ILIK KARIġIM ASFALT KAPLAMALARIN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠ AÇISINDAN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ

Transkript

1 ILIK KARIġIM ASFALT KAPLAMALARIN ENERJĠ VERĠMLĠLĠĞĠ AÇISINDAN DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Hasan Bozkurt 1, Cenk Karakurt 2, Murat Karacasu 3 Özet Ilık karışım asfalt, enerji tasarrufu sağlamak ve emisyonları azaltmak için bitümlü sıcak karışım sıcaklığını en az ºC düşürecek şekilde katkı malzemeleri ve uygun yöntemlerle hazırlanan bitümlü bir karışımdır. Ilık karışım asfalt üretiminde kullanılan enerjinin azaltılmasıyla asfalt üretim maliyetlerinin düşürülmesi, çevreye verilen zararlı emülsiyonların azaltılması, inşaat sezonunun uzatılması, ılık karışım asfalt ile üstyapıların ömürlerinin uzatılması, daha az bakım-onarım maliyeti, daha uzun mesafelerde taşıma, çalışanlara daha temiz bir çalışma ortamının sağlanması gibi bir çok yeni özellikler sağlanmıştır. Bu çalışmamızda ülkemizde yeni uygulamaya başlanan bu yöntem hakkında Avrupa ve Dünyadaki uygulamalarından bahsedilmiştir. Ilık karışım asfalt teknolojisinin enerji verimliliği açısından değerlendirilmeye çalışılmıştır. Örneğin ılık karışım asfalt hazırlanması sırasında karışım sıcaklığının 10 ºC düşürülmesi zararlı gaz emisyonunun % 50 oranında azalmasına neden olduğu görülmüştür. Sonuç olarak ılık karışım asfalt karışımlarının üretimi sırasında daha düşük sıcaklıklarda üretilmesi sonucu yüksek oranda enerji tasarrufu sağlanmakta ve çevreye zararlı gaz salınımının azaltılması sağlanmaktadır. Bu çalışmada Dünyada yapılan ılık karışım asfalt kaplamaların enerji verimliliği açısından değerlendirilmesine yer verilmiş ve ülkemizde yapılacak yeni çalışmalarda ılık karışım asfalt kullanımının enerji verimliliği ve çevresel yönden avantajlarından bahsedilmiştir. Anahtar Kelimeler: İnşaat Mühendisliği uygulamalarında yenlikler, Ilık Asfalt Karışım, Enerji verimliliği EVALUATION OF ENERGY EFFICIENCY ON WARM MIX ASPHALT Abstract Warm mix asphalt was a bituminous mixtures which properties to save energy and to reduce emissions by at least ºC to reduce additive materials and prepared with an appropriate method. Warm mix asphalt production are provided a lot of new features a few of them; energy reduction with asphalt production costs in asphalt production, reduction of harmful emulsion to the environment, construction extension of the season, warm mix extending the life of the pavement design, less maintenance costs, handling over longer distances. In this study, Warm mix asphalt a new application method in our country has been mentioned about Europe and the world practice. It has been evaluated in terms of energy effiency about 1 Araş. Gör., Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, hasan.bozkurtl@bilecik.edu.tr 2 Yrd. Doç. Dr., Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, cenk.karakurt@bilecik.edu.tr 3 Doç. Dr., Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, muratk@ogu.edu.tr

