Jätteenpolton pohjakuonakoerakenteiden pitkäaikaisseuranta, diplomityö Joonas Kaskinen

Tämän työn tavoitteena oli selvittää jätteenpolton pohjakuonan soveltuvuutta tierakenteen jakavaan ja suodatinkerrokseen. Soveltuvuutta arvioitiin Fortum Waste Solutions Oy:n jätteenpolttolaitoksella tuotetusta ja käsitellystä pohjakuonasta toteutettujen koerakenteiden seurantamittausten perusteella. Seurantamittauksia oli tehty kolmen vuoden ajan koekohteen rakentamisen jälkeen. Tässä työssä keskityttiin soveltuvuuden arviointiin kuonamateriaalin teknisten ominaisuuksien näkökulmasta. Pohjakuonan maarakennuskäyttöä osaltaan ohjaavien ympäristökelpoisuusominaisuuksien tutkiminen on rajattu tämän työn ulkopuolelle.

Tutkimuksen kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin jätteenpolttoprosessiin ja pohjakuonan jalostukseen jatkokäyttöä varten, tierakenteen kuormituskestävyyden ja siihen vaikuttaviin tekijöihin sekä roudan syvyyden ja routimisen laskennalliseen arviointiin. Koerakenteista kerätyn tiedon analysointi keskittyy roudan syvyyden mallintamiseen sekä rakenteille tehtyjen pudotuspainolaitemittausten tuloksista johdettavien ominaisuuksien määrittämiseen. Vertailurakenteina käytetyt referenssirakenteet oli toteutettu kokonaan luonnonkiviaineksista. Kuonakoerakenteista tulkittujen ominaisuuksien määrittäminen perustui vertailuun tunnettuihin materiaaleihin.

Routamallinnusten perusteella jätteenpolton pohjakuonamateriaaleille saatiin määritettyä jäätyneen tilan lämmönjohtavuudet sekä hiekkaan verrattava vastaavuuskerroin materiaalin lämmöneristävyyden suhteen. Lämmönjohtavuuden määritys tehtiin perustuen roudan syvyyteen ja rakennekerrosten mitattuun lämpötilajakaumaan. Kuonamateriaalien lämmönjohtavuudet olivat luonnonkiviaineksia alhaisempia, jonka voidaan katsoa johtuvan pääasiassa niiden huokoisesta rakenteesta. Pohjakuona on myös routaeristävyyden näkökulmasta jonkin verran luonnonkiviaineksia parempaa. Routaeristävyyteen vaikuttaa kiviaineksia alhaisemman lämmönjohtavuuden lisäksi pohjakuonan korkeampi vesipitoisuus.

Routamallinnuksilla ja routanousuvaaituksilla tutkittiin kuonamateriaalien routimisherkkyyttä.
Takaisinlaskennan tuloksena saatujen segregaatiopotentiaaliarvojen perusteella kuonamateriaalit ovat routivuudeltaan luonnonkiviaineksia vastaavia eli käytännössä routimattomia. Tämän tuloksen voidaan katsoa pätevän ainakin silloin, kun rakenteiden etäisyys pohjavedenpintaan on riittävä.

Kantavuusmittausten perusteella pyrittiin arvioimaan kuonarakenteiden jäykkyyden kehitystä
ja kuormituskestävyyttä pidemmällä aikavälillä. Lisäksi tarkasteltiin kuonamateriaalissa mahdollisesti tapahtuvaa ikääntymiseen liittyvää lujuuden kehitystä. Analyysin perusteella ei ollut nähtävissä indikaatiota rakenteiden vaurioitumisesta tai kantavuuden alenemasta. Toisaalta myöskään merkkejä lujuuden kasvusta ei tämän tutkimuksen pohjalta ollut todettavissa. Kuonarakenteiden kantavuuden kehitys vastasi luonnonkiviainesrakenteita ja kantavuus kehittyi kaikissa rakennetyypeissä huippuunsa ensimmäisen seurantavuoden aikana. Pudotuspainolaitemittauksista määritettyjen taipumasuppiloiden perusteella kuonamateriaaleille johdettiin E-moduuliarvot rakenteiden mitoituksessa käytettäväksi. Kuonamateriaalin moduuliarvot olivat jonkin verran luonnonkiviaineksia alhaisemmat.

Tutkimuksen käsiteltyjen ominaisuuksien perusteella jätteenpolton pohjakuona on soveltuvaa
käytettäväksi tien jakavassa ja suodatinkerroksessa.