Utvärdering av ett försök med flyg- och bottenaska som vägmaterial

Transkript

1 Utvärdering av ett försök med flyg- och bottenaska som vägmaterial Rapport provväg BD694 Vitåfors-Töre Johan Ullberg, Vägverket Region Norr Ulrika Wikström, WSP Samhällsbyggnad

2 Titel: Rapport provväg BD694 Vitåfors-Töre Medverkande: Johan Ullberg, Vägverket Region Norr, Ulrika Wikström, WSP Samhällsbyggnad, Umeå Utgivningsdatum: Utgivare: Vägverket Region Norr Kontaktperson: Johan Ullberg

3 Utvärdering av ett försök med flyg- och bottenaska som vägmaterial Rapport provväg BD694 Vitåfors-Töre Johan Ullberg, Vägverket Region Norr, Luleå Ulrika Wikström, WSP Samhällsbyggnad, Umeå

4 1. Introduktion Denna rapport utgör ett försök till beskrivning av de tekniska egenskaperna hos flyg- och bottenaska använda i ett vägobjekt. Data bygger på resultaten från provvägen BD694 Vitåfors-Töre. Rapporten är skriven av Ulrika Wikström på WSP Samhällsbyggnad i Umeå och Johan Ullberg på Vägverket Region Norr i Luleå. De miljömässiga egenskaperna hos materialen omfattas inte av denna rapport utan behandlas i en parallell skrift, Miljögeoteknisk bedömning av vägkonstruktion med grus, Mesa, bottenaska och flygaska. Luleå och Umeå Ulrika Wikström Johan Ullberg 2

5 1. Introduktion Sammanfattning Inledning Bakgrund Syfte Metod Provvägen Geografisk lokalisering Geologi och hydrologi Materialens sammansättning Bottenaska Flygaska Fältarbete Förundersökningar i fält Provsträckornas uppbyggnad och placering Bottenaska Flygaska Mesa Uppföljning Bärighetsegenskaper Driftsegenskaper Provgropsgrävning Slutsatser Bärighet Produktion Drift Sammanfattande slutsatser och vidare arbete Källor

6 2. Sammanfattning En provväg med materialen flygaska, bottenaska och Mesa från skogsindustrin byggdes 2001, på grusvägen mellan Vitåfors och Töre. Bygget föregicks av laboratorieundersökningar av materialen och tänkt materialsammansättning. Denna rapport redovisar vägtekniska resultat, miljöuppföljningen beskrivs i [5]. Bottenaskan lades som ett materialskiljande lager, flygaskan skulle stabilisera befintlig överbyggnad och Mesan blandades in i tillfört grusslitlager. Uppföljning utfördes med hjälp av dels visuella observationer, dels fallviktsmätning. Det visade sig att för att ta till vara de potentiella bärighetshöjande effekterna som otvivelaktigt finns hos flygaskan, måste man utföra konstruktionen något annorlunda. Vägens tunna konstruktion och svaga övriga ingående material medförde att styvheten hos det stabiliserade lagret inte kunde utnyttjas fullt ut. Det är sannolikt att man på en grusväg med något högre bärighet bättre skulle tillgodogöra sig bindningseffekterna. Bottenaskan undersöktes inte ur bärighetssynpunkt, utan var tänkt som materialskiljande lager. Detta har fungerat bra, vid en provgrävning 2005 visade det sig vara ett tätt lager. Mesan gav inte någon tydlig bärighetseffekt, men har här och på andra ställen visat sig ge goda driftsegenskaper. Man måste också utveckla en bättre metod för inblandningen av flygaskan. Inblandningen utfördes genom att en grävmaskin med skopan blandade utlagd aska med det befintliga vägmaterialet. Detta gav mycket dammning, med därav följande arbetsmiljöproblem och är dessutom inte rimligt att utföra i större skala. Bottenaskan däremot kan mycket väl hanteras på det sätt som gjordes i projektet. Driftmässigt visade det sig att Mesan gav det bästa resultatet, men flygaskesträckorna fungerade också väl. Båda binder ytmaterialet, vilket gör att åtminstone för Mesan kan hyvlingen minskas. 4

