9. Bölüm BİTÜMLÜ MALZEMELER

Transkript

1 9. Bölüm BİTÜMLÜ MALZEMELER - 0 -

2 9. BİTÜMLÜ MALZEMELER Tanım: Polimerizasyon yolu ile zincir şeklinde,bağlı çok büyük moleküller meydana getirerek sertleşen maddelerdir. Bu büyük moleküller monomer adı verilen daha küçük moleküllerin lineer bağlarla veya hem lineer hem de yanal bağlarla bağlanması sonunda meydana gelir. Polimerizasyon olayı ısıtma, oksijen etkisinde bırakma veya vakum uygulayarak suyunu alma gibi yollarla yapılmaktadır. Zincir şeklindeki dev moleküllerin arasındaki çekim ve bağ kuvvetleri polimerlerin özelliklerini sağlar.yanal bağları zayıf zincirlerden oluşan polimerler yumuşak, kuvvetli olanlar sert ve ısıya dayanıklı maddeleri meydana getirir. Molekülün ağırlığını,boyunu,yanal bağları istenildiği gibi ayarlayarak istenilen özellikte malzeme elde edilebilir.üretim kimya endüstrisince yapılmaktadır. Karbon sülfürler de eriyen maddelere bitüm, bitimün doğal veya yapay mineral dolgu maddeleriyle karışımına asfalt denir. Bitümlü maddeler siyah renkli ve recine karekterinde organik maddelerden meydana gelmiştir.bu organik maddelerin molekülleri zincir seklinde dizilmis karbonlu hidrojen monometrelerden meydana gelmistir.irilerine asfaltenler,ufaklarına reçineler adı verilir.bunlar asfaltik bir yag içinde bulunurlar.molekülleri bu sekilde dolayısıyla bitümlü maddelerin belirli bir ergime dereceleri yoktur.ısıtıldıkları zaman katı halden sıvı hale geçis yavas ve yumusama yoluyla olur.katı haldede belirli bir plastiklige sahiptirler.üzerlerine sürüldükleri katı cismin yüzeyine yapısırlar.suya dayanıklı,su geçirmeyen asit ve tuzlarlareaksiyon yapmayan,atıl ve izalasyon özelligi yüksek maddelerdir. Bitümlü maddeler elde ediliş şekillerine göre 4 gruba ayrılır: Tabii,dogal asfaltlar Kaya asfaltları Petrol asfaltları Katranlar Asfalt Asfalt veya işlenmiş haliyle asfalt çimentosu doğada bulunabileceği gibi büyük çoğunlukla petrol rafine işleminin bir yan ürünü olarak elde edilir. Asfaltın kimyasal yapısı hidrokarbonların kompleks bir karışımıdır. Ancak içinde yaklaşık oranlarda şu elementler bulunur. C...%70-85 H...%7-12 N...%0-1 S...%1-7 O...%0-5 C/H oranı asfaltın davranış ve özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Bu oran düştükçe asfaltın moleküler ağırlığı ve viskozitesi de düşer. Kolloidal bir yapıda bulunan asfaltın yapısal elemanlarının şekil 5.1 de görüldüğü gibi aşağıdaki öğelerden oluştuğu varsayılır. asfaltinler-c/h oranları 0.8 den büyük, siyah, sert, geniş, yüksek moleküler ağırlıklı, viskoz hidrokarbon molekülleri. rezinler- C/H oranları arasında değişen, orta moleküler ağırlık ve orta viskozitesi olan hidrokarbon molekülleri. yağlar-c/h oranları 0.4 den küçük en hafif moleküler ağırlıkta, en açık renkte ve en az viskoz hidrokarbon molekülleri

