Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Teetehnika õppetool
PÕLEVKIVITUHA KASUTAMINE PINNASTE MASS-STABILISEERIMISEL
OIL SHALE ASH USAGE FOR SOIL MASS STABILISATION
ETT70LT
Lõputöö
Üliõpilane: Mihkel Viita
Juhendaja: Prof. Andrus Aavik
Tallinn 2013
TEEDEINSTITUUT
2
Olen koostanud lõputöö iseseisvalt. Kõik töö koostamisel kasutatud teiste autorite tööd, olulised seisukohad, kirjandusallikatest ja mujalt pärinevad andmed on viidatud. …………………………………………….. (töö autori allkiri ja kuupäev)
Üliõpilase kood: 113810EATMM Töö vastab lõputööle esitatud nõuetele
……………………………………………… (juhendaja allkiri ja kuupäev)
Kaitsmisele lubatud ……………………
(kuupäev)
Kaitsmiskomisjoni esimees ……………………………..
(allkiri)
3
Lõputöö lähteülesanne Transpordiehituse õppesuuna üliõpilane Mihkel Viita, üliõpilaskood 113810EATMM
Lõputöö kood: ETT70LT Lõputöö juhendaja: prof. Andrus Aavik Lõputöö teema: PÕLEVKIHITUHA KASUTAMINE PINNASTE MASS-STABILISEERI MISEL Lõputöö teema kehtivusaeg: 30. juuni 2013.a. Probleemipüstitus: Põlevkivituhk on põlevkivitööstuses tekkiv kõrvalprodukt. Valdav osa sellest ladustatakse elektrijaamade läheduses asuvatele tuhaväljadele. Ainult väga väikest osa tuhka kasutatakse ehituses. Pinnaste mass-stabiliseerimisel on enim levinud sideainena kasutusel tsement. Kuna aga tsement on suhteliselt kallis sideaine ning moodustab kogu mass-stabiliseerimise tööde maksumusest üle 2/3, siis on Põhjamaades uuritud erinevaid tööstuse kõrvalprodukte tsemendi asendamiseks odavama sideainega. Tsemendi koguseid saab olulisel määral vähendada lisades näiteks lupja, kipsi, räbu või lendtuhkasid. Toetudes nendele uuringutele oleks võimalik kasutada pinnaste mass-stabiliseerimisel ka Eesti põlevkivituhkasid ning sellega aidata kaasa ka keskkonna saastekoormuse vähendamisele. Lähteandmed: • Kirjandus/info internetist pinnaste stabiliseerimistehnoloogiate, -nõuete ja kasutatavate sideainete kohta; • AS Ramboll Eesti pinnaste mass-stabiliseerimisega seotud uuringute aruanded; • Soome pinnaste stabiliseerimise nõuded ja uuringute aruanded. Lahendamisele kuuluvad küsimused: • Anda ülevaade pinnaste mass-stabiliseerimiseks kasutatavatest seadmetest, sideainetest ja stabiliseeritavatest pinnastest. • Anda ülevaade laborikatsetustest ja projekteerimise nõuetest. • Anda ülevaade töö tehnoloogiast ja kvaliteedikontrollist. • Anda ülevaade Soome mass-stabiliseerimise kogemustest ja nõuetest. • Anda ülevaade Eesti mass-stabiliseerimise uuringutest. • Võrrelda Eesti ja Soome uuringutulemusi ning anda tingimused põlevkivituha kasutamiseks pinnaste stabiliseerimisel. Lõputöö esitada hiljemalt 1.juuni 2013 eesti keeles paberkandjal 1 eksemplaris ja elektrooniliselt, kokkuvõtetega eesti ja ühes võõrkeeles. Lõputöö lähteülesande väljaandmise kuupäev: 18. detsember 2012.a. Juhendaja: Ülesande vastu võtnud: Prof. A. Aavik ......................... Üliõpilane M. Viita .............................
4
Sisukord
Lõputöö lähteülesanne ..................................................................................................... 3
Sissejuhatus ..................................................................................................................... 6
1. Mass-stabiliseerimine .................................................................................................. 7
1.2 Kasutatavad seadmed ............................................................................................. 7
1.3 Stabiliseeritavad pinnased ...................................................................................... 8
1.4 Sideained ............................................................................................................... 8
1.4.1 Lubi ................................................................................................................ 9
1.4.2 Tsement .......................................................................................................... 9
1.4.3 Kõrgahju räbu ................................................................................................. 9
1.4.4 Tuhk ............................................................................................................... 9
1.4.5 Põlevkivituhk .................................................................................................. 9
1.5 Laborikatsetused .................................................................................................. 10
1.5.1 Pinnase omaduste määramine ........................................................................ 10
1.5.2 Stabiliseeritud pinnase katsetused ................................................................. 11
1.5.3 Keskkonna alased katsetused ........................................................................ 11
1.5.4 Stabiliseeritud pinnase omadused ja katsetused ............................................. 11
1.6 Projekteerimise meetodid ..................................................................................... 13
1.6.1 Projekteerimise nõuded ................................................................................. 13
1.6.2 Koormused ................................................................................................... 14
1.6.3 Materjalide normväärtused ............................................................................ 14
1.6.4 Projekteerimine ............................................................................................. 15
1.7 Tööde kirjeldus .................................................................................................... 15
1.8 Kvaliteedi kontroll ............................................................................................... 16
2 Soome kogemused ...................................................................................................... 17
2.1 Euroopa Liidu projekt ABSOILS ......................................................................... 19
2.2 Arcade 2 .............................................................................................................. 19
2.2.1 Materjalid ..................................................................................................... 19
2.2.2 Sideained ...................................................................................................... 20
2.2.3 Stabiliseerimise katsete tulemused ................................................................ 21
5
2.3 Reostunud setete stabiliseerimine ......................................................................... 23
2.3.1 Turu sadam ................................................................................................... 23
2.3.2 Keskkonnasõbralik süvendamine .................................................................. 24
2.3.3 Pidev-stabiliseerimine ................................................................................... 24
2.3.4 Stabiliseerimise katsed .................................................................................. 26
2.3.5 Leostumise katsed ......................................................................................... 30
3. Eestis teostatud uurimused ja katsetused mass-stabiliseerimisel ................................. 32
3.1 Tallinn-Tartu-Võru-Luhamaa ............................................................................... 32
3.1.1 Stabiliseeritavad pinnased ............................................................................. 33
3.1.2 Sideained ...................................................................................................... 36
3.1.3 Tuhkade laboratoorsed katsed ....................................................................... 38
3.1.4 Stabiliseerimise katsed .................................................................................. 40
3.1.5 Keskkonna katsed ......................................................................................... 43
3.1.6 Katselõigu rajamine ...................................................................................... 45
3.1.7 Savipinnaste stabiliseerimine ........................................................................ 50
3.2 OSAMAT ............................................................................................................ 51
3.2.1 Materjalid ..................................................................................................... 51
3.2.2 Stabiliseerimise katsed .................................................................................. 52
4 Soome ja Eesti uuringutulemuste võrdlus ................................................................... 55
Kokkuvõte ..................................................................................................................... 57
Abstract ......................................................................................................................... 59
Kasutatud materjalid ...................................................................................................... 60
6
Sissejuhatus
Põlevkivituhk on põlevkivitööstuses tekkiv kõrvalprodukt, millest valdav osa ladustatakse
elektrijaamade läheduses asuvatele tuhaväljadele kogupindalaga ≈20 km2 ning kõrgusega
40-45m (Laja 2005). Ainult väga väikest osa tuhka kasutatakse ehituses. Tuhka
kasutatakse tuhaplokkide tootmiseks, tsemendi komponendina ja vähesel määral ka
põllumajanduses mulla happelisuse vähendamiseks.
Mass-stabiliseerimisel enim levinud sideainena kasutatakse tsementi. Viimasel ajal on
Põhjamaades uuritud erinevaid tööstuse kõrvalprodukte, et asendada tsement odavama
sideainega. Tsemendi asendamiseni pole jõutud, kuid olulisel määral saab selle koguseid
vähendada lisades näiteks lupja, kipsi, räbu või lendtuhkasid. Toetudes nendele
uurimustele oleks võimalik kasutada ka põlevkivituhkasid pinnaste mass-
stabiliseerimisel, vähendades seeläbi materjali väljakaeve- ja transpordi kulusid
ehitusobjektidel tulevikus.
Sideaine kulud võivad moodustada kuni 70% mass-stabiliseerimise tööde maksumusest
(Mass stabilisation manual 2007). Eestis oleks nii keskkonna kui ka rahaliselt seisukohalt
hea kasutada pinnaste stabiliseerimisel põlevkivituhkasid.
7
1. Mass-stabiliseerimine Mass-stabiliseerimine on suhteliselt uus keskkonnasõbralik meetod pinnaste
stabiliseerimiseks. Pehmetesse pinnastesse segatakse märga või kuiva sideainet, et
vähendada pinnaste vajumisi, suurendada nende kandevõimet või siduda erinevaid
keskkonnaohtlikke aineid pinnasega, takistamaks nende sattumist keskkonda.
Mass-stabiliseerimine on parim meetod vähendamaks ebasobiva pinnasega seotud kaeve-
ja transpordikulusid. Tuginedes põhjamaade kogemusele on võimalik erinevata sideaine
kooslustega stabiliseerida praktiliselt kõiki pinnaseid.
1.2 Kasutatavad seadmed Mass-stabiliseerimiseks kasutatakse tavalist roomik-ekskavaatorit, millele paigaldatakse
spetsiaalne tööorgan. Ekskavaatoris on lisaks arvuti, mille kaudu kontrollitakse tööorgani
tööd ja lisatava sideaine koguseid. Tööorgan kujutab endast umbes 5 meetrist tala, mille
otsa on paigaldatud segaja. Esimesed segamisorganid sarnanesid lihtsa propelleriga joonis
1.1, aga tänapäeva edasiarendatud tehnika kujutab endast rohkem kihvade ja labadega
trumleid joonis 1.2. Segamisorgani juurde juhitakse toruga segatav sideaine, märg
pumbatakse ja kuiv juhitakse suruõhuga. Sideaine hoidmiseks ja pumpamiseks on
arendatud roomikutega spetsiaalsed mahutid joonis 1.3, et tagada materjali ligipääs ning
täpne doseerimine. Neid mahuteid laetakse sideainega vastavatest poolhaagistest.
Joonis 1.1: Vanem segamisorgan. Joonis 1.2: Uuem segamisorgan.
(EuroSoilStab 2002) (Mass stabilisation manual 2007)
8
Joonis 1.3: Mass-stabiliseerimisel kasutatav tehnika
(Mass stabilisation manual 2007)
1.3 Stabiliseeritavad pinnased Stabiliseerida saab kõiki pinnaseid, Põhjamaades on stabiliseeritud väga heade
tulemustega savi, mölli, turvast ja reostunud setteid. Kuna pinnaste keemilised ja
füüsikalised omadused on väga varieeruvad, siis on väga raske öelda, millised sideained
ja mis kogustes töötavad teatud pinnasetüüpidega kõige paremini. Seega tuleb eelnevalt
läbi viia väga põhjalikud laborikatsetused, et määrata kõige paremaid tulemusi andev
seguretsept.
Pärast segamist sideainega, muutuvad pinnaste keemilised ja füüsikalised omadused.
Pinnase pH tõuseb 11-12 ja algab kivistumine. Olenevalt sideaine ja pinnase keemilisest
reaktsioonist võib lõpliku kivistumiseni aega minna isegi aastaid, kuigi suuremad
tugevuse muutused peaks leidma aset esimeste kuude jooksul (EuriSoilStab 2002).