2 warm mix asphalt technology. For example, reducing 10 ºC asphalt mixing temperature on preparation of mixture was found to cause a 50% reduce emissions of the harmful gases. A result of producing the warm mixture at lower temperatures is provided that high energy savings and reducing the release of environmentally harmful gas. In this study, energy effiency on in new studies of warm mix asphalt technology was mentioned the benefits of energy efficiency and environmental aspects of the use of asphalt. Keywords: New trends in civil engineering, warm mix asphalt, energy efficiency. GiriĢ Asfalt üretimi konusunda son yıllarda çevreyi koruma özelliği ana konuların başında gelmektedir. Sıcak karşım asfalt dünyada kullanımının yaygınlaşmasının yanında sıcak karşım asfalt üretim ve yerleştirme sıcaklığını düşürmeyi öneren yeni çalışmalar yapılmaktadır. Bu yeni teknolojiye Ilık Asfalt karışımı denilmekte ve bir çok Avrupa ülkesinde kullanılmaktadır (Wasiuddin vd.2007). Ilık karışım asfalt teknolojisi sayesinde üretim ve serme sıcaklığında 20 ile 55 derece arası daha düşük sıcaklıklarda karşım üretimi yapılabilmektedir. Sıcaklığın düşürülmesi sayesinde sıcak karışım üretiminde şu faydalar elde edilmektedir: Çevreye zararlı gaz emisyonlarının azaltılması Düşük enerji tüketimi Yakıt tasarrufu Çalışma koşullarının leştirilmesi gibi faydalar bunlardan bazılarıdır. Ilık karşım asfalt üretimi çok yeni bir teknoloji değildir. Prof. Ladis Csanyi 1956 yılında Iowa üniversitesinde yaptığı çalışmasında bitümü buhar yardımıyla köpürterek asfalt üretimi yapmıştır (Sargand vd. 2009). Son yirmi yılda yapılan çalışmalarda mum katkıları kullanıldığında sıcaklığın düşmesiyle birlikte işlenebilirliğin azalmadığı bitümün vizkozitesini bu katkı malzemelerinin arttırdığı görülmüştür (Croteau,Tessier,2008). Ilık karışım teknolojilerinin artması sonucunda geleneksel asfalt karışımlara karşı kazanılan potansiyel faydalardan bahsedilmiştir. Bitümlü sıcak karışımlarda bitümün vizkozitesi sıcaklık artışı ile birlikte azalmakta ılık karşımlarda ise bitümün vizkozitesini daha düşük sıcaklıklarda düşürmek amacıyla kimyasal katkılar, mum kökenli katkılar yada köpük bitüm uygulaması kullanılmaktadır (Zaumanis, 2010). Ilık karıģım Teknolojisi ve Yöntemleri Bitümlü karışımları ayırt etmek amacıyla çeşitli sınıflandırmalar yapılmaktadır Bunların başlıca sınıflandırma şekli üretim süreci, enerji tüketimi, emisyon salınımı ya da üretim ve serme sıcaklığına bağlı olarak; Bitümlü Sıcak Karışım: Üretim sıcaklığı C arasında, Bitümlü Ilık Karışım: Üretim sıcaklığı C arasında, Bitümlü Yarı Ilık Karışım: Üretim sıcaklığı C arasında, 144

3 Soğuk Karışım: Agregaların ısınması gerekmez (Dangelo vd.2008). Şekil 1 de bitümlü sıcak karışım sıcaklık aralıkları ve üretim için gerekli yakıt miktarı verilmiştir. Şekil 1: Üretim Sıcaklıklarına Gore Karışımın Sınıflandırılması ve Kullanılan Yakıt Miktarı (Dangelo vd.2008) Bitümlü Ilık KarıĢımların Potansiyeli ve Üstünlükleri Bitümlü ılık karışımların kullanımının pek çok potansiyel üstünlükleri mevcuttur. Yapılan çalışmalar, bitümlü ılık karışımların arazi performansının klasik bitümlü sıcak karışıma eşit ve hatta daha olduğunu göstermiştir. Bitümlü ılık karışımın islenebilirliğinin artması ve daha sıkıştırılması sonucu daha bir performans elde edilmiştir. Ayrıca karışım düşük sıcaklıkta üretilebildiğinden içindeki bitümlü bağlayıcı daha az yaşlanarak termal ve yorulma çatlaklarına karsı daha dirençli olmaktadır. Bitümlü ılık karışımların üstünlükleri maddeler halinde aşağıda verilmiştir. Emisyonların Azalması Bitümlü ılık karışım teknolojisinde, klasik bitümlü sıcak karışımlarda beklenilen tipik emisyonlara göre Şekil 1 de belirtildiği gibi önemli azalmalar olmaktadır. Emisyonlardaki düşüş oranları, birçok faktöre bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Sıcaklık düşüşünün yüksek olduğu teknolojilerde, emisyonlardaki azalma da o nispette yüksek olmaktadır. Bitümlü karışımların üretim sıcaklığına göre sınıflandırılması ve emisyon azalması verilmiştir (Dangelo vd.2008). Yakıt Kullanımının Azalması 145

