Uusiomateriaaleista sullotun maan tekniikalla valmistettu meluseinäkoerakenne

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-03-21
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
fi
Pages
89 + 39
Series
Abstract
Kierrätysmateriaalien käyttö rakennusteollisuudessa on elintärkeää kestävän kehityksen kannalta. Tässä työssä on tutkittu pääkaupunkiseudulla syntyvien uusiomateriaalien soveltuvuutta sullotun maan tekniikkaan. Työn tavoitteena oli selvittää, voidaanko uusiomateriaaleja käyttää sullotun maan tekniikalla valmistetussa rakenteessa. Perinteisessä sullotun maan tekniikassa (Rammed Earth) kosteaa luonnon maa-ainesta tiivistetään muotin sisään. Tiivistetty maa-aines muodostaa seinämän, jonka ympäriltä voidaan purkaa muotit heti tiivistystyön jälkeen. Sullotun maan tärkeimpänä ominaisuutena pidetään sen puristuslujuutta. Tässä työssä perinteisesti menetelmässä käytetyt luonnon maa-ainekset on korvattu uusiomateriaaleilla. Uusiomateriaaleja on käytetty työssä sekä side-, että runkoaineina. Työssä sideaineina käytetyt uusiomateriaalit ovat kivihiilenpolton lentotuhka sekä biopolton lentotuhka. Uusiomateriaaleista runkoaineksina on käytetty betonimursketta, käsiteltyä yhdyskuntajätteenpolton pohjakuonaa sekä rakenteesta kaivetun lentotuhkan ja rikinpoiston lopputuotteen seosta. Sullotun maan tekniikkaa varten valmistetuissa massoissa on käytetty aktivaattorina myös pieniä määriä sementtiä, mutta sementin osuus kuiva-aineiden massasta on painoprosentteina vain 2–3 % luokkaa. Uusiomateriaalien käyttöä sullotun maan rakenteessa tutkittiin tekemällä koerakenne Helsingin Konalaan. Koerakentamista varten työssä tehtiin kirjallisuuskatsaus, jonka tarkoituksena oli edistää koerakenteen ja -rakentamisen suunnittelua. Laboratoriokokeissa havaittiin, että massan vesipitoisuus on yksi menetelmän tärkeimmistä parametreistä, jolla voidaan vaikuttaa oleellisesti rakenteen ominaisuuksiin. Laboratoriokokeissa sekä koerakentamisen aikana valmistettujen koekuutioiden puristuslujuudet vaihtelivat 0,43–11,85 MPa:n välillä. Puristuslujuuden määrittämiseksi koekappaleita valmistetiin 3 kpl / koesarja. Koekuutiosarjojen rinnakkaiskoekappaleiden välillä havaittiin jonkin verran hajontaa, mikä johtuu osittain koesarjan kappaleiden rajallisesta lukumäärästä ja haasteista koekappaleiden tekemisessä, mutta myös toisaalta indikoi sullotun maan tekniikalla valmistettujen rakenteiden laadun ja ominaisuuksien hajonnasta. Koekappaleiden laadullinen hajonta kertoo menetelmän alttiudesta työssä syntyville virheille, jotka liittyvät suurimmilta osin massan sekoittamiseen, vesipitoisuuteen, sekä käytettyyn tiivistystekniikkaan. Jos edellä mainittujen seikkojen kanssa tehdään virheitä, voidaan se havaita materiaalin heikentyneinä ominaisuuksina, kuten laskeneena puristuslujuutena. Koerakenne onnistui tähän mennessä saatujen kokemusten perusteella hyvin, mutta tuotteistamista varten menetelmällä rakentaminen vaatii vielä optimointia voidakseen toimia kilpailukykyisenä menetelmänä nykypäivän kehittyneille rakennusmateriaaleille sekä -tekniikoille. Uusiomateriaaleja käytettäessä menetelmä sopii parhaiten yksinkertaisiin ei- kantaviin rakenteisiin, kuten meluseiniin, joilta ei vaadita korkeita rakennusteknisiä ominaisuuksia, kuten suurta puristus-, veto-, tai leikkauslujuutta. Kun sullotun maan menetelmässä käytetään uusiomateriaaleja, on menetelmän suurimpana hyötynä rakenteen erittäin pieni hiilijalanjälki verrattuna esimerkiksi betoniin.

The use of recycled materials in the construction industry is critical to sustainability. This thesis investigates the suitability of recycled materials generated in Helsinki metropolitan area for rammed earth technology. The aim of the study was to find out whether recycled materials can be used in rammed earth structure. In the traditional rammed earth technique, moist natural soil is compacted inside the formwork. Compacted soil immediately forms a solid wall, which allows the dismantling of the formwork straight after compaction. The most important property of the rammed earth method is considered to be its compressive strength. In this study, traditionally-used natural soil is replaced with recycled materials. These recycled materials were used in the rammed earth structure as binders and aggregates. Recycled materials used in this work as binders are fly ash from coal burning and fly ash from biofuel burning. The aggregates used were also made from recycled materials. These included crushed concrete, treated slag from municipal waste incineration and a mixture of fly ash and desulphurization products excavated from the soil structure. In this study, small amounts of cement were also used as an activator in the mass, but the proportion of cement in the dry matter mass was only in the order of 2-3 % by weight. To investigate the uses of recycled materials in the rammed earth technique, a test structure was constructed in Konala, Helsinki. A literature review was conducted to support the design of the experimental structure and construction itself. Laboratory experiments showed that the water content of the mass is one of the most important parameters of the method, which can substantially affect the properties of the structure. The compressive strengths of the test cubes prepared in the laboratory experiments and during the construction range from 0,43-11,85 MPa. To determine the compressive strength, 3 test specimens / test series were prepared. Some scattering was observed between the test specimens in each test series, which could be partly caused by the limited number of the test specimens in the series. However, the scattering results also indicate the variability in the quality and properties of rammed earth structures. The qualitative scattering of the test results indicates the susceptibility of the method to errors in the construction work, which are mostly related to the mixing of the mass, the water content, and the compaction technique used. If errors are made with above, it can be seen in the degraded properties of the material, such as decreased compressive strength. Based on the experience gained so far, the experimental structure was successful. However, for commercialization, construction using the rammed earth technique still requires further optimization to serve as a competitive material for today’s advanced building materials and techniques. When using recycled materials, the method is best suited for simple non-load-bearing structures. This includes, for example, noise walls, which do not require high structural properties of the material, such as high compressive, tensile or shear strength. When the rammed earth method is applied using recycled materials, its benefit is very small carbon footprint of the structure compared to e.g., concrete.
Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, Leena
Thesis advisor
Gustavsson, Henry
Forsman, Juha
Keywords
sullottu maa, rammed earth, uusiomateriaalit, koerakenne
Other note
Citation