1.4 Sideained Sideained jagatakse kaheks: hüdraulilised ja mittehüdraulilised. Hüdraulilisi sideaineid on
vaja veega segada, et saaks hakata tekkima keemiline ahelreaktsioon mille järel toimub
kivistumine. Mittehüdraulilised sideained reageerivad näiteks savi mineraalosakestega ja
tekib kivistumise protsess, tulemuseks on stabiliseeritud pinnas, mis on paremate
geotehniliste omadustega (Mass stabilisation manual 2007).
9
1.4.1 Lubi Lubi võib esineda kahel kujul: kustutatud lubi ja kustutamata lubi. Kustutatud lubi on
mittehüdrauliline sideaine ja reageerib stabiliseeritava pinnase mineraalosakestega (Mass
stabilisation manual 2007).. Kustutamata lubi reageerib pinnases kõigepealt veega, mille
tulemusel tekib kustutatud lubi ja eraldub soojus. Tänu soojusele toimub lubja
reageerimine kiiremini ja pinnases väheneb vee sisaldus
1.4.2 Tsement Tsement on hüdrauliline sideaine. Tsement stabiliseerib pinnaseid nagu liim ja ei tekita
savipinnaste struktuuris nii suuri muutusi nagu lubi. Tsement vähendab veega reageerides
pinnaste niiskust. Enim kasutatakse tavalist portlandtsementi, kuigi selle omadused
erinevates riikides on varieeruvad. Koos tsemendiga saab kasutada ka teisi sideaineid
nagu lubi, tuhk ja kõrgahju räbu.
1.4.3 Kõrgahju räbu Kõige parema toimega on kiiresti jahutatud räbu. Räbu jahvatatakse peeneks ja mida
peenem see on, seda kiiremini ja paremini toimub stabiliseerimise reaktsioon. Räbu
niiöelda aktiveeritakse lubja või tsemendiga, et saada kiiremaid stabiliseerimise tulemusi
(Mass stabilisation manual 2007). Räbu on odav tsemendi aseaine, aga erinevatest
ahjudest saab väga erinevate omadustega materjali.
1.4.4 Tuhk Tuhk on põlemise jääkprodukt. Tuha omadused sõltuvad toorainest ja põletamise
tehnoloogiast. Putsolaansed omadused võivad tuhkadel olla väga varieeruvad ja seega
tuleks neid enne kasutamist põhjalikult katsetada (EuriSoilStab 2002). Tuhad ei ole
tavaliselt väga hästi pinnasega reageerivad materjalid, kuid segudes on nendega võimalik
vähendada tsemendi koguseid.
1.4.5 Põlevkivituhk Põlevkivituhad tekivad põlevkivi põletamisel soojuselektrijaamades. Põhiliselt
kasutatakse kahte põletamise tehnoloogiat: tolmpõletamine ja keevkihtpõletamine (Laja
2005). Peent tuhka, mis kandub koos põlemisgaasidega koldest välja, nimetatakse
lendtuhaks ja suuremad osakesed langevad raskujõu mõjul kolde põhja. Keskkonna
10
seisukohalt on selle tehnoloogia puuduseks suur vääveldioksiidi ja tahkete osakeste kogus
heitgaasis. Samas on saadud tuhk kõige paremate stabiliseerivate omadustega, kuna on
suure klinkrimineraalide sisaldusega (Laja 2005).
Tsirkuleeriva keevkihtpõletamise käigus suunatakse suuremad lendtuha osakesed pärast
separaatori läbimist uuesti koldesse. Sellega moodustatakse tasakaalustatud tahkete
osakeste ringlus koldes, mille tulemusel seotakse vääveldioksiid. Tänu sellele ei ole vaja
lisada absorbente, et siduda väävlit heitgaasides (Laja 2005). Antud tehnoloogiaga tekkiv
tuhk ei ole nii heade stabiliseerivate omadustega, kuna katla temperatuur ei ole nii kõrge,
et saaks tekkida küllaldaselt klinkrimineraale.
1.5 Laborikatsetused Stabiliseeritud pinnase geotehnilised omadused sõltuvad loodusliku pinnase füüsikalistest
ja keemilistest omadustest ning sideainest. Loodusliku pinnase kõige tähtsamad
geotehnilised omadused, mis mõjutavad stabiliseerimist, on pinnaste granulomeetriline
koostis, looduslik vee sisaldus, orgaanilise aine sisaldus ja lagunevuse aste ning pH (Mass
stabilisation manual 2007).
Laias laastus võib labori katsetused jagada kolme rühma: pinnase omaduste määramine,
stabiliseeritud pinnase katsetused ja keskkonnaalased katsetused.
1.5.1 Pinnase omaduste määramine Katsed viiakse läbi, et saada esialgset hinnangut stabiliseeritava materjali kohta. Antud
andmete alusel saab teha esmase sideainete valiku ja kogused. Määrata võiks järgnevad
parameetrid (Mass stabilisation manual 2007):
• Looduslik veesisaldus ja tihedus
• Pinnase granulomeetriline koostis ja peenosiste sisaldus
• Orgaanilise aine sisaldus
• Turbapinnasel lagunevuse aste
• Materjali plastsuspiirid
• Sulfaatide, kloriidide ja karbonaatide sisaldus
• Pinnasevee pH
11
1.5.2 Stabiliseeritud pinnase katsetused Küllaldase ülevaate saamiseks tuleks antud katseid teha iga erineva pinnasekihi
pinnastega.
Määratakse järgnevad parameetrid (Mass stabilisatsion manual 2007):
• Survetugevus pärast 7, 28, 90 või rohkemat päeva pärast segamist
• Pinnase tugevnemine aja jooksul
• Külmakindlus
Labori tulemuste puudumisel on võimalik objektil määrata survetugevust CPT (Columb
penetration test) abil (EuroSoilStab 2002). CPT katse käigus surutakse vastava masinaga
maasse raudtoru. Selle raudtoru otsa on paigaldatud andurid, mis mõõdavad pinnase
nihketugevusi. See katsemeetod on eriti tõhus orgaaniliste pinnaste puhul nagu turvas.
1.5.3 Keskkonna alased katsetused Stabiliseerimise mõju määramiseks ümbritsevale keskkonnale võiks sooritada järgmised
katsed (Mass stabilisation manual 2007):
• Leostuvus test, et määrata metallide ja ühendite veega kandumist keskkonda
• Keemiline koostis, et võrrelda leostuvus testis saadud tulemusi
• pH
• Sulfaatide ja karbonaatide sisaldus
• Katioonide neelamismahutavus (huumuse sisalduse määramiseks)
1.5.4 Stabiliseeritud pinnase omadused ja katsetused Stabiliseerimise tulemusel muutuvad märgatavalt savi, turba ja mölli füüsikalised ning
keemilised omadused. Pinnase pH tõuseb kiiresti 11-12le ja kivistumine algab. Sõltuvalt
sideaine kogusest ja tüübist võivad toimuda keemilised reaktsioonid kiiresti paari esimese
päeva jooksul või aeglaselt, mis võivad aega võtta kuid või isegi aastaid lõpliku
kivistumiseni (EuroSoilStab 2002).
Stabiliseeritud pinnase tugevus sõltub suuresti pinnase enda omadustest, sideaine
kogusest ja segamise ühtlusest. Tavaliselt on stabiliseeritud pinnaste survetugevus 50-150
kPa vahel. Survetugevust alla 50 kPa loetakse tulemuseta stabiliseerimiseks
(Maanteeamet 2011). Põhjamaade kogemusel ei taga selline survetugevus rajatava
konstruktsiooni stabiilsust. Laboris valmistatud katsekehade survetugevused võivad olla
kuni 300 kPa aga selliseid kõrgeid väärtusi saavutatakse objektil harva, kuna looduslik
12
pinnas on vahelduv ja sideaine segamistäpsus ei vasta laboritingimustele. Stabiliseeritud
pinnase geotehnilised omadused sõltuvad suuresti kasutatavast sideainest. Suurendades
tsemendi koguseid, suureneb ka materjali survetugevus ja rabedus. Kui aga suurendada
lubja sisaldust, siis suureneb materjali plastsus (EuriSoilStab 2002).
Stabiliseeritud pinnase tugevus ja tahenemise kestus on otseselt seotud. Tugevus määrab
ära, millal võib hakata suurendama koormuseid pinnasele (millal ja mis mahus võib
jätkata konstruktsiooni rajamisega). Tugevuse ja tahenemise kestus sõltub pinnase tüübist
ning sideaine kvaliteedist ja kogusest (EuriSoilStab 2002). Lisaks mõjutab tahenemist ka
temperatuur, aga selle mõju on suhteliselt väike. Kasutades sideainena ainult tsementi,
toimub suurem osa reaktsioone esimese kuu jooksul. Kui aga sideaines kasutatakse lisaks
kipsi, lupja, kõrgahju räbu ja tuhka, toimub tahenemine ka pärast kuu möödumist.
Kvaliteetse stabiliseerimise saavutamiseks tuleb laboris läbi viia suures mahus katseid,
mille abil määratakse kõige sobivam sideaine, optimeeritakse kasutatavaid sideaine
koguseid ja määratakse stabiliseeritava materjali omadused. Stabiliseerimise ja
optimeerimise katsed võtavad aega kuni 6 kuud (Maanteeamet 2007). Teste on võimalik
sooritada ka lühema ajaga, aga selle tulemusel katsekehade arv suureneb, kuna
optimeerimisel ei ole võimalik kasutada võrdlevaid tulemusi. Kui katsed kestavad ainult
ühe kuu, siis ei saa ka arvestada sideainest tingitud pikemaajalist tahenemist
(Maanteeamet 2007).
Mõningatel juhtudel on vaja määrata materjali külmakindlus ja vastupidavus külmumis-
ning sulamistsüklitele. Kui stabiliseerimisega on seotud saastatud pinnas, siis tuleks ka
laboris määrata pinnase pooride täituvusaste. Keskkonnaalastel testidel määratakse
röntgen fluorestsentsspektromeetriga sideaines sisalduvad ained ja kui stabiliseeritakse
reostatud pinnaseid või kui kasutatakse sideainena tööstuse kõrvalprodukte, siis tehakse
ka leostuvus testid (EuriSoilStab 2002).
Laborikatsetuste tulemusel saab märgatava kulude kokkuhoiu. Kuna sideaine kulu on
mass-stabiliseerimisel 50-70%, siis täpsete katsetuste tulemusel saab määrata kõige
optimaalsema sideaine koguse, mille tulemusel võib kulude kokkuhoid olla kuni 30%
(Mass stabilisation manual 2007).
Esmase sideaine sobivuse saab määrata järgmise tabeli 1.1 abil. See tabel on koostatud
erinevatelt objektidelt saadud katsetulemuste põhjal.
13
Tabel 1.1 Hinnanguline sideaine või segude sobivus pinnaste stabiliseerimisel. Põhineb
pinnase tugevnemisel 28 päeva jooksul. (EuroSoilStab 2002)
Sideaine Muda Savi
Orgaanilised
pinnased, möll,
organilised
savid
Turvas
Orgaanilise
aine sisaldus
0-2%
Orgaanilise aine
sisaldus 0-2%
Orgaanilise aine
sisaldus 2-30%
Orgaanilise aine
sisaldus 50-
100%
Tsement xx x x xx
Tsement + kips xx x xx xx
Tsement + kõrgahju räbu xx xx xx xxx
Lubi + tsement xx xx xx -
Lubi + kips xx xx xx -
Lubi + kõrgahju räbu x x x -
Lubi + kips + kõrgahju
räbu xx xx xx -
Lubi + kips + tsement xx xx xx -
Lubi - xx - -
xxx paljudel juhtudel väga hea sideaine
xx paljudel juhtudel hea sideaine
x osadel juhtudel hea sideaine
- ei sobi
1.6 Projekteerimise meetodid
1.6.1 Projekteerimise nõuded Projekteerimise käigus vaadeldakse kõige ebasoodsamat koormuste kombinatsiooni, mis
võib tekkida ehituse ja kasutuse käigus. Projekteerimise lihtsustamiseks oletatakse, et
stabiliseeritud pinnas on kui homogeenne elastne-plastne pinnasekiht. Tuleb arvestada, et
pinnase segamine ei ole täiesti ühtlane (EuroSoilStab 2002).