7 3. Inledning 3.1. Bakgrund Vid arbetet med tillverkning av pappersmassa kan inte allt från vedråvaran användas i produktionen. Det blir över barkspill, kvistar, träspill m.m. Eftersom detta material utgör ett utmärkt bränsle, eldas det i energipannorna på pappersbruken. Vid eldning uppstår olika askor. Dels bottenaska, dvs. det material som återstår i botten av härden. Bottenaskan består ofta även av grus och sand som följt med vedråvaran, och som inte är brännbar. Dels uppstår också flygaska, den aska som är så finkornig att den följer med rökgaserna. Denna flygaska samlas i olika filter. Eftersom det inte är alldeles enkelt att ta hand om sådana askor hamnar en stor del även på deponi, med därav följande deponiavgifter och lokaliseringsproblem. Skogsindustrin kontaktade därför Vägverket för att utröna huruvida det fanns möjlighet att dessa askor skulle kunna användas i vägbyggnadssammanhang. I processen uppstår dessutom Mesa, vilket är en rest från sulfatfabrikernas kemikalieåtervinning. Till största delen består materialet av kalciumkarbonat CaCO 3. Mesa har under ett antal år använts som inblandning i grusslitlager på vägar inom Norr- och Västerbotten, som ett bindande material. Detta har medfört att en klar minskning av driftsåtgärder har skett. Behovet av underhåll i form av hyvling under barmarkssäsongen har närmast halverats på vägar som behandlats med Mesa. [8] 3.2. Syfte Vägverket Region Mitt hade tidigare provat att använda aska i en provsträcka i en belagd väg, riksväg 90 delen Skarped-Näsåker. Syftet med undersökningarna inriktades därför på att se om det med hjälp av askan skulle vara möjligt att förbättra en befintlig grusväg Metod I ett initialskede gjordes laboratoriebestämningar av materialens kemiska och fysikaliska egenskaper. Detta utfördes på Luleå Tekniska Universitet, se [9] och nedan avsnitt 5. Man kan sällan ta ett resultat från ett laboratorium och direkt tillämpa det i fält, till exempel så går det inte att bedöma hur materialet kan hanteras i större skala. I projektet ingick därför att bygga en provväg. Vid planeringen av provvägen utgick man från resultaten av laboratorieundersökningarna. Då flygaska när det befuktas har en bindande effekt, (vilket laboratorieundersökningarna bekräftade) valdes att utnyttja denna egenskap för att förbättra lager nära ytan. Bottenaskan å andra sidan skulle utnyttjas som ett materialskiljande lager på en sträcka med sämre terrass. Resterande del av vägen behandlades med Mesa, genom att tillfört slitlager blandades med detta material. 5

8 4. Provvägen 4.1. Geografisk lokalisering Vitåfors Töre Figur 4.1 Provvägens placering Väg 694 är en grusväg som går mellan väg 691 i Vitåfors och väg 706 i Töre. Sträckan är 13,8 km och är grusväg, förutom ca 600 meter närmast Töre. Bredden är ca 5 meter. Trafiken är mycket låg, 1995 uppmättes den till 50 fordon/dygn. Inga tunga fordon noterades i denna mätning, så man kan anta att tunga fordon förkommer endast sporadiskt, vilket också stämmer med iakttagelser vid olika besök på provsträckorna. Tabell 4.1 Tjälnedsättning Vägen är klassad som BK 2 men sätts dessutom ned ytterligare för tung trafik under tjällossningen, se tabell 4.1. Det kan noteras att denna vägsträckning är mycket gammal. I en sammanställning på hur kustlandsvägen gått vid olika tidpunkter så ser man att delen Vitåfors - Töre fram till talet användes både som vinterväg och sommarväg. På en karta från 1860 så är denna väg ersatt av vägen Råneå - Jämtön - Töre. Vägen Vitåfors - Töre återkommer på 1940 års karta och blev sannolikt då rustad för att klara biltrafik. [1, 2] När man åker vägen kan man mycket väl tänka sig att sträckningen är mycket gammal. Vägen följer landskapet, och i stället för alltför mycket arbete vid svårare passager, såsom myrar och liknande, är det hellre en längre kurva än en rak men dyrare vägbank. År Antal dygn med nedsatt belastning

