RF Voimalaitostuhkat maarakennuskäytössä, Pentti

VOIMALAITOSTUHKAT
MAARAKENNUSKÄYTÖSSÄ
pentti.lahtinen@ramboll.fi
UUSIOMATERIAALIEN KÄYTTÖ
MAARAKENTAMISESSA
UUMA-LOPPUSEMINAARI 27.5.2010
MAHDOLLISUUDET
- UUSIUTUMATTOMIEN LUONNONVAROJEN
SÄÄSTÖ (20%), ERITYISESTI SORAHARJUT
JA POHJAVESIALUEIDEN SUOJELU
- ILMASTOPÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMINEN (C02)
- ENERGIAN KULUTUKSEN VÄHENTÄMINEN
- VÄHEMMÄN MATERIAALIA KAATOPAIKOILLE
- TALOUDELLISUUS – SÄÄSTÖT
- TEKNISESTI KESTÄVÄMPIÄ RAKENTEITA
-> UUMA2 2012-2017
KANSALLINEN UUMA-HANKE 2006-2010
Kansallinen UUMA-hanke 2006 - 2010
3
2017
UUMA2 -sisältö
Lähtötilanne
Huonolaatuiset maaainekset:
• savet
• siltit
• moreenit
Lievästi
pilaantuneet maaainekset
Seuraukset
Hyötykäyttöön
infrarakentamiseen
Teollisuuden
sivutuotteet
•
•
•
•
•
•
•
•
tuhkat
kuonat
kuitusavi
betonimurske
kipsit
rikastushiekka
asfalttijäte
lasi
• Maa-ainekset
• sedimentit
Kaatopaikka
Taloudelliset
säästöt
Luonnonvarojen
säästöt
UUMA2
Demoohjelma
2012- 2017
Sovellutukset
•
tiet
•
kadut
•
radat
•
satamat
•
aluerakentaminen
•
teollisuus alueet
•
kaupan kohteet
•
puistot
•
urheilukohteet
CO2
Päästöjen
väheneminen
Energian
kulutuksen
väheneminen
Massojen
kuljetusten
väheneminen
Uutta
liiketoimintaa
Vähemmän
materiaalia
kaatopaikalle
UUMA 2 –ORGANISAATIO
30.11.12
OHJAUSRYHMÄ
Puheenjohtaja
+ rahoittavat tahot
Strategia, rahoitus, toteutuksen ohjaus, tiedonvälitys
sidosryhmiin/hankkeisiin, hankkeen tukeminen
TYÖVALIOKUNTA
UUMA2 –hankkeen käytännön toteutuksesta
vastaaminen ohjausryhmän päätösten
mukaisesti
Teollisuuden
tuotekehitysprojektit
Materiaalit
Sovellutukset
Logistiikka
Varastointi
Rakentaminen
Laitteistot
Laadun ohjaus
Tiedonjako
WWW-sivut
Ohjeet
Seminaarit
Demohankkeet
Aluehankkeet
T&K
Väylät
Savo-Karjalan UUMA
Julkinen
Aluehankkeet
Etelä-Pohjanmaa
Hankintamenettelyt
Teollisuusalue
Pirkanmaa
Ympäristötutkimukset
Kauppa
Satakunta
Elinkaaritutkimukset
Satama
Oulu
Liikunta
Pääkaupunkiseutu
Suunnitteluprosessi ja
mitoitus
Maa- ja metsätalous
Kaakkois-Suomi
Kaivos
Keski-Suomi
UUMAn
emohanke
Tekniset vaatimukset ja
ympäristövaatimukset
-
Yritykset
Tekes
EU
Hankebudjetit
Aluehankkeisiin
osallistuminen
Julkinen rahoitus
Tekes, EU
Livi, YM
Muu rahoitus
6
TUHKAT MAARAKENNUSKÄYTÖSSÄ
1. Tiet ja kentät
• Tiet, kadut, kevyen liikenteen väylät
• Paikoitusalueet, teollisuusalueet
• Urheilukentät
•
•
•
Massiivituhkarakenteet
Seosaineena muiden sivutuotteiden kanssa mm. rikastushiekka,
kuitusavi, kipsi
Sideaineseosaine kerrosstabiloinnissa
2. Satamat ja meriväylät
• Pilaantuneiden tai pehmeiden sedimenttien stabiloinnissa
sideaineena tai seoksessa
• Satamakenttien rakennekerrokseen massiivi- tai seosaineena
• Kantavan kerroksen kerosstabilointiin
7
TUHKAT MAARAKENNUSKÄYTÖSSÄ
3. Massastabilointi
• Pehmeiden alueiden massastabiloinnin sideaineeksi /
sideaineseosaineeksi kaikkiin infrakohteisiin mm.
