Bitümlü Karışımlar. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

Transkript

1 Bitümlü Karışımlar Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

2 Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK) Belli orandaki, Bitüm ve aggrega, asfalt plentinde belli bir sıcaklıkta karıştırılarak elde edilir. BSK: - Aşınma tabakası - Binder tabakası - Bitümlü temel tabakalarında kullanılır.

3 Bitümlü Karışımların Üretimi

4 BSK dan Beklentiler - Bitmiş yol yüzeyi konfor için düzgün ve güvenlik için yeterli sürtünme katsayısına sahip olmalıdır. - Hem trafik hem de çevre etkisine karşı dayanımını koruyabilmelidir. - Deformasyon oluşumuna karşı dayanıklı olmalıdır. - Elastik deformasyonların oluşması için yeterli esnekliğe sahip olmalıdır.

5 - Tekerlek izi derinliği oluşmadan, tekerlek yükünü alttaki tabakalara iletmeli - Yatay kurbalarda ve dik boyuna eğimlerde oluşacak kesme gerilmelerine dayanmalı - Yüzey suyunun alttaki tabakalara sızmasını önleyecek geçirimsizliğe sahip olmalıdır. - Tekrarlı ağır taşıt yüklerinden kaynaklanacak, yorulmaya karşı dayanıklı olmalıdır.

6 Bitümlü karışımların özellikleri aşağıdaki parametrelere bağlıdır: - Bitüm tipi - Bitüm oranı - Agrega tipi ve miktarı - Yapım koşulları

7 Stabilite Stabilite ve dayanım birbiri ile ilişkili olup, tekerlek yükü altında deformasyona karşı gösterilen direnci ifae eder. Eğer, stabilite düşük ise, daha fazla deformasyon oluşur. Eğer, stabilite çok fazla ise, deformasyon az olacaktır; ancak karışım gevrek olacağından, kırılma ve çatlaam potansiyeli yüksektir.

8 Dayanıklılık (Durabilite) Bitümlü karışım, trafik su, have sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklı olmalıdır. Bitümlü karışımlarda, dayanıklılığı etkileyen faktörler: - Yaşlanma - Taneciklerin kırılması - Taneciklerin yüzeyden sökülmesi

9 Dayanıklılığın artması aşağıdaki faktörlere bağlıdır: -Karışımda fazla bitüm kullanılması (Çok fazla kullanıldığında stabilite, tekerlek izi ve kusma problemlerine neden olur) - Yüksek viskoziteli bitüm kullanımı (düşük penetrasyonlu bitüm) -Yüksek adezyon özelliğine sahip bitüm kullanımı -İyi sıkıştırma -Yoğun gradasyon Yukarıdaki koşullar sağlanırsa, geçirimsizlik artar ve buna bağlı olarak dyanıklılık artar.

10 Esneklik Bitümlü karışımların esnekliği, uzun dönemde temel ve taban zeminindekş oturmaları etkiler. Eğer yük altında karışım karışım esenerse, yüzeyde tekerlek izi oluşmayacaktır. Eğer, karışım esneme özelliğine sahip değilse, kırılacaktır. Esnekliği etkileyen faktörler: - Karışımdaki mineral filler ve bitüm oranı - Bitüm hali (katı, yarı katı, sıvı). - Bitümün sıcaklığa karşı hassasiyeti

11 Marshall Stabilite Testi Bir basınç testi olup, aşağıdaki parametreleri bulmak için kullanılır: -Optimum bitüm içeriği -Boşluk oranı - Karışımda, boşluun bitüm ile doldurulma oranı Sample Preparation and Test Procedure - Yaklaşık 1200 gr agrega 185 oc de etüvde ısıtılır. - Bitüm, 120 oc de ısıtılıt. Isıtılan bitüm ısıtılmış agrega ile karıştılır. Bitüm karışıma % den başlayarak, % 6-7 aralığına kadar % 0.5 artırılarak uygulanır. - Karışım, Marshall tokmağı ile sıkıştırılır. Ağır trafik mitarona göre her bir yüze 50 veya 75 vuruş yapılır. - Sıkıştırılmış numune çapı mm, yüksekliği ise, yaklaşık 64 mm dır. Sıkıştırılan numune bir gün oda sıcaklığında bekletilir.

