Roheasfalt on leidnud koha ka ülikoolide lõputöödes

Verston ja Fibenol, roheasfalti paigaldus Imaveres asuva katsetehase territooriumile. Foto: Andres Raudjalg

Bituumen saadakse toornafta rafineerimisprotsessi käigus ning see on laialdaselt kasutuses asfaltsegude ja katusekatete tootmisel. 2021. aastal toodeti ainuüksi Euroopas hinnanguliselt 288 miljonit tonni asfaltsegu, milles bituumenil on sideainena roll siduda end täitematerjaliga, tagada segu sidusus ning asfaltsegule omased omadused.

Viimastel aastatel on bituumeni kättesaadavuse ja hinnavarieeruvus ning eesmärk vähendada süsinikujalajälge viinud bituumeni alternatiivide otsimiseni. Bituumeni asendajatena on varsemalt katsetatud näiteks taimeõlisid, plastik- ja rehvijäätmeid, lendtuhka ja ligniini. Samuti saab asfaltsegusse lisatavat uue bituumeni kogust vähendada ringlussevõetud asfaldi arvelt.

Magistritöö* eesmärgiks oli uurida bituumeni asendamise võimalusi asfaltsegudes. Lähemalt uuriti, kuidas mõjutab Eestis kasvanud puudest toodetud ligniini lisamine asfaltsegusse selle omadusi ning vastavust Eestis kehtivatele nõuetele. Samuti määrati katseliselt suurim kogus ligniini, mille juures asfaltsegude omadused jäävad Eesti asfaltsegudele kehtestatud nõuete piiridesse.

Ligniin

Ligniin on biopolümeer, mis koos tselluloosi ja hemitselluloosiga on taimede rakukestade põhikomponendiks. Ligniini peamiseks ülesandeks on töötada rakkude vahelise sideainena, tagades sellega tüve, okste ja varte jäikuse ning tugevuse. Ligniini toodetakse peamiselt põllumajanduses, tselluloosi-, paberi- ja biokütuse tööstusest saadud tootmisjääkidest ning selle ülesehitus ning omadused on suuresti mõjutatud nii algmaterjali päritolust kui ka  kasutatavast tootmisprotsessist.

Ligniin teedeehituses

Varasemalt on laialdasemalt ligniini kasutamist teedeehituses uuritud Hollandis, Chaplin XL (Collaboration in aspHalt Applications with LIgnin in the Netherlands – eXtra Lignin) programmi raames. Selle eesmärgiks oli vähendada CO emissioone, asendades asfaltsegudes bituumen ligniiniga ning välja töötada tehnoloogia, mis võimaldab võimalikult suurt bituumeni asendusmäära ilma, et see mõjuks negatiivselt asfaltsegu toimivusele. Uuringust järeldati, et kuigi olemasolevaid tehnoloogiaid kasutades saab ligniiniga asfaltsegusid edukalt toota, ei ole see praegu majanduslikult tulus. See aga võib muutuda bituumeni hinna tõusu ja kättesaadavuse vähenemise tõttu ja/või kui teedeehitussektoris võetakse suund keskkonnamõjude vähendamisele.

Katselõigu tutvustus

Hindamaks ligniini mõju asfaltsegudele rajati Imaverre katselõik, kus osa bituumenist oli asendatud ligniiniga. Eesmärgiks oli hinnata asfaltsegude omadusi ning nende vastavust Eestis kehtivale rahvusliku standardi EVS 901-3:2021 nõuetele. Katselõigule tehti eelnevalt katsetootmine, mille tulemuste põhjal määrati suurim ligniinisisaldus, mille juures asfaltsegud vastavad neile seatud nõuetele.

Katselõigu jaoks toodeti kokku neli ligniiniga modifitseeritud asfaltsegu ja kaks ilma ligniinita referentssegu. Asfaltsegudele määrati laboratoorselt terastikuline koostis ja sideaine sisaldus, poorsusomadused, veepüsivus, Marshalli voolavus ja stabiilsus, deformatsioonikindlus ning kulumiskindlus.

