Pohjakuonan käyttö maarakentamisessa
Mitä on pohjakuona ja mistä se koostuu?
Pohjakuonalla tarkoitetaan kuonaa, joka syntyy yhdyskuntajätteenpoltosta. Suurin osa Suomen jätteenpolttolaitoksista käyttää arinapolttotekniikkaa. Arinapolttotekniikassa kuonaa syntyy 20–30 % poltettavan jätteen määrästä (Harju ym., 2022). Raakakuona, eli pohjakuona ennen käsittelyä, sisältää lasia, metallia, keramiikkaa, kiveä, tiiltä, betonia, tuhkaa, sulamistuotteita ja palamattomia orgaanisia aineksia (Suomen Erityisjäte Oy, 2018).
Raakakuonasta erotellaan metallit, jolloin jäljelle jäävät ainekset varastoidaan ja ikäännytetään. Ikäännyttäessä kuonan pH laskee ja raskasmetallien liukoisuus vähenee (Harju ym., 2022). Ikäännyttäminen tapahtuu usein ulkona, jolloin kuona on ulkona kasoilla ja kuona reagoi hiilidioksidin ja veden kanssa sekä kuonassa olevat aineet reagoivat keskenään. Kuonan ikäännyttäminen on tärkeää, jotta kuonan koostumus ja ominaisuudet eivät muutu rakentamisen aikana eikä rakenteissa. (Härkisuo, 2023.)
Pohjakuonan käyttökohteet
Pohjakuonaa saa käyttää varasto- ja teollisuusrakennusten pohjarakenteissa sekä väylä- ja kenttärakenteissa. Pohjakuona ei siis sovellu esimerkiksi asuinrakennusten pohjaksi. Esimerkkejä käyttökohteista ovat mm. tiet, kadut, kenttäalueet, meluesteet, maisemavallit, maavallikatsomot, ampumaradat ja kaivantojen täytöt. (Harju ym., 2022.) Kuonan vaikutusta kunnallistekniikkaan ja esimerkiksi teräsrakenteisiin ei ole tutkittu riittävästi. On kuitenkin mahdollista, että kuona aiheuttaa esimerkiksi alumiinin korroosiota ja että haitalliset aineet läpäisevät muovisen vesijohdon seinämän. Polyesteristä valmistetut geolujitteet, esimerkiksi geotekstiilit eivät sovellu pohjakuonan kanssa käytettäväksi, sillä polyesteri ei siedä emäksisiä materiaaleja. (Harju ym., 2022.)
Pohjakuona on emäksistä ja hauraampaa kuin tavanomainen kiviaines. Pohjakuona ei siis sovellu kantaviin rakenteisiin. Maanrakennusominaisuuksiltaan kuona on samankaltaista kuin hiekka ja sora, mutta eroavaisuuksiakin löytyy. Kuonan seassa voi olla sekä kiinteitä että huokoisia rakeita, kuona on huokoista verrattuna muihin kiviaineksiin, joten se on vettä läpäisevää ja imee itseensä vettä. Kuonan liikaa tiivistämistä tulisi välttää, jotta kuona ei hienontuisi liikaa. Liika kastelu voi pehmentää kuonaa, joka voi taas estää tiivistymistä. (Harju ym., 2022.)
Riihimäelle Fortumin laitosalueen yhteyteen rakennettiin 100 metrin pituinen tie, jossa 50 metrin matkalla käytettiin kuonaa. Tämä koerakenne on rakennettu vuoden 2020 syksyllä ja sen kohdekortti löytyy UUMA-järjestelmästä nimellä Hausjärvi, Kuulojantie.
