1(13) Käytöstä poistettavien CCA - kyllästettyjen puupylväiden uudelleenkäyttö Yhteenveto ja johtopäätökset Eila Lehmus a), Saila Jämsä b) ja Markku Kortesmaa c) a) Ryhmäpäällikkö, VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka, Puutuotteet b) Tutkija, VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka c) Erikoistutkija, VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka 18.11.2004 Espoo VTT:n nimen käyttäminen mainoksissa tai tämän selostuksen osittainen julkaiseminen on sallittu vain VTT:stä saadun kirjallisen luvan perusteella.
2(13) SISÄLTÖ LÄHTÖKOHDAT TUTKIMUKSELLE... 3 KYLLÄSTEAINEPITOISUUDET JA LIUKOISUUS... 4 Pylväiden tehoainepitoisuudet... 4 Pylväiden pintakerroksen metallipitoisuus... 5 Pylväiden liukoisuuden määritys... 5 PYLVÄIDEN LUJUUS... 7 Taivutuskokeet... 7 Lujuuslajittelu... 8 TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET... 9
3(13) LÄHTÖKOHDAT TUTKIMUKSELLE Suomen rakennuskannassa, maa- ja vesirakenteissa sekä ilmajohtorakenteissa on arvioitu olevan CCAkyllästettyä puuta noin 10 miljoonaa m 3. Tästä määrästä arviolta puolet on kyllästettyä sahatavaraa ja puolet pylväitä. Teollisuuden esittämien arvioiden mukaan vuosien 2000-2015 välisenä aikana käytöstä poistuu vuosittain 150 000-200 000 m 3 kyllästettyä puuta 1. Tästä määrästä noin 45-50 % on pylväitä, joita sähkö-, energia- ja puhelinyhtiöillä on Suomessa käytössä noin 10 miljoonaa kappaletta. Näistä on arvioitu ilmajohtojen uusimisen vuoksi poistettavan käytöstä useita satoja tuhansia kappaleita vuodessa seuraavien vuosien aikana. Käytöstä poistettavien pylväiden keskimääräinen ikä on 30-50 vuotta. CCA-kyllästettyjen pylväiden käyttö on tehokas ja taloudellinen tapa rakentaa verkkoja erityisesti maaseudulla, jossa etäisyydet ovat pitkät. Lisäksi verkosta poistettavalle puumateriaalille on ollut luonnollinen ja paikallinen käyttötarve, jolloin materiaali on käytetty tuotteena loppuun ennen lopullista hävittämistä. Tärkeimpiä uusiokäytön kohteita ovat olleet maatalouden maanvaraiset rakenteet sekä sillat ja aitaukset. Näissä kohteissa kyllästettyä puuta on mahdollista käyttää myös valtioneuvoston 5 päivänä kesäkuuta 2003 antaman asetuksen N:o 440/2003 mukaan 2. EU:n yleisen jätehuoltostrategian 3 mukaan jätehuollon toimenpiteet jakautuvat kolmeen luokkaan: 1) jätteiden synnyn ehkäisy, 2) hyödyntäminen tuotteina/materiaalina tai energiana sekä 3) paras mahdollinen loppukäsittely ja seuranta. Kaikki hyödyllisen käyttötarkoituksensa menettäneet tuotteet ja esineet tulee ensisijaisesti hyödyntää tuotteina tai materiaalina. Käytöstä poistettavalla materiaalilla voidaan korvata uusien tuotteiden käyttöönottoa ja siten pienentää kokonaisjätemäärää sekä vähentää kemikaalien kokonaismäärää. Uudelleenkäyttö on myös taloudellisesti kannattavaa. CCA-kyllästetyn puun uudelleenkäytön merkitys vaihtelee eri maissa. Suomessa kyllästetyn puun käyttöä on edistänyt vahva kotimaisuusaste. Muut materiaalivaihtoehdot (teräs, betoni) ovat kalliimpia ja niiden tuotanto kuluttaa enemmän energiaa. Suomen lisäksi CCA-kyllästettyjä pylväitä on käytössä mm. Britanniassa, Itävallassa ja Ruotsissa. Esimerkiksi Britanniassa vuonna 2001 käytöstä poistettiin noin 62 000 m 3 CCA-kyllästettyä puuta. Vastaavan luvun on arvioitu nousevan noin 870 000 m 3 vuoteen 2061 mennessä 4. Vaikka CCA-kylläste puun suojausaineena poistuu käytöstä vuonna 2006, CCA-kyllästettyä puuta poistuu käytöstä vielä ainakin 50 vuotta sen jälkeen. Käytöstä poistuvan kyllästetyn puun määristä johtuen myös niitä koskevat ohjeet vaihtelevat eri maissa tai niitä ei ole lainkaan 4. 1 SYKE: Yleisimpien puunkyllästysaineiden käyttöä rajoitetaan entisestään, lehdistötiedote. Helsinki 28.1.2002 (http://www.vyh.fi/ajankoht/tiedote/syke/tied02/t020128.htm) 2 Valtioneuvoston asetus (440/2003) arseeniyhdisteellä ja sitä sisältävällä valmisteella käsitellyn puun, elohopeayhdisteen ja dibutyylitinavetyboraatin sekä niitä sisältävien tuotteiden markkinoille luovuttamisen ja käytön rajoittamisesta. Annettu Helsingissä 5 päivänä kesäkuuta 2003. 3 http://europa.eu.int/comm/environment/waste/index.htm 4 Murphy, R., McQuillan, P., Jermer, J. and Peek, R-D. 2004. Preservative treated wood as a component in the recovered wood stream in Europe - A quantitative and qualitative review. Proc. of the Symposium "Management of recovered wood: Recycling, Bioenergy and other options". Ed. Gallis, C. Thessaloniki, 22-24 April 2004. p. 169-189.