Stabiliseerimine tuleb projekteerida ja teostada nii, et sellele rajatud struktuure oleks
võimalik kasutada kogu ekspluatatsiooniaja vältel nii, et see ei nõuaks kulukaid ja
ettemääramata hooldustöid. See tähendab, et täidetakse kasutus- ja kandepiirseisundi
nõuded (Mass stabilisation manual 2007).
14
Kasutus- ja kandepiirseisundi nõuded määrab klient vastavalt projekti vajadustele. Projekt
peab olema kooskõlas Eurokoodeks 7 ja rahvuslike nõuetega. Pinnase omadustes tehakse
vahet mõõdetutel, tuletatutel, iseloomulikel ja projekteeritud väärtustel (EuroSoilStab
2002).
Kandepiirseisundi rahuldamiseks peab stabiliseerimine olema projekteeritud nii, et sellel
on väike tõenäosus variseda või ilmneda muul kahjustusel, mis oleks ohtlik inimestele või
tekitab märkimisväärset majandusliku kahju (EuroSoilStab 2002). Mass-stabiliseerimine
projekteeritakse nii, et muldel ning ümbritseval alal oleks küllaldane stabiilsus ja, et
konstruktsiooni või selle osa kahjustuse korral ei tekiks ülemääraseid vajumisi (Mass
stabilisation manual 2007).
Kasutuspiirseisundi rahuldamiseks peab mass-stabiliseerimine olema projekteeritud nii, et
vajumised piki ja risti muldkeha ei hakkaks häirima tee kasutamist. Arvestada tuleks ka
pikemaajaliste väiksemate vajumistega.
1.6.2 Koormused Koormused määratakse kliendi poolt (EuroSoilStab 2002). Eestis tähendab see seda, et
vastavalt liiklustihedusele arvutatakse igale teele koormus. Tavaliselt on mass-
stabiliseeritud alad kõige ebastabiilsemad ehituse ajal ja seega kannatavad ka vähem
koormust.
1.6.3 Materjalide normväärtused Materjalide normväärtused on esitatud ehituskirjeldustes ja valitakse võimalikult
tagasihoidlikud, arvestades projekti tingimusi.
Mass-stabiliseerimise normväärtused võivad tugineda välikatsetele, katselõigule või
laborikatsetele. Laboris saadud tulemuste kasutamisel tuleks arvestada sellega, et
välitingimustes ei saada samaväärseid tulemusi.
Mass-stabiliseerimise mahukaal, Yk, (kN/m3), tugineb laboris segatud katsekeha
mõõtmisele (Mass stabilisation manual 2007).
Nihketugevus, cuk (kPa), põhineb katselõigul saadud tulemustel või siis laborikatsetel
mõõdetud survetugevustel. Laborikatsete ja välitingimustes saadavate tugevuste erinevust
tuleks põhjalikult kaalutleda (Mass stabilisation manual 2007).
15
Elastsusmoodul, Ek, arvestatakse olevat 50-100 korda cuk. Orgaaniliste pinnaste
elastsusmoodul on tavaliselt 50 korda cuk ja savipinnastel kuni 100 korda cuk (Mass
stabilisation manual 2007).
1.6.4 Projekteerimine Vajumise arvutamiseks oletatakse, et stabiliseeritud materjal on homogeenne, lineaarselt
elastne ja täielikult plastne pinnasekiht. Koormused tuleb valida sellised, et ei saavutataks
stabiliseeritud pinnase voolavuspiiri. Vajumised arvutatakse valemi (1.1) järgi. Tuleb
arvestada ,et märkimisväärsed vajumised toimuvad tahenemise ajal kohe pärast
stabiliseerimist. Need vajumised tuleks arvutada eraldi.
Sm = ∑Δh ∙�
(1.1)
kus,
Sm – vajumised mass-stabiliseerimises, m
∆h – kihi paksus, m
q – koormus mass-stabiliseeritud kihi peal, kPa
Mm – mass-stabiliseeritud kihi survetugevus, kPa
(EuroSoilStab 2002)
Pärast segamistööde lõppu tuleks paigaldada eelkoormuskiht. See aitab stabiliseeritud
materjali tihendada ja suurendab tugevust. Turvastel ja süvendatud setetel võivad tekkida
eelkoormuskihi toimel suured vajumised. Need vajumised toimuvad kiiresti ning
kasutusajal tavaliselt suuremaid vajumisi ei toimu.
Kui pinnase efektiivpinge on väiksem kui eelkoormuskihi surve, siis tekivad vajumised
kiiresti (EuroSoilStab 2002).
Kui pinnase efektiivpinge kasvab sama suureks kui eelkoormuskihi surve, siis arvutatakse
pinnase vajumisi sama moodi nagu vertikaalselt dreenitud pinnasel. Kogemused näitavad,
et pärast stabiliseerimist muutub materjali külmakindlus. Külmakindlus muutub sõltuvalt
stabiliseeritud pinnasest ja sideainest- kas paremaks või halvemaks.
Eelkoormuskihi paigaldamise aeg ja maht on tähtsad, kuna 70…90% vajumisi toimub
esimese 30 päeva jooksul (Mass stabilisation manual 2007).
1.7 Tööde kirjeldus Stabiliseeritavalt pinnaselt eemaldatakse kasvumuld. Ala jagatakse 5x5m ruutudeks,
ekskavaatori tööorganiga mõõdetakse stabiliseeritava ala täpne sügavus ja arvutatakse iga
ala jaoks kuluv sideaine kogus (Brakmann, Kendra, 2011). Kuiv sideaine juhitakse
16
suruõhujoaga tööorganisse. Sideaine segatakse pinnasega tööorgani vertikaalsel ja
horisantaalsel liigutamisel. Pärast sideaine lisamise lõpetamist segatakse stabiliseeritav
materjal tööorganiga põhjalikult läbi. Mida ühtlasemalt on materjal läbi segatud, seda
parem on ka stabiliseerimise tulemus. Vähese segamise tulemusel võivad materjali sisse
tekkida sideaine kogumid (Mass stabilisation manual 2007).
Pärast segamise lõppu võetakse materjalist proov ja säilitatakse edasiseks katsetamiseks.
Proove katsetatakse laboris juhuks kui antud kohas tekib vajaliku kandevõime
saavutamisega probleeme (Brakmann, jt. 2011). Segatud ala kaetakse nõutud tugevusega
geotekstiiliga ning sellele rajatakse 0,5-1,0m paksune muldkeha kiht. See on vajalik, et
anda stabiliseeritud materjalile esmane koormus, mis eemaldab materjalist liigse niiskuse
ja tihendab stabiliseeritud pinnast, mis aitab kaasa stabiliseerimis-protsesside paremale
toimimisele. See esimene kiht on vajalik ka selle pärast, et tehnikal oleks stabiilne pinnas
millel liikuda töid tehes ja et tehnika koormus jaguneks suuremale pinnale. Kihi
tihendamine toimub kas roomikekskavaatori või staatilise pinnaserulliga, vibratsiooniga
tihendamine on keelatud.
1.8 Kvaliteedi kontroll Kvaliteedi kontrolliks võetakse igast sideainest proov tööde alguses ja lõpus ning
säilitatakse hilisemateks laborikatsetusteks. Hilisemad laborikatsetused toimuvad kui
antud töölõigus ei ole saavutatud soovitud kandevõimet ja teiste kontrollmeetoditega ei
ole leitud põhjuseid.
Tuleb dokumenteerida tsoonide kaupa kasutatud sideaine hulk. Dokumenteerimine peaks
sisaldama: tsooni numbrit, kuupäeva, tööde alguse ja lõpu aega, infot ilmastiku kohta,
infot sideaine kvaliteedi kohta, sideaine doseerimise kiirust, võimalikke doseerimise
kõrvalekaldeid, stabiliseeritava kihi sügavust ja tsooni kogumahtu (Brakmann, jt. 2011).
Stabiliseerimistööde lõppemisel võetakse igast tsoonis materjali proov ca. 500g. Antud
proovides määratakse kaltsiumi sisaldus, näiteks Niton analüsaatoriga ja 28 päeva järel
pinnase tugevus (Brakmann, jt. 2011). Proovikatsetused tehakse tavalisel
löökpenetratsiooni meetodil ning nihketeimid nihketugevuse määramiseks.
17
2 Soome kogemused Viimasel paaril aastakümnel on Soomes läbi viidud kümneid stabiliseerimisobjekte.
Stabiliseerimist on kasutatud mullete vajumiste vähendamiseks, vibratsiooni
vähendamiseks, stabiilsuse parandamiseks, kandevõime parandamiseks ning nõlvade ja
kaevete toestamiseks. Viimasel ajal on rohkesti kasutama hakatud ka saastunud pinnaste
stabiliseerimist.
Helsinki urbaniseerumise tulemusel toimub pidevalt uute linnaosade arendamine ja
olemasolevate uuendamine. Paljudel juhtudel rajatakse uued linnaosad just väga kehvade
omadustega pinnastele, kuna paremate omadustega alad on juba täis ehitatud. Linnas on
ka puudus kvaliteetsetest täitematerjalidest ja seega tuleb neid transportida kaugetest
karjääridest. Samuti on linnal puudus kohtadest kuhu oleks võimalik ladustada
väljakaevatavat ebasobivat pinnast (Forsman, Korhonen, Havukainen, Kreft-Burman
2012). Selle probleemi ideaalseks lahenduseks on pinnaste mass-stabiliseerimine.
Parandades kehvade pinnaste omadusi saab neid muuta ehituskõlbulikuks materjaliks.
Selle tulemusel ei ole vaja ebasobivaid pinnaseid välja kaevata ning asendada parema
materjaliga. Järgneva tabeli 2.1 põhjal on näha, et Helsinkis on aastast 1993 teostatud
mitmeid suuremahulisi stabiliseerimise objekte. Nende objektide juures on kasutatud ka
erinevate tehnoloogiate kombineerimist.