Pohjakuonan käytön luvitus, valvonta ja ympäristövaikutukset
Ympäristölupaa kuonan käyttöön ei tarvita, jos kohde täyttää Valtioneuvoston asetuksessa (VNa 843/2017) esitetyt vaatimukset. Tällöin tehdään rekisteröinti-ilmoitus, josta säädetään luonnonsuojelulaissa § 116. (Harju ym., 2022.) Pohjakuonalla on oltava CE-merkintä. CE- merkinnällä vakuutetaan, että tuote täyttää EU:n direktiivit ja asetukset. Myös kuonan varastointia varten tarvitsee tehdä rekisteröinti-ilmoitus. (Tukes, ei pmv.)
Taholla, joka luovuttaa jätteen, on oltava laadunvalvontasuunnitelma, jonka avulla todennetaan pohjakuonan ympäristökelpoisuus. Laadunvalvontaa toteutetaan mm. ottamalla näytteitä pohjakuonasta, yhdellä (kokooma)näytteellä voidaan todentaa 5000 tonnin ympäristökelpoisuus, yksi kokoomanäyte koostuu 50 osanäytteestä. (Harju ym., 2022.)
Urakoitsijan laadunvalvonta on pääsääntöisesti samankaltaista kuin luonnonkiviaineksia käytettäessä. Tarkkailtavia ominaisuuksia väylissä ja kenttärakenteissa ovat mm. tiiviys ja kantavuus, joita voidaan mitata eri menetelmin mm. säteilymittauksella ja itse mittaavalla jyrällä. Vallirakenteissa laadunvalvontaa voidaan toteuttaa työtapatarkkailuna ja sitä voidaan täydentää tarvittavilla mittauksilla esimerkiksi vesipitoisuuden ja tiheyden seurannalla. (Harju ym., 2022.)
Pohjakuonatonnin sijoittaminen kaatopaikalle aiheuttaa 12 kg CO2e päästöt. Pohjakuonatonnin hyödyntäminen rakentamisessa vähentäisi päästöjä 198 kg CO2e. Pohjakuonatonnin ikäännyttäminen sitoo hiilidioksidia 37 kg 5,5 kuukauden aikana. (Härkisuo, 2023.)
Tuhkan käyttö maarakentamisessa
Tuhkan hankinta ja valmistus
Suomessa tuhkaa syntyy noin 1,5 miljoonaa tonnia vuodessa ja siitä 600 000 tonnia syntyy puun-, turpeen ja kivihiilen poltosta eli lämmön tuotannosta sekä sähkön ja lämmön yhteistuotannosta. (LuKe ei pvm; Arnkil ym., 2021, s. 5.)
Maarakennukseen soveltuvaa tuhkaa on kivihiilenpoltosta syntyvä lentotuhka, pohjatuhka, kuona ja kattilatuhka, turpeen ja käsittelemättömän puun poltosta syntyvä lentotuhka, rinnakkaispoltossa syntyvä lentotuhka ja pohjatuhka sekä leijupetihiekka. Tuhkien laatujen erot riippuvat polttotekniikasta. Leijupoltossa syntyvä pohjatuhka on runsaasti hiekkaa sisältävää, kun taas arinapoltossa syntyvä pohjatuhka sisältää partikkelikooltaan vaihtelevaa tuhkaa sekä myös hienompijakoista tuhkaa. (Arnkil ym., 2021.)
Kivihiilenpoltossa pienihiukkainen lentotuhka saadaan talteen suodattamalla savukaasuja. Kerättyä tuhkaa ikäännytetään varastoimalla sitä kostutetussa kasassa tuhkan reagoiden hiilidioksidin ja kosteuden kanssa, jolloin haitta-aineiden pitoisuudet laskevat. Peittämättömänä varastointi voi aiheuttaa pölyämistä. Varasto alueen pohjarakenteen eristemateriaalin heikkoudet nostavat riskiä haitta-aineiden liukenemista ja huuhtoutumista veteen. Jos tuhka menee lannoitteeksi, se käsitellään rakeistuksella tai itsekovetuksella, jotta vältetään pölyäminen levitysvaiheessa. Pölyttömyyden, käsiteltävyyden, lujuuden ja liukoisuuden lisäksi rakeistus parantaa tuhkan ulkonäköä, erottamisvastusta, virtausominaisuuksia, myyntiarvoa sekä vähentää käsittelyssä aiheutuvia terveysriskejä. Tiiviimpää materiaalia on myös helpompi varastoida ja kuljettaa. Raskasmetalleja ja muita haitta-aineita voidaan poistaa tuhkasta tarvittaessa kemiallisesti tai käyttämällä sideainestabilointia. Tuhkan kovetus tapahtuu sekoittamalla tuhkaan vettä saaden sen kosteudeksi 30–40 % ja jättämällä tuhka kovettumaan 7–14 päiväksi läjitysalueelle, jonka jälkeen se seulotaan ja tarvittaessa murskataan. (LuKe, ei pmv.)
