Terastikulise koostise mõju filtratsioonimoodulile

Käesoleva lõputöö kirjutamise ajal ei ole Eesti teede ehituse valdkonnas veel tekkinud pakkumust ületavat nõudlust häid filtratsiooniomadusi omavate täitematerjalide osas. See aga ei tähenda, et lähemas või kaugemas tulevikus on sellise olukorra tekkimine välistatud. Suure panuse kirjeldatud olukorra tekkesse annavad pidevalt kahanevad hästi filtreeruvate täitematerjalide varud. Samuti ei pruugi iga suure ehitusobjekti läheduses olla karjääri, millest võiks saada nõutud omadustega materjali Esmajoones tuleb pakkumuse vähenedes silmitsi seista üha kasvava täitematerjali hinnaga ning kuna teede ehitamist finantseeritakse Maanteeameti ehk Eesti riigi poolt, mõjutab see kaudselt iga maksumaksja rahakotti. Pidades silmas sellist võimalikku stsenaariumi, on käesolev lõputöö pühendatud täitematerjali terastikulise koostise mõju filtratsioonimoodulile hindamisele. Lõputöö raames analüüsitud materjalide põhjal võib väita, et terastikuline koostis mõjutab suurel määral materjali filtreerimisvõimet. Kõige otsesem seos valitseb peenosiste sisalduse ning filtratsioonimooduli vahel. Pidades silmas nõuet, mille puhul peab täitematerjali filtratsioonimoodul olema vähemalt 2 m/ööp, garanteerib nõutud filtratsioonivõime materjalid, millede peenosiste sisaldus jääb alla 2%. Loomulikult esineb ka erandeid, millede puhul näiteks 5% peenosiste sisalduse juures on filtratsioonimoodul jätkuvalt üle 2 m/ööp, kuid sellise materjali ülejäänud terastikuline koostis on jämeda terilisem. Pidades silmas filtratsioonimooduli nõuet 0,5 m/ööp, garanteerivad nõutud filtreerimisvõime materjalid, millede peenosiste sisaldus ei üle 3%. Olenevalt materjalist kõigub siinkohal kriitiline peenosiste sisaldus 3-5% juures. Ka siinkohal esineb erandeid, kuid igal juhul tuleks üle 3% peenosiste sisaldusega materjali puhul teostada filtratsioonimooduli määramine, et olla veendunud materjali sobivuses teede ehituseks. Analüüsi käigus sai korduvalt kinnitust ka Sojuz-Dornii meetodi sobimatus teede ehituse alal. Lõputöö käigus analüüsitud materjalide puhul saadi Sojuz-Dornii meetodiga alati kordades paremad filtratsioonitulemused kui GOST filtratsiooni kasutades. Põhjus peitub selles, et Sojuz-Dornii meetodi puhul kasutatakse alati 5 või 6% veesisaldust, mille puhul jääb peaaegu alati materjal filtratsioonitorus alatihendatuks. GOST filtratsiooni puhul määratakse iga materjali puhul eelnevalt 50 aga optimaalne veesisaldus ja maksimaalne kuivtihedus, ehk materjal tihendatakse filtratsioonitorusse maksimaalselt tihedaks ning saadakse vähim võimalik filtratsioonimoodul. Vastavalt sissejuhatuses tõstatatud probleemile seoses halvasti filtreerivate materjalide parendamisega teostati lõputöö käigus ka katsetused proovimaks terastikulise koostise muutmisega parendada materjali filtratsioonimoodulit. Selleks valis autor sihilikult katsetavaks materjaliks võimalikult kehva filtreerimisvõimet omava materjali. Esimese katse tulemusel selgus, et materjali filtratsioonimoodul on kõigest 0,01 m/ööp. Seejärel nägi aga katseplaan ette originaal materjalist peenosiste väljapesemise. Saadud materjalist uuesti filtratsioonimoodulit määrates saadi tulemuseks juba hoopis parem tulemus – 4,55 m/ööp. Järelikult võib selle konkreetse materjali põhjal väita, et ainult peenosiste väljapesemisest võib piisata materjali muutmiseks hästi filtreerivaks. Loomulikult võib ka välja pesta või sõeluda ka suuremaid terasid materjalist, kuid suure tõenäosusega sõltub see juba konkreetse materjali terastikulisest koostisest. Seoses peenosiste väljapesemisega tehnoloogia levikuga uuriti käesoleva lõputöö raames Paekivitoodete Tehase OÜ-le kuuluvat CDE ümbertöötlemisliini Tallinna külje all Väo karjääris. Nimetatud ettevõte kasutab seda küll paekivisõelmete ümbertöötlemiseks, kuid tehnoloogiliselt ei ole mingeid piiranguid kasutada sellist lahendust täitematerjalide parendamisel. Nimetatud tehnoloogia võimaldab materjalist välja pesta nii peenosiseid kui vajadusel ka suuremaid terasid (näiteks < 0,125 mm). Kuigi esmane investeering on suur (umbes 1 miljon eurot), võib näiteks mitme karjääriga koostööd tehes selline investeering isegi ära tasuda. Ilmselgelt oleks tegu ka keskkonnasäästlikkusega, sest hästi dreeniva materjali saamiseks ei tule seda kusagilt mujalt kaevandada, vaid saadakse ümbertöötlemise käigus juba hästi filtreeriv materjal. Lisaks saab väljapestud peenosist kasutada vanade karjääride kultiveerimiseks ning ka ehitustelliste tootmisel. Vastates lõputöö sissejuhatuses püstitatud küsimusele, kas kehvalt filtreerivaid materjale on võimalik terastikulise koostise muutmisega parendada, saab käesoleva lõputöö põhjal väita, et see on tõesti võimalik. Töö käigus katsetatud materjali puhul saavutati juba ainuüksi peenosiste väljapesemisega 0,01 m/ööp asemel filtratsioonimooduliks 4,55 m/ööp.

The topic of this Final Thesis is “The influence of particle size distribution to permeability”. The topic was chosen due to recent problems with filtration capacity of materials used in road construction and with methods employed to determine the filtration modulus. As Estonian weather conditions are rather severe, primarily in terms of humidity, it is important that water entering the road structure be directed out of it as quickly as possible. If the road structure contains too much water that cannot flow out, the road loses its designed load-bearing capacity. Additionally, water may carry some of the material out of the road structure, causing irregular sinkages which affect the driveway’s surface in the end. The Thesis pays attention primarily to assessment of the filtration capacity of various materials, based on the materials’ granularity composition. Most of all, it means the content of fine particulates, but the analysis also includes particulates with larger granularity. The Thesis also details the testing of a specific material with the objective of rendering a material with near zero filtration capacity into a material possessing the required filtration capacity and being suitable for use in road construction. In addition, the definition of fineness modulus is explained and its use for evaluating filler material’s load-bearing capacity and possible rate of compaction is described. The author also highlights a technology for washing out fine particulates and provides an assessment to its feasibility in Estonian conditions. It was determined by analysing the filtration moduli and granularity compositions of various materials that the fine particulates content in a material is very closely related to the material’s filtration capacity. Exceptions were found in terms of materials with low fine particulate content, while also having a much higher content of somewhat larger granularity particulates (0.063/0.125 mm fraction). Still, the best filtration results were obtained with materials having homogeneous granularity and not more than 3-4% content of fine particulates. The material tested in the course of preparing the Thesis had a near-zero filtration capacity (0.01 m / 24 h) with its original granularity composition. Due to the material’s content of fine particulates 52 (7.2%), a decision was made to remove precisely the fine particulates. After washing out the fine particulates, the material’s filtration modulus was measured as 4.55 m / 24 h. This example provides grounds for a claim that merely washing out fine particulates can render a very low-drain material into a material suitable for road construction and having the required filtration capacity. Naturally, this may not be true of all materials, but there is now an example of a very good effect. The granularity composition can also be changed by removing some other fraction as necessary for improving the material’s filtration capacity. By analysing various materials and testing a specific material, a conclusion was reached that a material’s granularity composition greatly influences that material’s filtration capacity. Another important conclusion is that even non-filtering material can be rendered into a well-draining material by changing its granularity composition.