T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ TÜRKĠYE COĞRAFĠ BÖLGELERĠ ĠÇĠN BĠTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN PERFORMANS DERECELERĠNĠN BELĠRLENMESĠ VE SBS KATKILI GÖZLEM YOLU YAPILMASI Mevlüt KAYA DOKTORA TEZĠ ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı OCAK 2011 KONYA Her Hakkı Saklıdır

2

3 TEZ BĠLDĠRĠMĠ Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranıģ ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalıģmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. DECLARATION PAGE I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work. Mevlüt KAYA Tarih:

4 ÖZET DOKTORA TEZĠ TÜRKĠYE COĞRAFĠ BÖLGELERĠ ĠÇĠN BĠTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN PERFORMANS DERECELERĠNĠN BELĠRLENMESĠ VE SBS KATKILI GÖZLEM YOLU YAPILMASI Mevlüt KAYA Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü ĠnĢaat Mühendisliği Anabilim Dalı DanıĢman: Doç. Dr. Osman Nuri ÇELĠK 2011, 127 Sayfa Jüri Doç. Dr. Osman Nuri ÇELĠK Prof. Dr. Mehmet Emin AYDIN Doç. Dr. Serdal TERZĠ Doç. Dr. Özcan TAN Doç. Dr. S. Bahadır YÜKSEL Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama (Superpave) yöntemi dünyada son 15 yılda kullanılmaya baģlanmıģtır. Bu çalıģmada, Türkiye nin farklı iklim koģullarına sahip coğrafi bölgelerinde bulunan meteoroloji istasyonları tarafından kaydedilmiģ sıcaklık bilgileri incelenmiģtir. Uzun yıllara ait sıcaklık verilerinden sıcaklık haritaları oluģturulmuģtur. Bu haritalarda yol yapımında hangi PG sınıfı kullanılması gerektiği ortaya konulmaya çalıģılmıģtır. Yolun yapılacağı yer için PG sınıfı belirlemede özel bir çalıģma yapılması daha uygundur. Katkısız bitüme %4 ve %5 oranda SBS ilavesi ile iki farklı modifiye bitüm hazırlanmıģtır. Katkısız bitümün ve hazırlanan modifiye bitümlerin hangi PG sınıfına uygun bitüm olduğu performans testleri yapılarak tespit edilmiģtir. Konya-Afyon karayolu üzerinde üç tip bitümle hazırlanmıģ asfaltla bir gözlem yolu yapılmıģtır. Gözlem yolunda yüzeysel deformasyon ölçümleri yapılarak oluģan kalıcı deformasyonlar gözlenmiģtir. Gözlem yolu yapımında kullanılan karıģımdan yapılmıģ Marshall briketlerine dolaylı çekme deneyi uygulanmıģtır. Gözlem yolundaki ölçüm sonuçlarına göre en büyük deformasyonlar modifiye edilmemiģ katkısız bitümle yapılan kesimde görülmüģtür. Anahtar Kelimeler: PG sınıflı bitüm, katkısız bitüm, SBS, modifiye bitüm, Marshall, dolaylı çekme deneyi, gözlem yolu, yüzeysel deformasyon ölçümü, kalıcı deformasyon. iv

5 ABSTRACT Ph. D THESIS DETERMINING THE PERFORMANCE GRADE of BITUMINOUS BINDERS FOR GEOGRAPHIC REGIONS IN TURKEY AND CONSTRUCTION of SBS ADDITIVE OBSERVATION ROAD Mevlüt KAYA THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY DOCTOR OF PHILOSOPHY IN CIVIL ENGINEERING Advisor: Assoc. Dr. Osman Nuri ÇELĠK 2011, 127 Pages Jury Assoc. Dr. Osman Nuri ÇELĠK Prof. Dr. Mehmet Emin AYDIN Assoc. Dr. Serdal TERZĠ Assoc. Dr. Özcan TAN Assoc. Dr. S. Bahadır YÜKSEL High Performance Asphalt Pavement (Superpave) method has been started to use for last 15 years around the world. In this study, temperature data of cities of Turkey representing the geographic regions with different climatic conditions was studied to get the Performance Grade (PG) of bitumen. Temperature maps were developed from the temperature data for many years. The PG class has been carried out according to the map which class should be used on the road under the construction. It is necessary of course to make a special study to determine the more suitable PG class for even all roads within the province. In this work, we prepared tree kind road construction in series; first was nonmodified, neat bitumen, second was neat bitumen with 4% SBS, third was neat bitumen with 5% SBS. That bitumen has been identified by performance tests which kinds of PG classified bitumen were. In addition, road is constructed using by neat bitumen and modified by 4% and 5% SBS-blended bitumen on Konya-Afyon road. The permanent deformation on the road was observed by measuring the surface deformation. Indirect tensile strength test was applied to the Marshall samples made by mixture used in construction of the road. The largest deformations observed on the part of the road were that made of with neat bitumen. Keywords: PG class bitumen, unadulterated bitumen, SBS, modified bitumen, Marshall, indirect tensile test, observing road, superficial distortion measurement, permanent deformation. v

6 ÖNSÖZ Bana bu çalıģma olanağını sağlayan ĠnĢaat Mühendisliği Bölüm BaĢkanı Sayın Prof. Dr. M. YaĢar KALTAKCI ya, çalıģmalarım süresince kıymetli yardımlarını esirgemeyen DanıĢman Hocam Doç. Dr. Osman Nuri ÇELĠK e, Karaman Belediye BaĢkanı Dr. Kâmil UĞURLU ya, Prof. Dr. S. ZAĠMOĞLU Üniversitesi Rektörü Prof. Dr. Adem ESEN e, Konya BüyükĢehir Belediyesi Fen ĠĢleri Daire BaĢkanı Mim. H. Selim BÜYÜKKARAKURT a, Karayolları Genel Müdürlüğü Teknik AraĢtırma Daire BaĢkanlığı na, fikir ve önerileri ile çalıģmalarıma yön veren Dr. Süreyya TAYFUR ve ĠnĢ. Müh. Bülent GÜLER e, laboratuar çalıģmalarım sırasında yardımcı olan ĠnĢ. Müh. Mehmet ĠNANÇLI ve Tek. Mehmet ÖZCAN a, çalıģmanın arazi ölçümlerini yapan Harita Tek. Mehmet DEMĠR e ve sevgili aileme teģekkür ederim. Mevlüt KAYA KONYA-2011 vi

7 ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET... iv ABSTRACT... v ÖNSÖZ... vi ĠÇĠNDEKĠLER... vii 1. GĠRĠġ KAYNAK ARAġTIRMASI Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama (SUPERPAVE-Superior Performing Asphalt Pavements) Tasarım Metodu ve PG Bitüm Sınıflandırması Bitümlü Bağlayıcı Modifikasyon ÇalıĢmaları MATERYAL VE METOT Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğü Ġstasyon Sıcaklık Verileri Bitümlü Bağlayıcı Bitümlü Bağlayıcıların Kimyasal Özellikleri Bitümlü Bağlayıcıların Fiziksel Özellikleri Bitümlü Bağlayıcıya Uygulanan Deneyler Agrega Agregaya Uygulanan Deneyler Modifiye Edici Katkı Yüzeysel Deformasyon Ölçümleri Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama Yöntemi Bitüm Sınıflandırma Deneyleri Dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT) Basınçlı yaģlandırma kabı deneyi (Pressure Aging Vessel - PAV) Dinamik Kayma Reometresi Deneyi (Dynamic Shear Rheometer - DSR) Dönel viskozimetre deneyi (Rotational Viscometer - RV) Eğilme kiriģi reometre deneyi (Bending Beam Rheometer - BBR) Direkt çekme deneyi (Direct Tension Tester - DTT) Marshall Tasarım Metodu Dolaylı Çekme Deneyi TÜRKĠYE DE FARKLI COĞRAFĠK BÖLGELER ĠÇĠN BĠTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN PERFORMANS DERECELERĠNĠN BELĠRLENMESĠ Türkiye Uzun Yıllar Sıcaklık Haritaları Türkiye Coğrafi Bölgeleri için PG Bitüm Sınıflandırması GÖZLEM YOLU Kullanılan Agreganın Karakteristik Özelliklerinin Belirlenmesi vii

8 5.2. Kullanılan Bitümlü Bağlayıcının Karakteristik ve Performans Özelliklerinin Belirlenmesi Marshall Yöntemi Ġle Optimum Bağlayıcı Oranı Tespiti Dolaylı Çekme Deneyi Sonuçları Deformasyon Ölçümleri Ġstatistiksel Analizler Ġstatistiksel T Testi Ġstatistiksel Çift Yönlü ANOVA Testi TARTIġMA SONUÇ VE ÖNERĠLER KAYNAKLAR EKLER EK-1 Uygulama Yolu Deformasyon Ölçümü Verileri EK-2 ÇalıĢmaların Fotoğrafları viii

9 SĠMGELER VE KISALTMALAR Simgeler AC : Asfalt çimentosu b : KiriĢ geniģliği, mm CMS : Orta hızda kesilen katyonik emülsiyonlar CRS : Çabuk kesilen katyonik emülsiyonlar CSS : YavaĢ kesilen katyonik emülsiyonlar DSR : Dinamik kayma reometresi, kpa ε : ġekil değiģtirme E : Elastisite modülü EDY : EĢdeğer dingil yükü, kn En : Enlem, derece ζ : Gerilme, N/mm 2 G* : Kompleks kayma modülü, N/mm 2 G' : Kompleks kayma depolama modülü, N/mm 2 G" : Kompleks kayma kayıp modülü, N/mm 2 G max : Teorik maksimum özgül ağırlık, gr/cm 3 G mb : Özgül ağırlık, gr/cm 3 h : KiriĢ yüksekliği, mm L : KiriĢin yük tatbik aralığı, mm M : Sünme oranı MC : Orta hızda kür olan katbekler MS : Orta hızda kesilen anyonik emülsiyonlar η* : Kompleks viskozite P : Uygulanan sabit yük, N P a : BoĢluk yüzdesi PG : Performans derecesi PI : Penetrasyon indeksi RC : Çabuk kür olan katbekler RS : Çabuk kesilen anyonik emülsiyonlar RT : Yol katranı δ : Faz açısı, derece δ (t) : t anında yer değiģtirme, mm S : Sünme sertliği SC : YavaĢ kür olan katbekler SS : YavaĢ kesilen anyonik emülsiyonlar S (t) : t anında sünme sağlamlık modülü, MPa T h7 : 7 gün ortalama yüksek hava sıcaklığı, ºC T hv : DüĢük hava sıcaklığı, ºC T min : Minimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC T maks : 20 mm derinlikte maksimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC V a : Hava boģluklarının hacmi, cm 3 ix

10 Kısaltmalar AASHTO : Amerikan devlet otoyolu ve taģımacılık ofisleri derneği BBR : Eğilme kiriģi reometre deneyi DSC : Fark taramalı kalorimetre deneyi DSR : Dinamik kayma reometresi deneyi DTT : Direkt çekme deneyi EBA : Etilbromasetat EVA : Etilen-vinil-asetat PAV : Basınçlı yaģlandırma deneyi Pen : Penetrasyon PR : Polyester reçine PTFE : Politetrafloraetilen RTFOT : Dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi RV : Dönel viskozimetre deneyi SBS : Stiren-butadien-stiren SEBS : Stiren-etilen-bütilen-stiren SHRP : Stratejik otoyol araģtırma programı Superpave : Yüksek performanslı asfalt kaplama TSRST : SınırlandırılmıĢ numunede termal gerilme deneyi TüpraĢ : Türkiye Petrol Rafinerileri Anonim ġirketi x

11 1 1. GĠRĠġ Asfalt kelimesinin, tarih öncesi dönemde Akadlara ait bir terim olan asfaltik den geldiğine inanılmaktadır. Asfalt, tarih öncesi geçmiģinden bugüne kadar nesnelerin bağlanması, kopmaması ve geçirimsiz hale getirilmesi amacıyla bir bağlayıcı olarak kullanılmıģtır. Asfalt kelimesinin kullanımı açısından da dünyada farklılıklar görülmektedir. Bazı ülkeler sıcak karıģıma asfalt derken bazı ülkeler de sıcak karıģım yapımında kullanılan bağlayıcı malzemeyi asfalt olarak isimlendirmektedir. Bu çalıģmada, sıcak karıģıma asfalt, sıcak karıģımda kullanılan bağlayıcıya da bitümlü bağlayıcı ya da bitüm terimleri kullanılmıģtır lü yılların baģlarında, ham petrolden bitümün rafine edilmeye baģlanmasıyla ve otomobil endüstrisindeki geliģmelerle bitümün yollarda kullanımı hızla artmıģtır. Kullanım miktarı arttıkça, asfaltın fiziksel özellikleri ile karakterinin belirlenmesi ve iyileģtirilmesi ihtiyacı söz konusu olmuģtur. Bu amaçla 1900 lü yılların baģlarında çok sayıda deney ve tasarım yöntemi geliģtirilmiģtir. KarıĢım tasarımının amacı, ulaģılabilecek maksimum performansı elde etmek değil, servis performansını sağlayan, mühendislik gereksinimlerini karģılayabilen ekonomik bir malzeme üretmektir. Tasarım numunelerinin arazideki performansı temsil edebilmeleri için, istenen boģluk ve bitüm oranlarının elde edilmesinde sıkıģtırılmıģ numunelere gerek duyulmuģtur li yılların ortalarında, Asfalt Enstitüsü nden F.C. Field ile Prevostn Hubbard tarafından sıkıģtırılmıģ bir asfalt karıģımının fiziksel özelliklerinin değerlendirilmesi konusundaki en eski yöntemlerden biri geliģtirilmiģtir. Ampirik Hubbard-Field deneyi zımbalama-kayma tipi yükleme ile bir karıģımın stabilitesini belirlemiģtir. Francis Hveem, sıkıģtırılmıģ asfalt kaplama karıģımlarının stabil olmasını ve fazla bitümü kusmasını sağlamak amacıyla 1930 yılında baģka bir deney geliģtirmiģtir. Hveem yönteminin ilkeleri üç eksenli basınç deneyi ve agreganın yüzey alanı ile saptanan bir bitüm içeriği tahminine dayanmaktadır. Hveem metodu günümüzde hala kullanılmaktadır. II. Dünya savaģının çıkmasıyla, askeri havaalanlarının uygun Ģekilde inģası ve tasarımı için basit bir deneyin geliģtirilmesi ihtiyacı doğmuģtur. Bruce Marshall tarafından, arzu edilen kıvam ve bitüm içeriğinin saptanarak ağır uçak tekerleği yüklerine karģı koyabilmek amacıyla bir karıģım tasarım yöntemi düģünülmüģtür.

12 2 Marshall yöntemi o günün Ģartlarına göre tatminkâr düzeyde tasarım ölçütleri getirmiģtir. Günümüzde, bu ampirik yöntem dünya genelinde yaygın Ģekilde hala uygulama görmektedir lı yılların ortalarından itibaren araçların hem miktarı hem de dingil yükleri çarpıcı Ģekilde artmıģtır ve yetmiģli yılların baģlarında, o ana kadar tatminkâr performans sağlayan bitümlü karıģımların artan miktardaki ağır dingil yükleri altında deformasyona uğradığı görülmüģtür (Uluçaylı, 2002). Bu nedenle, bitümlü karıģımlar günümüz trafiğinin gereksinimlerini geniģ çapta yerine getirmeli ve özellikle de; Kalıcı deformasyona dirençli, Yorulma çatlaklarına dirençli, Serilme esnasında iģlenebilir, uygun ekipman ile tatmin edici Ģekilde sıkıģtırılabilir, Yolun alt tabakalarını sudan korumak için geçirimsiz, Trafiğin aģındırmasına ve hava ile suyun etkilerine karģı dayanıklı, Üstyapının taģıma gücüne katkılı, Bakımı kolay ve daha da önemlisi düģük maliyetli olmalıdır (Albayrak, 1975). Yukarıda belirtilen kıstaslara uygun malzeme üretme ihtiyacı, Marshall tasarım yöntemini gözden geçirmeye yönlendirmiģtir. Yol üzerindeki çeģitli bozulmalar, hava ve iklim Ģartlarına göre kaplamanın gerçek performansını koruyamaması, analiz ve uygulama sırasındaki sıkıģtırma tekniklerinin farklı olması nedeniyle baģta geliģmiģ ülkeler olmak üzere pek çok ülkeyi yeni tasarım yöntemleri geliģtirmeye yönlendirmiģtir. Bu çalıģmalardan bir bölümü, mevcut tasarım yöntemlerini karģılaģtırmak suretiyle en uygun olanını bulmak ve yeni tasarım yöntemleri geliģtirmek, bir bölümü de bağlayıcının özelliklerini iyileģtirme üzerinedir. Bunların neticesinde yeni tasarım yöntemleri de ortaya çıkmaktadır. Bu tasarım yöntemlerinden birisi de Superpave (Superior Performing Asphalt Pavements) olarak isimlendirilen Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama yöntemidir. Yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemi, A.B.D. deki Strategic Highway Research Program (SHRP) Stratejik Yol AraĢtırmaları Programı tarafından geliģtirilmiģtir. Temsilciler Meclisi, 1987 yılında yaptığı kongrede, yolların durabilitesini ve performansını artırmak ve her türlü iklim Ģartlarında kaplamanın kalitesini koruyabilmek için bir programın baģlatılması ve desteklenmesi için karar almıģtır. 150

13 3 milyon dolarlık bu programın; 50 milyon dolarını asfalt araģtırmaları için, kalan kısmını da bir deneme yolu yaparak kaplamanın davranıģını incelemek için kullanmıģlardır (Orhan, 2001). Yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemini Marshall dan ayıran en önemli fark sıkıģtırma sistemi ve bitüm sınıflamasında hâkim iklim koģullarının da göz önünde tutulmasıdır. Marshall yönteminde analiz aģamasında numuneye standart bir tokmakla belli sayıda darbe uygulanmaktadır. Hâlbuki arazide karıģım yola serilip sıkıģtırılırken silindirlerle sıkıģtırma yapılmaktadır. SıkıĢtırma durumundaki bu farklılığın arazideki Ģartları gerçek manada temsil etmediği birçok uzman tarafından kabul edilmektedir. Yüksek performanslı asfalt kaplama yönteminde ise yoldaki durumu temsil etmesi bakımından sıkıģtırma, laboratuar ortamında yoğurmalı bir Ģekilde yapılmaktadır. Marshall yönteminde bitüm sınıflaması penetrasyon derecesine göre yapılmaktadır. 25ºC deki penetrasyonu aynı olan bitümler farklı sıcaklıklarda farklı penetrasyon değerlerine sahip olabilmektedir. Yüksek performanslı asfalt kaplama yönteminde bağlayıcılar, sıcaklık koģullarında gösterdikleri performanslara göre sınıflanmaktadır. Bu nedenle bu tür bağlayıcılara Preformance Graded Binder Performans Sınıflı Bağlayıcı adı verilmiģ ve PG simgesi ile tanımlanmaktadır. Sistemde, bitümün tanımlanması için yapılan deneylerde bitümden beklenen özellikler aynıdır. Ancak bu özelliklerin beklendiği sıcaklıklar farklılık gösterir. Yani, performans sınıfı bitümlerde fiziksel özellikler sabit kalır ancak, bu özelliklerin elde edileceği sıcaklıklar bitümün kullanılacağı yerdeki iklim Ģartlarına göre farklılık gösterir. Örneğin PG olarak adlandırılan bir bitümde; 64 C ve -22 C lerde beklenen performans, PG bitümü için 46 C ve -40 C lerde beklenir. PG simgesini takip eden rakamlar, asfaltın hizmet vereceği yerdeki en yüksek ve en düģük hava sıcaklıkları ile ilgilidir. Yüksek performanslı asfalt kaplama yönteminde bitüm cinsinin belirlenmesinde, geniģ bir meteorolojik veri tabanını kullanan bir yazılım da kullanılabilmektedir. Bu çalıģmada Türkiye nin farklı iklim koģullarına sahip coğrafi bölgelerinde bulunan meteoroloji istasyonları tarafından ölçülmüģ sıcaklık bilgilerine göre hangi PG sınıf bitüm ile yol yapımının gerçekleģtirilmesi gerektiği tespit edilmeye çalıģılmıģtır. Uzun yıllara ait sıcaklık verilerinden sıcaklık haritaları oluģturulmuģtur. Bu haritalardan da bölge içinde genel itibariyle aynı sıcaklıkların görüldüğü tespit edilmiģtir. Ġl içinde yolun yapılacağı yer için sınıflama yapılarak yol yapımında bu PG sınıflı bitüm kullanılmalıdır. Modifiye edilmemiģ katkısız bitüm, %4 SBS katkılı bitüm ve %5 SBS katkılı bitüm kullanılarak gözlem yolu yapılmıģtır. Gözlem yolunda yüzeysel

14 4 deformasyon ölçümleri yapılarak oluģan kalıcı deformasyonlar gözlenmiģtir. Deformasyon ölçümü sonuçlarına göre en büyük deformasyonlar modifiye edilmemiģ katkısız bitümle yapılan kesimde görülmüģtür. Dolaylı çekme deneyinden elden edilen sonuçlara göre yine dayanımı en düģük olan sıcak karıģım asfalt sınıfı modifiye edilmemiģ bitümle yapılan karıģımlardır. Bu sonuçları, istatistiksel analiz için kullanılan t-testi ve çift yönlü ANOVA testi sonuçları da desteklemektedir.