4(13) VTT:n tutkimuksessa selvitettiin käytöstä poistettavien CCA-kyllästettyjen pylväiden tekninen kunto sekä jäljellä olevat kyllästeainepitoisuudet ja kyllästeaineiden liukeneminen. Tutkimuksessa testattiin yhteensä 100 pylvästä ja niiden ikä vaihteli välillä 32-48 vuotta. Pylväserä oli 20 kappaletta ja erät valittiin eri puolilta Suomea. Pylväät otettiin maastosta satunnaisesti eikä niitä luokiteltu silmämääräisesti etukäteen. Tässä yhteenvedossa on esitetty projektin tulokset, arvio pylväiden jatkokäyttömahdollisuuksista sekä jatkokäytön mahdollisista ympäristövaikutuksista. Tausta-aineistona on käytetty myös muita kotimaisia ja kansainvälisiä tutkimustuloksia sekä keskusteluja eurooppalaisen verkoston COST Action E31 "Management of recovered wood" työryhmän jäsenten kanssa. KYLLÄSTEAINEPITOISUUDET JA LIUKOISUUS Pylväiden tehoainepitoisuudet Pylväistä otettiin kairausnäytteet noin 20 cm maarajan alapuolelta, 1 m maarajan yläpuolelta ja noin 1 m latvasta. Näyte-erät (20 kpl) yhdistettiin yhdeksi näytteeksi. Kahden toimittajan pylväistä sekä C-tyypin pylväistä otettiin lisäksi näytteet pylvään keskikohdasta noin 4 m:n korkeudelta maarajasta. Pylväserä, jossa oli joko valmistusvuoden tai sijaintipaikan suhteen merkittäviä eroja, jaettiin kahteen tai kolmeen tarkasteltavaan erään. Näistä eristä tehtiin erillinen analyysi. Näytteistä analysoitiin kyllästeaineiden tunkeuma pintapuuhun (%) sekä kupari-, kromi- ja arseenipitoisuudet (kg/m 3 ). B-tyypin CCA -kyllästepitoisuudet on laskettu Kemira K33:n pitoisuuksista ja C-tyypin kyllästepitoisuudet Celcure CCA:n pitoisuuksista. Kemira K33 B-tyypin metallipitoisuudet kyllästemäärällä 12 kg/m 3 ovat Cu 1,42 kg/m 3, Cr 1,66 kg/m 3 ja As 2,64 kg/m 3. Vastaavat pitoisuudet Celcure CCA:lla ovat 1,42 kg/m 3, 2,35 kg/m 3 ja 1,86 kg/m 3. Kuvassa 1 on esitetty kaikkien pylväserien pitoisuuksista laskettu keskiarvo ja keskihajonta. Kuvassa on lisäksi tutkittujen C-tyypin pylväiden tulokset. Yksittäisistä mittaustuloksista vain kolme ylitti nykyisin sallitun As-pitoisuuden 1,86 kg/m 3. 2,5 2,0 2,06 1,79 1,93 1,87 2,00 1,90 1,81 1,84 1,60 1,65 1,57 Pitoisuus (kg/m 3 ) 1,5 1,0 0,74 0,86 1,33 1,21 0,93 0,82 0,85 0,84 1,04 0,99 1,14 1,22 1,32 1,28 1,12 Cu Cr As 0,60 0,5 0,0-20 cm + 100 cm + 400 cm latva- 100 cm - 20 cm + 100 cm + 400 cm latva- 100 cm B-tyyppi, 1956-72 C-tyyppi, 1990 ja 1994 + 400 cm C-tyyppi, 2004 Täysin uusi Kuva 1. Käytöstä poistettavien B-tyypin kyllästeellä kyllästettyjen pylväiden metallipitoisuuksien keskiarvo ja keskihajonta sekä C-tyypin kyllästeellä kyllästettyjen pylväiden metallipitoisuudet.
