Tausta
Rakentaminen happamilla sulfaattimailla aiheuttaa monenlaisia haitallisia ympäristövaikutuksia. Maaperän sulfidiyhdisteiden hapettuminen johtaa maaperän ja sen kanssa kosketuksissa olevien valumavesien happamoitumiseen metallikuormitukseen. Happamat sulfaattimaat ovat rakennusteknisesti haastavia huonojen geoteknisten ominaisuuksien ja happamuuden aiheuttaman rakenteiden korroosio-ongelmien takia.
Maarakennushankkeiden massatasapaino on tyypillisesti alijäämäinen eli rakennusalueiden ylijäämaita kuljetetaan läjitettäväksi muualle ja niitä korvataan pääasiassa luonnonmateriaaleilla esimerkiksi soralla ja hiekalla. Happamien sulfaattimaiden läjittäminen on happamuusongelmien takia tarkoin säädeltyä ja läjitettäviä massoja joudutaan käsittelemään esimerkiksi kalkitsemalla. Materiaalien uusiokäyttö läjityksen sijaan olisi järkevää ympäristön ja rakentamisen kestävyyden näkökulmasta sekä taloudellisesti.
Sulfaattimaiden hyötykäyttöä voitaisiin lisätä neutraloimalla ja stabiloimalla massat, jolloin niitä voidaan hyödyntää turvallisesti rakennuspohjana, meluvallien materiaaleina ja muussa rakentamisessa. Stabilointi ja neutralointi estävät happamuuden muodostumisen maaperässä, vähentävät happamien valumavesien muodostumista ja sulfaattimaiden käytön aiheuttamia ympäristöongelmia sekä rakenteiden korroosiohaittoja.
Massojen neutralointia ja stabilointia tehdään nykyisin sementti- ja kalkkipohjaisilla materiaaleilla, joiden käyttö lisää rakentamisen hiilidioksidipäästöjä. Kierrätysmateriaalien käyttö maanrakennuksessa on vielä vähäistä, vaikka neutraloinnin ja stabiloinnin on todettu onnistuvan myös sivuvirtamateriaaleja, kuten tuhkia ja kuonia, käyttäen jolloin hiilidioksidikuormitusta saadaan merkittävästi pienennettyä. Kierrätysmateriaalien turvallinen käyttö edellyttää lisätutkimuksia niin laboratoriossa kuin käytännön mittakaavassakin.
Kaivettujen, happoa tuottavien massojen neutralointi ja stabilointi edellyttää, että käsiteltävän massan ominaisuudet tunnistetaan luotettavasti, jotta materiaalimäärät voidaan laskea oikein. Tietoa kaivetun massan ominaisuuksista tarvitaan usein nopeasti, eikä niitä aina pystytä täysin selvittämään ennen kaivuutöiden aloittamista. Tällä hetkellä happoa tuottaville massoille on käytössä erilaisia pikatunnistus- ja riskinarviomenetelmiä, joiden soveltuvuutta käytännössä massojen neutralointiin, stabilointiin ja korroosiotutkimuksiin ei ole tutkittu.
Korroosiotutkimukset tehdään nykyisin Liikenneviraston (2017) ohjeistuksen mukaan, joka ei ota huomioon maaperän mahdollisia olosuhdemuutoksia, kuten pohjavedenpinnan ja hapetus-/pelkistysolosuhteiden vaihtelua. Nämä voivat vaikuttaa kuitenkin merkittävästi korroosioon ja sen voimakkuuteen.
Rakennushankkeissa happamien sulfaattimaiden tutkimukset ja korroosiotutkimukset ovat tyypillisesti erilliset osakokonaisuudet. Näytteet niihin otetaan usein saman aikaisesti, ja todellisuudessa juuri monet happamien sulfaattimaiden ominaisuudet ovat kriittisiä korroosioriskin arvioinnissa. Siksi useita happamien sulfaattimaiden analyysimenetelmiä voitaisiinkin hyödyntää suoraan korroosioriskin tarkastelussa, ja siten saada kustannus- ja aikatauluhyötyä hankkeille. Happamille sulfaattimaille kehitettyjen analyysimenetelmien avulla maaperän muuttuvat olosuhteet olisi mahdollista ottaa huomioon ja tuottaa siten uutta tietoa korroosiotutkimuksiin.
