ºÝºÝߣ

ºÝºÝߣShare a Scribd company logo

28 baha vural_kok

•Download as PPT, PDF•
•
V
valorkongre
1 of 44
Downloaded 28 times
ORGANİK ILIK KARIŞIM ASFALT KATKISININ ORGANİK ILIK KARIŞIM ASFALT KATKISININ MODİFİYELİ BAĞLAYICILARLA BİRLİKTE MODİFİYELİ BAĞLAYICILARLA BİRLİKTE KULLANILMASI VE KARIŞTIRMA-SIKIŞTIRMA KULLANILMASI VE KARIŞTIRMA-SIKIŞTIRMA SICAKLIĞI BAKIMINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ SICAKLIĞI BAKIMINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ Baha Vural KÖK Baha Vural KÖK Mehmet YILMAZ Mehmet YILMAZ Mustafa AKPOLAT Mustafa AKPOLAT 1
  Günümüzde artan ağır trafik hacmi ve dingil yükleri nedeni ile daha sağlam yollar inşa etme çabası çeşitli katkı maddelerinin bitümlü kaplamalarda kullanımının yaygın şekilde araştırılmasını gerektirmiştir. Son zamanlarda şantiyelere kurulan ek tesislerle polimer modifikasyonu etkin bir şekilde uygulanmaktadır. Bu çalışmada değişik oranlarda stiren-butadien-stiren (SBS) ve bir organik ılık karışım katkısı içeren bağlayıcıların geleneksel özellikleri ayrıca orta ve yüksek sıcaklıktaki kompleks modülleri incelenmiştir. Katkıların bağlayıcı içerisinde hem ayrı olarak hem de birlikte kullanılmalarının etkileri değerlendirilmiştir. 2
  Ülkemizde son yıllarda yapılan ulaştırma yatırımları sayesinde hem toplam yol ağı uzunluğumuz hem de beton asfalt kaplamalı yol uzunluğumuz hızla artmaktadır. Son 10 yılda devlet yolları bakımından beton asfalt kaplamalı yol uzunluğu oranı %19,4’ten %35,8’e ulaşırken bu yatırımlar sayesinde sathi kaplama uzunluğu oranı %78,8’den %62,5’e düşmüştür 3
Her gün daha da artan ağır taşıt trafiği yollarımızı erken ve yapısal olarak tahrip edip bu yöndeki çabaların beton asfalt kaplamalı yol uzunluğunu artırmaktan çok, bakım onarıma harcanmasına neden olmakta bu sebeple yol mühendisleri daha sağlam, uzun süre bakım onarıma ihtiyaç göstermeyecek karışım tasarımları yapmak için çaba sarf etmektedirler. 4
Bitümlü sıcak karışımların mühendislik özelliklerini iyileştirmek için Gradasyonu ve dolayısıyla asfalt çimentosu oranlarını değiştirmek. Taş mastik asfalt bu kategoride karışım performansının iyileştirilmesi bakımından tipik bir örnektir. Ya bitüme yada doğrudan karışıma ilave edilen katkı maddeleriyle bitümlü sıcak karışım özelliklerini iyileştirmek. 5
6
Bitümü ve dolayısıyla bitümlü karışımın modifiyesinde kullanılan diğer bir katkı da organik ılık karışım katkılarıdır. FT-parafin üzerine yapılan çalışmalarda en çok vurgulanan sonuç, bu ılık karışım katkısının çok önemli ölçüde viskoziteyi düşürmesidir. Bitüm ağırlığınca %2 oranında kullanılan FT-parafin modifiyeli karışımın sıcak karışımdan 30 °C daha düşük sıcaklıkta aynı işlenebilirlik özelliklerine sahip olduğu belirtilmiştir. 7
Banerjee ve diğ., Rediset®, Sasobit®, Evoterm® gibi ılık karışım katkılarının zaman içinde bitümde meydana gelen sertleşme hızını azalttığını belirtmişlerdir. Yapılan çalışmada öğütülmüş araç lastiği modifikasyonu ile birlikte kullanılan FT-parafinin, yüksek sıcaklık performans seviyesini artırarak tekerlek izine karşı direnci önemli derecede iyileştirdiği belirtilmiştir. Difenderfer ve Hearon, 150 °C yerine 110 °C’de FT-parafin modifikasyonu ile hazırlanan karışımın laboratuvar numunelerinde sıcak karışıma göre %22 karot numunelerine göre %10 daha yüksek yorulma performansı verdiğini belirtmişlerdir. Jamshidi ve diğ., FT-parafin modifikasyonunun orjinal karışımların hacimsel özelliklerini ve optimum bitüm oranını etkilemediğini düşük uygulama sıcaklığı dolayısıyla düşük yaşlanma özellikleri sunarak yüksek yorulma direnci sağladığı ve bu modifikasyon ile daha yüksek oranda geri dönüşüm malzemesinin kullanılabileceğini belirtmişlerdir. 8
Çalışmada saf bağlayıcı olarak Batman rafinerisinden elde edilen B 50/70 sınıfı bitüm kullanılmıştır. Saf bağlayıcının polimer ile modifikasyonunda Shell Bitumen şirketi tarafından üretilen ve stiren-butadien-stiren (SBS) blok kopolimer ihtiva eden KRATON® D 1101 kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan diğer bir katkı malzemesi ılık karışım katkısı olarak kullanılan ve Sasol firmasından temin edilen organik kökenli Sasobit’tir. Çalışmada SBS ve Sasobit® katkılarının hem ayrı ayrı olarak hem de aynı karışımda birlikte kullanılmasının bağlayıcının; yumuşama noktası, sıcaklık hassasiyeti kompleks modülü üzerindeki etkisi belirlenmiştir. 9
1000 devir/dakika 175 °C 1 saat 10
Toplam 16 kombinasyon 11
Geleneksel deney olarak saf ve modifiyeli bağlayıcıların yumuşama noktası ve penetrasyon değerleri tespit edilmiş bu değerler yardımı ile bağlayıcıların sıcaklığa karşı duyarlılıklarını belirten penetrasyon indeksleri (PI) tespit edilmiştir. 12
Dinamik kayma reometresi deneyi (DSR) Dinamik kayma reometresi (DSR) deneyi, asfalt çimentosunun kompleks kayma modülü (G*) ve faz açısını (δ) belirleyerek viskoz ve elastik davranışını karakterize etmektedir. G*, tekerrür eden kayma gerilmelerinin oluşturduğu deformasyonlara karşı asfalt çimentosunun gösterdiği toplam direncin göstergesidir. Hem G* hem de δ değerleri asfalt çimentosunun sahip olduğu ısı ve yükleme hızı ile önemli ölçüde değişmektedir Çalışmada saf ve modifiyeli bağlayıcılara 0,1-1 Hz frekanslarda ve 50,60,70,80 o C’lerde DSR deneyi uygulanmıştır. 13
Şekil 1. Katkı oranı yumuşama noktası ilişkisi. %4 FT-parafin modifiyeli bağlayıcının yumuşama noktası %4 SBS modifiyeli bağlayıcınınkinden %16,5 daha fazladır. %4 FT-parafin ve SBS modifikasyonu ile saf bağlayıcının yumuşama noktası sırası ile %38 ve %26 daha fazla çıkmıştır. 14
Tablo 2 Yumuşama noktası açısından SBS modifikasyonu içinde FT-parafin etkisi SBS (%) 2 FTparafin (%) 3 4 0 65,50 69,35 70,60 2 73,75 74,30 75,65 3 78,05 80,20 82,40 4 85,75 87,45 88,20 Tablo 3. Yumuşama noktası açısından FT-parafin modifikasyonu içinde SBS etkisi FT-parafin (%) 2 4 0 SBS (%) 3 69,15 77,45 84,55 2 73,75 78,05 85,75 3 74,30 80,20 87,45 4 75,50 82,40 88,20 15