aluerakennushankkeet
4. Ympäristörakenteet
•
•
•
•
Meluvallit
Tulvavallit
Kaatopaikkojen ym. tiivisterakenteet
Kaivosjätteiden suojarakenteet
5. Happamien materiaalien neutraloiminen
• Sulfidisavet
• Happamat kaivosjätteet
8
ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUDEN
SIVUTUOTTEIDEN HYÖTYKÄYTÖSTÄ:
TUHKARAKENNE
Tie on hyvässä kunnossa
seitsemän vuotta
lentotuhkakorjauksen
jälkeen.
Kangasala, Savontie
peruskorjaus 1991
Perinteisellä menetelmällä
korjattu tieosuus seitsemän
vuotta korjauksen jälkeen
9
ESIMERKKEJÄ TEOLLISUUDEN
SIVUTUOTTEIDEN HYÖTYKÄYTÖSTÄ:
KUITUTUHKARAKENNE
Rajalantie Luopioisissa
ennen peruskorjausta
1996
Rajalantie kaksi vuotta peruskorjauksen jälkeen
Kuitutuhkarakenne on kestänyt
hyvin, halkeamia ei näy.
Kuitutuhkamateriaalia
Perinteisellä
menetelmällä korjattu
vertailuosuus on
halkeilut.
10
KEVYEN LIIKENTEEN VÄYLÄN UUDET
PINTARAKENTEET, KUKKIA CIRCLET
11
KUKKIA CIRCLET 2002
Valmis tie, jyrsinstabilointi
12
UUMA-RAKENNETUTKIMUKSET, KUKKIACIRCLET KUOHIJOKI-KYYNÄRÖ
UUMA-rakennetutkimukset: Kukkia Circlet, Kuohijoki-Kyynärö. Eri rakenteiden keskilujuudet.
Näytteet tien keskilinjalta.
13
12
11
v. 2003
v. 2004
v. 2006
9
8
7
6
5
4
UUMA-rakennetutkimukset: Kukkia Circlet, Kuohijoki-Kyynärö. Eri rakenteiden keskilujuudet.
Näytteet tien reunaosilta.
3
9,0
2
Rakenne A, LT6%+YSe4%
Rakenne B, LT6%+FTC4%
Rakenne E, LT3%+RPT3%+YSe4%
Rakenteet ja sideaineet
8,0
v. 2003
v. 2004
v. 2006
7,0
Puristuslujuus [MPa]
Puristuslujuus [MPa]
10
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
Rakenne A, LT6%+YSe4%
Rakenne B, LT6%+FTC4%
Rakenne E, LT3%+RPT3%+YSe4%
Rakenteet ja sideaineet
13
KESKI-SUOMEN UUMA
JÄMSÄN TUHKARAKENTAMISKOHTEET 2010
VUODEN 2010 TUHKARAKENTAMISKOHTEET
PITKÄNIEMEN SEKOITUSTYÖMAA
PITKÄNIEMEN SEKOITUSTYÖMAA AUMASEKOITUS
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
LÄHTÖTILANNE 19.5.2010
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
LEIKATTU TIERAKENNE
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) LENTOTUHKAN LEVITYS
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
STABILOINNIN RUNKOAINEEN LEVITYS
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
STABILOINNIN RUNKOAINEEN LEVITYS
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
JYRSINSEKOITUS JA TIIVISTYS
MT 16573 HIIDENMÄKI - VAHERI (HIMOS) –
VALMIS PÄÄLLYSTE
ECOROAD-PILOTTI VIHTOLA-JÄKKÖ 2006
MASSOJEN SEKOITUKSET
AUMASEKOITUKSENA
25
ECOROAD-PILOTTI VIHTOLA-JÄKKÖ 2006
RAKENTAMINEN
26
ECOROAD-PILOTTI TEUROISTENTIE 2006
RAKENTAMINEN
27
ECOROAD-PILOTTI TEUROISTENTIE 2006
RAKENTAMINEN
ECOROAD: RAKENNEVAIHTOEHDOT
Teuroisten kohteen mallilla
Periaaterakenteet: Kerrosstabilointi ja murskerakennevaihtoehdot
900
800
700
Päällyste
Tasaus / kantavan yläp.