5(13) Pylväiden pintakerroksen metallipitoisuus Pylväiden pintakerroksen metallipitoisuus määritettiin kahden toimittajan B-tyypin kyllästeellä kyllästetyistä pylväistä sekä C-tyypin kyllästeellä kyllästetyistä pylväistä. Pylvään pintakerroksen pitoisuusmäärityksiä varten liukoisuuskoekappaleiden kiekoista otettiin n. 1 mm:n paksuiset lastut. Pylväiden pintaosista määritetyt metallipitoisuudet on esitetty kuvassa 2. Pintakerroksessa olevat metallipitoisuudet ovat molemmissa tyypeissä selvästi suurempia kuin pylväiden pintapuun keskimääräiset pitoisuudet. Varsinkin kromi- ja arseenipitoisuudet korreloivat suhteellisen hyvin pylvään keskimääräisen tehoainepitoisuuden kanssa. 4,5 4 B-tyyppi C-tyyppi 1,93 3,5 2,22 1.65 Pitoisuus (kg/m3) 3 2,5 2 1,5 0,82 1,25 1,25 1,87 1,57 1 0,5 0 Järvi-Suomen Energia, 1957-60 Graninge Kainuu Oy, 1964 Mäntsälän Sähkö, 1994 Mäntsälän Sähkö, 2004 Cu Cr As Kuva 2. B- ja C-tyypin kyllästeillä kyllästettyjen pylväiden pintaosan metallipitoisuudet. Kuvassa on esitetty vastaavat keskimääräiset kromi- ja arseenipitoisuudet. Pylväiden liukoisuuden määritys Jokaisesta pylväserästä (20 kpl) valittiin 5 pylvästä liukoisuustesteihin. Vertailumateriaalina oli C-tyypin CCA-kyllästeellä kyllästetty pylväs 1990-luvun alussa pystytetyltä linjalta ja uusi pylväs vuodelta 2004. Näytteet otettiin noin 1 metrin korkeudelta maarajasta kyllästyneestä pintapuusta. Lisäksi tehtiin koejärjestely, jossa pinta jätettiin näytteeseen ja näytteiden reunat ja tausta suojattiin siten, että liukenemista pääsi tapahtumaan vain pinnan kautta. Liukoisuus määritettiin modifioidun standardin EN 84 (Wood preservatives. Accelerated ageing of treated wood prior to biological testing: leaching procedure) mukaisesti. Kappaleet kyllästettiin ensin alipaineessa tislatulla vedellä. Tämän jälkeen kappaleiden annettiin vielä seistä 2 tuntia vedessä. Kyllästyksen jälkeen kappaleet upotettiin uuteen erään tislattua vettä. Veden määrä oli n. 5 kertaa niin suuri kuin puukappaleiden tilavuus. Kappaleiden annettiin olla vedessä 7 vrk 20 C ± 2 C:ssa. Vedestä ja kuivatuista puunäytteistä analysoitiin Cu:n, Cr:n ja As:n määrät. Huuhtoutuneet metallimäärät laskettiin %:na puunäytteen sisältämän metallipitoisuuden kokonaismäärästä. Pinnan kautta tapahtuva liukeneminen laskettiin pinta-alayksikköä kohti.