4 Ilık karışım asfalt teknolojileri ile sağlanan yakıt tasarrufu olarak % 10 ile % 35 arasında değişmektedir. Düşük enerji ile üretilen bitümlü ılık karışımlarda yakıt tasarrufu % 50 veya daha fazla olabilmektedir. Bu işlemde agrega içindeki suyun kaynama derecesine kadar ısıtılması gerekmektedir. Sekil 1 de bitümlü karışımların üretim sıcaklığına göre sınıflandırılması ve emisyon azalması verilmiştir (Dangelo vd.2008). Yol Kaplaması Ġmalatı Sırasındaki Avantajları Düşük sıcaklıklarda üretilen bitümlü ılık karışım kolay bir şekilde serilebilmekte ve istenilen yoğunluğa sıkıştırabilmektedir. Yeterli islenebilirliğe sahip olan bu karışım, uzun mesafelere taşınabilmektedir. Ayrıca, düşük sıcaklıklarda daha yüksek oranlarda eski bitümlü karışımın yeniden kullanımına imkan sağlanmaktadır (Croteau,Tessier,2008). Ġsçilerin Maruz Kaldığı Emisyonların Azalması Bitümlü ılık karışım teknolojisi, klasik bitümlü sıcak karışım ile karsılaştırıldığında, koku, duman ve poliaromatik hidrokarbonların (PAH) emisyonlarında % 30 ile % 50 arasında değişen azalmaların olduğu kanıtlanmıştır. Bitümlü ılık karışım teknolojilerinde emisyonlar, klasik bitümlü sıcak karışıma göre kabul edilmiş emisyon sınırlarının oldukça altındadır (Temren 2009). Bitümlü karışımların üretim sıcaklığına göre sınıflandırılması ve emisyon azalması verilmiştir. Bitümlü Ilık KarıĢımların Üretim Teknikleri Yapılan araştırmalarda, mevcut bitümlü ılık karışımların üretim tekniklerinin yanı sıra ABD ve diğer ülkelerde yeni işlemler geliştirilmektedir. Mevcut teknolojiler aşağıda belirtilen 2 farklı metoda göre sınıflandırılmaktadır. Sıcaklık azaltma derecesine göre sınıflandırma: Nihai karışım sıcaklığına göre bu tip karışımlar, Bitümlü Ilık Karışım ve Yarı Ilık Karışımı olarak sınıflandırmak mümkündür. Üretim tekniklerine göre sınıflandırma: Bitümlü ılık karısımların üretim tekniklerine göre kimyasal madde katkılı ılık karışımlar, organik madde katkılı ılık karışımlar ve köpük asfalt olmak üzere 3 şekilde sınıflandırılmaktadır. Kimyasal Katkılarla Üretim Kimyasal katkılar bitümlü bağlayıcının viskozitesini değiştirmezler, bunlar bitümlü bağlayıcı ile agreganın ara yüzeyindeki sürtünme kuvvetlerini azaltan maddelerdir. Bu katkılarla karışım sıcaklığı en az 30 0 C azaltılabilmekte ve karışım C ile 85 0 C arasındaki sıcaklıklarda hazırlanabilmektedir (Sargand vd.2009). Organik Katkılarla Üretim Organik katkıların ( Vaks ve amidlerin - CONH2 ) kullanıldığı işlemler, vaksı erime noktası üzerinde vizkositesinin azalması prensibine bağlıdır. Vaksın erime noktası, yolda beklenilen servis sıcaklığından daha yüksek olması gerekmektedir, aksi takdirde kalıcı deformasyon oluşabilmektedir. Ayrıca karışımın düşük sıcaklıklarda da kırılgan olmasının önlenmesi için, vaks tipinin çok dikkatli seçilmesi gerekmektedir. Organik katkılar, karışımda kullanılan bitümün sertliğine bağlı olarak karışımın sıcaklığının C düşmesini sağlayarak, yaklaşık C civarında karışımın üretilmesine imkân sağlamaktadır (Temren 146