Kantava
Muuta / vanhaa tierakennetta
600
500
400
300
200
100
0
VE1 Tuhkastabilointi
VE3 Murskerakenne+lujitekangas
29
KESTÄVÄÄ KEHITYSTÄ EDISTETÄÄN
ELINKAARITARKASTELUILLA, HANKKEEN VALINTOJA OHJAA
ELINKAARITARKASTELU LCC, LCA
Uusiutumattomien luonnonvarojen käyttö ratkaisujen materiaalisisällön perusteella
(tonnia/tie-km)
Vaihtoehtojen VE1 ja VE2 materiaalikuljetus ten vaikutus ilmaston lämpenemispotentiaalina
[tonnia CO2-ekv/TY]
6 000
Muu
Kallioaines
10
5 000
4 000
5
3 000
2 000
0
VE1 Tuhkastabilointi
VE2 Murskerakenne
1 000
Materiaalien kuljetusten vaikutus ilmaston
lämpenemispotentiaalina [t (CO2-ekv)/tie-km]
Rakenne
Ympäristöindikaattorit
Kust.
Yht.
painotet
tuna
LV
GWP
E
Yht.
Murske
1
4
2
7
8
8
Tuhkastabilointi
5
3
5
13
15
14
Kuitutuhka
4
2
4
10
11
11
RH + tuhka
3
2
3
8
11
10
0
VE1 Tuhkastabilointi
VE2 Murskerakenne
Ratkaisuvaihtoehtojen VE1 ja VE2
materiaaleihin perustuva luonnonvarojen käyttö
[tonnia/tie-km]
LV = Luonnonvarojen käyttö (uusiutumattomat)
GWP = Ilmaston lämpemispotentiaali
E = Energian kulutus
RH+tuhka = Rikastushiekka + tuhka
(massiivirakenne)
30
DEVELOPMENT OF
MASS STABILISATION TECHNOLOGY
• The mixing drum of ALLU Stabilization System
• The mass stabilization system of ALLU
31
MASS STABILISATION
• Working stages
VUOSAARI HARBOUR, MASS STABILISATION
OF TBT-SEDIMENT, 2005-2006
Test basin
Sedimentlagoons
33
BINDER RECEPTATION
• Results of a leaching test
Cumulative solubility of TBT
Modified diffusion test
16.9.2005
1,0
SR-cement
0,9
Cumulative lsolubility
2
[mg/m ]
0,8
0,7
CEM II B - cement
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
SR-cem+fly ash+desulfication waste
0,1
0,0
0
10
20
30
40
50
Days after starting the test
60
SR-cement+fly ash
Unstabilised
70
80
90
100
CEM II B-cement+ fly ash
34
NEW HARBOUR IN VUOSAARI, HELSINKI,
2008
35
36
EFFECT OF THE E-MODULUS OF A STABILISED
BASE COURSE TO THE THICKNESS OF THE
COVERING COURSE AND THE COSTS.
Price of stabilised structure
40,00
'Saving'
35,00
Thickness of asphalt layer
Price [€/m2]
30,00
200
175
150
25,00
125
20,00
100
Price of conventional
structure 39,16 €/m2
15,00
75
10,00
5,00
50
0,00
25
-5,00
0
500
1000
1500
2000
Thickness of asphalt layer [mm]
225
45,00
0
2500
E-modulus (stabilisation) [MPa]
37
THE SITEMAP OF THE PILOT STRUCTURES,
60000 M2
38
CONSTRUCTION OF THE PILOT STRUCTURE
storage stacks
stationary multimode mixer
39
CONSTRUCTION OF THE PILOT STRUCTURE
asphalt spreading machine
stabilising cutter
40
THE COMPLETED PILOT STRUCTURE (60 000 M2)
READY FOR USE, CONSTITUTING 4 % OF THE
HARBOUR FIELD (150 HECTARES).
41
STABILISATION OF CONTAMINATED
DREDGED MASSES WITH FLY ASH BINDER
ADMIXTURE
42
MAP OF THE CONTAMINATED AREAS IN THE
RIVER AURA
Highly
contaminated
sediments
Contaminated
sediments
Contaminated
sediments
43
BINDER RECEPTATION
1-axial compression strenght [kPa]
• It is very effective and economical to use industrial by-products. In the
case of the river Aura the most effective by-products combined with
cement are coal fly ash, blast-furnace slag and oil shale ash.
