Väg- och anläggningsbyggande med askor/flygaskor

Transkript

1 Väg- och anläggningsbyggande med askor/flygaskor Ecoloop AB / Luleå Tekniska Universitet / Ramböll Bo Svedberg, Pentti Lahtinen 1

2 Disposition Introduktion (fokus på flygaskor) Pilotförsök, askhandbok, tjälsäkring, stabilisering, doktorsavhandling, mångårig erfarenhet Marknad och framtida behov Väg- och anläggningsbyggande i allmänhet, drift och underhåll i synnerhet Framtidens lösningar goda exempel Potential i olika marknadssegment (swot??) Stabilisering i väg- och anläggningskonstruktioner Stabilisering av förorenade sediment och muddermassor 2

3 Q4-270 Handbok: Många användningsområden Bärighetshöjande åtgärder - Belagda vägar och gator Ökad bärförmåga, minskad tjälproblematik - Grus- och skogsbilvägar Ökad hållfasthet och bättre deformationsegenskaper - Stabilisering av lösa jordar Ökad hållfasthet och täthet - Skydds-, tät- och avjämningsskikt på deponier 3

4 Face, FSA, Europautr Fiberaska, Uppsala, FSA, FUD-SALA Hallstavik, Norberg, Uppsala, Iggesund Handbok flygaska Kommunikations projekt Inventering Tillämplighet Utredning Prov-,, pilot objekt Tillverknings- metodik Implementering Praktisk tillämpning Avsättningskarta Marknadspotential VV, Rv 90 VV- Uppföljning Avfallskaraktärisering av grusvägar Karaktärisering FSA-applikationer Pelarstabilisering REACH/EP Doktor / Pentti Lahtinen Vägledning alternativa material, Tjälsäkringshandbok Anmälning/tillstån 4 dsansökning

5 Marknad och framtida behov Statliga vägar 9800 mil varav 2000 mil grusväg 14 miljarder 2006 varav 7 DoU och 1,8 på Tjälsäkring/bärighet, investeringarna sjunker och är hälften av EU-snittet, 0,3 % av BNP Kommunala vägar och gator mil Investering 5,6 miljarder, drift 4,7 miljarder 2005 Enskilda vägar mil Statliga bidrag 7800 mil som får 700 miljoner (2006), väghållare, varav kommununderhåll mil (Vägverket; SOU 2007:60, SKL) 5

6 Regeringen 19 december 2008 Transportsystemet ska utvecklas Trafikverk och län ska upprätta planer DoU Statliga Vägar, 136 miljarder Utveckling av transportsystemet, 217 miljarder Väg, Järnväg, Flyg, Båt (Vägverket; SOU 2007:60) 6

7 Regeringen vill ha behov Användarperspektiv Trafikslag i samverkan Hållbart transportsystem Ökad effektivitet Mer för pengarna (Näringsdepartementet) 7

8 Drift och underhåll problemställning Vad är lägsta acceptabla standard? När ska åtgärder vidtas? Vad ska göras? 8

9 Drift och underhåll stort kapital Återanskaffningsvärde miljarder (Mattson H) 9

10 Drift och underhåll mindre medel Anslagen följer KPI E84 har ökat mer än KPI (Mattson H) 10

11 Många små och medelstora objekt 3.6 Bärighet, tjälsäkring, rekonstruktion (Mkr) Exemplet VV Region (Vägverket) 11

12 Flygaskor är nyttiga material för I Överbyggnadslager med bindemedel som aktivator eller utan bindemedel Beroende på kvaliteten av flygaska och tillämpningen (Face Q-107)

13 Kangasala (1991): Vägkonstruktion lager av flygaska Denna väg är i gott skick i 1998; renoverats med flygaska som bärlagrets massiva material i 1991 Kangasala, Savontie Vägsträckan som har renoverats med en konventionell metod i Foto i 1998

14 Ecoroad (2006): Flygaskastabilisering av belagd väg Ecoroad-pilot; Teuroistentie 6 / Bärlagret har stabiliserats med hjälp av ett flygaskabaserat bindemedel En ny asfaltbeläggning utbreds direkt på det nya stabiliserade bärlagret. Nedan är vägen i sin urpsrungliga skikt förändringen var betydlig

15 Rautavaara (2006): Förbättrad bärighet hos vägkonstruktioner Rautavaara, 2004 En borrad provkropp från den stabiliserade överbyggnaden. Längd ca. 20 cm. Den mörkare ändan (till vänster) innehåller PAB-beläggning.

