Laboratoriotutkimus kasavarastoinnin vaikutuksesta lentotuhkan routivuuteen

Abstract

Teollisuuden sivutuotteiden käytöllä tierakenteissa tähdätään pääosiin kahteen ekologiaa koskevaan etuun: Luonnonkiviainesten säästöön ja jätemateriaalin hyötykäyttöön kaatopaikalle loppusijoittamisen sijaan. Uusi jätelaki sitoo ammattimaiset toimijat niin sanottuun jätehuollon etusijajärjestykseen, jonka pääasiallinen sisältö on laillinen velvoite ohjata jäte uudelleenkäyttöön, kierrätykseen tai energiantuotannon polttoaineeksi, jättäen kaatopaikoittamisen viimeiseksi käsittelymahdollisuudeksi, jos hyödyntäminen ei ole mahdollista. Energiantuottajien sivutuotteiden uudelleenkäyttömahdollisuudet sijaitsevat maanrakennuksessa, sementtiteollisuudessa ja lannoitekäytössä.

Energiantuotannon tuhkien on tiedetty jo pitkään olevan laaja-alaisesti sopivia, joissain tapauksessa jopa kiviainesta parempia, materiaaleja maanrakennusalan tarpeisiin. Tuhkien hyötykäyttöä hidastaa edelleen työtekniikoiden, työohjeiden, selkeiden vaatimusten ja tarpeeksi luotettavien yksinkertaisten teknisten indikaattoriarvojen ainakin osittainen puuttuminen. Etenkin kasavarastointi voi hallitsemattomasti toteutettuna aiheuttaa satunnaisilla olosuhteillaan niin suuren laadullisen vaihtelun, että kasatuhkalle ei voida esittää varmoja yleispäteviä hyötykäyttövaihtoehtoja ilman yksityiskohtaisia tutkimuksia. Muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta, kasavarastoinnin voidaan katsoa heikentävän tuhkan geoteknisiä ominaisuuksia yksityiskohdista huolimatta.

Kasavarastointia jäljiteltiin kostuttamalla kuivaa lentotuhkaa haluttuihin vesipitoisuuksiin. Kostutetuista seoksista valmistettiin seitsemän, 28 ja joissain tapauksissa 70 vuorokauden varastoinnin jälkeen koekappaleita laboratoriokokeisiin. Tutkitut kriteerit olivat materiaalin 1-aksiaalinen puristuslujuus, jäädytys-sulatuskestävyys sekä routanousukokeesta saatava segregaatiopotentiaali. Sideaineen vaikutus indikaattoriarvojen kehitykseen tutkittiin valikoiden.

Suurin kompastuskivi yleispätevien linjanvetojen tekemisessä on saatujen tulosten liiallinen samankaltaisuus. Käytännössä kaikkien tutkimuksessa testattujen seosten voidaan sanoa olevan jäädytys-sulatuskokeessa kestämättömiä, ja testisarjojen rajattu laajuus ei anna mahdollisuutta tehdä vesipitoisuuskohtaisia päätelmiä. Varastointivesipitoisuuden huomattiin vaikuttavan tuloksiin, mutta yksiselitteistä suositusta ei voida tältä pohjalta antaa teollisuuden suuntaan. Tulokset ovat kuitenkin toivottavati hyödyllisiä jatkotutkimuksia suunniteltaessa.

The ecological benefits that can be obtained by using industrial by-products in earthworks are two-fold: Preservation of natural minerals and the utilisation of waste material instead of landfilling. The current Finnish waste decree mandates that commercial entities must treat their waste according to a certain hierarchy. The primary goal of waste handling should be reuse via new-life reuse, recycling or as a fuel for energy production leaving landfilling as the last-ditch effort. The energy sector's main opportunities to put their by-products into use lie in earthworks, cement industry and fertiliser use.

Fly ashes from energy production have been known to hold potential as a road construction material. In some cases they even perform better than traditional mineral materials, but wide spread applications are being held back by the lack of perfected methods, technical instructions, clear requirements and simple and reliable geotechnical indicator values. Especially uncontrolled stockpiling increases the difficulties related to identifying the technical properties of ash because random ambient conditions cause a wide array of variations. Stockpiled ash practically can not be classified fit for use without relatively extensive material specific research. The geotechnical properties of ash are, with very few exceptions, negatively affected by stockpiling.

In this research, the conditions of a stockpile were mimicked by moistening sample batches of dry fly ash to an array of certain water contents. Test pieces were prepared from the samples after curing times of 7, 28 and in some cases 70 days. Stabilisation with cement was studied selectively. The measured technical parameters were uniaxial compressive strenght, frost resistance and segregation potential.

Comparison between different stockpiling water contents was greatly hindered by the uniformity of the results. Practically each one of the tested samples can be said to command little or no frost resistance, and the scope of the study does not allow for any conclusions to be drawn from the other results. The results do hint towards some relation between the storage water content and goetechnical performance, but no general suggestions or recommendations can be given based on this study. Hopefully the results will, on the other hand, prove to be useful in any future research projects on the subject.