T.C. MUSTAFA KEMAL ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Petrol ve Doğalgaz Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 FARK ASFALT MAKİNE MADENCİLİK İNŞAAT TAAHHÜT BETON PETROL NAKLİYE SAN TİC. LTD. ŞTİ ile M.K.Ü. MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ, PETROL ve DOĞAL GAZ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜNÜN GERİ DÖNÜŞÜM ASFALTIN DEĞERLENDİRİLMESİ VE ASFALTİT KATKISI İLE KALİTELİ ASFALT ÜRETİMİ ADLI ORTAK PROJEYE İLİŞKİN RAPOR İlgi: Firmanın tarihli dilekçesi-sayı:48 Dayanak: TSE Standartları ve diğer bilimsel ölçütler. 1. GİRİŞ Karayollarının kaplama planlamalarında ilk kaplanan oluşumlardan biri bitümlü sıcak karışımdır. Genel adı asfalt olarak adlandırılan bu yapı bir petrol ürünüdür. Asfaltik malzemeler petrolün metaformoz değişimleri sırasında oluşmaktadır. Tektonik hareketlerle yatağını terk eden asfaltik petroller, kayaç çatlaklarına sızarak ve gömülerek göç ederler. Bu göç sırasında belli sıcaklık ve basınç değişimlerinin sonucunda petroller belli fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar sonucu çeşitli yapılarda asfaltiti oluşturur. Bu değişim sırasında hidrokarbonlar, hidrojen kaybına uğrayarak karbonca zenginleşirler ve sonunda yumuşak ve sert doğal asfalt, asfaltit ve asfaltik pirobitümü oluşturlar. Karayollarında asfalt olarak kullanılan kaplama oluşumu içerisinde %95 oranında agrega ve %5 oranında asfalt çimentosu bulunmaktadır. Asfaltitler, genellikle hidrokarbonların içerisinde oluşan kayaçlarda bulunmaktadır. Temel karakteristik özellikleri ise; koyu renkli, nispeten sert (2 2,5) ve uçucu olmayan katı maddelerdir. Esas itibariyle hidrokarbonlardan oluşurlar, oksijenli bileşikleri ve kristalleşen parafinleri içermez veya çok az içerirler. Isıtılınca güç erirler (Erime noktaları C). Karbon sülfürde çözünürler, sülfinasyon mahsulleri suda çözünmezler. Tabiatta asfaltitler saf halde bulundukları gibi, ayrıca değişik oranlarda minerallerle birleşmiş olabilirler. Yapılan literatür çalışmalarına göre ülkemizde asfaltit Güneydoğu Anadolu Bölgesinde dağınık halde 11 filonda bulunmaktadır. Bu filonlardaki toplam asfaltit rezervi yaklaşık olarak 80 milyon ton civarındadır.

2 Bu projede asfalt geri dönüşümünün çevreye olan katkıları ve bu dönüşümde asfaltit malzemesinin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Üç farklı asfalt ürünü olan Geri Dönüşüm asfaltı, asfaltitli asfalt ve Geri dönüşüm + asfaltit karışımlı asfalt olmak üzere denemeleri yapılmış ve mühendislik özellikleri tespit edilmiştir. Yapılan araştırmada hidrokarbon ailesinden olan ve kolaylıkla asfalt elde edilebilen asfaltit madeninin, geri dönüşüm sırasında asfalt içinde bulunan asfalt çimentosu görevini daha az karbon çıktısı ile yerine getirmesi gerçekleştirilirken, asfaltın yapım aşamasındaki fiziksel parametrelerin asfaltitin kimyasal ve fiziksel özellikleriyle birlikte iyileştirmesi gözlemlenmiştir. Üniversitemizin laboraturalarında bulunan teknik ekipman ve makinelerle asfalt içerisine yerleştirilen asfaltit, asfalt geri dönüşümünde kullanılmıştır. Asfaltitin geri dönüşüm haznesine katılmasıyla birlikte agrega ısıl değerini artırmış ve bileşim olarak asfaltı güçlendirmiştir. Böylelikle geri dönüşümün asfaltit kullanılarak yapılmış olması maliyet fiyatlarını düşürmüş ve elde bulunan doğal yerli kaynaklardan yararlanılmıştır. Projede asfaltitin geri dönüşümde kullanılması ve asfalt eldesi ile sanayi boyutundaki üretim gerçekleştirildiğinde ülke ekonomisi ve üreticiye katkılar sağlanması ve oluşacak iş gücünün gereksinimini çözmesi amaçlanmıştır. Ayrıca atıl halde bulunan geri dönüşüm asfalt ve asfaltitli asfalt kullanımıyla çevre açısından da çok önemli bir olgu olması nedeniyle bu durumun çevre açısından değerlendirilmesi ve optimum uygulanabilirliği araştırılmıştır. Konu ve kapsam olarak yapılan geçmiş bilimsel taramalarda, asfaltit kullanılarak asfalt elde edilmesi ve geri dönüşüm de kullanılması, ilk defa uygulanan bir projedir. Bu proje oluşturulurken yapılan çalışmalar öncelikle asfaltitler hakkında olmuştur. Bu evreden sonra asfalt geri dönüşüm tekniklerine geçilmiştir. Deneyler bu çerçevede yapılarak sonuçlar aşağıda sunulmuştur. 1- ASFALTİT KATKILI ASFALT Yeraltında petrolden oluşan veya kökeni petrole benzeyen çeşitli hidrokarbonlar bulunur. Bunların en başında petrol çanağının üstünün açılması sonucu veya jeolojik olaylarla petrolün çanağını terk etmesi ve hafif maddelerin uçmasıyla meydana gelen Asfalt Gölleri ve Bitümlü Kumlar oluşur. Genel kanının aksine petrol sadece sıvı halde bulunan bir madde değildir. Petrol doğada birçok farklı şekilde bulunabilir. Bunlardan biride metamorfoza (başkalaşma) uğraşmış olmasıyla aldığı maden şeklidir. Kayaç çatlaklarında asfalta veya

3 asfalt içeren kayaçlara da çok rastlanır. Bunların dışında kayaç çatlaklarını dolduran veya damar şeklinde bulunan hidrokarbonlar asfaltit olarak adlandırılır [1]. Ülkemizde asfaltit yataklarının en yoğun olduğu bölgenin Güneydoğu Anadolu Bölgesi olduğu, Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü nün (MTA) 1963 yılından bu yana sürdürdüğü çalışmalarla ekonomik değeri olan asfaltit filonları Siirt, Şırnak, Mardin ve Silopi de ortaya çıkarılmıştır. Bu bölgede bulunan asfaltik maddelerden bazıları asfaltik pirobitüm, bazıları ise, asfaltitle asfaltik pirobitüm arasında özellik gösterir. M.T.A. tarafından gerçekleştirilen laboratuar çalışmalarında her ton asfaltitten elde edilebilenler ağırlık olarak şöyle sıralanmıştır. % 19,6 Sıvılaştırılmış gaz ( 5000 kcal/kg ısıl değerli) % 11,8 Asfaltit asfaltı % 65 Asfalt koku (4000 kcal/kg ısıl değerli) Gündoğdu nun (2009) çalışmasında ülkemizdeki asfaltit filonları ve rezerv miktarları hakkındaki son verileri Tablo 1 ve kimyasal özellikleri Tablo 2 de sunulmuştur. Tablo-1. Asfaltit filonları ve rezerv miktarı (Gündoğdu, 2009)

4 Tablo-2. Asfaltitlerin Kimyasal özellikleri (TKI, 2005) Bölümümüzde yapılan proje kapsamındaki asfaltit numunesinin elek (Tablo 3) ve fiziksel (Tablo 4) analiz deney sonuçları aşağıda ayrıntılı şekilde sunulmuştur ELEK ANALİZİ Tablo 3. Asfaltit Nununesinin Elek Analiz Sonuçları Elek Açıklığı (mm) Geçen Yüzdesi (%) , ,177 22,2 0,075 (No: 200) 2,1

5 Şekil 1. Asfaltit Numunesinin Elek Analiz Grafiği 1.2. FİZİKSEL ÖZELLİKLER Asfaltın penetrasyon, viskozite, yumuşama noktası, düktilite, eriyebilirlik, ısıya dayanıklılık ve alev alma noktasının saptanması gibi özel deneyleri yapılmış ve asfalt malzemesini sınıflandırmaya yarayan penetrasyon deneyi yapılarak bitümlü malzemenin belirli koşullardaki sertliği (kıvamı) saptanmıştır. Bu deneyde kullanılan standart yük 100 gr. zaman 5 sn. ve sıcaklık derecesi 25 C dir. Çıkan sonuçlara göre asfaltit düşük penetrasyon dereceli olup, sıcak iklimlerde kullanılabilir. TS standartlarına uygun olarak hazırlanan deney numunesi üzerinde gerçekleştirilen deney sonuçları Tablo 4 te verilmiştir. Tablo 4. Projede kullanılan asfaltitten yapılan asfalt örneklerinin fiziksel özellikleri ÖZELLİK Standartlar Değer Penetrasyon (25 o C) Duktilite Min ,58 İnce Dilim Halinde Isı Kaybı 0,8 0,1 İnce film halinde Isıtma Değeri (163 C) 0,5 0,4 Parlama Yumuşama

6 Çözünürlük 99 97,5 Bitüm Oranı Yoğunluk 2,01 2. GERİ DÖNÜŞÜM ASFALTI Genellikle asfalt geri dönüşüm santrallerinde %70 oranında geri dönüştürülmüş malzeme kullanılarak üretim yapılır. Yani agrega hızlı bir şekilde ısıtıldıktan sonra, geri dönüştürülmüş malzeme yeni malzemeye yarı yarıya bir oranda eklenerek sıcak gazlarla tekrar ısıtılır. Farklı bir tankta yeni asfalt eklemek suretiyle karışım tamamlanır. Sonuçta elde edilen karışım asfalt çimentosunun kalite açısından orijinale yakın olmalıdır. Santralde karıştırılmış geri dönüşüm asfaltları aynı yeni asfalt betonu gibi Marshall ve Hveen karışım dizayn metotları uygulanır. Yaklaşık % 4-5 oranında yeni asfalta ihtiyaç vardır. Buda yeni malzeme açısından % arasında tasarruf anlamına gelmektedir. Yeni asfalt, AC 10 (pen ) yerine AC 5 (pen ) gibi, eskisine nazaran daha yumuşaktır. Yerinde asfalt geri dönüşüm uygulaması olarak sıcak karışım uygulanmıştır. Sıcak karışımda eski asfaltta yumuşatma yapılmıştır. Kazılan malzeme miksere yerleştirilerek yeniden gençleştirici maddeler (asfalt emülsiyonu, hafif yağ v.b.) eklenmiş, karışım istenen kıvama eriştikten sonra serme ve sıkıştırma işlemlerine transfer edilmiştir. Geri dönüştürülmüş kaplama daha sonra istenirse yeni bir sürtünme tabakası ile kaplanarak, emülsiyondan sonra küre bırakılabilinir. Bu yöntemle üretilen kaplamalar oldukça ekonomiktir ve bu yöntem yansıma çatlaklarına karşı dirençli bir iyileştirme yöntemidir. Yöntemin uygulaması esnasında trafik kesintisi çok az sürer ve sıkıştırma işleminden 1 saat sonra yol trafiğe açılabilir. Geri dönüşüm metodu, karışım dizayn metotları kadar yaygın değildir, bununla birlikte kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Geri dönüşüm asfaltı ile ilgili Tablo 5 te değerlendirme yapılmıştır. Tablo 5. Geri Dönüşüm Asfaltının Fiziksel özellikleri ÖZELLİK Standartlar Değer Penetrasyon (25 o C) Akma (mm) 0,5 İnce Dilim Halinde Isı Kaybı 0,8 0,6

7 İnce film halinde Isıtma Değeri (163 C) 0,5 0,5 Parlama Yumuşama Çözünürlük Bitüm Oranı (%) 5 Yoğunluk 2,4 Kür Süresi (saat) 8 Porozite (%) 0,6 Agrega Durumu 480 kg iri kg ince + 50 kg bitüm Şekil 2. Geri Dönüşüm Asfalt Numunesinin Elek Analiz Grafiği 3. GERİ DÖNÜŞÜM + ASFALTİT KARIŞIMI ASFALT Üç farklı asfalt ürününden Geri dönüşüm + asfaltit karışımlı asfalt olmak üzere denemeleri yapılmış ve mühendislik özellikleri Tablo 6. da sunulmuştur. Yapılan araştırmada asfaltın yapım aşamasındaki fiziksel parametrelerin asfaltitin kimyasal ve fiziksel özellikleriyle birlikte iyileştirmesi gözlemlenmiştir (Şekil 4 ve 5).

8 Tablo 6. Geri dönüşüm asfaltının Fiziksel özellikleri ÖZELLİK Standartlar Değer Penetrasyon (25 o C) Akma (mm) 0,3 İnce Dilim Halinde Isı Kaybı 0,8 0,5 İnce film halinde Isıtma Değeri (163 C) 0,5 0,4 Parlama Yumuşama Çözünürlük Bitüm Oranı (%) 4 Yoğunluk 2,24 Kür Süresi (saat) 8 Porozite (%) 0,8 Agrega Durumu 480 kg iri kg ince + 50 kg bitüm Şekil 3. Asfaltit+Geri Dönüşüm Asfalt Numunesinin Elek Analiz Grafiği

9 T.C. Şekil 4. Geri dönüşümün asfalt uygulamasından görüntüler Şekil 5. Geri dönüşümün asfalt uygulamasından görüntüler

10 3. SONUÇLAR Asfaltit kullanılarak asfalt geri dönüşümünün sağlanması ve üst düzey bir kalite formasyonu ile elde edilen asfaltit karışımlı asfaltın gerekli deneysel işlemleri yapılmıştır. Genel manada asfaltın oluşturduğu fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler geri dönüştürülmüş olan asfaltta fazlasıyla bulunmaktadır. Bununla birlikte genel maliyet hesaplamamalarında da %30 düzeyinde bir azalma görülmüştür. Proje başarı olmuş ve seri üretime geçilmesi düşünülmektedir. Projenin sonucunda; Asfalt yapım işleri sonucunda belli süre sonra atıl hale gelen atık asfaltın asfaltitle birleştirilerek, ısıtma ve ekstrüzyon yöntemi sonucu yeni asfaltın kullanıma hazır hale getirilmesi böylece atıl asfaltın geri dönüşümünün gerçekleştirilmesi, Türkiye de bulunan ve petrol ailesinden olan asfaltitin kullanılabilirliği hakkında bilgi vermek ve bu durumun araştırılarak; asfalt çimentosu kullanımına göre maliyetinin daha ekonomik olduğunun araştırılması, Asfaltit kullanımıyla elde edilecek olan kaliteli asfaltın %100 geri dönüşümü olanaklı hale getirebileceğinin araştırılması, Elde edilen asfaltik malzemenin uygunluğunun ve teknik detaylarının ölçümünün yapılması; uygulanabilirliğinin sorgulanması, Geri dönüşüm sonucunda elde edilen asfaltın çevreye duyarlılığının araştırılması, Geri dönüşüm sırasında kullanılacak malzemelerin durumlarının ve teknik yapılarının asfaltı ve asfaltiti hangi ölçüde etkilediğini ve etkileşim sonucunda bitüm malzemenin teknik özelliklerindeki değişimlerin analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, asfaltitin yol kaplamalarında kullanılan geleneksel bitüme alternatif olabilme özelliklerini araştırmak amacıyla girişilen bu çalışmada asfaltit asfaltının üzerine penetrasyon, düktilite, yoğunluk, yumuşama noktası, parlama noktası ve ısıtma kaybı deneyleri yapılmıştır. Deneyden elde edilen sonuçlara göre asfaltitin geleneksel asfaltla kimyasal olarak tamamen aynı olduğu gözlemlenmiş, fiziksel özelliklerinin ise benzerlikler gösterdiği tespit edilmiştir. Penetrasyon değeri çok iyi olup sıcak bölgelerde rahatça kullanılabilinir. Parlama ve yumuşama noktası bakımından nornal asfalttan daha yüksek ısılarda olduğu bir gerçektir. Asfaltitin asfalt kaplamasında kullanılmasında her hangi bir sakınca bulunmamaktadır. Prof. Dr. Ergül YAŞAR Jeoloji Yüksek Mühendisi