Uusiosideaineet pilaristabiloinnissa: Kuninkaantammen koestabilointi

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2021-03-15
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
fi
Pages
84 + 68
Series
Abstract
Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen on maailmanlaajuinen tavoite ja sen saavuttamiseksi myös maarakentamisessa etsitään siihen ratkaisuja. Yksi mahdollinen ratkaisu on uusiomateriaalien kuten teollisuuden sivuvirtojen (esim. metsä- ja energiateollisuuden tuhkien) hyödyntäminen infrarakentamisessa. Tämän työn tavoitteena on edistää vähäpäästöisten uusiomateriaalien käyttöä pilaristabiloinnissa. Tässä työssä esitellään Helsingin Kuninkaantammen koestabiloinnin toteutusta,tehtyjä tutkimuksia sekä niistä saatuja tuloksia. Koepilaristabilointi toteutettiin toukokuussa 2020. Työssä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää mm. uusiomateriaalipohjaisten sideaineseosten tuotteistamisessa, ympäristökelpoisuuden osoittamisessa sekä syvästabiloinnin hankinnan ja hankintakriteerien kehittämisessä. Kuninkaantammessa tehdyt tutkimukset sisälsivät: mm. stabiloitavuus- ja liukoisuuskokeet, maanäytetutkimukset, pilari- ja pilarisiipikairaukset, pilareiden yläpäiden ylösnostot, sideainejakauman vaihteluiden määritys poikkileikkauksessa (pH, XRF, penetrometri-, puristus- ja kartiokokeet), sideaineen diffuntoituminen pilarin ulkopuolelle sekä pohjavesi- ja hulevesiseuranta. Esiselvitysvaiheen laboratoriotutkimuksista vastasivat sideainetoimittajat. Kenttätutkimuksista vastasivat lähinnä Helsingin kaupunki,Stara ja Ramboll. Ympäristötutkimusten tulosten raportointi ei sisältynyt tähän työhön. Laadunvalvontakairausten perusteella kaikilla tutkituilla sideaineresepteillä pilareiden tavoitelujuus on saavutettu tai on saavutettavissa sideainemäärää optimoimalla. Tässä työssä keskityttiin pilarin lujuuteen pituus- ja poikkisuunnassa sekä sideaineen jakautumiseen poikkisuunnassa. Koepilareista saatiin 3 kk ikäisten pilareiden keskiarvoleikkauslujuuksiksi sideainemäärillä 80, 120 ja 160 kg/m3 70-350 kPa, 90-400 kPa ja 220-450 kPa. Sideaineiden valmistuksen päästökertoimet olivat 144-307 kg CO2-ekv./tn lukuun ottamatta yhtä sideainetta, jolla päästöt olivat n. 609 kg CO2-ekv./tn. Esimerkiksi suomalaisella kalkkisementti-sideaineseoksella sideainesuhteella 50/50 päästökerroin on n. 856 kPa. Näin ollen uusiomateriaalien hyödyntämisellä voidaan vähentää materiaalivalmistuksen päästöissä jopa yli 80 %. Päästöt pilarimetriä kohti työssä laskettujen valmistuksen ja kuljetuksen päästökertoimista tavoiteleikkauslujuudelle 100 kPa olivat 46-283 g CO2-ekv. /m/kPa. Tässä työssä saatuja tuloksia, edellä mainittujen tulosten lisäksi, ovat mm. aikalujittumiskertoimet ja kenttä-/laboratoriolujuuskertoimet (stabiloidun maan leikkauslujuuden mitoitusarvon määrittämiseen), kalsiumin, pH:n jakautuminen ja suhteellinen lujuus pilarin poikkisuunnassa sekä sideaineiden valmistuksen, kuljetuksen työmaalle ja pilaristabiloinnin päästökertoimet.

Reducing carbon dioxide is a global goal and to reach this goal the solution also is looked at from groundworks. One way is to use recovered materials for example forest and energy industrial by-products like ashes and thus decreasing the emissions and the untouched natural resources. The main goal of this thesis is to promote the use of recovered materials in deep stabilization. This thesis introduces and reports the test deep stabilization done in Kuninkaantammi, investigations done, and results obtained from the investigations. Test stabilization was done in May 2020. The results are planned to use at least product binders made from recovered materials, prove environmental compatibility, developing procurement process, and procurement criterion. The investigations done in this project includes laboratory investigation of stabilization and solubility of recovered materials and clay from the test area. After stabilization, as part of quality control, there were ground investigations done for one and three months old piles, lifting some upper parts of piles to investigate relative strength and variation in the distribution of binders in the cross-section of these piles (pH, XRF, penetrometer, fallcone test, unconfined compression test). Also, there were investigations of diffuse of the binders outside the piles and monitoring groundwater and surface water. Material suppliers were in charge of their preliminary investigations. The city of Helsinki, Stara, and Ramboll were in charge of the field works. Environmental studies are not included in this thesis. Based on the ground investigation results the strengths of these piles have reached the target strength (100 kPa) or will be by optimizing the amount of binders. This thesis focuses on the strength of these piles in longitudinal and cross direction and distribution of the binders in the cross-section of these piles. Average shear strengths from ground investigation for different binders with densities 80, 120, and 160 kg/m3 were 70-350 kPa, 90-400 kPa, and 220-450 kPa. Emission factors manufacturing binders were 144-307 kg CO2 eq/t not including a binder that had 609 kg CO2 eq/t. For example, a Finnish lime-cement-mix with a ratio of 50/50 has a manufacturing emission factor around of 856 kg CO2 eq/t. Thus, using these materials we can save over 80 % manufacturing emissions. Manufacturing and transporting emissions per strength per pile meter for 100 kPa was 46-283 g CO2 eq/m/kPa. The results in the thesis in addition to the above are the distribution of binders in the cross-section of piles (pH values, calcium values, and relative strength), the time strengthening ratio, the field laboratory strength ratio, and emissions of manufacturing, transporting and stabilizing using recovered materials as binders.
Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, Leena
Thesis advisor
Forsman, Juha
Paatsema, Miia
Keywords
sideaineet, uusiosideaineet, syvästabilointi, pilaristabilointi, koestabilointi, tuhkat
Other note
Citation