Tabel 2.1 Helsinki suuremad stabiliseerimise objektid ja nende juures kasutatud tehnoloogiad (Forsman, jt. 2012)
Objekt Maht m3 Pinnas Tehnoloogia Aasta
1.Pehme savi ja turba stabiliseerimine
Pikkuhuopalahti – elamupiirkond test stabi Savi msm 1993
Kivikko – tööstuspiirkond ≈ 270.0000
turvas, möll,
savi msm
1997-
2010
Vuosaari sadam – laevadokk
85.000 +
≈100.000 möll, savi msm+csm
2003-
2004
Haaga, Laajasuo – spordiväljak 78.000
turvas, möll,
savi msm, csm 2006
Ormuspelto elamupiirkond 31.500 Savi msm 2008
Mellunkylä, Virtasalmenkatu, tänav 50.000
turvas ja
savi msm 2011
18
Tabel 2.1 järg 1 Helsinki suuremad stabiliseerimise objektid ja nende juures
kasutatud tehnoloogiad (Forsman, jt. 2012)
2. Saastunud pinnaste stabiliseerimine
Sörnäinen - saastunud setted 20.000
süvendatud
setted msm
1998-
1999
Vuosaari sadam - TBT ühenditega
saastunud setted 500.000
süvendatud
setted msm
2006-
2007
Jätkäsaari - saastunud setted
20.000
80.000
süvendatud
setted
msm
msm
S-2011
T-2011
Kalasatama- saastunud setted 12.000
süvendatud
setted msm 2011
3. Mudale ja savile ehitatud mullete kergemaks muutmine
Toukoranta - park, KTK-mulle 69.000 Turvas msm, wts
2005-
2006
Toukoranta - tänavad ja
elamupiirkond, Mertakatu 35.000 Savi msm
2007-
2008
Kyläsaari, Arcade 2 - tänavad ja
elamupiirkond 35.000 Savi msm
2010-
2011
4. Tee konstruktsioonis kivimaterjali asendamine stabiliseeritud saviga
Tattarisuo – mulle test stabi Savi fsa 1991
Viikki - savi tänav 500 Savi fsa, msm 1997
5. Saastunud pinnaste sulgemine mass-stabiliseeritud saviga
Kivikko - tinaga reostunud pinnaste
prügimägi 25.000 Savi msm 2001
Vuosaari, Melumäki - reostunud
pinnaste prügimägi 25.000 Savi csm, msm
2004-
2007
6. Ülejäänud savipinnase mass-stabiliseerimine ja kasutamine maastiku kujundamisel
Vuosaari ja Herttoniemenranta –
maastikukujundus ≈ 10.000 Savi fsa ≈1998
csm - stabiliseeritud kasutades süvastabiliseerimise tehnoloogiat
msm - stabiliseeritud kasutades mass-stabiliseerimise tehnoloogiat
wts - stabiliseeritud vaalus segamise teel
fsa - stabiliseeritud sõelpurustiga
19
2.1 Euroopa Liidu projekt ABSOILS Projekt algas 2010. aasta septembris ja lõppeb 2014. detsembris. See on LIFE+ projekt,
mille tulemusel erinevatel objektidel üle jäänud kehvad savipinnased stabiliseeritakse ja
kasutatakse järgmistel objektidel ehitusmaterjalina. Projekti eesmärk on määrata
sobivaimad sideaine retseptid mittesobivate savipinnaste stabiliseerimiseks. Projektis
pööratakse suurt tähelepanu sellele, kuidas segada tõhusalt omavahel pehmeid
savipinnaseid ja pulbrilisi sideaineid.
ABSOILS projekti käigus valmis kolm rajatist (Ramboll Finland Oy 2012):
Arcade 2
Jätkäsaari
Koerte park
Arcade 2, kus rajati uus kerge mulle hüljatud pinnastes, mis stabiliseeriti. Ehitus algas
2011. aasta alguses ja lõpetati 2011. aastal. Materjali katsetati jooksvalt kogu ehitus-
protsessi käigus, kuna hüljatud pinnased muutusid.
Teine objekt asus Helsinkis Jätkäsaaris (2011-2012). Süvendatud setted stabiliseeriti ja
viidi seejärel lähedalasuvale objektile, kus neid kasutati pargi rajamiseks. Osa materjale
kasutati ka prügimägede kattekonstruktsioonides.
Kolmas objekt on koerte park, mis rajati aastal 2012. See rajati üleujutuste alale, kus
hüljatud pinnastega tõsteti olemasolevat maapinda ja seejärel mõlemad pinnased mass-
stabiliseeriti.
2.2 Arcade 2
2.2.1 Materjalid Kõikide materjalide juures tehti katsed veesisalduse, põletuskao ja tiheduse määramiseks.
Materjalide veesisaldus varieerus 15,5 % kuni 67,1 % ja põletuskadu 2,8 % kuni 4,8 % .
Täpsemad andmed tabelis 2.2. Homogeniseeritud proovide nõutav tihedus pärast vee
lisamist oli vähemalt 1500 kg/m3. Kõik proovid ületasid pärast homogeniseerimist antud
tihedust. Teostati testid optimaalse veesisalduse määramiseks. Testides selgus, et kõikide
proovide optimaalne veesisaldus tiheduse 1500 kg/m3 juures oli 80-90 % (Ramboll
Finland Oy 2012).
20
Tabel 2.2 Arcade 2 juures kasutatavad materjalid (Ramboll Finland Oy 2012).
Proov
Vee
sisaldus
w (%)
Põletuskadu
(%)
Konteineris toodud proovi tihedus
/ homogeniseeritud proovi tihedus
(kg/m3)
Korpitie 1/1 31,4 2,8 1450 / 1880
Korpitie 1/2 32,6 2,8 1370 / -
Korpitie 1/3 33,1 4,4 1380 / -
Koivukylä 31,1 4,8 1500 / 1820
Korpitie 15,5 - 1200 / 1740
Piloot objekt/ ladestusala 3 67,1 - 1600 / -
Korpitie ala 4/1 1,5m 62,9 - - / 1600
Korpitie ala 4/2 1,5m 32,9 - - / 1820
2.2.2 Sideained Järgnevas tabelis on toodud ABSOILS projekti raames katsetatud sideained ja nende
tootjad. Tabelis kolme esimese sideainega sooritati katseid Arcade 2 juures.
Tabel 2.3 ABSOILS projekti raames katsetatud sideained (Ramboll Finland Oy 2012).
Lühend Sideaine tüüp Tootja
Cem Portland tsement (CEM II/A-M(S-LL) 42,5 N) Finnsement Oy
FAHana Kuiv lendtuhk Hanasaari elektrijaamast Helsingin Energia
SRPHana Väävli eemaldamise jääde Hanasaari elektijaamast Helsingin Energia
CemPlus Portland tsement (CEM II/B-M(S-LL) 42,5 N) Finnsement Oy
KC / KC 3:7 CaO ja portland tsemendi segu suhtes 3:7 Nordkalk Oyj
GTC Kips, kustutatud lubi ja portland tsement Nordkalk Oyj
FA Kuiv lendtuhk Inkoo elektrijaamast
Fortum Power and
Heat
Inkoo wet ash
(25 %/1w)
Märg lendtuhk (niisutatud nädal enne kasutamist 25
% veega) Inkoo elektrijaamast
Fortum Power and
Heat
gyp. Kips fosforhappe tootmisest Yara Suomi Oy
21
2.2.3 Stabiliseerimise katsete tulemused Alustuseks uuriti materjali stabiliseerimise tulemuslikkust ühe sideainega. Kasutati ainult
tsementi, kuna tööde ajagraafik oli väga tihe ja tsemendiga saab kõige paremini
võrreldavad tulemused. Materjali märja tiheduse mõju uurimiseks segati Korpitie proovid
1 ja 3 suhtes 1:1 ning sideaine Cem 100 kg/m3 (Ramboll Finland Oy 2012).
Joonis 2.1 Materjali märja tiheduse mõju survetugevusele (Ramboll Finland Oy 2012).
Joonisel 2.1 on näha, et materjali märja tiheduse suurenemisega suureneb ka
stabiliseeritud materjali survetugevus. See on selle pärast nii, et tiheduse suurenemisega
väheneb materjali veesisaldus.
Võrreldavate tulemuste saavutamiseks valiti erinevate pinnaste stabiliseerimise testide
märjaks tiheduseks 1500 kg/m3. Ainukese erinevusega olid pilootobjekti materjalid, mis
segati veega objektil ja toimetati seejärel laborisse (Ramboll Finland Oy 2012). Selle
proovi tihedus oli 1600 kg/m3.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1350 1500 1650
Sur
vetu
gevu
s pä
rast
28
päev
a (k
Pa)
Materjali märg tihedus (kg/m3)
22
Tabel 2.4 Kasutatavate materjalide stabiliseerimise testide tulemused (Ramboll Finland
Oy 2012).
Proov
Kasutatud
sideaine
Sideaine kogus
(kg/m3)
Survetugevus (kPa)
7 päeva 28 päeva
Koivukylä Cem 100
23
stabiliseerimise tulemusi. Samas on näha, et lendtuha ja väävli eemaldamise jääte suhte
muutmine segus ei muuda stabiliseerimise tulemusi.
Parim võimalik sideaine oleks olnud tsemendi, lendtuha ja väävli eemaldamise jääte segu.
Kasutada tuli aga ainult tsementi, kuna tiheda ajakavaga tekkisid probleemid keskkonna-
lubade saamisega, kasutamaks kõrvalprodukte (Ramboll Finland Oy 2012).
2.3 Reostunud setete stabiliseerimine Reostunud setted on maailma sadamate üks suurimaid probleeme. Sadama aladelt
süvendatavad setted on tihti reostunud erinevate raskemetallidega ning seega tuleks need
vedada ja ladustada ohtlike jäätmete jaoks ettenähtud ladestusaladele (Layman´s Report).
Need ladestusalad asuvad sadamatest kaugel ja muudavad seetõttu süvendamise väga
kalliks. Mass-stabiliseerimine on parim lahendus, et muuta ohtlikud setted
ehitusmaterjalideks. Stabiliseerimise tulemusel saab ohtlikud ained siduda setetesse, et
need ei lekiks tagasi merre.
Esimene objekt setete ladustamiseks ja stabiliseerimiseks tehti Soomes Hamina sadamas
1996.a. Stabiliseeritud ala rajati konteinerite terminali jaoks. Omapärane on see selle
pärast, et kogu materjali paksus oli kuni 10 m aga stabiliseeriti ainult pealmine osa 3 m
sügavuselt.
Esimene objekt reostunud setete ladustamiseks ja stabiliseerimiseks lendtuha ning
tsemendi sideaineseguga, tehti Norras Trondheimi sadamas 2002.a. Reostunud setted
stabiliseeriti betoonvannides ja pärast esmast tahenemist teisaldati need ladustusbasseini
tammi. Pärast veekindla tammi valmimist sai setteid stabiliseerida otse ladustusbasseinis.
Stabiliseerimise tulemusel seoti ohtlikud raskemetallid, et need ei saaks ladustus-
basseinist tagasi merre lekkida. Pärast stabiliseerimisetööde lõppu sai antud alale rajada
näiteks konteinerite hoiuplatsi.
2.3.1 Turu sadam Turu sadama territooriumil toimus 2006-2009 Euroopa Liidu projekt STABLE, mis on
üks LIFE+ projektidest. Selle käigus töötati välja uus pidev-stabiliseerimise tehnoloogia
ja näidati kuidas on võimalik kasutada TBT ühenditega reostunud setteid
ehitusmaterjalidena. Projekti käigus katsetati mitmete erinevate kõrvalproduktide sobivust
sideaineteks. Uuriti ka väga põhjalikult, milline sideaine või nende segu annab parima
tulemuse reostuse sidumiseks.
24
2.3.2 Keskkonnasõbralik süvendamine Keskkonnasõbraliku süvendamist teostatakse keskkonnagreiferiga. See vähendab setetega
kaasnevat vett ja vee sogastumist. Mida väiksem on veesisaldus setetes, seda vähem läheb
vaja sideaineid, et saavutada soovitud tulemust.
Sideained on stabiliseerimise juures üks peamisi kuluartikleid ja vee vähendamisega saab
säästa oluliselt kulusid.
Joonis 2.3 Keskkonnagreiferiga saab koorida ainult reostunud setted (Layman´s Report).
Kvaliteedikontrolli käigus võeti setete proovid pargaselt ja tuukrite poolt süvendatavatelt
aladelt. Nende proovide veesisalduse võrdlemisel ei leitud olulisi erinevusi. See tähendab,
et greifer haarab ainult setteid ja ei tekita vesikeskkonnas suuremaid muutusi.
2.3.3 Pidev-stabiliseerimine Esimesed katsetused pidev-stabiliseerimisega andsid väga häid ja ühtlasi segamise
tulemusi näha joonis 2.4. Võrdlemiseks teostati setete ja sideaine segamine kahe erineva
mass-stabiliseerimise tööorganiga. Joonisel on mass-stabiliseerimise katsetulemused nii
laialivalguvad kuna ei olnud võimalik saavutad nii ühtlast segamist, kui pidev-
stabiliseerimisega.
25
Joonis 2.4 Pidev-ja mass-stabiliseerimise segamise tulemuste võrdlus (Lahtinen, Virtanen
2007).