Şekil 2.Bağlayıcı tiplerinin yumuşama noktalarındaki değişim. En yüksek dört yumuşama noktası %4 FT-parafin içeren SBS modifikasyonu ile elde edilmiştir. Sadece %4 FT-parafin modifikasyonu %4SBS+%3 FT-parafin modifikasyonundan bile daha yüksek yumuşama noktası vermiştir. Saf bağlayıcı dışında ele alınan 15 farklı kombinasyondan 11’inin yumuşama noktası %4 SBS modifiyeli bağlayıcınınkinden daha yüksek çıkmıştır. 16
Pnetrasyon indisi (PI) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 0 -1 y = -0.1595x2 + 1.842x - 0.6062 FT-parafin R2 = 0.9997 SBS y = -0.2144x2 + 1.5427x - 0.5845 R2 = 0.9839 1 2 3 4 5 Katkı oranı (%) Şekil 3.Katkı oranı PI ilişkisi. SBS içeriğinin %2 den %4 çıkması durumunda PI değeri %24 artarken, FT-parafin modifikasyonunda bu artış %71 olmaktadır. Ayrıca SBS modifikasyonunda %4 katkı oranından sonra PI değerlerinde daha fazla artış eğilimi görülmezken, FT-parafin modifikasyonunda %4 katkı oranından sonra da PI değerlerinin artış eğilimi içinde olduğu görülmektedir. 17
Şekil.4 Bağlayıcı PI değerlerindeki değişim. Burada da yumuşama noktası değerlerinde olduğu gibi saf bağlayıcı hariç en düşük 4 değer içinde sadece SBS modifiyeli bağlayıcılar, en yüksek 4 değer içinde ise %4 FT-parafin içeren SBS modifiyeli bağlayıcılar yer almıştır. 18
2.05 Şekil 5. 0.1 Hz 50 °C’de katkı oranı-G* ilişkisi. 1.75 Şekil 7 1 Hz 50 °C katkı oranı-G* ilişkisi. 3.33 Şekil 6 0.1 Hz 80 °C katkı oranı-G* ilişkisi. 3.12 Şekil 8 1 Hz 80 °C katkı oranı-G* ilişkisi. 19
%4SBS %3SBS %2SBS %4 FT %3 FT %2 FT Şekil 9 0,1 Hz’de modifikasyon indisinin sıcaklıkla değişimi. Sıcaklığın artması ile FT-parafin modfikasyonunda kompleks modüllerinde meydana gelen artış oranı azalırken, %2 SBS modifikasyonunda pek fazla değişmemekte, %3 ve %4 SBS modifikasyonunda ise artmaktadır. %4 SBS modifikasyonunun saf bağlayıcıya göre kompleks modülü 0.1 Hz’de 50 °C ve 80 °C’de sırasıyla 3.79 ve 4.92 kat artmaktadır. %4 FT-parafin modifikasyonunda ise bu oranlar 1.86 ve 1.47 kat olmaktadır. 20
Şekil 10. 50 °C bağlayıcı tipleri- G* ilişkisi. Şekil 10. 80 °C bağlayıcı tipleri- G* ilişkisi. FT-parafin katkısı tek başına kullanıldığı zaman kompleks modülü üzerinde pek fazla bir etkiye sahip değilken SBS modifikasyonu içinde kullanılması durumunda SBS katkısının etkinliğini önemli derecede 21 artırmaktadır.
FT-parafin katkısının ayrı olarak kullanılması durumunda bağlayıcının yumuşama noktası önemli derecede artmaktadır. modifiye Isıya karşı duyarlılık bakımından da FT-parafinin ayrı kullanımı daha etkili olmaktadır. FT-parafin ile birlikte SBS kullanımı ısıya karşı duyarlılığın artması konusunda önemli bir etkisi olmamaktadır. Kompleks modüllerinde katkı kullanımı ile meydana gelen artış SBS modifikasyonunun da çok daha fazla olmaktadır. Katkı oranının artması ile kompleks modüllerinde meydana gelen artış değişik sıcaklık ve frekanslarda SBS modifikasyonunda üstel olurken FT-parafin modifikasyonunda lineer bir ilişki söz konusudur. Katkıların birlikte kullanılmaları durumunda benzer kompleks modülü değerlerinin farklı kombinasyonlarla elde edilebileceği belirlenmiştir. Orta sıcaklıkta SBS modifikasyonunda azaltılan her 1 birim SBS oranına karşılık bu oranla birlikte 2 birim FT-parafin kullanılması gerektiği, yüksek sıcaklıkta ise azaltılan SBS oranına karşılık performansta düşme olmaması için orta sıcaklıktakinden daha fazla FT-parafin kullanılması gerektiği tespit edilmiştir. 22
BÄ°TÃœM MODÄ°FÄ°KASYONUNUN KARIÅžTIRMASIKIÅžTIRMA SICAKLIÄžI BAKIMINDAN DEÄžERLENDÄ°RÄ°LMESÄ° 23
Performansa dayalı olarak yüksek trafik hacimli ve yüksek hava sıcaklıklarına sahip bölgelerde düşük penetrasyonlu bitümler kullanılmaktadır. Zaten sert olan bu bitümlerin ayrıca polimerlerle modifiye edilmesi kalıcı deformasyonların önlenmesi açısından olumlu olurken dönel viskozimetre yöntemine göre çok yüksek karıştırmasıkıştırma sıcaklığı gerektirmektedir. Bu çalışmada striren-butadien-stiren (SBS) ve FT-parafin katkısı ile modifiye edilen bağlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları üç farklı yöntemle belirlenmiş ve SBS modifikasyonu içinde FT-parafin ilavesinin etkileri incelenmiştir. 24
Polimer modifikasyonunda bitüm içerisinde iki faz oluşmaktadır. Birincisi polimerin çözemediği asfalten fazı diğeri ise polimerin absorbe ettiği ve 10 kat hacim artışına neden olan malten fazıdır. Polimer modifikasyonu ile viskozitenin artmasından dolayı yoğun gradasyonlu karışımlarda kullanılacak bağlayıcılarda çoğunlukla çok sert olmayan bitümler polimer ile modifiye edilmektedir. Ancak taş mastik asfalt kaplamalarda viskozitesi yüksek bağlayıcılar kullanılması gerektiğinden sert bitümler de polimerler ile modifiye edilerek kullanılabilmektedir. Bu durumda da artan viskozite daha fazla karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı ve sıkıştırma enerjisi gerektirmektedir 25
Asfalt enstitüsünün ileri sürdüğü prosedür modifiye bağlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını, bağlayıcıya zarar verecek derecede yüksek olarak belirlemektedir. Bu bakımdan modifiye bağlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları mevcut yöntemler de ele alınarak yeniden değerlendirilmiş ve laboratuvarda agregaların tatmin edici bir şekilde kaplanmasını ve asfaltın bozulmasına neden olmadan uygun laboratuvar sıkıştırmasını sağlayacak sıcaklıkların belirlenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda yüksek kesme hızlı viskozite, sabit kesme viskozitesi, sıfır kesme viskozitesi, faz açısı, karışım işlenebilirliği ve karışım kaplanma testi olmak üzere modifiye bağlayıcılar için 6 farklı yöntem önerilmiştir 26
