Gummiklipp som konstruktionsmaterial i mark- och anläggningstekniska tillämpningar

Sammanfattning: I och med EG:s avfallsdirektiv från 1999 är det förbjudet att deponera hela däck från och med 2003 och förbjudet att deponera fragmenterade däck (gummiklipp) från och med 2006. Lagstiftningen syftar till ökad återanvändning eller återvinning av uttjänta däck. I Nordamerika, där liknande lagstiftning finns, har hela och fragmenterade däck använts i 30 år i vägbyggnadssammanhang som bland annat tjälisolerings- och lättfyllnadsmaterial. Syftet med detta licentiatarbete är att samla ihop och värdera den idag tillgängliga kunskapen om gummiklipps tekniska och miljömässiga egenskaper samt skaffa praktisk erfarenhet av att använda materialet i mark- och anläggningstekniska tillämpningar. Med gummiklipp avses fragmenterade däck där de enskilda bitarna varierar från ca. 30×30 mm2 till ca. 100×300 mm2. De övergripande målen med detta licentiatarbete är att: a) Identifiera, analysera och presentera den idag tillgängliga kunskapen om gummiklipps tekniska och miljömässiga egenskaper kopplat till mark- och anläggningstekniska tillämpningar. b) Genom egna fält- och laboratorieförsök skaffa praktisk erfarenhet av att använda materialet i vägkonstruktioner. c) Ge rekommendationer angående användande av materialet i mark- och anläggningstekniska tillämpningar. En vägsträcka med gummiklipp som skyddslager har byggts och utvärderats. Utrustning har installerats i vägkonstruktionerna för mätning av temperaturer, tjälfronten, sättningar och lakvatten. Konstruktionernas styvhet har bestämts genom fallviktsmätning. Tekniska egenskaper och erhållet lakvatten har jämförts mellan provsträckor och referenssträckan. Syftet med byggandet av provsträckan med gummiklipp som skyddslager är att: a) Erhålla kunskaper om att bygga med materialet. b) Studera funktionen av materialet ur tjälisoleringssynpunkt. c) Studera hur överbyggnaden ska dimensioneras för att kompensera för elasticiteten och styvheten i materialet. Målet med teststräckan är att kunna genomföra mätningar och utvärdering av sättningar av gummiklippslagret, temperaturer ochtjälgränsen i vägkonstruktionen, konstruktionens styvhet (bärförmåga) och lakvatten från konstruktionen. Litteraturstudien visar att de karakteristiska egenskaperna för gummiklipp, i jämförelse med friktionsjord, är att materialet är lätt (låg densitet), elastiskt, dränerande och värmeisolerande. Gummiklipp är ett relativt kompressibelt material och många tekniska egenskaper beror av aktuell belastning. Materialet blir styvare med ökad belastning. De ämnesgrupper hos gummiklipp som främst är undersökta ur miljösynpunkt är metaller, PAH och i viss mån fenoler. I en anläggningsteknisk tillämpning är det normalt vattenburna föroreningar som är av intresse för vilken miljöpåverkan materialet kan ha på omgivningen. Lakförsök visar att metaller lakar ut från däcklipp, främst järn, koppar, mangan och zink. Metalläckaget är av samma storleksordning som för bergmaterial. Av studerade organiska föreningar lakar PAH och fenoler ut, i låga koncentrationer. Toxikologiska studier visar att lakvatten från däckmaterial har påvisbar negativ effekt på organismer. Färskt däckmaterial uppvisar större negativ respons på organismer än äldre material. Vägen med gummiklipp i skyddslager byggdes under perioden 2002-2003. Dimensioneringsarbetet med provsträckan visade att den uppskattade livslängden på konstruktionen inte påverkades nämnvärt av att styvhetsmodulen för skyddslagret varierades inom intervallet 0,25-2,0 MPa. Gummiklipp kan hanteras med konventionell utrustning som används vid vägbyggande. I vissa avseenden är gummiklipp mer lätthanterligt än konventionella vägbyggnadsmaterial som bergkross och friktionsjord, exempelvis håller materialet ihop bättre. Utvärderingen av vägkonstruktionen fram till färdigställandet av vägen visade att: a) Den utvärderade bärförmågan hos gummiklippslagret var lägre än förväntat. b) Den primära kompressionen av gummiklippet skilde mycket i storlek mellan de två delsträckorna med olika material i förstärkningslagret. c) Gummiklipp har en tjälisolerande förmåga. d) Gummiklippen lakar ut små mängder metaller och PAH. PAH-halterna var något högre än förväntat. Den färdigställda vägkonstruktionen kommer framledes att utvärderas fortlöpande dels för att jämföra dimensioneringsresultaten med verkliga konstruktionens egenskaper avseende bärförmåga och livslängd, och dels för att följa upp deformationer och tjälisoleringsförmåga samt bestämma lakvattnets sammansättning. Utifrån kunskapsnivån avseende de tekniska parametrarna som redovisats i denna avhandling kan tillämpningar pekas ut där kunskapsläget är tillräckligt för att rent tekniskt kunna använda materialet och tillämpningar där forskningsbehovet är större. Tillämpningar där tillräcklig kunskap avseende tekniska egenskaper idag kan anses finnas är bankfyllningar, dräneringslager, tjälisolering och motfyllnad. De tekniska begränsningarna som idag finns när det gäller användning av gummiklipp rör främst de elastiska egenskaperna i materialet, främst avseende styvhet och kompressibilitet. Miljöaspekten måste beaktas vid användning av gummiklipp. Vid känsliga recipienter och där avrinningsvatten kan ansamlas i små volymer kan materialet i extremfallet innebära en negativ påverkan. Placerat i applikationer där perkolationen är liten och kontakttiden mellan vatten och gummiklipp är kort bör materialet inte innebära mer påverkan än andra material. Uppföljningsstudier av provobjekt där gummiklipp använts som skyddslager i vägar och bankfyllnader visar att metaller och organiska ämnen lakar ut i låga koncentrationer från konstruktionerna.