6(13) Liukoisuuskokeiden tulokset on esitetty kuvissa 3 ja 4. Tulosten mukaan B-tyypin tehoaineet liukenevat enemmän veteen kuin C-tyypin tehoaineet. VTT:llä aikaisemmin tehtyjen kokeiden mukaan 5 CCAkyllästeistä (B-tyyppi) arseenia on saatu huuhtoutumaan n. 7...25 %, kuparia 4...10 % ja kromia n. 2 % alkuperäisessä puussa olleesta määrästä. Näissä kokeissa saadut tulokset ovat samaa suuruusluokkaa. Myös pinnan kautta arseenin liukeneminen oli B-tyypin pylväillä suurempi kuin C-tyypin pylväillä. Ero oli selvä myös C-tyypin pylväiden kesken. Tulosten mukaan 10 vuotta maastossa olleista C-tyypin pylväistä liukeneminen oli kaksinkertaista ja pinnan kautta yli viisinkertaista täysin uuteen pylvääseen verrattuna. Kuparin ja kromin osalta erot olivat huomattavasti pienemmät. Tulosten tulkinta nostaa esiin kysymyksen, miten C-tyypin pylväiden liukoisuus kehittyy niiden vanhetessa. Liukoisuuskoe on erittäin rankka eikä vastaa käytännön tilannetta, joten tulosten avulla ei voi suoraan tehdä johtopäätöksiä, miten liukenemista tapahtuu maastossa. Pinnan kautta tapahtunut liukeneminen riippuu suurelta osin myös pylvään halkeilusta. Liuennut määrä (%) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Järvi- Suomen Energia, Mikkeli, 60 Graninge Kainuu Oy, Kainuu, 64 Graninge Kainuu Oy, Kainuu, 72 Vattenfall Verkko Oy, H:linna Vattenfall Verkko Oy, Ylistaro, 56 Sonera Carrier Networks, Liljendahl, 56 Mäntsälä, 94 Mäntsälä, 2004 Cu Cr As Kuva 3. B (56-72)- ja C-tyypin kyllästeellä kyllästettyjen (90/94 ja 2004) pylväiden tehoaineiden huuhtoutuminen veteen modifioidun standardin EN 84 mukaan Liukoisuus pinnasta (mg/m 2 ) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 P/56 M/60 K/72 Mä/90 Mä/04 Cu Cr As Kuva 4. Liukoisuus pinnasta laboratoriokokeissa sekä esimerkit koekappaleista. M, K ja P ovat B-tyypin ja Mä/90 ja Mä/04 C-tyypin pylväitä. 5 Vihavainen, T., Mansikkamäki, P. ja Väisälä, L. Lahosuojatun puun soveltuvuus sauna- ja pesuhuonetiloihin. Puutavaralaboratorio, Tiedonanto 25. Espoo. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. 1979. ISBN 951-38-0762-2. 37 s.
7(13) PYLVÄIDEN LUJUUS Taivutuskokeet Taivutuskokeita varten koekappaleet sahattiin toimitetuista pylväistä siten, että 6300 mm pitkän koekappaleen tyvipään sahauskohdaksi valittiin noin 1 m maarajasta. Tällöin maarajassa mahdollisesti tapahtunut pylvään heikentyminen ei vaikuttanut koetuloksiin. Pylväiden taivutuskokeet tehtiin neljän pisteen taivutuskokeena kuvan 5 periaatteita noudattaen. >300 F 200 F A 1500 3000 1500 Kuva 5. Taivutuskoejärjestely. Kokeesta mitattiin murtokuorma, palkin taipumat kuormituksen funktiona. Kuormituskokeen jälkeen jokaisesta pylväästä otettiin näytteet, joista määritettiin puun tiheys ja kosteus kuormitushetkellä puun pinnasta ja sydänpuusta. Murtokuormasta ja palkin taipumista ja mitatuista palkin poikkileikkausmitoista laskettiin palkin taivutuslujuus ja taivutuskimmokerroin. Yhteenveto koetuloksista on taulukossa 2. Siinä on esitetty pylväiden halkaisija jännevälin keskellä, pylväiden tiheys ja kosteus, murtokuorma F, taivutuslujuus f b ja taivutuskimmomoduuli E sekä kuormitusaika. Taulukossa 3 on esitetty pylväserien pylväiden tilavuudet, pituudet ja massat, jotka perustuvat tehtyihin pituus- ja paksuusmittauksiin sekä taulukossa 2 annettuun tiheyteen Taulukko 2. Yhteenveto taivutuskoetuloksista. Halkaisija d [mm] Tiheus ρ [kg/m 3 ] Kosteus u (%) ρ u,pinta ρ u,sisus u pinta u sisus Murtokuorma F u [kn] Taivutuslujuus f b [MPa] TaivutuskimmokerroinE [MPa] Kuormitusaika [s] Keskiarvo 189 513 467 18,1 19,8 13,4 35,2 9969 348 Keskihajonta 17 49 41 3,9 2,8 4,2 8,1 2314 139 Ominaislujuus 21,9