5 2009). Organik katkılardan en çok kullanılanı FT Parafin Sasol Wax firmasının üretimi olan Sasobit markalı üründür. Köpüklendirme Tekniğiyle Üretim Köpük asfalt tekniği olarak belirtilen bu yöntemde, bitümün köpük haline getirilmesi veya mineral bir madde ile suyun açığa çıkarılması teknikleri kullanılmaktadır. Sıcak bitüme az miktarda su verilmesi işlemi sonucunda atmosferik basınç altında belirli bir hacimdeki su buhar haline dönüşmekte ve bitüm köpük haline gelmektedir. Bu işlem suyun enjekte edilerek bitüm içine püskürtülmesi veya zeolit gibi bünyesinde kristal su bulunduran bir malzemenin veya rutubetli agreganın bitümlü bağlayıcıya ilavesi sonucunda, bağlayıcı genleşerek viskozitesi azalmaktadır. Genleşme miktarı ilave edilen suyun miktarını ve bağlayıcı sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. Zeolit bünyesinde % 20 kristal su bulunduran alüminyum silikattır. Sıcaklık artısıyla bu madde kristal suyunu kaybeder. Karışıma kontrollü şartlarda ilave edilen bu maddeden ayrışan su buharı bitümün hacmini biraz artırarak, bağlayıcını viskozitesini azaltır. Karışım sıcaklığı C altına düşünceye adar 6 7 saat içinde aşamalı bir şekilde gerçekleşen su çıkısı ile karışımın işlenebilirliği artmaktadır. Köpüklendirme tekniğinde karışım sıcaklığı yaklaşık 30 0 C azalmakta ve karışım daha işlenebilmektedir (Taşdemir 2009). Bitümlü Ilık KarıĢım Uygulamaları ve Performansı Bitümlü ılık karışım 1990 lı yılların sonlarında geliştirilmiştir. Bu yıllarda bitümlü ılık karışımın üretiminde Almanya da katkılar kullanılmaya başlanmış ve Norveç te bitüm köpüklendirme tekniği geliştirilmiştir yılından sonra birçok teknik geliştirilerek uygulanmaya başlanmıştır. Ancak halen çok kullanılan bir karışım değildir. Almanya da yılları arasında 7 deneme kesimi yapılmıştır. Bu projelerde bitümlü ılık karışım tekniğiyle, 6 kesim tas mastık asfalt, bir kesim ise klasik yoğun gradasyonlu asfalt ile teşkil edilmiştir. Bu kesimlerde yapılan arazi ve laboratuvar performans deney sonuçları sıcak karışım asfalt tekniğiyle yapılan kontrol kesimleriyle karşılaştırılmış ve değerlendirmeler Tablo 2. de verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, bitümlü ılık karışımın özellikleri normal bitümlü sıcak karışımın kontrol kesimleriyle aynı hatta daha olduğu belirtilmiştir. Bitümlü ılık karışım teknolojileri, yoğun gradasyonlu bitümlü karışımları, mastik asfalt, poroz asfalt ve geri dönüştürülmüş asfalt dahil bütün asfalt karışımlarında kullanılmaktadır. Avrupa da bir çok projede bitümlü ılık karışımın uygulanmasına izin verilmesine rağmen, bitümlü ılık karışımın uygulanmasının beklenildiği kadar yüksek olmadığı gibi, rutin kullanılan bir üründe değildir. Müteahhitler ve kurumlarla yapılan görüşmelerde, bitümlü ılık karışımın yaygınlaşamamasının nedenleri arasında iki ayrı husus ortaya konmuştur. İlk bitümlü ılık karışım projelerinde garanti süreleri yeni tamamlanmıştır. Bu tekniği geliştiren müteahhitler, bu teknoloj yaygın olarak kullanmadan önce gerekli güvenin sağlanması için, uzun vadeli performansın belirlenmesi gerektiğini belirtmektedirler. Önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağlamasına rağmen, bitümlü ılık karışımın maliyeti hala bitümlü sıcak karışımın maliyetinden daha yüksektir. Ancak bitümlü ılık karışımın en çok kullanıldığı ülke olan Fransa da kamu kurumlarının temsilcileri, bitümlü ılık karışımın 147