16 Q6-632 FUD Sala: Lösningar framtagna Konstruktion/Lager 1. Referens GBÖ 2. CBÖ 2300 MPa 3. CBÖ 1300 MPa 4. CBÖ 2300 utan bärlager Slitlager 40 (35) Bundet bärlager 40 (60) Obundet bärlager Stabiliserat bärlager Förstärkningslager 420 (425) Lager Referens GÖ CGÖ-4000 CGÖ-Opt* Grusslitlager Aska/cement/Merit Bärlager Förstärkningslager Skyddslager

17 Q6 632 FUD Sala: Mer för pengarna CBÖ - Stabiliserad >25-30% lägre kostnad över dim teknisk livslängd CGÖ - Stabiliserad >30-40% lägre kostnad över dim teknisk livslängd SEK/m DoU Investering SEK/m Förstärkning DoU Investering GBÖ (REFERENS) CBÖ CBÖ-alt 10 0 GÖ (REFERENS) CGÖ-opt 17

18 Q6 632 FUD Sala: Resurssnåla bindemedel, sparar överbyggnadsmaterial och schakt CBÖ Stabiliserad: Lagertjocklek,m Lagertjocklek m CGÖ - Stabiliserad Torrdensitet kg/kbm Torr densitet, kg/m 3 Ballast, ton/100m [85 %] Ballast, ton/100m [0 %] Flygaska, ton/1000 [12 %] Flygaska, ton/100m [93 %] Cement/Merit 5000 ton/100m [3 %] Cement/Merit, ton/100m [7 %] summa bindemedel ton/100m Summa binde-medel, ton/100m summa bindemedel ton/880m 0, , , Summa bindemedel, ton/600m 0, ,

19 Flygaskor är nyttiga material för II att användas med andra industriella material i överbyggnader fiberaska: blandning med fiberlera (fiberslam) (Q4-228) anrikningssand + flygaska avfallgips + flygaska

20 Vägkonstruktion med fiberaskor (1996-) Rajalantie i Luopioinen före renoveringen i 1996 Rajalantie två år efter renoveringen Fiberaskakonstruktion har hållit bra ut; inga bräckor kan ses. Fiberaskamaterial En sträcka som har renoverats enligt konventionell metod i Rajalantie har spruckit.

21 Fiberaskornas beständighet 1800 Hållfasthet (28 d) Frysning-smältningsbeständighet Vattenbeständighet Permeabilitetsbeständighet 1200 Frostbeständighet 1000 [kpa] FA1:FL 2:1, - FA1:FL 2:1, BCe FA1:FL 2:1, BCe+Merit FA1:FL 2:1, BCe+CaO FA2:FL 2:1, - FA2:FL 2:1,BCe FA3:FL 2:1, - FA3:FL 2:1, BCe FA3:FL 2:1, BCe+Merit FA3:FL 2:1, BCe+CaO FA4:FL 1:1, - FA4:FL 1:1, BCe

22 Landsväg med fiberaska (2003) Utbredning av en landsväg i 2003 i Luopioinen; foto i 2008

23 GC-vägar med fiberaska (2003) Nya överbyggnadsstrukturer för cykel- och promenadvägar. Kukkia Circlet i 2003, Luopioinen

24 Ecoroad (förstärkningslager av fiberaska) Ecoroad-pilot Vihtola-Jäkkö Blandningar av massor gjordes med stackblandaren

25 Flygaskor är nyttiga material för III användningen som bindemedelskomponent för Stabilisering av obundna lager vid vägbyggande (Q4-275, Q6-632) Stabilisering och utnyttjandet av överskottmaterial Djup- och masstabilisering Stabilisering och uttnyttjandet av muddermassor Stabilisering av förorenad jord

26 Beständighet hos stabiliserade grusmaterial Påverkan av olika bindemedel på beständigheten av ett stabiliserat grusmaterial Tryckhållfasthet [MPa] σ 28 d F-T 28 d Frostbest. 1 0 FA10 FA20 FA30 FA5+BCe3 FA5+BCe5 FA10+BCe3 BCe3 BCe5 26

27 Kukkia-Circlet i Luopioinen (2002): Flygaska för stabilisering av grusväg UUMA-rakennetutkimukset: Kukkia Circlet, Kuohijoki-Kyynärö. Eri rakenteiden keskilujuudet. Näytteet tien keskilinjalta v v v Puristuslujuus [MPa] Rakenne A, LT6%+YSe4% Rakenne B, LT6%+FTC4% Rakenne E, LT3%+RPT3%+YSe4% Rakenteet ja sideaineet Kuohijoki-Kyynärö väg pl 250, foto av vägen 2008

28 Q6-630: Grönlutslam och aska i väg Ökad bärförmåga, mindre spårbildning 0 Modul (MPa) Djup (mm) 600 Sträcka 1 Referens Sträcka

29 Förorenade sediment och muddermassor B) Transportation of dredged material on barge C) Feeding of the dredged material and binders into the process stabilisation equipment A) Dredging with environmental crab Sideaineen syöttö Ruoppausmassan ja sideaineen seos Ruoppausmassa EU-Life Stable project in Turku Harbour Ruoppausmassan ja sideaineen tehokas sekoittuminen kierrerakenteessa PROOMU Ruoppausmassan pumppaus Ruoppausmassan ja sideaineseoksen syöttöputki VP ± 0.00 PENGER- TÄYTTÖ; sekalouhe STABILOITU RUOPPAUSMASSA D) Transfering of the stabilised (mixed) material into the stabilisation basin