9 4.2. Geologi och hydrologi Vägen går mestadels genom barrskog, enbart i början och i slutet förekommer bebyggelse. Större delen vilar på morän, men kortare inslag av sjösediment förkommer också. Provsträckan med bottenaska vilar i huvudsak på finmaterial men i närheten finns den mer allmänt förekommande moränen. Provsträckan med flygaska vilar på morän. [4] För båda sträckorna gäller att vattenströmningen går från nord (nordost) mot syd (sydväst), dvs. i mätriktning från vägens vänstra till dess Figur 4.2 Provvägen vid ca sektion 5/200 (referens och bottenaska) högra sida. Ungefär halva det berörda området avvattnas mot Vitån och Vitåfjärden, medan resten avvattnas mot havet vid Törefjärden. 5. Materialens sammansättning Generellt innehåller vedaskor framförallt karbonater, fosfater och sulfater av kalium, kalcium, magnesium och järn. Vidare innehåller vedaskan små kvantiteter metaller, främst mangan och zink. Metallhalten varierar med träslag och markförhållanden. [7] För att kontrollera materialen gjordes en omfattande laboratorieundersökning [9]. I denna ingick dels en bedömning av materialets tekniska egenskaper, såsom härdningsegenskaper, kornsammansättning, sprödhetstal. Dessutom utfördes undersökningar av miljöegenskaper, för detta hänvisas till rapporten [5] Bottenaska Bottenaska är det material som lägger sig på botten i pannan efter förbränning. Bottenaskan innehåller större partiklar med högre densitet än övriga typer av askor. Partikelstorleken hos bottenaskan motsvarar den hos grusig sand till grus. I Sverige har man använt bottenaska som bankfyllnadsmaterial under senare år, i Finland däremot har kolbottenaska använts i flera olika sammanhang sedan 1970-talet. [3] I detta fall består bottenaskan till största delen av SiO 2 och Ca. Ämnen som överstiger Naturvårdsverkets riktvärden för känslig respektive mindre känslig markanvändning är Cd, Ni och Zn. Kompaktdensiteten är omkring 2,8 t/m 3. Kornstorleksfördelningen visar att materialet skulle kunna beskrivas som sandigt grus eller grusig sand. 7

10 Undersökningarna visar också att materialet är känsligt för tjäle. Frys-tö-försök visar att tryckhållfastheten minskar med %, vilket är en kraftig påverkan Flygaska Flygaska är oförbrända rester från ett bränsle, till exempel som i detta fall träspill. Askan utgörs av små och lätta partiklar, stoft, vilket innebär att de i en pannanläggning följer med rökgaserna upp i skorstenen. Väl i skorstenen fångas de största delarna av flygaskan upp i olika filter, cykloner, elektrostatiska stoftavskiljare m.m. [7] Partikelstorleken hos flygaskan är jämförbar med silt. Kolflygaska har låg densitet och är självhärdande. Med anledning av den låga densiteten är flygaskan lämplig som fyllnadsmaterial på mark med låg bärighet. I Finland har flygaska från kolförbränning använts som ett konstruktionsmaterial sedan 1960-talet, främst som fyllnadsmaterial och i bullervallar. För att erhålla god homogenitet och styrka skall flygaskan förvaras torrt och fuktas först vid användandet. [3] Figur 5.1: Provvägen vid sektion 7/600 (flygaska) Flygaskan består i detta fall till största delen av SiO 2 och Ca. Ämnen som överstiger Naturvårdsverkets riktvärden för känslig respektive mindre känslig markanvändning är Cd, Ni och Zn. Skrymdensiteten är omkring 0,46 t/m 3 för torr och 0,96 t/m 3 för våt aska. Askan klassificeras kornstorleksmässigt som sandig silt. Försöken att i laboratorium bestämma härdningsegenskaperna hos materialet (aska+vägmaterial) visade att man får den bästa effekten om man använder torr aska, till skillnad mot tidigare befuktat torkat material. Den härdande effekten har där till stor del redan förbrukats. Dock är det så att den resulterande styvhetsmodulen varierar kraftigt mellan olika provkroppar, vilket visar att blandningens kvalitet har stor betydelse. E-modulerna (elasticitetsmodulen, styvhetsmåtten) i laboratorium visade att en 45 % -ig askinblandning gav en medelmodul på 1360 MPa och den 70 % -iga en modul på 1530 MPa. 6. Fältarbete 6.1. Förundersökningar i fält För att få en bild av hur vägen såg ut innan åtgärd utfördes olika undersökningar. Prov togs på vatten och jord, mer om detta i [5]. 8

11 Fallviktsmätning utfördes för utvalda sträckor, närmare bestämt sektion 1/105-1/395 och 7/305-7/695. Den första delen avsågs kontrollera Mesan och den senare flygaskan. Eftersom vägen är smal antogs det att skillnaden höger/vänster inte var stor. Därför utfördes mätningen i enbart en riktning, i höger hjulspår i mätriktningen. Punktavståndet valdes till 10 meter, och mätningen utfördes med nominella kraften 50 kn. Sträckorna befästes med stakkäppar ytterslänt/släntkrön i sektion 1/105 och 7/305. I dessa sektioner sattes två stakkäppar på varje ställe, för att få en syftlinje. Detta gjordes för att säkerställa att resterande mätningar skulle utföras i samma sektioner. Stakkäpparna fanns kvar i samma lägen vid alla mättillfällen (visst underhåll har skett) Provsträckornas uppbyggnad och placering Tabell 6.1: Förteckning provsträckor Sektion Typ Uppbyggnad Anmärkning 1/100-1/400 Mesa Inblandning i slitlager Mesa på de delar av vägen som inte omfattas av aska eller referens 5/014-5/076 Referens BL 1,5 t/m SL 0,5 t/m 5/090-5/110 Bottenaska 20 cm bottenaska, BL+SL som ovan 5/248-5/269 Bottenaska Som ovan men 30 cm bottenaska 7/300-7/400 Referens BL 1,1 t/m SL 0,5 t/m 7/400-7/500 Referens Enbart slitlager 7/500-7/550 Flygaska Inblandning till 45 volym% flygaska i 20 cm av befintlig överbyggnad 7/550-7/621 Referens Ingen åtgärd 7/621-7/691 Flygaska Inblandning till 70 volym% flygaska i 20 cm av befintlig överbyggnad Bottenaska Sträckorna med bottenaska ligger vid km 5/090-5/110 samt vid km 5/248-5/269. Placeringen valdes då det ofta förekommit problem med tjäle på denna sträcka, problem troligen beroende på besvärliga terrass- och undergrundsmaterial. Askan lades därför som ett materialskiljande lager. Proven med bottenaska utfördes på följande sätt: två olika sträckor byggdes. I den ena lades askan i ett 20 cm tjockt lager, i den andra var Figur 6.1 : Provsträcka 2. Bottenaska 20 cm är utlagd och justerad. 9

