FARKLI MODĠFĠYE KATKILARLA HAZIRLANAN POROZ ASFALT KARIġIMLARIN PERFORMANSININ ĠNCELENMESĠ. Onur ÖZAY

Transkript

1 i FARKLI MODĠFĠYE KATKILARLA HAZIRLANAN POROZ ASFALT KARIġIMLARIN PERFORMANSININ ĠNCELENMESĠ Onur ÖZAY YÜKSEK LĠSANS TEZĠ TRAFĠK PLANLAMASI VE UYGULAMASI GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ġubat 2011 ANKARA

2 ii Onur ÖZAY tarafından hazırlanan FARKLI MODİFİYE KATKILARLA HAZIRLANAN POROZ ASFALT KARIŞIMLARIN PERFORMANSININ İNCELENMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Yrd. Doç. Dr. Ebru Arıkan ÖZTÜRK Tez Danışmanı, Gazi Meslek Yüksek Okulu.. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Trafik Planlaması ve Uygulaması Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Ayhan İNAL İnşaat Mühendisliği Ulaştırma Anabilim Dalı, ODTÜ.. Yrd. Doç. Dr. M. Kürşat ÇUBUK İnşaat Mühendisliği Ulaştırma Anabilim Dalı, Gazi Ünv... Yrd. Doç. Dr. Ebru Arıkan ÖZTÜRK Tez Danışmanı, Gazi Meslek Yüksek Okulu.. Tarih: 01/02/2011 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü..

3 iii TEZ BĠLDĠRĠMĠ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Onur ÖZAY

4 iv FARKLI MODĠFĠYE KATKILARLA HAZIRLANAN POROZ ASFALT KARIġIMLARIN PERFORMANSININ ĠNCELENMESĠ (Yüksek Lisans Tezi) Onur ÖZAY GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ġubat 2011 ÖZET Günümüzde yağıģın yoğun olduğu karayollarında, yol yüzeyine gelen yağıģ suyunun güvenli ve hızlı Ģekilde yol yüzeyinden uzaklaģtırılması, önemli bir trafik güvenliği problemi olarak karģımıza çıkmaktadır. YağıĢlı havalarda, yol yüzeyinde oluģan su birikintileri, araç tekerleklerinin yol ile bağlantısını kesebilmekte, sürücülerin direksiyon hakimiyetini kaybetmesine sebep olarak kazalara neden olabilmektedir. Bitümlü Sıcak KarıĢım (BSK) kaplamanın en üst yüzeyini oluģturan aģınma tabakasında yaygın Ģekilde kullanılan Asfalt Betonu ve TaĢ Mastik Asfalt AĢınma karıģımlarında, yol yüzeyine gelen yağmur suyu, yol yüzeyine verilen enine/boyuna eğim ile uzaklaģtırılır. Fakat yağıģın yoğun olduğu durumlarda bu eğimler, suyun uzaklaģtırılması için yeterli olamamaktadır. Poroz Asfalt kaplamalar, sahip oldukları yüksek boģluk oranı ile yol yüzeyine gelen suyu asfalt kaplama içerisine alır, yol yüzeyine verilen enine/boyuna eğimler ile suyun kaplama yüzeyinden uzaklaģtırılmasını sağlar. Bununla birlikte, sahip olduğu yüksek boģluk oranı ile tekerlek ve yol yüzeyi arasında oluģan sürtünme kaynaklı gürültünün büyük kısmının yol yüzeyi tarafından emilmesini sağlayarak, gürültü probleminin azaltılmasına da yardımcı olur. Poroz asfalt kaplamalar, sahip olduğu kesikli gradasyon sayesinde kaymaya karģı direnci arttırır. Bu tez çalıģmasında, modifiye bitümler ile hazırlanan Poroz Asfalt KarıĢımların performansı incelenerek, Poroz Asfalt KarıĢımların hangi trafik ve iklim koģullarında kullanılmasının

5 v uygun olacağının belirlenmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla; Marshall yöntemi ile Ankara Yapracık bazalt taģocağı agregası kullanılarak Poroz Asfalt KarıĢım Dizaynı hazırlanmıģtır. Kırıkkale 50/70 bitümden, MD243 SBS(Stiren- Bütadiyen-Stiren) ve TPS(TafPack-Super) katkıları kullanılarak hazırlanan modifiye bitümlere, modifiye bitüm teknik Ģartnamesinde yer alan bağlayıcı deneyleri yapılmıģtır. %7,5 oranında MD243 SBS katkı ve %14 oranında TPS katkı kullanılarak hazırlanan Poroz Asfalt karıģımlarına; tekerlek izinde oturma, indirekt çekme mukavemeti, permeabilite, bitüm süzülme, parça kaybı(cantabro), soyulma ve tekrarlı yükler altında yorulmaya karģı dayanım deneyleri yapılmıģ, bu deney sonuçlarından elde edilen veriler kullanılarak Poroz Asfalt karıģımların performansı incelenmiģtir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Poroz asfalt, boģluk oranı, katkı, modifiye bitüm Sayfa Adedi : 121 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç. Dr. Ebru Arıkan ÖZTÜRK

6 vi INVESTIGATION OF POROUS ASPHALT MIXTURES PREPARED WITH DIFFERENT MODIFYING ADDITIVES (M.Sc. Thesis) Onur ÖZAY GAZĠ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY February 2011 ABSTRACT Safe and quick discharge of the water from the road surface has always been the most important problem regarding the traffic safety on the highways, where intense precipitation is observed. The water pools that occur on the road surface during heavy rains can easily lead to accidents by means of the disconnection of wheels with the road surface causing the driver to lose steering ability. For the asphalt concrete and stone mastic asphalt wearing courses which form the uppermost level of the hot bituminous mixtures, rain water is discharged from the surface by means of the longitudinal/horizontal slopes. However, in locations where heavy rains are observed, such slopes fail to be sufficient to discharge the rainwater. Due to the high void content of the porous asphalt, the inflowing surface water is discharged through the pavement by means of the longitudinal / horizontal slopes. Apart from all these, it provides substantial absorption of the frictional noise caused by the contact between the road surface and the wheels by reducing noise wise problems. It improves the strength against shear due to its gap gradation. In this study, the performances of the porous asphalt mixtures prepared by different modified bitumenes in means of applicability under different climatic and traffic conditions are investigated. For this purpose, a Porous Asphalt Mix Design has been prepared using Marshall Design methodology with basalt aggregate of Yapracık rock quarry, Ankara.

7 vii The modified bitumen prepared by using MD243 SBS (Styrene-Butadiene- Styrene) and TPS (TafPack Super) additives from Kırıkkale 50/70 bitumen, were tested binder wise in accordance with the technical specification for modified bitumen. The porous asphalt mixtures prepared with the addition of MD243 SBS and TPS additives at a proportion of 7,5 % and 14 % respectively, were tested in means of rutting, indirect tensile strength, permeability, bitumen drain down, cantabro, stripping, fatigue tests and their performance has been examined using the data obtained during the tests. Science Code : Key Words : Porous asphalt, void content, additive, modified bitumen Page Number : 121 Adviser : Yrd. Doç. Dr. Ebru Arıkan ÖZTÜRK

8 viii TEġEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren değerli hocam Yrd.Doç.Dr. Ebru Arıkan ÖZTÜRK e, akademik çalışmalara daima destek veren Araştırma ve Geliştirme Dairesi Başkanı Sayın Münevver ATASARAL a, destek ve teşviklerini esirgemeyen Üstyapı Şubesi Müdürü Sayın A.Gürkan GÜNGÖR e, kıymetli tecrübelerinden sürekli yararlandığım ve çalışmalarımda yol gösteren Bitümlü Karışımlar Laboratuvar Şefi Sayın Fatma ORHAN a, laboratuarda görevli tüm çalışma arkadaşlarıma ve manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan ve her konuda destekleyen anneme ve babama en içten teşekkürlerimi sunarım.

9 ix ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR...viii İÇİNDEKİLER....ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xiv RESİMLERİN LİSTESİ...xvi SİMGELER VE KISALTMALAR...xviii 1. GİRİŞ YOL GÖVDESİ VE ÜSTYAPI TABAKALARIYLA İLGİLİ GENEL BİLGİLER Yol Gövdesi Üstyapının Görevleri Rijit ve Esnek Üstyapılarda Yük Dağılımı Karayolu Üstyapı Tabakaları Alttemel Temel Kaplama Tabakası Rijit kaplama Esnek kaplamalar Bitümlü Sıcak Karışım (BSK) Bitümlü Kaplamalarda Kullanılan Agregalar Bitümlü Kaplamalarda Kullanılan Bitüm ve Özellikleri

10 x Sayfa Bitümün kimyasal yapısı Bitümün davranışı Bitümün yüksek sıcaklık davranışı Bitümün düşük sıcaklık davranışı Bitümün normal sıcaklık koşullarında davranışı Yaşlanmış bitümün davranışı Bitümlerin özelliklerinin belirlenmesi ve sınıflandırılması Superpave Bağlayıcı Standartları Polimer Modifiye Bitümler(PMB) SBS in yapısı SBS in bitümle karıştırılması POROZ ASFALT KARIŞIMLARIN ÖZELLİKLERİ Poroz Asfalt Karışımlar Poroz Asfalt Karışımların Gradasyon Eğrisi ve Diğer Asfalt Karışım Gradasyon Eğrileri ile Karşılaştırılması Poroz Asfalt Kullanımının Amaçları Poroz Asfalt Karışımlarda Karşılaşılan Problemler ve Çözüm Yolları Yaşlanma Soyulma ve sökülme Düşük başlangıç kayma direnci Tuzun yol yüzeyinden uzaklaşması Zamanla boşluk oranının düşmesi Bağlayıcının süzülmesi... 36

11 xi Sayfa 3.5. Poroz Asfalt Karışımların Park Alanlarında Kullanılması YAPILAN DENEYLER VE KULLANILAN DENEY CİHAZLARI Bitüm Süzülme Deneyi Bitüm süzülme deneyinin yapılışı Yoğurmalı Sıkıştırıcı-Gyratory Compactor Sudan Kaynaklanan Bozulmalara Karşı Direnç Deneyi İÇM deneyinin yapılışı Tekerlek İzinde Oturma Tayini Deneyi (Rutting) Tekerlek izinde oturma tayini deneyinin yapılışı Tekrarlı Yükler Altında Yorulmaya Karşı Direnç Dayanımı (Fatigue) Tekrarlı yükler altında yorulmaya karşı direnç deneyinin yapılışı Parça Kaybı(Cantabro) Deneyi Parça kaybı(cantabro) deneyinin yapılışı Permeabilite Deneyi Düşey ve yatay permeabilite deneylerinin yapılışı Düşey permeabilite deneyinin yapılışı Yatay permeabilite deneyinin yapılışı Soyulma Deneyi Soyulma deneyinin yapılışı DENEYSEL ÇALIŞMADA KULLANILAN MALZEMELER VE ÖZELLİKLERİ Agrega Agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri... 64

12 xii Sayfa 5.2. Karışım Gradasyonu Bitümlü Bağlayıcı Modifiye Bitüm Üretiminde Kullanılan Katkı Malzemeleri Kraton MD 243 SBS TafPack-super(TPS) TPS VE MD 243 KATKILARIYLA HAZIRLANAN KARIŞIMLARA UYGULANAN DENEYLERİN SONUÇLARI Marshall Metoduyla Dizayn Karışım Dizaynının Hazırlanması Bitüm Süzülme Deneyi Sonuçları Sudan Kaynaklanan Bozulmalara Karşı Direnç Deneyi Sonuçları Tekerlek İzinde Oturma Tayini Deneyi sonuçları Tekrarlı Yükler Altında Yorulmaya Karşı Direnç Dayanımı Deneyi Sonuçları Parça Kaybı (Cantabro) Deneyi Sonuçları Permeabilite Deneyi Sonuçları Soyulma Deneyi Sonuçları MD 243 ve TPS Katkılarıyla Hazırlanan Poroz Asfalt Karışımların Maliyetlerinin Karşılaştırılması SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER EK-1. Bitüm süzülme deneyi sonuçları EK-2. Sudan kaynaklanan bozulmalara karşı direnç deneyi sonuçları EK-3. Tekerlek izinde oturma deneyi sonuçları EK-4. Tekrarlı yükler altında yorulmaya karşı direnç dayanımı deneyi sonuçları ÖZGEÇMİŞ

13 xiii ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Temel ve alttemel tabakaları gradasyon limitleri... 8 Çizelge 2.2. Temel ve alttemel malzemeleri şartname limitleri... 9 Çizelge 2.3. Bitümlü sıcak karışım tabakalarının gradasyon limitleri Çizelge 2.4. Dört asfalt çimentosunun kimyasal bileşimi Çizelge 2.5. Superpave bağlayıcı deney aletleri ve amaçları Çizelge 2.6. Modifiye bitümlerde kullanılan ana kimyasal katkılar Çizelge 2.7. Türkiye de kullanılan modifiye bitüm sınıfları Çizelge 3.1. Bazı ülkelerin 2007 yılında poroz asfalt üretim miktarları Çizelge 5.1. Kullanılan agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri Çizelge 5.2. Kullanılan poroz asfalt gradasyonu ve gradasyon limitleri Çizelge 5.3. B50/70, MD 243 ve TPS katkılarıyla hazırlanmış modifiye bitümlere ait deney sonuçları Çizelge 6.1. Dizayn değerlerinin seçilmesi Çizelge 6.2. Schellenberger bitüm süzülme deneyi sonuçları Çizelge 6.3. İÇM deneyi sonuçları Çizelge 6.4. TİO deneyi sonuçları Çizelge 6.5. Tekrarlı yükler altında yorulmaya karşı direnç dayanımı deneyi sonuçları Çizelge 6.6. Parça kaybı deneyi sonuçları Çizelge 6.7. Düşey ve yatay permeabilite deneyi sonuçları Çizelge 6.8. Soyulma deneyi sonuçları Çizelge 6.9. Maliyet analizi... 87

14 xiv ġekġllerġn LĠSTESĠ ġekil Sayfa Şekil 2.1. Rijit üstyapı kesiti....3 Şekil 2.2. Esnek üstyapı kesiti....4 Şekil 2.3. Yarı-rijit üstyapı kesiti....4 Şekil 2.4. Rijit ve esnek üstyapılarda yük dağılımı....5 Şekil 2.5. Dünyada kullanılan belli başlı üstyapı tabakaları....6 Şekil 2.6. Derzli beton yol üstten ve yandan görünüşü Şekil 2.7. Derzli donatılı beton yol üstten ve yandan görünüşü Şekil 2.8. Sürekli donatılı beton yol üstten ve yandan görünüşü Şekil 2.9. Agrega dane yüzey yapısı Şekil Agrega dane gözenekliliği Şekil Asfalt çimentosunun sıcaklık ve zamana bağlı akış davranışı Şekil Bitüm molekül tabakalarının birbiri üzerinden kayışı Şekil Yay ve sönüm kutusu ile viskoelastik davranış modellemesi Şekil SBS in yapısı Şekil SBS ile modifiye edilmiş bitüm üretiminde kullanılan değirmen Şekil 3.1.Poroz asfalt kaplamadan yağış sularının uzaklaştırılması Şekil 3.2. Poroz asfalt, taş mastik asfalt ve geleneksel asfalt karışımların malzeme kompozisyonu Şekil 3.3. Poroz asfalt, taş mastik asfalt ve geleneksel asfalt karışımların gradasyon eğrilerinin karşılaştırılması Şekil 3.4. Geleneksel aşınma tabakası ve poroz asfalt kaplama tabakasının ıslaklıkla sürtünme katsayısı değişimi Şekil 3.5. Kırmataş park alanı kesiti... 38

15 xv ġekil Sayfa Şekil 4.1. İÇM numunesine yük uygulanması Şekil 4.2. TİO tayini numunelerinin deformasyon ölçüm noktaları Şekil 4.3. Yorulma deney aleti çalışma prensibi Şekil 5.1. Kullanılan poroz asfalt gradasyonu ve gradasyon limitleri eğrisi Şekil 6.1. Dp ve boşluk oranının bitüm oranına bağlı değişimi Şekil 6.2. Cantabro kaybı ve boşluk oranının bitüm oranına bağlı değişimi Şekil 6.3. MD 243 katkı ile hazırlanmış numunenin TİO deneyi sonucu Şekil 6.4. TPS katkı ile hazırlanmış numunenin TİO deneyi sonucu Şekil 6.5. TPS ve MD 243 katkılarının TİO deneyi sonuçlarının karşılaştırılması Şekil birim deformasyonda TPS ve MD 243 katkılarla hazırlanan numunelerin rijitlik değişimi ve sönümlenen enerji Şekil birim deformasyonda TPS ve MD 243 katkılarla hazırlanan numunelerin rijitlik değişimi ve sönümlenen enerji Şekil birim deformasyonda TPS ve MD 243 katkılarla hazırlanan numunelerin rijitlik değişimi ve sönümlenen enerji Şekil 6.9. Birim deformasyon değişimine bağlı olarak MD 243 ve TPS katkıları ile üretilen numunelerin yük tekrar sayıları Şekil Birim deformasyona değişimine bağlı olarak MD 243 ve TPS katkıları ile üretilen numunelerin deney sonu kalan rijitlik yüzdeleri.. 83

