin alta. Päällystyksen tehneiden henkilöiden kommenttien mukaan tämä ei vaikuttanut millään tavoin päällystämisen sujuvuuteen. Päällystyksen aikana muutamassa kohdin nousi pinnalle vettä joko asfalttibetonista tai stabiloinnista, mutta jatkuvasta sateesta huolimatta päällystys onnistui hyvin. Johtopäätöksiä kipsituhkastabiloinnista Fosfokipsi+lentotuhka+masuunisementti on toimiva sideaineseos, jolla on hyvät pitkäaikaislujittumisominaisuudet. Työn toteutus onnistuu erittäin hyvin, vaikka sääolot olisivat hankalat; esim. ainakaan vähäinen sade ei estä työskentelyä. Sideaineen sekoitus onnistuu hyvin myös asfalttiasemalla. Tulevissa projekteissa voisi sekoittamiseen kokeilla tehokkaampaa jatkuvatoimista sekoitinlaitteistoa. Myös aumasekoitinta on mahdollista käyttää. Asfalttilevitin- ja jyrsinstabilointilaitteet ovat tehokkaita ja antavat työlle hyvän laadun. Sideaineseoksen sekoittamiseksi rakenteeseen jyrsinstabilointitekniikka on hyvän lopputuloksen kannalta itse asiassa välttämätön. Päällyste voidaan tehdä suoraan stabiloinnin päälle. Tämä on sekä edullisempi että teknisesti toimivampi vaihtoehto kuin tasausmurskeen käyttö edellyttäen, että päällystystyö voidaan tehdä nopeasti stabiloinnin jälkeen. Rakennuskustannuksiltaan kipsistabilointi tulee isommissa kohteissa jonkin verran edullisemmaksi kuin teräsverkkorakenne (projektin laskelmat). Kipsistabiloinnilla saadaan selvästi paremmat kantavuudet kuin teräsverkkorakenteella. Teräsverkkoa käytettäessä kantavuuslisäys oli hieman yli 20 MPa, kun 200 mm kipsistabiloinnilla saatiin 320 MPa ja 250 mm stabiloinnilla liki 500 MPa kantavuuslisäykset. Seurannan perusteella kipsistabiloinnilla saavutetut ominaisuudet myös säilyvät hyvin. Viitteet Mäkelä ym 1995. Mäkelä, E., Wahlström, M., Mroueh, U-M., Keppo, M. ja Rämö, P. 1995. Kivihiilivoimaloiden rikinpoistotuotteiden ja lentotuhkan hyötykäyttö maarakentamisessa. VTT julkaisuja 809. Tiehallinto S14. Vähäliikenteisten teiden taloudellinen ylläpito tutkimusohjelma S14. http://www.tiehallinto.fi/s14/ VNa 591/2006. Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa Rautavaara.doc 13