12 lagret 30 cm. På detta asklager lades i bägge sträckorna 10 cm bärlager samt 5 cm grusslitlager. Intill asksträckorna byggdes en sträcka utan aska som referens. Sträckorna blev kortare än vad som ursprungligen planerats då det var svårigheter att få fram tillräckliga mängder material Flygaska Sträckorna med flygaska ligger vid km 7/500-7/550 och 7/621-7/691. Avsikten var att testa askans självbindande effekt och en inblandning i befintliga överbyggnadslager gjordes därför. Proven utfördes genom att två olika sträckor byggdes. Askan blandades in i de översta 20 cm av den befintliga vägen. Den ursprungliga avsikten var att i en betongstation blanda ihop aska och vägmaterial. Av olika skäl bortföll denna metod (betongstationen var inte tillgänglig vid det avsedda tillfället), och inblandning utfördes därför genom att en grävmaskin med hjälp av skopan blandade utlagd aska och befintligt vägmaterial. Blandningen proportionerades genom att befintlig volym beräknades, rätt mängd aska lades ut, varefter grävskopan tog vid. I den första sträckan blandades 45 % aska in och i den andra var inblandningen 70 %. Intill asksträckorna fanns referenssträckor utan askinblandning. På hela provsträckan lades sedan grusslitlager Mesa För de delar av vägen som inte byggdes med askor eller valdes som referens, utfördes en behandling med Mesa. Detta utfördes genom att tillfört grusslitlager blandats med 10 % Mesa Uppföljning Bärighetsegenskaper Uppföljningen av vägens bärighetsegenskaper har utförts genom fallviktsmätning. Mätningen har utförts med samma konfiguration som vid mätningen före åtgärd. I och med att starten på varje sträcka som fallviktsmättes (2 st.) befästes, kan man anta att punkterna kommit mycket nära varandra i läge mellan mätningarna och en jämförelse kan bli mycket noggrann. Utvärderingen gjordes dock framförallt på ett statistiskt underlag. Mätningar har utförts under 2001, 2002, 2003 och Mätningen utförd 2001 har tjänstgjort som referensmätning, mätningen utfördes innan åtgärd. Vid utvärdering av fallviktsmätning har tyngdpunkten legat på förändringar i bärförmågeindex och undergrundsmodul. Passningsberäkningar för bestämning av E-moduler har utförts, där konstruktionen har uppdelats i två lager, ett övre lager på 20 cm samt ett undre lager. Jämförelse av mätresultaten från 2001 till 2004 med avseende på bärförmågeindex (BI) och undergrundsmodulen (Eund) utifrån mätfilens deflektionsvärde samt resultaten från passningsberäkningar av E-modulerna redovisas i tabellerna nedan. Utvärderingen av resultaten har gjorts på medianvärdet. 10