15 5 2. KAYNAK ARAġTIRMASI Bitüm çok çeģitli amaçlar için kullanılan bir malzemedir. Dünya genelinde yıllık sıcak karıģım asfalt üretimi 2007 yılı verilerine göre 920 milyon tonluk değere ulaģmıģtır. 500 milyon tonluk kısmının üretimi Amerika BirleĢik Devletleri nde gerçekleģtirilmektedir. Türkiye de üretilen kısmı ise 22,2 milyon tondur. Avrupa da üretilen sıcak karıģım asfalt üretimi de 342,9 milyon tondur (URL 1). Sıcak karıģımda ortalama %5 bitüm kullanıldığı kabul edilirse dünyada yıllık yaklaģık 46 milyon ton civarında sıcak karıģım asfalt yapımı için bitüm kullanılmaktadır. Bu bitümün maliyeti de TüpraĢ Petrol Rafinerileri A.ġ. nin internet sayfasından elde edilen Kırıkkale Rafinerisi fiyatlarına göre TL tutmaktadır (URL 2). Dünya çapında bu kadar büyük oranda kullanımı olan, çok pahalı bir malzemenin kısa sürede bozulması veya istenen verimi sağlayamaması araģtırmacıları konunun üzerinde çalıģmaya yönlendirmiģtir. AraĢtırmacıların bir kısmı mevcut tasarım yöntemlerini geliģtirme ve yeni tasarım yöntemleri bulma üzerine, bir kısmı da kullanılan bağlayıcının çeģitli katkı malzemeleri ile modifiye edilmesi üzerine çalıģmaktadır Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama (SUPERPAVE-Superior Performing Asphalt Pavements) Tasarım Metodu ve PG Bitüm Sınıflandırması 1987 yılında, Stratejik Karayolu AraĢtırma Programı (SHRP) çerçevesinde, asfaltın fiziksel davranıģlarının belirlenmesi ile ilgili yeni deneylerin geliģtirilmesine baģlanmıģ ve yeni bir seri deney ekipmanını içeren bir Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama (SUPERPAVE) Bağlayıcı ġartnamesi hazırlanmıģtır (Asphalt Institute, 1996; Orhan, 2001). Bağlayıcı Ģartnamesinin en önemli özelliği, bağlayıcının ömrü boyunca karģı karģıya kalacağı üç kritik durumun deneylerle simüle edilmiģ olmasıdır. Orijinal asfalt numunesi üzerinde uygulanan deneyler taģıma, depolama ve iģlemeyi kapsayan ilk aģamayı temsil eder. Ġkinci aģama, karıģım hazırlama ve serme sırasındaki asfaltı temsil eder. Üçüncü aģama ise, bağlayıcının uzun süre sonundaki yaģlanmasıdır. Yüksek performanslı asfalt kaplama bitüm deneyleri, malzemenin doğrudan arazi Ģartlarındaki performansı ile ilgili özelliklerini ölçmektedir. Tablo 2.1 de bu deneylerin listesi, kullanım amaçları ve deneyle ilgili performans özellikleri görülmektedir (Megennis ve ark., 1994; Tunç, 2001).

16 6 Tablo 2.1. Yüksek performanslı asfalt kaplama (SUPERPAVE) bağlayıcı deneyleri Deneyler Kullanım Amaçları Dönmeli Ġnce Film Halinde Isıtma Deneyi (Rolling Thin Film Oven-RTFO) Basınçlı YaĢlandırma Deneyi (Pressure Aging Vessel-PAV) Dinamik Kayma Reometresi Deneyi (Dynamic Shear Rheometer-DSR) Dönel Viskozimetre Deneyi (Rotational Viscometer-RV) Eğilme KiriĢi Reometre Deneyi (Bending Beam Rheometer-BBR) Direkt Çekme Deneyi (Direct Tension Tester-DTT) Bağlayıcının sertleģme (yaģlanma) karakteristiklerini belirlemek Bağlayıcının farklı sıcaklıklarda elastik (katı) ve viskoz (sıvı) özelliklerini belirlemek Yüksek ısılarda bağlayıcının özelliklerini ölçmek DüĢük ısılarda bağlayıcının düģük ısı çatlağı direncini belirlemek Yüksek performanslı asfalt kaplama tasarım yöntemi, karıģımın kullanılacağı bölgenin sıcaklık ve coğrafi koģullarına uygun performans sınıfı bitümlü bağlayıcının seçimi ile baģlar. Kullanılacak agregaların fiziksel özelliklerinin Ģartnamesine uygunluğuna bakılır ve karıģım gradasyonu, yüksek performanslı asfalt kaplama gradasyon limitleri dikkate alınarak belirlenir. Üç farklı deneme karıģımı gradasyonu ile ikiģer numune sıkıģtırılarak ön tasarım çalıģması yapılır. Bu çalıģmanın sonucunda tasarım ölçütlerine uygun olan karıģım gradasyonu seçilerek tasarıma baģlanır. Tasarımın önemli bir özelliği de karıģımın sıkıģtırılmasında yoğurmalı sıkıģtırıcının kullanılmasıdır. SıkıĢtırma enerjisi tabakalar için sabit değildir, tabakanın yapılacağı bölgenin ortalama en yüksek hava sıcaklığına ve yolun proje trafiğine göre seçilir (Orhan, 2000; Tunç, 2001). Numuneler yoğurmalı preste yükleme yapılarak sıkıģtırılır. Daha önce ifade edildiği gibi Marshall yöntemi, sıkıģtırmada tokmak kullanılmasının tekerlek yüklerinin kaplamaya yaptığı yükleme Ģeklini yeterince yansıtmaması ve briketlerdeki agregalarda darbeler sonucu kırılmaların olması nedenleri ile dezavantajlara sahiptir. Yoğurmalı preste ise, numune üzerine dikey bir basınç verilirken, belli bir eğilme açısıyla koni çizecek tarzda jirasyon hareketi yapılmaktadır. Bu hareket gerçek arazi Ģartlarındaki silindirin etkisini simüle ederek numune içinde kayma gerilmeleri doğurarak bir yoğurma etkisi yaratmakta ve agrega tanelerini, kırılma ve ezilmeye maruz bırakmadan yönlendirerek uygulamadakine benzer bir sıkıģmayı sağlamaktadır (Uluçaylı, 1997; Öztürk ve Çubuk, 2004).

17 7 Yüksek performanslı asfalt kaplama tasarım yöntemi ve Marshall yöntemlerine göre hazırlanan sıcak karıģım asfalt numunelerinin stabilite, birim ağırlık, boģluk yüzdesi, agregalar arası boģluk yüzdesi ve akma değerlerinin karģılaģtırıldığı bir çalıģma Kuloğlu ve Namlı (2007) tarafından yapılmıģtır. Bu karģılaģtırma neticesinde her iki yöntemin birbirine göre avantaj ve dezavantajları belirlenmiģ ve Ģu sonuçlar elde edilmiģtir; Her iki yöntem için en uygun bitüm yüzdeleri incelendiğinde yüksek performanslı asfalt kaplama numuneleri, Marshall a göre daha düģük bitüm yüzdesi içermektedir. Yapılan deneysel çalıģmalar neticesinde iki yöntem arasındaki en büyük farklılık agrega gradasyonları, bitüm seçimi ve sıkıģtırma teknikleri bakımından olmuģtur. Yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemi, Marshall ın aksine sürekli gradasyonu değil, sınırlı gradasyonu kullanmaktadır. Ayrıca yüksek performanslı asfalt kaplama yönteminde bitüm seçimi Marshall a göre daha hassas olmakta ve malzemelerin özelliklerinin yanında iklim koģulları ile coğrafi enlemi de önemli ölçüde dikkate almaktadır. KarıĢımların sıkıģtırılması sırasında Marshall, darbeli sıkıģtırma yaparken, yüksek performanslı asfalt kaplama yoğurmalı sıkıģtırma yapmaktadır. Marshall yöntemi uzun yıllardır ülkemizde kullanılmaktadır. Fakat yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemi son yıllarda dünyada kullanılmaya baģlanmıģtır. Ülkemizde ise kullanılması yok denecek kadar azdır. Yüksek performanslı asfalt kaplama yönteminde bitümlü bağlayıcılar, sıcaklık koģullarında gösterdikleri performanslara göre sınıflandırılmıģtır. Bu nedenle bu tür bağlayıcılara Performans Sınıflı Bağlayıcı (Preformance Graded Binder) adı verilmiģ ve PG simgesi ile tanımlanmıģtır. Bu sınıflandırmada aģağıda maddeler halinde belirtilen unsurlar göz önünde bulundurulur (Öztürk ve Çubuk, 2004); Meteorolojik veri tabanı: Yüksek performanslı asfalt kaplama (SUPERPAVE) yönteminde, bitüm sınıfı seçiminde meteorolojik veri tabanının önemi büyüktür. Meteorolojik veri tabanı oluģturmak üzere, meteoroloji istasyonlarında her yıl en yüksek 7 günlük sıcaklık periyodu ve en düģük bir günlük sıcaklık tespit edilir ve o istasyona ait ortalamalar ve standart sapmalar hem en yüksek 7 günlük periyot, hem de en düģük bir günlük sıcaklık için hesaplanır. Bu hesaplamalarda 20 yıldan az veriye sahip istasyonlar dikkate alınmamalıdır (Superpave Mix Design, 1996; Dinç, 1999).

18 8 Güvenilirlik: Güvenilirlik, bir yıl içerisinde aktüel sıcaklığın proje sıcaklığını geçmeme ihtimali olarak tanımlanmaktadır. DüĢük ve yüksek sıcaklıkların seçiminde SHRP çok esnek bir özelliğe sahiptir. Örneğin, ortalama 7 günlük en yüksek sıcaklığı 32 C ve standart sapmanın 2 C olduğu bir bölgede, sıcaklıkların frekans dağılımı ġekil 2.1 deki gibi olur. Bu dağılıma göre bir yıl içinde sıcaklığın 32 C yi aģma ihtimali %50 dir. Sıcaklığın 36 C yi aģma ihtimali ise %2 olarak görülmektedir. Yani güvenilirlik %98 dir (Superpave Mix Design, 1996; Dinç 1999). Hava sıcaklığının seçimi: ġekil 2.2 de iki tasarım hava sıcaklığının istatistiksel değiģimi görülmektedir. Normal bir yaz döneminde, ortalama 7 günlük en yüksek hava sıcaklığı 32 C dir. Çok sıcak geçen bir yazda bu ortalama 36 C ye ulaģabilir. Benzer bir yaklaģım kıģ Ģartları için de uygulanırsa, 4 C lik bir standart sapma ile bölgenin 21 C lik bir ortalama en düģük sıcaklığa maruz olduğu görülür. Sonuç olarak, ortalama bir kıģ mevsiminde en düģük sıcaklık 21 C dir ve çok sert bir kıģ için bu değer 29 C olabilir (Superpave Mix Design, 1996; Dinç 1999). ġekil 2.1. Güvenilirlik (Superpave Mix Design, 1996; Dinç 1999). ġekil 2.2. Hava sıcaklıklarının seçimi (Superpave Mix Design, 1996; Dinç 1999).

19 9 Trafik hızına ve trafik sayısına göre seçim: Bağlayıcı seçiminde, kaplamanın hızlı hareket eden yüklere maruz kaldığı kabul edilmektedir. YavaĢ hareket eden ağır trafik yüklerine maruz kaplamalar için seçilen PG grubunun bir üst grubu, duran yükler için ise iki üst grubu (yüksek sıcaklık) projede kullanılacak PG sınıfı bitüm olarak belirlenir. Bağlayıcı sınıfının düģük sıcaklıkla ilgili değeri değiģmez. YavaĢ hareket eden tasarım yükleri tırmanma Ģeridi, çok eğimli ve ağır trafik yüklerinin olduğu kent dıģı ve kentsel yollar için uygulanabilir. Hareketsiz tasarım yükleri ağır taģıt otoparkları, yükleme-boģaltma platformları, otobüs durakları ve kavģaklar için uygulanabilir. Trafik sayısı, standart EĢdeğer Dingil Yükü (EDY) tekerrür sayısından fazla ise bir üst grubun (yüksek sıcaklık) seçilmesinde projeciye inisiyatif kullanma hakkı verilmekle birlikte, i aģan değerler için hesap sonucu bulunan grubun bir üst grubu seçilmelidir (Superpave Mix. Design, 1996; Superpave for the Generalist Engineer and Project Staff, 1997; Dinç 1999). Hava sıcaklıklarının kaplama sıcaklıklarına dönüģtürülmesi: Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama (SUPERPAVE) yazılımı, kaplama yüzeyinden 2 cm alttaki en yüksek kaplama sıcaklığını ve kaplama yüzeyindeki en düģük sıcaklığı aģağıdaki formüllerle hesaplar (Superpave Mix Design, 1996; Dinç 1999). Performans esaslı bitümlü bağlayıcıların sınıfının seçimi kaplamanın hizmet edeceği iklim koģulları esas alınarak yapılmaktadır. Bunun için kaplamanın sahip olacağı maksimum ve minimum sıcaklıklara göre bağlayıcı sınıfı seçilmektedir (AASHTO M320, 2003). Örneğin, bağlayıcı PG olarak sınıflandırılmıģsa +58ºC için yüksek sıcaklıkta ve 34ºC için düģük sıcaklıkta Tablo 2.1 de belirtilen testler uygulandığında aranılan fiziksel özellikleri sağlamalıdır. Maksimum kaplama dizayn ısısı ve minimum kaplama dizayn ısısı Formül 2.1 ve 2.2 ile belirlenmelidir (Superpave Mix Design, 2001); T T min hv 2 T maks ( Th En En 42.2)(0.9545) Burada; T min = Minimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC T maksv = 20 mm derinlikte maksimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC T hv = DüĢük hava sıcaklığı, ºC

20 10 T h7 = 7 gün ortalama yüksek hava sıcaklığı, ºC En = Enlem, derece Bu hesaplamalar için yeterli verinin elde edilmesi veya bunun için yazılmıģ bilgisayar programı ile tayin edilmesi gereklidir. Zira performans esaslı bitümlerin sınıflaması için bitümün maruz kalacağı maksimum ve minimum sıcaklıklar esas alınmaktadır. Bu sıcaklıklar tespit edildikten sonra bağlayıcı sınıfı seçilmelidir. Daha sonra trafik hızı ve yükleme Ģartları için düzeltilmelidir. Yüksek sıcaklık tasarım Ģartlarında yükleme hızının kaplamanın performansı üzerindeki ilave etkileri göz önüne alınmalıdır Bitümlü Bağlayıcı Modifikasyon ÇalıĢmaları Bitümün belirli bir sıcaklıktaki reolojisi, hem içeriği yani malzemedeki hâkim hidrokarbon moleküllerinin kimyasal bileģimi hem de fiziksel yapısı ile belirlenmektedir. Bu unsurlardan biri veya her ikisi değiģikliğe uğratılırsa reolojik yapıda da değiģiklikler olur. Bu nedenle, bitüm reolojisini anlayabilmek için, bir bitümün bileģim ve yapısının reolojiyi etkileyecek ne tür bir etkileģim içinde olduğunu bilmek gerekmektedir (Whiteoak, 2004). Kaplama, hizmet ömrü boyunca değiģik iklim koģullarına, havaya, ıģığa maruz kalır. Ülkemizde minimum ve maksimum sıcaklık aralığı çok geniģtir. Kaplamanın dayanıklılığı bu Ģartlar etkisiyle oluģan oksidasyona gösterdiği dirence bağlıdır. Zaman içerisinde oluģan sertleģmeye yaģlanma adı verilir. YaĢlanma viskozitenin artmasına, penetrasyonun düģmesine ve bunların sonucunda sertleģmeye neden olur. Bu durum karıģımın kırılganlığını ve çatlaklara karģı duyarlılığını artırmaktadır (Vallegra, 1981). YaĢlanma, kısa dönem yaģlanma ve uzun dönem yaģlanma olmak üzere iki aģamada oluģmaktadır. Kısa dönem yaģlanma bitümün Ģantiyeye taģınması, depolanması, ısıtılması, plentte karıģıma katılması, sıcak karıģımın yola taģınması, serilmesi ve sıkıģtırılması esnasında oluģmaktadır. Uzun dönem yaģlanma ise yolun servis ömrü boyunca oluģmaktadır. Sıcak karıģımdan elde edilen bitümün penetrasyon ve ağırlık özelliklerini inceleyen Dow (1903) tarafından bitümün yaģlanmasına etkili faktörler ilk kez ortaya atılmıģtır. Bağlayıcının yaģlanma özelliklerini etkileyen faktörler dört sınıfta incelenmektedir. Bunlar;