Yüksek kesme hızlı viskozite yönteminde 120-180 °C arasında bağlayıcının dönel viskozimetrede farklı kesme hızlarındaki viskoziteleri tespit edilmekte ve elde edilen veriye uydurulan eğri sayesinde 490 1/s kesme hızındaki viskoziteler belirlenmektedir. Daha sonra logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiğinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 0,17 ±0,02 Pa.s ve 0,28±0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir 27
Test 500 mikron açıklığa sahip 25 mm’lik paralel plaklarla yapılmaktadır. 500 Pa gerilme seviyesinden sonra modifiye bağlayıcıların viskozitesinde önemli bir değişikliğin olmadığının tespit edilmesinden dolayı, testte 500 Pa sabit gerilme seviyesinde 76, 82 ve 88 °C’lerde viskoziteler tespit edilmekte ve logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiğinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 0,17 ±0,02 Pa.s ve 0,35±0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir 28
29
Karışımların yoğurmalı sıkıştırıcıdaki düşey basınç kesme oranı çok düşük olduğundan bağlayıcının dönel viskozimetrede çok düşük kesme hızındaki viskozitesi tespit edilmektedir. Bu şekilde bağlayıcıların düşük hızlı viskozite verileri ile yoğurmalı sıkıştırıcıdaki boşluk oranları arasında da yüksek bir korelasyonun olduğu tespit edilmiştir. Karıştırma–sıkıştırma sıcaklıklarının belirlenmesinde 120 , 135 ve 165 °C’lerde farklı kesme hızlarındaki viskoziteler tespit edilmekte, verilere uydurulan eğriler sayesinde her bir sıcaklıkta 0,001 1/s kesme hızındaki viskoziteler belirlenmektedir. Daha sonra logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiğinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 3,0 Pa.s ve 6,0 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir. Bu yöntem kesme hızı 6,8 1/s olan yöntemden yaklaşık 35-40 °C daha düşük karıştırma–sıkıştırma sıcaklığı vermektedir. 30
Bu yöntemde 1 mm açıklık ve 25 mm çapa sahip paralel plaklar arasındaki bağlayıcıya 0,001 – 100 rad/s frekans aralığında ve 50-60-70-80 °C’lerde dinamik kesme deneyi uygulanmaktadır. Deney şekil değiştirme kontrollü yapılmakta ve şekil değiştirme %12’de tutulmaktadır. Farklı sıcaklıklarda elde edilen veriler faz açılarının kararlılık gösterdiği 80 °C referans sıcaklığına dönüştürülmekte ve yatay eksende dinamik kesme frekansı düşey eksende faz açısı grafiği çizilmektedir 31
Faz açısının 90 – 85 arası tam viskoz davranıştan viskoelastik davranışa geçişi temsil ettiği dolayısıyla bu aralığın bağlayıcıların reolojik karekterlerini ayırt etmede uygun olduğu belirtilmiş ve bu yöntemde karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını tespit etmek için frekansa karşı çizilen faz açısı grafiğinden 86 ° faz açısına karşılık gelen frekans (w) tespit edilmektedir. Yöntem karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarını sırasıyla formül 1 ve 2 ile tespit etmektedir. Karıştırma sıcaklığı (F°) = 325w −0, 0135 Sıkıştırma sıcaklığı (F°) = 300 w −0, 012 32
İşlenebilirlik yöntemi İşlenebilirlik yönteminde geniş ve tork ölçebilen bir karıştırıcıya 180 °C’de konulan 20 kg ağırlığındaki karışımın 120 °C’ye kadar soğuması esnasında karıştırma direncine gösterdiği tork belirlenmektedir. Tork işlenebilirlik ile ters orantılıdır. İşlenebilirlik ile sıcaklık arasındaki ilişki kullanılarak karışımın kolaylıkla işlenebileceği sıcaklık aralığı tespit edilmektedir. Agreganın boyut ve yüzey özelliklerini dikkate alması avantaj iken yeni ekipman gerektirmesi ve zaman alması dezavantaj olarak belirtilmektedir Karışım kaplanma yönteminde, arazideki harman tipi plent ve sürekli tip plentlerdeki karışımı temsil edecek laboratuvar tipi karıştırıcılarda modifiyesiz karışım için dört farlı sıcaklıkta karıştırma yapılarak agregaların bağlayıcı ile kaplanması formül 3 ile tespit edilmektedir. 1 (3) C= − bT 1 + a.e Burada C, herhangi bir T sıcaklığındaki kaplanma oranı, a ve b regresyon katsayılarıdır. Yapılan çalışmalarda viskoziteye göre tespit edilen karıştırma sıcaklıklarında modifiyesiz karışımın yatay ve düşey çalışan mikserlerdeki kaplanma oranı sırasıyla %98 ve %89 olarak belirlenmiştir. Daha sonra regresyon modelinden bu kaplama yüzdelerini veren sıcaklıklar modifiyeli karışımlar için tespit edilmektedir 33
Dönel Viskozimetre Deney Sonuçları Dönel vizkozimetre (RV) deneyi, bitümlü bağlayıcıların yüksek sıcaklıktaki akışkanlık karakteristiklerini belirlemek amacıyla uygulanmaktadır. Deneyde, bağlayıcı içerisinde 20 dev/dk. hızla dönen bir milin, dönmeye karşı gösterdiği direnç ile viskozite değerleri elde edilmektedir. Bu yöntemde 135°C ve 165°C’de belirlenen viskozitelerin logaritmik ölçekte birleştirilmesi ile elde edilen doğrudan, karışımların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıları sırasıyla 0,17 ± 0,02 Pa.s ve 0,28 ± 0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak tespit edilmektedir. Bu yöntemde ayrıca bağlayıcıların pompalanabilmesi bakımından 135°C’deki viskozite değerlerinin 3 Pa.s’yi (3000 cP) aşmaması önerilmektedir 34
Şekil 1 135 °C deki dönel viskozite değerleri. Şekil 2 165 °C deki dönel viskozite değerleri. 35
Viskozite (Pa.s) 3 y = -0.1157x + 2.3609 R2 = 0.9918 2.5 y = -0.0953x + 1.7615 R2 = 0.9855 2 %4SBS 1.5 %3SBS 1 %2SBS y = -0.0454x + 1.1491 R2 = 0.8166 0.5 0 0 1 2 3 4 5 Sasobit oranı (%) Şekil 3 135 °C’de SBS modifikasyonunda FT-parafin etkisi. Sadece SBS modifikasyonu viskoziteyi artırırken ve sadece FT-parafin modifikasyonu viskoziteyi düşürürken, SBS ile beraber FT-parafin kullanımında, FT-parafin daha etkin rol üstlenerek viskozitenin düşmesine neden olmaktadır. %2, %3 ve %4 SBS modifikasyonunda aynı zamanda FTparafin kullanılması durumunda, FT-parafin oranının artması ile beraber viskozite lineer bir şekilde azalmaktadır. Şekildeki doğruların eğimleri büyükten küçüğe doğru sırasıyla %4 SBS, %3 SBS ve %2 SBS doğrularına aittir. %4 SBS eğrisinde eğimin fazla olması, FT-parafinin yüksek oranda SBS modifikasyonunda viskoziteyi düşürme üzerinde daha etkili olduğuna işaret etmektedir. Benzer eğilim 165 °C’deki viskoziteler içinde söz 36 konusudur.