6 daha dayanıklı olacağına inandıkları için, daha fazla ödemeye gönüllü olmuşlardır(temren 2009). Tablo 2: Bitümlü Ilık Karışımın Deneme Kesimlerinin Bitümlü Sıcak Karışımın Deneme Kesimleriyle Karşılaştırması(Temren 2009) Kesim no Tekerlek izi Sasobit sma sasobit %4 Asphalta n asphalt an Tma aspha min Sübit vr45 Sübit vr45 Tma Düşü k Tekerlek yükü altında sıkışma Yok Çatlama Termal stabilite / Çok Düşük sıcaklık performans ı / / İyi Sonuçlar Bitümlü karışımların içine bitümlü ılık katkı maddeleri katılması ile aşağıdaki üstünlükler elde edilmiştir. Bitümlü karışımın üretim sıcaklığını düşürerek, çevreye yayılan emisyonlarda önemli ölçüde azalma olmaktadır. Bitümlü karıştırma sırasında agreganın ısıtılması için gerekli enerji miktarındaki düşüşle, enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Düşük sıcaklıkta üretilen bitümlü ılık karışım düşük sıcaklıklarda serildiği için daha rahat çalışma ortamı oluşmaktadır. Bitümlü bağlayıcı yüksek sıcaklıkta ısıtıldığı zaman daha çabuk yaslanmaktayken, bitümlü ılık karışımda bitümlü bağlayıcı daha az ısıtılacağı için daha az yaslanarak, yaslanmanın neden olduğu termal ve yorulma çatlaklarına karsı daha dirençli olacaktır. Karışımın işlenebilirliği yüksek olduğu için asfalt sezonu dışında da (-3,+4 0 C ye kadar) bitümlü ılık karışım uygulanabilmektedir. 148

7 Bitümlü ılık karışımın yaygınlaştırılması için; Bitümlü ılık karışımların üretilmesinde ve uygulamasında daha az enerji tüketildiği için, enerji tasarrufu için kurumların ve müteahhitlerin bilgilendirilmesi gerekmektedir. Bitümlü ılık karışımların arazide daha rahat uygulanabilirliğini göstermek ve bitümlü ılık karışımların performansının kanıtlanması için laboratuvarlarda çok değerlendirilmesine imkan sağlayan deney yöntemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bitümlü ılık karışımların üretilmesinde ve uygulanmasında daha yöntemlerin geliştirilmesi sağlanmalıdır. Kaynakça Croteau, J. M. ve Tessier, B. (2008). Warm mix asphalt paving technologies: A Road Builder's Perspective. Ottawa: 2008 Annual Conference of the Transportation Association of Canada. D Angelo, J., Harm, E., Bartoszek, J., Baumgardner, G., Corrigan, M., Cowsert, J.,Harman, T., Jamshidi, M., Jones, W., Newcomb, D., Prowell, B., Sines, R.,ve Yeaton, B. (2008). Warm-Mix asphalt: European practise. Washington, DC: American Trade Iniatives. Sargand, S., Figueroa, J. L., Edwards, W., ve Al-Rawashdeh, A. S. (2009). Performance assessment of warm mix asphalt (WMA) pavements. Athens, OH: Ohio Research Institute for Transportation and the Environment (ORITE). Temren, Z. Yollar Turk Milli Komitesi, 5. Ulusal Asfalt Sempozyumu, 50-60, Ankara, Tasdemir, Y.,vd. Rheological Effects of Commercial Waxes and Polyphosphoric Acid in Bitumen 160/220-Low Temperature Performance, Fuel, 85, , Tasdemir, Y., vd. Effects of Commercial Waxes on Asphalt Concrete Mixtures Performance at Low And Medium Temperatures, Cold Regions and Science Technology, 45(1), 31-41, Baubar GmbH, Wasiuddin, N.M., Selvamohan, S., Zaman, M.M., and, Guegan, M.L. (2007). Comparative laboratory study of sasobit and aspha-min additives in warm-mix asphalt. Journal of the Transportation Research Board 1998: Zaumanis, M. (2014) Warm Mix Asphalt. In Climate Change, Energy, Sustainability and Pavements, Eds: K. Gopalakrishnan, J. Harvey, and W. Steyn, Springer, Germany, DOI / _10. Sasolwax. Available: Accessed: 2012 Jan