21 11 Oksidasyon, BuharlaĢma veya uçucu madde kaybı, Aktif ıģığa bağlı polimerizasyon, Isıya bağlı yoğunlaģma polimerizasyonu (Traxler, 1961). Traxler (1963), yaptığı çalıģmalar sonucunda bu dört faktörü onbeģe çıkartmıģtır. Bu faktörler Tablo 2.2 de görülmektedir. Tablo 2.2. YaĢlanmaya etki eden faktörler (Traxler, 1963) Faktörler Etkilerin bağlı olduğu nedenler Etkilerin meydana geldiği yer Zaman Isı Oksijen GüneĢ Yüzeyde Kütlede IĢığı Oksidasyon (IĢıksız ortam) x x x -- x -- Fotooksidasyon (Direk ıģık) x x x x x -- BuharlaĢma x x x x Fotooksidasyon (Yansıyan ıģık) x x x x x -- Fotokimyasal (Direk ıģık) x x -- x x x Fotokimyasal (Yansıyan ıģık) x x -- x x x Polimerizasyon x x x x Tiksotropi x x -- Sinerisis x x x -- Nükleer enerjiye bağlı değiģim x x x x Suyun etkisi x x x x x -- Katı absorbsiyonu x x x x Katı yüzeyinde bileģenlerin absorbsiyonu x x x -- Kimyasal reaksiyonlar veya ara fazda katalitik etkiler x x x x Mikrobiyolojik bozulma x x x -- x x Hizmet aģamasında kaplama sıcaklığı yaklaģık, -25 C ile 0 C arasında iken, karıģımın viskozitesi oldukça yüksektir ve bu sıcaklık aralığında düģük ısılardan dolayı, kaplamada düģük sıcaklık çatlakları oluģumu gözlenmektedir. Kaplama sıcaklığı yaklaģık 10 C ile 40 C arasında olduğunda, karıģımın viskozitesi azalarak, karıģım yumuģamaktadır. Bu sıcaklık aralıklarındaki karıģımda, trafik yükü etkisi ile oluģan yorulma döngülerinin oluģumu artmaktadır. Kaplama sıcaklığı yaklaģık, 40 C nin üstüne çıktığında ise karıģımın viskozitesi daha da azalmakta ve kaplamada taģıtların etkilerinden dolayı tekerlek izi oluģumu hızlanmaktadır. Bu durum ġekil 2.3 de görülmektedir (Balta, 2004). Uzun dönem yaģlanma sürecini kapsayan hizmet aģamasında oksidasyon çok yavaģ olmaktadır. Depolama, plente taģınma, karıģtırma, serim yerine tasıma, serme,

22 12 sıkıģtırma esnasında toplam oksidasyonun yaklaģık %70 inin meydana geldiği ve yol üzerinde oksidasyonun yavaģladığı, uzun dönem yaģlanma sürecinde ise 8 yılda sadece toplam oksidasyonun geri kalan kısmı yani, %30 unun oluģtuğu görülmüģtür. Bu durum ġekil 2.4 de görülmektedir (Whiteoak, 2004). ġekil 2.3. Bitümlü sıcak karıģım asfalt kaplamanın farklı sıcaklıklarda gösterdiği deformasyonlar (Balta, 2004) ġekil 2.4. KarıĢtırma, depolama, taģıma, uygulama ve servis sırasında bitümün yaģlanması (Whiteoak, 2004) Bingöl ilinde uygulanabilecek bitümün performans seviyesi belirlenerek TÜPRAġ Petrol Rafinerisinden temin edilen 70/100 ve 100/150 penetrasyon dereceli

23 13 bitümlere dinamik kayma reometresi (DSR) deneyi uygulanarak tekerlek izi bakımından Bingöl ili için uygun bağlayıcı belirlenmeye çalıģılmıģtır (Ahmedzade ve ark., 2008). Elde edilen meteorolojik verilerden en yüksek hava sıcaklığı 38 C, en düģük hava sıcaklığı -16 C bulunmuģtur ve superpave formullerine göre performans sınıfı %50 güvenilirlik için PG 64-16, %98 güvenilirlik için PG olarak tespit edilmiģtir. Bingöl ili için tekerlek izi dayanımı bakımından TüpraĢ Petrol Rafinerisinden temin edilen bağlayıcılara yaģlandırmadan önce ve sonra penetrasyon, yumuģama noktası ve dönmeli ince film halinde ısıtma (RTFOT) deneyleri uygulanmıģtır. YaĢlandırılmıĢ numunelere ise dinamik kayma reometresi deneyi uygulanmıģtır. Elde edilen sonuçlar Tablo 2.3 ve 2.4 de görülmektedir ve bu sonuçlara göre; 70/100 pen. bitümün tekerlek izi dayanımı bakımından uygun, 100/150 pen. bitümün ise uygun olmadığı görülmüģtür (Ahmedzade ve ark., 2008). Tablo 2.3. TüpraĢ Petrol Rafinerisi 70/100 ve 100/150 pen bitüm deney sonuçları (Ahmedzade ve ark., 2008) 70/100 Özellikler Deney Metodu Sonuç ġartname Limitleri Penetrasyon, 25 C, 0.1 mm EN YumuĢama Noktası, C EN RTFO Yöntemiyle YaĢlandırıldıktan sonra Kütle DeğiĢimi, % EN mak. 0.8 Penetrasyon, 25 C, 0.1 mm EN Kalıcı Penetrasyon, % EN min. 46 YumuĢama Noktası, C EN min. 45 YumuĢama Noktasındaki ArtıĢ, C EN mak /150 Özellikler Deney Metodu Sonuç ġartname Limitleri Penetrasyon, 25 C, 0.1 mm EN YumuĢama Noktası, C EN RTFO Yöntemiyle YaĢlandırıldıktan sonra Kütle DeğiĢimi, % EN mak. 0.8 Penetrasyon, 25 C, 0.1 mm EN Kalıcı Penetrasyon, % EN min. 43 YumuĢama Noktası, C EN min. 41 YumuĢama Noktasındaki ArtıĢ, C EN mak. 10

24 14 Tablo /100 ve 100/150 pen bitümün DSR deney sonuçları (Ahmedzade ve ark., 2008) 70/100 Sıcaklık, C G*, Pa Faz Açısı, δ G*/sinδ, Pa DSR (ĠĢlem GörmemiĢ Bağlayıcı) ġartname Limitleri, Pa (AASHTO TP5) min min DSR (RTFO ile YaĢlandırılmıĢ Bağlayıcı) min /150 DSR (ĠĢlem GörmemiĢ Bağlayıcı) min min DSR (RTFO ile YaĢlandırılmıĢ Bağlayıcı) min Güngör ve Sağlık (2008) tarafından basınçlı yaģlandırma deneyi (PAV), dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi (RTFOT), eğilme kiriģ reometre deneyi (BBR), dinamik kayma reometresi deneyi (DSR) ile Türkiye bitümlerinin hangi sıcaklık aralığında çalıģtıkları araģtırılmıģtır. Bu amaçla ülkemizde üretim yapan dört rafineriden (Kırıkkale, Ġzmit, Aliağa, Batman rafinerileri) farklı penetrasyon değerlerine sahip bitüm numuneleri alınarak her penetrasyon sınıfı bitüm için üçer adet performans sınıflama deneyleri yapılmıģtır. Bitüm performans sınıfları belirlenirken bitümün yüksek sıcaklık, düģük sıcaklık ve ortalama hizmet sıcaklığındaki davranıģları ile kısa ve uzun dönem yaģlanma özellikleri belirlenmeye çalıģılmıģtır. Elde edilen deney sonuçları Tablo 2.5 de görülmektedir, bu verilere göre Kırıkkale, Ġzmit ve Aliağa rafinerilerinde üretilen 50/70, 70/100 ve 160/220 sınıfı bitümlerin performans sınıfları sırasıyla, PG 64-22, PG ve PG olup; Batman rafinerisine ait aynı penetrasyon sınıfı bitümlerin performans sınıfları ise genel olarak bir üst sınıf, yani sırasıyla PG 70-22/28, PG ve PG 58-28/34 bulunmuģtur.

25 Batman Aliağa Ġzmit Kırıkkale Rafinerisi Penetrasyon YumuĢama Noktası, ᵒC Brookfield viskozite, 135ᵒC Yenilme Sıcaklığı, ᵒC Sınıfı Kütle Kaybı, % Yenilme Sıcaklığı, ᵒC Sınıfı Yenilme Sıcaklığı, ᵒC Sınıfı 15 Tablo 2.5. Kırıkkale, Ġzmit, Aliağa ve Batman Rafinerileri bitümleri Superpave sınıflama sonuçları (Güngör ve Sağlık, 2008) BĠTÜM Orijinal Bitüm Deneyleri RTFOT Sonrası Bitüm Deneyleri PAV Sonrası Bitüm Deneyleri Sınıfı DSR (G*/sinδ>1 kpa) DSR (G*/sinδ>2.2 kpa) DSR (G*.sinδ<5000 kpa) BBR (Eğilme Sünme Rijitliği) S ( 300 Mpa) m-değeri ( 0,300) Sınıfı / PG / PG / PG / PG / PG / PG / PG / PG / PG 70-22/28 70/ PG / PG 58-28/34

26 16 Üzerinde yarım yüzyılı aģkın bir süredir araģtırmalar yapılan ve hala çözülemeyen bir sorun halinde olan termal çatlaklar, iki farklı Ģekilde ortaya çıkmaktadır. Kaplamalarda sıcaklık değiģiminin tekrarlanması nedeniyle oluģan çatlaklar, termal yorulma çatlakları olarak adlandırılırken, kaplamalarda aģırı soğuk nedeniyle aniden oluģan çatlaklar ise düģük sıcaklık çatlakları olarak adlandırılmaktadır (Zeng, 1995). Bitümlü kaplama, soğuk hava koģullarında büzülmeye çalıģmaktadır. Bitümlü kaplama ile altındaki tabaka arasındaki ara yüzeyde oluģan sürtünme, bitümlü kaplamanın büzülmesini engellemeye çalıģmakta ve bunun sonunda bitümlü kaplamada çekme gerilmeleri oluģmaktadır. Kaplama içerisinde termal nedenlerle ortaya çıkan çekme gerilmesi, bitümlü karıģımın çekme dayanımına ulaģtığında, kaplamada çatlaklar meydana gelmektedir. Sahada yapılan gözlemler, çatlağın birdenbire yüzeyde baģladığını ve kaplamanın tabanına kadar indiğini göstermiģtir (Jung, 1994). DüĢük sıcaklık çatlaklarını etkileyen faktörlerden bitümlü bağlayıcı oranını, katkı türlerini, hava boģluğu oranını ve yaģlandırma sürelerini ayrıntılı olarak inceleyebilmek amacıyla, sınırlandırılmıģ numunede termal gerilme testi (Thermal Stress Restrained Specimen Test-TSRST) cihazı kullanılarak deneysel çalıģma gerçekleģtirilmiģtir. Deney sonuçları üzerinde, Ġstatistiksel Analiz Sistemi paket programı yardımıyla, genel lineer model iģlemleri kullanılarak kovaryans analizi yapılmıģtır. Bitümlü bağlayıcı oranı ve hava boģluğu oranının, karıģımın kırılma sıcaklığı üzerinde etkili olmadığı belirlenmiģtir. Katkı türüne göre, kırılma sıcaklığının değiģtiği, yaģlanma süresi arttıkça, kırılma sıcaklığının yükseldiği görülmüģtür. TSRST deneyinden elde edilen verilerin irdelenmesiyle aģağıdaki sonuçlar elde edilmiģtir (Ağar ve TaĢdemir, 2005); Bitümlü bağlayıcı oranının, karıģımın kırılma sıcaklığı ve kırılma dayanımı üzerinde etkili olmadığı saptanmıģtır. Hava boģluğu oranı, karıģımın kırılma sıcaklığı üzerinde; küçük değiģimlere sahip olduğunda etkisiz, büyük değiģimlere sahip olduğunda ise etkili bulunmuģtur. Hava boģluğu oranı arttıkça, yaģlandırılmamıģ veya 5 gün süre ile yaģlandırılmıģ karıģımların kırılma sıcaklığı 1~2ºC düģmüģtür. Bu değerler, TSRST deneyinin tekrarlanabilme aralığının içerisinde olduğu için ihmal edilebilir düzeydedir. Hava boģluğu oranındaki büyük değiģimin, kırılma dayanımında, katkı türü ve yaģlandırma süresine bağlı olarak azalmaya neden olduğu saptanmıģtır.

27 17 KarıĢımlarda kullanılan katkı türlerine göre, kırılma sıcaklıklarının değiģtiği gözlenmiģtir. Fabrikada modifiye edilmiģ bitümlü bağlayıcı ile üretilen karıģım, diğerlerine göre daha düģük sıcaklıkta kırılmıģtır. Bitümlü karıģımlarda katkı kullanımı, karıģımın kırılma dayanımını artırmıģtır. Fabrikada modifiye edilmiģ bitümlü bağlayıcı ile üretilen kaplamaların düģük sıcaklık çatlaklarına karģı, diğer karıģımlara göre daha dirençli olabileceği ortaya çıkmıģtır. YaĢlandırma süresi arttıkça; kırılma sıcaklığının yükseldiği, karıģımın kırılma dayanımının azaldığı belirlenmiģtir. Yapılan kovaryans analizi sonucunda kurulan kırılma sıcaklığı ve kırılma dayanımı modellerinin tümünde R 2 lerin anlamlı olduğu tespit edilmiģtir. Ahmedzade ve ark. (2008) tarafından yapılan çalıģmada polyester reçinenin bitümlü bağlayıcıların yüksek sıcaklık performans seviyesi üzerindeki etkisi araģtırılmıģtır. Saf ve dört farklı oranda (% %1.0 - %2.0 ve %3.0) polyester reçine (PR) kullanılarak hazırlanan modifiye bitümler dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi (RTFOT) yöntemiyle yaģlandırılmıģtır. Saf ve modifiye edilmiģ bağlayıcılar yaģlandırılmadan önce ve sonra 64 C sıcaklıkta dinamik kayma reometresi (DSR) deneyine tabi tutulmuģtur. Ayrıca bağlayıcıların yüksek performanslı asfalt kaplama sistemine göre tekerlek izi dayanımı bakımından performans seviyesi, yüksek sıcaklık değerleri belirlenmiģtir. Modifiye bağlayıcılardaki polyester reçine oranı arttıkça tekerlek izi dayanım parametresi bakımından yüksek sıcaklıklardaki bağlayıcı performansının arttığı belirlenmiģtir. Elde edilen sonuçlardan bitümlü bağlayıcılardaki polyester reçine oranı arttıkça G* ve G*/sinδ değerinin arttığı faz açısının (δ) ise azaldığı belirlenmiģtir. 25 mm lik plaklar kullanılarak 1 mm kalınlığında yaģlandırılmamıģ numuneler üzerinde 10 radyan/saniye lik frekansta 120 Pa yük uygulanarak yapılan dinamik kayma reometresi (DSR) deneyleri sonucunda tespit edilen artan polyester reçine içeriğine karģı G*/sinδ değeri artmıģ ve faz açısı (δ) azalmıģtır. Bitümlü bağlayıcılardaki polyester reçine içeriği arttıkça tekerlek izine karģı dayanım artmıģtır. Faz açısındaki (δ) azalma ayrıca bitümlü bağlayıcıların elastikiyet özelliğinin arttığını, uygulanan yük sonucu oluģan deformasyonlarda kalıcı deformasyon miktarının azalacağını göstermektedir (Ahmedzade ve ark., 2008). Yılmaz ve Kök e (2007) göre bitüm modifikasyonunda kullanılan stirenbutadien-stiren (SBS) katkı maddesinin bitümlü bağlayıcının yüksek sıcaklık

28 18 performansına ve iģlenebilirliğine etkisi Ģu Ģekildedir; SBS oranı arttıkça karıģtırma ve sıkıģtırma sıcaklıkları artmaktadır. Ayrıca DSR deneyleri sonucunda yaģlandırılmıģ ve yaģlandırılmamıģ bağlayıcılarda SBS oranı artması ile yüksek sıcaklık dayanım parametresi olan G*/sinδ değerinin arttığı belirlenmiģtir. Üç farklı oranda (%2, 4 ve 6) SBS, 100/150 penetrasyonlu bitüme ilave edilerek modifiye bağlayıcılar elde edilmiģtir. Saf ve modifiye bağlayıcılar, dönel viskozimetre (RV) deneyine tabi tutularak karıģımların sıkıģtırma ve karıģtırma sıcaklıkları tespit edilmiģtir. Saf ve modifiye bağlayıcılar dönel ince film halinde ısıtma deney (RTFOT) yöntemi ile yaģlandırılmıģtır. Bağlayıcılara yaģlandırma iģleminden önce ve sonra DSR deneyi uygulanarak bağlayıcıların yüksek performanslı asfalt kaplama sistemine göre yüksek sıcaklık performans seviyeleri belirlenmiģtir. RV deney sonuçlarından, SBS oranı arttıkça bağlayıcı rijitliklerinin arttığını dolayısıyla iģlenebilirliğin azaldığını belirlemiģlerdir. Buna rağmen %6 SBS kullanılması durumunda dahi RV deneyi için sınır değer olan 3000 cp değerinin aģılmadığı bu nedenle bütün bağlayıcıların iģlenebilirlik açısından uygun olduğu tespit edilmiģtir. DSR sonuçlarından artan SBS içeriği ile tekerlek izine karģı dayanımın arttığı belirlenmiģtir. YaĢlandırılmadan önce ve sonra saf bitümün 64 C de, %2 ve %4 SBS içeren bağlayıcının 70 C de ve %6 SBS içeren modifiye bitümün 82 C sıcaklıkta Superpave Ģartnamelerini sağladığı tespit edilmiģtir. %2 ve %4 SBS içeren bağlayıcıların yüksek sıcaklık performansları aynı çıkmasına karģın %4 SBS içeren bağlayıcının G*/sinδ değeri %2 SBS modifiyeli bağlayıcının sahip olduğu değerden yüksek çıkmıģtır. Faz açısı değerlerinden, sıcaklık artıģı ile faz açısının arttığı, bağlayıcılardaki SBS oranının artmasıyla ise düģtüğü belirlenmiģtir. Bu sonuçlardan sıcaklık artıģı ile bağlayıcıların daha fazla viskoz özellik göstereceği, SBS kullanılması sonucu ise yüksek sıcaklıklarda daha fazla elastik davranıģ gösterecekleri söylenebilmektedir. Bitüm modifikasyonu için kullanılan polimerler, elastomer ve plastomer adı altında iki geniģ kategoriye ayrılabilmektedir (Airey, 2002). Elastomerler karakteristik olarak yüksek esneklik tepkimesine sahip olduğundan, kalıcı deformasyona daha iyi karģı koyar ve baģlangıç biçimlerini tekrar alırlar. Plastomerler sert, katı, üç boyutlu ağsı yapılarıyla deformasyona karģı koyarlar. Termoplastik lastik olan SBS elastomerlere bir örmektir ve termoplastik polimer olan EVA plastomere bir örnektir (Airey ve Brown 1998). Yol kaplaması uygulamalarında sıkça kullanılmıģ plastomerlerden biri EVA dır. EVA polimerler, 20 seneden fazla bir süredir, asfalt iģlenebilirliğinin iyileģtirilmesi ve