Şekil 4 SBS-FT parafin bağlayıcılarının karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları. Saf bağlayıcıya %2, %3 ve %4 oranında FT-parafin ilavesi karıştırmasıkıştırma sıcaklıklarını ortalama 4,2 °C, 5,7 °C ve 7,2 °C düşürmektedir. Saf bağlayıcıya %2, %3 ve %4 oranında SBS ilavesi karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını ortalama 15,8 °C, 25,6 °C ve 33 °C artırmaktadır. 37
Sabit Kesme Viskozitesi Deney Sonuçları Şekil 5 Katkı oranı-viskozite ilişkisi. SBS modifikasyonunda katkı oranı ile birlikte bütün sıcaklıklarda viskozite artmaktadır. %4 SBS ilavesi saf bağlayıcının viskozitesini bütün sıcaklıklarda ortalama 4,8 kat artırmaktadır. FT-parafin modifikasyonunda %4 FT-parafin ilavesi viskoziteyi 76, 82, 88 °C’de sırasıyla %63, %30 ve %24 artırmaktadır. Bu artışlar SBS modifikasyonundaki değerler yanında çok düşük olmasına karşın dönel viskozimetre deneyinde olduğu gibi FTparafin ilavesi deney sıcaklıklarının RV deneyindeki kadar yüksek 38 olmamasından dolayı viskoziteyi düşürmemiştir
Şekil 6 82 °C’de katkıların birlikte kullanımının viskoziteye etkisi. RV deneyinde SBS ile beraber FT-parafin kullanımı viskoziteyi düşürürken daha düşük sıcaklıkta (82 °C) yapılan bu deney yönteminde FT-parafin, SBS modifiyeli bağlayıcıların viskozitesini düşürememekte ancak çok fazla artmasına engel olmaktadır. Sıcaklığın artması ile birlikte RV deneyine göre FT-parafinin SBS modifiyeli bağlayıcıların viskozitesini azaltma üzerindeki etkisi belirgin hale gelmektedir. 39
-18 -22 Şekil 7 Bağlayıcı tiplerine göre karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarındaki değişim. En yüksek ve en düşük sıcaklıklara sırasıyla %4 SBS ve %4 FT-parafin modifiyeli bağlayıcılar sahip olmuştur. %4 SBS modifikasyonuna %4 FTparafin ilavesi karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını ortalama 18 °C düşürmektedir. %3 SBS modifikasyonuna %4 FT-parafin ilavesi ise karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını ortalama 22 °C düşürmektedir 40
Faz açısı yöntemi deney sonuçları Şekil 8 Bağlayıcıların faz açısı- frekans ilişkisi. Şekil 9 Bağlayıcıların kompleks modülü- frekans ilişkisi. 41
Faz açısı yöntemi deney sonuçları En düşük faz açısı değerine %4 SBS ve %4 FT-parafinin beraber kullanıldığı bağlayıcı, en yüksek faz açısı değerine ise sadece %3 FTparafinin kullanıldığı bağlayıcı sahip olmuştur. Deneye tabi tutulan toplam 16 farklı kombinasyondaki bağlayıcılardan 8 tanesi 86 °C faz açısını görürken 8 tanesi daha sonra tek frekans (0,01 rad/s) değerinde bile esnek davranış sergileyerek bu faz açısı değerine gelmemiştir. Frekans rad/s (86 °C faz açısında) Sıcaklıklar °C Karıştırma Sıkıştırma 0-0 13,44 156,1 143,8 0-2 5,75 158,5 145,4 0-3 5,09 158,8 145,6 0-4 3,15 160,0 146,6 2-0 4,4 159,2 145,9 2-2 1,25 162,2 148,4 2-3 1,25 162,2 148,4 3-0 0,800 163,3 149,3 42
Dönel viskozimetrede sadece SBS modifikasyonunda karışımların viskozite değerleri katkı oranının artması ile birlikte üstel bir şekilde artarken sadece FT-parafin modifikasyonunda lineer bir şekilde azalmaktadır. Ancak viskozitelerin dönel viskozimetreye göre daha düşük sıcaklıkta tespit edildiği sabit kesme viskozitesi yönteminde sadece FT-parafin modifikasyonunda da azda olsa katkı oranı ile birlikte artış olmaktadır. Katkıların aynı karışım içinde birlikte kullanılmaları durumunda FTparafin, SBS modifikasyonunun viskozitesini üstel bir şekilde artırmasına engel olarak bu artışı doğrusal bir hale getirmekte ve karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını önemli ölçüde düşürmektedir. çok fazla elastik özellik sergileyecek bağlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarının faz açısı yöntemi ile belirlenmesinin güç olduğu tespit edilmiştir. Sabit kesme viskozitesi yöntemi, sadece FT-parafin modifiyeli bağlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını dönel viskozimetre yöntemine göre yaklaşık 20 °C, sadece SBS ve SBS+ FT-parafin modifiyeli bağlayıcıların 43 karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını 20-40 °C daha düşük vermektedir.
