Ligniinin vaikutus bitumin ja asfalttipäällysteen ominaisuuksiin

Abstract

Asfalttipäällysteissä käytetyn maaöljypohjaisen bitumin tuotannon tarvetta pyritään vähentämään sen haitallisten ympäristövaikutusten ja hinnannousun vuoksi. Käytetyn asfaltin kierrättämisen lisäksi bitumille koetetaan löytää korvaavia materiaaleja, joista biopohjainen ligniini on osoittautunut lupaavaksi vaihtoehdoksi. Tässä työssä tutkittiin kirjallisuudesta löytyvän tiedon perusteella ligniinin vaikutuksia bitumin ja asfalttipäällysteen ominaisuuksiin. Vaikutuksia tarkasteltiin erityisesti Suomen sääolosuhteet huomioiden.

Asfalttia käytetään teiden sekä katujen ylimmissä kerroksissa, ja sen tehtävänä on parantaa tien kulumis- ja deformaatiokestävyyttä. Lisäksi asfaltin tulee olla tarpeeksi pakkasen- ja vedenkestävää, jotta se kestää sään aiheuttamia kuormituksia. Bitumin tehtävä on sitoa asfaltin kiviainekset toisiinsa, mikä parantaa päällysteen kestävyysominaisuuksia verrattuna pelkkään kiviainekseen. Tässä työssä tarkasteltiin ligniinin vaikutuksia bitumin tunkeumaan, pehmenemispisteeseen, dynaamiseen ja kinemaattiseen viskositeettiin 135 °C:ssa, murtumispisteeseen sekä deformaatiokestävyyteen. Lisäksi tarkasteltiin ligniinin vaikutusta asfalttipäällysteen kulumis- ja vedenkestävyyteen.

Tutkitun kirjallisuuden perusteella ligniini pienentää bitumin tunkeumaa, mutta muista tarkastelluista tutkimuksista poiketen yhdessä tutkimuksessa tunkeuma alkoi kasvaa ligniinipitoisuuden ylittäessä 9 %. Korkea ligniinipitoisuus voi siis kasvattaa bitumin tunkeumaa. Lisäksi tutkimusten perusteella ligniini nostaa bitumin pehmenemispistettä, kasvattaa sen dynaamista sekä kinemaattista viskositeettia 135 °C:ssa sekä parantaa sen deformaatiokestävyyttä. Ligniini myös nostaa bitumin murtumispistettä eli heikentää pakkasenkestävyyttä. Tätä tulosta tukivat myös tutkimukset, joissa ligniini heikensi bitumin pakkasenkestävyyttä BBR-testien perusteella.

Asfalttipäällysteen kulumiskestävyyden osalta löytyi vain vähän tutkittua tietoa, mutta löydetyn aineiston perusteella ligniini parantaa asfalttipäällysteen kulumiskestävyyttä. Ligniinin vaikutuksesta asfalttipäällysteen vedenkestävyyteen tarkasteltiin kahta tutkimusta, joiden perusteella ligniini parantaa asfalttipäällysteen vedenkestävyyttä kahdella eri tunkeuma-alueen bitumilla.

Tutkimusten tulosten perusteella ligniinillä on merkittävä vaikutus bitumin sekä asfalttipäällysteen ominaisuuksiin. Yhteenvetona ligniini kovettaa bitumia ja samalla heikentää bitumin työstettävyyttä sekä pakkasenkestävyyttä. Ligniini parantaa bitumin deformaatiokestävyyttä sekä asfalttipäällysteen kulumis-, ja vedenkestävyyttä. Eri tutkimusten tulosten vertailu on kuitenkin haastavaa, sillä tutkimuksissa käytettiin eri ligniinejä, bitumeja, kiviaineksia, ligniinipitoisuuksia, asfaltinvalmistusprosesseja sekä tutkimusmenetelmiä.