Lahustuva sideaine sisaldus

Joonistel 1 ja 2 on näha, et kõikidel segudel peale AC 16 surf 15% oli lahutuva sideaine sisaldus üle lubatud alampiiri. Samuti ilmnes, et ligniiniga segudes on lahustuvat sideainet rohkem, kui bituumenit algselt sisse doseeriti. Sellest tulenevalt püstitati lõputöö käigus hüpotees, et ligniini ja bituumeni vahel toimub kõrgetel, segamise ja transpordiga seonduvatel temperatuuridel reaktsioon, mille käigus ligniini ja bituumeni segunemine paraneb.

Jäävpoorsus

Jäävpoorsuste tulemustest selgub, et kõikide segude tulemused on lubatud vahemikus ning kõrgemate ligniinisisalduste juures on asfaltsegude poorsus suurem (vt joonis 3 ja 4). Suurem jäävpoorsus võib tuleneda ligniini jäigastavast mõjust, mis muudab segud raskemini töödeldavaks. Suurem jäävpoorsus mõjutab omakorda ka teisi segu toimivuse ja vastupidavusega seotud omadusi.

Veepüsivus

Veepüsivuse tulemused arvutatakse märja ja kuiva alagrupi proovikehade kaudsete tõmbetugevuste suhtena, seega näitab tulemus, kui palju on märja grupi proovikehad kuivades proovi kehadest nõrgemad. Joonistel 5 ja 6 kirjeldatud katsetulemused näitavad, et kõik segud vastavad nõuetele. Samuti tuleks välja tuua, et AC 32 base segude tulemused on märkimisväärselt suuremad standardis EVS 901-3:2021 nõutud alampiiriga (60%), mis on arvatavasti tingitud nende segude kõrgemast bituumeni sisaldusest ja madalamast jäävpoorsusest.

Deformatsioonikindlus

Roobaste teket teekattes mõjutavad ilmastik, liikluskoormus ja -sagedus ning asfaltkattes kasutatavate materjalide ja asfaltkatte enda omadused. Kuna roobaste teke mõjutab liiklusohutust ja katte eluiga, on segu projekteerimisel oluline arvestada segu deformatsioonikindlusega. Eestis hinnatakse asfaltsegu deformatsiooni kindlust rattaroopa katse abil, mille käigus mõõdetakse koormatud ratta korduvläbikute tõttu proovikehas tekkinud roobas. Tulemused (vt joonis 7 ja 8) on antud katse käigus tekkinud jäljesügavuse ja proovikeha paksuse suhtena. Katsetamise käigus selgus, et suuremate ligniinisisalduste juures on suhteline roopasügavus väiksem, st nende segude deformatsioonikindlus on parem. Tulemused on põhjendatavad sellega, et ligniini lisamisel muutub asfaltsegu jäigemaks ning seega ka kõrgendatud temperatuuridel raskemini deformeeruvaks.

Kulumiskindlus

Teekattes ilmnevate pikiroobaste tekkimise põhjuseks võib olla ka teekatte kulumine, mis on põhjustatud talvekuudel kasutatavatest naastrehvidest. Kulumiskindluse tulemustest (vt joonis 9) on näha, et ligniiniga segude vastupanu naastrehvide toimele on sisuliselt identne ilma ligniinita segule, seega saab öelda, et ligniini mõju asfaltsegu kulumiskindlusele on peaaegu olematu.

Kokkuvõte

Katselõigu segusid katsetades selgus, et AC 32 base ja AC 16 surf ligniiniga segude tulemused olid lubatud piirides ning tulevikus oleks võimalik lisatavat ligniini kogust suurendada. Sealjuures tuleb meeles pidada, et ligniini jäigastav mõju võib mõjutada segu töödeldavust ning sellega ka segu omadusi ja vastupidavust.

Loe täpsemalt Transpordiameti digiajakirja Teejuht suvenumbrist!

*Magistritöö „Bituumeni asendamine ligniiniga ja selle mõju asfaltsegude toimivusele“. Lõputöö juhendaja oli Tallinna Tehnikaülikooli doktorant Kristjan Lill ning kaasjuhendaja oli Tallinna Tehnikaülikooli doktorant Karli Kontson.

Töö autor Julia Kutsõn/Tallinna Tehnikaülikool