13 Det skall observeras att det förekommer två olika undergrundsmoduler. E und är beräknad på yttre seismometer, medan E-modul undergrund beräknats med passningsräkning. I samtliga tabeller nedan avser kolumn två och tre s.k. enkla mått, som beräknats enligt Vägverkets metodbeskrivning [6], medan de två sista kolumnerna avser resultat från passningsräkning. Man skall därför vara försiktig med att jämföra de olika undergrundsmodulerna, eftersom den passningsräknade modulen även kan innefatta en del av överbyggnaden. Det är därför inte helt oväntat att denna modul generellt sett är högre. De jämförelser av undergrundsmodulen som gjorts nedan avser därför om inget annat anges beräkningen på yttre seismometer (E und ) Km 1/100-1/400 På delsträckan har Mesa blandats in i slitlagret. Tabell 6.2 Bärighetsegenskaper sektion 1/100-1/400 År BI E und E-modul över 20 cm Bärförmågeindex har ökat ,1 38 MPa 213 MPa 42 MPa från 2001 till 2002 för att sedan sjunka fram till ,3 59 MPa 448 MPa 84 MPa ,1 58 MPa 537 MPa 85 MPa Undergrundsmodulen har stigit från 2001 till ,3 38 MPa 408 MPa 74 MPa En jämförelse mellan värdena från 2001 och 2004 visar att ingen förändring har skett i undergrundsmodulen. Passningsberäkningen av E-modulerna visar på en ökning av E-modulen från 2001 till 2003 för att sedan avta till Km 7/300-7/400 På delsträckan har påbyggnad med bärlager 1,1 ton/m och slitlager 0,5 ton/m utförts. E-modul undergrund BI har stigit ifrån 2001 till 2002 för att sedan minska till Undergrundsmodulen E und visar på samma tendenser att öka från 2001 till 2002 för att sedan avta till Tabell 6.3 Bärighetsegenskaper sektion 7/300-7/400 År BI E und E-modul över 20 cm E-modul undergrund ,7 50 MPa 130 MPa 53 MPa ,4 77 MPa 253 MPa 86 MPa ,3 69 MPa 311 MPa 84 MPa ,1 61 MPa 212 MPa 77 MPa Passningsberäkningen för E-modul undergrund visar på samma resultat som BI och Eund, det vill säga att från 2001 till 2002 öka för att sedan sjunka de två följande åren. Vad gäller E- modul på de övre 20 cm så visar det på en annan tendens, E-modulen ökar fram till 2003 för att därefter minska. 11

14 Km 7/400-7/500 Enbart nytt slitlager. En progression har skett av bärförmågeindex från 2001 till 2003 för att sedan avta Jämför man värdet från 2001 och värdet från 2004 så har bärförmågeindex ökat. Undergrundsmodulen visar samma tendenser, däremot ligger värdet från år 2004 i princip numeriskt lika det värde den hade år Efter genomförda passningsberäkningar av E-modulerna kan likartade tendenser som för bärförmågeindex och undergrundsmodulen påvisas för E-modul undergrund, dvs. E- modulerna ökar från 2001 till 2003 för att sedan minska under E-modulen för det övre lagret har däremot ökat år från år. Km 7/500-7/550 På denna delsträcka har 45 % flygaska inblandats i befintlig väg samt har nytt bärlager och slitlager påförts. Efter en jämförelse av värdena från 2001 och 2004 är det ingen skillnad i bärförmågeindex, dock har en höjning av BI skett under 2002 och Undergrundsmodulen har ökat fram till 2003 för att sedan bli lägre 2004, dock har en ökning totalt sett skett ifrån 2001 till Passningsberäkningen visar att E-modulen för det översta lagret har ökat varje år från 2001 till E-modulen för undergrunden ökande mellan 2001 och 2003 för att sedan avta till 2004 och därigenom i princip återgå till den nivå modulen hade Km 7/550-7/621 Ingen åtgärd har utförts på denna delsträcka. En progression av bärförmågeindex har skett från 2001 till 2003 därefter sker en regression av BI mellan 2003 och Totalt sett har en progression av Tabell 6.4 Bärighetsegenskaper sektion 7/400-7/500 År BI E und E-modul över 20 cm E-modul undergrund ,8 56 MPa 147 MPa 61 MPa ,3 89 MPa 235 MPa 94 MPa ,6 97 MPa 366 MPa 119 MPa ,0 55 MPa 433 MPa 69 MPa Tabell 6.5 Bärighetsegenskaper sektion 7/500-7/550 År BI E und E-modul över 20 cm E-modul undergrund ,8 46 MPa 147 MPa 61 MPa ,3 95 MPa 235 MPa 94 MPa ,5 97 MPa 366 MPa 119 MPa ,8 60 MPa 433 MPa 69 MPa Tabell 6.6 Bärighetsegenskaper sektion 7/550-7/621 År BI E und E-modul över 20 cm E-modul undergrund ,7 57 MPa 126 MPa 62 MPa ,7 94 MPa 303 MPa 104 MPa ,7 106 MPa 337 MPa 123 MPa ,0 81 MPa 433 MPa 86 MPa 12