Tavoitteet ja tehtävät
Tässä hankkeessa tavoitteena on kehittää happamien sulfaattimaiden tutkimusmenetelmiä maaperän korroosiohaittojen tunnistamisen ja maa-aineksen uusiokäytön suunnittelun näkökulmasta. Hankkeessa tutkitaan myös paikallisten kiertotalousmateriaalien käyttömahdollisuuksia happamien sulfaattimaiden neutraloinnissa ja stabiloinnissa, edistetään happamien sulfaattimaiden hyödyntämistä maarakentamisessa sekä tuotetaan uutta tietoa happamien sulfaattimaiden aiheuttamasta korroosioriskistä ja sen vähentämisestä rakentamisessa ja päivitetään nykyistä korroosiotutkimusohjeistusta tarvittavin osin.
Hankkeen tavoitteena on:
- Lisätä happamien sulfaattimaiden ympäristön ja rakenteiden kannalta turvallista hyötykäyttöä ja vähentää niiden sijoittamista läjitysalueille.
- Kehittää happamilla sulfaattimailla rakennustoiminnassa toimintatapoja (stabilointi, neutralointi), joilla estettään happamuuden muodostuminen maaperässä.
- Lisätä paikallisten teollisuuslaitosten sivutuotejakeiden hyödyntämistä massojen stabiloinnissa ja neutraloinnissa.
- Soveltaa ja kehittää happamien sulfaattimaiden tutkimusmenetelmiä maaperän korroosiohaittojen arviointiin ja maa-aineksen uusiokäytön tutkimukseen.
Hankkeen eteneminen
Näytteenotto
Hanke alkoi maanäytteidenotolla. Maanäytteenoton tavoitteena oli koota hankkeen laboratoriokokeita varten näytepankki, joka sisältää erilaisista maanäytteistä identtisten näytteiden osanäytteitä. Identtiset osanäytteet mahdollistavat eri analyysien tekemisen rinnakkaisilla näytteillä eri osatoteuttajilla. Hankkeen maanäytepanki käsittää noin 30 maanäytettä, joista suurin osa on happamaksi sulfaattimaaksi luokiteltavaa maamateriaalia, mutta osa ei hapanta sulfaattimaata vertailunäytteiksi.
Maanäytteiden lisäksi hankkeessa otettiin rakennenäytteitä. Fingrid Oy:n sähköverkkotyömaan yhteydessä saatiin hankkeen tutkimuksiin 80-luvulta asti maassa olleita teräs- ja betonirakenteita. Rakenteista otettiin DNA-näytteet mikrobiyhteisökoostumuksen selvittämiseksi sekä tutkitaan korroosiota kuvantamisen avulla.
Maanäytteiden karakterisointi
Näytepankin näytteet analysoidaan hankkeessa huolellisesti. Tulosten tulkinnan osalta on tärkeä tietää hyvinkin tarkasti, millaisilla näytteillä hankkeen laboratoriokokeita tehdään. Samalla saadaan vertailutietoa happamien sulfaattimaiden tutkimiseen käytetyistä menetelmistä ja niiden soveltuvuudesta sekä happamien sulfaattimaiden tunnistamiseen ja niistä aiheutuvan riskin arviointiin että menetelmien käyttökelpoisuudesta korroosioriskin arvioinnissa sekä maa-aineksen uusiokäytön suunnittelussa . Näytepankin näytteistä määritetään mm. raekoko, maasto-pH, inkubaatio-pH ja vetyperoksidihapetuksen jälkeinen pH, NAG-ph, asiditeetti, potentiaalinen sulfidinen asiditeetti (TIA), vetyperoksidihapetuksen jälkeinen ”pika”-asiditeetti, sähkönjohtavuus sekä sulfaatin, kloridin ja liukoisten metallien pitoisuuksia.
Lisätietoja
- Projektipäällikkö, Mirkka Visuri, Suomen ympäristökeskus Syke, p. 029 525 1024, etunimi.sukunimi@syke.fi
- Vanhempi yliopistonlehtori, Peter Österholm, p. 050 582 8490, Åbo Akademi ÅA, etunimi.sukunimi@abo.fi
- Geologi, Jukka Räisänen, p. 029 503 4358, Geologian tutkimuskeskus GTK, etunimi.sukunimi@gtk.fi
- Projektipäällikkö, Eva Högfors-Rönnholm, p. 044 780 5737, Yrkeshögskolan Novia, etunimi.sukunimi@novia.fi