Esmaste pidev-stabiliseerimise katsete jaoks kombineeriti seade mis koosnes kolust, teost
ja sõelpurustist joonis 2.5. Sõelpurustit modifitseeriti, et see vastaks antud tööülesandele.
Tigu kasutati setete transportimiseks kolust sõelpurustisse ja seal toimus ka sideainete
lisamine.
Joonis 2.5 Esimestel katsetustel kasutatud seadmed (Lahtinen, Virtanen 2007).
0
50
100
150
200
250
300
350
0 50 100 150 200 250 300
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
Sideaine kogus (kg/m3)
Pidev-stabiliseerimine, 36 päeva
Mass-stabiliseerimine, a, 28 päeva
Mass-stabiliseerimine, b, 28 päeva
26
Võrdluseks toodud segamistehas mida kasutati setete stabiliseerimiseks joonis 2.6.
Joonis 2.6 Lõplik pidev-stabiliseerimise tehas (Lahtinen, Virtanen 2007).
2.3.4 Stabiliseerimise katsed Testide eesmärk on uurida reostunud setete stabiliseerimise võimalikkust ja saavutatavaid
survetugevusi. Lisaks uuritakse mitmete erinevate kõrvalproduktide kasutamist sideaine-
segudes, vähendamaks stabiliseerimise kulusid nagu näha tabelis 2.5 ja 2.6.
Tabel 2.5 Testides kasutatud sideainete ja kõrvalproduktide lühendid (Jyrävä, Lahtinen,
Virtanen, 2007).
Lühend Sideaine tüüp
Cem Portlandtsement (CEM II/A-M(S-LL) 42,5 N)
Basic Portlandtsement (CEM II/B-S 42,5 N)
Rapid Kiirtsement (CEM I 52,5 R)
KJ400 Peenestatud kõrgahjuräbu KJ400
CaO Lubi
F Finnstabi® kipsist sideaine
THK2 Tööstuslik peenike lubi
SLA Salvor Oy toodetud sideaine
FA Lendtuhk Fortumi Heat and Power Ltd.
27
Tabel 2.6 Stabiliseeritava materjali ja erinevate lendtuhkade omadused (Jyrävä jt. 2007).
Proov
Vee sisaldus
w (%)
Põletuskadu
(%)
Tihedus
(kg/m3) pH
Sette proov 150 1330 6,1 7,8
FA, hoidlast 0,2 - 2,4 11,4
FA, ladustatud 16,7/32,8 - 2,7 10,3
FA, kuumutatud 400°C - - 2,5 10,4
Testidest selgus, et tsemendi koguse suurendamisel on otsene mõju saavutatavale
survetugevusele joonis 2.7. Pikemaajaline tahenemine ei andnud tsemendi puhul erilisi
tulemusi joonis 2.8. Veesisalduse suurenemine süvendatud setetes avaldab otsest mõju
vajamineva sideaine kogusele joonis 2.11. KJ400+Rapid annavad pikema tahenemise aja
ja suurema veesisaldusega paremaid tulemusi kui ainult tsement joonis 2.9. Lendtuha
lisamine mõjutab 28 päeva jooksul survetugevust väga vähesel määral aga pikemas
perspektiivis annab juba 50 kg/m3 lisamine märgatavaid tulemusi joonis 2.10 (Jyrävä jt.
2007).
Joonis 2.7 150% veesisaldusega setete stabiliseerimise survetugevused pärast 28 ja 90
päeva (Jyrävä jt. 2007).
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
w=150%
28 päeva
90 päeva
28
Joonis 2.8 200% veesisaldusega setete stabiliseerimise survetugevused pärast 28 ja 90
päeva (Harri Jyrävä jt. 2007).
Joonis 2.9 250% veesisaldusega setete stabiliseerimise survetugevused pärast 28 ja 90
päeva (Jyrävä jt. 2007).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
75Ce 75Basic 100Ce 100Basic 125Ce
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
w=200%
28 päeva
90 päeva
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
w=250%
28 päeva
90 päeva
29
Joonis 2.10 CaO+F+FA ja Ce+FA stabiliseerimise tulemuste võrdlus (Jyrävä jt. 2007).
Joonis 2.11 Settematerjali veesisalduse mõju erinevatele sideainetele (Jyrävä jt. 2007).
0
50
100
150
200
250
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
w=150%
28 päeva
90 päeva
0
50
100
150
200
250
300
350
150% 160% 170%
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
veesisaldus (%)
150Basic 45Rapid+150SL
70KJ400+30Rapid 30Ce+150SLA
45Ce+100SLA 100Basic
100Ce 75Ce+50FA
100(CaO+F)+100FA 75(CaO+F)+50FA
30
2.3.5 Leostumise testid Leostumise testid viidi läbi stabiliseerimata setetega ja kindlate stabiliseeritud setetega.
Uuriti orgaaniliste tinaühendite, osade raskemetallide ja sulfaatühendite leostumist.
Leostumise testis kasutati niinimetatud „mahuti testi“, mis põhineb Hollandi standardil
NVN 7347/1999. See test näitab, kui palju saasteaineid levib mingi aja jooksul vette
avatud pinnaga proovist. Veeproovid võeti pärast 4 päeva, 17…18 päeva ja 63…64
päeva.
Stabiliseerimiseks kasutati järgnevaid sideaineid (Niutanen, Lahtinen, Virtanen, 2007):
75 kg/m3 Ce
75 kg/m3 Ce + 50 kg/m3 FA
75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA
60 kg/m3 (CaO + F) + 100 kg/m3 FA
30 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 SLA
75 kg/m3 Ce II B (Basic)
Orgaaniliste tinaühendite leostumine pärast 64 päeva on väga väike . Kõikide sideainete
mõju leostumisele on sarnane. Vuosaari sadama stabiliseerimise näitel vähendab FA
lisamine tinaühendite leostumist. Kõige väiksem leostumine pärast 64 päeva oli
stabiliseerimata settel joonis 2.12. Seda selle pärast, et tinaühendite sidumine
mineraalmaterjaliga väheneb leeliselises keskkonnas. Stabiliseerimise tulemusel
muutuvad pinnased mingiks ajaks leeliseliseks (Niutanen jt. 2007).
Testides sai määrata ainult: baariumi (Ba), molübdeeni (Mo), tsingi (Zn), nikli (Ni) ja
vanaadiumi (Va) leostumist. Teiste raskemetallide leostumine oli väiksem kui avastamise
piirväärtus. Elavhõbeda (Hg) leostumine oli alla avastamise piirväärtuse ja väikseim
leostumine oli stabiliseerimata pinnasega joonis 2.13.
Sulfaatide leostumine suurenes ainult CaO + F stabiliseerimisel, teiste sideainetega
leostumine ei suurenenud joonis 2.14.
Kõik katsetatud sideained sobivad kasutamiseks leostumise seisukohast. Ühtlase ja
kahjustamata ala korral ei kujuta tinaühendid ja raskemetallid keskkonnale mingit ohtu.
TBT leostumise katseid kaitsti UV-valguse eest. Looduslikes oludes lagunevad TBT
ühendid UV-valgusega kokkupuutel ohutumateks ühenditeks ja selle tulemusel väheneb
nende ühendite sisaldus stabiliseeritud setetes (Niutanen jt. 2007).
31
Joonis 2.12 Kumulatiivne TBT leostumine, erinevate sideainetega stabiliseerimisel
(Niutanen jt. 2007).
Joonis 2.13 Kumulatiivne elavhõbeda Hg leostumine, erinevate sideainetega
stabiliseerimisel (Niutanen jt. 2007).
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
4 14 24 34 44 54 64
Ku
mu
lati
ivn
e T
BT
le
ost
um
ine
(m
g/m
2)
Aeg (päeva)
Stabiliseerimata setted
75 kg/m3 Ce
75 kg/m3 Ce + 50 kg/m3 FA
75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA
60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA
75 kg/m3 Cem II B
30 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 SLA
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
4 14 24 34 44 54 64
Ku
mu
lati
ivn
e H
g l
eo
stu
min
e (
mg
/m2)
Aeg (päeva)
Stabiliseerimata setted
75 kg/m3 Ce
75 kg/m3 Ce + 50 kg/m3 FA
75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA
60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA
75 kg/m3 Cem II B
30 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 SLA
32
Joonis 2.14 Kumulatiivne sulfaatide SO4 leostumine, erinevate sideainetega
stabiliseerimisel (Niutanen jt. 2007).
3. Eestis teostatud uurimused ja katsetused mass-stabiliseerimisel Eestis on teostatud mass-stabiliseerimise katsetusi seoses kahe projektiga. Esimene neist
on Tallinn-Tartu-Võru-Luhamaa maantee neljarealiseks ehitamine, kus katsetati
turbapinnaste stabiliseerimise võimalikkust Võõbu-Mäo lõigul, et vähendada uue tee
rajamise kulusid. Teine projekt on OSAMAT, mis on samuti üks Euroopa Liidu LIFE+
projektidest ja on hetkel veel käimas. Selle käigus uuritakse põlevkivituhkade
kasutamisvõimalusi teedeehituses.
3.1 Tallinn-Tartu-Võru-Luhamaa Uurimus ja katselõik teostati aastatel 2007-2010. Peamisteks eesmärkideks oli uurida
pinnaste stabiliseerimise tulemuslikkust ja tasuvust. Uuritav teelõik kulgeb 8 km
pikkuselt kergelt kaarjalt praegusest Tartu maantee ca 70 km kuni ca 80 km-ni.
Praktiliselt terve teelõik paikneb turbapinnastel, paksusega kuni 4 m (Maanteeamet 2007).
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
4 14 24 34 44 54 64
Ku
mu
lati
ivn
e S
O4
leo
stu
min
e (
mg
/m2)
Aeg (päeva)
Stabiliseerimata setted
75 kg/m3 Ce
75 kg/m3 Ce + 50 kg/m3 FA
75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA
60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA
75 kg/m3 Cem II B
30 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 SLA
33
3.1.1 Stabiliseeritavad pinnased Pinnaseproovid võeti 6-st kohast, nende asukohad on toodud joonisel 3.1.
Joonis 3.1 Pinnaseproovide võtmiste asukohad (Maanteeamet 2007).
Punktis PA5 loobuti proovi võtmisest, kuna seda poleks saanud teha ilma olulist
keskkonnakahju põhjustamata. Proove võeti ühe põhiproovina ja 2 – 5 väiksema
proovina. Põhiproov võeti igast pinnasest, üks proov 0,5 – 1 m kohta. Väiksemad proovid
võeti 1 – 2 m sügavuselt. Üksikute proovide kogused olid 10 – 50 liitrit (Maanteeamet
2007). Proovid suleti teibiga õhukindlalt ning tähistati. Pinnased saadeti Rambolli
laborisse katsetamiseks. Joonisel 3.2 on punkti PA4 geotulp. PA4 on ainukesena välja
toodud kuna selles kohas on kõige paksem turbakiht ja selle punkti turbasegudega
sooritati suurem osa stabiliseerimise katseid.
34
Joonis 3.2 proovikoha PA4 geotulp (Maanteeamet 2007).
Stabiliseerimise tulemuslikkusel mängib väga suurt rolli materjalide veesisaldus ja
orgaanikasisaldus. Mida suurem on vee- ja orgaanikasisaldus seda rohkem läheb vaja
sideaineid, et saada soovitud tulemust tabel 3.1.
35
Ta
bel 3
.1 P
inna
sepr
oovi
de o
ma
duse
d (M
aant
eea
me
t 20
07).