3 Doğal asfalt Göl asfaltları- bu tip asfalt göllerinin en büyüklerine venezuella (Bermudez), Trinidad (Tobago) da rastlanmıştır. Kaynaklarda ince kum, ve bitümden oluşan malzemede yaklaşık %39 oranında bitüm vardır. Bu haliyle hazır karayolu kaplama lamzemesi olarak doğrudan kullanılabilir. Bunların dışında bazı çukurlarda, oyuklarda birikintiler halinde asfaltlara rastlanırsa da bu kaynaklardan ekonomik olarak yararlanılamaz. Kum asfaltları-bu tip asfaltlar kumların içinde karışık olarak bulunur. En önemlileri Kanada (Alberta), Amerika (Gilsonite) da bulunur. Kum asfaltlarına yurdumuzda da Antalya yöresinde rastlanmaktadır. Ancak önemli bir ekonomik değeri yoktur. Kaya asfaltları-bu tip asfaltlar kaya yarıklarında damarlar halinde bulunur. Asfaltit adı verilen bu tür kayalara bir çok yerde rastlamak mümkündür. Amerika Kentuck de en önemli kaynaklardan biri bulunmaktadır. Bu tip kayalar parçalanarak uygun yol malzemesi haline dönüşebilir. Asfaltitler petrolün metamorfizması ile oluşmuş doğal asfaltbenzeri maddelerdir. Güneydoğu Anadolu da 20 değişik yerde tahmini 36 milyon rezervi olduğu sanılmaktadır. En önemlisi Şırnak ta bulunanıdır. Bölgede asfaltitten ısıtmada yararlanılmaktadır. Petrol asfaltı Doğada üç tip asfalt bulunur. Asfalt bazlı ham petrol Prafin bazlı ham petrol Karışık ( Asfalt-Parafin) bazlı ham petrol Asfalt ham petrolün cinsine göre değişen ayırıcılı damıtma işleminden elde edilir. En kolay şekilde asfalt, asfalt bazlı ham petrolden basit bir damıtma işlemi sonucu elde edilir. Karışık bazlı ham petrolden elde edebilmek biraz daha karışık yöntemler gerektirir. Parafin bazlılardan da damıtma işlemi olduğundan bu işlem sonucu asfaltın kimyasal yapısı değişir. Petrol asfaltının elde edilişi Yer kabuğundan çıkarılan ham petrol, içinde bulunan tuzlu suyun ayrılması amacıyla depolanır. Depolanan petrol belirli bekleme süresinden sonra genellikle boru hatları ile rafinelere pompalanır. Rafineride petrol, cinsine uygun bir rafine işlemine tabi tutulur. Bu işlem bir ayırıcılı damıtma işlemidir. Rafineride ısıtılan petrol belirli sıcaklıklarda Tablo 5.1 de görülen değişik ürünlere ayrılır. Damıtma işlemi artıklarından asfalt elde edilir. Damıtmadan çıkan ham asfalt artıklarının üzerinden hava üflemek yöntemiyle ısıyı az geçiren, izolasyon işleri için tercih edilen okside (Air-blown) asfaltlar elde edilir. Ancak bu - 2 -

4 tür asfaltların hidrojenizasyon işlemi sonucu C/H oranı yükseldiğinden düktiliteleri azalır. Asfaltları ısıtarak, buhar ve vakum işlemleri uygulayarak asfalt çimentoları elde edilir. AC ile simgelenen asfalt çimentosu birinci kalite yolların yapımında sıcak karışım olarak kullanılır. Daha düşük kaliteli yolların yapımında ve özellikle üst kaplama işlerinde asfaltın diğer petrol ürünleri karışımından oluşan sıvı asfaltlar kullanılır. Sıvı Asfaltlar Katbek asfaltları (CUT BACK ASP HALTS) Bu tip asfaltlar, asfalt çimentosunun diğer petrol ürünleri ile karıştırılması ile elde edilir. Yakın zamana kadar ekonomik olması ve yüksek işlem ısısı gerektirmediğinden, katbekler çok sık kullanılmaktaydı. Ancak bu gün için petrol ürünlerinin çok pahalanması ve çevre kirliliğine yol açması nedeniyle kullanımı gün geçtikçe azalmaktadır. Bu tür asfaltlar sıvı halinde yola dökülür ve çözgen olarak kullanılan maddelerin belirli sıcaklıkta uçmasıyla kür olup sertleşirler. Kür hızına bağlı olarak üç tip katbek asfalt vardır. Normal sıcaklıkta yarı katı haldedir santigrad dereceye kadar ısıtıldığında distiribitörler yardımıyla fışkırtılabilecek kadar sıvı hale, soğuduğunda yine katı hale gelir. Yarı katı halde bulunan asfalt çimento, ham petrolden elde edilen yağlar ile karıştırıldığında incelir ve sıvı hale geçer. Böylece elde edilen asfaltlara da katbek asfalt denir. Çabuk Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun neft ve benzinle karışımıdır. Orta Derecede Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun gaz yağıyla karışımından elde edilir. Yavaş Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun gaz yağıyla karışımından elde edilir. ASFALT DENEYLERİ Asfaltın penetrasyon, viskozite, yumuşamanoktası, düktilite, eriyebilirlik, ısıya dayanıklılık ve alev alma noktasının saptanması gibi özel deneyleri vardır. Ancak özellikle asfalt malzemesini sınıflandırmaya yarıyan penetrasyon deneyinden söz etmekte yarar vardır. Penetrasyon deneyi bitümlü malzemenin belirli koşullardaki sertliğini (kıvamını) saptar. Deney bulguları asfalt çimentolarını sınıflandırır. Bu deney Şekil 5.3 de görüldüğü gibi standart iğnenin, belirli yük, zaman ve ısıda, bitümlü malzeme içine batma miktarının ölçülmesi ile yapılır. Bu deneyde kullanılan standart yük 100 gr. Zaman 5 sn. ve sıcaklık derecesi 25 santigrad derecedir. AC asfaltları batma miktarına göre AC 40-50, AC 60-70, AC , AC diye sınıflandırılır. Düşük penetrasyon dereceli olanlar sıcak iklimlerde kullanılır