600
Yleis = General cement
PKT = Estonian oil shale fly ash
Pika = Rapid cement
KJ =Blast-furnace slag
LT = coal fly ash
Duration of curing 90 d, +8°C
500
Duration of curing 180 d, +8°C
400
300
200
Addition of PKT 150
3
250 kg/m
Target level 100 kPa
100
0
Yleis50 +
PKT150
Yleis50 +
PKT200
Yleis50 +
PKT250
Yleis200
Yleis250
Pika45 +
KJ105 +
LT100
Pika70 +
KJ150 +
LT100
3
Amount of binder(s) [kg/m ]
44
TRANSPORTATION ROUTE OF THE
SEDIMENTS, PANSIO LAGOON
45
Image size: 7,94 cm x 25,4 cm
PIANC AGA TECHNICAL SEMINAR 27.5.2009
IN-SITU STABILISATION OF
CONTAMINATED SEDIMENTS IN
FINLAND – CASE AURAJOKI
CASE KOKKOLA
DEEP PORT
RAILWAY YARD
SILVERSTONE PORT
GENERAL PORT
STABILOINTIALLAS ENNEN
STABILOINTIA
48
KÄYTETTY RESEPTI:
LENTOTUHKA 150-200 KG/M3
49
KENTTÄTESTAUKSEN TULOKSET, VUOSI
STABILOINNIN JÄLKEEN
50
YLIJÄÄMÄMAIDEN HYÖTYKÄYTÖN PILOTTIKOHTEITA
PÄÄKAUPUNKISEUDULLA, ABSOILS
- ABSOILS-projekti
- Pilottikohteita
Z
LIFE+2009 YMPÄRISTÖ HANKE
LIFE09 ENV/FI/575
Sustainable methods and processes to convert abandoned lowquality soils into construction materials. Demonstration project in
Finland. (ABSOILS)
Heikkolaatuisten ylijäämämassojen hyödyntäminen
maarakentamisessa kestävän kehityksen mukaisesti
3. JÄTKÄSAARI I JA II, SEDIMENTTIEN
MASSASTABILOINTI ALTAISSA 2011 JA 2012
53
2. PERKKAA, ESPOO, KOIRA-AITAUS,
PENGERTÄYTTÖ STABILOITAVALLA SAVELLA,
V. 2012-2013
54
TULOKSIA TUHKIEN YMPÄRISTÖKELPOISUUDEN MUUTTUMISESTA ERI
KÄSITTELYISSÄ JA SOVELLUTUKSISSA
• Tuhkan vanhentaminen
• Tuhkan tiivistäminen
• Tuhkan stabilointi
• Seosaineiden lisääminen tuhkaan
TUHKAN VANHENTAMISKOKEEN
TULOKSIA
Lähtötilanne: tuoreen, kuivan LT:n bariumin
liukoisuus ylittää päällystetyn rakenteen raja-arvon
Tulos: 1 kk vanhentamisjakson jälkeen liukoisuus
laskee alle peitetyn rakenteen raja-arvon
TUHKAN TIIVISTÄMISEN TULOKSIA
• Tuhka tiivistetään tavoitevesipitoisuudessa ilman
sideainelisäystä
• Ravistelutestiä varten näyte murskataan uudelleen
UUMA 2 –ORGANISAATIO
30.11.12
OHJAUSRYHMÄ
Puheenjohtaja
+ rahoittavat tahot
Strategia, rahoitus, toteutuksen ohjaus, tiedonvälitys
sidosryhmiin/hankkeisiin, hankkeen tukeminen
TYÖVALIOKUNTA
UUMA2 –hankkeen käytännön toteutuksesta
vastaaminen ohjausryhmän päätösten
mukaisesti
Teollisuuden
tuotekehitysprojektit
Materiaalit
Sovellutukset
Logistiikka
Varastointi
Rakentaminen
Laitteistot
Laadun ohjaus
Tiedonjako
WWW-sivut
Ohjeet
Seminaarit
Demohankkeet
Aluehankkeet
T&K
Väylät
Savo-Karjalan UUMA
Julkinen
Aluehankkeet
Etelä-Pohjanmaa
Hankintamenettelyt
Teollisuusalue
Pirkanmaa
Ympäristötutkimukset
Kauppa
Satakunta
Elinkaaritutkimukset
Satama
Oulu
Liikunta
Pääkaupunkiseutu
Suunnitteluprosessi ja
mitoitus
Maa- ja metsätalous
Kaakkois-Suomi
Kaivos
Keski-Suomi
UUMAn
emohanke
Tekniset vaatimukset ja
ympäristövaatimukset
-
Yritykset
Tekes
EU
Hankebudjetit
Aluehankkeisiin
osallistuminen
Julkinen rahoitus
Tekes, EU