Pin
nas
Tur
vas
Tur
vas
Pee
nliiv
Tol
mlii
v
Tur
vas
Tur
vas
Pee
nliiv
kes
kliiv
aga
Tur
vas
Tur
vas
Tur
vas
Tol
mne
sav
iliiv
väh
ese
kruu
sag
a
Tur
vas
Tur
vas
Tur
vas
Tur
vas
Cl-
19
19
6 13
30
17
6 17
20
12
9
SO
42-
13 4 16
60 9 8 17
20
14 7 670
Red
ox
137
94
-63
-123
110
83
-138
136
75
83
-19
Ele
ktrij
uhtiv
us
(µS
)
140
120
110
170
160
170
110
170
190
170
500
pH
5,8
5,9
7,2
7,1
6,1
6,5
7,4
5,7
5,8
6,1 7
Org
aan
ikas
isal
dus
(%)
94,
4
93
3,2
5,3
94,
9
92,
8
9,4
94
93,
6
94,
1
25,
6
93,
5
92,
4
93,
6
94,
6
Vee
sisa
ldus
(%
)
870
859
30,5
25,1
972
944
17,1
915
767
954
174
825
872
832
855
Süg
avus
(m
)
0,5
-1
1-1
,5
2,1
3,1
0,5
-1
1-2
2-3
0,5
-1
1-2
2-3
3-4
1-2
1-2
1-2
1-2
proo
v 1
proo
v 2
proo
v 3
proo
v 4
proo
v 1
proo
v 2
proo
v 3
proo
v 1
proo
v 2
proo
v 3
proo
v 4
A
b c d
PA
1
PA
3
PA
4
36
3.1.2 Sideained Katsetustel kasutati 5 sideainet, 2 tsementi ja 3 põlevkivituhka.
Tsemendina kasutati Kunda Nordic Cement toodangut (Maanteeamet 2007):
Portlandtsement CEM I 42,5 N
Teetsement HRB 32,5 E
Tuhkadena kasutati AS Narva Elektrijaamad, Eesti Elektrijaama 3 tuhka (Maanteeamet
2007):
Tuhk1 Elektrifiltrituhk (vana katel)
Tuhk2 Tsüklontuhk (vana katel)
Tuhk3 Keevihi tuhk (uus katel)
Vanade katelde tuha tootmisvõimsus on (Maanteeamet 2007):
Tsüklontuhka 24 tonni/tunnis
Elektrifiltrituhka 12 tonni/tunnis
Vanadele kateldele on välja ehitatud tuha tööstuslikud väljavõtukohad, kust on võimalik
laadida nii auto- kui raudteetranspordile. Uutel kateldel väljavõtukohad puuduvad. Uute
väljavõtukohtade projekteerimine ja ehitamine maksab ligikaudu 4,5 miljonit eurot. Kui
ei teki juurde võimalusi uute katelde tuhkade kasutamiseks, siis ei tasu see investeering
ära ja kasutada saab ainult vanade katelde tuhkasid. Pildil 9 on toodud vanade katelde
tuhkade väljavõtu põhimõtteline toimeskeem ja pildil 10 on tuha laadimisjaam.
37
Joonis 3.3 Tsüklon- ja elektrifiltrituha põhimõtteline toimeskeem (Maanteeamet 2007).
Joonis 3.4 Tuha väljavõtujaam (Maanteeamet 2007).
38
3.1.3 Tuhkade laboratoorsed katsed Tuhkade füüsikalis-keemilised näitajad määrati TTÜ Ehitustootluse Instituudis. Teistest
eristus oluliselt keevkihi tuhk mis oli kõige suurema eripinnaga (406 m2/kg) ja kõige
väiksema vaba lubja sisaldusega (6,7 %). Järgnevas tabelis 3.2 on toodud kõikide tuhkade
omadused.
Tabel 3.2 Põlevkivituhkade füüsikalis-keemilised omadused (Maanteeamet 2007).
Materjal Eripind
(m2/kg)
Sisaldus (%)
Lahustumatu jääk SO3 CaOvaba CaOüld MgOüld CO2
Elektrifiltrituhk 288 18,16 6,94 11,7 38,3 4,75 2,27
Keevkihi tuhk 406 21,9 5,92 6,7 38,96 6,46 14,19
Tsüklontuhk 86 8,72 3,23 18,6 53,12 5,56 1,04
Kõige suurem peenosiste sisaldus on elektrifiltrituhal (98%), tsüklontuhal (71%) ja
keevkihi tuhal (46%).
Keemilise analüüsi tulemusi on võrreldud keskkonnaministri 2. aprilli 2004. aasta
määrusega nr. 12 „Pinnases ja põhjavees ohtlike ainete sisalduse piirnormid“. Määrusest
on valitud võrdluseks sihtarv, millega võrdne või väiksem väärtus tähendab, et pinnase
seisund on hea- inimesele ja keskkonnale ohutu. Tabelis 3.3 on keemilise analüüsi
tulemused, elektrifiltrituhal ületab sihtarvu arseen, plii, molübdeen ja vanaadium.
Keevkihi tuhal ületab sihtarvu ainult plii. Alla tööstustsooni piirarvu jääb ainult
arseenisisaldus, teiste raskemetallide sisaldus jääb alla elutsooni piirarvu. Tähelepanu
tuleks juhtida sellele, et need piirarvud on kehtestatud pinnastele aga katsetati tuhkasid.
Pinnasega segamisel väheneb raskemetallide sisaldus veelgi.
39
Tabel 3.3 Põlevkivituhkade keemiline analüüs (Maanteeamet 2007).
Uuritud aine
Keevkihi tuhk
(mg/kg)
Tsüklontuhk
(mg/kg)
Elektrifiltertuhk
(mg/kg)
Sihtarv
(mg/kg)
Seleen 0,17 0,26 0,66 1
Arseen 12 14 40 20
Elavhõbe
Antimon 1,1 0,36 0,97 10
Kaadmium 0,07 0,16 0,62 1
Baarium 200 190 260 500
Kroom 32 22 42 100
Vask 11 14 14 100
Plii 51 44 120 50
Molübdeen 4,3 5,5 13 10
Nikkel 25 26 33 50
Tsink 39 85 160 200
Vanaadium 46 41 57 50
Polütsüklilised aromaatsed
ühendid (PAH)
40
3.1.4 Stabiliseerimise katsed Enne katsetustega alustamist homogeniseeriti pinnaseproovid. Mikseriga segati samast
punktis võetud erineva sügavusega turbapinnase proove. See võimaldab katsetes luua
reaalsele stabiliseerimisele lähedase olukorra (Maanteeamet 2007).
Stabiliseeritud pinnastes moodustatakse proovikehad ja paigaldatakse eelkoormuspinki,
mida on näha joonisel 3.5. Proovikehasid hoitakse +20 kraadi juures ja nende alumine osa
on 3-4 cm sügavusel vees kogu protsessi käigus. Lisaks kastetakse proove pealt veega, et
vältida nende kuivamist. Eelkoormuspingis rakendatakse proovikehadele rauast silindriga
18 kPa koormust, see vastab 1 meetrisele eelkoormuskihile stabiliseerimisprotsessis.
Eelkoormuspingis mõõdetakse proovikehade vertikaaldeformatsioone 1, 3 ja 28 päeva
möödudes. See annab lisateavet materjali käitumisest kivinemisprotsessi käigus.
Deformatsioonikiirus kirjeldab stabiliseerimise käigus saavutatava tugevuse arengut.
Proovikehadel mis hoitakse eelkoormus pingis 90 päeva jälgitakse deformatsioone lõpuni.
Selle tulemusel saab modelleerida materjalide vajumist reaalsetes tingimustes
(Maanteeamet 2007).
Joonis 3.5 Proovikehad eelkoormuspingis (Maanteeamet 2007).
41
Stabiliseerimise katsetused jagati laboris kahte tööfaasi. Esimeses tööfaasis katsetati
ainult stabiliseeritud proovikehade survetugevusi joonis 3.6 ja mõõdeti
vertikaaldeformatsioone. Selle tööfaasi eesmärgiks on uurida kuidas toimivad antud
sideained turba stabiliseerimisel ning täpsustada sideained ja kogused teise tööfaasi
katseteks. Järgnevas graafikus on toodud esimese tööfaasi segude survetugevused.
Joonis 3.6 Esimese tööfaasi survetugevuse katsete tulemused (Maanteeamet 2007).
0 50 100 150 200 250
PortlandCe 100
PortlandCe 150
PortlandCe 250
TeeCe 100
TeeCe 150
TeeCe 250
Tuhk3 100
Tuhk3 200
Tuhk3 300
PortlandCe + Tuhk1 50+200
PortlandCe + Tuhk1 100+100
PortlandCe + Tuhk1 100+200
PortlandCe + Tuhk1 150+100
PortlandCe + Tuhk2 50+200
PortlandCe + Tuhk2 100+100
PortlandCe + Tuhk2 100+200
PortlandCe + Tuhk2 150+100
PortlandCe + Tuhk3 50+200
PortlandCe + Tuhk3 100+100
PortlandCe + Tuhk3 100+200
PortlandCe + Tuhk3 150+100
TeeCe + Tuhk1 50+200
TeeCe + Tuhk1 100+100
TeeCe + Tuhk1 100+200
TeeCe + Tuhk1 150+100
TeeCe + Tuhk2 50+200
TeeCe + Tuhk2 100+100
TeeCe + Tuhk2 100+200
TeeCe + Tuhk2 150+100
TeeCe + Tuhk3 50+200
TeeCe + Tuhk3 100+100
TeeCe + Tuhk3 100+200
TeeCe + Tuhk3 150+100
TeeCe 200
PortlandCe 200
TeeCe + Tuhk1 150+100
TeeCe + Tuhk2 150+100
PortlandCe + Tuhk1 150+100
TeeCe 200
PortlandCe 200
TeeCe + Tuhk1 150+100
TeeCe + Tuhk2 150+100
PortlandCe + Tuhk1 150+100
PA
4 1
:1:1
PA
1 1
:1P
A3
1:1
Survetugevus (kPa)
28 päeva a
28 päeva b
42
Teetsemendi ja keevkihi tuha tulemused on sarnased. Parimaid tulemusi andis
portlandtsement ja keevkihi tuhk (200 kg/m3), mis oli 1,5-3,5 korda parem kui kasutada
ainult portlandtsementi. Teetsemendile tuha lisamine (200 kg/m3) parandas tulemusi 1,2-
2,4 korda võrreldes teetsemendiga (Maanteeamet 2007).
Teise tööfaasi katseteks valiti parimad sideaine kooslused esimesest tööfaasist. Selle
tööfaasi eesmärgiks on täpsustada sideaine koguseid, viia läbi külmakindlus- ja
keskkonnakatsed ning leida sobivaimad sideaine kooslused.
Sideaineks valiti portlandtsement ja keevkihi tuhk. Võrdluseks tehti katsed ka
portlandtsemendi ja elektrifiltrituhaga. Järgneval joonisel 3.7 on toodud välja
survetugevuse katsete tulemused PA4 proovipunktist segatud materjaliga.
Joonis 3.7 Teise tööfaasi survetugevuse katsete tulemused (Maanteeamet 2007).
Survetugevuse katsed tehti 28 päeva ja 90 päeva pärast, et oleks võimalik arvestada ka
sideainete pikemaajalist mõju.
Eelkoormamise ajal teostatud mõõtmiste tulemusel selgus, et portlandtsemendi +
elektrifiltrituha vertikaaldeformatsioonid olid 15…21%, portlandtsemendil 15…29% ja
portlandtsemendil + keevkihi tuhal 10…21%.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
20
0
30
0
10
0+
20
0
10
0+
25
0
10
0+
30
0
14
0+
15
0
70
+2
00
70
+2
50
70
+3
00
10
0+
15
0
10
0+
20
0
10
0+
25
0
14
0+
15
0
14
0+
20
0
14
0+
25
0PortlandCe PortlandCe + Tuhk1 PortlandCe + Tuhk3
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
28 päeva
90 päeva
43
3.1.5 Keskkonna katsed Külmakerkelisuse määramiseks teostati katse kus proovikeha asetati vastavasse
seadmesse kus seda külmutati ülevalt poolt ja alumine osa asus vees. Selle katse
tulemusel selgus, et kõik kolm proovikehad mida katsetati on mõõdukalt külmaohtlikud.