Tuhkaa voidaan käyttää tuoreena eli kuivana säilöttyyn tuhkaan lisätään tarvittava vesimäärä juuri ennen levitystä ja tiivistämistä. Tämä parantaa tuhkan lujittumisominaisuuksia. Tuhkaa voidaan ottaa käyttöön myös kasasta, jolloin tuhkaan on lisätty vesi ennen kasalle ajoa. Läjitetty tuhka on tiivistettyä ja vesi siihen on lisätty läjitysvaiheessa. Tällöin lujittumisominaisuuksia ei ole juurikaan. (Vuola ym., 2021)
Tuhkan käyttökohteet
Tuhkan käyttökohteita valittaessa täytyy ottaa huomioon tuhkan laatu (LuKe, ei pvm). MARA-asetuksen mukaan tuhkaa voidaan käyttää väylä- ja kenttärakentamisessa, tuhkamursketeissä, teollisuus- ja varastorakennusten pohjarakenteissa ja kaikkien näiden kohteiden stabilointiaineena (Arnkil ym., 2021). Kerros ja syvästabiloinnissa tuhka toimii sideaineena. Tuhka toimii myös massiivirakenteena eli runkona valli- ja pengerrakenteissa. (Vuola ym., 2021.)
Tuhkalla voidaan myös korvata maarakennuksessa käytettäviä luonnonkiviaineksia. Tuhkaa voidaan käyttää sellaisenaan, tiivistettynä, seostettuna tai sideaineena. Tuhkan käyttökohteita ovat tie-, katu- ja kenttärakenteet. Metsätierakenteissa tuhkaa on käytetty tiivistettynä 10 cm pintakerrosmurskeen alla 30–50 cm kerroksena tai 20 painoprosenttista lentotuhkaa kalliomurskeen seassa levittäen tätä seosta 10 cm pintarakenteeksi. (LuKe, ei pmv.) Mittausten mukaan tuhkan käyttö metsäteissä on lisännyt kantavuutta ja routaeristävyyttä (Arnkil ym., 2021).
Lentotuhkia käytetään rakenteissa geoteknisten ominaisuuksien lisäksi lujittumisominaisuuksien takia (Vuola ym., 2021). Tuhka soveltuukin myös kaivoskuilujen täyttöön käyttäen tuhkaa kovettavana sideaineena sivukiven kanssa parantaen lujuutta (Tapio, 2021a). Puu- ja turvepolton lentotuhkat voivat muodostaa lujittuvia sidoksia ollessaan tekemisissä veden kanssa. Etenkin paperiteollisuuden kalkkipitoinen kuituliete ja siistausliete parantaa lujittuvuutta. (Vuola ym., 2021.)
Tuhkan käytön luvitus
Kun tuhkaa käytetään rakentamisessa, vaaditaan ilmoitusmenettely tai ympäristölupa, koska tuhka luetellaan jätteisiin. Säädösmuutoksia liittyen tuhkan käyttöön on vireillä. (LuKe, ei pmv.)