12 Numune, su banyosunda, 60 oc de bir saat bekletilir. Numune, Marshall stabilite test cihazına yerletirilir. Kırılma oluncaya kadar, basınç yükü artırılır. Numune kırıldığı zaman, yük ve deformasyon okunur ve kaydedilir. Kırılma anındaki yük, «stabilite», deformasyon ise «akma» olarak adlandırılır.

13 Karışım ve Sıkıştırma Sıcaklığı Viscocity: viskozite; compaction range: sıkıştırma bölgesi; mixig range: karıştırma bölgesi; temperature: sıcaklık

14 Numune kalıbı Marshall tokmağı Sıkıştırılmış numune

15 Automatic compacter

16 Marshall Stabilite Deneyi Yapılışı - Sonraki gün numuneler 60C deki su banyosunda 1 saat süre ile ısıtılır. - Numuneler sıra ile Marshall stabilite aletine yerleştirilir. - Her numunenin kırılmaya başladığı andaki yük ve deformasyon (akma) değerleri tespit edilir. - Basınç uygulandıkça okunan değer artarak maksimuma ulaşır, daha sonra düşmeye başlar. O anda numune kırılır. - Okunan maksimum değer yardımıyla bitümlü karışımın stabilitesi saptanır. Marshall stabilitesi adı verilen bu değer numunenin kırılmasını sağlayan kg cinsinden toplam yük miktarıdır.

17 Su Banyosu Akma Değeri Okuyucu (dial gauge)

18 Load cell Yük hücresi Akma (çökme) Deformasyon Numune çeneleri Marshall Test Cihazı

19 Yoğunluk ve Bitüm İçeriği (Hesapla bulunan) Yoğunluk (g/cm 3 ) Bitumen içerii %

20 Stabilite and Bitüm İçeriği (Deney sonucu) Stability (kg) Bitumen %

21 Void ratio % Boşluk ve Bitüm İçeriği (hesapla bulunan) şartname Bitumen %

22 Bağlayıcı ile dolu agrega boşluğu % (hesapla bulunan) Bitümle Dolu Agrega Boşluğu ve Şartname şartname %Asfalt

23 Optimum bitumen ratio = A B 4 C D tür. Optimum bitumen ratio OOptimum bağlayıcı oranı= =6.35

24 Akma (mm) (deney sonucu) Optimum Bitüm İçeriğine Karşılık Gelen Akma Değeri (Şartname ile karşılaştırılır) 6.35 %Asfalt

25 Marshall Numunelerinin Analizi Bitümlü karışımlar, yoğunluk ve boşluk oranı düşünülerek, tasarımlanır. Boşluk oranı (V), bitümle sarılan agrega taneleri arasındaki boşluğun hacme oranıdır. Boşluk oranı, teorik yoğunluk ile sahadan alınan numune yoğunluğundan yararlanarak hesaplanır. Maximum teorik yoğunluk(d), numunenin boşluksuz yoğunluğudur.

26 Component Diagram

27

28

29 Bulk Specific Gravity

30 Apparent Specific Gravity

31 Effective Specific Gravity

32 Comparison Specific Gravities

33

35

36

39

40

41

42

43

44 Mathematical Equations

47

49

50

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66 Theoretical Unit Weight D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı D 100 P ag P ag P ag + P b =100 dür. b b P ag =Bitümlü karışımdaki agreganın ağırlıkça yüzdesi, ag =Agrega karışımının özgül ağırlığı, P b = Bitümlü karışımdaki bağlayıcının ağırlıkça yüzdesi, =Bağlayıcının özgül ağırlığı. b