Külmakindluse testide käigus külmutati ja sulatati katsekehad 12 korda 14 päeva jooksul
ning seejärel mõõdeti nende survetugevusi. Läbi viidi 6 testi 3 seguga ja selgus, et
survetugevus vähenes 2…27% (Maanteeamet 2007). Reaalsetes oludes külmub
stabiliseeritud pinnas erandlikes oludes, kuna sellele rajatakse kuni 2 meetri kõrgune tee
muldkeha.
Leostuvus testid tehti standarti CEN/TS 14405 järgi. Katsekehad stabiliseeriti 28 päeva
enne katsetamist. Tulemusi võrreldi Soome nõuetega kõrvalproduktidega stabiliseerimisel
ja Eesti saasteainete leostumise piirväärtustega tabel 3.4. Tähelepanu tuleb juhtida, et
Soome nõuded on spetsiaalselt stabiliseerimiseks välja töötatud, aga Eesti sihtarvud on
jäätmete nõuetest. Nende andmete alusel on hea võrrelda stabiliseeritud pinnase
keskkonnaohutust. Piirväärtusi ületas lahustunud orgaaniline süsinik (DOC), fluoriid ja
nikkel. DOC suur sisaldu on turba pinnase tõttu (Maanteeamet 2007). Leostuvus testist on
näha, et ohtlike raskemetallide sisaldus on tuhandeid kordi väiksemad kui seda oli puhtal
tuhal.
44
Tabel 3.4 Leostuvus testide tulemusel eraldunud ohtlikud ained (Maanteeamet 2007).
Ohtlikud
ained
Kumulatiivne leostumine 10 l/kg Vna 591/2006
piirväärtused Eesti
sihtarv PortlandCe
200 kg/m3 PortlandCe 75 +
tuhk3 200 kg/m3
PortlandCe 100 +
tuhk3 200 kg/m3
Asfalteeritud
struktuur
(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg)
DOC
lahustunud
orgaaniline
süsinik
3037 2606 2544 500 500
Floriid (F-) 59,1 48,2 66,7 50 10
Kloriid (Cl -)
45
3.1.6 Katselõigu rajamine Katselõik rajati 2009. aasta jaanuaris perspektiivse teetrassi lähedusse Paide valda. Rajati
kaheksa 10m x 15m katsealad, milledel katsetati üheksat sideaine kombinatsiooni.
Plaaniti kasutada keevkihi tuhka aga selgus, et sellel puudus väljavõtukoht ja see asendati
elektrifiltrituhaga. Järgnevas tabelis on toodud kasutatavad sideained.
Tabel 3.5 Katselõigul kasutatavad sideained (Maanteeamet 2011).
Ala nr Segu tüüp PortlandCe (kg/m3) Tuhk1 (kg/m3) Liiv (kg/m3)
1 PortlandCe 250 - -
2 PortlandCe + liiv 250 - 97
3 PortlandCe + tuhk1 100 100 -
4 PortlandCe + tuhk1 100 200 -
5 PortlandCe + tuhk1 1/4 76/ 3/4 150 200 -
6 PortlandCe + tuhk1 70 100 -
7 PortlandCe 200 - -
8 PortlandCe 150 - -
Alal number kuus üritati neli päeva pärast stabiliseerimist ülejäänud eelkoormuskihti
peale panna, aga pinnas ei olnud üldse stabiliseerunud ja geotekstiil purunes. Teistel
aladel stabiliseerimise ja eelkoormuskihi paigaldamisega suuremaid vahejuhtumeid ei
esinenud (peale mõningate vajumiste). Viimase ala stabiliseerimise tööd lõppesid 29.
jaanuaril 2009. aastal. (Maanteeamet 2011).
Stabiliseeritud alade survetugevuse (nihketugevus) teada saamiseks viidi igal alal läbi
CPT (Column penetration tests) ja CV (Column vane tests) joonis 3.8. Välikatsed teostati
30.03.2009 - 01.04.2009 puurmasinaga „GM 656 GTT“. Igal alal viidi läbi 8 CPT ja 3
CV katset, mille tulemusel saadi usaldusväärsed tulemused (Maanteeamet 2011).
46
Joonis 3.8 Välikatsete nihketugevuse tulemused katseala kaupa (Maanteeamet 2011).
Ekspertide kogemusel on kolme kuu jooksul vaja saavutada stabiliseeritud pinnase
nihketugevuseks 50 kPa. See tagab piisava stabiilsuse tee muldkeha jaoks. Jooniselt
nähtaval alal number kuus jäi soovitud nihketugevus saavutamata ja alal 8 oli tulemus
väga piiri peal.
Laboratoorsete katsetuste tarbeks võeti katselõigu kõrval 0,5, 1, 1,5 ja 2,0m sügavuselt
looduslikust pinnasest proovid. Laborkatsete sideainevahekordi muudeti vastavalt
välikatsete tulemustele. Alal number kuus ei saavutatud soovitud nihketugevust. Samuti
puudub vajadus nii suurte nihketugevuste järgi, mis saavutati alal 1 ja 2.
Laboritingimustes mõõdeti katsekehade vajumisi ja survetugevusi. Järgneval joonisel 3.9
on toodud erinevate segude vajumised.
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5.1/4 5.3/4 6 7 8
Nih
ke
tug
ev
us
(kP
a)
Katseala
Väikseim nihketugevus
Suurim nihketugevus
47
Joonis 3.9 Laboritingimustes katsetatud segude vajumised (Maanteeamet 2011).
Labori survetugevuse katsetest selgub, et 28 päeva möödudes ei saa selgust sideainete
koguste mõjust segus. Sarnaseid tulemusi annavad üksnes portlandtsemendiga
stabiliseeritud pinnased. Tuha ja tsemendiga stabiliseeritud pinnased annavad sarnaseid
tulemusi aga nende tulemused on kaks korda väiksemad kui ainult tsemendiga
stabiliseerides, täpsemad andmed joonisel 3.10.
0
5
10
15
20
25
Va
jum
ine
(%
)
1 päev 3 päeva 7 päeva 28 päeva
48
Joonis 3.10 Laboritingimustes katsetatud materjalide survetugevused (Maanteeamet
2011).
Pärast katselõigu rajamist jälgiti alade vajumisi veebruarist 2009 kuni aprillini 2011.
Mõõtmistulemustest on näha, et vajumised on olnud minimaalsed, aga peale pandud
eelkoormused olid praktiliselt samal kõrgusel ümbritseva maapinnaga. Arvatavasti
toimusid suuremad vajumised kohe parast eelkoormuse paigaldamist. Seda on näha ka
laborikatsetest joonis 3.9 aga seda teooriat ei saa kinnitada 100%, kuna täpseid mõõtmisi
pärast koormuse paigaldamist ei teostatud (Maanteeamet 2011). Seega lisati
mõõtmistulemustele 40 cm, mis arvutati laboritulemuste järgi joonis 3.11.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
7 päeva
28 päeva
49
Joonis 3.11 Katselõigu vajumiste mõõtmistulemused (Maanteeamet 2011).
Kuuendal alal ei täheldatud stabiliseerimise käigus mingit tugevnemist ja 04.11.2009
kontrolli käigus selgus, et mõõteplaadi varras oli murdunud (Maanteeamet 2011).
Mõõtmistulemustelt on näha, et kõige suuremad vajumised on alal 7 ja 8. Need alad
stabiliseeriti kõige väiksema sideaine kogusega ja neil olid ka kõige väiksemad
nihketugevused.
Kuna kõikidele aladele paigaldati erineva paksusega eelkoormuskiht, siis ei olnud
võimalik saadud mõõtmistulemusi võrrelda. Seega soovitati aladele lisada 50-80 cm
paksune muldkeha kiht. Keskmiselt 60 cm lisaraskus paigaldati vahetul peale 02.03.2010
mõõtmist. Alale 6 jäeti lisaraskus paigaldamata kuna oli näha, et see ala ei
stabiliseerunud. Pärast lisaraskuse paigaldamist jälgiti vajumisi veel 12 kuud.
Mõõtmistulemused näitasid, et aladel 1, 2, 3, 4, 5 ja 7 vajumisi ei toimunud. Ainult alal 6
ja 8 võis näha kindlat 1-2 cm vajumist (Maanteeamet 2011).
Võib väita, et 28 päeva järel ei saa hinnata tsemendi koguste mõju survetugevusele.
Vaadates joonist 3.7 ei saa hinnata ka elektrifiltri tuha mõju 28 päeva järel, kuna seal on
näha, et pärast 90 päeva on survetugevused kuni kaks korda suuremad.
Välikatsetuste tulemusel selgus, et ala 6 ei saavutanud piisavat tugevust 50 kPa.
Vajumiste mõõtmiste käigus selgus, et ala 6 ei stabiliseerunud piisavalt ning vajumisega
kaasnevate nihete tulemusel mõõtmisvarras murdus (Maanteeamet 2011).
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
ve
eb
rua
r 2
00
9
ap
rill 2
00
9
ju
un
i 2
00
9
au
gu
st 2
00
9
okto
ob
er
20
09
de
tse
mb
er
20
09
ve
eb
rua
r 2
01
0
ap
rill 2
01
0
ju
un
i 2
01
0
au
gu
st 2
01
0
okto
ob
er
20
10
de
tse
mb
er
20
10
ve
eb
rua
r 2
01
1
ap
rill 2
01
1
Ala 1 Ala 2 Ala 3 Ala 4 Ala 5 Ala 6* Ala 7 Ala 8
50
Pärast lisaraskuse lisamist selgus, et ala 8 ei ole samuti piisavat stabiliseerunud ja
vajumised jätkusid. Ülejäänud alade juures pärast lisaraskuse lisamist vajumisi ei
toimunud (Maanteeamet 2011).
Alade 1, 2, 3, 4, 5 ja 7 juures kasutatud sideained võiks kasutada samades tingimustes tee
alla, et saaks kontrollida nende toimimist dünaamilise koormuse tingimustes.
3.1.7 Savipinnaste stabiliseerimine Proovipunktist PA1 võetud looduslikust savist/liivast võetud pinnaseproovidega segati
sideained ning katsetati survetugevus 28 päevase tahenemise järel. Saadud tulemused on
ühtlasemad kui turbapinnastel ning katsekehade survetugevused on kuni 30 korda
suuremad, kui sama sideainega stabiliseeritud turvaste puhul. Täpsemad tulemused on
toodud järgneval joonisel.
Joonis 3.12 Savi- ja liivpinnastest valmistatud katsekehade survetugevused (Maanteeamet
2007).
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
28 päeava a
28 päeava b
51
3.2 OSAMAT Selle projekti käigus rajatakse kaks pilootlõiku. Esimene ehitati 2010. aastal Ida-
Virumaale (kõrvalmaantee nr 13109 Narva – Mustjõe). Selle käigus rajati antud
teelõigule põlevkivi kaevandamisel tekkinud aherainetest ja põlevkivituhast kiht-
stabiliseeritud alus. Eesmärgiks on katsetada erinevate sideainete ja aherainete
vastupidavust tee konstruktsioonis. Põlevkivituhk parandab kiht-stabiliseeritud materjali
külmakindlust ja vähendab konstruktsiooni kaalu, vähendades seega koormusi aluskihile.
Samuti on põlevkivituhaga stabiliseeritud materjalil parem soojusisolatsioon kui
tsemendiga stabiliseeritud materjalil (Ollila, Kiviniemi 2011).