29 19 yolun hizmet süresi boyunca oluģabilecek deformasyonlara karģı dayanıklılığının geliģtirebilmesi için yol inģasında kullanılmaktadır (Airey, 2002). Bitümlü sıcak karıģımlara EVA ilavesi sadece performansın iyileģtirilmesi için kullanılmamakta, ayrıca soğuk havada yapılan uygulamalarda da önemli miktarda kullanılmaktadır. EVA, kesme kuvvetine hassaslığından ve daha yumuģak bitümle kullanılabildiğinden dolayı karıģımın iģlenebilirliğini artırmaktadır (Gonzales ve ark., 2004). Genel olarak mekanik açıdan bakıldığında elastomerler bitümü esnek hale getirmekte böylece karıģım daha ağır yükler altında kırılmadan esneyebilmektedir. Plastomerler ise bitümü sert hale getirmekte, karıģım fazla esnemeden büyük yüklere dayanabilmektedir (Holleran, 1990). Viskozite ölçümleriyle birleģtirilmiģ amprik testler, polimer modifiye bitümlerin performansını tanımlamada baģarısız olmaktadır. Performans, bağlayıcıların temel reolojik karakterlerinin incelenmesiyle ifade edilebilir. Reoloji, bitüm araģtırmacıları için çok önemli bir inceleme alanıdır. Farklı yükleme (yük ve frekans) ve ısı değerleri altında bitümün davranıģının tam incelemesi arazideki bitümün davranıģının tahmininde çok yardımcı olur (Ven ve Jenkins, 2002). Mehndiretta ve ark. (2005), EVA ile modifiye edilmiģ bitümün yüksek ısılarda gösterdiği reolojik özelliklerini incelemiģtir. Ġki farklı penetrasyon değerine sahip bitümün farklı oranlarda EVA polimerle modifikasyonundan sonra DSR uygulamak suretiyle reolojik niteliklerini araģtırmıģlardır. AraĢtırmanın sonuçları göstermiģtir ki, EVA polimer modifikasyonunda polimer içeriği arttıkça bağlayıcının dayanım ve elastikliği artmaktadır. EVA oranındaki artıģ yorulma ve kalıcı deformasyon direncini artırmaktadır. Bitümün modifiye edilmesiyle elastik geri kazanım değeri önemli derecede artmaktadır. 60/70 pen. bitüm için %5 katkı oranında geri kazanım değeri maksimuma ulaģırken bu değer 80/100 pen. bitüm için %7 katkı oranında elde edilmektedir. Isacsson ve Lu (1999), çeģitli saf ve modifiye bitümlerin karakteristik özelliklerinin belirlenmesi üzerine çalıģmıģlardır. Bitümün ve polimerin uyuģabilirliği, depolama stabilitesi, reoloji ve yaģlanma üzerindeki etkilerini araģtırmıģlardır. Sonuçlar göstermiģtir ki, uyuģabilirlik ve polimer modifiye bitümün depolama stabilitesi, büyük ölçüde polimer miktarına, temel saf bitümlerin karakteristiklerine ve polimer özelliklerine bağlıdır. Bitümün reolojik özellikleri polimer ilavesiyle

30 20 geliģtirilebilmektedir. GeliĢtirilmiĢ vizkoelastik özellikler, faz açısı ve depolama modülleri gibi dinamik mekanik analiz kullanılarak elde edilmiģ çeģitli katsayılarla tanımlanabilmektedir. Oliver (2000), bitüm-lastik karıģımı bağlayıcıların tekerlek izi ve yorulma özelliklerini 30 dak., 1 sa., 2 sa. ve 24 sa. için analiz etmiģtir. Bitümün içerisine %15 oranında 160 C, 180 C ve 200 C sıcaklıklarda parçalanmıģ otomobil lastiği ilave etmiģtir. Diğer bağlayıcılar gibi performansının değerlendirilmesi için DSR kullanmıģtır. Zaman ve sıcaklık arttıkça 20 C ve 60 C de yapılan ölçümlere göre kompleks kayma modülünün (G*) azaldığı gözlenmiģtir. Faz açısına (δ) bakıldığında ise zaman ve ısı artıģı ile 20 C de faz açısında artıģ olmuģ ve biraz elastik malzeme özelliği göstermiģtir. Diğer taraftan, 60 C de 24 saatten az süre için faz açısı sıcaklık ve zamanla azalmıģ ve çok elastik malzeme özelliği göstermiģtir. Souza ve ark. (2005) tarafından yapılan çalıģmada gözlem süresi boyunca bitüm ve hurda lastik karıģımlarının performansı gözlenmiģtir. Brookfield viskozitesi, kompleks kayma modülü (G*), faz açısı (δ), yumuģama noktası sıcaklığı, sünme dayanımı ve tepki eğimi gibi değerler 0.2 mm ve 1.2 mm lastik parçacıkları katılmıģ bitümler için tespit edilmiģtir. Ve Ģu sonuçları bulmuģlardır; Farklı ebatta lastik parçacıkları kullanılmasına rağmen gözlem süresince bitümlastik karıģımları benzer performans göstermiģtir. DüĢük sıcaklıklarda 0.2 mm ebatlı lastik ile hazırlanmıģ bitüm karıģımları daha iyi performans sergilemiģtir. Gözlem süresince sağlamlık modülü değerleri azalma gösterirken m değerleri artıģ göstermiģtir. Yüksek sıcaklıklarda en iyi performans 1.2 mm ebatlı lastik parçacıkları ile hazırlanan bitümlü karıģımlarda görülmüģtür. Kompleks Kayma Modülü (G*) ve yumuģama noktası değerleri yükselirken faz açısı (δ) azalmıģtır. Modifiye edilmemiģ, penetrasyon dereceli bitümlerin kısa ve uzun süreli yaģlanmalarıyla alakalı yapısal ve kimyasal değiģiklikler bilinebilmekte ve anlaģılabilmektedir. Ancak, polimer modifiye bitümlerde bu değiģiklikler tam olarak anlaģılamamaktadır. Bağlayıcılara uygulanan geleneksel nitelik testleri (penetrasyon, yumuģama noktası ve viskozite) ve dinamik mekaniksel test kullanılarak 3 temel bitümün ve 15 polimer modifiye bitümün yaģlanmadan sonra oluģan yapısal değiģiklikleri ölçülmüģtür. Geleneksel testler modifiye edilmemiģ bitümlerin reolojiksel

31 21 özelliklerine yaģlanmanın etkisini belirlemek için kullanılmıģtır. Ancak modifiye bitümler için aynı Ģekilde kullanılabilmesi sınırlıdır. Polimer modifiye bitümler petnetrasyon dereceli bitümlere kıyasla yaģlanmaya karģı farklı tepkiler göstermektedirler. Dinamik kayma sonuçları göstermiģtir ki, EVA modifiye bitümlerin yaģlanmadan sonra oluģan değiģiklikleri yarı-kristal eģpolimerdeki bir kimyasal değiģiklikle alakalı olabilir. SBS modifiye bitümlerin reolojiksel değiģiklikleri eģpolimer moleküler yapının alt moleküler yapıya bozulmasıyla bağlantılı olabilir (Airey ve Brown, 1998 ). Bitüm, birçok organik madde gibi ortamdaki oksijenden, ultraviole ıģıktan ve sıcaklık değiģimlerinden etkilenir. Bu harici etkiler bitümün sertleģmesine neden olur, penetrasyonu azalır, yumuģama noktası ve viskozitesi artar (Whiteoak, 1990). Hizmet ömrü boyunca meydana gelen yaģlanma, karıģımın sıkıģtırılma derecesi (hava boģluk oranı), geçirgenliği ve agrega tanelerini saran bitüm film kalınlığı gibi faktörlere bağlıdır (ġengöz, 2005). Lu ve ark. (2003) tarafından bitümlü bağlayıcıların ve bitümlü karıģımların düģük sıcaklık özelliklerine polimer modifikasyonunun etkileri yapılan bir çalıģmada araģtırılmıģtır. 3 tane bitümlü bağlayıcı %6 oranında SBS, SEBS, EVA veya EBA ile karıģtırılmıģtır. Gyratory kompaktör kullanılarak yoğun derecelenmiģ asfalt karıģımları hazırlanmıģtır. Bağlayıcıların düģük sıcaklık özellikleri DSR, BBR deneyleri kullanılarak, bitümlü karıģımların düģük sıcaklık özellikleri ise sınırlı çekme deneyi kullanılarak karakterize edilmiģtir. Sonuçlar göstermiģtir ki; düģük sıcaklık parametreleri büyük ölçüde temel bitüme dayanmaktadır, çoğu durumda polimer modifikasyonu önemli miktarda fayda göstermemektedir. KarıĢımların kırılma sıcaklıkları, DSR kullanılarak belirlenen sıcaklıklarla değil, bitümlü bağlayıcıların frass kırılma noktası tarafından elde edilen sıcaklıkla iliģkilidir. DüĢük sıcaklıklardaki depolama durumunda bitümlü bağlayıcılar fiziksel sertleģme göstermekte bunda polimer modifikasyonunun etkisi küçük olmaktadır. Al-Abdul-Wahhab ve ark. (1991) tarafından yapılan çalıģmada lastik parçacıkları ilave edilerek yapılan sıcak karıģım asfalt kaplamaların, katkısız sıcak karıģım kaplamalara nazaran daha esnek olduğu, sıcaklık etkisiyle oluģan deformasyonlara ve soğuk etkisiyle oluģan çatlaklara daha dayanıklı olduğu görülmüģtür.

32 22 Çetin (1997), sıcak karıģım asfalt kaplamalara plastik ilave edilmesinin karıģımların marshall stabilite değerini ve dolaylı çekme mukavemetini artırdığını tespit etmiģtir. Çelik (2000), parçalanmıģ otomobil lastiği ile modifiye edilmiģ sıcak karıģım asfaltın yorulma davranıģını incelemiģtir. KiriĢ numunelerinin yorulma sürelerini belirlemek için sabit basınç deneyi yöntemini kullanmıģtır. Asfalt karıģımın yorulma dayanımına lastikle modifiye edilmiģ bitümün ve farklı bağlayıcı oranlarının etkisi incelenmiģtir. Otomobil lastiği ile modifikasyon asfalt karıģımın yorulma süresini artırmıģtır. %5 oranında katkı kullanımı halinde 50 penetrasyon bitümün yorulma süresini 2 kat, 100 penetrasyon bitümün yorulma süresini 23 kat artırmıģtır. Çelik (2003), yaptığı bir baģka çalıģmada vulkanize otomobil lastiği parçacıkları ile modifiye edilmiģ bitümlerin Penetrasyon Ġndeksini (PI) incelemiģtir. Dört farklı boyutta vulkanize otomobil lastiği parçacıkları, %2, %5, %10 ve %20 oranlarında, 50 ve 100 penetrasyon dereceli bitüm içerisine 160 C de farklı karıģtırma sürelerinde karıģtırılmıģtır. Uygulanan karıģtırma süreleri ½, 2, 4 ve 6 saattir. 50 penetrasyon dereceli bitüme %5 oranında lastik katkısı ilavesi ile bağlayıcının sıcaklık hassasiyetinin arttığı, daha yüksek oranlarda katkı ilavesi halinde sıcaklık hassasiyetinin azaldığı gözlenmiģtir. 100 penetrasyon dereceli bitüme yapılan lastik katkısının ise sıcaklık hassasiyetini azalttığı görülmüģtür. Farklı boyutlarda lastik ilavesi halinde ise bitümlü bağlayıcıların katkı oranı arttıkça sıcaklık hassasiyetinde azalma olmuģtur. Tayfur ve ark. (2007) beģ modifiye bitümlü asfalt karıģımı kullanarak, karıģımların mekanik özelliklerini değerlendirmiģler ve asfaltların deformasyon dirençlerini araģtırmıģlardır. Modifiye edici olarak polialfaolefin, selüloz fiber, poliolefin, bitümlü selüloz fiber ve stiren-bütadien-stiren kopolimeri kullanmıģlardır. Agrega olarak Çorlu yöresine ait bazalt kaba agrega ve Gebze bölgesine ait kalkerli filler agrega kullanmıģlardır. Farklı yükleme ve sıcaklık değerleri için dolaylı çekme, sünme ve LCPC kırılma testleri uygulanmıģtır. Sünme ve kırılma test sonuçlarına göre en iyi değerler SBS karıģımlarında elde edilmiģtir. Polialfaolefin katkılı karıģımlar hariç Marshall stabilite değerleri yüksek elde edilmiģtir. Atasağun (2009) tarafından piroliz yöntemi kullanılarak elde edilen sıvılaģtırılmıģ çörekotu küspesi ile modifiye edilen bitümlü bağlayıcının reolojik özellikleri araģtırılmıģtır. Reolojik özellikler üzerindeki etkiler penetrasyon, yumuģama noktası, dinamik kayma reometresi, dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi ve eğilme kiriģi reometresi deneyi kullanılarak belirlenmiģtir. Modifiye edilmiģ bitümün

33 23 penetrasyon derecesi yükselmiģ, yumuģama noktası düģmüģtür. Katkısız bitümün hem yaģlandırılmadan önce hem de RTFOT yöntemiyle yaģlandırıldıktan sonraki DSR deney sonuçlarının daha iyi olduğu görülmüģtür. Çörekotu ilavesinin bitümün yüksek sıcaklık performansına iyileģtirme yapmadığı görülmektedir. DüĢük sıcaklık dayanımında iyileģme olmaktadır. Polyester reçinenin asfalt betonu üzerindeki etkisini incelemek için 75/100, 100/150 penetrasyon bitüm ve %0.75 polyester reçine katkılı bitümlerle sıcak karıģımlar hazırlanarak marshall numunelerinin dolaylı çekme sertlik modülleri ve statik yüklemeli sünme sertlikleri karģılaģtırılmıģtır. Polyester reçine katkılı sıcak karıģımın marshall stabilitesinin ve dolaylı çekme sertlik modülünün saf bitümlü sıcak karıģımlara nazaran daha yüksek olduğu görülmüģtür. Statik yüklemeli sünme sertlik deneyinde ise en düģük dayanımı polyester reçine katkılı karıģımlar göstermiģtir (Yılmaz, 2005). Katkı maddeleri ilave edilerek bitümün modifiye edilmesi ve bu katkı maddelerinin bitümün reolojik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi hususunda birçok çalıģma yapılmıģtır. AraĢtırmacılar çok değiģik katkı maddeleri kullanmıģlardır (Çubuk, 2007). Katkı maddesi olarak, termoset grubu polimerlerden epoksi reçinesi, fenolformaldehit, termoplastik grubu polimerlerden politetrafloretilen (teflon) ve Mg abietat bileģiği kullanılarak bu katkı maddelerinin bitümün reolojisi üzerine etkileri araģtırılmıģtır. Bunun için modifiye edilmiģ ve saf bağlayıcılara viskozite, penetrasyon, yumuģama noktası, dinamik kayma reometresi (DSR), fark taramalı kalorimetre (DSC), dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi (RTFOT), basınçlı yaģlandırma deneyi (PAV), kiriģ eğilme reometresi deneyi (BBR) ve yüzey enerjisi deneyi uygulanmıģtır. Modifiye edilmiģ bitümle hazırlanan sıkıģtırılmamıģ sıcak karıģımlara Nicholson soyulma deneyi uygulanmıģtır. Ayrıca, saf ve modifiye edilmiģ bağlayıcılar kullanılarak hazırlanan sıcak karıģımların marshall stabiliteleri belirlenmiģtir (Çubuk, 2007). Deneysel çalıģmalar sonunda katkıların bitümün reolojik özelliklerini geliģtirdiği tespit edilmiģtir. Kütlece %2 lik epoksi reçine katkısı bitümün viskozitesini artırmıģ, adezyon özelliklerini geliģtirmiģ ve tekerlek izi, yorulma çatlakları, soyulma direncini ve stabiliteyi artırmıģtır. Benzer Ģekilde kütlece %2 lik fenolformaldehit reçine katkısı bitümün viskozitesini artırmıģ, adezyon özelliklerini geliģtirmiģ ve tekerlek izi, yorulma çatlakları, soyulma direncini ve stabiliteyi artırmıģtır. Kütlece %3 lük PTFE katkısı bitümün viskozitesini artırmıģ, tekerlek izi ve yorulma çatlaklarına direnci artırmıģtır.

34 24 Mg abietat bileģiği ise bitümün adezyonunu geliģtirerek soyulma direncini artırmıģtır (Çubuk, 2007). Polimer oranının artıģı ile bitümün fiziksel özelliklerinin ve kimyasal yapısının nasıl değiģtiğini inceleyen araģtırmacılar, 60/70 penetrasyonlu bitüme, C sıcaklıkta %2.5; %3.0; %3.5; %4.0; %4.5; %5.0; %5.5 ve %6,0 oranlarında SBS Kraton D1192 polimeri karıģtırarak modifiye bitümler elde etmiģleridir. Elde edilen polimer modifiye bitümlerin penetrasyon, yumuģama noktası, düktilite, elastik geri dönme, viskozite, depolama stabilitesi deneyleri ile laboratuarda yaģlanmayı karakterize edebilmek amacıyla ince film halinde ısıtma kaybı (Thin Film Oven Test-TFOT) ve dönmeli ince film halinde ısıtma kaybı (Rolling Thin Film Oven Test-RTFOT) deneylerini yapmıģlardır. Dönmeli tip viskozite cihazı kullanarak viskozite değerlerinin polimer miktarının artması ile arttığı ve SBS ilavesinin bitümün düģük sıcaklıktaki özelliklerini belli bir seviyeye kadar iyileģtirdiği, yaģlanmayı belli bir orana kadar azalttığı tespit edilmiģtir (Eribol ve Orhan, 2004). Bitümün sertleģmesi, bitümlü karıģımların durabilitesini olumsuz etkilemekte, atmosferik oksidasyon sertleģmenin ana nedenidir, bunun sonucu olarak viskozitede artıģ ve penetrasyon derecesinde azalma meydana gelmektedir. SBS türü katkılar bitümlü bağlayıcının yaģlanmasına olumlu etki yapmaktadır (Aksoy, 2000). Etilen-vinil-asetat (EVA) kopolimer ile modifiye edilmiģ bitümlerin morfolojik, termal ve reolojik özelliklerinin incelenmesinde, polimer konsantrasyonuna, polimerbitüm uyumuna ve bitüm kalınlığına bağlı olarak düģük yüklemelerde ve yüksek servis sıcaklıklarında bitümün elastikiyetini ve sertlik özelliğini EVA artırmaktadır (Airey, 2002). EVA kopolimer katkılı modifiye bitümlerin morfolojik, termal ve önemli reolojik karakteristiklerinin incelendiği çalıģmada, üç tür bitüm (orta batı, Venezuella ve Rusya) üzerinde sırasıyla floresan mikroskop, fark taramalı kalorimetri (DSC) ve dinamik kayma reometresi kullanılmıģtır. %3, 5 ve 7 polimer içeriğinde C de polimer modifiye karıģımlar hazırlanmıģtır. Metler DSC 30 cihazı ile C arasında 5 C/dak ısıtma hızında termal özellikler belirlenmeye çalıģılmıģ, ısıtma modunda endotermik erime pikleri ile soğutma modunda ekzotermik reaksiyonlar kristalizasyon pikleri ile iliģkilendirilmiģtir. AraĢtırma sonuçlarında modifiye bitümlerin termal özellikleri katkısız bitümden daha iyi sonuçlar vermiģ, düģük yükleme frekanslarında ve yüksek servis sıcaklıklarında EVA modifiye bitümlerin elastikiyetini ve rijitliğini artırmıģtır (Airey, 2003).