8(13) Taulukko 3. Pylväiden pituudet, tilavuudet ja painot, yhteenveto Tunnus M Tunnus H Tunnus K Tunnus L Tunnus P Pituus (m) Tilavuus (m 3 ) Massa (kg) Pituus (m) Tilavuus (m 3 ) Massa (kg) Pituus (m) Tilavuus (m 3 ) Massa (kg) Pituus (m) Tilavuus (m 3 ) Massa (kg) Pituus (m) Tilavuus (m 3 ) Massa (kg) ka 11,9 0,38 185 10,0 0,30 156 9,3 0,25 122 8,7 0,23 113 10,1 0,30 147 kh 0,9 0,06 32 0,9 0,08 39 0,3 0,04 21 0,7 0,05 30 0,4 0,04 22 Puun lujuudet ja kimmokertoimet pitää sahatavaraa käsittelevän standardin EN 384:2004 mukaan määrittää koekappaleista, jotka on tasaannutettu ennen koetta ilman suhteellista kosteutta 65 % vastaavaan tasapainokosteuteen. Tällöin puun kosteus on noin 12 %. Jos puun kosteus on edellä mainittua suurempi, kuten kokeessa oli, on taivutuslujuus ja kimmomoduuli pienempi. Kun koetulokset muunnetaan vastaamaan puun kosteutta 12 %, kokeessa saatuja taivutuslujuuksia voidaan korottaa 10 % ja taivutuskimmokerrointa 20 %. Puun taivutuslujuudeksi saadaan kosteuskorjauksen jälkeen 24,1 MPa ja taivutuskimmomoduulien keskiarvoksi 12 000 MPa. Lujuusluokan C24 sahatavaralle vastaavat arvot ovat 24 MPa ja 11 000 MPa, joten koestetut pylväät täyttävät lujuusluokan C24 vaatimukset. Tehdyn 100 kappaleen taivutuskoesarjan perusteella saatiin ominaislujuudeksi 24,1 MPa, joka on noin 4 % pienempi kuin pylväiden suunnittelussa käytetty lujuusluokka-arvo T25. Ilman lujuuslajittelua pylväiden lujuutena voidaan käyttää arvoa C24. Lujuuslajittelulla tätä arvoa voidaan nostaa. Taulukon 3 koetuloksia vertailtaessa on hyvä muistaa, että puurakenteiden suunnitteluohjeissa pyöreä puu oletetaan lujuusluokkaan T30. Tällöin on ajateltu, että pyöreä puutavara olisi puuta, jonka pintaa ei ole työstetty ja pinnan syyt ovat siis ehyet. Lujuuslajittelu Lujuuslajittelukokeilu tehtiin ns. koputuskokeella, jossa mitattiin pylvään alin ominaisvärähtelytaajuus. Ominaisvärähtelytaajuuden, puun pituuden ja tiheyden perusteella voidaan laskea kimmomoduuli, jota voidaan käyttää lujuuslajitteluparametrina. Mallissa kimmomoduulin arvoon vaikuttaa ominaistaajuuden lisäksi puun tiheys ja välimatka, jolta ominaistaajuus on mitattu. Valitun raja-arvon perusteella pylväät voidaan jakaa esimerkiksi kahteen luokkaan ja laskea lujuuksien keskiarvot, keskihajonnat ja ominaislujuudet. Karkeammassa jaottelussa tiheyden arvona on käytetty puun keskimääräistä tiheyttä ja tarkemmassa jaottelussa pylväskohtaista tiheyttä. Koputuskokeen perusteella jopa yli 80 % pylväistä on edelleen käytettävissä kantaviin rakenteisiin. Taulukko 4. Esimerkkejä koputukseen perustuvasta lujuuslajittelusta. Lajittelu 1 Lajittelu 2 T24 Hylky T30 Hylky Karkeampi 80 % 20 % 26 % 74 % Tarkempi 86 % 14 % 33 % 67 %
9(13) TULOSTEN TARKASTELU JA JOHTOPÄÄTÖKSET Kaikkien tutkittujen B-tyypin kyllästeellä kyllästettyjen pylväiden kupari-, kromi- ja arseenimäärät olivat alhaisemmat kuin heti kyllästyksen jälkeen määritetty laskennallinen arvo. Saman pylvään eri näytteenottokohtien välillä oli eroja. Vähiten tehoaineita oli jäljellä 20 cm maaperän alapuolelta otetuissa näytteissä. Suurimmat tehoainemäärät mitattiin latvaosasta otetuista näytteistä. Näytteiden tehoainepitoisuudet vaihtelivat eri toimittajien pylväslinjoilta otetuissa näytteissä. CCA:n liukoisuudesta käytön aikana ei pitoisuusmääritysten tulosten perusteella voi tehdä arviota, koska