15 bärförmågeindex skett från 2001 till Undergrundsmodulen har visat samma utveckling som bärförmågeindex. E-modulen för det övre skiktet har ökat från 2001 till 2004, totalt har E-modulen stigit med 307 MPa. E-modulen för undergrunden har ökat mellan 2001 och 2003 för att sedan avta till 2004, modulen år 2004 är dock 24 MPa högre än vad den var år Km 7/621-7/691 På delsträckan har 70 % flygaska blandats in i vägkroppen. Bärförmågeindex har stigit från 2001 till 2002 för att sedan reduceras 2003 och Undergrundsmodulen har visat samma trend. Passningsberäkningen har inte visat på samma trend. E-modulen för de övre 20 cm har varierat mellan åren, den har stigit mellan 2001 och 2002 för att sedan sjunka 2003 och åter stiga Det har skett en stor förändring på den övre E-modulen vid jämförelse av resultaten från 2001 och E-modulen för undergrunden har stigit fram till 2003 för att därefter sjunka Summering bärighetsegenskaper Tabell 6.7 Bärighetsegenskaper sektion 7/621-7/691 År BI E und E-modul över 20 cm E-modul undergrund ,8 54 MPa 161 MPa 58 MPa ,0 80 MPa 165 MPa 97 MPa ,9 78 MPa 152 MPa 100 MPa ,7 66 MPa 285 MPa 83 MPa Utförda mätningar visar, sett på alla delsträckor, att bärförmågeindex och undergrundsmodulen ökar fram till 2003 för att sedan minska under Om man jämför åren 2001 och 2004 har BI ökat på alla sträckor förutom för flygaskesträckan (70 %) 7/621-7/691 samt på för flygaskesträckan (45 %) 7/500-7/550 där BI är lika. Utvecklingen av undergrundsmodulen visar på likvärdigt resultat, där modulen ökar fram till 2003 för att därefter minska. Resultatet av passningsberäkningen visar på samma tendens för E-modulen i de nedre lagren. Utvecklingen av E-modulen i de övre lagren uppvisar inte samma tendens, där varierar resultaten. Sträckorna 1/100-1/400 och 7/300-7/400 påvisar en progression fram till 2003 för att sedan minska Övriga sträckor har totalt sett ökat från 2001 till Vid betraktelse av samtliga mätvärden uppvisar de samma tendenser som den utvärdering som är gjord utifrån medianvärdet Driftsegenskaper Provsträckorna i projektet utfördes under juli månad år Sedan dess har två uppföljningar utförts, den första under sensommaren och hösten 2002 och den andra uppföljningen gjordes under sommaren Vidare har provgropsgrävningar utförts under juni månad Vid den första uppföljningen under sensommaren och hösten 2002 kunde inte några slutsatser dras rörande eventuella variationer i driftegenskaper, detta med anledning av att det förflutit 13

16 för kort tid sedan utförandet av provsträckorna. Efter den andra uppföljningen kunde man göra några konstateranden kring de driftmässiga egenskaperna för vägen. Allmänt kan sägas att de driftmässiga egenskaperna för de olika provsträckorna har varit goda. På de sträckor där flygaska utlagts har få hyvlingar av vägen erfordrats efter det att vägen färdigställts. Detta tyder på att man kan ha nått den avsedda effekten med flygaskan och kunnat utnyttja askans egenskaper att binda grusmaterialen. Bottenaskan utlades som materialskiljande lager på två av provsträckorna. Under driftskedet har ett kraftigt gupp uppstått vid km 5/248-5/269, av den anledningen erfordrades hyvling för att avjämna vägen. Under sommaren 2003 uppkom i samma läge på provsträckan en grop varför det var rimligt att anta att den bakomliggande orsaken var tjällyftning, något som även konstaterades vid den efterföljande provgropsgrävningen, se nedan. Av nödvändighet blir en utvärdering av driftsegenskaper en bedömning med inslag av subjektivitet Provgropsgrävning Under juni månad 2005 utfördes provgropsgrävningar längs provsträckorna, nedan redovisas vad som framkom vid dessa provgropsgrävningar. Km 5/090-5/110 Vägens uppbyggnad längs denna sträcka är grusslitlager och bärlager, återvunnet material samt 20 cm bottenaska vilande på cm gammal grusväg. Vid provgropsgrävningen kunde det konstateras att bottenaskan var fast men lätt gick att bryta sönder. Dessa egenskaper bibehölls även när ett prov fått torka ytterligare i luft. Km 5/248-5/269 Vid provgropsgrävningen kunde följande lagerföljd noteras. Grusslitlager och bärlager, återvunnet material, 30 cm bottenaska vilande direkt på den naturliga jorden. Figur 6.2: Lagerföljd bottenaska Bottenaskan hade härdat och blivit väldigt hård, stora svårigheter att kunna bryta sönder prover av materialet. Materialprover togs vilka torkades i ugn vid 60 C under ett dygn. Efter torkning kunde det konstateras att bottenaskans hårdhet fortfarande bestod. Provgropen utfördes i det läge där ovan nämnda gupp hade uppstått. Vid provgropsgrävningen konstaterades att höjden var ca 12 cm och berodde på uppfrysning av en sten i terrassen under lagret med bottenaska. Vidare konstaterades tillrinning av vatten i provgropen. 14