Tuhkan käytön säätelyä koskee myös jäteverolaki (1126/2010). Tuhkaa saa säilyttää välivarastossa enintään kolme vuotta, jonka jälkeen täytyy maksaa veroa, joka on 70 eur/tuhkatonni (Arnkil ym., 2021). Tuhkan välivarastointiin tarvitaan myös ympäristölupa (Vuola ym., 2021).
Tuhkan käyttöä niin kuin muidenkin jätemateriaalien käyttöä on helpotettu MARA-asetuksella. Maarakennusasetuksessa (MARA) säädetään, että tuhkia voidaan käyttää rakenteissa, joiden paksuus enimmillään 1,5 metriä. Asetuksessa on myös määrätty jätteiden käytöstä vain tietyissä käyttökohteissa, jotta jätteet käytettäisiin niille parhaiten soveltuvissa kohteissa. Jos rakenteen paksuus on yli 1,5 metriä, tarvitaan ympäristölupa. Ympäristöluvassa esitetään haitta-aineille raja-arvot, joiden mukaan ympäristölle ei aiheudu pilaantumisen vaaraa. Ympäristöluvassa on otettu huomioon myös rakentamisesta aiheutuneet ympäristövaikutukset. (Vuola ym., 2021.)
Tuhkaa voidaan hyödyntää myös koetoimintailmoituksella, josta on säädetty ympäristönsuojelulain 31 §: ssä. Lain mukaan kokeilevassa ja lyhytaikaisessa toiminnassa, jossa kokeillaan uutta tekniikkaa, menetelmää, laitetta, ainetta tai selvitetään vaikutuksia tai käyttökelpoisuutta, tarvitaan vain koetoimintailmoitus. (Vuola ym., 2021.)
Maarakentaminen kuuluu rakennuslain piiriin, jolloin rakennuslupa täytyy myös hakea. Rakennustuoteasetuksen (EU N:o 305/2011) mukaan tuhka rakennusmateriaalina muissa kuin tuhkan tuottajan omissa rakennushankkeissa täytyy CE-merkitä, koska se kuuluu tuotestandardin SFS-EN 13242- soveltamisalaan. (Vuola ym., 2021.)
Tuhkan käytön case-esittelyt
Arvo-Tuhka -hanke on käynnistynyt vuonna 2018. Tuhkan maarakentamiset uudet arvoketjut -hankkeesta saadaan tietoa ja osaamista siitä, miten tuhka voidaan hyödyntää maarakennuksessa edistäen vähähiilistä toimintaa, liiketoimintamahdollisuuksia ja yhteistyötä Päijät-Hämeessä. Hankkeessa käytetään valtioneuvoston asetusta 843/2017. Tavoitteena olisi, että tuhkan hyötykäyttäminen sekä osaaminen käyttää tuhkaa uudentyyppisissä maarakennuskohteissa lisääntyisi. Kustannustehokkuutta ja hyötykäyttöä pyritään lisäämään maarakennusratkaisuja, puhdistustekniikka ja toimitusketjuja kehittämällä. Hankkeen yhtenä tavoitteena on lisätä maaseudun elinvoimaisuutta luomalla edellytyksiä yritystoiminnalle. (Joensuu, 2022.) Hankkeessa pääosassa ovat ollewet yksityis- ja metsätiet sekä tuhkamurske- ja tuhkapatjarakenteet (Arnkil ym., 2021).
Hankkeessa on selvitetty teiden kantavuuksia ja vesistöihin aiheutuvia ympäristövaikutuksia käytettäessä tuhkaa metsäteillä. Selvitysten mukaan vesistöön ei ole aiheutunut haitallisia vaikutuksia ja teiden kantavuus on parantunut tuhkan ansiosta. (Tapio Oy, 2021a.)
Tuhkan käytön teknistaloudellinen arvio ja ympäristönäkökulmat
Tuhkan käyttö lisää ekologisuutta ja tietyissä tapauksissa sillä voidaan saada kustannussäästöjä. Tuhkaa kierrättämällä voidaan säästää luonnonvaroja ja vähentää hiilidioksidipäästöjä. (Arnkil ym., 2021.)
