Voimalaitostuhkien käyttö Sassin pienlentopaikan liikennealueen päällysrakenteissa

Diplomityö käsittelee tuhkamateriaalien hyötykäyttömahdollisuuksia päällysrakenteissa pienkoneille tarkoitetun lentopaikan liikennealueella. Työn aihe liittyy lentopaikkasuunnitelmiin Mänttä-Vilppulan kaupungissa, Sassin alueella, jolla on nykyisellään sorapintainen kiitotie, joka on ollut harrasteilmailukäytössä. Alueelle on tarkoitus rakentaa uudet asfalttipäällysteiset kiito- ja rullaustiet sekä asema-alue, joiden päällysrakenteissa on tarkoitus käyttää läheisen Mäntän Energian voimalaitoksen tuhkia. Tuhkien avulla pyritään saavuttamaan kustannussäästöjä sekä edistämään kiertotaloutta. Tuhkamateriaalien toimivuutta teiden ja alueiden päällysrakenteissa on testattu Suomessa
lukuisissa kohteissa ja tuhkien ominaisuuksien on havaittu lisäävän rakenteen kantavuus- ja eristävyysominaisuuksia sekä kestävän hyvin Suomen ilmasto-olosuhteissa toistuvan jäätymisen ja sulamisen vaikutuksia. Tuhkien käyttöä lentopaikoilla ei ole kuitenkaan aiemmin Suomessa selvitetty.

Työn keskeisenä tavoitteena on ottaa selvää, millaisia mekaanisia tai ympäristötekijöistä johtuvia rasituksia lentopaikkojen päällysrakenteen tulee kestää. Työssä pyritään selvittämään aiheuttaako lentopaikoille asetetut vaatimukset ehtoja tai rajoituksia tuhkarakenteiden käytölle. Työssä tutkimusmenetelminä käytetään kirjallisuusselvitystä ja tutkimusosassa käsitellään tuhkille ja niistä tehdyille koekappaleille tehtyjen laboratoriokokeiden tuloksia. Laboratoriotulosten avulla määritetään tuhkien käyttöluokittelun perusteella Sassin lentopaikalle soveltuvat tuhkat ja päällysrakenneperiaatteet. Työn tarkoitus on siten osaltaan palvella Mänttä-Vilppulan lentopaikkahankkeen kustannuslaskentaa ja kaavoitusta.

Työssä selvitetyn perusteella voidaan todeta, että pienlentokoneille tarkoitetuille lentopaikoille tai suuremmillekaan lentopaikoille ei ole laadittu ohjeistusta suunnittelun tai rakenteen mitoituksen avuksi, eikä yksiselitteisiä kriteerejä kantavuudelle tai routanousulle ole esitetty. Tämä aiheuttaa myös lentopaikan tuhkarakenteiden mitoitukselle haasteensa. Toisaalta Mänttä-Vilppulaan suunnitellun lentopaikan liikenteen määrän ja kuormittavuuden perusteella pienlentopaikat ovat verrattavissa lähinnä vähäliikenteiseen katuun. Tällöin ne eivät myöskään vaadi merkittävästi tierakenteiden suunnittelusta poikkeavia mitoituskäytäntöjä. Kantavuusmitoituksessa kriittisimpiä vaatimuksia aiheuttavat huoltoajoneuvot, ja tästä syystä mahdollisten rakennevaihtoehtojen mitoituksessa päädyttiin käyttämään Suomen tierakenteenkin mitoituksessa yleisesti käytettyä Odemarkin menetelmää. Routamitoitus tehdään työssä myöskin tiesuunnitteluohjeilla. Sallittu laskennallinen routanousu rajoitettiin etenkin kiitotierakenteissa pieneksi
suurien rullaus nopeuksien ja lentoturvallisuuden vuoksi. Routamitoituksen suhteen lentopaikan kiitotieosuudella tuleekin noudattaa lähinnä moottoritiehen verrattavia vaatimuksia. Tässä mielessä tuhkamateriaalit soveltuvat hyvin lentopaikalle, sillä tuhkan eristävyysominaisuudet ovat luonnonmateriaaleihin nähden merkittävästi suurempia.

Työn laboratoriotutkimusten perusteella Mäntän voimalaitoksen lentotuhkista voidaan rakentaa lentopaikalle teknisesti toimivat rakenteet massiivituhkaa ja/tai kerrosstabilointia käyttäen. Massiivituhka toimii hyvänä eristemateriaalina ja kerrosstabilointia on syytä harkita kantavuuden parantamiseksi. Massiivilentotuhkan käytössä tulee huomioida kuitenkin lentotuhkalla todettu korkea kapillaarisuus ja herkkyys kapillaariveden vaikutuksille sekä
mahdolliset kasavarastoinnin aiheuttamat ominaisuuksien muutokset. Diplomityön tuloksia voidaan jatkossa hyödyntää Mänttä-Vilppulan lentopaikan rakennussuunnittelussa tai muilla
pienlentopaikoilla harkittaessa tuhkien käyttöä uuden lentopaikan rakentamisessa tai vanhan rakenteen parantamisessa. Huomattavaa on, että tuhkamateriaalit ja niiden käyttöedellytykset tulee tutkia aina kohde- ja materiaalikohtaisesti, sillä eri voimalaitosten tuhkien ominaisuudet vaihtelevat keskenään merkittävästi.