30 Cement, (merit) och flygaska som bindemedel Stabilisation tests, industrial by-products as binders sediment of Aurajoki river and sediment of Perno fairway Puristuslujuus [kpa] Lujittumisaika 3 kk, +8 C Lujittumisaika 6 kk, +8 C PKT lisäys kg/m 3 Yleis50 + PKT150 Yleis50 + PKT200 Yleis50 + PKT250 Yleis = yleissementti PKT = virolainen palavankiven tuhka Pika = pikasementti KJ =masuunikuonajauhe LT = Fortumin lentotuhka Tavoitetaso 100 kpa Yleis200 Yleis250 Pika45 + KJ105 + LT100 Sideainemäärä [kg/m 3 ] Pika70 + KJ150 + LT100 In Aurajoki case, the most effective byproducts together with cement are coal fly ash plus blast-furnace slag and oil shale ash. Puristuslujuus [kpa] w = 200 %, Lujittumisaika 3 kk Yleis = yleissementti LT = Fortumin lentotuhka LT lisäys kg/m 3 Yleis75 Yleis75+LT50 Yleis75+ LT100 Yleis100 Yleis100+LT50 Yleis100+LT100 Sideainemäärä [kg/m 3 ] LT lisäys kg/m 3 In Perno case, utilisation of coal fly ash is very effective and economical. By using industrial by-products, the amount of cement can be reduced from 250 kg/ m3 to 50 kg/ m3.

31 EU-Life STABLE: Långtidstester Recept för bindemedel: laboratorieundersökningar långtidsstabilisering 28d 90d 180d/150d 536d Vaikeasti lujittuva w %, w2/04 w=237% Hh9,6% Puristuslujuus [kpa] AJ10 (45Pika+105KJ+100LT) AJ10 (60Pika+105KJ+100LT) AJ10 (70Pika+105KJ+100LT) AJ10 (45Pika+150KJ+100LT) AJ10 (60Pika+150KJ+100LT) AJ10 (70Pika+150KJ+100LT) AJ10 (70Pika+150KJ+100LT) AJ12,14,15,9,10 (60Pika+105KJ+100LT) AJ12,14,15,9,10 (75Pika+105KJ+100LT) AJ12,14,15,9,10 (45Pika+150KJ+100LT) AJ12,14,15,9,10 (60Pika+150KJ+100LT) AJ12,14,15,9,10 (75Pika+150KJ+100LT) w2/04 (45Pika+105KJ+100LT) w2/04 (70Pika+150KJ+100LT)

32 Vuosaari Hamn MR2, Vuosaari / Economical reasons for deep and mass stabilisation Residue material Excavated material soft clay below the road Road Noise wall Amount m 3 Mass exchange Stabilisation commercial binders A Stabilisation byproduct binders B Save A Save B

33 Vuosaari Hamn TBT:n kumulatiivinen liukoisuus Modifioitu diffuusiokoe ,0 0,9 SR-sementti Kumulatiivinen liukoisuus [mg/m 2 ] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 CEM II B 0,1 SR-sem+LT+RPT SR-sem+LT 0,0 Stabiloimaton CEM II B+LT Vrk kokeen aloittamisesta Vuosaari Hamn, Mass stabilisation av TBT-sediment,

34 Viktigt Binder optimera technology blandning av bindemedel

35 Slutsatser- Flygaskor Flygaskor är bra material för tillämpning i väg- och markbyggande Alla typer kan användas som material för bundna lager allena eller inblandade med andra material De flesta typer är potentiella bindemedelskomponenter för stabilisering av t.ex. vägöverbyggnader, lösa jordar, muddringsmassor och förorenad jord Utvecklingen av flygaska-produkter förutsätter olika tester som laboratorieförsök, fälttester och full-scale pilotförsök Utvecklingen av kvalitetskontroll och lagringsmetoder (samt andra delar av det logistiska systemet) är mycket viktigt för kunden

36 Potential i olika lösningar - diskussion Pelar-/Masstabilisering av underbyggnader Stabilisering vägterrass Stabilisering av bär- /förstärkningslager Stabiliserig av slitlager Inre Yttre (omvärlden) (objektet/tekniken) Svaghet Möjlighet Hinder Styrkor Beständighet verifieras Ökad hållfasthet och Tillgång och kvalitet förbättrade deformationsegenskaper Cement/Merit erfordras för tjälsäkring Beständighet verifieras Cement/Merit erfordras för tjälsäkring Beständighet verifieras Ökad bärförmåga Hög täthet Ökad bärförmåga Hög täthet Kvalitet Tillgänglig utrustning Ej etablerad teknik Kvalitet Tillgänglig utrustning Ej etablerad teknik Kostnadseffektiv Etablerad teknik Kostnadseffektiv Små mängder Kostnadseffektiv Små mängder Stabilisering och solidifiering av förorenade sediment och muddermassor Begränsad fastläggning Beständighet verifieras Ökad hållfasthet Reducerad permeabilitet Tillgång och kvalitet Ej etablerad teknik Kostnadseffektiv Deponi- Linermaterial Deponi - Skyddsskikt Deponi - Avjämningsskikt Gruvor Stabilisering och solidifiering

37 Flytta från utredning och labb till väg- och anläggningsbyggarna Ta fram enklare handbok för stabilisering i mindre vägar Bygg! 37

38 Stort tack! 38