5 Yol katranları (Road Tars) Petrol ürünlerinin yaygın kullanımı başlamadan önce en çok kullanılan bitümlü malzeme, kömür ürünü olan katran (zift) idi. Katran kömür artıklarının doğrudan damıtma işlemi sonucu elde edilir. Genelde iki yöntem kullanılır: Kok fırını yöntemi: Belirli bir miktar (on tonun üzerinde ) bitümlü kömür 1370 santigrad derecenin üzeride fırında ısıtılır.ham katran bu ısıtma işleminin uçucu ürünüdür. Artık malzeme ise kok kömürüdür. Buharlar fırından çıkarken sıvı hale kondanse edilip, ham katran elde edilir. Ham katran belirli bir kimyasal işlemler sonucu yol katranına dönüştürülür. Su-gaz işlemi: Bu yöntemde katran, ısıtma amacıyla gaz üretme işleminin bir yan ürünü olarak elde edilir. Katranlar asfalttan daha daha yumuşak olup, RT1-RT12 arasında sertliğe göre sınıflandırılır. Örneğin RT12 yaklaşık AC-200 ün kıvamındadır. En hafif kıvamda olan RT1 toz-örtü işlemlerinde, orta sertlikte olanlar yüzey kaplama işlerinde, sert olanları, örneğin RT katran betonu olarak, sıcak işlemlerde yüzey kaplaması ve tamir işlerinde kullanılırlar. Yol katranları asfaltlara benzer şekilde özellikle RT damıtma işleminden elde edilmiş, hafif ve orta yoğunlukta yağlarla katbek yapılabilir. Bu tür katbek katranlar yüksek sıcaklıklarda kullanılabilir. Asfaltlar ve katranlar arasında görünüş ve bazı özellikler yönünden benzerlikler bulunmasına karşın yapı malzemesi olarak bazı farklılıkları vardır. Asfaltlar aynı penetrasyon veya viskozitesi olan katranlara oranlara daha dayanıklıdır. Çünkü katranların dağıtıcı fazını oluşturan hafif yağların stabilitesi az olduğundan zamanla yüzeysel tabakalarda plastik özellik kohezyon zayıflamaktadır. Buna karşılık katranlar asfaltlara kıyasla kimyasal etkilere daha dayanıklıdır. Ancak sıcaklığa karşı daha duyarlı olup, yüksek sıcaklıklarda daha fazla şekil değiştirirler. Islak agregaya asfalta kıyasla daha iyi yapışırlar ve temizlenmeleri daha zordur. BİTÜMLÜ MADDELERİN ÇESİTLERİ VE KULLANIM YERLERİ ÇESİTLERİ KARAKTERİ KULLANIM ALANLARI Okside asfalt Katı dıs etkilere dayanıklıdır Tecrit ve sıcak bitüm islerinde Asfalt çimentosu Katı veya yarı sıvı yapıskan Yol ve su insaatları,sıcak bitüm işleri Asfalt eriyigi Sıvı Yol insaatı kuru yüz.tecriti Asfalt emilsyonu Sıvı Yol insaatı,nemli yüz.tecriti Katran Yarı sıvı veya sıvı Yol insaatı,tecrit islerinde Bitümlü mastik macun Yarı sıvı veya katı Derz tıkamada Bitümlü mukavva 2 yüzü bütümlü kaplı mukavva Çatı örtüsünde HİDROKARBONLU BAĞLAYICI Yapının çesitli yerlerini izole etmek amacıyla kullanılan maddelerin en önemlileri kireç ve çimento gibi baglayıcı olan hidro karbonlu baglayıcılar adıyla bilinen izole isleri yanında,diletasyon derzlerinin doldurulmasında ve bazı maddeleri yapıstırmak için baglayıcı olarak kullanlan,en önemli özellikleri su geçirmemek olan katran ve bitümdür

6 KATRAN Elde edildikleri ilkel maddeye veya üretim metoduna göre adlandırılır.maden kömürü,kokfırını,su gazı katranı vb.asfalt eriyiklerine dayanmakla beraber koktukları,zehirli maddelerin bulusu ve asitlere dayanamadıklarından fazla yaygın olarak kullanılmamaktadırlar. Normal sıcaklıkta koyu kıvamda siyah bir sıvıdırlar odun,turba,sist,huy gibi çesitli maddelerden elde edilir.elde edilis sekline göre 4 gruba ayrılır Hava gazı katranı Kok fabrikası katranı Yüksek fırın katranı Maden kömürünün 600 C de damıtılmasıyla elde edilen katrandır Bunlardan ilk üçü maden kömürünün C de ısıtılmasıyla elde edilip,agırlıgının %5` i kadardır.katranın bilesiminde;maden kömürü yagları,serbest karbon,zift,fenol,naftelin ve su vardır. KATRANLI KAGIT Bir veya iki tarafı katrana betırılmıs kartonlardır.katranlanmıs yüzeylere ince kum serpilir.her karton agırlıgının 1,8 katı kadar katran emmelidir.iyi bir katran kagıdı 3 cm. yüksekligindeki suyu 72 saat tutabilmeli.3 cm. çapındaki yuvarlak çubuk etrafında sarıldıgında çatlamamalı. Katranli Kagidin Kullanildigi Yerler Yol kaplaması yapımında Köprü,iskele ve kayık gibi çürümesi istenmeyen ahsap izalasyonunda Pastan korunması gerekem madeni elemanların izalasyonunda Kagir ile temas eden ahsap yapı elemanlarının izalasyonunda Su depoları,bent ve sıvaların geçirimsiz hale getirilmesinde Katranlı kagıt ve keçe yapılmasında kullanılır BİTÜM Karbonlu hidrojenler karısımı veya onların bilesimlerinden ibaret,siyah veya koyu renkli maddelerdir.ham petrolden elde edilir.içinde az miktarda kükürt,oksijen,azot ve hidrojen vardır. DOGAL ASFALT Bitümlü doymus kalkerlerdir.kuyulardan ve göllerden çıkarılırlar.kaya asfaltları ise;kum tası veya kalker tası gibi tasların,bosluklarına sızmıs olarak bulunurlar.yol yapımında kullanılırlar.içinde %40 bitüm,%30 su,%30 bitkisel ve madensel maddeler vardır.bu maddeler 160C ısıtılıp,suyu buhar haline getirilip fazla pislikler ayrılarak piyasa asfaltı elde edilir. HAM PETROL ASFALTLARI Rafinerilerde ham petrol distile edilirken yer alan degisme tamamen fiziksel olup çesitli bilesenlerin farklı sıcaklıklarda buharlasarak petrolün benzin vb ayrılmasına dayanır. ASFALT EMİLSYONU Asfalt çimentoyla suyun yaklasık olarak atnı oranda karısımıdır.asfalt zerrelerle su karısımı süspansiyon hale gelemez.bunu saglamak için içerisine emilsyon unsur karıstırılır.asfalt emilsyonu soguk olarak kullanılır. ASFALT SAKIZI Toz asfaltın eritilmis gudronla karıstırılmasıyla elde edilir

7 GUDRON: Petrolün arıtılması sonunda artan yaglı tortularla,dogal asfaltın kaynatılmasıyla elde edilir.rengi koyu siyahtır. BİTÜM EMÜLSYONU-EMÜLZER Bundan önce belirtilen yalıtkanların tamamı sıcak olarak ve kuru havalardakullanılan yalıtkanlar idi.%50 bitüm,%50 su ısıtılıp içine %1-2 emülsif konulup dakikada devir yapan paletli karıstırıcılarda karıstorolarak elde edilen karısım,soguduktan sonra kolloid halde suda kalır.binanın temel,bodrum,mahsen,mutfak,banyo,wc,çatı,balkon vb. Elemanların izolesi ile su yolları ve sıgınakların yüzeysel izalasyonunda kullanılır.duvarları sıva ve sap harçlarına katılarak kullanıldıgı gibi çimentonun katılasmasını hızlandırmada katranlı kagıt ruberoit ve benzeri;musambaları yapıstırmada,beton üzerine parke yapıstırmada,beton üzerine perke döseme kaplanmasında yapıstırıcı olarak kullanılır. Emülzer CSP asitli,alkeri ve sıcak sulara dayanıklı oldugundan toprak altı insaatlarda,kanalizasyonlarda deniz suyuna karsı beton,ahsap ve demir elemanlarda kullanılır.boya kıvamındadır.siyahtır.benzol kokar. Nemli olmayan veya iyice kurutulanb beton,tugla,demir,cam,teneke,tahta,çinko, kursun vemantar yüzeylere yapılır.yüzeylere sürülüp kurutuldugunda elastikiyetini korur.hava sartlarından etkilenmez.uzun süre açıkta kalınca katılasır.böyle durumlarda az miktarda benzolle kıvama getirilir.çesitleri arasında su ile karıstırılıp kıvama getirileni vardır. RUBEROİT-BİTÜMLÜ KARTON Bitüm ve asfalta batırılmıs kartonlardır.asfaltlanmıs yüzeylere kaplandıgında birbirine yapısmamaları için ince kum serpilir.asfalt tutkal karısımından yapılmıs bir macunla kaplanırlar.renkli yapıları ve kanaviçili olanları vardır