16 xvi RESĠMLERĠN LĠSTESĠ Resim Sayfa Resim 2.1. Derzli beton yol Resim 2.2. Sürekli donatılı beton yol Resim 3.1. Poroz asfalt kaplama yol yüzeyi Resim 3.2. Poroz asfalt park alanı yapım aşamaları Resim 4.1. Poroz asfalt karışımın hazırlanması, cam beherlerin tartımı Resim 4.2. Karışımın 1 saat 170 o C de bekletilmesi Resim 4.3. Karışımın cam beherden boşaltılması Resim 4.4. Bitüm süzülme deneyi sonrası cam beherler Resim 4.5. Yoğurmalı sıkıştırıcı Resim 4.6. Yoğurmalı sıkıştırıcıda hazırlanan numunenin kalıptan çıkarılması Resim 4.7. İÇM deneyinde kullanılan yükleme cihazı Resim 4.8. İÇM numuneleri a)briketlerin desikatörde doygun hale getirilmesi, b)poşetlenmiş numuneler Resim 4.9. TİO tayini cihazı numune sıkıştırıcısı Resim TİO tayini cihazı Resim TİO deneyi için hazırlanan numuneler Resim TİO deneyi sonrası numunelerin durumu Resim ,5 x 40 x 5 cm boyutlarında sıkıştırılmış bitümlü sıcak karışım Resim a) Yorulma deney aleti numune sıkıştırıcısı, b)yorulma deney aleti. 53 Resim cm x 40 cm x 5 cm boyutlarında fatigue numuneleri Resim Parça kaybı (Cantabro) deneyi için hazırlanan numuneler Resim Parça kaybı (Cantabro) deneyi sonrası numuneler... 57

17 xvii Resim Sayfa Resim Düşey ve yatay permeabilite deneyi için hazırlanan numuneler Resim Düşey permeabilite deney düzeneği Resim Yatay permeabilite deney düzeneği Resim Yatay permeabilite deney numunesi hazırlanması Resim Soyulma deneyi numuneleri Resim 5.1. Permeabilite deney numunesi tartım örnekleri Resim 5.2. Cantabro ve İÇM deney numunesi tartım örnekleri Resim 5.3. MD Resim 5.4. TPS (Taf-Pack Super) Resim 5.5. Modifiye bitüm üretimi Resim 6.1. Karışım hazırlama mikseri ve marshall tokmağı... 74

18 xviii SĠMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama D Numune Çapı, cm Dp Hacim özgül ağırlık db Desibel G* Kompleks kesme modülü Gef Agreganın efektif özgül ağırlığı Gsb Agreganın hacim özgül ağırlığı h Su kolonu yüksekliği, m K v K h l m Düşey permeabilite değeri, m/sn Yatay permeabilite değeri, m/sn Numune yüksekliği, m m-değeri PK Parça kaybı değeri, % Q v Q h S Düşey akış oranı, m 3 /sn Yatay akış oranı, m 3 /sn Sünme sertliği, MPa St Çekme mukavemeti, kg/cm 2 t Numune kalınlığı, cm V Hacim, m 3 W 1 W 2 İlk numune ağırlığı, gr Deney sonrası numune ağırlığı, ge Kısaltmalar Açıklama B Bitüm

19 xix Kısaltmalar Açıklama BBR BS BSK ÇBGT DSR DTT EAPA EN ĠÇM KTġ KGM PAV PMB PMT RTFO RV SBS SHRP TC TPS TS TĠO TMA Beam bending reometer British Standart Bitümlü sıcak karışım Çimento bağlayıcılı granüler temel Dynamic shear reometer Direct tension test European Asphalt Pavement Association European Norm İndirekt çekme mukavemeti Karayolları Teknik Şartnamesi Karayolları Genel Müdürlüğü Pressure ageing vessel Polimer modifiye bitüm Plentmiks temel Rolling thin film oven Rolling viscosimeter Styrene-Butadiene-Styrene Strategic Highway Research Program Türkiye Cumhuriyeti Taf-Pack super Türk Standartları Tekerlek izinde oturma Taş mastik asfalt

20 1 1. GĠRĠġ Karayollarının en üst tabakası olan aşınma tabakası performansının, meydana gelen kazalarda etkin rol oynadığı uzmanlar tarafından bilinmektedir. Aşınma tabakası olarak kullanılan Poroz Asfalt, sahip olduğu trafik güvenliğini arttırıcı özelliklerle meydana gelen kazaların azaltılmasında etkin bir rol üstlenmektedir. Poroz asfalt karışımlar, yağmur suyunun yol yüzeyinde birikmesini engelleyerek araç tekerlerinin su filmi üzerinde kızaklanmasının önüne geçer. Buna ek olarak, poroz asfalt karışımlar, yağışlı havalarda kaplama üzerinde su birikmesine engel olarak, araç tekerlerinin daha az su sıçratmasını sağlar. Böylece, sürücülerin görüş mesafesinin kısıtlanması önlenir. Yol yüzeyinde azalan su filmi sayesinde, ışıkların geceleri yol yüzeyinden yansımasının önüne geçilir. Yol yüzeyindeki bu iyileşmeler, sürücülerin çabuk yorulmalarını önleyerek trafik güvenliğine katkı sağlar. Çevrenin önem kazandığı günümüz toplumlarında, gürültü kirliliği büyük bir çevre sorunu olarak görülmektedir. Gürültünün insanlarda davranış bozukluklarına, aşırı sinirliliğe, strese neden olduğu; iş verimliliğini düşürdüğü, konsantrasyon bozukluklarına neden olduğu bilinmektedir. Poroz Asfalt karışımlar, sahip oldukları boşluklu yapı sayesinde, trafik gürültüsünün %25-%50 azaltılmasını sağlayarak günümüz kentlerinin çevre sorunlarından biri olan gürültü probleminin çözülmesine de katkı sağlamaktadır. Ayrıca; Poroz Asfalt kaplamalarla oluşturulan araç park alanları sayesinde, yağıştan kaynaklanan yüzey sularının çevreye duyarlı şekilde yol yüzeyinden uzaklaştırılması, yer altı sularının beslenmesi ve alt yapı harcamalarının azaltılması mümkündür. Yukarıda kısaca bahsedilen trafik güvenliğini arttırıcı, trafik gürültüsünü azaltıcı ve yağış sularını çevreye duyarlı şekilde yol yüzeyinden uzaklaştırıcı özellikleri düşünüldüğünde, Poroz Asfalt karışımların önemi ön plana çıkmaktadır. Bu yüksek lisans tez çalışmasında; Poroz Asfalt Karışımların üretiminde 2 farklı katkı kullanılmış, bu katkılarla üretilen karışımlara yapılan deneylerden yola

21 2 çıkılarak, iki karışımın performansları karşılaştırılmıştır. Henüz Türkiye de uygulaması olmayan Poroz Asfalt karışımların ülke şartları içinde uygulanabilirliğinin sağlanmasının ve bu yönde çalışmalar yapılmasının gerekli olduğu düşünülmektedir. Yapılan tez çalışmasının, poroz asfalt karışımlarla ilgili yapılacak çalışmalara fayda sağlayacağı ve gelecekte bu karışımların Türkiye de uygulanması yönünde bir adım olacağı düşünülmektedir. Çalışmanın ikinci bölümünde yol gövdesi ve üstyapı tabakaları ile ilgili genel bilgiler, üçüncü bölümde poroz asfalt kaplamaların özellikleri ve yapısı, dördüncü bölümde deneysel çalışmada kullanılan cihazlar ve gerçekleştirilen deneyler verilmiştir. Beşinci bölümde deneysel çalışmada kullanılan TPS ve MD 243 katkılar ile kullanılan agregaların özellikleri, altıncı bölümde TPS ve MD 243 katkılar kullanılarak hazırlanan poroz asfalt karışımlara uygulanan deneylerin sonuçları ve sonuçların yorumlanması, yedinci ve son bölümde ise sonuç ve öneriler verilmiştir.

22 3 2. YOL GÖVDESĠ VE ÜSTYAPI TABAKALARIYLA ĠLGĠLĠ GENEL BĠLGĠLER 2.1. Yol Gövdesi Yol gövdesi, altyapı ve üstyapı olmak üzere iki kısımdan oluşur. Altyapı yarma ve dolguları içerir. Üstyapı ise trafik yüklerini taşıyan ve azaltarak altyapıya aktaran tabakalı bir yapıdır. Üstyapılar, tabakalarda kullanılan malzemelerin özelliklerine göre Esnek, Rijit ve Yarı-Rijit olmak üzere üçe ayrılırlar [1]. Rijit üstyapı: Yüklerin büyük bölümünün portland çimentosundan yapılmış beton plaka tarafından taşındığı, kalan kısmının altyapıya aktarıldığı üstyapı tipidir. Üstyapı tabanının dayanımına bağlı olarak plakanın altına temel tabakası yapılabilir ya da yapılmayabilir [1,2]. Enine Derz Boyuna Derz Beton Plak Temel Üstyapı Tabanı Şekil 2.1. Rijit üstyapı kesiti Esnek üstyapı: Yüklerinin büyük bir kısmının üstyapıyı oluşturan bitümlü bağlayıcılı ya da bağlayıcısız tabakalar tarafından taşındığı, kalan kısmın tabana aktarıldığı üstyapı tipidir. Stabilitesi, agrega kenetlenmesine, dane sürtünmesine ve kohezyona bağlıdır. Esnek üstyapı belirli özelliklere sahip malzemelerden oluşmuş bir seri tabakayı içerir. Tabaka kalınlıkları, tabanın taşıma gücü ve trafik yüklerine bağlı olarak hesaplanır [1,2].

23 4 Kaplama Tabakası Temel Alttemel Üstyapı Tabanı Şekil 2.2. Esnek üstyapı kesiti Yarı-rijit üstyapı: Bitümlü kaplama ve bir ya da birden fazla hidrolik bağlayıcılı tabakayı içeren, yükleri geniş bir yüzeye yayarak tabana aktaran bir üstyapı tipidir [1]. Kaplama Tabakası Temel Alttemel Üstyapı Tabanı Her ikisi veya biri hidrolik bağlayıcılı Şekil 2.3. Yarı-rijit üstyapı kesiti 2.2. Üstyapının Görevleri - Trafik yükünden dolayı oluşan gerilmeleri üzerine alarak tabakalar boyunca dağıtmak ve taban toprağına fazla yük gelmesini önlemek. - Üzerinde trafiğin akabileceği düzgün bir yüzey oluşturmak. - Yol gövdesini doğanın bozucu etkilerine karşı korumak.

24 Rijit ve Esnek Üstyapılarda Yük Dağılımı Rijit üstyapılarda, yükü yola ileten tekerlek beton plağın üzerine geldiğinde, beton plak bu yükü yüzey alanının büyüklüğü ile doğru orantılı olacak şekilde yayarak, yükü altında bulunan tabakalara aktarır. Bu sayede, beton plak altında bulunan tabakalara iletilen birim alana gelen yük azaltılmış olur. Bu da beton plağın altındaki bulunan malzemeden beklenen taşıma gücünü düşürür. Esnek üstyapılarda ise, tekerleğin yola temas ettiği noktanın altında bulunan gerilme değeri çok yüksektir. Yük, rijit üstyapılarda olduğu şekilde belli bir yüzeye dağıtılamaz. Bu sebeple kaplama tabakası altında bulunan diğer tabakalardan beklenen taşıma gücü yüksektir [3]. Şekil 2.4 te rijit ve esnek üstyapılarda yük dağılımı verilmiştir. Yük Yük Yük Dağılımları a) b) Şekil 2.4. Rijit ve esnek üstyapılarda yük dağılımı, a)rijit b)esnek 2.4. Karayolu Üstyapı Tabakaları Karayolu üstyapısı çok tabakalı bir yapıdır. Malzeme özelliklerinin belirlenmesi için geliştirilen yeni deney metotları, üstyapının öneminin kavranmasıyla yapılan çok sayıdaki araştırmalar, üstyapıyı oluşturan tabakaların sürekli geliştirilmesinin ve yeni tabakaların ortaya çıkmasının önünü açmıştır. Dünyada kullanılan farklı tip ve özellikte pek çok üstyapı tabaka tipi olmakla birlikte, bu çalışmada ülkemizde yaygın olarak kullanılan üstyapı tabakalarından bahsedilmiştir (Şekil 2.5).

25 6 6 Karayolu Üstyapı Tabakaları Alttemel Temel Kaplama Rijit Kaplamalar Esnek Kaplamalar Derzli Beton Yol Derzli Donatılı Beton Yol Sürekli Donatılı Beton Yol Bitümlü Sıcak KarıĢım (BSK) Satıh Kaplamaları Bitümlü Temel Binder AĢınma Sathi Kaplama Diğer Poroz Asfalt Asfalt Betonu TaĢ Mastik Asfalt Şekil 2.5. Dünyada kullanılan belli başlı üstyapı tabakaları

26 Alttemel Alttemel, üzerine gelen üstyapı tabakalarını ve trafik yüklerini taşımak için taban zemini üzerine yerleştirilen, belirli fiziksel özelliklere sahip granüler malzemeden oluşan üstyapı tabakasıdır. Alttemel, üstyapının en alt tabakası olup temel malzemesine göre daha düşük CBR değerine sahiptir. Alttemel yapımında kullanılacak malzeme; kum-çakıl, teras çakılı, ayrışmış-bozuşmuş kaya, curuf, kırmataş vb. malzemelerden biri olmalıdır. Alttemel malzemesi, üstyapı tabanı üzerine sıkışmış kalınlığı 20 cm yi geçmeyecek şekilde tabakalar halinde serilip sıkıştırılır. Alttemel malzemesine ait gradasyon limitleri Çizelge 2.1 de verilmiştir [4,5] Temel Temel tabakası, kaplama tabakası ile alttemel tabakası arasında bağlantıyı ve yük dağılımını sağlayan, yola gelen yükleri taşıyan ve alttemele aktaran tabakadır. Üçe ayrılır [4,5]; Granüler temel: Granüler temel tabakası; çakıl, kırılmış çakıl, kırılmış cüruf veya kırmataş ile ince malzeme kullanılarak gradasyon limitleri içerisinde sürekli gradasyon verecek şekilde hazırlanan malzemenin, su ile karıştırılması ve alttemel tabakası üzerine bir veya birden fazla tabakalar halinde serilip sıkıştırılmasıyla oluşturulan tabakadır. Karıştırma işlemi sabit veya hareketli bir plentte gerçekleştirilebilir. Serme işlemi ise genelde greyderle gerçekleştirilir. Granüler temel malzemesine ait gradasyon limitleri Çizelge 2.1 de verilmiştir [4,5]. Plent-miks temel(pmt): PMT tabakası; kırılmış çakıl, kırılmış cüruf, kırma taş ve ince malzeme kullanılarak şartname gradasyon limitleri içerisinde sürekli gradasyon verecek şekilde kaba ve ince olmak üzere en az üç ayrı tane boyutu grubunun uygun oranda su ile bir plentte karıştırılmasıyla hazırlanan, malzemenin uygun olarak bir ya da birden fazla tabakalar halinde serilip sıkıştırılmasıyla oluşturulan tabakadır. PMT nin en büyük özelliği agrega gruplarının ve suyun karıştırılma işleminin

27 8 mutlaka bir plentte gerçekleştiriliyor olmasıdır. PMT malzemesine ait gradasyon limitleri Çizelge 2.1 de verilmiştir. Çimento bağlayıcılı granüler temel: Çimento Bağlayıcılı Granüler Temel (ÇBGT) tabakası; çakıl, kırılmış çakıl, kırılmış cüruf, kırmataş ve ince malzeme kullanılarak, şartname gradasyon limitleri içerisinde sürekli gradasyon verecek şekilde hazırlanan malzemenin uygun oranlarda çimento ve su ile bir plentte karıştırılmasıyla hazırlanan ve yeterli bir alttemel tabakası üzerine, bir veya birden fazla tabakalar halinde serilip sıkıştırılmasıyla oluşturulan tabakadır. ÇBGT bir çeşit zayıf betondur. Bu zayıf betonda kullanılan çimento miktarı normal betona göre düşüktür fakat su/çimento oranının düşük olmasından dolayı yeterli mukavemet sağlanmaktadır. ÇBGT malzemesine ait gradasyon limitleri Çizelge 2.1 de verilmiştir. Çizelge 2.1. Temel ve alttemel tabakaları gradasyon limitleri [5]. Elek Alttemel Granüler Temel PMT ÇBGT Boyutları Tabakası Tabakası Tabakası Tabakası inç mm Tip-A Tip-B A B C Tip-I Tip-II ½ 37, ¾ /8 9, No.4 4, No.10 2, No.40 0, No , Alttemel ve temel malzemelerinin sadece yukarıda verilen gradasyon limitlerini sağlaması yeterli değildir. Yolda kullanılacak bu malzemelerin ayrıca belli fiziksel özellikleri de sağlaması gerekir. Çizelge 2.2 de alttemel ve temel malzemelerin sağlaması gereken fiziksel özellikleri verilmiştir.

28 9 Çizelge 2.2. Temel ve alttemel malzemeleri şartname limitleri [5]. Deney Adı Hava tesirlerine karşı dayanıklılık (donma) deneyinde Na 2SO 4 ile kayıp, Maksimum % Alttemel Tabakası ġartname Limitleri Temel Tabakası ġartname Limitleri Aşınma kaybı (Los Angeles) Maksimum % Likit Limit, Maksimum % Plastisite İndeksi, Maksimum % 6 Kil Topağı ve Dağılabilen İri Malz. İnce Malz. Tane Oranı, Maksimum % İri Malz. İnce Malz. 1 1 Deney Standardı TS-3655 AASHTO T TS-3694 AASHTO T - 96 TS-1900 AASHTO T - 89 TS-1900 AASHTO T 90 ASTM C-142 Organik Madde % 1 Bulunmayacak AASHTO T-194 Diğer Zararlı Maddeler, % - 1, Kaplama Tabakası Üstyapının en üst kısmı olup, tabakalı veya tabakasız bir yapıda oluşturulabilir. Ülkemizde kaplama tabakası, temel tabakası üzerine Bitümlü Sıcak Karışım (BSK) olarak veya sathi kaplama olarak imal edilir. Bunun dışında deneme kesimi olarak üretilen kısa mesafeli beton yollarımız da bulunmaktadır Rijit kaplamalar Derzli beton yol: Rijit kaplamaların en çok bilineni derzli beton yollardır. Bu beton yol tipinde, betonda oluşacak çatlaklar döşemeler arasında bırakılan derzlerde meydana gelir. Döşemeler genelde 3.6 m genişliğinde ve yaklaşık 7 m uzunluğundadır [6,3]. Şekil 2.6 da derzli beton yolun üstten ve yandan görünüşü verilmiştir. Bu rijit üstyapı tipinde inşaat çeliği, sadece döşemeler arasında bağlantı çubuğu olarak kullanılır.

29 10 Plak Uzunluğu m aralığında Boyuna Derz Bağlantı Donatısı Enine Derz Bağlantı Donatısı Şekil 2.6. Derzli beton yol üstten ve yandan görünüşü Resim 2.1. Derzli beton yol Derzli donatılı beton yol: Derzli beton yollarda olduğu gibi bu rijit üstyapı tipinde de çatlakların kontrollü olması amacıyla döşemeler arasında derzler bırakılmıştır. Derzli donatılı beton yol döşemelerin uzunlukları fazla olduğundan, döşeme içerisinde de donatılar kullanılmıştır. Bu döşemelerin uzun dönem performanslarında

30 11 sıkıntılar yaşandığından, Amerika da artık derzli donatılı beton yol kullanılmamaktadırlar [6,3]. Şekil 2.7 de derzli donatılı beton yolun üstten ve yandan görünüşü verilmiştir. Plak Uzunluğu Yaklaşık 15 m Yaklaşık Uzunluğu 4.6 m Boyuna Derz Bağlantı Donatısı Çelik Donatı Enine Derz Bağlantı Donatısı Çatlak Çelik Donatı Şekil 2.7. Derzli donatılı beton yol üstten ve yandan görünüşü Sürekli donatılı beton yol: Sürekli donatılı beton yollarda derz bulunmamaktadır. Bu tip rijit üstyapılarda enine çatlakların oluşmasına izin verilir; fakat kullanılan donat sayesinde çatlakların kontrol altında tutulması sağlanır. Yapılan araştırmalar çatlak genişliğinin 0.5 mm yi geçmemesi gerektiğini göstermiştir. 0.5 mm yi geçen çatlaklarda, su yol alt tabakalarına ilerleyerek altyapıda sorunlara yol açmaktadır. Ayrıca; oluşan çatlaklar nedeniyle beton yolda parçalanmalar meydana gelemektedir [6,3]. Tipik çatlaklar yaklaşık 1.1 m ila 2.4 m aralıklarla oluşmaktadır. Amerika'da şu anki uygulamalar, derzli beton yollarla sürekli donatılı beton yol kalınlıklarının aynı olması yönündedir [6,3]. Şekil 2.8 de sürekli donatılı beton yolun üstten ve yandan görünüşü verilmiştir.

31 12 Tipik Çatlak Aralığı m aralığında Boyuna Derz Çelik Donatı Çatlak Şekil 2.8. Sürekli donatılı beton yol üstten ve yandan görünüşü Resim 2.2. Sürekli donatılı beton yol Esnek kaplamalar Esnek kaplamalar, temel tabakası üzerine Bitümlü Sıcak Karışım(BSK) tabakalarının veya sathi kaplamanın getirilmesi ile oluşturulur. Bitümlü sıcak karışım; bitümlü temel, binder ve aşınmanın oluşturduğu tabakalı bir yapıdır. Ülkemizde Bitümlü Temel ve Binder tabakaları tek tip uygulamaya sahiptir. Aşınma Tabakası ise yoldan

32 13 beklenen performans özellikleri, iklim koşulları ve trafik durumu göz önüne alınarak değişkenlik arz eder. Ülkemiz karayollarında en çok kullanılan aşınma tabakası, geleneksel asfalt betonu aşıma tabakasıdır. Bunun dışında Taş Mastik Asfalt uygulamaları da mevcuttur. Dünyada uygulanan ve henüz ülkemizde uygulama alanı bulamamış olan Poroz Asfalt da bir aşınma tabakası tipidir. Sathi kaplama, asıl amacı yol gövdesini dış etkenlerden korumak ve araçlara düzgün bir sürüş yüzeyi sağlamak olan, yük taşıma özelliği bulunmayan yüzey kaplamasıdır. Yukarıda bahsedilen kaplamalarla maddi açıdan kıyaslandığında, sathi kaplama oldukça ucuz bir yüzey kaplamasıdır [1]. Kaplama tabakalarının temel amaçları; trafik yüklerini taşımak, trafiğin aşındırıcı etkilerine ve iklim koşullarının ayrıştırıcı etkilerine karşı koymak, seyahat konforu ve su yalıtımı sağlamaktır Bitümlü Sıcak KarıĢım (BSK) Orta ve ağır trafikli yollarda, trafik yüklerini taşımak ve üstyapıdaki diğer tabakaları, doğa koşullarının olumsuz etkilerinden korumak amacıyla kullanılır. Bitümlü Sıcak Karışım; sıcak agrega karışımının, ısıtılmış asfalt çimentosu ile homojen olarak karıştırılıp kaplanması ile elde edilir. Bitümlü sıcak karışımın fiziksel özelliklerinin bilinmesi ve belirli koşulları sağlaması gerekir. Bu koşullar; Stabilite Durabilite Geçirimsizlik İşlenebilirlik Esneklik Yorulmaya Karşı Direnç Kaymaya Karşı Direnç

33 14 Bu özelliklerin açıklamaları aşağıda verilmektedir. Stabilite: Trafik yüklerine, ötelenme ve tekerlek izleri oluşmayacak şekilde direnç gösterme yeteneğidir. Durabilite: Karışımın asfaltın özelliklerinin değişmesine (oksidasyon, v.s.), agreganın kırılmasına ve asfaltın agrega yüzeyinden soyulmasına karşı gösterdiği dayanım olarak ifade edilir. Bu etkiler iklim, trafik veya her ikisinin birleşimi sonucu ortaya çıkar. Geçirimsizlik: Asfalt kaplamanın hava veya su geçişine olan direnci olarak tanımlanabilir. İşlenebilirlik: Karışımın hazırlanması, serilmesi ve sıkıştırılması sırasındaki kolaylık olarak ifade edilir. Esneklik: Asfalt kaplamanın; temel, alttemel ve tabandan gelen geçici oturma ve hareketlere karşı çatlamaya neden olmadan uyum gösterebilmesidir. Yorulmaya Karşı Direnç: Asfalt kaplamanın, trafik yüklerinden dolayı oluşan tekrarlanan eğilmeye (deformasyona) karşı direncidir. Kaymaya Karşı Direnç: Taşıtların her hava koşulunda, kabul edilebilir bir mesafede durabilmesi için, asfalt kaplamanın yeterli sürtünmeye sahip olmasıdır. BSK ların bu özellikleri sağlayabilmesi için yol yüzeyine farklı kalınlıklarda ve farklı özelliklere sahip tabakalar halinde serilmesi gerekir. Bu tabakalar aşağıdan yukarıya doğru Bitümlü Temel, Binder ve Aşınma olarak adlandırılır. Alt tabakalardan üst tabakalara doğru gidildikçe; tabakayı oluşturan agrega gradasyonları, agrega ve bitümden beklenen özellikler değişmektedir. Çizelge 2.3 te bitümlü sıcak karışım tabakalarının gradasyon limitleri verilmiştir.

34 15 Çizelge 2.3. Bitümlü sıcak karışım tabakalarının gradasyon limitleri [5] Elek Boyutları Bitümlü Temel Aşınma Binder Asfalt Betonu Taş Mastik Asfalt inç mm Tip-A Tip-B Tip-1 Tip-2 Tip-1 Tip-2 1 ½ 37, ¾ ½ 12, /8 9, No.4 4, No.10 2, No.40 0, No.80 0, No , Bitümlü Kaplamalarda Kullanılan Agregalar Bitümlü kaplamalarda kullanılacak agregaların seçiminde, malzemenin üretilebilirliği, maliyeti ve kalitesi dikkate alınır. Agreganın uygunluğu, aşağıdaki fiziksel özellikler dikkate alınarak belirlenir. Maksimum Dane Boyutu ve Gradasyonu : Agreganın maksimum dane boyutu ve gradasyonu, kullanılacağı tabakaya göre belirlenir. Temiz Olup Olmaması: Agregalar; bitki atıkları, yumuşak malzemeler, kil topakları ve yabancı maddeler içermemelidir. Sağlamlık: Bitümlü kaplamada kullanılacak agregalar kırılmaya, degradasyona, su ve don etkisiyle ayrışmaya karşı dayanıklı olmalıdır. Dane Şekli: Agreganın dane şekli; işlenebilirliği, sıkışabilirliği ve stabiliteyi etkiler. Köşeli, kırılmış danelerin kullanımı tercih edilir. Danelerin Yüzey Yapısı: Bitümlü karışımlarda yük taşıma kapasitesini etkilerler. Çok pürüzlü yüzeylere sahip agregalar, kayma gerilmelerine karşı yüksek direnç gösterirler.

35 16 Cilalanmış Az Pürüzlü Pürüzlü Çok Pürüzlü Şekil 2.9. Agrega dane yüzey yapıları Gözeneklilik: Karışımda, absorpsiyonu ve bitüm yüzdesini etkiler. Bitümlü karışım agregalarında, agrega-bitüm adezyonunun sağlanması için bir miktar gözeneklilik gereklidir. Çok Gözenekli Az Gözenekli Gözeneksiz Şekil Agrega dane gözenekliliği Bitümle Kaplanabilme (Soyulmaya Karşı Dayanım): Bitümlü kaplamalarda kullanılan agregalar bitüm ile kaplandıklarında, su etkisi ile soyulma (asfaltın agrega yüzeyinden ayrılması) göstermemelidir. Soyulma dayanımı düşük agregalar, bitüme özel katkı maddeleri ilave edilerek kullanılabilir Bitümlü Kaplamalarda Kullanılan Bitüm ve Özellikleri Bitüm, sıcak karışımlarda ve sathi kaplamalarda kullanılmak üzere hazırlanmış petrol kökenli bağlayıcıdır. Bitüm, agrega danelerini birbirine bağlayarak trafik etkisi ile dağılmasını önlemekte, yaratılan düzgün yüzey ile sürüş konforunu sağlamakta, kohezyon ile stabilitenin artmasını sağlamakta, karışımın boşluklarını doldurarak geçirimsizliği sağlamaktadır. İnsanlık, bitümün hammaddesi olan asfaltın bağlayıcı ve su geçirmez özelliklerinden uzun zamandır haberdardır. Deprem ve yer sarsıntıları sonrasında yeryüzüne çıkan asfalt, doğal asfalt gölleri oluşturmuştur. Venezüella nın kuzeyinde yer Trinidad adasında çıkan Trinidad Göl Asfaltı ve Los Angeles yakınlarındaki La Brea Pits bu duruma örnek olarak verilebilir. Doğal asfalt ayrıca kum taşı veya kireç taşı gibi

36 17 poroz kayalara emilmiş şekilde bulunabilir. Doğal asfalt Babilliler, Mısırlılar, Yunanlılar ve Romalılar tarafından yol yapım ve su yalıtım malzemesi olarak kullanılmıştır. Uzun yıllardır kullanılmasına rağmen, 1990 ların başında modern petrol rafinerilerinin kurulması ve modern arıtma işlemlerinin uygulanmaya başlanmasına kadar asfaltın dünyada yaygın olarak yol kaplamalarında kullanımı gerçekleşmemiştir [7,8] Bitümün kimyasal yapısı Bitüm, organik maddelerin milyonlarca yıl sıcaklık ve basınç altında kalmasıyla meydana gelen ve ham petrolden üretilen bir üründür. Bundan dolayı, ağırlığının % lik kısmını karbon ve hidrojen oluşturur. Kalan kısmı ise iki farklı çeşit atomdan oluşur: Heteroatomlar ve metaller. Nitrojen, oksijen ve sülfür gibi heteroatomlar sık sık asfalt molekül yapısı içerisinde bulunan karbon atomlarının yerini alır. Asfaltın yapısında bulunan bu heteroatomların çeşidi ve miktarı, asfaltın geldiği ham petrole bağlıdır. Ham petrolün kökenini gösterir. Heteroatomlar; özellikle de sülfür, karbon ve hidrojene göre oksijenle reaksiyona girme ve oksitlenmeye daha yatkındır. Oksitlenme, bitümün yaşlanmasına neden olan asıl sebeptir. Ayrıca; buharlaşma ve bozulma bu yaşlanmaya katkıda bulunur [9,10]. Vanadyum, nikel, ve demir gibi metal atomları bitümün içerisinde % 1 den az oranda bulunur. Bitümün içerisinde bulunan az miktardaki metal atomlarının en önemli özelliği, bu metal atomları, ham petrolün kaynağının neresi olduğunu anlamamıza imkân sağlar. Çizelge 2.4(Peterson, Trasnportation Research Record, 999, 1984) dört farklı asfaltın kimyasal bileşenlerini göstermektedir. Bitüm moleküllerini bir arada tutan kimyasal bağlar oldukça zayıf, sıcaklık ve kayma gerilmeleri etkileri ile kolayca kırılabilir bir yapı gösterir. Bu da bitümün doğasındaki viskoelastik davranışın sebebini açıklar. Örneğin, asfalt ısıtıldığında moleküller arası bağlar kopar ve bitüm kolaylıkla akabilir bir hal alır. Soğutulduğunda ise kopan bağlar tekrar oluşur ve moleküller arası kimyasal yapı tekrar oluşur. Ama hiçbir zaman tamamen eski yapıya geri dönülemez [11,7].

37 18 Çizelge 2.4. Dört asfalt çimentosunun kimyasal bileşimi [7]. Asfalt Çimentosu A B C D Karbon, % 83,77 85,78 82,90 86,77 Hidrojen, % 9,91 10,19 10,45 10,93 Nitrojen, % 0,28 0,26 0,78 1,10 Sülfür, % 5,25 3,41 5,43 0,99 Oksijen, % 0,77 0,36 0,29 0,20 Vanadyum, ppm Nikel, ppm 22 0, Kompleks yapısı ve kimyasal yapısındaki değişiklikler yüzünden, bitümün performansını belirlemekte kimyasal analiz oldukça zor bir yöntemdir. Bu nedenle, bitüm tipinin seçiminde ve standartlaştırılmasında fiziksel özelliklerinin ölçülmesi temel yöntem olmuştur [7] Bitümün davranıģı Viskoelastik bir davranış sergilemesinden dolayı, bitümün davranışı hem yükleme, hem de sıcaklık koşullarına bağlıdır. Şekil 2.11 de gösterildiği üzere, bir asfaltın 60 o C de bir yüzeye bir saatlik yayılması ile 25 o C de on saattelik yayılması aynıdır. Sonuç olarak; zaman ve sıcaklık, bitümün davranışını etkileyen birbiri ile ilişkili parametrelerdir. 1 saat 1 saat 10 saat Şekil Asfalt çimentosunun sıcaklık ve zamana bağlı akış davranışı

38 Bitümün yüksek sıcaklık davranıģı Bitüm, sıcak iklim koşullarında (çöl iklim koşulları v.b.)ve sürekli yükleme durumunda(yavaş hareket eden veya park halindeki ağır taşıtlar v.b.) viskoz bir sıvı gibi davranır(bu noktada agrega, sıcak karışımın yüklemeyi taşıyan kısmıdır). Viskozite, sıvıların akmaya karşı direncini gösteren fiziksel bir özelliktir. Eğer yüksek kalitede bir mikroskop altında bitümün akışı izlenebilirse, Şekil 2.12 de verilen bitüm molekül tabakalarının birbiri üzerinden kayışı izlenebilir. Tabakalar arasındaki kayma gerilmesi 1.Tabak a Hızlı 1.Tabaka Yavaş 2.Tabaka 2.Tabak a Tabakaların kayma yönü Şekil Bitüm molekül tabakalarının birbiri üzerinden kayışı Bitümün düģük sıcaklık davranıģı Soğuk iklim koşullarında veya hızlı yük uygulamalarında (örneğin hızlı hareket eden ağır taşıtlar)bitüm elastik katılar gibi davranır. Elastik katı maddeler kauçuk gibi davranır. Yükleme olduğunda deformasyona uğrar ama yükleme kalktığı zaman orijinal şekillerine geri dönerler[7]. Eğer yükleme elastik katı madedenin kapasitesini aşarsa, elastik katı kırılabilir. Bitümler de benzer özellik gösterir. Düşük sıcaklık koşullarında, yüklemenin fazla olduğu durumlarda kırılma veya çatlama olasılığı taşırlar. Ayrıca; çok düşük sıcaklıklarda, kaplamada meydana gelen büzülme ve oluşan iç kuvvetler de kaplamada çatlamalara neden olabilir.

39 Bitümün normal sıcaklık koģullarında davranıģı Genelde iklim şartları, uç noktalar (çok soğuk ve çok sıcak) arasında seyreder. Bu tip iklim koşullarında, bitüm hem viskoz sıvı ve hem de elastik katı madde özelliklerini gösterecek şekilde davranır. Bu yüzden bitüm, kaplamada kullanılacak mükemmel bir bağlayıcı maddesidir. Ancak; bitümün davranışının açıklanması oldukça karmaşık ve zordur. Isıtıldığında agregalarla karışır, onları sarar ve sıkıştırıldığında düzgün bir yüzey elde edilir. Soğuduğunda ise, agregaları tutan bir yapıştırıcı gibi davranır. Şekil Yay ve sönümleme kutusu ile viskoelastik davranışın modellemesi Kaplamanın tamamlanmış durumundaki davranışı, viskoelastik davranış olarak adlandırılır. Bitümün viskoelastik davranışı, Şekil 2.13 de verilen yay ve sönüm kutusu kullanılarak ifade edilebilir. Sıcak karışımda, yay bitümün elastik davranışını gösterir. Sönüm kutusu ise, özellikle ılık iklim koşullarında sönümleyici viskoz tepkiyi gösterir YaĢlanmıĢ bitümün davranıģı Bitümlü bağlayıcının, asfalt kaplama performansını doğrudan etkileyen en önemli özelliği dayanıklılığıdır. Bitümlü bağlayıcının dayanıklılığı, sertleşmeye karşı gösterdiği direnç olarak ifade edilmektedir. Bitümlü bağlayıcının çeşitli nedenlerden dolayı sertleşmesi ve kırılgan hale gelmesine de yaşlanma veya zamana bağlı yaşlanma denilmektedir [12].

40 21 Bitümlü bağlayıcıların yaşlanma nedenleri 4 grupta incelenir. Bunlar; oksidasyon, buharlaşma veya uçucu madde kaybı, polimerizasyon (aktif ışığa bağlı),yoğunlaşma polimerizasyonu (ısıya bağlı) [13]. Bitümlü bağlayıcının yaşlanma nedenleri içinde en etkin olanı oksidasyondur. Bitüm, organik moleküllerden oluştuğu için oksijenle reaksiyona girer. Bu reaksiyon bitüm moleküllerinin yapısını değiştirir ve oksidasyon olarak isimlendirilir. Oksidasyon, bitümün daha kırılgan hale gelmesine sebep olur. Özellikle ılık iklim koşullarında kaplamadaki oksidasyon hızlanır. Oksidasyon sertleşmesi, yaşlı sıcak karışım kaplamaları çatlak oluşumuna daha yatkın hale getirir. Düzgün olarak sıkıştırılmamış kaplamalarda ise oksidasyon daha yoğun şekilde görülür. İyi sıkıştırılmamış sıcak karışım tabakalarında daha fazla hava boşluğu bulunacağından ve kaplama içerisine hava girişi daha kolay olacağından oksidasyon olayı daha hızlı şekilde gerçekleşir. Uygulamada ise dikkate değer oranda oksidasyon olayı, kaplama yapım aşamasında meydana gelir. Sıcak karışım imalatı esnasında, sıcak agrega ve sıcak bağlayıcı karıştırıldığında, bağlayıcı ince bir film şeridi halinde agregayı sarar ve hava ile temas eden bağlayıcı yüzeyi artar. Bu da oksidasyonu arttıran bir durumdur [14]. Sertleşmenin diğer şekilleri ise buharlaşma ve fiziksel sertleşme olarak karşımıza çıkar. Buharlaşma; sıcak karışım imalatı esnasında, bağlayıcı içerisindeki hafif uçucu kısmın buharlaşması sonucu meydana gelir. Fiziksel sertleşme ise asfalt kaplama uzun süreler düşük sıcaklık koşullarına maruz kaldığında gerçekleşir. Hava sıcaklığı düşük seviyede sabitlendiğinde bitüm büzülmeye ve sertleşmeye başlar. Fiziksel sertleşme 0 o C sıcaklığın altında daha etkili olur. Bitüm, düşük sıcaklıkta yapılan testlere tabii tutulduğunda fiziksel sertleşme etkisi gözden kaçırılmaması gerekir [7] Bitümlerin özelliklerinin belirlenmesi ve sınıflandırılması Kimyasal bakımdan incelenmesinin çok karmaşık olmasından dolayı, bitümlü bağlayıcı şartnameleri bitümün fiziksel özelliklerini inceleyecek şekilde standartlaşmıştır. Bu fiziksel özellik testleri belirli sıcaklıklarda standartlaştırılarak, bitümün bu sıcaklık derecelerinde istenilen kriter değerlerini sağlayıp sağlamadığına bakılmaktadır. Bu testlerin büyük bölümü ampirik testlerdir. Buna örnek olarak

41 22 olarak bitümün penetasyon testini verebiliriz. Penetrasyon deneyi, bitümün sertliği ile ilişkilidir. Ama penetrasyon deneyinden bulunan sonucun anlam ifade edebilmesi için penetrasyon değeri ile kaplama performansı arasında bir ilişki kurulması zorunluluğu vardır. Bu da ancak tecrübe ile oluşturulabilir. Amprik metodun en büyük dezavantajı ise; kaplamanın performansı ile ilişkilendirilen deney sonuçlarının her zaman çok doğru sonuç vermemesidir [9,15]. Bu deneylerin bir diğer dez avantajı da bitümün sadece deneyin yapıldığı belirli sıcaklıklardaki (penetrasyon, 25 o C) performansı hakkında bilgi vermesi; farklı sıcaklıklardaki davranışını yansıtmamasıdır. Penetrasyona benzer olarak viskozite deneyi de bitümün 60 o C -135 o C aralığındaki davranışını bize verir. Düşük sıcaklıklarda benzer kıvam(penetrasyon, viskozite) özellikleri gösteren farklı bitüm numuneleri, sıcaklık değiştikçe birbirinden çok farklı davranışlar gösterebilmektedir Superpave Bağlayıcı Standartları Mevcut test yöntemleri ve sonuçların değerlendirilmesindeki eksikliklerin fark edilmesiyle beraber bu eksikliklerin giderilmesi amacıyla çalışmalarda başlatılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, SHRP(Strategic Highway Research Program) tarafından 1987 yılında bitümün fiziksel özelliklerinin belirlenmesi maksadıyla yeni deney metotları üzerinde çalışmalar başlatılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda, Superpave Bağlayıcı Standartları ortaya çıkmıştır. Superpave standartlarının getirdiği en önemli yenilik, her sınıf bitümlü bağlayıcı için standart kriteri sabit kalmak koşuluyla, deney sıcaklığının bitüm sınıflarına göre değişmesidir [7]. Çizelge 2.5 te SHRP tarafından geliştirilen deney aletleri ve deney aletlerinin amacı verilmiştir.

42 23 Çizelge 2.5. Superpave bağlayıcı deney aletleri ve amaçları Alet Dönmeli İnce Film Etüvü (RTFO) Basınçla Yaşlandırma Kabı (PAV) Dinamik Kesme Reometresi (DSR) Dönel Viskozimetre(RV) Kiriş Eğme Reometresi (BBR) Doğrudan Çekme Testi (DTT) Amaç Bağlayıcının yaşlanma (Sertleşme) özelliğini modeller Bağlayıcının sertlik ve elastik özelliklerini orta ve yüksek sıcaklıklarda ölçer (G*, δ) Yüksek sıcaklıklarda bağlayıcının viskozitesini ölçer Düşük sıcaklıklarda bağlayıcının sertlik ve kopma özelliklerini belirler Polimer Modifiye Bitümler (PMB) Modifiye bitümler, normal bitüme kimyasal katkılar eklenerek, bitümün kimyasal yapısının ve/veya fiziksel ve mekanik özelliklerinin değiştirilmesi ile hazırlanırlar. PMB işyerinden uzakta merkezi bir plentte üretilebileceği gibi, şantiyede özel mobil ünitelerde üretilebilir. PMB üretiminde kullanılan ana kimyasal katkılar Çizelge 2.6 da verilmiştir. Çizelge 2.6. Modifiye bitümlerde kullanılan ana kimyasal katkılar Elastomerik Termoplastik Polimerler Styrene- Butadiene-Styrene Copolymer SBS Styrene- Isoprene- Styrene Copolymer SIS Styrene-Butadiene SB Random Copolymer SBR Plastomerik Termoplastik Polimerler Ethylene- Vinyl acetate copolymer EVA Ethylene- methyl acrylate copolymer EMA Ethylene- butyl acrylate copolymer EBA Latex Plychloroprene SBR Natural rubber

43 24 Günümüzde dünyada en çok kullanılan polimer modifiye bitüm katkısı, kısaca SBS olarak adlandırılan Styrene- Butadiene-Styrene Copolymer dir SBS in yapısı SBS, elastomerik Stiren-Bütadiyen-Stiren blok kopolimeridir. Uçlarda rigid polistirenlerin birbirlerine elastik polibutadiyen köprüleri ile bağlandığı sentetik kauçuklardır [16]. Şekil SBS in yapısı SBS ile bitümün karışımı tamamen bir çözünme olayı olup, kimyasal bir reaksiyon değildir. SBS bitüme katıldığında, hacmi 10 kat artar ve üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturur. Böylece %5 oranında SBS bitüme katıldığında, %50 si polimer fazı olan bir karışım elde edilir. Böylece çok geniş bir sıcaklık aralığında visko-elastik bir yapı oluşur. Karışımın yüksek sıcaklıklarda kıvamı artarken, düşük sıcaklıklarda kırılganlığı azalır [16]. Böylece SBS; -Elastomerik ağ yapısının oluşturduğu visko-elastik yapı ile kalıcı deformasyon direncinde artış, tekerlek izinde oturmaya karşı direnç sağlanır. - Kritik çatlama sıcaklığını düşürerek düşük sıcaklıklarda çatlamaya karşı direnç sağlanır.

44 25 -Artan sağlamlık ile mekanik ve termal yorulmaya karşı direnç sağlanır. -Yaşlanma etkilerine ve yaşlanma çatlaklarının oluşumuna karşı direnç sağlanır SBS in bitümle karıģtırılması SBS in bitüm içinde çözünmesinde rol oynayan faktörler aşağıda verilmiştir: Polimerin yüzey alanı(granül veya toz olması) Sıcaklık Bitüm kompozisyonu Sürtünme gücü Polimerin tipi SBS in değişik morfolojilerine uygun olarak yüksek veya düşük devirli karıştrıcılı ekipmanlar kullanılarak Polimer Modifiye bitüm üretmek mümkündür. Böyle bir karıştırıcı ekipmanın şematik görünüşü Şekil 2.15 de verilmiştir. Şekil SBS ile modifiye edilmiş bitüm üretiminde kullanılan değirmen

45 26 SBS ve bitümün optimum karışma sıcaklığı 180 C-190 C aralığıdır. Tamamen çözünme olduktan sonra, karışımın olgunlaşması için beklenmesi tavsiye edilir. Böylece SBS in, bitümün tüm uygun bileşenlerini absorblaması sağlanır. SBS li bitüm, beklediğinde bozulan bir ürün değildir. Depolama (birkaç günden, 1-2 haftaya kadar) yapmak gerekirse, 130 C-140 C de düşük devirli karıştırıcı ile sürekli karıştırılarak homojen tutulmalıdır. Daha uzun süreli depolama istenirse karışım soğutulup daha sonraki kullanımlar için saklanabilir. Aşağıdaki tabloda Karayolları Genel Müdürlüğünce Türkiye de kullanılan modifiye bitüm sınıfları verilmektedir.

46 27 27 Çizelge 2.7. Türkiye de kullanılan modifiye bitüm sınıfları [5]. Sıra No DENEY ADI STANDARD BİRİM PMB PMB PMB PMB PMB PMB PMB PMB PENETRASYON (25 C,100g,5sn.) TS EN ,1mm YUMUġAMA NOKTASI min. TS EN 1427 C KUVVET ÖLÇÜMLÜ DÜKTĠLĠTE a ) min. TS EN J ELASTĠK GERĠ DÖNME (25 C) min. TS EN % PARLAMA NOKTASI min. TS EN ISO 2592 C ÖZGÜL AĞIRLIK TS EN g/cm DEPOLAMA STABİLİTESİ b 7.1 YUMUġAMA NOKTASI FARKI maks. TS EN C PENETRASYON FARKI maks. 0,1mm DSR (G*/sinδ >1kPa) Yenilme Sıcaklığı min AASHTO T315 C DÖNMELİ İNCE FİLM ETÜVÜ DENEYİ c TS EN KÜTLE KAYBI maks. % YUMUġAMA NOKTASI min. C YumuĢama Noktasındaki DeğiĢiklik TS EN 1427 artma maks. C azalma maks. C KALICI PENETRASYON min. TS EN 1426 % (DSR (G*/sinδ >2,2kPa) Yenilme Sıcaklığı min AASHTO T315 C RTFOT+PAV İle Yaşlandırılmış Modifiye Bitüme Yapılan Deneyler AASHTO R DSR (G*sinδ <5000kPa) Yenilme Sıcaklığı maks AASHTO T315 C BBR (S 300 MPa, m 0,300) Sıcaklık maks AASHTO T313 C

47 28 3. POROZ ASFALT KARIġIMLARIN ÖZELLĠKLERĠ 3.1. Poroz Asfalt KarıĢımlar Poroz asfalt karışımlar ilk defa 1960 lı yılların başında İngiltere Kraliyet Hava Kuvvetleri tarafından geliştirilmiş ve kullanılmıştır. İlk kullanım amaçları, yağışlı havalarda yüzey sürtünmesini arttırmak ve drenaj için gerekli olan alt yapı maliyetlerini azaltmaktır [17]. Poroz asfalt karışımlar sonraki yıllarda kullanım amacına ve görüntüsüne bağlı olarak mısır patlağı karışım, fısıldayan karışım, drenaj karışımı v.b değişik isimlerle adlandırılmıştır. Son yıllarda bağlayıcı teknolojilerindeki ve karışım dizayn yöntemlerindeki gelişmelere paralel olarak, poroz asfalt karışımların dünya genelinde popülaritesi artmaktadır. İspanya, İsviçre, Belçika, Hollanda, Fransa gibi Avrupa ülkelerinde, ABD nin bazı eyaletlerinde, Japonya ve Singapur gibi uzak doğu ülkelerinde poroz asfalt kullanımı hız kazanmıştır [18,19]. Çizelge 3.1. Bazı ülkelerin 2007 yılında poroz asfalt üretim miktarları [20]. Ülke Toplam Sıcak Karışım Üretimi(2007) (milyon ton) Toplam Poroz Asfalt Üretimi(2007) (milyon ton) Poroz Asfaltın % si Avusturya 9,5 0,19 2,0 Belçika 4,5 0,04 0,86 Çek Cum. 7,0 0,04 0,50 Danimarka 3,3 0,005 0,15 İrlanda 3,3 0,04 1,10 İtalya 35,1 0,88 2,50 Hollanda 10,2 1,12 11,0 Portekiz 9,0 0,95 10,5 İspanya 49,9 0,60 1,20 İsviçre 5,2 0,36 7,0 Japonya 54,9 2,42 4,40 Kanada 13,2 0,07 0,50

48 29 Çizelge 3,1 de dünyadaki bazı ülkelerin 2007 yılı içerisindeki poroz asfalt karışım üretim miktarları ve poroz asfaltın tüm bitümlü sıcak karışım içerisindeki yüzdesi verilmiştir [20]. Geleneksel asfalt karışımlardan farklı olarak poroz asfalt karışımlar boşluk oranları yaklaşık %20 olacak şekilde dizayn edilirler. Geçirimsiz bir binder tabaka üzerine inşa edilen poroz asfalt kaplama, sahip olduğu yüksek boşluk oranı sayesinde yol yüzeyine gelen yağış suyunu hızlı bir şekilde bünyesine alır. Kaplama içerisinde birbirleri ile bağlantılı olan boşluk kanalları, yola verilen boyuna ve enine eğimler sayesinde de yağış suları hızlı bir şekilde kaplamadan uzaklaştırılır [21]. Poroz asfalt imalatı yapılacak yolda eğimin %5 i geçmemesine dikkat edilmeli, eğimin %5 i geçtiği bölgelerde poroz asfalt kullanılmamalıdır. Enine eğim kullanılarak yağış suyunun kaplamadan uzaklaştırılması Şekil 3.1 de şematik olarak gösterilmiştir. Yağış Poroz Asfalt Geçirimsiz Tabaka Şekil 3.1. Poroz asfalt kaplamadan yağış sularının uzaklaştırılması 3.2. Poroz Asfalt KarıĢımların Gradasyon Eğrisi ve Diğer Asfalt KarıĢım Gradasyon Eğrileri ile KarĢılaĢtırılması Poroz asfalt karışımlar sahip oldukları yüksek boşluk oranını, kesikli yapıya sahip özel gradasyonlarına borçludurlar. Tipik bir poroz asfalt karışımı bünyesinde kaba agrega yüzdesi yaklaşık %73, ince agrega yüzdesi yaklaşık %17, filler yüzdesi yaklaşık %5 ve bitüm oranı yaklaşık %5 dir. Poroz asfalt karışımlarda ince agrega ve filler yüzdesi düşük olduğundan kaba agregalar arası boşluklar tamamen doldurulamamakta ve yüksek boşluk oranına sahip karışımlar elde edilmektedir.

49 30 Geleneksel asfalt betonu aşınma tabakaları sürekli gradasyona sahiptir. Yani agregalar belirli elek aralıklarına yığılmamıştır. Her elek arasında belirli bir miktarda agrega bulunmaktadır. Bu yüzden de geleneksel asfalt karışımların boşluk oranı %4-6 aralığında değişmektedir. Tipik bir geleneksel asfalt betonu aşınma tabakası bünyesinde kaba agrega yüzdesi yaklaşık %50, ince agrega yüzdesi yaklaşık %38, filler yüzdesi yaklaşık %7 ve bitüm oranı yaklaşık %5 dir [5]. Şekil 3.2. Poroz asfalt, taş mastik asfalt ve geleneksel asfalt karışımların malzeme kompozisyonu Taş mastik asfalt tabakaları ise Poroz asfalt karışımlarına benzer şekilde kesikli bir yapıya sahiptir. Fakat; TMA karışımlarının filler ve bitüm miktarı yüksek olduğundan kaba agregalar arasındaki boşluklar mastik harç adı verilen filler-bitüm karışımı ile doldurulmakta ve boşluk oranı %2-4 aralığında değişmektedir. Tipik bir TMA karışımının bünyesinde kaba agrega yüzdesi yaklaşık %61, ince agrega yüzdesi yaklaşık %23, filler yüzdesi yaklaşık %9 ve bitüm oranı yaklaşık %7 dir [5]. Poroz asfalt, taş mastik asfalt ve geleneksel asfalt betonu aşınma tabakalarını oluşturan malzeme kompozisyonu Şekil 3.2 de, karışımlara ait gradasyon eğrileri Şekil 3.3 de verilmiştir.

50 31 Poroz asfalt karışımların boşluk oranının ve kaba agrega miktarının yüksek olması sebebiyle agregalar birbirleriyle noktasal temas halindedir. Kaplama üzerine gelen yük, agregalar arasındaki bu noktasal temas sayesinde kaplama içerisine dağıtılır ve alt tabakalara iletilir. Agregaların üzerlerine gelen yükün noktasal temaslarla iletmesi sebebiyle poroz asfalt karışım imalatında kullanılacak agreganın kırılma ve aşınma dayanımı yüksek, kaliteli bir agrega olması zorunludur. Bu yüzden kullanılabilecek en uygun agrega bazalt agregasıdır. Poroz Asfalt Geleneksel Aşınma TMA Şekil 3.3. Poroz asfalt, taş mastik asfalt ve geleneksel asfalt karışımların gradasyon eğrilerinin karşılaştırılması 3.3. Poroz Asfalt Kullanımının Amaçları Poroz asfalt kullanımının üç temel amacı vardır: Yol güvenliği: Poroz asfalt, yağmur suyunun yol yüzeyinde birikmesini önlemek amacıyla geliştirilmiş bir karışım tipidir. Poroz asfalt yol yüzeyinde su birikintilerinin oluşmasının önüne geçerek, araç tekerlerinin su sıçratmasını engeller, bu sayede sürücülerin görüş mesafesi kısıtlanmaz. Yol yüzeyindeki su filminin azaltılması ile tekerleklerin kızaklanmasının önüne geçilir, geceleri ışıkların yol yüzeyinden yansıması azaltılır. Geleneksel aşınma tabakalarında gözlenen ıslaklıkla sürtünme katsayısındaki düşüş, poroz asfalt kaplamalarda yaşanmaz. Bu durum

51 32 Şekil 3.4 de verilmiştir. Yağışlı havlarda yolda sağlanan bu iyileşmeler sürücülerin çabuk yorulmalarının önüne geçerek trafik kazalarını azaltmaktadır [21,22]. Poroz Asfalt Kaplama Geleneksel Aşınma Tabakası Şekil 3.4. Geleneksel aşınma tabakası ve poroz asfalt kaplama tabakasının ıslaklıkla sürtünme katsayısı değişimi [23]. Resim 3.1. Poroz asfalt kaplama yol yüzeyi Gürültünün azaltılması: Trafik gürültüsü; araç motorlarının, rüzgârın ve tekerlek gürültüsünün bir toplamıdır. Tekerleklerin gürültüsü, yol yüzeyi ile tekerlekler arasında sıkışan havanın ortaya çıkardığı bir gürültüdür. Poroz asfaltın boşluklu yapısı sayesinde, yol yüzeyinde oluşan bu basınç azalır ve oluşan gürültünün de

52 33 kaplama tarafından emilmesi sağlanır. Gürültüdeki azalma 3 ila 6 db arasındadır. Bu da normal şartlarda oluşacak gürültünün %25- %50 arasında azaltılması anlamına gelir [19]. 100 km/saat hızda giden aracın, yaklaşık %4,5 bitüm oranına ve minimum %20 boşluk oranına sahip poroz asfaltta çıkardığı gürültü, geleneksel asfalt karışımı kullanıldığı duruma göre 4 db(a) daha düşüktür. Gürültü azaltmanın her geçen gün daha fazla önem kazanması, iki tabakalı poroz asfaltların geliştirmesinin önünü açmıştır. İki tabakalı poroz asfalt kullanımı ile oluşan gürültüde 6dB(A) lik bir azalma sağlamak mümkündür. İki tabakalı poroz asfaltta, altta geleneksel poroz asfalta benzeyen kaba agregalardan oluşmuş bir tabaka ve onun üzerinde daha ince agregadan oluşmuş bir poroz asfalt aşınma tabakası bulunmaktadır. Yer altı sularının beslenmesi: Poroz asfalt karışımların araç park alanlarında kullanılması ile yer altı sularının beslenmesi ve yağış suyunun çevreci bir yöntemle kaplama yüzeyinden uzaklaştırılması mümkündür. Bu konuyla iligili geniş bilgi Bölüm 3.5. te verilmiştir Poroz Asfalt KarıĢımlarda KarĢılaĢılan Problemler ve Çözüm Yolları YaĢlanma Poroz asfalt kaplamalar, sahip oldukları yüksek boşluk oranı sebebiyle yaşlanma etkilerine çok açıktır [24]. Bağlayıcı yüzey alanının geniş olması, bağlayıcının yaşlanmasında temel faktördür. Geleneksel asfalt karışımları ile karşılaştırıldığında, bağlayıcının oksidasyonu poroz asfalt kaplamalarda daha hızılı gerçekleşmektedir. Bu durum, poroz asfalt kaplamaların durabilitesini olumsuz yönde etkiler. Bitümün yaşlanması, bitümün kimyasal yapısını değiştirir. Bitüm içerisindeki hafif maddelerin buharlaşması ve havanın okside etkisi bitümün sertleşmesine sebep olur. Düşük sıcaklıklar, sertleşmiş bitümün kırılganlaşmasına ve kırılma enerjisinin düşmesine sebep olur.

53 34 Modifiye edilmiş bitümler, yaşlanma etkilerine karşı daha dayanıklıdır ve modifiye edilmiş bitümlerin kritik sertleşmeye ulaşması daha zordur. Modifikasyon, bağlayıcının çatlamaya karşı dayanımını arttırır. Modifiye edilmiş bitümlerin başlangıç performansı, normal bitümlere göre daha yüksek bir noktadadır [9]. Yaşlanma etkilerini azaltmak için hacim/yüzey oranını arttıran ve mekanik dayanımı geliştiren daha kalın bir bitüm filmi oluşturulabilir. Kalın bitüm filmi oluşturulması; bağlayıcının modifikasyonu, bağlayıcının viskozitesinin arttırılması veya selüloz fiber kullanılması ile gerçekleştirilebilir. Zamanla poroz asfalt kaplamada gözlenen boşluk oranındaki azalma, kaplamanın atmosfer koşullarına maruz kalmasını azaltır ve bu durum yaşlanma etkilerini geciktirir Soyulma ve sökülme Üniform agrega gradasyonu kullanılması ve orta boyuttaki agrega eksikliği, agregalar arasındaki temas yüzey alanını azaltmakta ve bağlayıcı üzerindeki mekanik yüklemeyi arttırmaktadır. Trafik yüklerinden dolayı oluşan kesme kuvvetleri, agregaların yol yüzeyinden kopma riskini arttırmaktadır. Agregaların yol yüzeyinden kopması, kalan agregalar üzerine gelen yüklemeleri arttırarak kaplamada çukurların daha hızlı oluşmasına sebep olmaktadır. Agrega kayıplarının nedenleri konusunda tartışmalar sürmektedir. Agrega kayıplarının, yüksek sıcaklıklarda bağlayıcı kohezyonunun azalmasından dolayı ve/veya su etkisiyle adezyonun zayıflamasından dolayı ve/veya düşük sıcaklıklarda yorulma nedeniyle bağlayıcının kırılganlaşmasından dolayı meydana gelebileceği tartışılmaktadır [22]. Bu problemin çözümü için öneriler mevcuttur. Bağlayıcı oranı arttırılarak yaşlanma etkileri azaltılabilir ve bağlayıcının maruz kaldığı yüklere karşı daha dayanıklı olması sağlanabilir.

54 35 Bağlayıcı modifiye edilerek performansı arttırılır. Karışım hazırlanması esnasında da, agregaların tamamen bağlayıcı ile kaplanmasına özen gösterilerek, bağlayıcı ve agrega arasındaki adezyon arttırılmış olur. Su iletim kapasitesini düşürmeden yüzeyde daha iyi mekanik performans elde etmek için farklı boyutlarda agregalar seçmek veya üst üste farklı gradasyona sahip iki poroz asfalt uygulaması yapmak uygun olabilmektedir DüĢük baģlangıç kayma direnci Yeni serilmiş poroz asfaltın kayma direncinin düşük olduğu gözlenmiştir. Bunun sebebi; agregalar üzerindeki bitüm filminin kalın olması ve teker-agrega arasındaki temas alanını göreceli olarak düşürmesinde kaynaklanmaktadır. Bu durum birkaç hafta veya ay içerisinde agregalar üzerindeki bitüm filminin azalması ile ortadan kalkar ve kayma direncinin yükseldiği gözlenir Tuzun yol yüzeyinden uzaklaģması Buzlanmanın tuz kullanılarak giderildiği ülkelerde sorunlar ortaya çıkmaktadır. Tuz, kar veya buzun erimesini sağlamakta ve erimiş su ile kaplamadan dışarı atılmaktadır. Tuzun tamamen erimeden dışarıya atılmasının önüne geçmek için tuz kristallerinin boyutları değiştirilmiş ve tuzun yol yüzeyine yayılmasında özel bir yöntem geliştirilmiştir [22] Zamanla boģluk oranının düģmesi Poroz asfalt kaplamalarda, kalıcı deformasyonlardan kaynaklı boşluk oranında azalma meydana gelebilmektedir. Poroz asfalt kaplamada meydana gelen kalıcı deformasyonların temel sebebi, agreganın yeterli dayanıma sahip olmamasıdır. Bu nedenle poroz asfalt kaplamalarda kullanılacak agreganın sağlam olmasına özen gösterilmelidir [22].

55 36 Zaman içerisinde meydana gelen boşluk oranında düşmenin diğer bir sebebi ise; yol yüzeyine gelen çamurun kaplama içerisine nüfusu ve boşlukları doldurmasıdır. Bu durum, kaplamanın drenaj kabiliyetinin düşmesine ve yağış sularının yeterince hızlı yol yüzeyinden uzaklaştırılamamasına sebep olur. Tıkanan boşlukların yeniden açılabilmesi için, kaplamanın yüksek basınçlı su püskürten araçlarla yıkanması yoluna gidilir Bağlayıcının süzülmesi Poroz asfaltın kesikli gradasyon yapısı ve sahip olduğu kalın bitüm film tabakası, karışımın inşa sahasına taşınması esnasında bağlayıcının süzülmesine neden olabilmektedir. Bağlayıcı süzülmesi, nakliye esnasında karışımın segregasyona uğrayarak kamyonun alt kısmında bitümü zengin karışım, kamyonun üst kısmında ise bitümü fakir karışım oluşması durumudur. Bu etkinin azaltılması için değişik teknikler uygulanmaktadır. Örneğin; her ne kadar mekanik dayanımın arttırılması için kullanılıyor olsa da; bağlayıcı modifikasyonu, bağlayıcının viskozitesini yani akmaya karşı direncini arttırarak, bağlayıcı süzülmesini azaltmaktadır. Alternatif olarak, kapiler güçleri arttırarak bağlayıcıyı yerinde tutan ve bağlayıcının süzülmesine engel olan fiber kullanımı gerçekleştirilebilir. Fakat fiber kullanımında dikkatli olmak gerekir. Çünkü fiberler bünyelerinde su bulundurabilir ve bu su bitümle tamamen sarılmaya engel olur. Tam olarak bağlayıcı ile sarılmamış olma durumu, bağlayıcı içerisinde süreksizliğe sebep olur ve bu durum mekanik göçmeye götürebilir Poroz Asfalt KarıĢımlarının Park Alanlarında Kullanılması Tüm dünyada poroz asfalt kaplamalar, şehir plancılarının ve belediyelerin dikkatini çekmektedir. Poroz asfalt kaplamalarla oluşturulan araç park alanları sayesinde, yağıştan kaynaklanan yüzey sularının çevreye duyarlı şekilde kaplama yüzeyinden uzaklaştırılması mümkündür. Kaplama yüzeyine gelen yağış suyu, oluşturulacak kanalizasyon sistemi yerine yer altına verilmekte ve yer altı sularının beslenmesi

56 37 sağlanmaktadır. Yeni kanalizasyon hatlarının oluşturulması ihtiyacının ortadan kalkması, alt yapı harcamalarının azaltılması sağlamaktadır [25]. Su, yıllarca yol kaplamalarının ve yol gövdelerinin düşmanı olarak görülmüştür. Özellikle donma-çözünme etkilerinin yoğun olduğu bölgelerde, suyun yol yüzeyinden ve yol gövdesinden uzak tutulması için çok değişik önlemler geliştirilmiştir. Fakat bu anlayış poroz asfalt kaplamaların geliştirilmesiyle tamamen tersine dönmüştür. Poroz asfalt kaplamaların geliştirilmesinin amacı, yüzey sularının hızla kaplama içerisine alınmasıdır. Yüzey kaplaması olarak poroz asfaltın kullanıldığı araç park alanlarında, kaplama içerisine alınan yüzey suları, kaplama altında oluşturulan kırmataş tabakanın içerisinde toplanır ve buradan yer altı sularının beslenmesi sağlanır. Kırmataş tabakanın içerisinde biriken suyun hiçbir zaman kaplama seviyesine kadar yükselmemesi gerekir. Bu kırmataş tabakanın kalınlığı 45 cm ile 100 cm arasında değişebilir. Bu kadar kalın oluşturulan kırmataş tabaka, asfalt kaplama için de güçlü bir alttemel oluşturmaktadır. Poroz asfalt kaplama altında oluşturulan kırmataş tabaka üniform agregadan oluşturulur. Agreganın üniform boyutu sayesinde kırmataş tabakanın boşluk oranının maksimum olması sağlanır. Bu sayede bu tabakada depo edilebilecek su miktarı arttırılmış olur. Kırmataş tabakanın boşluk oranı yaklaşık %40 tır. Kullanılan agreganın boyutu, yerel agrega kaynaklarına bağlı olmakla beraber 3,8-6,4 cm aralığındadır. Kullanılacak kırmataş agreganın boşlukları tıkamaması için mutlaka yıkanmış, temiz agrega olması zorunludur. Kırmataş tabakanın altında doğal zemin bulunur. Doğal zemin kesinlikle sıkıştırılmamalıdır. Kazı ve inşaat işlemleri esnasında doğal zeminin sıkışmasını engellemek için iş makinelerinin doğal zemin üzerinde gezinmeleri minimuma indirgenmelidir. Doğal zeminin, kırmataş tabakada biriken suyun alt katmanlara geçmesine izin verecek geçirgenliğe sahip olması gerekir. Kırmataş tabaka ile doğal zemin arasına geotekstil serilmesi zorunludur. Kullanılan geotekstil doğal zeminde

57 38 bulunan ince danelerin kırmataş tabaka içerisine ilerleyerek boşlukları tıkamasına engel olur. Şekil 3.5 de kırmataş park alanı kesiti verilmiştir [26]. Poroz asfalt tabaka Kırmataş tabaka Geotekstil Sıkıştırılmamış doğal zemin Şekil 3.5. Kırmataş park alanı kesiti Park alanlarında kullanılan poroz asfalt kaplamanın, yıllar içerisinde boşluklarının tıkanma olasılığı vardır. Böyle bir durumda poroz asfalt kaplama geleneksel kaplamalar gibi davranacak, yağış sularının kaplama yüzeyinde birikmesine veya kaplama yüzeyinden akmasına sebep olacaktır. Poroz asfalt kaplamanın işlevini yitirmesi durumunda, yağış sularının kırmataş tabakaya iletilmesini sağlamak amacıyla kaplama kenarları kırmataş ile doldurulur. Bu sayede yağış suyunun kırmataş tabakaya ulaşması sağlanır. Bu durum Resim 3.2-f de verilmiştir. Poroz asfalt park alanlarında oluşabilecek diğer bir olumsuz durumda kırmataş tabakanın altında bulunan doğal zemin kanallarının tıkanması ve suyun alt katmanlarda gönderilemeyerek kaplama içerisinde yükselmesidir. Benzer sonuç çok yağışlı mevsimlerde kırmataş tabaka altında bulunan doğal zeminin doygun hale gelmesiyle de ortaya çıkabilir. Bu durumun önüne geçebilmek için her zaman doğal zemine pozitif eğim verilir. Fazla suyun drenaj çıkışlarına yönlendirilerek park alanından uzaklaştırılması sağlanır.

58 39 a) b) c) d) e) f) Resim 3.2. Poroz asfalt park alanı yapım aşamaları [25]. a)kazı b)geotekstil ve boruların yerleştirilmesi c)kırmataş tabakanın serimi d) Kırmataş tabakanın yerleştirilmesi e)poroz asfaltın serimi f)kullanıma hazır park alanı Poroz asfalt kaplamalı park alanlarının inşasından önce çok iyi bir zemin etüdünün yapılması zorunluluğu ortadadır. Yer altı su seviyesinin durumu, kırmataş tabaka altında bulunan zeminin özellikleri ve su ile ilişkisi çok iyi etüt edilmelidir. Bunun yanında park alanının yapılacağı bölgenin yıllık yağış miktarlarının bilinmesi de kırmataş tabakanın kalınlığının belirlenmesinde önemlidir [25].

59 40 Diğer asfalt kaplamalar gibi poroz asfalt kaplamalar da ihtiyaçtan dolayı geliştirilmiştir. Yapılması gereken, inşa edilecek olan yüzey kaplamasından beklentileri ortaya koymak ve bu beklentiler doğrultusunda en uygun yüzey kaplaması seçmektir.

60 41 4. YAPILAN DENEYLER VE KULLANILAN DENEY CĠHAZLARI Bu bölümde poroz asfalt karışımların performans özelliklerinin belirlenmesi için kullanılan deney yöntemleri, deney yöntemlerinin genel özellikleri ile deneylerin gerçekleştirilmesinde kullanılan deney cihazları hakkında bilgiler verilmiştir Bitüm Süzülme Deneyi Poroz asfalt karışımlar, geleneksel bitümlü sıcak karışım kaplamalara göre daha zengin bitüm içermektedir. Kesikli ve ince danelerin oranının az olduğu bir gradasyon yapısına sahiptir. Belli elek aralıklarında daha fazla, belli elek aralıklarında ise daha az agrega vardır. Karışım hazırlanırken sıcaklıktan dolayı karışım bünyesindeki bu fazla bitüm, akıcı bir özellik kazanıp agrega karışımından süzülerek ayrılmaktadır Bitüm süzülme deneyinin yapılıģı Schellenberger bitüm süzülme deneyi; Almanların geliştirdiği bir deney yöntemidir. Uluslararası düzeyde geçerli bir deney yöntemi olduğundan yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu deney poroz asfalt karışımların dizayn kriterleri arasında bulunmaktadır. Deneyin yapılışı; 1000 ml lik cam beherin boş ağırlığı tartılır, 135 o C de hazırlanan 1000 gr poroz asfalt karışımı 1000 ml lik cam behere konularak 0,1 gr hassasiyetinde tartılır. Beher, üzeri kapatıldıktan sonra 1 saat süre ile, 170 o C sıcaklıktaki etüvde bekletilir. Bu sürenin sonunda etüvden çıkartılır ve karışım beheri sarsmadan boşaltılır. Cam behere yapışan agrega varsa temizlenir. Deney sonu cam beher 0,1 gr hassasiyetinde tartılır ve boş beher ağırlığı çıkartılır. Süzülen bitüm miktarı, başlangıçta deneye alınan karışım miktarına oranlanarak bulunur. Şartname değeri maks. % 0,3 tür. Çıkan sonuç; % 0,3 den küçükse uygun, % 0,3 den büyükse uygun değil anlamındadır [5]. Aşağıda verilen Resim 4.1., 4.2., 4.3. ve 4.4 de bitüm süzülme deneyinin yapılış aşamaları görülmektedir.

61 42 Resim 4.1. Poroz asfalt karışımın hazırlanması, cam beherlerin tartımı Resim 4.2. Karışımın 1 saat 170 o C de bekletilmesi Resim 4.3. Karışımın cam beherden boşaltılması Resim 4.4. Bütüm süzülme deneyi sonrası cam beherler

62 Yoğurmalı SıkıĢtırıcı- Gyratory Compactor Yoğurmalı sıkıştırıcı, SHRP araştırmaları sonucunda Teksas yoğurmalı sıkıştırıcısı temel alınarak geliştirilmiş numune hazırlama cihazıdır. Marshall tokmağından farklı olarak yoğurmalı sıkıştırıcı sayesinde istenilen yükseklikte, istenilen yoğunlukta numuneler hazırlamak mümkündür. Ayrıca; sahip olduğu yoğurma hareketi sayesinde arazide uygulanan sıkıştırma hareketine çok yakın özelliklere sahip sıkıştırma, laboratuar ortamında gerçekleştirilebilmektedir [27]. Resim 4.5. Yoğurmalı sıkıştırıcı Sahip olduğu 6 inch çapındaki kalıplar sayesinde maksimumu dane boyutu 50 mm ye kadar olan agregalar sıkıştırılabilmektedir. Yoğurmalı sıkıştırıcı şu elemanlardan oluşur; Cihaz iskeleti, dönen taban ve motor Yükleme sistemi, yükleme kafası ve basınç ölçer Yükseklik ölçer ve kayıt sistemi Kalıp ve taban plakası Numune çıkarma aparatı

63 44 Numunenin hazırlanması sırasında, yükleme kafası numune üzerine sabit 600 kpa lık yük uygular. Uygulanan yükün doğruluğu, basınç ölçer tarafından kontrol edilir. Numune sıkıştırılması esnasında, kalıp içerisindeki numune kalıpla beraber dakikada 30 dönüş yapar. Kalıp tabanındaki hareketli plaka sayesinde de sıkıştırma esnasında numuneye 1,25 o lik açı verilir [27]. Resim 4.6. Yoğurmalı sıkıştırıcıda hazırlanan numunenin kalıptan çıkarılması Sıkıştırma esnasında numune boyunun ölçülebilmesi yoğurmalı sıkıştırıcının önemli bir özelliğidir. Kalıba konan numune miktarı, kalıp iç çapı ve numune yüksekliğinin bilinmesi, sıkıştırma esnasında anlık olarak yoğunluk belirileme imkânı sağlamaktadır. Bu sayede karışımın sıkışma karakterleri de belirlenebilir. Cihaz, 6 inç ve 4 inç çaplı numuneler hazırlamaya uyumlu yükleme kafası ve kalıplar içermektedir Sudan Kaynaklanan Bozulmalara KarĢı Direnç Deneyi Bitümlü karışımların suyun zararlı etkilerine karşı dayanımının incelenmesi amacıyla; hazırlanarak marshall briketleri koşullu, ve koşulsuz olarak iki guruba

64 45 ayrılır. Bu briketlere, indirekt çekme mukavemeti deneyi dediğimiz kısaca İÇM deneyi yapılır. AASHTO T 283 de açıklanan bu metot, laboratuarda sıkıştırılmış bitümlü karışımların donma-çözünme etkileri nedeniyle çap düzleminde oluşan çekme mukavemeti değişiminin ölçümünü ve bu deney için numune hazırlanmasını kapsar. Bu metot ile; plentlerde üretilen bitümlü karışımlar ve herhangi bir yaştaki üstyapıdan alınan karotlar test edilebilir ĠÇM deneyinin yapılıģı Dizayn değerlerine uygun olarak hazırlanan marshall briketleri aşağıda anlatıldığı şekilde koşullu ve koşulsuz gruplara ayrılır. Koşulsuz gruptaki briketler deneye kadar oda sıcaklığında tutulmalı ve sızdırmaz plastik torbalarda saklanmalıdır. Sonrasında 2 saat süreyle 25 o C de su banyosunda tutulur ve tüm koşulsuz numuneler sırasıyla basınç plakası altına konur. Yük, numune çapı boyunca uygulanır. Yükleme şeritleri numune çapına bağlıdır. 4 çapındaki briket numuneleri için, genişliği 13 mm olan yükleme şeritleri kullanılır. Deney makinesine bağlanan numuneye, deney aletinin başlığının hareketi dakikada 2 veya 50,8 mm olacak şekilde yük uygulanır. Maksimum bir yük değerine ulaşıldığı anda numunede çap boyunca düşey çatlak oluşumu gözlenir ve numune daha fazla yük taşıyamaz. Aletin göstergesinden okunan yük değeri kaydedilir ve İÇM(İndirek Çekme Mukavemeti) değerleri hesaplanır. Aşağıdaki Resim 4.7 de İÇM deneyi için kullanılan yükleme ünitesi görülmektedir [28]. Resim 4.7. İÇM deneyinde kullanılan yükleme cihazı

65 46 Koşullandırılacak gruptaki briketler sırasıyla tabanına metal parçalar konmuş vakum kabı içine yerleştirilir. Vakum kabı, numune yüzeyini en az 25 mm aşacak şekilde oda sıcaklığındaki damıtık su ile doldurulur. 5 dakika boyunca inch Hg gibi kısmi bir vakum uygulanır, vakum kesilir ve numune doygun hale gelmesi için 10 dakika su içinde bırakılır. Hazırlanan briketlerin hava boşluğunun %70-80 i suyla dolu hale getirilir. Vakumlanmış numuneler her birinin içinde 10 ml su bulunan poşetlere konur ve poşetler kapatılır [28]. (a) Resim 4.8. İÇM numuneleri a) briketlerin desikatörde doygun hale getirilmesi, b) poşetlenmiş numuneler (b) Numuneler 16 saat, -18 o C de derin dondurucuda bekletilir, sonrasında çıkarılarak 24 saat 60 o C lik su banyosunda tutulur. Sonrasında çıkarılarak 2 saat süreyle 25 o C de su banyosunda tutulur. Her koşullu numune sırasıyla iki basınç plakası arasına konur, yükleme şeritleri numunenin iki kenarına da yerleştirilir. Şekil 4.1 de görüldüğü gibi yük numune çapı boyunca uygulanır. Tıpkı koşulsuz briketlerde yapılan işlemde anlatıldığı gibi uygulama yapılarak İÇM değerlerinin hesabına geçilir [28]. Sonraki aşamada hesaplanan değerler; koşullu grubun değerleri, koşulsuz grubun değerlerine oranlanarak İÇM oranları hesaplanır.

66 47 Şekil 4.1. İÇM numunesine yük uygulanması Çekme mukavemeti aşağıdaki gibi hesaplanır. Burada; St: Çekme mukavemeti, psi P: Maksimum yük, lb t: Numune kalınlığı, inch D : Numune çapı, inch şeklindedir. 1 kg = 2,2048 lb 1 kg/cm 2 = 14,223 psi 1 inch = 2,54 cm alınıp dönüştürmeler yapıldığında formül aşağıdaki hale gelir. Burada; P: Maksimum yük, kg

67 48 t: Numune kalınlığı, cm St: Çekme mukavemeti, kg/cm 2 dir Tekerlek Ġzinde Oturma Tayini Deneyi (Rutting) Tekerlek izinde oturma tayini deneyi (TİO), bitümlü sıcak karışım kaplamaların tekerlek yükleri altında oluşan plastik yani kalıcı deformasyonlara karşı gösterdiği dayanımı görebilmek için yapılır. Dünyada yaygın olarak kullanılan tekerlek izinde oturma tayini deney aletlerini aşağıdaki gibi sıralayabiliriz. * Almanya (Hamburg) tekerlek izi ölçüm cihazı; * LCPC, Fransa Yollar Laboratuarının geliştirdiği tekerlek izi ölçüm cihazı; * Transportation Research Laboratory test aleti; * Amerikan Georgia tekerlek izi ve yorulma cihazı; * Amerikan Purdue Üniversitesi tekerlek izi ölçüm cihazı; * Güney Amerika MML53 test ekipmanı Bu deney yöntemlerinin her biri farklı bir sistemde, sıcak karışım numuneleri üzerinde iz oluşturduğundan birbirlerinden farklı sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Örneğin Almanya da metal tekerlek kullanılırken İngiltere, Fransa ve Amerika da lastik tekerlek kullanılmaktadır. Ülkemizde TCK Genel Müdürlüğü, Araştırma ve Geliştirme Dairesi Başkanlığı, Üstyapı Şubesi Müdürlüğünde LCPC, Fransa Yollar Laboratuarının geliştirdiği tekerlek izi ölçüm cihazı bulunmaktadır. Bu alet ile deneyler TS EN A1 deney standardına göre yapılmaktadır [29]. Deneysel çalışmamızda kullandığımız tekerlek izinde oturma deneyi numune sıkıştırma aleti ve tekerlek izinde oturma deneyi aleti Resim 4.9 ve 4.10 da görülmektedir.

68 49 Resim 4.9. TİO tayini cihazı numune sıkıştırıcısı Resim TİO tayini cihazı Tekerlek izinde oturma tayini deneyinin yapılıģı Tekerlek izinde oturma tayininde kullanılan numune kalıplarının hacmi; 50 cm(uzunluk) x 18 cm(genişlik) x 10 cm(kalınlık) = cm 3 tür. Marshall dizaynı sonucu bulduğumuz optimum bitüm ve optimum bitüm yüzdesindeki pratik özgül ağırlık (Dp) değerleri göz önüne alınarak cm 3 hacim

69 50 içine girecek poroz asfalt karışım miktarları hesaplanarak bulunur. Her deney, iki deney numunesi ile gerçekleştirilir. Sıkıştırılan tekerlek izinde oturma tayini numunelerinin havada tartımı ve boyut ölçümleri hassas şekilde gerçekleştirilerek pratik özgül ağırlık değerleri Dp(numune) bulunmuştur. Numuneler, tekerlek izinde oturma tayini aletine yerleştirilir. Deney aletine 24 o C deney sıcaklığında, 1000 devir (lastik tekerleğin her gidiş gelişi 1 devir) yaptırılır. Deney esnasında her bir lastik tekerlek N yük uygulamalı ve her tekerlek lastik basıncı 87 psi olmalıdır. 24 o C deki ilk 1000 devir, soğuk devir adını almaktadır. Bu 1000 devirden sonra Şekil 4.2 de sol ve sağ kalıp içindeki numunelerin belirtilen noktalarından derinlik kumpası ile deformasyon miktarları mm cinsinden ölçülür ve ilgili deney formlarına geçilir [29]. Resim TİOdeneyi için hazırlanan numuneler Daha sonra deney ortamı 60 o C ye getirilir, numuneler 12 saat bekletilir. Sırasıyla 60 o C de 1 000, 2 000, 2 000, 5 000, , devir, toplamda devir yaptırılarak deney tamamlanır. Her grup devir sonunda, Şekil 4.2 de gösterilen noktalardan deformasyon ölçümleri derinlik kumpası ile alınır ve ilgili formlara kaydedilir.

70 51 Şekil 4.2. TİO tayini numunelerinin deformasyon ölçüm noktaları Resim TİO deneyi sonrası numunelerin durumu 4.5. Tekrarlı Yük Altında Yorulmaya KarĢı Direnç Dayanımı (Fatigue) Yol kaplamasında görülen çatlaklar, yapısal hatalardan kaynaklandığı gibi zamanla trafik yüklerinin tekrarından dolayı oluşan yorulma nedeniyle de olabilir. Kaplama tabakası, farklı şiddetlerde ve frekanslarda tekrarlanan tekerlek yüklerine maruz kalır. Yorulma bozulması terimi, taşıt yüklerinin tekrarı sebebiyle asfalt betonunda oluşan bozulmalar için kullanılır. Heukelom ve Klomp; çevresel etkiler sonucunda sürekli değişimlerin yığışımlı olarak toplanıp, uygulanan gerilmenin gerilme

71 52 dayanımına eşit olmasını sağlayan durumlar olarak tanımlamışlardır. Başka bir ifade de ise Deocan yorulma ifadesini; asfalt malzemelerde şartlara bağlı olarak gittikçe ilerleyen, lokal ve sürekli olan değişiklikler olarak ifade etmiştir. Bu değişikliklerin belirli nokta veya noktalarda değişken gerilmeler ve deformasyonlar oluşturacağını, bunun yeterli yüklemelerden sonra çatlak veya komple bir kırığa sebep olacağını belirtmiştir [31]. Genel olarak ise; yorulma, tekrarlanan veya dalgalanan en yüksek, fakat çekme emniyet gerilmesinden daha düşük bir gerilme altında malzemenin kırılması olarak tanımlanmaktadır. 30,5 x 40 x 5 cm boyutlarında sıkıştırılmış bitümlü sıcak karışım (BSK) numuneleri üzerinden 5 x 40 x 5 cm boyutlarında numuneler kesilerek tekrarlı yük altında yorulmaya karşı direnç dayanımı (fatigue) deneyi yapılır. Önceden seçilerek sabitlenen bir gerilme veya birim deformasyon değeri ve 20±0.5 o C ortam sıcaklığında uygulanan tekrarlı yükler altında numunenin yorulma dayanımı ve rijitliği (stiffness) değerleri ölçülür. Deney EN Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt Part 24: Resistance to fatigue standardına göre yapılmaktadır [30]. Resim ,5 x 40 x 5 cm boyutlarında sıkıştırılmış bitümlü sıcak karışım Deney sonucunda; uygulanan tekrarlı yük sayısı, numunenin rijitlik dayanımındaki değişim, harcanan toplam enerji değerleri gibi veriler elde edilir. Böylece dizaynını

72 53 yaptığımız karışımın trafik(tekrarlı) yükleri altında davranışı ve dayanımı ile ilgili bilgiler elde ederiz. Resim 4.14 de yorulma deneyi için kullanılan numune sıkıştırıcı ve yorulma deney aleti görülmektedir. (a) Resim 4.14 a) Yorulma deney aleti numune sıkıştırıcısı, b)yorulma deney aleti (b) Tekrarlı yük altında yorulmaya karģı direnç deneyinin yapılıģı Tekrarlı yük altında yorulmaya karşı direnç dayanımı (fatigue) deneyinde kullanılan numune kalıplarının hacmi; 40 cm(uzunluk) x 30,5 cm(genişlik) x 5 cm(kalınlık) = 6100 cm 3 tür. Marshall dizaynı sonucu bulduğumuz optimum bitüm yüzdesü ve optimum bitüm yüzdesindeki pratik özgül ağırlık (Dp) değerleri göz önüne alınarak 6100 cm 3 hacim içine girecek Poroz asfalt karışım miktarı hesaplanarak bulunmuş, tekrarlı yük altında yorulma tayini numuneleri çift numune sıkıştırılarak hazırlanmıştır. Sıkıştırılan numuneler oda sıcaklığında soğumaya alınmış, bir gün sonra kalıptan çıkarılarak 5 cm x 40 cm x 5 cm boyutlarında gelecek şekilde, Resim 4.15 de görüldüğü gibi kesilerek hazırlanmıştır.

73 54 Resim cm x 40 cm x 5 cm boyutlarında fatigue numuneleri Deney numuneleri, dört nokta eğilmeli tekrarlı yük uygulayan yorulma dayanımı aletine yerleştirilmeden önce EN standardında belirtildiği gibi minimum 1 saat süreyle 20 o C de iklimlendirme kabininde tutulur ve deneye daha sonra alınır. Numuneler Resim 4.14-b de görüldüğü gibi yorulma deney aletinin içine yerleştirilir. Deney aletinin çalışma prensibi Şekil 4.3 de görüldüğü gibidir [30]. Şekil 4.3. Yorulma deney aleti çalışma prensibi 1.Uygulanan yük, 2.Tepki, 3.Numune, 4.Numune tutucular 5.Defleksiyon, 6. Önceki konuma dönüş isteği Numune deney aletinin içine yerleştirilir. Numune tutucularla sabitlenir. Numune boyutları, numune adı, uygulayacağımız yükün saniyedeki tekrar sayısı, deney süresince sabit olarak kalacak strain değeri gibi bilgiler deney aletinin yazılımı

74 55 vasıtasıyla bilgisayara girilir ve deney başlatılır. Deney standardında bahsedildiği üzere, saniyede 20 kez yük verecek şekilde ayarlanır, istediğimiz sabit birim deformasyon(strain) değerinde (standartta 200, 300 ve 500 birim deformasyon(strain) değerleri tavsiye edilmektedir) deney başlatılır. Deneyin başlangıcında alet numunenin başlangıç rijitlik(stiffness) değerini ölçer ve kaydeder saniyede 20 kez tekrarlı yük uygular. Belirli sayıda tekrarlı yük uygulandıktan sonra rijitlik değerini tekrar hesaplar. Bu işlem numunenin deney başlangıcında ölçülen rijitlik değerinin yarısı değerine düştüğü zamana kadar devam eder. Deney iki şekilde sonuçlanır; birincisi numune başlangıç rijitlik değerinin (Mpa olarak) % 50 sini kaybettiği uygulanan tekrarlı yük sayısına ulaştığı anda alet otomatik olarak yük uygulamasını keserek deneyi durdurur. İkinci durumda ise; numune başlangıçta sahip olduğu rijitlik değerinin % 50 sini 2 milyon tekrarlı yük sayısına kadar kaybetmez ve otomatik olarak durmaz ise bu durumda deney standardında belirtildiği üzere 2 milyon tekrarlı yük sayısına ulaşılınca operatör tarafından deney sonlandırılır. 2 milyon tekrarlı yük sayısındaki numunenin rijitliği ve başlangıç rijitliğine göre % durumu deney sonucu olarak alınır [30]. Hesaplamalarda kullanılan genel prensip EN standardında geniş bir şekilde açıklandığı üzere; Bitümlü sıcak karışımlar viskoelastik malzemeler olup mekanik özelliklerinin tayini için Rijitlik Modülü kullanılmaktadır. Rijitlik modülü, elastik malzemelerin elastikiyet modülüne benzemekle beraber yükleme hızına bağlı olarak Numune Rijitliği(Mpa) = stress/strain şeklinde ifade edilebilir. Burada stres(α) MPa biriminde, strain(ɛ) ise birimsizdir. Genel olarak rijitlik ısı azaldıkça, karışım yoğunluğu arttıkça ve bitümlü bağlayıcının penetrasyonu azaldıkça artacaktır Parça Kaybı(Cantabro) Deneyi Bitümlü sıcak karışım kaplamalarda, tekerlek yükleri altında parçalanma ve sökülmeler gözlenebilir. Poroz asfalt karışımlar, sahip oldukları yüksek boşluk oranı nedeniyle sökülme ve parçalanmalara geleneksel asfalt karışımlarına göre daha yatkındırlar. Parça kaybı deneyi, poroz asfalt karışımlara özel geliştirilmiştir.

75 56 Karışımın, sökülme ve parçalanmaya karşı dayanımının belirlenmesini sağlayan bir deneydir Parça kaybı(cantabro) deneyinin yapılıģı Parça kaybı(cantabro) deneyi, uluslararası düzeyde geçerli başka bir deney yöntemi olmadığı için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu deney, poroz asfalt karışımların dizayn kriterleri arasında bulunmaktadır. Çapı (100±3) mm ve yüksekliği (63,5±5,0) mm olan en az 5 silindirik numune hazırlanır. Numunelerin hazırlanmasında marshall tokmağı veya yoğurmalı sıkıştırıcı kullanılabilir [32]. Resim Parça kaybı (Cantabro) deneyi için hazırlanan numuneler Sıkıştırılan numunelerin pratik özgül ağırlık(dp) ve boşluk oranları kontrol edilir. Sıcaklığın deney sonuçları üzerinde büyük etkisi vardır. Deney esnasında sıcaklığın 15 o C-25 o C aralığında olması tavsiye edilir. Deneye tabi tutulmadan önce numunelerin 25 o C yi geçmeyen bir ortamda en az 2 gün bekletilmesi gerekir. Deney öncesi her bir numunenin ağırlığı W1 olarak kaydedilir. Daha sonra tek bir silindirik numune, metal toplar olmaksızın Los Angeles Aşınma Cihazının içerisine yerleştirilir. Los Angeles Aşınma Cihazına 3,1 rad/sn ile 3,5 rad/sn hızda (30 rpm - 33 rpm) 300 devir yaptırılır. Devir sayısı tamamlandığında numune cihazdan

76 57 çıkarılır, üzerindeki gevşek malzeme temizlenir ve W 2 olarak tartılır. Deney, kalan her bir numune için aynı şekilde tekrarlanır [32]. Resim Parça kaybı (Cantabro) deneyi sonrası numuneler Parça kaybı değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. Burada; PK: Parça kaybı değeri, % W 1 : Numunenin deney öncesi ağırlığı, gr W 2 : Numunenin deney sonrası ağırlığı, gr 4.7. Permeabilite Deneyi Poroz asfalt karışımların en belirgin özelliği sahip oldukları yüksek boşluk oranıdır. Bu yüksek boşluk oranı sayesinde, poroz asfalt karışımlar üzerine gelen yağış suyunu hızlı şekilde bünyesi içine alır ve sahip olduğu boyuna ve enine eğimle yol yüzeyinden uzaklaştırır. Poroz asfalt karışımların yüksek boşluk oranına sahip olması, her zaman üzerine gelen yağmur sularını çok hızlı şekilde yol yüzeyinden uzaklaştıracağı anlamına gelmez. Suyun hızlı şekilde yol yüzeyinden uzaklaştırılabilmesi için yüksek boşluk oranının yanında, bu boşlukların birbiri ile

77 58 temas halinde olması gerekir. Poroz asfalt karışımların suyu uzaklaştırma hızının belirlenebilmesi için düşey ve yatay permeabilite deneyi gerçekleştirilir DüĢey ve yatay permeabilite deneylerinin yapılıģı Deneyler oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Permeabilite deneyi için çapı 100 mm veya 150 mm olan, yüksekliği çapının %25 inden büyük ve maksimum dane çapının en az 2 katı olan silindirik numuneler hazırlanır. Hem düşey, hem de yatay permeabilite deneyinde, yüksekliği sabit su kolonu silindirik numune üzerinde oluşturulur. Belirlenen zaman boyunca suyun numune içerisinden geçmesi sağlanır. Daha sonra numuneye ait düşey ve yatay akış oranları (Q v ve Q h ) ile düşey ve yatay permeabilite değerleri(k v ve K h ) hesaplanır [33]. Resim Düşey ve yatay permeabilite deneyi için hazırlanan numuneler DüĢey permeabilite deneyinin yapılıģı Bu deneyde, suyun numune içerisinde düşey yöndeki akışı ölçülür. Bu amaçla; Resim 4.19 da bulunan düzenek kullanılır. Numuneye membran takılır, membran takılan numune plastik tüp içerisine yerleştirilir. Numuneye takılan membran, suyun numune yan yüzeyinden geçmesine engel olur. Suyun sadece numune içerisinde düşey yönde hareket etmesi sağlanır. Su kolonu (300±1) mm yüksekliğinde olmalıdır. Suyun numune içerisinden 10 dakika boyunca geçmesi sağlanır ve numune doygun hale gelmiş kabul edilir [33].

78 59 Resim Düşey permeabilite deney düzeneği Numune doygun hale geldikten sonra numune üzerindeki (300±1) mm yüksekliğinde su kolonu sabit tutularak belirlenen t zamanı boyunca numune içerisinden su geçişi sağlanır. t zamanı en az 60 sn olmalıdır. t zamanı boyunca numune içerisinden geçen su, boş ağırlığı daha önce m 1 olarak belirlenen hazne içerisinde toplanır. t zamanı sonunda suyla dolu hazne ağırlığı m 2 olarak ölçülür [33]. Suyun düşey akışı aşağıdaki gibi hesaplanır. Burada; Q v : Suyun düşey akışı, m 3 /sn m 1 : Boş hazne ağırlığı, gr m 2 : t süresi sonunda su ile dolan hazne ağırlığı, gr t: Suyun haznede toplanma süresi, sn Düşey permeabilite değeri aşağıdaki gibi hesaplanır.

79 60 Burada; K v : Düşey permeabilite değeri, m/sn Q v : Suyun düşey akışı, m 3 /sn l: Numune yüksekliği, m h: Su kolonu yüksekliği, m D: Numune çapı, m Yatay permeabilite deneyinin yapılıģı Bu deneyde, suyun numune içerisinde hem düşey hem yatay yöndeki akışı ölçülür. Deney sonucu; numunenin düşey ve yatay permeabilitesinin bir kombinasyonudur. Yatay permeabilite değerinin belirlenmesi için Resim 4.20 de bulunan düzenek kullanılır. Resim Yatay permeabilite deney düzeneği Suyun numunenin içerinden düşey yönde akışının engellenmesi için numunenin alt kısmı parafinle kaplanır.

80 61 Resim Yatay permeabilite deney numunesi hazırlanması Numunenin üst kısmına, numune ile aynı çapa sahip metal halka yerleştirilir. Bu metal halka ile numune temas noktası arası silikon kullanılarak doldurulur. Metal halkanın numuneye yapışması ve numune ile arasında sızdırmaz bir ek yeri oluşması sağlanır. Fiber glass tüp metal halkanın içerisine yerleştirilir. Yatay permeabilite deney numunesi hazırlanması aşamaları Resim 4.21 de verilimiştir. Fiber glass tüp sayesinde su kolonunun yüksekliğinin (300±1) mm olması sağlanır. Suyun numune içerisinden 10 dakika boyunca geçmesi sağlanır ve numune doygun hale gelmiş kabul edilir [33]. Numune doygun hale geldikten sonra numune üzerindeki (300±1) mm yüksekliğinde su kolonu sabit tutularak belirlenen t zamanı boyunca numune içerisinden su geçişi sağlanır. t zamanı en az 60 sn olmalıdır. t zamanı boyunca numune içerisinden geçen su, boş ağırlığı daha önce m 1 olarak belirlenen hazne içerisinde toplanır. t zamanı sonunda suyla dolu hazne ağırlığı m 2 olarak belirlenir. Suyun yatay akışı aşağıdaki gibi hesaplanır. Burada; Q h : Suyun yatay akışı, m 3 /sn m 1 : Boş hazne ağırlığı, gr

81 62 m 2 : t süresi sonunda su ile dolan hazne ağırlığı, gr t: Suyun haznede toplanma süresi, sn Düşey permeabilite değeri aşağıdaki gibi hesaplanır. Burada; K h : Yatay permeabilite değeri, m/sn Q h : Suyun yatay akışı, m 3 /sn l: Numune yüksekliği, m h: Su kolonu yüksekliği, m D: Numune çapı, m (H+P+0,5l): Su kolonu yüksekliği, m H: Üst tüpün alt tüpe uzaklığı, m P: Alt tüpün yüksekliği, m : Numunenin düşey alanı, m 2 D: Numune çapı, m 4.8. Soyulma Deneyi Soyulma, agrega yüzeyi ile bitümlü bağlayıcı arasındaki adeziv bağın suyun etkisi ile kırılması ve bitümün agregadan ayrılmasıdır. Soyulma olayında; kullanılan bitümlü bağlayıcı, agrega mineralojik özellikleri ve su etkin rol oynar. Poroz asfalt karışımlar, sahip oldukları yüksek boşluk oranı nedeniyle diğer bitümlü sıcak karışımlara göre suya çok daha fazla maruz kalmaktadır. Soyulma deneyi, her türlü bitümlü sıcak karışıma uygulanan bir deneydir. Soyulma deneyi, agrega ile bağlayıcının arasındaki bağın gücünün belirlenmesini sağlayan ve suyun bu bağa olan etkisini gösteren bir deneydir.

82 Soyulma deneyinin yapılıģı Deneyde 9,5 mm elekten geçen ve 6,3 mm elek üzerinde kalan agregalar kullanılır. Yaklaşık 200 gr agrega alınır, yıkanır ve 110 o C lik etüvde sabit ağırlığa gelene kadar kurutulur [34]. Hazırlanan agregadan 100±0,5 gr alınarak bir behere konur. Beher içindeki agrega ile birlikte, yaklaşık 145 o C lik (sıcaklık kullanılacak bitümlü bağlayıcının tipine bağlıdır) etüvde 1 saat bekletilir. Daha sonra 5±0,1 gr ağırlığındaki bitümlü bağlayıcı agregaya eklenir ve cam bir baget yardımıyla bitümlü bağlayıcı agregaların yüzeyini iyice kaplayıncaya kadar 2-3 dakika karıştırılır. Bitümlü kaplanmış agrega, 10 cm çapındaki iki petri kabına eşit miktarlarda aktarılır. Agregaların petri kaplarına homojen şekilde dağılmasına dikkat edilir. Numuneler 15 dakika oda sıcaklığında bekledikten sonra içi saf su ile doldurulmuş tepsilere konur ve tamamen su ile kaplanmaları sağlanır. Tepsiler 60 o C lik etüvde 24 saat tutulur [34]. Resim Soyulma deneyi numuneleri 24 saat sonunda etüvdeki petri kapları çıkarılır, bitümle kaplanmış agregaları sarsmadan üzerindeki su boşaltılır ve yeni saf su ilave edilerek yandan gelen ışık altında agrega yüzeyleri incelenir. Deney sonunda soyulmamış agrega yüzeyinin toplam agrega yüzeyine oranı, soyulmaya karşı dayanıklılık olarak verilir.

83 64 5. DENEYSEL ÇALIġMADA KULLANILAN MALZEMELER VE ÖZELLĠKLERĠ Bu bölümde; poroz asfalt karışımların hazırlanmasında kullanılan malzemeler ve bu malzemelerin genel özellikleri ile ilgili bilgileri verilmiştir. Yapılan çalışmada iki ayrı tip agrega, iki ayrı tip modifiye bitüm ve bu modifiye bitümlerin üretilmesinde kullanılan iki farklı katkı kullanılmıştır Agrega Deneysel çalışmada kaba(no.4 elek üstü) ve ince agrega(no.4 elek altı) malzeme olarak Ankara-Eskişehir Devlet yolu üzerinde bulunan Yapracık bazalt taşocağı agregası kullanılmıştır. Bazalt agregasının sağlam bir agregadır. Bazalt agregasından filler (No.200 elek altı) elde etmek güç olduğu için filler malzemesinin yaklaşık %40 lık kısmı Alacaatlı kalker taşocağından üretilen malzemeden kullanılmıştır. Poroz asfalt karışımların boşluk oranlarının yüksek olması ve trafik yüklerinin agregalar arasındaki noktasal yük aktarımları ile taşınıyor olması sebebiyle poroz asfalt karışımlarda kullanılan agreganın dayanıklı ve sert bir agrega olması zorunludur. Poroz asfalt karışımların üretiminde kalker agregasına göre daha dayanıklı ve sert olan bazalt agregası seçimi, zorunlu bir seçimdir. Resim 5.1 ve 5.2 de deneysel çalışmada kullanılan agrega tartımları görülmektedir Agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri Deneylerde Yapracık bazalt taş ocağı agregasının kaba, ince ve filler boyutundaki malzemesi ile Alacaatlı kalker taş ocağının filler boyutundaki malzemesi kullanılmıştır. Agregalara yapılan Los Angeles Aşınma Kaybı, Sağlamlık Deneyi, Soyulma Mukavemeti, Cilalanma Değeri Deneyi, Yassılık İndeksi, Özgül Ağırlık Deneyi ve Absorbsiyon deneylerine ait sonuçlar Çizelge 5.1 de verilmiştir.

84 65 Resim 5.1. Permeabilite deney numunesi tartım örnekleri Resim 5.2. Cantabro ve İÇM deney numunesi tartım örnekleri

85 66 Çizelge 5.1. Kullanılan agregaların fiziksel ve mekanik özellikleri Deney Adı/Agrega Cinsi Yapracık Alacaatlı Bazalt Kalker Deney Standardı Kaba Agrega Hacim Özgül Ağırlığı 2,790 2,674 Kaba Agrega Zahiri Özgül Ağırlığı 2,888 2,701 TS EN Kaba Agrega Su Absorbsiyonu (%) 1,3 0,6 İnce Agrega Hacim Özgül Ağırlığı 2,684 2,669 İnce Agrega Zahiri Özgül Ağırlığı 2,730 2,704 TS EN İnce Agrega Su Absorbsiyonu (%) 0,6 0,7 Filler Zahiri Özgül Ağırlığı 2,746 2,718 BS 812 Los Angeles Aşınma Kaybı, (%) 12,2 25,0 TS EN Don Kaybı Deneyi (Na 2 SO 4 ), (%) 1,8 2,0 TS 3655 Soyulma Mukavemeti, (%) (B50/70 ile) KTŞ Kısım 403 Ek-A Cilalanma Değeri TS EN Yassılık İndeksi, (%) BS 812 Plastisite İndeksi NP NP TS KarıĢım Gradasyonu Ülkemizde kullanılan bir Poroz Asfalt Şartnamesi bulunmadığından deneylerde Japonya Karayollarının şartnamelerinde bulunan karışım gradasyonu kullanılmıştır. Çizelge 5.2 ve Şekil 5.1 de kullanılan gradasyon ve gradasyon limitleri verilmiştir. Çizelge 5.2. Kullanılan poroz asfalt gradasyonu ve gradasyon limitleri Elek Açıklığı Seçilen Gradasyon inç mm Gradasyon Limitleri ¾ 19, ½ 12, /8 9, No.4 4, No.10 2, No.80 0, No.200 0,

86 67 Şekil 5.1. Kullanılan poroz asfalt gradasyonu ve gradasyon limitleri eğrisi 5.3. Bitümlü Bağlayıcı Deneysel çalışmada kullanılan bitümlü bağlayıcı Kırıkkale rafinerisinde üretilen 50/70 penetrasyon sınıfına ait bitümdür. TPS(Taf-Pack Super) ve Kraton MD 243 kullanılarak üretilen modifiye bitümler, Kırıkkale rafinerinde üretilen B 50/70 in modifikasyonu ile elde edilmiştir. 50/70 penetrasyon sınıfına ait bitümün deneyler sonuçları Çizelge 5.3 de verilmiştir Modifiye Bitüm Üretiminde Kullanılan Katkı Malzemeleri Kraton MD 243 SBS Kraton MD 243, SBS bazlı polimer modifiye bitüm katkısıdır. SBS, dünya genelinde %65 lik pazar payı en çok kullanılan katkıdır. SBS kullanımının sürekli artması ve polimer modifiye bitüm pazarının sürekli genişlemesi sebebiyle, SBS bazlı katkıların geliştirilmesi konusunda çalışmalar da devam etmektedir.

87 68 Kraton MD 243 adı verilen bu SBS, vinil modifikasyon tekniği sayesinde dallanmış bir SBS yapısı gösterir. Polimerin ana gövdesi, bu vinil dallanması nedeni ile kısalır. Bu da PMB nin viskozitesinin düşmesi demektir. PMB viskozitesi önemlidir. Viskozite(kıvam) ne kadar yüksekse, asfalt karışımın serme ve sıkıştırmasının zorlaşacağı açıktır. Bu nedenle; normal bitümlü karışımlara göre PMB li karışımlar daha yüksek sıcaklıklarda işlenir. Kraton MD 243 kullanılarak standart SBS lere göre %50 ye varan oranlarda daha düşük viskoziteli karışım elde edilir. Böylece üretim şartlarında ve sıcak karışımın serme- sıkıştırma işlemlerinde, kıvam düştüğü için işlemler daha kolay yapılabilir [16]. Resim 5.3. MD 243 Standart SBS lerde, oksidasyon ve yüksek (180 C)bitüm sıcaklığı nedeni ile moleküller arasında çift bağlar zamanla bozunarak SBS yapısı SB ye dönüşür. Bu da performans kaybına yol açar. Bu olumsuz etkiler, Vinil modifiyeli Kraton MD 243 de, kalkan görevi gören dallanmış vinil çift bağlarınca önlenir. SBS in ana gövdesi bozunmadan üç boyutlu ağ yapısını daha uzun süreli sürdürür [16]. Kraton MD 243, standart SBS lere göre daha iyi depolama stabilitesine sahiptir. Pratikte hazırlanan PMB, sıcakta depolanmak zorundadır. Bu sürede SBS lerin bir

88 69 kısmında bozulmalar olabildiği gibi; SBS ile bitüm arasında aktif bağlanma, SBS ile SBS molekülleri arasında çapraz bağlanma şeklinde reaksiyonlar olabilir. Bu çalışmada, Kraton MD 243 katkı kullanılarak Kırıkkale 50/70 penetrasyon sınıfına ait bitüm %7,5 oranında modifiye edilmiş ve poroz asfalt karışımların hazırlanmasında bağlayıcı olarak kullanılmıştır. Bu modifiye bitüme ait deney sonuçları Çizelge 5.3 de verilmiştir TafPack-Super (TPS) TafPack-Super (TPS) daneli (pelet) yapıda, çapı 2-3 mm boyutunda olan, hem karışım hem de bitüm modifikasyonu için kullanılabilen modifiye edici katkıdır. TPS poroz asfalt karışımlarının performans özelliklerini geliştirmek için üretilmiş poroz asfalt katkı malzemesidir. Resim 5.4. TPS(Taf-Pack Super) TPS, yapısında ana bileşen olarak termoplastik elastomerler içerir. Normal şartlarda termoplastik elastomerlerin bitüm içerisinde dağılmasını sağlamak çok güçtür. Fakat TPS nin yapısına eklenen plastikleştirici adezyon reçinesi sayesinde bu modifiye edici katkının bitüm içerisinde dağılması mümkün olmaktadır.

89 70 Resim 5.5. Modifiye bitüm üretimi TPS kullanılarak üretilen modifiye bitümlerin penetrasyon değerinin, yumuşama noktası değerinin ve viskozitesinin artan TPS oranına bağlı olarak yükseldiği görülmüştür. TPS kullanılarak üretilen modifiye bitüme ait deney sonuçları Çizelge 5.3 de verilmiştir.

90 71 Çizelge 5.3. B50/70, MD 243 ve TPS katkılarıyla hazırlanmış modifiye bitümlere ait deney sonuçları Sıra No DENEY ADI STANDARDI BĠRĠM SONUÇLAR B 50/70 MD 243 TPS 1 PENETRASYON** (25 C,100g,5sn.) TS EN ,1mm YUMUġAMA NOKTASI min TS EN 1427 C 48,8 71,3 92,5 KUVVET ÖLÇÜMLÜ DÜKTĠLĠTE a 3 (25 C de, 5cm/dk) min TS EN J ELASTĠK GERĠ DÖNME (25 C) min TS EN % PARLAMA NOKTASI min TS EN ISO 2592 C ÖZGÜL AĞIRLIK** TS EN g/cm 3 1, ,018 7 DEPOLAMA STABİLİTESİ TS EN ,1 YUMUġAMA NOKTASI FARKI maks C - 1,6 9,3 8 7,2 PENETRASYON FARKI maks 0,1mm DĠNAMĠK KESME REOMETRESĠ (DSR) (G*/sinδ >1kPa) Yenilme Sıcaklığı min TS EN AASHTO T315 9 DÖNMELİ İNCE FİLM ETÜVÜ DENEYİ TS EN C 66,7 79,0 105,1 9,1 KÜTLE KAYBI maks % 0,02 0,023 0,388 9,2 YUMUġAMA NOKTASI min C 55,3 78,8 88 9,3 YumuĢama Noktasındaki DeğiĢiklik TS EN 1427 artma maks C 6,5 7,5 - azalma maks C - - 4,5 9,4 KALICI PENETRASYON min TS EN 1426 % 63 64,3 34 DĠNAMĠK KESME REOMETRESĠ Yenilme TS EN ,5 (DSR) min C 64,8 83,5 86,7 Sıcaklığı AASHTO T315 (G*/sinδ >2,2kPa) 10 RTFOT+PAV İle Yaşlandırılmış Modifiye Bitüme Yapılan Deneyler 10,1 DSR (G*sinδ <5000kPa) Yenilme Sıcaklığı TS EN AASHTO R28 maks TS EN AASHTO T315 C 25,5 18,4 13,5 KĠRĠġ EĞME REOMETRESĠ (BBR) 10,2 Eğilme-Sünme Sertliği (S 300 MPa, m 0,300) Sıcaklık maks TS EN AASHTO T313 ASTM D6648 C

91 72 6. TPS VE MD 243 KATKILARIYLA HAZIRLANAN KARIġIMLARA UYGULANAN DENEYLERĠN SONUÇLARI Bu bölümde, 5. Bölüm de anlatılan agregalar, modifiye bitümler ve seçilen gradasyon kullanılarak, Marshall dizayn yöntemiyle dizaynın ne şekilde yapıldığından ve hazırlanan poroz asfalt numunelerine uygulanan deneylerin sonuçlarından bahsedilmiştir. İlk olarak, seçilen poroz asfalt gradasyonu kullanılarak Marshall dizaynı yapılmıştır. Optimum bitüm, hacim özgül ağırlık ve dizayn boşluk oranı belirlenmiştir. Kırıkkale 50/70 bitümden, %14 oranında TPS katkı ve %7,5 oranında MD 243 katkı kullanılarak modifiye bitümler üretilmiştir. Belirlenen dizayn gradasyonu, hacim özgül ağırlık ve optimum bitüm miktarına bağlı olarak TPS ve MD 243 katkıları kullanılarak üretilen modifiye bitümlerle poroz asfalt karışımları hazırlanmış ve hazırlanan bu karışımlara aşağıda verilen deneyler uygulanmıştır. Bitüm süzülme deneyi Sudan kaynaklı bozulmalara karşı direnç deneyi (İÇM) Tekerlek izinde oturma deneyi(tio) Tekrarlı yükler altında yorulmaya karşı direnç dayanımı deneyi(fatigue) Parça kaybı deneyi (Cantabro) Düşey ve yatay permeabilite deneyleri Soyulma deneyi 6.1. Marshall Metoduyla Dizayn Günümüzde, bitümlü sıcak karışımların dizaynında en yaygın olarak kullanılan yöntem Marshall dizayn metodudur. Marshall metodu ilk defa Bruce Marshall tarafından ortaya konmuş, daha sonra ASTM D 1559 Marshall deney yöntemi adıyla standartlaştırılmıştır. Marshall dizayn metodu kısaca şu adımlardan oluşur. Agrega gruplarının gradasyonu ve kullanım oranları belirlenir.

92 73 Agrega özgül ağırlık değerleri belirlenir. Marshall briketleri düşük bitüm yüzdesinden yüksek bitüm yüzdesine doğru uygun sıcaklıklarda hazırlanır. Hazırlanan briketlerin yoğunluk, akma, boşluk, stabilite, asfalt dolu boşluk ve agregalar arası boşluk değerleri belirlenir ve bu değerlere bağlı olarak optimum bitüm yüzdesi belirlenir. Yukarıda adımları kısaca verilen Marshall metodu ile dizayn, poroz asfalt karışımların dizaynında biraz değişikliklere uğramaktadır. Marshall metodu ile Poroz asfalt karışımların dizayn aşamaları kısaca aşağıda verilmiştir. Agrega gruplarının gradasyonu ve kullanım oranları belirlenir. Marshall briketleri düşük bitüm yüzdesinden yüksek bitüm yüzdesine doğru uygun sıcaklıklarda hazırlanır. Hazırlanan briketlerin hacim özgül ağırlık, boşluk oranları ve parça kaybı değerleri bulunur ve bu değerlere bağlı olarak optimum bitüm yüzdesi belirlenir. Optimum bitüm yüzdesinde hazırlanan karışıma bitüm süzülme, yatay ve düşey permeabilite deneyleri gerçekleştirilerek şartname değerleri ile karşılaştırılır. Poroz asfalt karışım dizaynı yapılırken, karışımın durabilitesi ve permeabilite özelliği öncelikle göz önünde bulundurulmaktadır. Hedeflenen boşluk oranını yakalayabilmek ve iyi bir işlenebilirlik sağlamak, bunun yanında da karışımın durabilitesinden ödün vermeden dizaynı yapabilmek için bitüm film kalınlığının kusmaya sebep olmayacak en yüksek oranda olması sağlanmalıdır. Poroz asfalt karışımların hacim özgül ağırlık değerleri hesaplanırken geleneksel karışımlarda kullanılan havada, suda ve doygun yüzey havada tartım yöntemi kullanılamamaktadır. Bunun nedeni, poroz asfalt karışımlar yüksek boşluk oranına sahip olduğu için doygun yüzey havada tartım işlemi gerçekleştirilememektedir.

93 74 Hacim özgül ağırlık hesabı TS EN Prosedür-D de bahsedilen numune boyutundan hacim özgül ağırlık belirlenmesi yöntemi ile yapılır. Geleneksel asfalt karışımların Marshall metodu ile dizaynında 2 75 darbe kullanılırken, poroz asfalt karışımların dizaynında 2 50 darbe kullanılmaktadır. Bunun nedeni, poroz asfalt karışımlarda amaç, sıkışma sağlamaktan ziyade, karışımın kalıp içerisine yerleştirilmesidir. Ayrıca; fazla sıkıştırma enerjisi kullanımı, agregaların kırılarak gradasyonun bozulmasına ve hedeflenen boşluk oranının yakalanamamasına sebep olur KarıĢım Dizaynın Hazırlanması İlk olarak belirlenen gradasyona bağlı olarak Yapracık agregasıyla briket tartımları hazırlanmıştır. MD 243 katkı ile hazırlanan modifiye bitüm kullanılarak %4,0-%4,5- %4,75-%5,0 bitüm oranında marshall briketleri 2 50 darbe ile hazırlanmıştır. Briketlerin hazırlanmasında kullanılan marshall tokmağı ve mikseri Resim 6.1 de verilmiştir. Resim 6.1. Karışım hazırlama mikseri ve marshall tokmağı