Livi, YM
Muu rahoitus
58
UUMA2 -KEHITTÄMISALUEET
1. Materiaalien tuotekehitys ja tuotteistus
Tekninen kelpoisuus
Ympäristökelpoisuus
Materiaalituotanto: logistiikka, varastointi
Sovellutukset
2. Rakentamisen teknologiakehitys
3. Suunnittelun kehittäminen
4. Hankinnan kehittäminen
5. Ympäristölainsäädännön kehittäminen
UUMA2 -TOTEUTUS
1. Tuotekehitysprojektit
2. Demonstraatiohankkeet
3. Aluehankkeet
4. T&K (suunnitteluprosessit, mitoitus, hankintamenettelyt,
ympäristölainsäädännön edellyttämät tutkimus- ja
kehittämistoimet)
5. Tiedon jakaminen (ohjeet, web-sivut, seminaarit, tiedon siirto
oppilaitoksiin)
UUMA 2 –TOTEUTUS
1. Tuotekehitysprojektit
UUMA2 -TOTEUTUS
2. Demonstraatiohankkeet
Roves
Sampaanalanlahti
UUMA2 -TOTEUTUS
3. Aluehankkeet
• UUMA2-demonstraatiohankealueet voivat noudattaa ELYkeskusten aluejakoa. Hankealueita on 9 kpl lisättynä
pääkaupunkiseudulla, eli yhteensä 10 hankealuetta.
UUMA2 -TOTEUTUS
4. T&K
SATAMAT
KESTÄVÄÄ KEHITYSTÄ EDISTETÄÄN KOKONAISVALTAISELLA MASSOJEN HYÖTYKÄYTÖN
KOORDINOINNILLA
”MITÄÄN EI HEITETÄ HUKKAAN”
Edellyttää hankkeessa
• Materiaalitutkimukset hankkeen alkuvaiheessa, myös
huonolaatuiset ylijäämämaat /pimat ja niiden
hyötykäytön tutkimukset
• Kokonaisvaltainen massojen koordinointi ja logistiikan
suunnittelu
• Hyvälaatuisten materiaalien oikea hyödyntäminen ja
tarvittaessa myynti toiseen hankkeeseen
• Materiaalien jalostamisen ja stabilointien suunnittelu
• Alueen ympäristössä muodostuvien materiaalien /
teollisuuden sivutuotteiden hyödyntäminen
64
UUMA2 -TOTEUTUS
5. Tiedon jakaminen
Esimerkkinä energiantuotannon
sivutuotteiden synty, paikkatieto
UUMA 2-OHJELMAN AIKATAULU
2012
2013
2014
2015
2016
2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12
2
4
2017
6 8 10
Hankkeen organisointi
Demohankkeiden haku ja
organisointi
Demohankkeiden suunnittelu,
toteutus ja seuranta
Tuotteistushankkeet
T&K-hankkeiden suunnittelu ja
organisointi
T&K-hankkeiden toteutus
Ohjeiden laadinta
Seminaarit:
*valtakunnalliset
x alueelliset
Web-sivut
Ohjausryhmä
*
x
*
x
*
x
*
x
*
x
*
12
TUHKIEN HYÖTYKÄYTTÖ MAARAKENTAMISESSA
Mitä voimalaitoksen tulisi tehdä
I
Lähtötilanneselvitys
Tuhkan
•Ympäristöominaisuudet
•Tekniset
soveltuvuustutkimukset
II
Alueella muodostuvat
muut materiaalit
mm. rikastushiekka,
kuitusavi, kipsi
Yhteistyön rakentaminen
Rakennuttajat
Urakoitsijat
Mahdolliset
materiaalitoimijat
•LIVL, ELY-keskukset
•Maarakennus
•Kunnat
•Sekoitus ja varastointi
•Jäteyhtiöt
•Satamat, lentokentät
•Kuljetus
•Materiaaliliikeyrittäjät
•Teollisuus, kauppa
III
Maarakentamistarpeet
alueella tuhkan
hyötykäytön kannalta
Ympäristölupaviranomaiset
Hyödyntämiskohteiden haku ja toteutus
•Kohteiden
Kohteiden selvittäminen ”tuhkavaihtoehto”: tekninen ja taloudellinen hyöty,
ympäristöhyödyt
•Tuhkan käsittely ja logistiikka
•Pilotoinnit
•Hankkeiden suunnittelu – toteutus - laadunseuranta
67
KIITOS