Jätteenpolton pohjakuonasta valmistettu kevytkiviainesmurske
Lautala, Juho (2023)
Lautala, Juho
2023
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-12-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112910325
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112910325
Tiivistelmä
Yhdyskuntajätteen poltto on yleistynyt jätteenkäsittelymenetelmä, jonka jäännöstuotteena syntyy yhdyskuntajätteen polton pohjakuonaa. Käsiteltyä yhdyskuntajätteen polton pohjakuonaa voidaan hyödyntää infrarakentamisessa, mutta hienorakeinen (0–1 mm) pohjakuonalajite on haastava rakennusmateriaali heikkojen teknis-mekaanisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi. Pohjakuonan käsittelyprosesseissa hienorakeista pohjakuonalajitetta syntyy usein enemmän kuin sitä pystytään hyödyntämään.
Hienorakeiselle pohjakuonalajitteelle kehitettiin uusi innovatiivinen hyötykäyttökohde keinotekoisen kevytkiviaineksen, vaahtokuonamurskeen, raaka-aineena. Vaahtokuonamursketta valmistetaan vaahtobetonireseptillä, jossa valmistettavan tuotteen raaka-aineista valtaosa on korvattu jätemateriaaleilla. Vaahtokuonamurskeen valmistusprosessin energiankulutus on pienempi kuin perinteisesti sintraamalla valmistettavien kevytkiviainesten.
Tässä työssä tutkittiin vaahtokuonamurskeen materiaaliominaisuuksia ja potentiaalisia infrarakentamisen käyttökohteita. Vaahtokuonamurskeelle tehtiin kattavat laboratoriokokeet, joiden perusteella määritettiin sen tärkeimmät teknis-mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet. Tuloksia verrattiin yleisimpiin Suomessa käytettäviin kevytkiviaineksiin ja potentiaalisten infrarakentamisen käyttökohteiden vaatimuksiin.
Työssä saadut tulokset osoittautuivat erittäin lupaaviksi ja siksi materiaalille suositellaan jatkotutkimuksia. Teknis-mekaanisilta ominaisuuksiltaan vaahtokuonamurske vastaa yleisimpien Suomessa käytettävien kevytkiviainesten suoritustasoa. Vaahtokuonamurskeen liukoisuudet pienenevät raaka-aineisiin verrattuna, mutta joidenkin haitallisten aineiden liukoisuudet ylittävät edelleen osan MARA-asetuksen (843/2017) mukaisista käyttökohteiden raja-arvoista. Vaahtokuonamurske osoittautui ominaisuuksiensa perusteella soveltuvan kaikkiin tarkasteltuihin potentiaalisiin kevytkiviainesten käyttökohteisiin infrarakentamisessa, mutta vaahtokuonamurskerakenteiden toimivuus täytyy kuitenkin varmistaa jatkotutkimusten, kuten koerakenteiden, avulla. Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) is a common waste treatment method producing bottom ash (BA) as a residue. Treated MSWI BA can be used in different civil engineering applications, but fine-grained (0-1 mm) MSWI BA is a challenging fraction due to its poor technical, mechanical and chemical properties. MSWI BA treatment processes often produce more fine-grained BA than it is possible to utilize.
A new innovative application was invented for the fine-grained MSWI BA fraction as a raw material in a lightweight aggregate called Crushed Foam Slag (CFS). CFS is a foam concrete product, which is manufactured by replacing most of the commonly used raw materials by waste materials. The energy consumption of CFS manufacturing process is low compared to the energy demand of producing other lightweight aggregates, which are traditionally made by sintering.
This thesis focuses on investigating the material properties and potential civil engineering applications of CFS. Several laboratory tests were conducted to define the most important technical, mechanical and chemical properties of CFS. The results were compared to other lightweight aggregates commonly used in Finland, and to the requirements of different civil engineering applications.
The results are promising, and further research is suggested. Technical and mechanical performance of CFS is equivalent to the performance of other artificial lightweight aggregates commonly used in Finland. Leaching properties of CFS mainly improve comparing to its raw materials, but the solubility of some of the harmful substances still exceed the limits of certain applications described in the decree of the government on the utilization of certain wastes in land construction (843/2017). CFS proved to be suitable for most of the considered potential civil engineering applications for lightweight aggregates, but the proper functionality of CFS structures must be ensured with further research e.g., experimental structures.
Hienorakeiselle pohjakuonalajitteelle kehitettiin uusi innovatiivinen hyötykäyttökohde keinotekoisen kevytkiviaineksen, vaahtokuonamurskeen, raaka-aineena. Vaahtokuonamursketta valmistetaan vaahtobetonireseptillä, jossa valmistettavan tuotteen raaka-aineista valtaosa on korvattu jätemateriaaleilla. Vaahtokuonamurskeen valmistusprosessin energiankulutus on pienempi kuin perinteisesti sintraamalla valmistettavien kevytkiviainesten.
Tässä työssä tutkittiin vaahtokuonamurskeen materiaaliominaisuuksia ja potentiaalisia infrarakentamisen käyttökohteita. Vaahtokuonamurskeelle tehtiin kattavat laboratoriokokeet, joiden perusteella määritettiin sen tärkeimmät teknis-mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet. Tuloksia verrattiin yleisimpiin Suomessa käytettäviin kevytkiviaineksiin ja potentiaalisten infrarakentamisen käyttökohteiden vaatimuksiin.
Työssä saadut tulokset osoittautuivat erittäin lupaaviksi ja siksi materiaalille suositellaan jatkotutkimuksia. Teknis-mekaanisilta ominaisuuksiltaan vaahtokuonamurske vastaa yleisimpien Suomessa käytettävien kevytkiviainesten suoritustasoa. Vaahtokuonamurskeen liukoisuudet pienenevät raaka-aineisiin verrattuna, mutta joidenkin haitallisten aineiden liukoisuudet ylittävät edelleen osan MARA-asetuksen (843/2017) mukaisista käyttökohteiden raja-arvoista. Vaahtokuonamurske osoittautui ominaisuuksiensa perusteella soveltuvan kaikkiin tarkasteltuihin potentiaalisiin kevytkiviainesten käyttökohteisiin infrarakentamisessa, mutta vaahtokuonamurskerakenteiden toimivuus täytyy kuitenkin varmistaa jatkotutkimusten, kuten koerakenteiden, avulla.
A new innovative application was invented for the fine-grained MSWI BA fraction as a raw material in a lightweight aggregate called Crushed Foam Slag (CFS). CFS is a foam concrete product, which is manufactured by replacing most of the commonly used raw materials by waste materials. The energy consumption of CFS manufacturing process is low compared to the energy demand of producing other lightweight aggregates, which are traditionally made by sintering.
This thesis focuses on investigating the material properties and potential civil engineering applications of CFS. Several laboratory tests were conducted to define the most important technical, mechanical and chemical properties of CFS. The results were compared to other lightweight aggregates commonly used in Finland, and to the requirements of different civil engineering applications.
The results are promising, and further research is suggested. Technical and mechanical performance of CFS is equivalent to the performance of other artificial lightweight aggregates commonly used in Finland. Leaching properties of CFS mainly improve comparing to its raw materials, but the solubility of some of the harmful substances still exceed the limits of certain applications described in the decree of the government on the utilization of certain wastes in land construction (843/2017). CFS proved to be suitable for most of the considered potential civil engineering applications for lightweight aggregates, but the proper functionality of CFS structures must be ensured with further research e.g., experimental structures.