17 Km 7/500-7/550 Vägens uppbyggnad längs denna sträcka är grusslitlager och bärlager samt gammal grusväg i vilken en inblandning med 45 % flygaska utförts. Vid provgropsgrävningen kunde det inte konstateras någon högre fasthet på det material som inblandats med flygaska gentemot material som inte inblandats med flygaska. Km 7/621-7/691 Vid provgropsgrävningen kunde följande lagerföljd noteras. Grusslitlager och bärlager samt gammal grusväg i vilken 70 % flygaska har inblandats. Även för denna sträcka kunde det liksom vid km 7/500-7/550 inte konstateras någon förhöjd fasthet på materialen som innehöll flygaska. Vid genomförandet av arbetet på denna sträcka utfördes första halvan av sträckan under torra förhållanden, den andra halvan av sträckan utfördes vid kraftig nederbörd, regn. Vid provgropsgrävningen kunde det konstateras att det inte förelåg någon skillnad på materialen om arbetet utförts vid torra eller våta förhållanden. 7. Slutsatser 7.1. Bärighet Att dra någon tydlig slutsats av dessa mätningar är svårt. Eftersom terrassen år 2002 innehöll relativt stor mängd fukt, medan både somrarna 2002 och 2003 var torra, gjorde detta att terrassen egenskaper (styvhet) skiljer mycket mellan åren. Den ringa nederbörden gjorde att grundvattennivåerna sjönk, vilket bland annat visade sig genom att ett grundvattenrör torrlades. Detta sammantaget med den tunna överbyggnaden gör att eventuella förändringar i övre lagren kan vara svåra att urskilja. Sommaren 2004 liknade mer sommaren Därför bör eventuella slutsatser i första hand dras utifrån detta år. Man kan notera att sträckorna med flygaska inte skiljer sig i någon större grad från referenssträckorna. Om något så har snarast referenssträckorna haft en mer positiv utveckling. Detta skiljer sig från laboratorieundersökningarna som visade på att blandningen skulle ha högre styvhet än väggruset. Bärförmågeindex för flygaskesträckorna har i princip inte förändrats alls. För referenserna har samma värde ökat signifikant. En möjlig förklaring till detta skulle kunna vara att lagret med flygaska visserligen blev till en början blev styvare, men så småningom bröts sönder, med därav minskande bärförmåga. Resultatet från miljöuppföljningen [5] tyder på detta, första året kom inget lakvatten från flygaskan, vilket tyder på en tät kaka, men efter något år började det samlas material i lysimetern. Detta överensstämde också med iakttagelser på vägen, som tydde på att ett tungt fordon skadat vägkroppen. 15

18 Man kan utgående från utförda undersökningar inte dra några säkra slutsatser om hur askan ökat vägkroppens bärighet. Det är definitivt så att man i laboratorium sett bärighetshöjande effekter, som inte har återfunnits i fält. Orsaken till detta kan vara flera. Man kan eventuellt inte ha fått till en optimal blandning i fält, vilket till dels motsäges av att en hård kaka bildades av lagret. Man skall också komma ihåg att om ett styvt lager vilar Figur 7.1: Svagt material under flygaska på ett svagt underlag, får man inte ut hela den möjliga effekten av åtgärden. Dvs. en åtgärd skall ses som en del i en hel konstruktion, och effekten av helheten består av samverkan mellan de ingående delarna. Inte heller när det gäller Mesan kan man dra några tydliga slutsatser. Syftet med mesan var dock inte i första hand en bärighetshöjande åtgärd, utan snarare förbättrade driftsegenskaper Produktion Vid arbete med bottenaska kunde inte några särskilda produktionstekniska problem påvisas. Materialet bedömdes hanteringsmässigt fungera som konventionellt grusmaterial. Flygaskan å andra sidan var ganska besvärlig att hantera. För att de härdande egenskaperna skall komma till sin rätt, får materialet inte befuktas för tidigt, då Figur 7.2: Spridning av flygaska 16