35 25 Dinamik kayma reometresi (DSR) ve dönmeli ince film halinde ısıtma (RTFO) yaģlanması kullanılarak modifiye edilmiģ ve modifiye edilmemiģ bitümlü bağlayıcıların çeģitli reolojik özellikleri incelenmiģ, sürekli ve boģluklu gradasyona sahip asfalt karıģımların özellikleri belirlenmeye çalıģılmıģtır. ÇalıĢmada 50 pen. bitüm, orta polimer içerikli radyal SBS, yüksek polimer içerikli lineer SBS, orta polimer içerikli EVA kullanılmıģtır. RTFOT ile yaģlandırılmıģ modifiye edilmiģ ve edilmemiģ bağlayıcıların yaģlanma sonrası benzer reolojik karakter gösterdikleri görülmüģtür (Airey, 2004).

36 26 3. MATERYAL VE METOT Bu bölümde; Coğrafi bölgelerde kullanılması önerilen performans sınıflı bitümlerin belirlenmesinde kullanılan Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğü nden temin edilen istasyon sıcaklık verilerinden, Sıcak karıģım asfalt yapımında kullanılan malzemeler ve uygulanan deneylerden, Bitümü modifiye etmek için kullanılan katkı malzemesinden, Yüzeysel deformasyon ölçümü ve ölçümlerde kullanılan aletlerden bahsedilecektir Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğü Ġstasyon Sıcaklık Verileri Türkiye coğrafi bölgelerinde kullanılması önerilen performans sınıflı bitümlerin belirlenmesinde kullanılmak üzere Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğü nden bütün istasyonların sıcaklık verileri ve istasyon bilgileri alınmıģtır. Bu sıcaklık verileri analiz edilerek, kullanılabilecek durumda tasnif edildikten sonra yazılan özel bir bilgisayar programı ile sınıflamada kullanılacak her yıl için 7 günlük maksimum sıcaklıkların görüldüğü periyodun değerleri ve her yıl için en düģük sıcaklık değeri verileri edilmiģtir. 20 yıldan daha az verisi bulunan istasyonlar kullanılmamaya çalıģılmıģtır. Belirlenen bu değerler PG değerlerinin tespitinde kullanılmıģtır. Ayrıca, istasyon verilerinden o istasyonda ölçülmüģ birer maksimum ve minimum sıcaklık değeri tespit edilmiģtir Bitümlü Bağlayıcı Bitüm, siyah veya koyu kahverengi renkli, kuvvetli yapıģma özelliği olan, karbondisülfürde çözünebilen, esasen hidrokarbonlar ve onların türevlerinden meydana gelen, ham petrolün damıtılmasından elde edilen veya doğal halde bulunan katı, yarı katı veya sıvı halde bulunabilen bir bağlayıcıdır (BS3690, 1989). Bitüm kısaca, bitümlü kaplamaların yapımında kullanılmak üzere kıvamlılık ve kalitesi bakımından özel olarak hazırlanmıģ olan yumuģatılmıģ veya yumuģatılmamıģ bir bağlayıcı olarak da

37 27 tanımlanabilir. Bitümlü bağlayıcıyı kullanabilmek için mutlaka sıvılaģtırmak gerekir. SıvılaĢan bağlayıcı karıģımdaki agregaları sarar ve sertleģerek bağlayıcılık görevini yerine getirir (Çelik, 2006). Yol üstyapısında kullanılan bitümlü bağlayıcıların sınıflaması ġekil 3.1 de verilmiģtir. Doğal bitümler doğada genellikle mineral maddelerle karıģık halde bulunurlar. Doğal bitümler kaya bitümü ve göl bitümü gibi sınıflara ayrılırlar. Memleketimizde doğal bitüm Bolu, EskiĢehir, Hatay ve Mardin civarında bulunur. Kaya bitümü oldukça gözenekli kalkerin, daha seyrek olarak da kum taģının doğal olarak bitüm emmesinden oluģur. Mineral madde oranı genellikle malzemenin %90 ını oluģturur, bitüm oranı da %10 kadardır. Memleketimizde bulunan kaya bitümleri daha çok kum taģı, kalker, kil gibi mineral maddeler ile %2~12 civarında bitümün karıģımından oluģmaktadır. Göl bitümünde mineral malzeme çok ince taneler halinde bu bitüm ortamı içinde yayılmıģ durumdadır. En çok bilinen göl bitümü Trinidad göl bitümüdür. Trinidad adasında mevcut bir bitüm gölünün derinliği takriben 100 m olup geniģ bir alanı kaplamaktadır. Göldeki malzeme yarı katı bir bitüm ile ince mineral agreganın çok iyi bir karıģımıdır. Burada elde edilen bitüm içinde %35 kadar mineral malzeme mevcuttur. Petrol bitümü dediğimiz bağlayıcılar ise ham petrolün iģlenmesi ile elde edilirler. Ham petrol yatakları gerek fiziki Ģekil, gerekse kimyasal yapı bakımından çok farklı çeģitlilikler gösterir. Ham petrolün ihtiva ettiği bitüm, bölgelere, arazi cinsine ve yatakların çeģidine göre değiģir. Asfalt yapımında çoğunlukla rafineri edilmiģ bitümlü bağlayıcı kullanılır.

38 ġekil 3.1. Bitümlü bağlayıcıların sınıflaması 28

39 29 Petrol kuyularından çıkarılan ham petrol rafineriye gelir. Buradan pompalarla tanklara boģaltılır. Oradan ısıtma kolonlarına sevk edilerek sıcaklığı yükseltilen ham petrol daha sonra damıtma kolonlarına gelir. Kolay uçucu olan kısımlar bu kolonların üst kısmından çıkar ve soğutucularda yoğunlaģarak ayrılır. Bunlar hafif damıtıkları teģkil ederler. Daha az uçucu olanlar aynı Ģekilde orta damıtıkları, en ağır uçanlar ise ağır damıtıkları oluģtururlar. Bu kısmi damıtılmada kimyasal bir değiģme meydana gelmez. Sadece ayrı ayrı sıcaklıklarda muhtelif bileģenler buharlaģarak petrolden ayrılırlar. ġekil 3.2 de ham petrolün iģlenmesi ile bitümlü bağlayıcının elde ediliģi görülmektedir. Bu ayrılma, damıtma iģlemindeki koģullara yani sıcaklık seviyesine, basıncın derecesine ve su buharı miktarına bağlı olarak değiģir. Bu koģulların değiģimi geride kalan bitümün özelliklerine de etki eder. Damıtma iģlemi sonunda çökelek halinde kalan bitüm sıvı, katı ve yarı katı halde bulunabilir. Yukarıdaki koģulların değiģtirilmesi ile istenilen penetrasyonda bitümlü bağlayıcı elde edilebilir. 25 C de 5 saniye süre ile 100 gr lık bir yük uygulandığı zaman elde edilen penetrasyon arasındadır (Ilıcalı ve ark., 2001). Asfalt çimentosu da denilen bitümlü bağlayıcı Amerikan kaynaklarında Asphaltic Cement olarak nitelenmekte ve AC ile gösterilmektedir. Bitümlü bağlayıcıyı kullanabilmek için mutlaka sıvılaģtırmak gerekir. SıvılaĢan bağlayıcı karıģımdaki agregaları sarar ve sertleģerek bağlayıcılık görevini yerine getirir.

40 30 ġekil 3.2. Petrolün iģlenmesi ve bitümlü bağlayıcının elde ediliģi (Lav, 2007) Bitümlü Bağlayıcıların Kimyasal Özellikleri Bitüm, hakim durumdaki hidrokarbon molekülleri ile az miktarda, sülfür, nitrojen ve oksijen atomları içeren fonksiyonel grupların kompleks bir kimyasal karıģımıdır (Romberg ve ark., 1959). ÇeĢitli bitümlerin analiz sonuçları aģağıdaki elementleri içerdiğini göstermiģtir (Traxler ve Coombs, 1936); Karbon : %82-88 Hidrojen : %8-11 Sülfür : %0-6 Oksijen : %0-1.5 Nitrojen : %0-1 Bitümün kimyasal kompozisyonu oldukça karmaģık olduğundan malzemenin tam bir kimyasal analizi oldukça yoğun incelemeler gerektirmekte ve sonuçta reolojik

41 31 özelliklerle korelasyonu imkansız hale getirecek miktarda çok veri ortaya çıkmaktadır. Fakat bitümü asfaltenler ve maltenler olarak adlandırılan iki geniģ kimyasal gruba ayırmak mümkündür. Maltenler de ayrıca, doygunlar, aromatikler ve reçineler olarak alt gruplara ayrılırlar (Whiteoak, 2004). Asfaltenler: Karbon ve hidrojenden oluģan ve bir miktar nitrojen, sülfür ve oksijen içeren, siyah veya kahverengi amorf katılardır. Asfaltenler genel olarak, oldukça yüksek molekül ağırlığına sahip, polar (elektriksel yüke sahip) ve karmaģık aromatik maddelerdir. Asfalten miktarı bitümün reolojik özellikleri üzerinde önemli etkilere sahiptir. Asfalten miktarının artırılması ile daha düģük penetrasyon ve daha düģük yumuģama noktasına sahip, daha sert ve sonuç olarak daha yüksek viskoziteli bir bitüm elde edilmektedir. Asfaltenler, bitümün %5~25 ini oluģturmaktadır. Reçineler: Reçineler, asfaltenler gibi geniģ oranda hidrojen ve karbondan oluģmakta ve az miktarda oksijen, sülfür ve nitrojen içermektedir. Koyu kahverengi renkte, katı ya da yarı katı olan reçineler elektriksel olarak oldukça yüklüdür. Bu özellikleri reçinelerin güçlü bir yapıģkan olmalarını sağlamaktadır. Aromatikler: Aromatikler, bitüm içerisindeki en düģük moleküler ağırlıklı naftenik aromatik bileģenlerden oluģmakta ve bitüm içerisine dağılmıģ asfaltenlerin yayılımları için gereken ortamın büyük kısmını teģkil ederler. Aromatikler, toplam bitümün %40~65 ini oluģturan koyu kahverengi, viskoz sıvılardır. Doygunlar: Bunlar, saman rengi veya beyaz renkteki polar olmayan viskoz yağlardır. Bitümün, %5~20 sini oluģturmaktadır. Tablo 3.1 de 100 pen. bitümden elde edilen yukarıdaki 4 grubun analiz sonuçları ayrıntılı bir Ģekilde görülmektedir. Bitümü oluģturan doygunlar, aromatikler, reçineler ve asfalten oranlarının sistematik karıģımı, bitümün reolojisinin yapısına bağlı olduğunu göstermiģtir. Reoloji, malzemelerin sıcaklık ve yüklemenin etkisiyle zaman içerisindeki davranıģının incelenmesidir. Asfalten içeriğini sabit tutarak, diğerlerinin içeriği değiģtirildiğinde (Ġsfalt, 2001); Sabit bir doygun ve reçine oranında aromatik içeriği artırıldığı zaman kayma mukavemetindeki küçük miktardaki bir azalmadan baģka bir etki oluģmaz. Reçine ve aromatiğin oranı sabit tutulup doygunların içeriği artırıldığında bitüm yumuģar.

42 32 yükselir. Reçine eklendiğinde bitüm sertleģir, penetrasyon endeksi azalır ancak viskozite Tablo pen bitümün dört grubunun tipik element analizi (Chipperfield, 1984) Bitümdeki oranı Karbon Hidrojen Nitrojen Sülfür Oksijen Atomik Oranı Asfaltenler Reçineler Aromatikler Dougunlar Bitümlü Bağlayıcıların Fiziksel Özellikleri Bitüm, viskoelastik bir malzeme olup gerilme altındaki deformasyonu hem sıcaklığın hem de yükleme süresinin bir fonksiyonudur. Yüksek sıcaklıklarda veya uzun süreli yükleme durumlarında viskoz bir sıvı gibi; çok düģük sıcaklıklarda ya da kısa süreli yükleme durumlarında ise elastik bir katı gibi davranır. Kullanım sırasındaki tipik koģulları yansıtan orta dereceli sıcaklık ve yükleme süreleri ise viskoelastik davranıģa sebep olmaktadır. Viskoelastik özellikleri tanımlamak amacıyla zaman içerisinde değiģik kavramlar ortaya konmuģtur. Bu geliģim sırasıyla incelenecektir. Reoloji, malzemelerin sıcaklık ve yüklemenin etkisiyle zaman içerisindeki davranıģının incelenmesidir. Tüm bitümler termoplastik özellik gösterir. Isıtıldıklarında yumuģar, soğutulduklarında sertleģirler. Viskozitenin sıcaklıkla değiģimini tanımlamak amacıyla çeģitli ifadeler geliģtirilmiģtir. Bu ifadelerden en çok bilinenlerden biri, Pfeiffer ve Van Doormaal (1936) tarafından geliģtirilmiģ olanıdır. Penetrasyonun (P) logaritmasının, Sıcaklığa (T) karģı grafiği çizilirse For. 3.1 deki gibi düz bir çizgi elde edilir; log P AT K 3.1 Burada; A, penetrasyonun sıcaklığa karģı hassasiyeti (logaritmik olarak) K, ise bir sabittir.

43 33 A nın değeri ile 0.06 arasında değiģmekte olup sıcaklığa karģı hassasiyetteki farklılıkların önemli mertebelerde olabileceğini gösterir. Pfeiffer ve Van Doormaal (1936), yol bitümleri için sıfır civarında bir değer kabul eden, sıcaklık hassasiyetini veren bir ifade getirmiģlerdir. Bu sebeple, araģtırıcılar penetrasyon endeksini (PI) aģağıdaki gibi tanımlamıģlardır; 20 PI 50 A PI ya da açık olarak; PI 20(1 25 A) 1 50 A 3.3 PI değerleri, sıcaklık hassasiyeti yüksek olan bitümler için -3 civarında bir değer ile sıcaklık hassasiyeti düģük olan bitümler için (yüksek PI) +7 civarında bir aralıkta değiģir. A ve PI değerleri, aģağıdaki eģitlik kullanılarak T 1 ve T 2 gibi iki sıcaklık noktasında yapılan penetrasyon ölçümlerinden elde edilir; A log pent1 log pent T T YumuĢama noktasındaki kıvam, hem penetrasyonun logaritması ile sıcaklık arasındaki iliģkinin lineer ekstrapolasyonu ile hem de yumuģama noktası sıcaklığında ekstra uzun bir penetrasyon iğnesi kullanılarak doğrudan ölçülen penetrasyon cinsinden ifade edilebilir. Pfeiffer ve Van Doormaal (1936), yumuģama noktası sıcaklığında, pek çok bitüm cinsinin 800 civarında bir penetrasyona sahip olduğunu bulmuģlardır. Yukarıdaki eģitlikte T 2 yerine yumuģama noktası sıcaklığını ve T 2 sıcaklığındaki penetrasyon yerine 800 değerini koyarak aģağıdaki denklemi elde etmiģlerdir; log pent1 log A T Yumuşumunoktası 1 Bu denklem (For. 3.5), yukarıdaki PI denkleminde (For. 3.3) yerine konarak ve

44 34 penetrasyon deney sıcaklığı 25ºC varsayılarak aģağıdaki formül elde edilir; PI log pen 20SP 50log pen YN YumuĢama noktası sıcaklığında penetrasyonun 800 olduğunun varsayılması tüm bitüm cinsleri için geçerli değildir. Bu yüzden T 1 ve T 2 gibi iki sıcaklık değerindeki penetrasyonlar kullanılarak sıcaklık hassasiyetinin hesaplanması daha uygun olacaktır. ÇeĢitli abaklar kullanılarak, penetrasyon endeksinin (PI), ya 25ºC deki penetrasyon ve yumuģama noktası sıcaklığından, ya da iki farklı sıcaklıktaki bitüm penetrasyonundan yaklaģık olarak çıkarılması mümkündür. YumuĢama noktası sıcaklığında penetrasyonun gerçek değerindeki yayılmadan ötürü bir penetrasyon ve bir yumuģama noktasından hesaplanan penetrasyon endeksi, iki penetrasyondan hesaplanan net değerden farklılık gösterebilir. Bununla birlikte, 25ºC deki penetrasyon ve yumuģama noktası genellikle bitüm tanımlama kontrolü için saptandığından dolayı, bu Ģekillerin kullanılması uygundur. PI sisteminin bir sakıncası, bitüm tanımlaması amacıyla, bitüm özelliklerinde nispeten küçük bir sıcaklık aralığında gerçekleģen değiģimlerden yararlanmasıdır. Ekstrapolasyon yaparak ekstrem sıcaklıklardaki bitüm özelliklerini tahmin etmek bazen yanıltıcı olabilir. Penetrasyon endeksi (PI) beklenen davranıģ için iyi bir yaklaģım elde etmek amacıyla kullanılabilir fakat rijitlik ve viskozite ölçümü ile onaylanması gerekmektedir. Van der Poel (1954), katıların elastik modülü ile benzerlik kurarak bitümlerin mekanik özelliklerini tanımlamada kullanılan temel bir parametre olarak rijitlik modülü kavramını ortaya koymuģtur. Malzemenin elastisite modülü, E; Hooke Kanunu ile ifade edilir; E 3.7 Bitüm gibi viskoelastik malzemeler için, t=0 yükleme anında uygulanan çekme gerilmesi (ζ), yükleme süresi ile orantılı olmayan bir Ģekil değiģtirmeye (ε) sebep olur. t anındaki rijitlik modülü; S t, uygulanan gerilme ve t anında meydana gelen Ģekil değiģtirme arasındaki oran olarak tanımlanmaktadır;

45 35 S t t 3.8 Yukarıdaki açıklamalara göre, rijitlik modülünün değeri yükleme süresine bağlıdır. Benzer Ģekilde, rijitlik modülü aynı zamanda sıcaklığa da (T) bağlıdır. Sonuç olarak, herhangi bir rijitlik modülü ölçümünde hem sıcaklığı hem de yükleme süresini belirtmek gerekir; S tt t, T 3.9 Yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemi ile bitümlü bağlayıcıların fiziksel özelliklerini belirlemede kullanılan yeni kavramlar gelmiģtir. Bu yöntemde kullanılan dinamik kayma testi, bitümlü bağlayıcının kompleks kayma modülünü (G*), kompleks kayma kayıp modülünü (G"=G*.Sinδ), kompleks kayma depolama modülünü (G'=G*.cosδ), faz açısını (δ) ve kompleks viskoziteyi (η*=g*/ω) ölçerek viskoz ve elastik davranıģlarını karakterize etmek için yapılmaktadır. G*, tekerrür eden kayma gerilmelerinin oluģturduğu deformasyonlara karģı bitümlü bağlayıcının gösterdiği toplam direncin ölçüsüdür. Buradaki deformasyon elastik (geçici) ve viskoz (kalıcı) olarak iki türlüdür. Gerek G*, gerekse δ değerleri bitümün sahip olduğu sıcaklık ve yükleme hızı ile önemli ölçüde değiģir. Hâlbuki viskoelastik olmayan malzemelerin deformasyonu sadece gerilmenin büyüklüğüne bağlı olarak değiģir. Yüksek ısılarda bitüm viskoz davranıģ yani kalıcı deformasyonlar gösterirken düģük ısılarda ise elastik davranıģ göstermektedir. G*/sinδ değeri kaplama deformasyonu için deney sıcaklığında, orijinal bitüm için 1 kpa, RTFO deneyinde yaģlandırılmıģ bitüm için 2,2 kpa değeri ile sınırlandırılmıģtır. Sinδ.G* değeri ise yorulma çatlakları için deney sıcaklığında, PAV deneyinde yaģlandırılmıģ bitümler için kpa dan küçük değerlerle sınırlandırılmıģtır. ġekil 3.3 de görüldüğü gibi, δ=90º için çok yüksek ısılarda bitüm sadece düģey aksda (viskoz davranıģ) temsil ederken G*ın yatay aksı (elastik davranıģ) olmayacaktır. Çok düģük ısılarda ise tamamen elastik (geçici) deformasyon gösteren bitümün sadece yatay bileģkesi olacaktır. Bu durumda, G* ın düģey bileģkesi (viskoz davranıģ) olmayacağından δ=0º olacaktır.

