Asfalto mišiniai – mūsų kelių pagrindas, tačiau jo ilgaamžiškumas priklauso nuo vieno iš pagrindinių komponentų – bitumo. Veikiamas ultravioletinės (UV) spinduliuotės, temperatūrų svyravimų ir deguonies, bitumas sensta, kietėja, praranda elastingumą. Tokie pokyčiai spartina plyšių ir provėžų formavimąsi, mažina dangos tarnavimo laiką ir didina priežiūros kaštus bei šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠESD) emisijas per visą kelio gyvavimo ciklą.

Vienas efektyviausių sprendimų asfalto mišinio savybėms pagerinti yra polimerais, dažniausiai stirenu-butadienu-stirenu (SBS), modifikuoto bitumo (PMB) taikymas asfalto mišinio gamybai. Tokio bitumo naudojimas padidina asfalto dangų atsparumą provėžoms, liekamosioms deformacijoms, temperatūrinių ir nuovargio plyšių formavimuisi. Tyrimai rodo, kad asfalto dangų su PMB bitumu eksploatacinis laikotarpis yra nuo 5 iki 10 metų ilgesnis nei dangų, kuriose naudojamas nemodifikuotas bitumas. Tačiau pastebėta ir tai, kad praktikoje šie skirtumai labai kinta: vienos dangos su PMB bitumu tarnauja 20 metų ir daugiau, o kitos – nesiekia 15 metų.

Atsakymas slypi VILNIUS TECH Kelių tyrimo instituto atliktuose tyrimuose

Dėl nepakankamos informacijos apie modifikavimui naudotų medžiagų savybes, iki šiol nebuvo aiškiai žinoma, kas lemia tokius skirtumus. Techniniuose dokumentuose paprastai nenurodoma kokiomis savybėmis pasižymėjo modifikavimui naudotas kelių bitumas ir polimerai (pvz. kelių bitumo komponentinė sudėtis, polimerų molekulinė masė, stireno ir butadieno santykis, struktūra ir pan.). Taip pat nėra nacionalinių ir (arba) tarptautinių vieningų bitumo modifikavimo standartų ar gairių. Todėl neįmanoma susieti PMB bitumo savybių su dangos eksploataciniu laikotarpiu, konkrečiomis klimato ar eismo sąlygoms.

Siekiant suprasti šiuos skirtumus ir sukurti patikimas bitumo modifikavimo gaires, VILNIUS TECH Kelių tyrimo instituto mokslininkai įgyvendino Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą projektą „UV spinduliuotės ir oksidacijos poveikis skirtingos molekulinės masės polimeru modifikuoto bitumo fiziniam būviui ir mechaniniam funkcionavimui“ (Nr. S-MIP-23-106, vadovas prof. dr. Audrius Vaitkus).

Projekto apimtyje:

Atlikti tyrimai parodė, kad net esant tam pačiam polimero kiekiui PMB bitumo savybės (pvz. atsparumas provėžų susidarymui) gali skirtis iki 2 kartų ir daugiau ir tai lemia modifikavimui naudoto bitumo komponentinė sudėtis ir paties polimero savybės. Projekto vadovas prof. dr. Audrius Vaitkus pabrėžia, jog tai reiškia, kad viena vertus – normatyvinių techninių dokumentų reikalavimus atitinkantis PMB bitumas gali būti labai skirtingos kokybės, o kita vertus – dangos tarnavimo laikotarpis gali būti prognozuojamas tik žinant tikslią modifikavimo sistemą. Atsižvelgiant į tai, mokslininkų komanda sukūrė bitumo modifikavimo gaires ir modelį, kuriame išskirti patvaraus, klimatui atsparaus PMB bitumo gaminimo esminiai veiksniai:

„Šios gairės ir modelis sudaro sąlygas kurti didesnį atsparumą klimato kaitos poveikiui turinčius PMB bitumus, kurių taikymas praktikoje lemia ilgesnį asfalto dangų eksploatacinį laikotarpį ir retesnį intervencijos į infrastruktūrą poreikį. Tai tiesiogiai prisideda prie ŠESD emisijų mažinimo.“ – sako projekto vadovas prof. dr. Audrius Vaitkus.

Bendradarbiavimas ir tarptautinis pripažinimas

Įgyvendintas projektas išsiskyrė tarpdisciplininiu bendradarbiavimu. SBS polimerų analizė atlikta kartu su Vilniaus universiteto Chemijos instituto mokslininkais. Taip pat bendradarbiauta su Antverpeno universitetu, vykdžiusiu panašaus pobūdžio tyrimus. Abiejų mokslinių grupių tarpiniai rezultatai buvo apjungti rengiant bendrą mokslinę publikaciją, leidusią dar giliau įvertinti SBS polimerų savybių ir kiekio įtaką PMB bitumo savybėms. Bendra publikacija pristatyta prestižinėje „European Asphalt Technology Association (EATA)“ konferencijoje, kurioje Kelių tyrimo instituto vyriausiajai mokslininkei dr. Juditai Škulteckei kartu su atstovu iš Antverpeno universiteto įteiktas geriausio pranešimo apdovanojimas.

„Šis apdovanojimas – tai ne tik asmeninis įvertinimas, bet ir svarbus ženklas, kad Lietuvoje atliekami tyrimai yra reikšmingi tarptautinei mokslo bendruomenei. Bendradarbiaudami su kolegomis iš kitų šalių galime greičiau rasti sprendinius, padedančius kurti ilgaamžiškesnes ir tvaresnes kelių dangas,“ – sako dr. Judita Škulteckė.

Lietuvos indėlis į polimerais modifikuoto bitumo tyrimų sritį

Sukurtos bitumo modifikavimo gairės ir modelis leidžia ne tik giliau suprasti bitumo ir polimerų sąveiką, bet ir padeda tiksliau parinkti medžiagas, užtikrinančias ilgaamžiškesnį asfalto dangų tarnavimą. Tai svarbus žingsnis link tvarios kelių infrastruktūros.