67 ag : Agrega Karışımının Özgül Ağırlığı ag P P2 2 P 3 3 P 1 =İri agreganın ağırlıkça yüzdesi, P 2 =İnce agreganın ağırlıkça yüzdesi P 3 =Mineral fillerin ağırlıkça yüzdesi 1 = İri agreganın özgül ağırlığı, 2 = İnce agreganın özgül ağırlığı, 3 =Mineral fillerin özgül ağırlığı. w 1 :İri agrega ağırlığı, w 2 :İnce agrega ağırlığı, w 3 :Filler ağırlığı olmak üzere: P 1 = w 1 w w 1 2 w 3

68 d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı Numune düzgün ise; d W v a W a = Numunenin havadaki ağırlığı v = Numunenin hacmi Numune düzgün değilse suda yer değiştirme metodu kullanılır. d Wa W W a w W w = Numunenin sudaki ağırlığı

69 V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi V 100 D d D D= Karışımın boşluksuz birim ağırlığı d=sıkıştırılmış bitümlü karışımın ölçülen birim ağırlığı Şartnamelerde boşluk oranı için bir alt ve bir üst sınır belirtilmiştir(%3-5 gibi). Üst sınır konmasının nedeni, boşluğun artmasının stabilitenin ve birim ağırlığın düşmesine, geçirimliliğin ise artmasına yol açmasıdır.

70 Sıcak aylarda bağlayıcı hacminin artması sonunda boşlukların tamamen dolması, agreganın bağlayıcı ile yağlanmış hale gelmesi ve bağlayıcı kusması sebebiyle boşluk oranı için bir alt sınır konmuştur. Şartnamelerde, sıkıştırılmış bitümlü karışımlarda, mineral agrega içindeki boşluğun (VMA) bağlayıcı ile doldurulma oranı da aranır. Bunun için önce bitümlü karışım bileşenlerinin hacim yüzdelerinin bulunması gerekir.

71 V ag =Sıkışmış bitümlü karışımdaki agreganın hacimce yüzdesi V ag P ag * d ag V ag v ( v v v) ag ag b 100 v ag M ag ag V ag M ( v v v) ag ag ag b 100

72 d M v v v k b ag ) ( 100 P 100, * * 100 ag k ag ag k ag k ag ag ag M M M d M d M M V ag ag ag d P V *

73 V b =Sıkışmış bitümlü karışımdaki bağlayıcının hacimce yüzdesi V b P b b d, V ag +V b +V=100 V:boşluk hacmi % si 100 V b :bağlayıcı hacmi % si V ag :agrega hacmi % si

74 V MA = Sıkıştırılmış bitümlü karışımda agrega içindeki boşluk hacmi yüzdesi V MA = 100-V ag =V b +V 100 V:boşluk hacmi % si V b :bağlayıcı hacmi % si V ma :Agregalar arası boşluk V ag :agrega hacmi % si Agrega içindeki boşlukların bağlayıcı ile doldurulma derecesi V V b MA x100 V b 100 V ag x100 V b V b V x100

75 Design Specification of Bituminous Base Layer(KTŞ,2013)

76 Mix Temperatures(KTŞ,2013)

77 Mix Placement Temperature (KTŞ,2013)

78 Asphaltic Concrete Specificarion (KTS,2013)

79 Örnek 1: Laboratuarda hazırlanmış olan bir numunenin havadaki ağırlığı gr., sudaki ağırlığı gr. dır. Bu karışım içinde ağırlıkça %8 asfalt ve %92 agrega vardır. Asfalt çimentosunun özgül ağırlığı 1.02, agreganın özgül ağırlığı ise 2.69 dir. Bu karışım yola uygulanıp sıkıştırıldıktan sonra alınan numunenin birim ağırlığı dyol=2.10 bulunmuştur. Şartname, yoldaki boşluk oranının laboratuardaki oranın en fazla 1.10 katı olmasını istediğine göre karışım şartnameye uygun mudur?