46 36 Ancak normal kaplama ısısı ve trafik yüklemesi için bitümlü bağlayıcılar hem viskoz hem de elastik davranıģ sergileyecektir. Bitümün viskoelastik malzeme oluģu ve her bir bitümün viskoelastik özelliklerinin de birbirinden farklı olması nedeniyle 1 ve 2 nolu bitümler yük altındaki viskoz ve elastik bileģenleri birbirinden farklı olacaktır. ġekil 3.3 de G * 1 ve G * 2 kompleks kayma modüllerinin vektörlerini temsil etmektedir. Burada 2 nolu bitümün δ faz açısı daha düģük olduğundan elastik bileģeni daha büyük olacak yani yük kalktığında daha çok deformasyon geri kalkacaktır. Aynı Ģekilde 1 nolu bitüm daha az elastik olup daha fazla kalıcı deformasyon yapacaktır. ġekil 3.3 deki iki bitümün G* değeri aynı ise farklı δ değerlerinden ötürü farklı viskozelastik davranıģ göstereceklerdir. Yani G*, tek baģına bitümün davranıģını izah edememektedir. Dolayısıyla bitümün viskoelastik özellikleri G* ve δ değerleri ile birlikte göz önüne alınmalıdır. ġekil 3.3. Viskoelastik davranıģ Kaplamada oluģan kalıcı deformasyonlar tekerrür eden ağır trafik yüklerinin yüksek hava sıcaklıklarında oluģturduğu viskoz deformasyonların birikmesi sonucu oluģmaktadır. G*/Sinδ değeri yüksek ısı rijitliğini veya tekerlek izi deformasyonuna gösterilen direnci ifade etmektedir. Bitümün sahip olması gereken G* ve Sinδ değerleri dinamik kayma testi ile tespit edilir. Kalıcı deformasyonu minimize etmek için G*/Sinδ değeri orijinal bitümlü bağlayıcıda minimum 1.00 kpa ve silindir ince film etüv testi bakiyesi bitümlü bağlayıcıda 2.20 kpa olmalıdır (AASHTO R29, 2001). Bu nedenle, kalıcı deformasyon direnci için yüksek G* değeri ve düģük δ değeri olması gereklidir.

47 37 Dolayısıyla yüksek performanslı asfalt kaplama Ģartnamesinde G*/Sinδ değerleri, yaģlanmamıģ orijinal ve silindir ince film fırın testi ile yaģlandırılmıģ bitümlü bağlayıcıların rijit ama elastik özellikte olması öngörülmektedir. Bu nedenle, dinamik kayma testi verileri kalıcı deformasyon direncini ifade etmektedir Bitümlü Bağlayıcıya Uygulanan Deneyler Bu bölümde bitümlü bağlayıcılara uygulanan geleneksel deneylerden bahsedilecektir Penetrasyon Deneyi Penetrasyon deneyi ile bitümlü bağlayıcıların sertlik veya kıvamlılıkları tayin edilir. Penetrasyonun kelime anlamı, batma veya içe girme demektir. Teknik olarak standart bir iğnenin belirli bir yük altında ve belirli bir süre içinde, bitüm numunesi içine dikey olarak batma mesafesi anlamında kullanılır. TS EN 1426 ya göre deney yapılır YumuĢama Noktası Tayini Deneyi YumuĢama noktası, bir su banyosu içine yerleģtirilmiģ, üzerinde bir bilye bulunan, standart bir kalıp içerisindeki bitümlü bağlayıcının belli bir hızla ısıtılmasıyla, yumuģayan bağlayıcının tabana değdiği anda termometrede okunan sıcaklıktır. TS EN 1427 ye göre deney yapılır Parlama Noktası Tayini Deneyi Bu deney parlama noktası 79ºC nin üstünde olan petrol ürünlerine uygulanır. Parlama noktası, ısıtılan deney numunesinin buharına deney alevinin temas ettirilmesi sonucunda numunenin parladığı fakat yanmaya devam etmediği en düģük sıcaklıktır. Bitümlü bağlayıcının parlama noktasının bilinmesi özellikle uygulamalar sırasında doğabilecek tehlikelerin önlenmesi açısından çok önemlidir. TS EN ISO 2592 ye göre deney yapılır.

48 Agrega Agrega, yol yapımında kullanılan ana malzemedir. Kaplamanın ağırlıkça ve hacimce önemli bir kısmını oluģturan agrega, yola etkiyen yüklerin oluģturduğu gerilmelerin karģılanmasında önemli rol oynamaktadır. Bu bakımdan agregaların özellikleri yol mühendisleri için çok önemli olup, değiģik agrega tiplerinin karakteristik özelliklerinin bilinmesi yolların projelendirilmesi için gereklidir. Günümüzün modern karayolu pek çok sayıda araç taģımaktadır. Bu araçların büyük bir kısmını ağır yüklü ticari taģıtlar oluģturmaktadır. Bir baģka deyiģle, üstyapıyı etkileyen ağır taģıtlardır. Bunun yanında pek çok sayıda da yüksek hızlarda seyreden araçlar mevcuttur. Bütün bu ağır trafik Ģartları altında, kuvvetli, yoğun, su geçirmeyen, stabil ve aģınmaya dayanıklı kaplamalar istenir. DeğiĢik oranlarda, değiģik tip agrega kullanılmak suretiyle istenen kalite ve özellikte kaplama yapma olanağı vardır. Kaplamanın aģınmaya karģı direnci ve su geçirmezliği aynı derecede önemi olan bir husustur. KarıĢımlarda kullanılan agregalar ile kullanılan bağlayıcının tam bir uyum içinde, birlikte çalıģması gerekir. Asfalt betonu olarak adlandırılan sürekli derecelenmiģ granülometriye sahip bitümlü sıcak karıģımlarda ağırlıkça %88~96 kırma taģ, kum ve mineral fillerden oluģan agrega kullanılır. Türkiye de kullanılan asfalt betonu agrega Ģartnamesi Tablo 3.2 de verilmiģtir. Bitümlü karıģımlarda kullanılan agregalar tane boyutlarına göre üç grupta incelenebilir; Ġri agrega: (4.75 mm) elek üstünde kalan Ġnce agrega: ( mm) elekler arasında kalan Filler: (0.075 mm) elekten geçen Yapılan uygulamalarda, kırılmıģ taģ, kırılmıģ çakıl ve cüruf iri malzeme olarak, kumlar ve ince kırma taģlar da ince malzeme olarak kullanılır. Mineral tozlar, kireçtaģı tozları ve diğer birçok tozlar da filler olarak kullanılır. Bir kaplamanın direnci ve yoğunluğu üzerine etki eden en önemli faktör agregadır. Bu bakımdan agregaların sert ve dayanıklı olması, bünyelerinde zararlı maddeler bulunmaması ve yüzey Ģekillerinin bir kenetlenme yaparak direnci artıracak Ģekilde olması arzu edilir. Yukarıdaki sebeplerden dolayı, agreganın istenen kalitede olup olmadığını

49 39 kontrol etmek çok önemlidir. Kullanılan agreganın istenen kalitede olup olmadığı Los Angeles aģınma deneyi, elek analizi, dayanıklılık için kimyasal direnç, soyulma ve adhezyon, donma-çözülme deneyleri gibi deneylerle kontrol edilir. Agregalara ait Ģartnameler, dane Ģeklini, temizliğini ve yüzey dokusunu belirten terimleri de içerirler. Asfalt betonundaki bitümlü bağlayıcılar plastik davranıģ gösterirler ve sıcaklık değiģimine karģı duyarlıdırlar. Bu sebepten dolayı kaplamanın stabilitesi veya deformasyona karģı direnci büyük ölçüde mineral agregaların kenetlenmesine bağlıdır. KarıĢımın stabilitesi, tanelerin Ģekli ve agrega granülometrisi ile büyük ölçüde ilgilidir. Düzgün yüzeyli yuvarlak taneler karıģıma istenen stabiliteyi veremezler. KöĢeli, kırılmıģ agregalar karıģımın stabilitesini artırırlar ve bunlar, yüksek stabilite istenen yerlerde kullanılırlar. Farklı dane boyutundaki agregalar mümkün olan en yüksek yoğunluğu verecek Ģekilde karıģtırılmalıdır. KarıĢımın yoğunluğunun artması ile stabilitesi de artmaktadır. Ġstenen yoğunluk ise ancak iyi bir dane dağılımı ile elde edilebilir. Agreganın sertliği veya aģınmaya karģı direnci trafik bakımından önemli bir faktördür. YumuĢak agregaların çok fazla aģınması neticesinde, kaplama düz bir yüzey haline gelip, kaymaya karģı direnci çok azaltmaktadır. Aynı zamanda, yumuģak agregalar, trafik tesiri ile kısa zamanda kırılarak kaplamanın bozulmasına sebep olurlar. Agregaların hava tesirlerine karģı gösterdikleri direnç ise, agreganın sağlamlığı olarak tanımlanır. BaĢka bir ifade ile agreganın, nem değiģikliğine, donmaya, erimeye karģı direnme kabiliyetidir. Agregaların, büyük ölçüde sıcaklık değiģmesinden dolayı, hacim değiģikliğine uğramaması ve bu Ģartlar altında kimyasal reaksiyon verecek maddeler içermemesi gerekir. Agrega-bitüm karıģımında, uygun olmayan maddeler bulunabilir. Bunlar, büyük agrega parçaları arasındaki yüksek oranlı killer, ince uzun parçalar ile mika, kömür, linyit ve diğer bazı yabancı maddelerdir. Gerek büyük agregaları kaplayan killer, gerekse kil topakları, karıģıma zararlı etkiler yaptığı için bunların karıģımdan ayrılmaları gerekir. Bu iģlem agregaların yıkanmasıyla sağlanabilir. Ayrıca, ince uzun parçalar karıģımın yoğunluğunu ve yüzey dokusunu olumsuz yönde etkilediği için, bunların da karıģımdan ayrılmaları gerekir. Farklı mineral agregalar, kendi özelliklerine ve bitümün viskozitesine bağlı olarak, farklı Ģekilde bitüm absorbe ederler. Aynı sebeplerden dolayı suyu emme özellikleri de farklıdır. Fakat agregaların bitüm absorbsiyonu ile su absorbsiyonu arasında bir bağlantı yoktur. Yüksek su absorbsiyonu olan bazı malzemelerin, düģük bitüm absorbsiyonuna sahip olmaları mümkündür. Bazı

50 40 agregaların ise aynı derecede su ve bitüm absorbsiyonu vardır. Agregaların bitüme karģı ilgisinin artması ile soyulmaya karģı direnci artar. Bunun için bitüm absorbsiyonu yüksek olan agreganın kullanılması istenir. Fakat bu bağlayıcı oranını artırdığından, genellikle ekonomik olmaz. Tablo 3.2. Agrega granülometri Ģartnamesi (TCK Karayolu Teknik ġartnamesi, 2006) Elek Boyutu BĠNDER TABAKASI Ağırlıkça Geçen Yüzde AġINMA TABAKASI Ağırlıkça Geçen Yüzde Tip 1 Tip 2 1" (25.4mm) /4" (19.0mm) /2" (12.5mm) /8" (9.5mm) No:4 (4.75mm) No:10 (2.0mm) No:40 (0.425mm) No:80 (0.18mm) No:200 (0.075mm) Agregaların asfalt yapımında kullanılabilmesi için aģınmaya ve donmaya karģı dirençlerinin, özgül ağırlık, su absorbsiyonu, soyulma değerlerinin, elek analizleri ve dane Ģekillerinin, sürtünme etkileri ile meydana gelecek cilalanmaya karģı olan dirençlerinin bilinmesine gerek vardır. Yukarıda adı geçen bütün deneylerin, agregaların değerlendirilmesinde güvenilir olabilmesi için denenecek numunelerin çok özenle alınmıģ temsili numuneler olması gerekir Agregaya Uygulanan Deneyler Elek Analizi Deneyi Bu deney yöntemi, standart elekleri kullanarak agreganın dane büyüklüğü dağılımının tayin edilmesini kapsar. TS 130 a göre deney yapılır.

51 Los Angeles AĢınma Deneyi Bu deney, agregaların aģınmaya karģı dayanıklılığını belirler (TS , 2010). Kaba agreganın aģınması, aģındırıcı bir yük kullanılarak Los Angeles makinesi ile tayin edilir. Los Angeles deneyi, aynı mineral kompozisyona sahip çeģitli agrega kaynaklarının birbirine göre kalitesinin veya uygunluğunun bir göstergesi olarak yaygın bir Ģekilde kullanılmaktadır Hava Tesirlerine KarĢı Dayanıklılık Deneyi Bu deney metodu agregaların doygun sodyum sülfat (Na 2 SO 4 ) veya magnezyum sülfat (MgSO 4 ) çözeltileri ile ufalanmaya karģı dayanıklılığının tayin edilmesini sağlar (TS EN , 2009). Agregaların hava etkileri ile donarak ufalanmaya karģı olan dirençleri hakkında laboratuarda kısa süre içinde bir karar verebilmek amacı ile uygulanan hızlandırılmıģ bir deneydir Soyulma Mukavemeti Deneyi Soyulma deneyi su ve trafik etkilerine karģı bir dayanıklılık deneyidir. Bazı bitümlü karıģımlarda, suyun etkisiyle agrega ile bitüm arasındaki bağ kaybolur ve böylece kaplama bozulur. Bunun önüne geçebilmek için bu bağın kaybolmasını yani soyulmayı önleyecek bir takım katkı malzemeleri ile bağlayıcının agregaya daha iyi yapıģması sağlanır Yassılık Ġndeksi Deneyi Bu deney metodu, kalınlığı, nominal boyutunun 0,6 sından daha küçük olan agrega danelerinin yassı olarak sınıflandırılmasını esas alan bir metottur. 6,3 mm lik ve 63 mm lik iki elek arasında kalan tanenin nominal boyutu, bu iki elek açıklığının aritmetik ortalamasıdır. Yassılık indeksi, yassı danelerin ayrılması ile bulunan ağırlığın deneye alınan toplam numune ağırlığının yüzdesi olarak ifade edilir. Deney, 6,3 mm den büyük ve 63 mm den küçük malzemeye uygulanır (Ilıcalı ve ark., 2001, TS 9582 EN 933-3, 1999).

52 Özgül Ağırlık Deneyi Bu deneyin amacı, bitümlü karıģımın teorik özgül ağırlığını, karıģımdaki boģluk yüzdesini ve yine karıģımın asfaltla doldurulmuģ boģluk yüzdesini hesaplamak, agreganın hacim ağırlık iliģkilerini tayin etmektir (TS EN , 2002) Su Absorbsiyonu Deneyi Agreganın su emme miktarını belirlemek için yapılır (TS EN , 2003) 3.4. Modifiye Edici Katkı Kullanılan SBS elastomer polimerler ġekil 3.4.a da görüldüğü gibi 15 kg lık paketlerde temin edilmiģtir. Çin den ithal edilmektedir. ġekil 3.4.b de numunesi görülmektedir. SBS nin özellikleri Tablo 3.3 de verilmiģtir. Tablo 3.3. SBS katkı malzemesi teknik özelikleri Özellik, Birim Değeri Test Metodu BD/SM Oranı, % 68/32 ASTM D5775 Özgül ağırlık, gr/cm ASTM D792 Uçucu Madde Oranı, % 0.17 ASTM D5668 Kül Oranı, % 0.11 ASTM D5667 Yağ Ġçeriği,% 0 ASTM D5774 %25 wt Toluene Viskozitesi, cps 5400 ASTM D2196 Sertlik 75 ASTM D2240

53 43 ġekil 3.4.a. Modifiye edici katkı malzemesi ġekil 3.4.b. Modifiye edici katkı malzemesi 3.5. Yüzeysel Deformasyon Ölçümleri Yüzeysel deformasyon ölçümlerinde Topcon marka DL500 tip nivo, sehpası, mirası ve data okuma programı kullanılmıģtır. ġekil 3.5 de fotoğrafı görülen nivonun teknik bilgileri de Tablo 3.4 de verilmiģtir.

54 44 ġekil 3.5.Deformasyon ölçüm nivosu Tablo 3.4. Deformasyon ölçüm nivosu teknik özellikleri Dürbün Büyütme 32x Objeltif uzunluğu 45mm GörüĢ alanı 1º20 Çözünürlük Gücü 3" Kompensatör ÇalıĢma Aralığı ±12 Ayarlama Hassasiyeti 0.3" Elektronik Okuma Optik Okuma Min okuma Min.Okuma Hassasiyeti Ölçme aralığı Küresel Düzeç Hassasiyeti Ekran Dahili Hafıza Yatay Daire ÇalıĢma sıcaklık aralığı Mira Yükseklik Ölçme Hassasiyeti (1km gidiģ dönüģ nivelman hassasiyeti) 0.4mm w/invar mira 1.0mm 0.1mm/0.01mm Mesafe Ölçme 1cm/1mm 1cm - 5cm 2m - 100m : Aluminyum mira 8 /2mm Diğer 2-Satır, Her satırda 8-digit. Dot matrix LCD geriden aydınlatmalı yaklaģık data 360º veya 400 grad -20ºC ~ +50ºC Uzunluğu: 4m, Katlanabilir, Bir tarafı barkotlu ve bir tarafı E taksimatlı

55 45 Konya-Afyon karayolunun Ģehir içi kesiminde Yazır tramvay durağı mevkiinde Ģehir merkezine gidiģ istikametinde ardı sıra devam eden 26, 24 ve 24 metrelik uzunluktaki 3 kesimde katkısız bitüm, %4 SBS katkılı bitüm ve %5 SBS katkılı bitüm kullanılarak gözlem yolu yapılmıģtır. Bu yolda gridleme iģlemi yapılarak 240 noktada 2 Ģer aylık dilimlerde yüzeysel deplasman ölçümleri yapılmıģtır. 240 noktanın 84 ü katkısız bitümlü kesimde, 78 er adedi de %4 SBS katkılı ve %5 SBS katkılı bitümlü kesimdedir. Yolun son durumunu görmek için tarihinde son bir ölçüm daha yapılmıģtır. Uygulama yolu ölçüm noktaları ġekil 3.6 da görülmektedir.