alkuperäisiä kyllästyksen jälkeisiä tuloksia pitoisuuksista ei ollut käytössä. VTT:n tekemien laadunvalvontaraporttien mukaan 1960- ja 1970-luvuilla kyllästemäärät olivat yleensä pienempiä kuin 12 kg/m 3. Keskimääräisenä arvona heti kyllästyksen jälkeen on raporttien mukaan ollut noin 10 kg/m 3. Kokeiden mukaan tehoaineista on siis jäljellä noin 60 %. Pylvään iän perusteella ei voi päätellä pylväässä jäljellä olevaa kyllästemäärää. Korkeat pitoisuudet ovat voineet aiheutua liian väkevästä kyllästysliuoksesta. Kyllästyksessä käytetty liian laimea pitoisuus puolestaan alentaa tehoainemääriä. Kolmestakymmenestä tutkitusta näyte-erästä kolmessa oli arseenia enemmän kuin nykyään sallitaan. Laskennallisesti määritetty arseenin määrä C-tyypin kyllästeellä kyllästetyssä puussa on 1,86 kg/m3. Tämän raja-arvon ylittivät B-tyypin kyllästeellä kyllästetyt Graninge Kainuu Oy:n 40 vuotta vanhojen pylväiden ja Järvi-Suomen Energia Oy:n 33 vuoden ikäisten pylväiden latvaosasta otetut näytteet. Näytteiden pintaosien pitoisuudet osoittivat, että pintaosiin kulkeutuu kyllästysaineen komponentteja. Pinnasta mitatut kromi- ja arseenipitoisuudet ovat huomattavasti korkeammat kuin näytteen sisäosassa. Tehoaineiden huuhtoutumiseen vaikuttavat useat eri tekijät ja siitä syystä huuhtoutumiskokeiden tulosten tulkinta ei ole yksinkertaista. Laboratoriokokeissa näytteen koko, puulaji, käytetyt kyllästysmenetelmät, kiinnittyminen sekä altistuminen huuhtoutumiselle on otettava huomioon. Käytössä olevien rakenteiden arviointiin puolestaan vaikuttavat lisäksi rakenteen ikä, altistumistapa, rakennus- ja kunnossapitokäytännöt sekä sijaintipaikasta johtuvat tekijät. Liukoisuusnäytteiden tulosten mukaan pienistä kappaleista liukenee veteen eniten arseenia ja vähiten kromia. B-tyypin kyllästeellä kyllästetyistä pylväistä liukeni metalleja veteen enemmän kuin C-tyypin kyllästeellä kyllästetyistä pylväistä. Tutkimuksessa käytettyä huuhdontamenetelmää pidetään erittäin rankkana testinä 6. Pienillä koekappaleilla saatuja tuloksia ei kuitenkaan voi suoraan verrata täysimittaisesta sahatavarasta tai pylväistä huuhtoutuvaan määrään. Stan Lebow et al. 7 on tutkinut huuhtoutumista erilaisista näytteistä ja todennut, että huuhtoutuminen on selvästi suurempaa sahanpuruista ja lastuista kuin umpipuusta (kuva 6). 6 Hingston, J., Collins, C., Murphy, R. ja Lester, J. Leaching of chromated coppper arsenate wood preservatives: a review. Environmental Pollution 111 (2001) 53-66. 7 Lebow, S., Cooper, P. and Lebow, P. 2004. Variability in Evaluating Environmental Impacts of Treated Wood. Proc. of the Environmental Impacts of Preservative-Treated Wood Conference. Orlando, Florida.
10(13) Kuva 6. Kyllästeaineiden huuhtoutuminen erilaisista näytteistä. (Lebow S. et al. 2004) Pienissä koekappaleissa mm. suuri päätypuun osuus suhteessa pinnan pinta-alaan vaikuttaa huuhtoutuvaan määrään. Myös pinnan kautta tapahtui vanhoista B-tyypin pylväistä arseenin liukenemista enemmän kuin uudemmista C-tyypin pylväistä. Halkeamien suuruudella saattaa olla merkitystä liukenemiseen. Suuret halkeamat aiheuttavat myös lujuuden heikkenemistä, joten pahasti halkeilleet pylväät eivät ole riittävän lujia kantaviksi rakenteiksi. Tulosten mukaan on todennäköistä, että liukeneminen lisääntyy myös C-tyypin pylväistä halkeilun lisääntyessä iän myötä. Rakenteen iän vaikutus huuhtoutumiseen on merkittävä ja eniten huuhtoutumista tapahtuu välittömästi käyttöönoton jälkeen. Aluksi huuhtoutuminen voi olla merkittävää