Uusiomateriaalit päällystettyjen teiden kantavan kerroksen stabiloinnissa, diplomityö Ilari Harju

Uusiomateriaalien ja teollisuuden sivutuotteiden hyödyntämistä tien päällysrakenteen stabiloinnissa sementtiä korvaavana sideaineena on tutkittu sorateiden kantavuuden parantamisessa jo 1970-luvulta saakka. Sittemmin kasvaneet liikennemäärät ja perusväylänpidon pienentynyt rahoitus ovat kiihdyttäneet tarvetta elinkaarikustannuksiltaan edullisten päällysrakenneratkaisujen kehittämiselle myös asfalttipäällysteisten teiden osalta.
Uusiomateriaalisideaineseoksilla stabiloituja kantavan kerroksen sisältämiä koerakenteita on toteutettu päällystetylle tieverkolle 2000-luvun alussa eri puolille Suomea. Koerakenteiden stabiloinnin sideaineseoksessa hyödynnettyjä teollisuuden sivutuotteita ovat olleet lentotuhka, kipsi, rikinpoiston lopputuote ja jauhettu masuunikuona.

Tässä diplomityössä on tutkittu päällystetylle tieverkolle rakennettujen uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun kantavan kerroksen sisältämien päällysrakenteiden pitkäaikaistoimivuutta ja rakenneratkaisun soveltuvuutta Suomen
liikenne-, ilmasto- ja pohjamaaolosuhteisiin. Työn tavoitteena oli selvittää kriittisimmät tekijät rakenteen suunnittelun, rakentamisen ja olosuhteiden kannalta, jotka vaikuttavat uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun kantavan kerroksen sisältämän päällysrakenteen laatuun ja elinkaareen. Diplomityö koostuu päällysrakenteen
stabilointia koskevasta kirjallisuuskatselmuksesta sekä tutkimusosasta, jossa tutkittiin viiden eri koerakennuskohteen pitkäaikaistoimivuutta ja erityispiirteitä. Työn tutkimusmenetelminä käytettiin rakennenäytteenottoa, vaurioinventointia sekä Liikennviraston kuntorekisteristä saatujen PTM- ja pudotuspainolaitemittausten analysointia. Analysoitua kuntorekisteriainestoa verrattiin vaihtoehtoisten rakenneratkaisuiden käyttäytymiseen. Lisäksi
koerakennuskohteille aiemmin tehty seuranta-aineisto yhdistettiin osaksi tätä tutkimusta.

Rakennenäytteenottotutkimuksessa otetuista koekappaleista määritettiin laboratoriossa yksiaksiaalinen puristuslujuus materiaaliominaisuuksien selvittämiseksi. Materiaalin jäykkyysominaisuuksia tutkittiin takaisinlaskemalla E-moduulit Odemarkin mitoitusyhtälön ja pudotuspainolaitemittausten avulla sekä määrittämällä materiaalin E50-
sekanttimoduuli rakennenäytteiden yksiaksiaalisen puristuskokeen tuloksista. Lisäksi kolmen rakennenäytekappaleen vetolujuusominaisuutta tutkittiin epäsuoran vetokokeen avulla.

Laboratoriotutkimuksissa havaittiin uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun murskeen lujuuden pitkäaikainen kehittyminen sekä yksiaksiaalisen puristuslujuuden säilyminen Suomen ilmasto-olosuhteissa. Laboratoriotutkimuksissa tehdyn suppean koesarjan perusteella uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun murskeen vetolujuus vastasi ennalta asettua käsitystä.

Koerakennuskohteille suoritettujen pudotuspainolaitemittauksissa rakenteiden kantavuudet (E2) olivat tavoitearvoja suurempia. Vauriokartoituksen- ja pudotuspainolaitemittauksista saadun aineiston analysoinnin tuloksena havaittiin korrelaatio alusrakenteen/pohjamaan kantavuusominaisuuksien ja tutkittavan päällysrakennetyypin vaurioitumisen
välillä. Vaurioitumistarkastelussa nousi esiin myös osuudet, jotka alittivat rakenteelta vaaditun laadun. Kahdella koerakennuskohteella päällysteen ja stabiloidun kerroksen väliin rakennetulla tasausmurskekerroksella varustetut osuudet urautuivat muita osuuksia nopeammin. Uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun murskeen
jäykkyysmoduulin arvo vaihteli takaisinlaskennassa 1400–2500 MPa:n välillä.

Riittävän hyviin alusrakenneolosuhteisiin sijoittuvan laadukkaasti rakennetun koerakennuskohteen elinkaarikustannuslaskelmassa nousi esiin uusiomateriaalisideaineseoksella stabiloidun kantavan kerroksen sisältämän
päällysrakenteen alhaisemmat elinkaarikustannukset luonnonkiviaineksista rakennettuun päällysrakenteeseen verrattuna.