56 ġekil 3.6 Yüzeysel okuma noktaları 46

57 Yüksek Performanslı Asfalt Kaplama Yöntemi Bitüm Sınıflandırma Deneyleri Yüksek performanslı asfalt kaplama (SUPERPAVE) bitüm deneyleri, malzemenin doğrudan arazi Ģartlarındaki performansı ile ilgili özelliklerini ölçmektedir. Bu deneyler asfaltın; yaģlanma, iģlenebilirlik, oluklanma, yorulma ve termal etkilere karģı performanslarının belirlendiği bir seri deneyler grubudur. Yüksek performanslı asfalt kaplama bağlayıcı Ģartnamesinin en önemli özelliği, asfaltın ömrü boyunca karģı karģıya kalacağı üç kritik durumun deneylerle simüle edilmiģ olmasıdır. Orijinal asfalt numunesi üzerinde uygulanan deneyler taģıma, depolama ve iģlemeyi kapsayan ilk aģamayı temsil eder. Ġkinci aģama, karıģım hazırlama ve serme sırasındaki asfaltı temsil eder. Dönmeli ince film etüvünde asfalt, ısı ve havaya maruz bırakılarak okside olması sağlanır ve serme sırasındaki sertleģme tahmin edilir. Üçüncü aģama ise, bağlayıcının uzun süre sonundaki yaģlanmasıdır. Bu durum da, basınçlı oksidasyon deneyi ile simüle edilmektedir Dönmeli ince film halinde ısıtma deneyi (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT) Bu deney, ısıtma ile uçucu kaybının tespit edilmesi ve ısıtmadan sonra elde edilen sertleģmiģ bitümlü bağlayıcının fiziksel özelliklerinin belirlenmesi için yapılır. Bitümlü bağlayıcılar iki değiģik faktörden dolayı yaģlanırlar. Bunlardan biri bitüm içindeki hafif yağların buharlaģması, diğeri ise havadaki oksijen ile reaksiyon neticesinde oluģan oksidasyondur. Plentte ve serim esnasındaki harmanlama ve karıģtırma iģlemi sırasında, yüksek sıcaklık ve hava akıģı olması nedenleriyle, her iki olay da meydana gelir ve bitümün yaģlanmasına katkıda bulunur. Yüksek performanslı asfalt kaplama Ģartnamesi, bu olayı temsil eden dönmeli ince film halinde ısıtma deneyini gerekli görür. Deneyin amacı, oksidasyon sonrasında buharlaģan kütle kaybını belirlemek ve daha sonra yapılacak diğer performans deneyleri için yaģlanmıģ numune elde etmektir (Dinç, 1999; Dinç ve Yazıcı, 2000; TS EN , 2003). Bunun için, ġekil 3.7 de görülen 163 C lik ısıya sahip bir etüvün dönen tablası üzerine 8 adet silindir içine gram hassasiyetle tartılmıģ 35 gram bitümlü bağlayıcı numunesi yerleģtirilir. Numune silindirlerinin konulduğu tabla dakikada 15 devir yapacak Ģekilde döndürülür. Bu ısıda 85 dakika süreyle bekletilen numuneler üzerine 400 ml/dk olacak Ģekilde hava püskürtülür. Deney sonunda iki tanesi alınır ve

58 gram hassasiyetle tartılıp kütle kaybı hesaplanır. Geriye kalan 6 numunenin bakiyesi bir kaba boģaltılır ve homojenliği sağlamak üzere karıģtırılır. Bu bakiye numune daha sonra basınçlı yaģlandırma kabı deneyi ve dinamik kayma reometresi deneyinde kullanılmak üzere saklanır. Kontrol Paneli Vantilatör 163 C Hava Püskürtücü ġiģe TaĢıyıcı ġekil 3.7 RTFO deney düzeneği Basınçlı yaģlandırma kabı deneyi (Pressure Aging Vessel - PAV) Bu test bitümlü bağlayıcının kaplama ömrü boyunca (uzun süreli) maruz kalacağı sertleģme etkilerini belirlemek amacıyla yapılır, deney aleti ġekil 3.8 de görülmektedir. Bu deneyde, uzun süreli yaģlanmayı temsil etmek üzere, bitüm numunesi bir basınç kabına konarak etüvde 20 saat süreyle sıcaklık ve basınç etkisinde bırakılır. Deneyde kullanılacak bitüm, dönmeli ince film halinde ısıtma deneyinde kullanılmıģ olan asfalt numunesi olacaktır. Böylece kaplamanın inģaat ve hizmet sırasında karģılaģacağı çevresel koģullar deneylere yansıtılmıģ olur (Dinç, 1999; Dinç ve Yazıcı, 2000). Elde edilen bakiye numune dinamik kayma reometresi deneyi, eğilme kiriģi deneyi ve direkt çekme deneyi uygulanmak üzere saklanır (Tunç, 2001).

59 49 ġekil 3.8 Basınçlı yaģlandırma kabı deney aleti Dinamik Kayma Reometresi Deneyi (Dynamic Shear Rheometer - DSR) Bitüm hem viskoelastik hem de termoplastik bir malzeme olduğundan dolayı karakteristiklerinin belirlenmesinde her iki özelliği de birlikte göz önüne alınmalıdır. Asfaltın sıcaklık ve yük altında yorulma ve oluklanmaya karģı direncini tespit etmek amacıyla geliģtirilmiģtir. Bu test ile yükleme süresi ve ısının bitümlü bağlayıcı üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir. Bitümlü bağlayıcıların yüksek ve orta derece sıcaklıklardaki kompleks kayma modülü (G*) ve faz açısının (δ) ölçülmesi suretiyle hem viskoz hem de elastik davranıģı belirlenir (Asphalt Institute, 1994). ġekil 3.9 ve 10 da görülen deney aleti ve deney düzeneğinde sabit bir plaka ile dönebilen bir plaka arasına konan sabit kalınlıktaki bitüm numunesi belirli bir ısı altında ve belirli bir hızda döndürülmeye çalıģılır. Döner tablaya tatbik edilen gerilme ile tablanın merkezinden yani A noktasından B noktasına kadar hareket ettirilir. Daha sonra döner tabla B noktasından A noktasına ve C noktasına kadar döndürülür. Daha sonra C noktasından tekrar A noktasına kadar döndürülür. Buna 1 devir denilir ve test süresince tekrar edilir. Bu devrin dönme hızına frekans denilir. Bu test 10 radyan/saniye frekans yani yaklaģık 1.59 Hz (devir/saniye) ile yapılmaktadır (AASHTO T315-TP5, 1994; Mcgennis ve ark.,

60 ; Zaniewski ve Pumphrey, 2004). ġekil 3.9 Dinamik kayma test düzeneği ve hareket tarzı ġekil 3.10 Dinamik kayma deney aleti Dönel viskozimetre deneyi (Rotational Viscometer - RV) Dönel viskozimetre deneyi, asfaltın sıcak karıģım tesisinde, hangi derecede pompalanabilirlik ve iģlenebilirliğe sahip olduğunun tespiti için akıģ karakteristiklerinin belirlenmesinde kullanılır (Dinç ve Yazıcı, 2000). Dönel viskozite; silindirik bir çubuğun sabit bir sıcaklıkta, bitüm numunesi içinde kendi etrafında dönüģ hızını sabit tutacak burulma kuvvetinin ölçülmesi ile belirlenir (ġekil 3.11). Bu deney, asfaltın

61 51 pompalanıp agrega ile karıģtırılacak kıvamda olup olmadığını anlamak amacıyla, orijinal haldeki bitümlere uygulanır. Ayrıca viskozimetre, karıģım tasarımında kullanılacak karıģtırma ve sıkıģtırma sıcaklığının tahmininde kullanılan sıcaklıkviskozite tablosunun hazırlanmasında da önemli bir görev üstlenir (Dinç, 1999; Dinç ve Yazıcı, 2000). Bitümlü bağlayıcının yüksek ısıdaki (135 C) akıģkanlık karakteristiklerinin belirlenmesi için yapılır. Bu test için özel olarak geliģtirilmiģ cihazın kaģığı 20 devir/dk hızla döndürülerek viskozluk değeri saptanır. ġekil 3.11 Dönel viskozimetre deney aleti Eğilme kiriģi reometre deneyi (Bending Beam Rheometer - BBR) Bitüm, düģük sıcaklıklarda DSR ile alınacak sonuçlara güvenilmeyecek kadar sertleģir. Bu nedenle, asfaltı düģük sıcaklıklarda gözlemek üzere SHRP tarafından eğilme reometresi geliģtirilmiģtir. Deney genellikle sıfırın altındaki sıcaklıklarda gerçekleģtirilir ve sabit yük uygulanan kiriģ Ģeklindeki asfalt bir çubuğun, bu yük altında zaman içindeki sehimi izlenir (ġekil 3.12). Deney sıcaklığı, asfaltın servis durumundaki karģılaģacağı en düģük sıcaklığa göre değiģir. Bu deneyde RTFO ve PAV deneyleri ile yaģlandırılmıģ numuneler kullanılır. Böylece servis durumundaki veya karıģım ve serme sırasındaki bitüm deneyde temsil edilmiģ olur. Deney bilgisayar kontrollü yapılır ve yine bilgisayar tarafından anlık zaman-deformasyon ile zaman-sünme sertliği grafikleri

62 52 çizilerek 60 sn sonundaki sünme sertliği S ve sünme oranı m hesaplanır (Dinç, 1999; Dinç ve Yazıcı, 2000). Belirli bir ısıda ve sabit bir yük altında bağlayıcının ne kadar sünme veya defleksiyon yapacağı ölçülür. Asfalt kaplamanın düģük sıcaklıklarda maruz kalabileceği elastik davranıģ belirlenmeye çalıģılır (Asphalt Institute, 1994). Bu deney için 6.25 mm yükseklik, 12.5 mm geniģlik ve 125 mm uzunlukta hazırlanan bitümlü bağlayıcı numunesi eksi derecelerde donmayan bir sıvı banyosu içinde 980 N ve 240 saniye süreyle tek nokta yüklemesine maruz bırakılır. Test süresince defleksiyon ölçülür ve sağlamlık modülü For ile tayin edilir (ġekil 3.13); S ( t) PL 3 3 4bh ( t) 3.12 S (t) = t anında sünme sağlamlık modülü (MPa), P = Uygulanan sabit yük (N), L = KiriĢin yük tatbik aralığı (102 mm), b = KiriĢ geniģliği (12.5 mm), h = KiriĢ yüksekliği (6.25 mm), δ (t) = t anında yer değiģtirme (mm). 60 sn için sağlamlık modülü değeri 300 MPa dan büyük olmamalıdır. m değeri zamana karģı S (t) değerinin değiģimini temsil eder. m değerini belirlemek için sünme sağlamlığı değiģik yükleme zamanlarında ölçülür ve sünme sağlamlığı zaman eğrisinde belirli bir andaki teğetin eğimi m değerini verir. Bu değer 60 sn için en az olmalıdır (Dinç ve Yazıcı, 2000).

63 53 ġekil BBR deneyi numuneleri ġekil BBR deney aleti Direkt çekme deneyi (Direct Tension Tester - DTT) Yapılan araģtırmalar, bitümün düģük sıcaklıklardaki sertliği ile kopma anından önceki uzama oranı arasında bir iliģki olduğunu göstermiģtir. Kopma anından önceki uzaması nispeten fazla olan asfaltlar sünek (düktil), fazla uzamadan kopanlar ise gevrek (kırılgan) olarak nitelendirilirler. BBR deneyi ile ölçülen sertlik, bitümün zayıflama anından önceki çekmeye karģı kapasitesini anlatabilmekte yeterli değildir. Örneğin, bazı bitümler yüksek sünme sertliğine sahip olsa bile çok fazla miktarda çekilebilirler. Bu

64 54 yüzden SHRP araģtırmacıları, bu tür sert fakat düktil asfaltlar için bir deney geliģtirmiģlerdir. Bu deneyde RTFO ya da PAV deneyleriyle yaģlandırılmıģ numuneler kullanılır. Kemik formu verilmiģ asfalt numunesi, düģük sıcaklıklarda iki ucundan zayıflama anına kadar çekilir. Bilgisayar tarafından hazırlanan gerilme uzama grafiğinde gerilme eğrisinin tepe noktası uzama oranı için kritik noktadır (Dinç 1999, Dinç ve Yazıcı, 2000). Bu deney için silikon lastik bir kap içinde numuneler hazırlanır. Bu numuneler her iki ucunda 12 mm çapında ve 27 mm lik efektif yükseklikte ve kare kesitlidir. Numuneler direkt çekmeye tabi tutulur ve gerilme kopma deformasyonu For ile hesaplanır; P P L 2 ve A t mm 27 Eğilme kiriģi deneyi sonuçları 300 ve 600 MPa arasında ise ilave olarak direkt çekme deneyi uygulanır 300 MPa dan küçük ise ilave testlerin yapılmasına gerek yoktur Marshall Tasarım Metodu Bitümlü karıģımlar için en uygun bağlayıcı oranını bulmaya çalıģan, en geniģ kullanım oranına sahip metot Marshall deneyidir. Marshall deneyi deneme numunelerinin hazırlanması ile baģlar. Marshall metodunda 6.35 cm yüksekliğinde ve cm çapında deney numuneleri kullanılır. Marshall numuneleri, bitüm-agrega karıģımlarının belirli bir ısıtma, karıģtırma ve sıkıģtırma iģlemi sonunda hazırlanır. Bu metodun baģlıca iki özelliği sıkıģtırılmıģ numunelerde, yoğunluk-boģluk analizi ve stabilite - akma denemesidir. Deney sonucunda; a. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - stabilite, b. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - akma, c. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - birim ağırlık,

65 55 d. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - boģluk yüzdesi, e. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - Vb/VMA, f. Bitümlü bağlayıcı yüzdesi - VMA, eğrileri çizilmektedir. Bu eğrilerden hareket edilerek optimum bitüm oranı saptanır. AĢağıdaki beģ koģulu gerçekleģtiren bitüm oranlarının ortalaması optimum bitüm oranı olarak kaydedilir; a. Maksimum stabilitenin verdiği bitüm oranı, b. Maksimum birim ağırlığının verdiği bitüm oranı, c. %4 boģluk oranının verdiği bitüm oranı, d. %80 Vb/VMA değerinin verdiği bitüm oranı, e. Minimum VMA değerinin verdiği bitüm oranı Dolaylı Çekme Deneyi Bitümlü bağlayıcı ve agrega karıģımı numunelerinden iki set oluģturulur. Bir set koģulsuz dolaylı çekme deneyi için kuru konumda test edilir. Diğer set koģullu dolaylı çekme deneyi için vakum altında doyurulduktan sonra test edilir. Dolaylı çekme deneyi sonuçları koģullu ve koģulsuz test verilerinden oluģur. ġekil 3.14 ve 15 de deney düzeneği ve deney aleti görülmektedir. ġekil Dolaylı çekme deneyi test düzeneği

66 56 ġekil Dolaylı çekme deney aleti KarıĢım numunelerinin, teorik maksimum özgül ağırlığı (G max ), numunenin kalınlığı (t), çapı (D), özgül ağırlığı (G mb ), hacmi (E) belirlenir. Hava boģluklarının yüzdesi (P a ) hesaplanır. Her iki setteki ortalama hava boģluklarının yaklaģık olarak eģit olacağı Ģekilde numuneleri, her birisinde en az üç numune olacak Ģekilde iki alt guruba ayrılır. Hava boģluklarının hacmi (V a ) 3.14 deki eģitlikten hesaplanır; V P E a a Burada: V a = Hava boģluklarının hacmini, cm 3 P a E = Hava boģluklarının yüzdesini ve = Numunelerin hacmini, cm 3 gösterir. KoĢulsuz test seti oda sıcaklığında muhafaza edilir. Numuneler daha sonra 2 sa ± 10 dk boyunca yüzeyinde en az 25 mm su olacak Ģekilde 25 ± 0.5 C sıcaklığında su içerisinde bekletilir. KoĢullu test seti kabın tabanından en az 25 mm yukarda delikli bir boģlukla desteklenen bir vakum kabına yerleģtirilir. Kap, yüzeyinde en az 25 mm su olacak Ģekilde, oda sıcaklığında içme suyu ile doldurulur. Kısa bir süre için (yaklaģık 5 ila 10

67 57 dakika) 13 ila 67 kpa mutlak basınçta bir vakum uygulanır. Vakum kaldırılıp numune kısa bir süre için (yaklaģık 5 ila 10 dakika) suyun içinde bekletilir. Vakum doygunluğu sonrasında doymuģ, yüzeyi kuru numunenin kütlesi ve emilen suyun hacmi belirlenir. Emilen suyun hacmi boģlukların hacmine bölünerek doygunluk derecesi yüzdesi bulunur. Eğer doygunluk derecesi yüzde 70 ile 80 arasında ise teste devam edilir. Eğer doygunluk derecesi yüzde 70 in altındaysa, koģullandırma prosedürü, daha fazla vakum ve/veya daha uzun süre kullanarak tekrar edilir. Eğer doygunluk derecesi yüzde 80 den fazla ise numune hasarlanmıģtır, test dıģı bırakılır. Bu durumda, bir sonraki numune ile koģullandırma prosedürü, daha az vakum ve/veya daha kısa süre kullanarak tekrar edilir. Vakumla doyurulmuģ numunelerin her birisini sıkı bir Ģekilde bir plastik film ile örtülür. SarılmıĢ olan her bir numune 10±0.5 ml su içeren bir plastik torba içerisine koynur ve torbanın ağzı yapıģtırılır. Numuneleri içeren torbalar en az 16 saat boyunca - 18 ± 3 C ısıda bir buzdolabında bekletilir. Bu iģlem sonunda numuneler 24±1 sa boyunca 60±1 C içme suyu içeren bir küvette bekletilir. Numunelerin yüzeyinde en az 25 mm su olmalıdır. Su küvetinin içerisine yerleģtirilir yerleģtirilmez, her bir numuneyi saran plastik torba ve film çıkartılır. Bu iģlemden sonra 2 sa±10 dk boyunca 25±0.5 C su banyosuna konur. Numunelerin yüzeyinde en az 25 mm su olmalıdır. Suyun sıcaklığının 25 C üzerine çıkmasını engellemek için buz eklemek gerekebilir. Suyun sıcaklığının 25±0.5 C olması için 15 dakikadan daha fazla vakit geçmemelidir. Numuneleri su banyosundan çıkarılır ve teste geçilir. Numune çelik yükleme plakaları arasına yerleģtirilir. Numunenin çapı boyunca yük uygulanması konusunda dikkat edilmelidir. Yük, test makinesinin baģlığının 50 mm/dk bir sabit hareket oranıyla numuneye uygulanır. Test makinesinde gösterilen azami basınç kuvveti kaydedilir ve dikey bir çatlama görününceye kadar yük uygulamaya devam edilir ve deney sonlandırılır (AASHTO T283-07, 2007).