Teine lõik rajatakse Lääne-Virumaale (kõrvalmaantee nr 17192 Simuna – Vaiatu). Antud
teelõigul mass-stabiliseeritakse 500 m lõik turvast vana tee all. Kogu remonditava
teelõigu pikkus on 1 km. Pool sellest kiht-stabiliseeritakse põlevkivituhaga ja teine pool
kompleks-stabiliseeritakse. Selle tulemusel saab hea võrdlusmomendi, sest kummastki
stabiliseerimisest jääb pool mass-stabiliseeritud alale. Siingi kasutatakse tee aluses
aheraineid (Kiviniemi, Ritsberg 2011)
3.2.1 Materjalid Simuna – Vaiatu pilootlõigult võetud turba proovide omadused on toodud järgnevas
tabelis.
Tabel 3.6 Simuna –Vaiatu turbaproovide omadused (Ollila, Kiviniemi 2011).
Proov Veesisaldus (%) Tihedus (kg/m3) pH
Simuna - Vaiatu S-7 352 1100 7,2
Simuna - Vaiatu S-9 754 1000 4,1
Simuna - Vaiatu S-10 553 1040 6,7
Selgelt on näha, et proovi S-9 veesisaldus on kõige suurem, tihedus ja pH kõige väiksem.
Tundub, et mida suurem tihedus, seda väiksem veesisaldus ja suurem pH.
Katsetes kasutati kuute erinevat sideainet, 4 tuhka ja 2 tsementi.
Tsementidena kasutati (Ollila, Kiviniemi 2011):
CEM Komposiittsement CEM II/B-M(T-L) 42,5 R
SR sulfaadikindel tsement CEM I 42,5 N
52
Tuhkadena kasutati AS Narva Elektrijaamad, Eesti Elektrijaama 4 tuhka (Ollila,
Kiviniemi 2011):
EF BL3 kolmanda bloki elektrifiltrituhk, vana katel
EF BL8 kaheksanda bloki elektrifiltrituhk, uus katel
P BL8 kaheksanda bloki koldetuhk
CYCL tsüklontuhk
Järgnevas tabelis on toodud katsetuste käigus kasutatud tuhkade omadused.
Tabel 3.7 Põlevkivituhkade omadused (Ollila, Kiviniemi 2011).
Proov Veesisaldus (%) Põletuskadu (%) pH
EF BL3 0,4 3,4 13
EF BL8 0,2 3,4 13
P BL8 0 11,8 12,9
CYCL 0 1 13
Tuhad, mis laborisse toodi, olid kõik praktiliselt kuivad. Kõikide tuhkade pH on
praktiliselt sama ja kõige suurema põletuskaoga tuhk oli loomulikult koldetuhk.
Koldetuha osakeste suurus sarnaneb tavalisele liivale. Tsüklontuha osakeste suurus on
nagu peenliival ja elektrifiltrituhkade osakeste suurus sarnaneb savile.
3.2.2 Stabiliseerimise katsed Survetugevuse mõõtmise katsed sooritati pärast 28 päeva osadel juhtudel ka pärast 90
päeva. Eesmärk mida sooviti saavutada oli 100 kPa (Ollila, Kiviniemi 2011). Iga
turbaprooviga sooritati eraldi katsed, et näha kuidas sideained mõjuvad erinevatele
53
turvastele. Järgnevatel joonistel on toodud mõõdetud survetugevused.
Joonis 3.12 Materjali S-7 survetugevuse katsete tulemused (Ollila, Kiviniemi 2011).
Joonis 3.13 Materjali S-9 survetugevuse katsete tulemused (Ollila, Kiviniemi 2011).
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
28 päeva a
28 päeva b
90 päeva
0
50
100
150
200
250
300
350
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
28 päeva a
28 päeva b
90 päeva
54
Joonis 3.14 Materjali S-10 survetugevuse katsete tulemused (Susanna Ollila, Olli
Kiviniemi 2011).
Ainult tuhkasid kasutades on suvetugevused kehvad. Kõige kehvemad tulemused olid S-9
materjaliga. S-9 materjali juures võis täheldada, et sulfaadikindel tsement andis palju
paremaid tulemusi kui tavaline tsement joonis 3.13. Sellest võib järeldada, et pinnases on
sulfaate, mis pärsivad sideainete tööd. Näha on ka, et tihedamad ja väiksema
veesisaldusega turbapinnased annavad stabiliseerimise järel paremaid survetugevusi
joonis 3.12 ja joonis 3.14. Soovitatav sideaine oleks komposiittsement 100 kg/m3 + tuhk
200 kg/m3. Lisakatsete tulemusel oleks võimalik optimeerida tsemendi koguseid veelgi,
kuna kohati on 90 päeva stabiliseerimise tulemused kuni 4 korda suuremad kui 28 päeva
omad.
Katselõigul otsustati kasutada sideaineid komposiittsement 80 kg/m3 + tuhk 200 kg/m3.
Katsekehade survetugevuse mõõtmistulemustele tuginedes ei ole selline sideainevalik
õigustatud, kuna katsed sooritati minimaalselt komposiittsement 100 kg/m3 + tuhk 200
kg/m3 ja survetugevuste mõõtmised 90 päeva järel teostati ainult katsekehadel 150 kg/m3
+ tuhk 200 kg /m3. Kõige kehvem mõõdetud survetugevus 90 päeva järel oli 256,7 kPa.
Teades, et objektil ei ole võimalik saavutada samaväärseid tulemusi kui laboris, siis on
tõsine oht, et ei saavutata soovitud tugevust 100 kPa. Reaalselt objektil kasutatavad
kogused tuleks ikkagi enne laboris põhjalikult läbi katsetada.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Su
rve
tug
ev
us
(kP
a)
28 päeva a
28 päeva b
90 päeva
55
4 Soome ja Eesti uuringutulemuste võrdlus Soomes on uuritud praktiliselt kõiki võimalike sideaineid ja tööstuses tekkinud
kõrvalprodukte, näiteks:
Soojuselektrijaamade lendtuhad
Metallide sulatusahjudes tekkivaid kõrgahjuräbusid
Erinevaid tsemente nagu (CEM II/A-M(S-LL) 42,5 N), (CEM I 52,5 R) jne.
Lupja ja lupja mida on kasutatud väävli eemaldamiseks
Kipsist toodetud sideaineid ja kipsi fosforhappe tootmisest
Eestis on uuritud erinevaid tsemente ja põlevkivituhkasid nagu:
Portlandtsement (CEM I 42,5 N)
Teetsement (HRB 32,5 E)
Komposiittsement (CEM II /B-M(T-L) 42,5 R)
Sulfaadikindel tsement (CEM I 42,5 N)
Keevkihttuhka
Põhjatuhka
Elektrifiltertuhka
Tsüklontuhka
Turbapinnaste stabiliseerimisel annab stabiliseerimisel parima tulemuse tsement.
Tsemendi kõrge hinna tõttu segatakse seda sideaine omadustega tööstuslike
kõrvalproduktidega. Soomes on nende kõrvalproduktide kasutamisega saavutatud kuni
nelja kordne tsemendi kokkuhoid. Kõige paremaid tulemusi on saavutatud peenestatud
kõrgahjuräbu lisamisega. Eestis on parimaks tööstuslikuks kõrvalproduktiks
põlevkivituhk, kuna siin sellist tööstus ei ole mis tekitaks kõrgahjuräbu. Põlevkivituha
lisamisega on võimalik kasutatavaid tsemendi koguseid vähendada kuni kolm korda, et
saavutada soovitud tulemusi.
Eestis on teostatud mass-stabiliseerimise katsetusi valdavalt turbapinnastega. Kuigi seda
tehnoloogiat võiks kasutada ka savi- ja möllpinnaste stabiliseerimiseks, et vähendada
kvaliteetse materjali vajadust teedeehituses. Stabiliseerimise tulemusel muutuvad sellised
pinnased palju stabiilsemaks ja nende kandevõime suureneb märgatavalt. Joonisel 3.12 on
näha, et stabiliseerimise tulemusel suurenes liiv ja savipinnaste survetugevus 700-1400
kPa-ni. Tuhkadega stabiliseerimisel on täheldatud, et materjalide külmakindlus paraneb
oluliselt.
56
Soome suurimatest turba mass-stabiliseerimis objektidest võiks välja tuua Kivikko parkla
ja tööstusala rajamise. Selle käigus stabiliseeriti tsemendi ja liivaga ca. 4 ha turvast kuni
3m sügavuselt. Teiste võimalike lahendustena oleks saanud kasutada materjali
asendamist. Kuna aga Helsinki ümbruses on muutunud pinnaste ladustamine niivõrd
keeruliseks ja kalliks otsustati stabiliseerimise kasuks. See objekt on üks parimaid näiteid
kuidas on võimalik kasutada seda tehnoloogiat turbapinnaste stabiliseerimiseks.
Eestis on Tartu maantee projektiga seoses tehtud labori uuringud ja mass-stabiliseerimise
katselõik. Selgus, et tsement ja põlevkivituhk sobivad hästi turbapinnaste
stabiliseerimiseks. OSAMAT projektiga seoses on tehtud laborikatsetused ja valitud
vastav katseala. Selle projekti käigus rajatakse mass-stabiliseerimine kasutatava tee alla,
et oleks võimalik uurida ka dünaamilise koormuse mõju.
57
Kokkuvõte
Mass-stabiliseerimise juures on väga tähtis, et enne tööde algust teostataks põhjalikud
laborikatsetused. Looduslike pinnaste omadused on niivõrd muutlikud, et sama sideaine
võib anda väga erinevaid survetugevusi.
Arcade II projekti katsetustest on hästi näha, et ainult portlandtsemendiga 100 kg/m3
stabiliseerides oli pinnaste survetugevus 28 päeva järel 0…747 kPa.
Sama on näha ka OSAMAT projektis kus erinevate turbaproovide stabiliseerimisel
keevkihituhaga 200 kg/m3 ja komposiittsemendiga 150 kg/m3 oli survetugevus 90 päeva
järel 167,3…403,8 kPa.
Soomes on mitmete projektide käigus katsetatud erinevate kõrvalproduktide kasutamist.
Parimaid tulemusi on andnud kõrgahju räbu ja tsemendi kasutamine. Kuna Eestis ei ole
tööstus, mis tekitaks kõrgahju räbu, siis tuleks see kuskilt sisse vedada. See aga muudaks
selle materjali kasutamise juba liiga kalliks.
Soome projektides on kasutatud mitmeid erinevaid lendtuhkasid. Vuosaari sadama ohtlike
setete stabiliseerimisel kasutati lisandina lendtuhka, kuna see aitas paremini siduda TPT
ühendeid pinnasega. Turu sadama setete stabiliseerimisel kasutati lendtuhkasid, kuna 50
kg/m3 lisamine 75 kg/m3 portland tsemendile parandas 90 päeva järel survetugevust kuni
36 kPa.
Tartu maantee projektiga seoses uuriti mass-stabiliseerimise võimalusi ja sealt selgus, et
portlandtsemendile 100 kg/m3 keevkihttuha lisamisel 200 kg/m3 paranes survetugevus 28
päeva möödudes kuni 175 kPa.
Nendest tulemustest on näha, et lendtuhkade kasutamisega mass-stabiliseerimisel on
võimalik väiksema tsemendi kogusega saavutada samaväärseid tulemusi. Sideaine
moodustab pinnaste stabiliseerimisel kuni 70% kogukuludest ja tsement on neist kõige
kallim. Kõrvalproduktide kasutamisega saab oluliselt vähendada sideainete kulusid.
Põlevkivituhkade kasutamine stabiliseerimisel ei ole keskkonnale ohtlik. Elektrifiltertuha
keemilisest analüüsist selgus, et sihtarve ületasid arseen, plii, molübdeen ja vanaadium.
Arseen ületas ainukesena elumaa piirarve ja tööstusmaa piirarve ei ületanud ükski
raskemetall. Tsüklontuha keemilisest analüüsist selgus, et sihtarve ei ületa ühegi
raskemetalli sisaldus. Keevkihttuhal ületa