19 härdningen sedan är ganska snabb. Materialet måste alltså förvaras skyddat från nederbörd. Eftersom materialet är mycket finkornigt har det också en tydlig tendens att blåsa iväg i vinden (därav namnet). Den ursprungliga avsikten var att frakta det befintliga vägmaterialet till en betongstation, där det skulle blandas med flygaskan. Av olika skäl föll detta alternativ, varför blandningen fick ske på vägen, med hjälp av traktor och grävmaskin. Detta arbetssätt gav ett acceptabelt resultat när det gäller inblandningen, men bedöms inte vara praktiskt genomförbart i större skala. Det uppstod också problem med arbetsmiljön. Som ovan beskrivits dammar askan ganska mycket, se figur 7.2, och personalen vid arbetet klagade på irritation i andningsvägar. Detta löstes vid tillfället med andningsskydd, men alternativa metoder måste utvecklas vid användning i större skala Drift De driftsmässiga egenskaperna har i huvudsak varit goda på provsträckorna. Sträckorna med flygaska har gett goda resultat då mindre hyvling än normalt har utförts på sträckorna efter färdigställandet. Orsaken till detta är dock i högsta grad osäker, flygaskan kan ha en viss inverkan på grusmaterialet men vid utförda provsträckor kan ingen sådan slutsats dra. Den minskade hyvlingsfrekvensen kan bland annat bero på att sträckan har erhållit nytt grusmaterial, flygaskans bindförmåga eller det torra vädret under provperioden. Grusvägar i områdets närhet visar på samma tendens att vädret, torra somrar, kan ha haft en inverkan på hyvlingsfrekvensen. På sträckan km 5/248-5/269 har en större tjäluppfrysning uppkommit. Sannolikt beror inte uppfrysningen på bottenaskan eftersom uppfrysningen har varit ganska stor, att bottenaskan med en mäktighet på 30 cm ska åstadkomma en större uppfrysning är inte troligt. De troliga orsakerna som kan ligga till grund för den stora uppfrysningen är främst att terrassmaterialet är tjällyftande, att en större sten låg i det aktuella området samt att tillgång till vatten har funnits. 8. Sammanfattande slutsatser och vidare arbete För att ta till vara de potentiella bärighetshöjande effekterna som otvivelaktigt finns hos flygaskan, måste man utföra konstruktionen något annorlunda. Vägens tunna konstruktion och svaga övriga ingående material medför att styvheten hos det stabiliserade lagret inte kan utnyttjas fullt ut. Det är sannolikt att man på en något starkare grusväg bättre skulle tillgodogöra sig bindningseffekterna. Bottenaskan undersöktes inte ur bärighetssynpunkt, men då den visade sig ha bundits ganska hårt, borde den ha gett Figur 8.1: Inblandning av flygaska 17

20 en ökning av bärigheten. Vid undersökningar av denna typ borde man därför samla data av olika typer, även om dessa inte primärt är till nytta för det tänkta syftet med undersökningen. Bottenaskan var tänkt som materialskiljande lager, vilket den också fungerat bra till, men hade en fallviktsmätning utförts innan arbetet, hade en utvärdering av bärighetsegenskaperna också kunnat göras. Man måste också utveckla en bättre metod för inblandningen av flygaskan. Att blanda materialet på det sätt som gjordes var i och för sig inte omöjligt, men är inte rimligt att utföra i större skala. Den ursprungliga tanken att blanda i betongstation, dvs. i slutet kärl, var god men vid större skala måste detta i så fall utföras med någon mobil lösning, då transporterna av materialet annars blir orimliga. Bottenaskan däremot kan mycket väl hanteras på det sätt som gjordes i projektet. Driftmässigt visade det sig att Mesan gav det bästa resultatet, men flygaskesträckorna fungerade också väl. Bottenaskan gav ingen tydlig effekt, men har fungerat utan anmärkning. 18

21 9. Källor [1] Gustafsson, Åke, Vägverket Region Norr. Muntliga uppgifter (2005) [2] Hoppe, Gunnar: Vägar inom Norrbottens län. Studier över den trafikgeologiska utvecklingen från 1500-talet till våra dagar. (1945) [3] Inventering av restprodukter som kan utgöra ersättningsmaterial för naturgrus och bergkross i anläggningsbyggande, Statens geotekniska institut SGI (2003) [4] Jordartskarta 25M Kalix NV och 25L Boden NO (SGU) [5] Mácsik, Josef: Väg BD 694 Vitåfors/Töre Miljögeoteknisk bedömning av vägkonstruktion med grus, mesa, bottenaska och flygaska. Ecoloop (2005) [6] Metodbeskrivning 114:2000: Bearbetning av deflektionsmätdata, erhållna vid provbelastning av väg med FWD-apparat. Vägverket publ. 2000:29 [7] Nationalencyklopedin, ( ) [8] Nordqvist, Jan, Vägverket Region Norr. Muntliga uppgifter ( ) [9] Pousette, Kerstin: Laboratorieundersökningar av bottenaska och flygaska från AssiDomän, Piteå. Luleå Tekniska Universitet (2001). 19

22

23

24 Vägverket Region Norr Box 809, Luleå. Telefon: Texttelefon: Fax: