Massastabilointia käytetään pohjanvahvistusmenetelmänä pehmeiden maa-ainesten lujit-tamiseen ja heikkolaatuisten maa-ainesten jalostusmenetelmänä sekoittamalla siihen si-deainetta (Forsman et al. 2014). Stabilointia voidaan tehdä rakennuspaikalla (ns. in-situ menetelmä) ja sen ulkopuolella kaivamalla heikkolaatuiset maa-ainekset ensin pois ja käsit-telemällä ne maan päällä (ns. ex-situ menetelmä). Massastabilointia voidaan yhdistää myös pilaristabiloinnin kanssa pehmeiköillä, joissa on pinnassa turve- ja liejukerros ja jolloin pi-laristabilointia tehdään syvemmällä ja massastabilointia sen päällä (Liikennevirasto 2018).
Sideaineen määrä, jossa ei ole uusiomateriaaleja, on Suomessa yleensä 70–150 kg/m3 (Fors-man 2021). Massastabiloinnin leikkauslujuustavoite on yleensä 30–70 kPa ja harvoin 100 kPa (Forsman et al. 2014). Sementtiä voidaan käyttää hyvin laajasti eri maaperätyypeillä, mutta sekoitus voi olla vaikeata hyvin plastisten maalajien kanssa. Poltettu kalkki taas rea-goi plastisten maalajien kanssa ongelmitta ja vähentää samalla sen plastisuutta ja parantaa sekoittuvuutta. (Nicholson 2015). Turpeen massastabilointi saattaa aiheuttaa ongelmia hai-sevien yhdisteiden muodossa, josta voi aiheutua haittaa talorakennuskohteissa. (Järvinen &
Järvinen 2021).
Suunnittelu
Suunnittelun lähtötiedoiksi tarvitaan tietoa maakerrosrajoista, indeksi-, lujuus- ja muodon-muutosominaisuuksista, pohja- ja mahdollisen orsiveden tasosta ja tarvittaessa lisäksi pH, SO3- ja Cl-pitoisuuksista. Maakerrosten stabiloitavuutta voidaan selvittää stabiloitavuusko-keilla, koestabiloinnilla ja/tai kokemusperäisesti. Tyypillisesti stabiloitavuuskokeet jaksote-taan niin, että tulokset ovat käytössä suunnittelun aikana, mutta tutuissa kohteissa voidaan kokeet jaksottaa myöhempään aikaan tai jättää jopa urakoitsijalle tehtäväksi. (Forsman et al. 2014).
Kuva 4.2.1: Massastabiloidun kerroksen painumat esikuormitettuna (vaiheet 1–4) ja ilman esikuormitusta (vaiheet 1–3). (Forsman et al. 2014)
Massastabiloinnin mitoituksessa suoritetaan murtorajatilassa vakavuustarkasteluja ja käyt-törajatilassa painumamitoitusta. Massastabiloidun maaperän painuma jakaantuu useaan vaiheeseen (kuva 4.2.1): heti stabilointityön jälkeiset painumat, lopullisen penkereen käytön aikaiset painumat, sekä mahdollisesta käsiteltyyn kerroksen alle jääneen stabiloimattoman pehmeän kerroksen painumat. (Liikennevirasto 2018).
Rakentaminen
Stabilointiyksikköön kuuluu tyypillisesti tela-alustainen kaivinkone, johon on asennettu se-koitinyksikkö sekä erillinen sideainesäiliö. Sideainetta syötetään paineilman avulla sideai-nesäiliöstä sekoitinkärkeen ja siitä maaperään. Markkinoilla on paljon erilaisia sekoitinkär-kiä erityyppisiin olosuhteisiin. Maaperän ollessaan erittäin jäykkä voidaan sekoitinkärkeen kiinnittää erilaisia teriä, hampaita tai siipiä. (Kirsch & Bell 2013). Massastabiloinnin maksi-misyvyys on nykykalustolla hyvissä olosuhteissa noin 7–8 m, mutta optimaalinen stabiloin-tisyvyys on 3–5 m. Sitä ohuempiakin kerroksia voidaan stabiloida. (Forsman et al. 2014).
Vaikeissa olosuhteissa liiallinen stabilointisyvyys voi aiheuttaa epätasaisen sideaineen se-koittumisen stabilointikerroksen alaosassa (Kuismin 2017). Massastabilointia voidaan suo-rittaa joissakin tapauksissa myös pilaristabilointikalustolla (Pyssysalo 2021).
Stabilointityöt suoritetaan yleensä työkoneen ulottuvuuden perusteella lohkoittain. Lohko-koko on tyypillisesti pinta-alaltaan noin 4×4 m ja massastabiloitavan kerroksen paksuus 5 m. Lohkokohtaiset työt aloitetaan tyypillisesti sekoittamalla lohkokohtainen sideaineen määrä maahan, mitä seuraa jatkosekoitus homogeenisen lopputuloksen aikaansaamiseksi.
(Kirsch & Bell 2013). Stabilointityön jälkeen päälle rakennetaan tiivistyspenger ja mahdol-lisesti esikuormituspenger. Stabiloidun maaperän tavoitelujuus saavutetaan yleensä 1–3 kuukaudessa (Kuismin 2017). Menetelmän työsaavutus on yleensä noin 200–400 m3 /työ-vuorossa, riippuen käytetyistä koneista, maaperästä ja muista olosuhteista. Suurissa, vaati-vissa tai vieraissa kohteissa suositellaan aloittamista koestabiloinnilla ennen varsinaista sta-bilointityötä. (Forsman et al. 2014).
Sekoitustyön tasalaatuisuutta parantaa 3D koneohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmä, joka kontrolloi ja dokumentoi sekoitinkärjen liikkeitä ja varmistaa, että sekoitinkärki on sekoit-tanut koko lohkon. Sekoitustyön jälkeen pinta tasataan ja sen päälle levitetään tiivistyspen-ger. (InfraRYL 2021).
Käyttömäärät Suomessa
Massastabiloinnin käyttömääriä Suomessa on tilastoinut Kari Kuusipuro Nordkalk Oy:stä (esitetty kuvassa 4.2.2). Kuvasta puuttuvat 1990-luvulla tehdyt massastabiloinnit. Käyttö-määriä on selvitettyä urakoitsijoilta vuosittaisten kyselyiden avulla. Kuusipuron (2021) mu-kaan kyselyihin saadaan urakoitsijoilta tyypillisesti kattavasti vastauksia.
Vuotuisissa käyttömäärissä on isoja vaihteluita ja ne ovat riippuvaisia isoista hankkeista, kuten esimerkiksi vuonna 2006 toteutettu Vuosaaren sataman, mikä on aiheuttanut selvän korotuksen vuoden 2006 massastabilointimäärään. Viime vuosina massastabilointimäärät ovat hieman alhaisemmat verrattuna aikaisempaan. Massastabiloinnin yksi isoimmista ra-joituksista verrattuna pilaristabilointiin on menetelmän rajallinen käsittelysyvyys (Pätsi
2021 ja Rantala 2021). Vuosien 2010 ja 2019 välissä on massastabiloinnilla lujitettu keski-määrin 200 000 m3 maata vuodessa.
Kuva 4.2.2: Massastabilointimäärät Suomessa sisältäen vuoden 2019 määrät (Kuusipuro 2021). Kuvasta puuttuvat 1990-luvulla tehdyt massastabiloinnit.
Hiilijalanjälki
Massastabiloinnin päästölaskennassa on huomioitu sideaineiden, penkereeseen tarvittavan kalliomurskeen valmistus- ja kuljetuspäästöt, massastabilointityön, penkereen rakentami-sen ja tiivistämirakentami-sen päästöt sekä painuman korvaavan täytön rakentamirakentami-sen ja tiivistämirakentami-sen päästöt. Lujittumisen aikaiseksi painumaksi on arvioitu 10 % stabiloidun kerroksen paksuu-desta. Sideaineen määräksi on arvioitu Terra-tuoteperheisiin kuuluvien sideaineseosten ja CEM II tapauksessa 70 kg/m3. Lentotuhkan ja Plussasementin (LT + CEM II 7:3) ja Infra Stabi80 sideaineseosten tapauksessa 110 kg/m3.
Massastabiloinnin kokonaispäästöt riippuvat sideainemäärästä ja valmistuksen päästöker-toimesta riippuvaisia. Kuvassa 4.2.3 on esitetty päästöjen muodostuminen eri sideaineseok-silla ja kuvassa 4.2.4 on esitetty päästöihin vaikuttavien materiaalien, kuljetusten ja työsuo-ritteiden osapäästöt. Päästöistä noin 80–95 % muodostuu materiaalien valmistuspäästöistä, 2–10 % kuljetuspäästöistä ja 2–5 % työsuoritteista. Sideaineen määrän lisääminen vaikuttaa kokonaispäästöihin lineaarisesti. Sideaineen määrän vaikutus kokonaispäästöihin on esi-tetty kuvassa 4.2.5. Stabilointisyvyydellä on iso merkitys kokonaispäästöihin. Syvyyden vai-kutus päästöihin on esitetty kuvassa 4.2.6.
0 100 200 300 400 500 600 700
Massastabilointimäärä ×1000 m3
Kuva 4.2.3: Massastabiloinnin päästöjen muodostuminen eri rakennusvaiheissa tieraken-teessa Pohjois-Helsingin kohtieraken-teessa. Stabiloidun kerroksen paksuus on 8 m.
Kuva 4.2.4: Massastabilointikohteen päästöihin vaikuttavien tuotteiden valmistuksen (A1-A3), kuljetusten (A4) ja työsuoritteiden (A5) päästöt Pohjois-Helsingin esimerkkitieraken-teessa. LT + CEM II 7:3 ja Infra Stabi80 sideaineen määrä on 110 kg/m3, muilla 70 kg/m3. Stabiloidun kerroksen paksuus on 8 m.
CEM II
A5 Työsuoritteet 196 196 196 196 196 196 196 196
A4 Kuljetukset 359 293 293 293 293 293 444 429
A1-A3 Tuotteet ja materiaalit 7237 10657 9324 7241 3858 3018 3625 3044 0
Päästö, kg CO2e/penger-m
6851
CEM II Terra KC50 Terra KC30 Terra POZ Terra Green Terra GTC LT + CEM II 7:3 Infra Stabi80 Kalliomurske CEM II LT + CEM II 7:3 Terra tuotteet Infra Stabi80 Kalliomurske Stabilointi Pengerrys Tasaus Penkereen tiivistys Tasauksen tiivistys
A1-A3 A4 A5
Päästö, kg CO2e/penger-m Stabilointityö
Kuva 4.2.5: Massastabiloinnin päästöt esimerkkirakenteissa eri sideaineen määrillä Pohjois-Helsingin kohteessa. Stabiloidun kerroksen paksuus on 7 m.
Kuva 4.2.6: Stabilointisyvyyden vaikutus massastabiloinnin päästöihin Pohjois-Helsingin kohteessa. LT + CEM II 7:3 ja Infra Stabi80 sideaineen määrä on 110 kg/m3, muilla 70 kg/m3.