huonosta kiinnittymisestä johtuen, mutta huuhtoutuminen tasaantuu nopeasti 7 (Cooper, P.A. 1991; Lebow, S.T. et al 1999; Bergholm, J. 1992; Evans, F.G. 1987; Fahlstrom, G.B. et al. 1967 and Lebow, S.T. et al. 2000). Käytön aikaiset olosuhteet vaikuttavat huuhtoutumisen määrään. Huuhtoutuminen on voimakkaampaa vedessä kuin maaperässä tai ilmassa. Olosuhteista riippumatta huuhtoutumisnopeus on selvästi suurempi ensimmäisenä vuonna kuin sitä seuraavina vuosina. Tulosten perusteella tehtyjen laskelmien sekä muista tutkimuksista koottujen tietojen avulla on pääteltävissä, että liukeneminen maastossa on erittäin vähäistä muutaman käyttövuoden jälkeen. Vaikka liukoisuuskokeiden tulokset osoittavat, että liukenemista edelleen tapahtuu, ei niiden perusteella voi päätellä liukoisuutta maaperään. Mikäli liukeneminen vanhoista B-tyypin pylväistä olisi lähelläkään laboratoriokokeiden tuloksia, ei kokeissa testatuissa pylväissä olisi pitänyt olla jäljellä yhtään tehoaineita. Analyysien mukaan tehoainemäärät olivat edelleen korkeita. Esimerkiksi Norjassa tehdyssä tutkimuksessa 8 on pidetty CCA-suoloilla kyllästettyjen pylväiden kappaleita virtaavassa vedessä 10 vuoden ajan. Puun pinnasta (uloimmasta 5 mm:stä) tehdyissä analyyseissä ei kuparia eikä kromia ole todettu huuhtoutuneen mainittavia määriä. Arseenia huuhtoutui 15...30 ensimmäisen kuukauden aikana n. 20 % alkuperäisestä määrästä. Sen jälkeen huuhtoutuminen on hidastunut huomattavasti. Samansuuntaisia tuloksia on esitetty Lebowin artikkelissa 7. Hän tarkasteli arseenin huuhtoutumisnopeutta merivedessä. Kuvassa 7 esitetty ajasta riippuva huuhtoutumismalli riippuu 8 Evans, F.G., The leaching of copper, chrome and arsenic from CCA-impregnated poles stored for ten years in running water. IRG (Int.Res.Group) Secr. 1978. Doc. No. IRG/WP/3122. 5 s.
11(13) kappaleen koosta, altistukselle alttiina olevasta pinnan laadusta ja pinta-alasta sekä tehoaineiden kiinnittymisestä. Huuhtoutuminen riippuu myös altistumisolosuhteista siten, että vaativissa olosuhteissa (esimerkiksi merivesi) huuhtoutuminen tapahtuu nopeammin kuin muissa vähemmän vaativissa olosuhteissa (esimerkiksi maakosketus tai ilma). Kuva 7. Arseenin huuhtoutumisnopeuden muutos merivedessä CCA -käsitellyistä näytteistä (Lebow S. et al. 2004). Myös DI Bo Bergin tulokset viittaavat samankaltaiseen huuhtoutumiseen 9. Hän analysoi Kemira K33:n B-tyypillä kyllästettyä pylväskoelinjaa neljän vuoden ajan. Ensimmäiset tarkastukset tehtiin kahden vuoden ja seuraavat neljän vuoden kuluttua. K33 -pylväiden huuhtoutuminen oli näiden kokeiden perusteella hyvin voimakasta kahden ensimmäisen vuoden aikana ja hidastui merkittävästi sen jälkeen. Tässä projektissa tutkittiin 32-48 vuotta käytössä olleita pylväitä. Kirjallisuudesta ei löytynyt vastaavia tutkimuksia, joissa pitoisuuksia olisi määritelty näin vanhoista pylväistä. Kuvassa 8 on esitetty tehoainepitoisuuden muuttuminen iän mukaan aikaisempien kenttäkokeiden (Bo Berg, VTT) ja tämän projektin tulosten perusteella. Tehoainepitoisuus on muuttunut merkittävästi ensimmäisten vuosien aikana, jonka jälkeen liukeneminen on vähentynyt ja tehoainepitoisuus muuttunut erittäin vähän. Kuvassa 40 vuoden kohdalla esiintyvä korkea pitoisuus saattaa johtua siitä, että Kainuussa 1964 kyllästettyjen pylväiden kyllästyksessä on käytetty liian väkevää kyllästysliuosta. 9 Berg, B., Huuhtoutumiskokeita eri CCA-kyllästysaineilla. Nordiska träskyddsdagar. Södertälje 22-23 September 1983. Nordiska träskyddsrådet. 165 s.
