Valimohiekan tekniset ominaisuudet ja uusiokäyttö maarakentamisessa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-10-21
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Geoengineering (GEO)
Language
fi
Pages
71 + 33
Series
Abstract
Viime vuosina voimaan astuneet lakimuutokset ovat haastaneet Suomen valimoteollisuutta selvittämään uusia toimintamalleja ja käyttökohteita jätteeksi luokiteltujen sivuvirtojen loppusijoittamiseksi. Loppusijoittaminen määräaikaisten ympäristölupien varaisille maakaatopaikoille on tullut tiensä päähän ja samanaikaisesti rakentamista koskeva lainsäädäntö alkanut huomioimaan yhä enemmän uusiomateriaaleja sallimalla niiden käyttöä. Valtioneuvoston vuonna 2018 voimaan astunut asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa 843/2017 sallii valimohiekkojen käyttämisen väylä- ja kenttärakenteissa sekä teollisuus- ja varastorakennusten pohjarakenteissa ilmoitusmenettelyllä. Tämä diplomityö on osa ”Kiertovalu” tutkimushanketta, jonka tavoitteena on valimoiden jätteiden hallinta ja sivuvirtojen tuotteistaminen. Päätavoitteet tämän diplomityön tutkimukselle ovat valimohiekkojen teknisten ominaisuuksien selvittäminen laboratoriokokein ja analysoida koetulosten perusteella soveltuvuutta tien päällysrakenteen suodatinkerrokseen rakeisena materiaalina sekä sideaineella sidottuna kantavaan kerrokseen. Työssä on katsaus Suomessa ja kansainvälisesti aiemmin tehtyihin tutkimuksiin valimohiekkojen uusiokäyttöön liittyen tie- ja katurakenteissa ja penkereissä, kaatopaikkarakenteissa ja muissa uusiokäyttökohteissa. Materiaaleina tutkimuksessa käytettiin käytetyn valimohiekan lisäksi kivituhkaa ja kalliomursketta sekä sideaineina pikasementtiä, kivihiilen polton lentotuhkaa, Ecolan uusiosideainetta ja biotuhkaa. Rakeiselle valimohiekalle määritettiin rakeisuus, maksimikuivairtotiheys ja optimivesipitoisuus parannetulla proctor-kokeella, kiintotiheys, vedenimukyky, pH-arvo, kapillaarinen vedenimeytyminen, vedenläpäisevyys, hehkutushäviö, huokosluku, kitkakulma ja koheesio rasialeikkauskokeella sekä routanousukoe. Sideaineilla sidottuja valimohiekkaseoksia valmistettiin kolmea eri seostyyppiä: sideaineilla sidotut valimohiekkaseokset, pikasementillä sidotut valimohiekan ja kivituhkan seokset sekä sideaineilla sidotut valimohiekan ja kalliomurskeen seokset. Kaikille sidotuille valimohiekkaseoksille määritettiin yksiaksiaalisella puristuslujuuskokeella puristuslujuuskestävyys ja sideaineilla sidotuille valimohiekan ja kalliomurskeen seoksille pH-arvot. Lisäksi määritettiin tutkimuksessa käytettyjen sideaineiden taivutusveto- ja puristuslujuudet sekä pH-arvot. Tämän diplomityön tutkimustulosten perusteella tutkittu valimohiekka on soveltuva materiaali tien päällysrakenteen suodatinkerrokseen rakeisena materiaalina. Sideaineilla sidotuista seoksista ainoastaan valimohiekan ja kalliomurskeen seokset saavuttivat kantavalle kerrokselle laatuvaatimuksissa annetut puristuslujuuden tavoitearvot.Finnish foundry industry has been challenged to rethink new ways to handle secondary material flows from foundry processes. Secondary flows from foundries have been conventionally disposed to industrial landfills as restwaste, but recent changes in legislation prohibit foundries applying extensions to environmental permits for industrial landfills. However, legislation concerning construction business has become more permissive on the utilization of secondary flows from industries in general. At the beginning of 2018, waste foundry sand was included in Finnish regulation concerning the use of secondary products and waste materials in earth construction. This thesis is part of national “Kiertovalu” research program, where focus is to improve foundry waste management and productise secondary flows. The main focus of this thesis study is to determine technical properties of foundry sand by laboratory tests and evaluate applicability in earth construction, especially in road pavement where high technical quality is required. Both unbound and bound waste foundry sand are evaluated for applications in filter layer and base layer respectively. Earlier research studies done in Finland and internationally about waste foundry sand applications in roadway and embankment construction, landfill construction and other applications are discussed in literature review. In addition to waste foundry sand, materials used in this research are quarry fines and crushed rock together with binders: cement, coal ash, Ecolan stabilizer and bioash. Following laboratory tests were carried out to unbound waste foundry sand: gradation, maximum dry density and optimum water content by modified proctor test, specific gravity, water absorption, pH, capillary rise, water permeability, loss on ignition, void ratio, friction angle and cohesion, and frost heave test. Three different bound waste foundry sand mixtures were prepared: waste foundry sand stabilized with binders, waste foundry sand and quarry fines stabilized with cement, and waste foundry sand and crushed rock stabilized with binders. Unconfined compressive strength test was performed to all bound mixtures and determination of pH for mixtures with waste foundry sand and crushed rock with binders. Additionally, flexural and compressive strength were tested plus determination of pH for all binders. In conclusion, results obtained from the laboratory tests for unbound waste foundry sand confirm that it is technically suitable material for filter layer in pavement structure. Compressive strengths of bound mixtures indicate that only waste foundry sand and crushed rock together with binders fulfills the set requirement for bound base layers in national guideline.Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, LeenaThesis advisor
Zhang, YinningSappinen, Tommi
Keywords
valimohiekka, uusiomateriaalit, päällysrakenne, suodatinkerros, kantava kerros