Arvo-tuhka hankkeessa on selvitetty, että tuhkalla ei ole haitallisia vaikutuksia vesistöihin (Tapio, 2021b). Meluvallirakenteissa suurin osa vesistä valuu kasvualustassa, sen pinnassa tai tuhkakerroksen pinnassa. Pieni osa vedestä imeytyy tuhkakerrokseen, joka ei läpäise vettä juurikaan. Työmaan hulevesien valuminen ympäristöön ja muukin tuhkan kulkeutuminen ympäristöön on estettävä huomioimalla pinnanmuodot, ojat, vesien virtaus, luontokohteet sekä kastelemalla pölyävää tuhkaa. (Vuola ym., 2021.)
Ympäristövaikutusten seuranta tapahtuu pinta- ja pohjavesien pH- mittauksilla, tarkkailemalla kiintoaineiden kulkeutumista sekä tutkimalla vesinäytteiden haitta-ainepitoisuuksia (Vuola ym., 2021). Haitta-ainepitoisuuksille on omat raja-arvonsa. Tuhkan ympäristövaikutuksia seuratessa on saatu selville, että ojavesinäytteissä on ollut pitoisuuksien muutoksia sekä pH-, sähkönjohtavuus- ja rakasmetallipitoisuuksien hetkellistä nousua, mikä on kuitenkin tasoittunut nopeasti (Tapio, 2021a). Ympäristölainsäädännössä tuhkan haitta-aineille on määrätty raja-arvot, mikä vaikuttaa tuhkan soveltuvuuteen eri käyttökohteisiin. Tuhkarakenteiden etäisyys pohjavedestä täytyy olla vähintään metri ja maarakentamiskohteen etäisyys vesistöstä, talousvesikaivosta tai lähteestä 30 m. (Arnkil ym., 2021.)
Tuhkaa ei toimiteta enää juurikaan kaatopaikoille maarakennuskäytön takia (Tapio, 2021b). Tämän voidaan katsoa olevan ympäristön kannalta parempi vaihtoehto kuin tuhkan hautaaminen hyödyttömänä kaatopaikalle.
Voimalaitoksissa, joissa tuhkaa syntyy sivutuotteena, on käytössä ympäristöjärjestelmiä esimerkiksi ISO 14001:2015. Näissä järjestelmissä edellytetään sivuvirtojen raportoimista ja kannustetaan avoimuuteen. (Arnkil ym., 2021.)
Tuhkan kelpoisuusluokittelu on otettu käyttöön vuonna 2021 materiaalitorilla, joka toimii kohtauspaikkana tuottajien ja käyttäjien välillä. Kelpoisuusluokittelulla edistetään vastuullisuutta. Tuhkan hyödynnettävyyden kannattavuus paranee, kun tuotantopaikka ja hyödyntämispaikka ovat lähellä toisiaan. (Motiva 2021.)
Kustannukset ovat rakentamistyön osalta käytännössä samat käytettäessä tuhkaa tai ei. Säästöjä tulee kuitenkin materiaalikuluissa, kun kiviaines voidaan korvata tuhkalla. Kustannukset tuhkan käytössä tulevat varastoinnista, käsittelystä, kuljetuksesta ja rakentamisesta. Jos hankkeessa ei tarvitse tehdä ympäristölupaa vaan pelkkä MARA-ilmoitus riittää, päästään melko edullisesti. Ilmoitus maksaa 280 euroa ja ympäristölupa voi maksaa tuhansia euroja. Kuljetusten kannattavuuden on arvioitu olevan kannattavaa maksimissaan 100 km päästä. (Arnkil ym., 2021.)
Tarvittaisiin lisää tietoa ja kattavaa ohjeistusta tuhkan tehokkaampaan hyödyntämiseen. Ympäristökelpoisuudesta ja teknisestä soveltuvuudesta ei ole ollut tarpeeksi tietoa. (Arnkil ym., 2021.)