12(13) Pitoisuuden (kg/m3) muuttuminen pylvään iän mukaan 12 10 Pitoisuus 8 6 4 2 0 0 20 40 60 AIKA, vuosia Pitoisuus Sovite Kuva 8. Tehoainepitoisuuden muutos iän mukaan B-tyypin CCA-kyllästetyissä pylväissä. Muutosta kuvaava funktio perustuu aikaisemmin julkaistuihin tutkimuksiin sekä vanhimpien pylväiden osalta tämän projektin tuloksiin. Tehoainepitoisuuden muutosta voidaan ennustaa funktion 8,5122-1,44337 * lg(aika vuosina) avulla. Funktion avulla laskettu pitoisuus uudelleenkäyttökohteessa on esimerkiksi 50 vuotta käytössä olleille pylväille 5,85 kg/m 3, kun pylväs on ollut uudessa käyttökohteessa 20 vuotta. Vastaavasti 50 vuoden kuluttua pitoisuus on edelleen 5,63 kg/m 3. Huuhtoutumiskäyrän muoto vastaa kuvassa 7 esitettyä arseenin huuhtoutumisnopeutta. Olosuhteista johtuen huuhtoutuminen tapahtuu erilaisella nopeudella. Vedessä huuhtoutuminen ja huuhtoutumisnopeus tasaantuvat nopeammin kuin maaperässä. Tulosten mukaan pylväissä on tehoaineita jäljellä niin paljon, että pylväitä voidaan käyttää edelleen direktiivin 10 sallimissa käyttökohteissa. Kanadalaisessa tutkimuksessa on todettu, että yli 3 kg/m 3 :n suoja-ainemäärä pystyy suojaamaan puuta useimpia lahottajasieniä vastaan 11. Kyseessä ovat ruskolahottajasienet ja kestävyys maan pinnan yläpuolisissa kohteissa. Soft-rot eli katkolahottajasieniä CCA-kyllästetty puu kestää heikommin. Maakosketukselle altistuvien rakenteiden osalta Suomessa tehoainevaatimus on 12 kg/m 3. Tässä tutkimuksessa tehtyjen havaintojen perusteella maakosketukseen riittää huomattavasti pienempi suoja-ainemäärä. Pylväitä voidaan lujuus- ja kantavuusteknisessä mielessä käyttää kantaviin rakenteisiin, kun ne suunnitellaan lujuusluokan C24 arvoja käyttäen. Käytettävistä pylväistä on karsittava pois ne, joissa on selvästi lahoa. Tällainen paikka voi olla erityisesti aikaisemmassa käytössä lähellä maanrajaa ollut alue. Maassa olleessa tyviosassa ei havaittu kantavuutta heikentävää lahoa missään pylväässä. Maan päällä olevassa osassa oli lähes kaikissa pylväissä kosteuden vaihtelusta aiheutuvia halkeamia. Näillä 10 Commission Directive 2003/2/EC of 6 January 2003 relating to restrictions on the marketing and use of arsenic (tenth adaptation to technical progress to Council Directive 76/769/EEC) (Text with EEA relevance) Official Journal L 004, 09/01/2003 P. 0009-0011 11 Cooper, P. et al. The potential for re-use of preservative treated utility poles removed from servite. Waste Management & Research (1996) 14, 263-279.
13(13) halkeamilla on merkitystä pylvään leikkauskestävyyteen. Leikkauskestävyydellä on kuitenkin vähäisempi merkitys pyöreässä puussa kuin suorakaiteen muotoisessa sahatavarapalkissa. Projektissa toteutetun lujuuslajittelun perusteella noin 80 % käytöstä poistettavista pylväistä voidaan käyttää uudelleen tuotteina tai tuoteosina. Tämän määrän uusiokäytöllä voidaan korvata 40 000-60 000 tonnia uutta kyllästettyä puuta Suomessa ja vähentää siten kyllästetyn puun kokonaismäärää jätevirroissa. Yhteenvetona tehtyjen kokeiden perusteella todetaan, että käytöstä poistettavien ikäluokaltaan 30-50 vuotta vanhojen pylväiden uudelleenkäyttö on mahdollista. Sekä kyllästeainepitoisuudet että lujuus/kantavuusarvot ovat riittäviä, jotta pylväitä voidaan käyttää kantavina rakenteina direktiivin sallimissa kohteissa. Ympäristövaikutukset ovat erittäin vähäisiä, koska sekä aikaisemmat tutkimustulokset että tämän projektin tulokset viittaavat siihen, että B-tyypin pylväistä ei liukene maahan merkittäviä määriä tehoaineita. Pääosa liukenemisesta on tapahtunut muutaman vuoden sisällä käyttöönotosta. B-tyypin kyllästeillä käsitellystä puusta on heti käsittelyn jälkeen liuennut enemmän tehoaineita kuin nykyään käytössä olevasta C-tyypin kyllästeillä käsitellystä puusta, jossa tehoaineiden suhteita on muutettu sekä kiinnittymistä parannettu. Uudelleenkäytön ympäristöriskejä tarkasteltaessa lähtökohtana tulee olla käytöstä poistettavan B-tyypin kyllästeillä käsitellyn puun aiheuttamat riskit. Sekä tämän tutkimuksen että lukuisten kansainvälisten tutkimusten mukaan käytetystä B-tyypin kyllästeellä käsitellystä puutavarasta liukenevat tehoainemäärät maaperään todellisessa käyttöolosuhteessa ovat verrattavissa uuden C-tyypin kyllästeellä käsitellystä puusta liukeneviin määriin.