Teşekkürler Teşekkürler Teşekkürler 44

More Related Content

28 baha vural_kok

  • 1. ORGANÄ°K ILIK KARIÅžIM ASFALT KATKISININ ORGANÄ°K ILIK KARIÅžIM ASFALT KATKISININ MODÄ°FÄ°YELÄ° BAÄžLAYICILARLA BÄ°RLÄ°KTE MODÄ°FÄ°YELÄ° BAÄžLAYICILARLA BÄ°RLÄ°KTE KULLANILMASI VE KARIÅžTIRMA-SIKIÅžTIRMA KULLANILMASI VE KARIÅžTIRMA-SIKIÅžTIRMA SICAKLIÄžI BAKIMINDAN DEÄžERLENDÄ°RÄ°LMESÄ° SICAKLIÄžI BAKIMINDAN DEÄžERLENDÄ°RÄ°LMESÄ° Baha Vural KÖK Baha Vural KÖK Mehmet YILMAZ Mehmet YILMAZ Mustafa AKPOLAT Mustafa AKPOLAT 1
  • 2.   Günümüzde artan ağır trafik hacmi ve dingil yükleri nedeni ile daha saÄŸlam yollar inÅŸa etme çabası çeÅŸitli katkı maddelerinin bitümlü kaplamalarda kullanımının yaygın ÅŸekilde araÅŸtırılmasını gerektirmiÅŸtir. Son zamanlarda ÅŸantiyelere kurulan ek tesislerle polimer modifikasyonu etkin bir ÅŸekilde uygulanmaktadır. Bu çalışmada deÄŸiÅŸik oranlarda stiren-butadien-stiren (SBS) ve bir organik ılık karışım katkısı içeren baÄŸlayıcıların geleneksel özellikleri ayrıca orta ve yüksek sıcaklıktaki kompleks modülleri incelenmiÅŸtir. Katkıların baÄŸlayıcı içerisinde hem ayrı olarak hem de birlikte kullanılmalarının etkileri deÄŸerlendirilmiÅŸtir. 2
  • 3.   Ãœlkemizde son yıllarda yapılan ulaÅŸtırma yatırımları sayesinde hem toplam yol ağı uzunluÄŸumuz hem de beton asfalt kaplamalı yol uzunluÄŸumuz hızla artmaktadır. Son 10 yılda devlet yolları bakımından beton asfalt kaplamalı yol uzunluÄŸu oranı %19,4’ten %35,8’e ulaşırken bu yatırımlar sayesinde sathi kaplama uzunluÄŸu oranı %78,8’den %62,5’e düşmüştür 3
  • 4. Her gün daha da artan ağır taşıt trafiÄŸi yollarımızı erken ve yapısal olarak tahrip edip bu yöndeki çabaların beton asfalt kaplamalı yol uzunluÄŸunu artırmaktan çok, bakım onarıma harcanmasına neden olmakta bu sebeple yol mühendisleri daha saÄŸlam, uzun süre bakım onarıma ihtiyaç göstermeyecek karışım tasarımları yapmak için çaba sarf etmektedirler. 4
  • 5. Bitümlü sıcak karışımların mühendislik özelliklerini iyileÅŸtirmek için Gradasyonu ve dolayısıyla asfalt çimentosu oranlarını deÄŸiÅŸtirmek. TaÅŸ mastik asfalt bu kategoride karışım performansının iyileÅŸtirilmesi bakımından tipik bir örnektir. Ya bitüme yada doÄŸrudan karışıma ilave edilen katkı maddeleriyle bitümlü sıcak karışım özelliklerini iyileÅŸtirmek. 5
  • 6. 6
  • 7. Bitümü ve dolayısıyla bitümlü karışımın modifiyesinde kullanılan diÄŸer bir katkı da organik ılık karışım katkılarıdır. FT-parafin üzerine yapılan çalışmalarda en çok vurgulanan sonuç, bu ılık karışım katkısının çok önemli ölçüde viskoziteyi düşürmesidir. Bitüm ağırlığınca %2 oranında kullanılan FT-parafin modifiyeli karışımın sıcak karışımdan 30 °C daha düşük sıcaklıkta aynı iÅŸlenebilirlik özelliklerine sahip olduÄŸu belirtilmiÅŸtir. 7
  • 8. Banerjee ve diÄŸ., Rediset®, Sasobit®, Evoterm® gibi ılık karışım katkılarının zaman içinde bitümde meydana gelen sertleÅŸme hızını azalttığını belirtmiÅŸlerdir. Yapılan çalışmada öğütülmüş araç lastiÄŸi modifikasyonu ile birlikte kullanılan FT-parafinin, yüksek sıcaklık performans seviyesini artırarak tekerlek izine karşı direnci önemli derecede iyileÅŸtirdiÄŸi belirtilmiÅŸtir. Difenderfer ve Hearon, 150 °C yerine 110 °C’de FT-parafin modifikasyonu ile hazırlanan karışımın laboratuvar numunelerinde sıcak karışıma göre %22 karot numunelerine göre %10 daha yüksek yorulma performansı verdiÄŸini belirtmiÅŸlerdir. Jamshidi ve diÄŸ., FT-parafin modifikasyonunun orjinal karışımların hacimsel özelliklerini ve optimum bitüm oranını etkilemediÄŸini düşük uygulama sıcaklığı dolayısıyla düşük yaÅŸlanma özellikleri sunarak yüksek yorulma direnci saÄŸladığı ve bu modifikasyon ile daha yüksek oranda geri dönüşüm malzemesinin kullanılabileceÄŸini belirtmiÅŸlerdir. 8
  • 9. Çalışmada saf baÄŸlayıcı olarak Batman rafinerisinden elde edilen B 50/70 sınıfı bitüm kullanılmıştır. Saf baÄŸlayıcının polimer ile modifikasyonunda Shell Bitumen ÅŸirketi tarafından üretilen ve stiren-butadien-stiren (SBS) blok kopolimer ihtiva eden KRATON® D 1101 kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan diÄŸer bir katkı malzemesi ılık karışım katkısı olarak kullanılan ve Sasol firmasından temin edilen organik kökenli Sasobit’tir. Çalışmada SBS ve Sasobit® katkılarının hem ayrı ayrı olarak hem de aynı karışımda birlikte kullanılmasının baÄŸlayıcının; yumuÅŸama noktası, sıcaklık hassasiyeti kompleks modülü üzerindeki etkisi belirlenmiÅŸtir. 9
  • 12. Geleneksel deney olarak saf ve modifiyeli baÄŸlayıcıların yumuÅŸama noktası ve penetrasyon deÄŸerleri tespit edilmiÅŸ bu deÄŸerler yardımı ile baÄŸlayıcıların sıcaklığa karşı duyarlılıklarını belirten penetrasyon indeksleri (PI) tespit edilmiÅŸtir. 12
  • 13. Dinamik kayma reometresi deneyi (DSR) Dinamik kayma reometresi (DSR) deneyi, asfalt çimentosunun kompleks kayma modülü (G*) ve faz açısını (δ) belirleyerek viskoz ve elastik davranışını karakterize etmektedir. G*, tekerrür eden kayma gerilmelerinin oluÅŸturduÄŸu deformasyonlara karşı asfalt çimentosunun gösterdiÄŸi toplam direncin göstergesidir. Hem G* hem de δ deÄŸerleri asfalt çimentosunun sahip olduÄŸu ısı ve yükleme hızı ile önemli ölçüde deÄŸiÅŸmektedir Çalışmada saf ve modifiyeli baÄŸlayıcılara 0,1-1 Hz frekanslarda ve 50,60,70,80 o C’lerde DSR deneyi uygulanmıştır. 13
  • 14. Åžekil 1. Katkı oranı yumuÅŸama noktası iliÅŸkisi. %4 FT-parafin modifiyeli baÄŸlayıcının yumuÅŸama noktası %4 SBS modifiyeli baÄŸlayıcınınkinden %16,5 daha fazladır. %4 FT-parafin ve SBS modifikasyonu ile saf baÄŸlayıcının yumuÅŸama noktası sırası ile %38 ve %26 daha fazla çıkmıştır. 14
  • 15. Tablo 2 YumuÅŸama noktası açısından SBS modifikasyonu içinde FT-parafin etkisi SBS (%) 2 FTparafin (%) 3 4 0 65,50 69,35 70,60 2 73,75 74,30 75,65 3 78,05 80,20 82,40 4 85,75 87,45 88,20 Tablo 3. YumuÅŸama noktası açısından FT-parafin modifikasyonu içinde SBS etkisi FT-parafin (%) 2 4 0 SBS (%) 3 69,15 77,45 84,55 2 73,75 78,05 85,75 3 74,30 80,20 87,45 4 75,50 82,40 88,20 15
