Põlevkivituha kasutamine pinnaste mass-stabiliseerimiselmark.planet.ee/L%F5put%F6%F6/P%F5levkivituha%20kasut...• Looduslik veesisaldus ja tihedus • Pinnase granulomeetriline koostis

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


3.1.5 Keskkonna katsed ......................................................................................... 43

3.1.6 Katselõigu rajamine ...................................................................................... 45

3.1.7 Savipinnaste stabiliseerimine ........................................................................ 50

3.2 OSAMAT ............................................................................................................ 51

3.2.1 Materjalid ..................................................................................................... 51


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


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


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


päeva (Harri Jyrävä jt. 2007).


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 + 100 kg/m3 FA

60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA

75 kg/m3 Cem II B


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)


75 kg/m3 Ce


75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA

60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA

75 kg/m3 Cem II B


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)


75 kg/m3 Ce


75 kg/m3 Ce + 100 kg/m3 FA

60 kg/m3 (CaO+F) + 100 kg/m3 FA

75 kg/m3 Cem II B


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












TeeCe + Tuhk1 50+200












TeeCe 200

PortlandCe 200




TeeCe 200

PortlandCe 200




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 -


5 PortlandCe + tuhk1 1/4 76/ 3/4 150 200 -




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

Documents

Põlevkivituha kasutamine pinnaste mass-stabiliseerimiselmark.planet.ee/L%F5put%F6%F6/P%F5levkivituha%20kasut...• Looduslik veesisaldus ja tihedus • Pinnase granulomeetriline koostis