68 58 4. TÜRKĠYE DE FARKLI COĞRAFĠK BÖLGELER ĠÇĠN BĠTÜMLÜ BAĞLAYICILARIN PERFORMANS DERECELERĠNĠN BELĠRLENMESĠ 4.1. Türkiye Uzun Yıllar Sıcaklık Haritaları Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğünden Türkiye deki sıcaklık ölçümü yapan tüm istasyonların ölçüm verileri istenmiģtir. Ölçüm verileri temin edilen istasyonların büyük çoğunluğunun son 25~30 yıllık kayıtları mevcuttur. Ġstasyonların dağılımı ġekil 4.1 de görülmektedir. Bu verilerin içinden özel olarak yazılmıģ bir bilgisayar programı yardımıyla bir maksimum sıcaklık değeri bir de minimum sıcaklık değeri tespit edilmiģtir. Bu değerlere göre uzun yıllar maksimum ve minimum sıcaklık haritaları oluģturulmuģtur. ġekil 4.2 ve 4.3 de görülmektedir. Türkiye nin en uç noktalarında istasyon olmadığından Türkiye haritasının bir kısmı sıcaklık haritalarının dıģında kalmaktadır. Bu haritalar sayesinde Türkiye de görülen maksimum ve minimum sıcaklıkların yöre bazında görsel olarak kıyaslaması yapılabilmektedir. Coğrafi bölgelerimizde değiģik maksimum sıcaklık değerleri ölçülmüģtür. Güneydoğu Anadolu Bölgesinde birbirine yakın ortalama 50 C civarı sıcaklıklar, Ġç Anadolu Bölgesinde ortalama 45 C civarı sıcaklıklar, Doğu Anadolu Bölgesinde Erzurum, Kars, Van civarında maksimum sıcaklık çok yükselmeyip 35 C civarında seyrederken güney kısmında C sıcaklıkları görmektedir. Iğdır Kars a yakın olmasına rağmen 42 C lik maksimum sıcaklık ölçülmüģtür. Akdeniz bölgesinin sahil kesiminde 45 C, iç kesimlerinde C sıcaklıklar görülmektedir. Ege Bölgesinde de genellikle 45 C civarı, Marmara Bölgesinde Uludağ ve çevresinde 31 C, genelinde 40 C nin üstünde değerler ölçülmüģtür. Karadeniz bölgesinin iç kesimlerinde 40 C nin üstünde, sahil kenarında daha düģük değerler görülmektedir. DüĢük sıcaklık haritasını incelediğimizde genellikle sahil kenarlarında çok düģük değerler görülmemekte, buralarda ölçülen değerler -8 ~4 C arasında değiģmektedir. Ġç kesimlerde ise Ġç Anadolu Bölgesinde -35 C ye kadar sıcaklık değerleri görülmüģ, Doğu Anadolu Bölgesinde -43 C ye kadar sıcaklıkların düģtüğü görülmüģtür.

69 ġekil 4.1. Türkiye deki sıcaklık ölçüm istasyonlarının dağılımı 59

70 ġekil 4.2. Türkiye uzun yıllar maksimum sıcaklıklar haritası 60

71 ġekil 4.3. Türkiye uzun yıllar minimum sıcaklıklar haritası 61

72 Türkiye Coğrafi Bölgeleri için PG Bitüm Sınıflandırması Performans esaslı bitümlü bağlayıcıların sınıfının seçimi kaplamanın hizmet edeceği iklim koģulları esas alınarak yapılmaktadır. Bunun için kaplamanın sahip olacağı maksimum ve minimum sıcaklıklara göre bağlayıcı sınıfı seçilmektedir (Cortizo ve ark., 2004). Kaplama yüzeyinden 2 cm alttaki en yüksek kaplama sıcaklığı ve kaplama yüzeyindeki en düģük sıcaklık hesaplanır. Maksimum Kaplama Dizayn Isısı ve Minimum Kaplama Dizayn Isısı Formül 4.1 ve 4.2 ile belirlenmelidir (Superpave Mix Design, 2001); T T min hv 2 T maks ( Th En En 42.2)(0.9545) Burada; T min = Minimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC T maks = 20 mm derinlikte maksimum kaplama dizayn sıcaklığı, ºC T hv = 20 yılın en soğuk günlerinin ortalama sıcaklığı, ºC T h7 = 20 yılın en sıcak 7 günün ortalama sıcaklığı, ºC En = Enlem, derece Bu çalıģmada PG sınıflaması için kullanılan meteoroloji istasyonlarına ait bilgiler Tablo 4.1 de görülmektedir. Formül 4.1 ve 4.2 deki hesaplamaları yapabilmek için istasyonların enlem bilgilerine ihtiyaç vardır. Verilen istasyon bilgileri ve Tablo 4.1 de verilen son 20 yılı kapsayan bir yılda görülen maksimum 7 günlük sıcaklık verileri ortalamaları (T h7 ) ile son 20 yılı kapsayan bir yılda görülen minimum sıcaklık verilerinin ortalamaları (T hv ) kullanılır. T min ve T maks kaplama sıcaklıkları hesaplanır, bu sıcaklıkların Tablo 4.2 deki hangi gruba girdiğine bakılarak hesaplamalar tamamlanır. Türkiye coğrafi bölgeleri için bulunan PG değerlerinin harita olarak gösterimi ġekil 4.4 ve 4.5 dedir. Bağlayıcı seçiminde, kaplamanın hızlı hareket eden yüklere maruz kaldığı kabul edilmektedir. YavaĢ hareket eden ağır trafik yüklerine maruz kaplamalar için seçilen PG grubunun bir üst grubu, duran yükler için ise iki üst grubu (yüksek sıcaklık) projede kullanılacak PG sınıfı bağlayıcı olarak belirlenir. Bitümlü bağlayıcı sınıfının düģük

73 63 sıcaklıkla ilgili değeri değiģmez. YavaĢ hareket eden dizayn yükleri tırmanma Ģeridi, çok eğimli ve ağır trafik yüklerinin olduğu kent dıģı ve kentsel yollar için uygulanabilir. Hareketsiz dizayn yükleri ağır taģıt otoparkları, yükleme-boģaltma platformları, otobüs durakları kavģaklar için uygulanabilir. Karadeniz Bölgesi için PG58-22 sınıf, Marmara Bölgesi için PG58-16 sınıf, Ege Bölgesi için PG64-16 sınıf, Akdeniz Bölgesi için PG64-16 sınıf, Ġç Anadolu Bölgesi için PG64-22 sınıf, Doğu Anadolu Bölgesi için PG70-28, Güneydoğu Anadolu Bölgesi için PG70-10 sınıf bitüm kullanılması gerektiği tespit edilmiģtir.

74 Karadeniz 64 Tablo 4.1. Türkiye coğrafi bölgelerine göre bitümlü bağlayıcıların PG sınıfının seçimi Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Bartın Zonguldak Ġnebolu Sinop Samsun Ordu Giresun Trabzon Rize Hopa Artvin Bolu Düzce Kastamonu Karabük Merzifon Çorum Amasya Tokat/Bölge GümüĢhane Amasra Cide Bozkurt Devrekani Bahçeköy Bafra Ünye Akçaabat Pazar Tosya Osmancık Zile

75 Marmara 65 ġebinkarahisar Turhal Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Edirne Kırklareli Çorlu Tekirdağ Kumköy Sarıyer Ġstanbul/Bölge Kocaeli Sakarya Gökçeada Bozcaada Çanakkale Bandırma Bursa Yalova Bilecik Balıkesir/Bölge Uzunköprü ġile Lüleburgaz Ġpsala Malkara Florya Çınarcık Geyve Gönen Uludağ KeleĢ Dursunbey Bozüyük Burhaniye

76 Ege 66 Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Edremit Kütahya Ayvalık Dikili Akhisar Manisa UĢak Afyonkarahisar/Bölge Ġzmir/Bölge ÇeĢme KuĢadası Aydın Denizli Bodrum Muğla Fethiye Marmaris TavĢanlı Bergama Demirci Simav Gediz Emirdağ Bornova Salihli Bolvadin Selçuk Nazilli Dinar Seferihisar ÖdemiĢ Güney Sultanhisar Milas

77 Akdeniz 67 Acıpayam Köyceğiz Yatağan Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Burdur Isparta/bölge KahramanmaraĢ Antalya/Meydan Alanya Anamur Silifke Mersin Adana/Bölge Ġskenderun Finike KaĢ Yalvaç Manavgat Mut/Mersin Erdemli Ceyhan Senirkent AfĢin Uluborlu Göksun Elbistan Eğirdir Tefenni Kozan Korkuteli Karaisalı Elmalı Dörtyol Kale-Demre GazipaĢa

78 Ġç Anadolu 68 Yumurtalık KarataĢ Samandağ Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Çankırı Sivas EskiĢehir/Anadolu EskiĢehir/Bölge Esenboğa/Meydan Etimesgut/Meydan Ankara/Bölge Kırıkkale Yozgat KırĢehir/Bölge Gemerek Cihanbeyli Aksaray NevĢehir Kayseri/Bölge Konya/Meydan Karaman Ereğli Niğde ÇerkeĢ Ilgaz Kızılcahamam Nallıhan Beypazarı SuĢehri Sorgun Zara Sivrihisar Polatlı Keskin Çiçekdağı

79 Doğu Anadolu Ġç Anadolu 69 Divriği Kulu Boğazlıyan Kangal Yunak PınarbaĢı Ilgın Avanos Ürgüp Develi GölbaĢı SeydiĢehir Çumra/Konya Karapınar Hadim Tomarza Sarız DoğanĢehir UlukıĢla Kaman Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Erzincan Erzurum/Meydan Kars/Bölge Ağrı Iğdır Tunceli Van/Bölge Malatya/Bölge Elazığ/Bölge Bingöl MuĢ Tatvan Hakkari Arpaçay

80 Doğu Anadolu 70 Ġspir Oltu Horasan SarıkamıĢ Tortum Tercan Doğubeyazıt Mazgirt Hınıs Arapkir Ağın ÇemiĢgezek Karakoçan Solhan Varto Malazgirt ErciĢ Muradiye Keban Genç Özalp Maden BaĢkale Yüksekova Ahlat Baskil Sivrice GevaĢ Cizre Palu

81 Güneydoğu Anadolu 71 Bölge Ġstasyon Adı Ġstasyon No Enlem Boylam Yükseklik Thv Th7 ζhv ζh7 Tmin Tmaks PG Siirt Gaziantep Adıyaman ġanlıurfa/bölge Mardin Diyarbakır/Meydan Batman Siverek Ergani Çermik Kahta Samsat Hilvan Nusaybin Islahıye Birecik Ceylanpınar Akçakale

82 ġekil 4.4. Türkiye yüksek PG sınıfı haritası 72

83 ġekil 4.5. Türkiye düģük PG sınıfı haritası 73

84 Tablo 4.2. Yüksek performanslı asfalt kaplama yöntemi bitüm sınıflaması ve uygulanacak deneyler (AASHTO R29-02, 2001) 74

85 75 5. GÖZLEM YOLU Konya-Afyon karayolunun Konya giriģinde bulunan Yazır Mahallesi tramvay durağı mevkiinde bir gözlem yolu yapılmıģtır yılında Konya BüyükĢehir Belediyesi tarafından yolda yenileme çalıģmaları baģlatılmıģtır. Yapılan bu çalıģmalar kapsamında ġekil 5.1 de görülen yol kesiminde tarihinde bir gözlem yolu yapılmıģtır. Yoldaki trafik verileri 2007, 2008, 2009 yılları için Tablo 5.1 de verilmiģtir. YOGT değerinin taģıt cinsine göre dağılımına bakıldığında en yüksek oran otomobillere aittir. Yol yapım çalıģmaları Fermak ĠnĢ. Taah. A.ġ. tarafından yapılmıģtır. Yol yapımında kullanılan asfalt, Selçuklu Belediyesi Asfalt ġantiyesinde üretilmiģtir. ġekil 5.1. Uygulama yeri haritası Tablo 5.1. Konya-Afyon yolu gözlem yolu yapılan kesimdeki trafik sayıları Yol Adı Konya-Afyon Yolu Yıl Kamyon+Römork, Orta Yüklü Toplam Otomobil Otobüs Kamyon Çekici+Yarı Ticari TaĢıt YOGT YOGT YOGT YOGT Römork YOGT taģıt/gün taģıt/gün taģıt/gün taģıt/gün YOGT taģıt/gün taģıt/gün

86 Kullanılan Agreganın Karakteristik Özelliklerinin Belirlenmesi Selçuklu Belediyesi Asfalt ġantiyesinde üretilen asfaltta kullanılan agrega, Konya Karaömerler mevkiindenki taģocaklarından temin edilmiģtir. Agregaların karakteristik özelliklerini belirlemek için Tablo 5.2 de belirtilen deneyler yapılmıģtır ve bulunan sonuçlar aynı tabloda verilmiģtir. Bu malzemelere elek analizi uygulanarak Tablo 3.2 de verilen aģınma Tip-1 Ģartname limitlerine uygun olarak ġekil 5.2 de görülen gradasyon eğrisi belirlenmiģtir. Bu eğriye göre laboratuar ortamında Marshall briketleri hazırlanmak üzere kuru karıģımlar hazırlanmıģtır. Tablo 5.2. Agregalara uygulanan deneyle ve sonuçları Deney Adı Limit Değer Bulunan Değer Ġlgili Standart Los Angeles AĢınma Deneyi Maks. %35 %28.79 TS 3694 TS EN Hava Tesirlerine KarĢı Maks. %10 Dayanıklılık Tayini %8.5 TS 3655 KırılmıĢlık Tayini Min. %60 %99 Su absorbsiyonu Maks. %2.5 Ort. %0.5 TS EN Yassılık Ġndeksi Maks. %35 %22 BS 812 TS 3814 Soyulma Mukavemeti Min. %50 %60 ġekil 5.2. KarıĢımlarda kullanılan agreganın gradasyon eğrisi

87 Kullanılan Bitümlü Bağlayıcının Karakteristik ve Performans Özelliklerinin Belirlenmesi Selçuklu Belediyesi Asfalt ġantiyesinde 2007 yılındaki sıcak asfalt üretimlerinde Fermak ĠnĢ. Taah. A.ġ. tarafından Mısır dan ithal edilen 50/70 penetrasyon dereceli bitüm kullanılmıģtır. Bu çalıģma için aynı bitüme %4 ve %5 oranlarında SBS ilave ederek modifiye bitüm yapılmıģtır. Katkısız ve modifiye bitümlere karakteristik ve performans özelliklerini tespit etmek için geleneksel deneyler ve Superpave deneyleri uygulanmıģtır. Uygulanan deneyler ve bulunan sonuçlar Tablo 5.3 de verilmiģtir. Katkısız bitümün PG58-22, %4 SBS katkılı bitümün PG70-16, %5 SBS katkılı bitümün PG76-16 performans sınıfında olduğu belirlenmiģtir. Tablo 5.3. Bitümlere uygulanan deney sonuçları Deney Adı Bulunan Değer Ġlgili Standart Saf Bit. %4 Mod. Bit. %5 Mod. Bit. Penetrasyon deneyi TS118 EN 1426 YumuĢama noktası deneyi TS120 EN 1427 KarıĢtırma Sıcaklığı Tespiti Parlama Noktası 260+ Brookfield Viskozite Viskozitesi Kayma Gerilmesi ASTM D 4402 Dinamik Kayma Yenilme Sıcaklığı TS EN Reometresi Sınıfı AASHTO T315 Dönmeli Ġnce Film Etüvü Deneyi (RTFOT) Sonucu YaĢlandırılmıĢ Bitüm Deneyleri (EN ve AASHTO T240) Kütle Kaybı AASHTO T240 Dinamik Kayma Yenilme Sıcaklığı TS EN Reometresi Sınıfı AASHTO T315 Basınçlı YaĢlandırma Kabı (PAV) ile YaĢlandırılmıĢ Bitüm Deneyleri (TS EN ve AASHTO R28-02) Sıcaklık S ASTM D 6648 Eğilme KiriĢi -6 m TS EN Reometresi s AASHTO T m Bitüm PG Sınıfı PG PG PG AASHTO M320

88 BĠTÜMLÜ BAĞ. ORANI (%) DÜZELTĠLMĠġ STABĠLĠTE ORT. KÜÇÜK BĠRĠM AĞIRLIK Vb/VMA BoĢluk Oranı VMA DÜZELTĠLMĠġ AKMA Marshall Yöntemi Ġle Optimum Bağlayıcı Oranı Tespiti Bağlayıcı oranlarının tespitine baģlamadan önce hazırlanacak karıģımlarda kullanılacak karıģtırma sıcaklıkları belirlenmiģtir. YumuĢama noktası ve penetrasyon derecesi değerlerine göre katkısız bitüm için 160 C, %4 SBS katkılı bitüm için 180 C ve %5 SBS katkılı bitüm için 185 C sıcaklıklarında karıģımların hazırlanmasına karar verilmiģtir. Marshall yöntemine göre değiģik bitüm oranlarında katkısız bitüm, %4SBS katkılı ve %5 SBS katkılı modifiye bitümlerle karıģımlar hazırlanarak üç farklı bitüm için en uygun bitüm oranları tespit edilmiģtir. Tablo 5.4. Katkısız bitüm karıģımları Marshall sonuçları , , , , Tablo 5.5. Katkısız bitüm en uyun bağlayıcı oranı Maksimum stabilite için 3.95% Ort. Küçük Bir. Ağ. Ġçin 5.30% %4 boģluk için 3.95% min VMA için 3.72% Vb/VMA %80 için 4.57% Katkısız bitümlü karıģım bitüm oranı %4.30 ve Akma 4.61

89 79 ġekil 5.1. Katkısız bitüm Marshall grafikleri ġekil 5.3. Katkısız bitüm Marshall grafikleri

90 BĠTÜMLÜ BAĞ. ORANI (%) DÜZELTĠLMĠġ STABĠLĠTE ORT. KÜÇÜK BĠRĠM AĞIRLIK Vb/VMA BOġLUK ORANI VMA DÜZELTĠLMĠġ AKMA 80 Tablo 5.6. %4 SBS katkılı modifiye bitüm karıģımları Marshall sonuçları , , , Tablo 5.7. %4 SBS katkılı modifiye bitüm en uyun bağlayıcı oranı Maksimum stabilite için 3.79% Ort. Küçük Bir. Ağ. Ġçin 5.00% %4 boģluk için 4.33% min VMA için 4.99% Vb/VMA %80 için 4.59% %4 SBS katkılı bitümlü karıģım bitüm oranı %4.54 ve Akma 4.83

91 ġekil 5.4. %4 SBS katkılı bitüm Marshall grafikleri 81

92 BĠTÜMLÜ BAĞ. ORANI (%) DÜZELTĠLMĠġ STABĠLĠTE ORT. KÜÇÜK BĠRĠM AĞIRLIK Vb/VMA BOġLUK ORANI VMA DÜZELTĠLMĠġ AKMA 82 Tablo 5.8. %5 SBS katkılı modifiye bitüm karıģımları Marshall sonuçları , , , Tablo 5.9. %5 SBS katkılı modifiye bitüm en uyun bağlayıcı oranı Maksimum stabilite için 3.58% Ort. Küçük Bir. Ağ. Ġçin 5.61% %4 boģluk için 4.76% min VMA için 5.07% Vb/VMA %80 için 5.15% %5 SBS katkılı bitümlü karıģım bitüm oranı %4.80 ve Akma 5.23

93 ġekil 5.5. %5 SBS katkılı modifiye bitüm Marshall grafikleri 83

94 Dolaylı Çekme Deneyi Sonuçları ġekil 5.6 da görülen her sınıf karıģım için 8 er tane Marshall briketlerine dolaylı çekme deneyi uygulanmıģtır. Dolaylı çekme deneyi sonuçları Tablo 5.10 da verilmiģtir. Deney sonuçlarının grafiksel gösterimi ġekil 5.7 de görülmektedir. KoĢullu ve koģulsuz dolaylı çekme deneyi sonuçlarının ikisinde de en düģük değerler katkısız bitümlü grupta, en yüksek değerler de %5 SBS katkılı grupta görülmüģtür. ġekil 5.6. Marshall briketleri ġekil 5.7. Dolaylı çekme deneyi grafiği