  • 16. Åžekil 2.BaÄŸlayıcı tiplerinin yumuÅŸama noktalarındaki deÄŸiÅŸim. En yüksek dört yumuÅŸama noktası %4 FT-parafin içeren SBS modifikasyonu ile elde edilmiÅŸtir. Sadece %4 FT-parafin modifikasyonu %4SBS+%3 FT-parafin modifikasyonundan bile daha yüksek yumuÅŸama noktası vermiÅŸtir. Saf baÄŸlayıcı dışında ele alınan 15 farklı kombinasyondan 11’inin yumuÅŸama noktası %4 SBS modifiyeli baÄŸlayıcınınkinden daha yüksek çıkmıştır. 16
  • 17. Pnetrasyon indisi (PI) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 0 -1 y = -0.1595x2 + 1.842x - 0.6062 FT-parafin R2 = 0.9997 SBS y = -0.2144x2 + 1.5427x - 0.5845 R2 = 0.9839 1 2 3 4 5 Katkı oranı (%) Åžekil 3.Katkı oranı PI iliÅŸkisi. SBS içeriÄŸinin %2 den %4 çıkması durumunda PI deÄŸeri %24 artarken, FT-parafin modifikasyonunda bu artış %71 olmaktadır. Ayrıca SBS modifikasyonunda %4 katkı oranından sonra PI deÄŸerlerinde daha fazla artış eÄŸilimi görülmezken, FT-parafin modifikasyonunda %4 katkı oranından sonra da PI deÄŸerlerinin artış eÄŸilimi içinde olduÄŸu görülmektedir. 17
  • 18. Åžekil.4 BaÄŸlayıcı PI deÄŸerlerindeki deÄŸiÅŸim. Burada da yumuÅŸama noktası deÄŸerlerinde olduÄŸu gibi saf baÄŸlayıcı hariç en düşük 4 deÄŸer içinde sadece SBS modifiyeli baÄŸlayıcılar, en yüksek 4 deÄŸer içinde ise %4 FT-parafin içeren SBS modifiyeli baÄŸlayıcılar yer almıştır. 18
  • 19. 2.05 Åžekil 5. 0.1 Hz 50 °C’de katkı oranı-G* iliÅŸkisi. 1.75 Åžekil 7 1 Hz 50 °C katkı oranı-G* iliÅŸkisi. 3.33 Åžekil 6 0.1 Hz 80 °C katkı oranı-G* iliÅŸkisi. 3.12 Åžekil 8 1 Hz 80 °C katkı oranı-G* iliÅŸkisi. 19
  • 20. %4SBS %3SBS %2SBS %4 FT %3 FT %2 FT Åžekil 9 0,1 Hz’de modifikasyon indisinin sıcaklıkla deÄŸiÅŸimi. Sıcaklığın artması ile FT-parafin modfikasyonunda kompleks modüllerinde meydana gelen artış oranı azalırken, %2 SBS modifikasyonunda pek fazla deÄŸiÅŸmemekte, %3 ve %4 SBS modifikasyonunda ise artmaktadır. %4 SBS modifikasyonunun saf baÄŸlayıcıya göre kompleks modülü 0.1 Hz’de 50 °C ve 80 °C’de sırasıyla 3.79 ve 4.92 kat artmaktadır. %4 FT-parafin modifikasyonunda ise bu oranlar 1.86 ve 1.47 kat olmaktadır. 20
  • 21. Åžekil 10. 50 °C baÄŸlayıcı tipleri- G* iliÅŸkisi. Åžekil 10. 80 °C baÄŸlayıcı tipleri- G* iliÅŸkisi. FT-parafin katkısı tek başına kullanıldığı zaman kompleks modülü üzerinde pek fazla bir etkiye sahip deÄŸilken SBS modifikasyonu içinde kullanılması durumunda SBS katkısının etkinliÄŸini önemli derecede 21 artırmaktadır.
  • 22. FT-parafin katkısının ayrı olarak kullanılması durumunda baÄŸlayıcının yumuÅŸama noktası önemli derecede artmaktadır. modifiye Isıya karşı duyarlılık bakımından da FT-parafinin ayrı kullanımı daha etkili olmaktadır. FT-parafin ile birlikte SBS kullanımı ısıya karşı duyarlılığın artması konusunda önemli bir etkisi olmamaktadır. Kompleks modüllerinde katkı kullanımı ile meydana gelen artış SBS modifikasyonunun da çok daha fazla olmaktadır. Katkı oranının artması ile kompleks modüllerinde meydana gelen artış deÄŸiÅŸik sıcaklık ve frekanslarda SBS modifikasyonunda üstel olurken FT-parafin modifikasyonunda lineer bir iliÅŸki söz konusudur. Katkıların birlikte kullanılmaları durumunda benzer kompleks modülü deÄŸerlerinin farklı kombinasyonlarla elde edilebileceÄŸi belirlenmiÅŸtir. Orta sıcaklıkta SBS modifikasyonunda azaltılan her 1 birim SBS oranına karşılık bu oranla birlikte 2 birim FT-parafin kullanılması gerektiÄŸi, yüksek sıcaklıkta ise azaltılan SBS oranına karşılık performansta düşme olmaması için orta sıcaklıktakinden daha fazla FT-parafin kullanılması gerektiÄŸi tespit edilmiÅŸtir. 22
  • 23. BÄ°TÃœM MODÄ°FÄ°KASYONUNUN KARIÅžTIRMASIKIÅžTIRMA SICAKLIÄžI BAKIMINDAN DEÄžERLENDÄ°RÄ°LMESÄ° 23
  • 24. Performansa dayalı olarak yüksek trafik hacimli ve yüksek hava sıcaklıklarına sahip bölgelerde düşük penetrasyonlu bitümler kullanılmaktadır. Zaten sert olan bu bitümlerin ayrıca polimerlerle modifiye edilmesi kalıcı deformasyonların önlenmesi açısından olumlu olurken dönel viskozimetre yöntemine göre çok yüksek karıştırmasıkıştırma sıcaklığı gerektirmektedir. Bu çalışmada striren-butadien-stiren (SBS) ve FT-parafin katkısı ile modifiye edilen baÄŸlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları üç farklı yöntemle belirlenmiÅŸ ve SBS modifikasyonu içinde FT-parafin ilavesinin etkileri incelenmiÅŸtir. 24
  • 25. Polimer modifikasyonunda bitüm içerisinde iki faz oluÅŸmaktadır. Birincisi polimerin çözemediÄŸi asfalten fazı diÄŸeri ise polimerin absorbe ettiÄŸi ve 10 kat hacim artışına neden olan malten fazıdır. Polimer modifikasyonu ile viskozitenin artmasından dolayı yoÄŸun gradasyonlu karışımlarda kullanılacak baÄŸlayıcılarda çoÄŸunlukla çok sert olmayan bitümler polimer ile modifiye edilmektedir. Ancak taÅŸ mastik asfalt kaplamalarda viskozitesi yüksek baÄŸlayıcılar kullanılması gerektiÄŸinden sert bitümler de polimerler ile modifiye edilerek kullanılabilmektedir. Bu durumda da artan viskozite daha fazla karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı ve sıkıştırma enerjisi gerektirmektedir 25
  • 26. Asfalt enstitüsünün ileri sürdüğü prosedür modifiye baÄŸlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını, baÄŸlayıcıya zarar verecek derecede yüksek olarak belirlemektedir. Bu bakımdan modifiye baÄŸlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları mevcut yöntemler de ele alınarak yeniden deÄŸerlendirilmiÅŸ ve laboratuvarda agregaların tatmin edici bir ÅŸekilde kaplanmasını ve asfaltın bozulmasına neden olmadan uygun laboratuvar sıkıştırmasını saÄŸlayacak sıcaklıkların belirlenmesi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda yüksek kesme hızlı viskozite, sabit kesme viskozitesi, sıfır kesme viskozitesi, faz açısı, karışım iÅŸlenebilirliÄŸi ve karışım kaplanma testi olmak üzere modifiye baÄŸlayıcılar için 6 farklı yöntem önerilmiÅŸtir 26
  • 27. Yüksek kesme hızlı viskozite yönteminde 120-180 °C arasında baÄŸlayıcının dönel viskozimetrede farklı kesme hızlarındaki viskoziteleri tespit edilmekte ve elde edilen veriye uydurulan eÄŸri sayesinde 490 1/s kesme hızındaki viskoziteler belirlenmektedir. Daha sonra logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiÄŸinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 0,17 ±0,02 Pa.s ve 0,28±0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir 27