80 Verilenler: W a = gr., b =1.02, W w =63.20 gr., ag =2.69, P b =%8, d yol =2.10, P ag =%92, V yol =?

81 Aranan: V yol? V lab x1.10? D d V 100 D V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı d lab W a W a W w ,

82 , olarak bulunur P P 100 D b b ag ag D d D 100 V lab lab D d D 100 V yol yol

83 Şartname V yol? V lab x1.10 olmasını istiyor ama V lab =6.72x1.10=7.39 V yol = > 7.39 olduğundan şartnameye uygun değildir.

84 Örnek 2: Bir agrega karışımına, ağırlıkça %6 oranında özgül ağırlığı 1.01 olan bir bağlayıcı karıştırılarak, agrega boşluklarının (Vma) bağlayıcı ile doldurulma oranı 0.75 ve birim ağırlığı d=2.20 olan bir karışım hazırlanmıştır. Şantiyede boşluk oranı laboratuardaki boşluk oranının %75 i olacak şekilde yeni bir karışım hazırlanacaktır. Bu amaçla, iri agrega özgül ağırlığı 2.55, miktarı %65, ince agrega özgül ağırlığı 2.65, miktarı %30 ve filler özgül ağırlığı 2.45, miktarı %5 kullanılarak bağlayıcı oranı %7 ye çıkarılmıştır. Buna göre hazırlanan karışımın birim ağırlığı ne olur?

85 Verilenler: 1 =2.55, 2 =2.65, 3 =2.45, P 1 =%65, P 2 =%30, P 3 =%5, d=2.20, b =1.01, P b =%6, Vb V %75 MA

86 Çözüm: Laboratuarda hazırlanan karışımın boşluk oranı (V): V=V MA -V b V b V V b MA P b b d x , (V b : bağlayıcının hacimce % si) %75 (agrega boşluklarının bağlayıcı ile doldurulma oranı) 13 V MA = 17 (agregalar arasındaki boşluk hacmi % si) 0.75 V=V MA -V b =17-13=4

87 Şantiyede hazırlanan 2.ci karışımın boşluk oranı: Vx0.75=4x0.75=3 olur(yeni karışımın istenen boşluk yüzdesi).

88 Şantiye de V=3 boşluk oranını sağlayacak olan karışımın yoğunluğu (d): D d V 100 D D 100 P ag Pb ag b D ag δ P1 P2 P 2.57 ag V 100 D d D 3 100x 2.32 d 2.32 d=2.25 olarak bulunur.

89 Örnek 3 İri agreganın özgül ağırlığı 2.65, ağırlıkça yüzdesi %55, ince agreganın özgül ağırlığı 2.70, ağırlıkça yüzdesi %35 iken fillerin özgül ağırlığı bilinmemektedir. Bu agrega karışımında kuru agreganın boşluk oranı 20 olarak bulunmuştur. Bu agregaya özgül ağırlığı 1.01 olan bağlayıcıdan ağırlıkça %7 ilave edilmiş ve numune hazırlanmıştır. Boşlukların bağlayıcı ile doldurulma oranı %80 olduğuna göre, fillerin özgül ağırlığı nedir?

90 Verilenler 1 =2.65, 2 =2.70, 3 =?, P 1 =%55, P 2 =%35, b =1.01, P b =%7, V MA =20, V b /V MA =0.80

91 Çözüm: ag P P2 2 P (1) P 1 +P 2 +P 3 = P 3 =100 P 3 =10 bulunur. 100 ag, ag =?,

92 V ag : agreganın hacimce %si V ag Pag 93 d d..(2) δ δ ag ag P ag =100-P b =100-7=93, ag =?, V ag =?, d=? V ag =100-V MA =100-20=80 V b Pb 7 d d V b =?, d=?...(3) 1.01 b V b /V MA =0.80 V b =0.80x20=16

93 V b (3) nolu formülde yerine konulursa d=2.30, 16=(7/1.01)xd (2) nolu formül kullanılarak; 80=(93/ ag )x2.30 ag =2.67 (1) nolu formül ile, 3 =2.67 olarak bulunur. ag

94

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114