Happamien sulfaattimaiden vaikutus maahan asennettavien rakenteiden kestävyyteen

Abstract

Happamat sulfaattimaat ovat sulfidirikkaita maaperiä, jotka hapettuessaan muodostavat happamia yhdisteitä ja voivat siten luoda maahan asennettaville rakenteille aggressiivisen ympäristön. Tässä diplomityössä tarkasteltiin happamien sulfaattimaiden vaikutuksia maahan asennettavien rakenteiden kestävyyteen. Työn tavoitteena oli selvittää happamien sulfaattimaiden muodostama korroosioympäristö sekä eri materiaalien käyttäytyminen näissä olosuhteissa. Työ koostui kirjallisuustutkimuksesta ja tapaustutkimuksesta. Teoriaosuudessa käsiteltiin happamien sulfaattimaiden syntyä, ominaisuuksia ja kemiallista käyttäytymistä sekä niiden vaikutusta maaperän korroosio-olosuhteisiin. Lisäksi tarkasteltiin maahan asennettavien rakenteiden, kuten teräksen, teräsbetonin ja puun, keskeisiä vauriomekanismeja sekä materiaalien korroosion ja turmeltumisen tutkimusmenetelmiä. Kirjallisuustarkastelun perusteella pitkäaikaisia kenttätutkimuksia rakenteiden käyttäytymisestä happamissa sulfaattimaissa oli edelleen vähän, mikä korosti käytännön mittausten tarvetta. Työn kokeellinen osa toteutettiin Helsingin Malminkentälle perustetuilla koekentillä, joihin asennettiin eri materiaaleista valmistettuja paaluja ja teräspontteja. Kenttätutkimus rajattiin rakenteiden alkumittauksiin ja lähtötilanteen dokumentointiin ennen altistumista maaperän olosuhteille. Tavoitteena oli dokumentoida rakenteiden lähtötilanne ennen altistumista siten, että niiden kunnon muutoksia voidaan arvioida luotettavasti pitkän aikavälin seurantatutkimuksissa. Mittauksissa määritettiin rakennusosien keskeiset ominaisuudet ja dokumentoitiin niiden kunto, mitat, pintojen laatu, asennusolosuhteet, maaperäolosuhteet sekä muut seurantatutkimuksia varten keskeiset lähtötiedot. Työssä tuotettu lähtötilanneaineisto muodostaa vertailupohjan myöhemmille seurantatutkimuksille ja luo edellytykset arvioida happamien sulfaattimaiden vaikutusta rakenteiden korroosioon ja turmeltumiseen pitkällä aikavälillä. Tuloksia voidaan hyödyntää maahan asennettavien rakenteiden suunnittelussa sekä riskienhallinnan kehittämisessä happamilla sulfaattimailla.

Acid sulfate soils are sulfide-rich soils that, upon oxidation, form acidic compounds and can thereby create an aggressive environment for buried structures. This master’s thesis examined the effects of acid sulfate soils on the durability of buried structures. The aim of the study was to characterize the corrosion environment formed by acid sulfate soils and to assess the behavior of different materials under these conditions. The study consisted of a literature review and a case study. The theoretical part addressed the formation, properties, and chemical behavior of acid sulfate soils, as well as their impact on soil corrosion conditions. Furthermore, the key degradation mechanisms of materials used in buried structures, such as steel, reinforced concrete, and wood, were reviewed, together with methods for investigating corrosion and material degradation. Based on the literature review, long-term field studies on the behavior of structures in acid sulfate soils were still limited, which highlighted the need for practical measurements. The experimental part of the study was carried out at test fields established at Malmi, Helsinki, where piles made of different materials and steel sheet piles were installed. The field study was limited to initial measurements and documentation of the structures prior to exposure to soil conditions. The objective was to document the initial condition of the structures prior to exposure so that changes in their condition can be reliably evaluated in long-term monitoring studies. The measurements included the determination of key properties of the structural components and the documentation of their condition, dimensions, surface quality, installation conditions, soil conditions, and other key baseline data for subsequent monitoring. The baseline data produced in this study provide a reference for future monitoring and a basis for evaluating the effects of acid sulfate soils on the corrosion and degradation of structures over the long term. The results can be utilized in the design of buried structures and in the development of risk management practices in acid sulfate soil conditions.