  • 28. Test 500 mikron açıklığa sahip 25 mm’lik paralel plaklarla yapılmaktadır. 500 Pa gerilme seviyesinden sonra modifiye baÄŸlayıcıların viskozitesinde önemli bir deÄŸiÅŸikliÄŸin olmadığının tespit edilmesinden dolayı, testte 500 Pa sabit gerilme seviyesinde 76, 82 ve 88 °C’lerde viskoziteler tespit edilmekte ve logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiÄŸinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 0,17 ±0,02 Pa.s ve 0,35±0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir 28
  • 29. 29
  • 30. Karışımların yoÄŸurmalı sıkıştırıcıdaki düşey basınç kesme oranı çok düşük olduÄŸundan baÄŸlayıcının dönel viskozimetrede çok düşük kesme hızındaki viskozitesi tespit edilmektedir. Bu ÅŸekilde baÄŸlayıcıların düşük hızlı viskozite verileri ile yoÄŸurmalı sıkıştırıcıdaki boÅŸluk oranları arasında da yüksek bir korelasyonun olduÄŸu tespit edilmiÅŸtir. Karıştırma–sıkıştırma sıcaklıklarının belirlenmesinde 120 , 135 ve 165 °C’lerde farklı kesme hızlarındaki viskoziteler tespit edilmekte, verilere uydurulan eÄŸriler sayesinde her bir sıcaklıkta 0,001 1/s kesme hızındaki viskoziteler belirlenmektedir. Daha sonra logaritmik ölçekte sıcaklığa karşı çizilen viskozite grafiÄŸinden karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı sırasıyla 3,0 Pa.s ve 6,0 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak belirlenmektedir. Bu yöntem kesme hızı 6,8 1/s olan yöntemden yaklaşık 35-40 °C daha düşük karıştırma–sıkıştırma sıcaklığı vermektedir. 30
  • 31. Bu yöntemde 1 mm açıklık ve 25 mm çapa sahip paralel plaklar arasındaki baÄŸlayıcıya 0,001 – 100 rad/s frekans aralığında ve 50-60-70-80 °C’lerde dinamik kesme deneyi uygulanmaktadır. Deney ÅŸekil deÄŸiÅŸtirme kontrollü yapılmakta ve ÅŸekil deÄŸiÅŸtirme %12’de tutulmaktadır. Farklı sıcaklıklarda elde edilen veriler faz açılarının kararlılık gösterdiÄŸi 80 °C referans sıcaklığına dönüştürülmekte ve yatay eksende dinamik kesme frekansı düşey eksende faz açısı grafiÄŸi çizilmektedir 31
  • 32. Faz açısının 90 – 85 arası tam viskoz davranıştan viskoelastik davranışa geçiÅŸi temsil ettiÄŸi dolayısıyla bu aralığın baÄŸlayıcıların reolojik karekterlerini ayırt etmede uygun olduÄŸu belirtilmiÅŸ ve bu yöntemde karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını tespit etmek için frekansa karşı çizilen faz açısı grafiÄŸinden 86 ° faz açısına karşılık gelen frekans (w) tespit edilmektedir. Yöntem karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarını sırasıyla formül 1 ve 2 ile tespit etmektedir. Karıştırma sıcaklığı (F°) = 325w −0, 0135 Sıkıştırma sıcaklığı (F°) = 300 w −0, 012 32
  • 33. Ä°ÅŸlenebilirlik yöntemi Ä°ÅŸlenebilirlik yönteminde geniÅŸ ve tork ölçebilen bir karıştırıcıya 180 °C’de konulan 20 kg ağırlığındaki karışımın 120 °C’ye kadar soÄŸuması esnasında karıştırma direncine gösterdiÄŸi tork belirlenmektedir. Tork iÅŸlenebilirlik ile ters orantılıdır. Ä°ÅŸlenebilirlik ile sıcaklık arasındaki iliÅŸki kullanılarak karışımın kolaylıkla iÅŸlenebileceÄŸi sıcaklık aralığı tespit edilmektedir. Agreganın boyut ve yüzey özelliklerini dikkate alması avantaj iken yeni ekipman gerektirmesi ve zaman alması dezavantaj olarak belirtilmektedir Karışım kaplanma yönteminde, arazideki harman tipi plent ve sürekli tip plentlerdeki karışımı temsil edecek laboratuvar tipi karıştırıcılarda modifiyesiz karışım için dört farlı sıcaklıkta karıştırma yapılarak agregaların baÄŸlayıcı ile kaplanması formül 3 ile tespit edilmektedir. 1 (3) C= − bT 1 + a.e Burada C, herhangi bir T sıcaklığındaki kaplanma oranı, a ve b regresyon katsayılarıdır. Yapılan çalışmalarda viskoziteye göre tespit edilen karıştırma sıcaklıklarında modifiyesiz karışımın yatay ve düşey çalışan mikserlerdeki kaplanma oranı sırasıyla %98 ve %89 olarak belirlenmiÅŸtir. Daha sonra regresyon modelinden bu kaplama yüzdelerini veren sıcaklıklar modifiyeli karışımlar için tespit edilmektedir 33
  • 34. Dönel Viskozimetre Deney Sonuçları Dönel vizkozimetre (RV) deneyi, bitümlü baÄŸlayıcıların yüksek sıcaklıktaki akışkanlık karakteristiklerini belirlemek amacıyla uygulanmaktadır. Deneyde, baÄŸlayıcı içerisinde 20 dev/dk. hızla dönen bir milin, dönmeye karşı gösterdiÄŸi direnç ile viskozite deÄŸerleri elde edilmektedir. Bu yöntemde 135°C ve 165°C’de belirlenen viskozitelerin logaritmik ölçekte birleÅŸtirilmesi ile elde edilen doÄŸrudan, karışımların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıları sırasıyla 0,17 ± 0,02 Pa.s ve 0,28 ± 0,03 Pa.s viskozitelere karşılık gelen sıcaklıklar olarak tespit edilmektedir. Bu yöntemde ayrıca baÄŸlayıcıların pompalanabilmesi bakımından 135°C’deki viskozite deÄŸerlerinin 3 Pa.s’yi (3000 cP) aÅŸmaması önerilmektedir 34
  • 35. Åžekil 1 135 °C deki dönel viskozite deÄŸerleri. Åžekil 2 165 °C deki dönel viskozite deÄŸerleri. 35
  • 36. Viskozite (Pa.s) 3 y = -0.1157x + 2.3609 R2 = 0.9918 2.5 y = -0.0953x + 1.7615 R2 = 0.9855 2 %4SBS 1.5 %3SBS 1 %2SBS y = -0.0454x + 1.1491 R2 = 0.8166 0.5 0 0 1 2 3 4 5 Sasobit oranı (%) Åžekil 3 135 °C’de SBS modifikasyonunda FT-parafin etkisi. Sadece SBS modifikasyonu viskoziteyi artırırken ve sadece FT-parafin modifikasyonu viskoziteyi düşürürken, SBS ile beraber FT-parafin kullanımında, FT-parafin daha etkin rol üstlenerek viskozitenin düşmesine neden olmaktadır. %2, %3 ve %4 SBS modifikasyonunda aynı zamanda FTparafin kullanılması durumunda, FT-parafin oranının artması ile beraber viskozite lineer bir ÅŸekilde azalmaktadır. Åžekildeki doÄŸruların eÄŸimleri büyükten küçüğe doÄŸru sırasıyla %4 SBS, %3 SBS ve %2 SBS doÄŸrularına aittir. %4 SBS eÄŸrisinde eÄŸimin fazla olması, FT-parafinin yüksek oranda SBS modifikasyonunda viskoziteyi düşürme üzerinde daha etkili olduÄŸuna iÅŸaret etmektedir. Benzer eÄŸilim 165 °C’deki viskoziteler içinde söz 36 konusudur.
