Väitös, rakennustekniikka, MSc Yuxuan Sun

Väitöskirjan nimi: Performance-based multiple recycling of asphalt materials – A multiscale assessment across five aging-rejuvenation cycles

Väittelijä: Yuxuan Sun 
Vastaväittäjä: Prof. Zhanping You, Michigan Technological University, USA
Kustos: Prof. Weiwei Lin, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu 

Kierrätetyn asfalttirouheen (RAP) hyödyntäminen suurina määrinä kiinnostaa yhä enemmän pohjoismaisessa päällysterakentamisessa, sillä se vähentää neitseellisten materiaalien tarvetta ja tukee asfalttimateriaalien kiertotaloutta. Toistuvan kierrätyksen yhteydessä sideaineeseen kertyvät vanhenemistuotteet voivat kuitenkin heikentää elvytyksen tehoa, mikä lisää epävarmuutta siitä, kuinka monta kierrätyssykliä voidaan toteuttaa ilman kasvavia kestävyysriskejä. Tässä väitöskirjassa tutkittiin 60 % RAPia sisältäviä asfalttimateriaaleja ja selvitettiin, miten asfalttisideaineet ja -massat muuttuvat useiden vanhenemis- ja elvytyssyklien aikana. Tavoitteena oli vertailla erilaisten elvyttimien toimivuutta, määrittää käytännöllisiä rajoja toistuvalle kierrätykselle ja arvioida kosteuskestävyyttä pohjoismaisten päällysteiden käyttöolosuhteiden kannalta.

Tulokset osoittivat, että elvyttimen tyyppi vaikutti merkittävästi pitkäaikaiseen toimivuuteen. Biopohjaiset elvyttimet palauttivat ominaisuuksia vakaammin useiden kierrätyssyklien aikana kuin vahapohjainen vaihtoehto. Optimoidulla annostuksella 60 % RAPia sisältävän sideainejärjestelmän toimivuus pysyi käytännössä hallittavana neljään kierrätyssykliin saakka, kun taas viidennessä syklissä lähestyttiin toimivuusvaatimuksiin liittyviä raja-arvoja. Kokonaisuutena kolme kierrätyssykliä tuotti tasapainoisimman vasteen. Väitöskirja osoitti myös, että toistuvaa kierrätystä ei voida arvioida pelkän sideaineen jäykkyyden tai RAP-pitoisuuden perusteella. Kemialliset, molekyylitason, reologiset ja mikroskaalan analyysit osoittivat, että varhaisten syklien elvytys oli tehokkaampaa, kun taas myöhemmissä sykleissä materiaalin rakenne palautui heikommin ja halkeiluun liittyvä toimivuus heikkeni. Asfalttimassan tasolla kosteuskestävyydessä havaittiin selvä kynnys: varhaisissa sykleissä suorituskyky säilyi hyväksyttävänä, mutta useampien kierrätyssyklien jälkeen heikkeneminen oli selvää.

Tulokset tarjoavat käytännön tukea elvyttimien valintaan, annostuksen säätämiseen ja suuria RAP-pitoisuuksia sisältävien asfalttimateriaalien kestävyyden arviointiin. Väitöskirjan johtopäätöksenä on, että suurta RAP-pitoisuutta sisältävän asfaltin toistuva kierrätys on lupaava keino edistää kestävämpää tienrakentamista, mutta sen tulee perustua toimivuuteen perustuvaan arviointiin ja selkeisiin kierrätysrajoihin.

Avainsanat: kierrätetty asfalttirouhe (RAP), moninkertainen kierrätys, elvytys, monipuoliset ominaisuudet, dynaaminen kosteusvaurio

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot: yuxuan.sun@aalto.fi