Bituminous Mixes. Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

Transkript

1 Bituminous Mixes Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN

2 Hot Mix Asphalt (HMA) (Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK)), Both bitumen and gregates are heated up to certain temperature and mixed in certain amounts inside the asphalt HMA are used in: - Wearing course - Binder - Bitümlü temel tabakalarında kullanılır.

3 Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK) Hot Mix Asphalt (HMA) (Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK)), Both bitumen and gregates are heated up to certain temperature and mixed in certain amounts inside the asphalt plant. It is used in - Wearing course - Binder course - Bituminous base course

4 Production of Bituminous Mixes

5 Expectations from HMA - Surface should be smooth enough for comfort, but has enough friction for safety. - It should stand for both traffic and enviromental factors without loosing its strength - It should stand for deformations - It should have flexible enough for elastic deformations.

6 - It should transmit the wheel load to lower layers without rutting - It has enough shear strength at curves and step longituditional slopes. - It should prevent the leake of surface water to base layer and subgrade. - It has enough fatigue life (yorulma) of repeated load application of heavy vehicles.

7 Quality of the mix depends on: - Type of bitumen - Rate of bitumen - Aggregate type and amount - Construction conditions

8 Stability Stability and strength are related to each other and represents the mix property ainst deformation due to wheel loading. If the stability is low, the deformation will be higher under traffic loading. If the stability is too high, the deformation will be lower, but it wil be brittle which is also unwanted situation.

9 Toughness (Dayanıklılık) The mix should stand for changes in traffic loading, water, weather and temperature. - Ageing - Breake of particles - Stripping (sökülme) of particles from the surface

10 Toughness increase depends on: level) -More Bitumen content in the mix (up to optimum -High viscoity bitumen (low penetration value) -Higher adhesive properties of bitumen -Good compaction -Dense grading If the above conditions are met, imperviousness increase and less air and water enter inside the pavement, therefore better toughness.

11 Flexibility Flexibility properties of bituminous mixes affects the settlements in the base layer and subgrade in long term. If the mix flexes under the load, there will not be plastic deformation under the surface. If the surface has not got enough flexibility, the surface cracks. Factors affecting flexibility: - Rate of mineral filler and bitumen in the mix. - State of bitumen (solid, semi solid, liquid). - Sensitivity of bitumen ainst temperature.

12 Marshall Stability Test It is a compression test to determine: -Optimum bitumen content -Void ratio - Void ratio filled with the bitumen in the mix Sample Preparation and Test Procedure - Approximately 1200 gr gregate is heated in the oven at 185 oc. - Bitumen is heated in the oven at 120 oc. Different ratio of bitumen content is added to heated gregate starting from % to 6-7 % with increments of 0.5 %. - Aggegate and bitumen are mixed and compacted using Marshall hammer. For each face of the sample 50 or 75 weight drops are applied. - The compacted sample dimensions: Dimater mm, the height approximately 64 mm. The compacted samples are kept in the room for a night.

13 The sample is left in the water bath at 60 o C for an hour. The sample is placed on the Marshall stability test device The compressive load is increased until the sample failure When the sample fails, the load and deformation is read out and recorded. The load at the failure is called «stability» and the deformation is called «flow»

14 Mix and Compaction Temperature Viscocity: viskozite; compaction range: sıkıştırma bölgesi; mixig range: karıştırma bölgesi; temperature: sıcaklık

15 Sample mould Marshall hammer for compaction Compacted sample

16 Automatic compacter

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

18 Su Banyosu Akma Değeri Okuyucu (dial gauge)

19 Load cell Yük hücresi Akma (çökme) Deformasyon Sample loading jaws Marshall Test Equipment

20 Density and Bitumen Content (Hesapla bulunan) Density (g/cm 3 ) Bitumen content %

21 Stability and Bitumen Content (Deney sonucu) Stability (kg) Bitumen %

22 Void ratio % Void ratio and Bitumen Content (hesapla bulunan) şartname Bitumen %

23 Bağlayıcı ile dolu rega boşluğu % (hesapla bulunan) Void Filled with bitumen and specification şartname %Asfalt

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

25 Akma (mm) (deney sonucu) The optimum bitumen content is checked with the flow value in the specification %Asfalt

26 Analysis of Mashall Samples Bituminous mixtures are designed considering the density and void ratio. Void ratio (V) is the space between gregates surrounded with bitumen film. Void ratio of the compacted sample is calculated from theoritical and measured densities from the site. Maximum theoratical density (D) is the unit weight of the sample without any void.

27 Component Diram

28

29

30 Bulk Specific Gravity

31 Apparent Specific Gravity

32 Effective Specific Gravity

33 Comparison Specific Gravities

34

35

36

37

38 Mathematical Equations

39

40

41

42

43

44

45

46

47

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

49 : Agrega Karışımının Özgül Ağırlığı P P2 2 P 3 3 P 1 =İri reganın ağırlıkça yüzdesi, P 2 =İnce reganın ağırlıkça yüzdesi P 3 =Mineral fillerin ağırlıkça yüzdesi 1 = İri reganın özgül ağırlığı, 2 = İnce reganın özgül ağırlığı, 3 =Mineral fillerin özgül ağırlığı. w 1 :İri rega ağırlığı, w 2 :İnce rega ağırlığı, w 3 :Filler ağırlığı olmak üzere: P 1 = w 1 w w 1 2 w 3

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

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

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

53 V =Sıkışmış bitümlü karışımdaki reganın hacimce yüzdesi V P * d V v ( v v v) b 100 v M V M ( v v v) b 100

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

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

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

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

58 Mix Temperatures(KTŞ,2013)

59 Mix Placement Temperature (KTŞ,2013)

60 Asphaltic Concrete Specificarion (KTS,2013)

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

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

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

64 , olarak bulunur P P 100 D b b D d D 100 V lab lab D d D 100 V yol yol

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

76