  • 37. Åžekil 4 SBS-FT parafin baÄŸlayıcılarının karıştırma-sıkıştırma sıcaklıkları. Saf baÄŸlayıcıya %2, %3 ve %4 oranında FT-parafin ilavesi karıştırmasıkıştırma sıcaklıklarını ortalama 4,2 °C, 5,7 °C ve 7,2 °C düşürmektedir. Saf baÄŸlayıcıya %2, %3 ve %4 oranında SBS ilavesi karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını ortalama 15,8 °C, 25,6 °C ve 33 °C artırmaktadır. 37
  • 38. Sabit Kesme Viskozitesi Deney Sonuçları Åžekil 5 Katkı oranı-viskozite iliÅŸkisi. SBS modifikasyonunda katkı oranı ile birlikte bütün sıcaklıklarda viskozite artmaktadır. %4 SBS ilavesi saf baÄŸlayıcının viskozitesini bütün sıcaklıklarda ortalama 4,8 kat artırmaktadır. FT-parafin modifikasyonunda %4 FT-parafin ilavesi viskoziteyi 76, 82, 88 °C’de sırasıyla %63, %30 ve %24 artırmaktadır. Bu artışlar SBS modifikasyonundaki deÄŸerler yanında çok düşük olmasına karşın dönel viskozimetre deneyinde olduÄŸu gibi FTparafin ilavesi deney sıcaklıklarının RV deneyindeki kadar yüksek 38 olmamasından dolayı viskoziteyi düşürmemiÅŸtir
  • 39. Åžekil 6 82 °C’de katkıların birlikte kullanımının viskoziteye etkisi. RV deneyinde SBS ile beraber FT-parafin kullanımı viskoziteyi düşürürken daha düşük sıcaklıkta (82 °C) yapılan bu deney yönteminde FT-parafin, SBS modifiyeli baÄŸlayıcıların viskozitesini düşürememekte ancak çok fazla artmasına engel olmaktadır. Sıcaklığın artması ile birlikte RV deneyine göre FT-parafinin SBS modifiyeli baÄŸlayıcıların viskozitesini azaltma üzerindeki etkisi belirgin hale gelmektedir. 39
  • 40. -18 -22 Åžekil 7 BaÄŸlayıcı tiplerine göre karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarındaki deÄŸiÅŸim. En yüksek ve en düşük sıcaklıklara sırasıyla %4 SBS ve %4 FT-parafin modifiyeli baÄŸlayıcılar sahip olmuÅŸtur. %4 SBS modifikasyonuna %4 FTparafin ilavesi karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını ortalama 18 °C düşürmektedir. %3 SBS modifikasyonuna %4 FT-parafin ilavesi ise karıştırma-sıkıştırma sıcaklığını ortalama 22 °C düşürmektedir 40
  • 41. Faz açısı yöntemi deney sonuçları Åžekil 8 BaÄŸlayıcıların faz açısı- frekans iliÅŸkisi. Åžekil 9 BaÄŸlayıcıların kompleks modülü- frekans iliÅŸkisi. 41
  • 42. Faz açısı yöntemi deney sonuçları En düşük faz açısı deÄŸerine %4 SBS ve %4 FT-parafinin beraber kullanıldığı baÄŸlayıcı, en yüksek faz açısı deÄŸerine ise sadece %3 FTparafinin kullanıldığı baÄŸlayıcı sahip olmuÅŸtur. Deneye tabi tutulan toplam 16 farklı kombinasyondaki baÄŸlayıcılardan 8 tanesi 86 °C faz açısını görürken 8 tanesi daha sonra tek frekans (0,01 rad/s) deÄŸerinde bile esnek davranış sergileyerek bu faz açısı deÄŸerine gelmemiÅŸtir. Frekans rad/s (86 °C faz açısında) Sıcaklıklar °C Karıştırma Sıkıştırma 0-0 13,44 156,1 143,8 0-2 5,75 158,5 145,4 0-3 5,09 158,8 145,6 0-4 3,15 160,0 146,6 2-0 4,4 159,2 145,9 2-2 1,25 162,2 148,4 2-3 1,25 162,2 148,4 3-0 0,800 163,3 149,3 42
  • 43. Dönel viskozimetrede sadece SBS modifikasyonunda karışımların viskozite deÄŸerleri katkı oranının artması ile birlikte üstel bir ÅŸekilde artarken sadece FT-parafin modifikasyonunda lineer bir ÅŸekilde azalmaktadır. Ancak viskozitelerin dönel viskozimetreye göre daha düşük sıcaklıkta tespit edildiÄŸi sabit kesme viskozitesi yönteminde sadece FT-parafin modifikasyonunda da azda olsa katkı oranı ile birlikte artış olmaktadır. Katkıların aynı karışım içinde birlikte kullanılmaları durumunda FTparafin, SBS modifikasyonunun viskozitesini üstel bir ÅŸekilde artırmasına engel olarak bu artışı doÄŸrusal bir hale getirmekte ve karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını önemli ölçüde düşürmektedir. çok fazla elastik özellik sergileyecek baÄŸlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarının faz açısı yöntemi ile belirlenmesinin güç olduÄŸu tespit edilmiÅŸtir. Sabit kesme viskozitesi yöntemi, sadece FT-parafin modifiyeli baÄŸlayıcıların karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını dönel viskozimetre yöntemine göre yaklaşık 20 °C, sadece SBS ve SBS+ FT-parafin modifiyeli baÄŸlayıcıların 43 karıştırma-sıkıştırma sıcaklıklarını 20-40 °C daha düşük vermektedir.