Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Der. Science and Eng. J. of Fırat Univ. (4), 693-698, 25 (4), 693-698, 25 Sıkıştırılmış Asfalt Betonun Bitüm Yüzdesinin Tayini Remzi NAMLI Fırat Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Elazığ rnamli@firat.edu.tr (Geliş/Received: 15.8.25; Kabul/Accepted: 6.1.25) Özet: Bu çalışmada Marshall ve Superpave Tasarım Metodları na göre hazırlanmış asfalt beton numunelerinin ekstraksiyonu yani ayrıştırma deneyi yapılmıştır. Numuneler hem katkısız hem de katkılı bitümle hazırlanmıştır. Sıkıştırılmış numunelere daha sonra Karayolları 8. Bölge Müdürlüğü Araştırma Laboratuvarı nda ayrıştırma deneyi uygulanmıştır. Deney sonucunda her iki metod için agrega gradasyonu bakımından en büyük farklılık 1.18 mm ile 2.36 mm elekler arasında olmuştur. Anahtar Kelimeler : Asfalt betonu, Tasarım, Katkı, Ayrıştırma Bituminous Percent Determination of Compressed Asphalt Concrete Abstract: In this study, extraction experiment of asphalt concrete specimens prepared according to Marshall and Superpave Design Methods was made. Specimens were prepared with both additive and non additive bituminous. Extraction experiment was applied to the compressed specimens in research laboratory of the 8. Local Directore of Highways. Experimental results of the two methods show that the greatest change of gradation of aggregates were occured between 1.18 mm and 2.36 mm sieves. Key Words : Asphalt concrete, Design, Additive, Extraction 1. Giriş Yapımı tamamlanmış bir sıcak karışım kaplamadaki bitümün uygun miktarda kullanılıp kullanılmadığının tesbiti için ekstraksiyon deneyi yapılır. Ekstraksiyon, sıkıştırılmış sıcak karışımdaki bitüm yüzdesinin tayini için malzemenin agrega ve bitüm olarak ayrılması demektir. Yeni yapılan bir yolun optimum asfalt içeriğini taşıması son derece önemlidir. Dolayısıyla yeni yapılan karayollarında kontrollerden birisi de agrega ve asfalt yüzdesinin belirlenmesidir. Karışımların asfalt çimento yüzdesi, asfalt betonunun fiziksel karakteristikleri ve kaplamanın uzun ömürlü olması için önemlidir. Çok fazla asfalt çimentosu karışımda stabilite problemlerine neden olurken, çok az asfalt çimentosu da karışımın dayanıklılığını düşürmektedir [1]. AB.D. de Bölge Malzeme Laboratuvarı tarafından bitüm yüzdesinin tayini için bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada iki farklı sıcak karışım malzeme kullanılmıştır. Bunlardan birincisi kireçtaşı karışımı, ikincisi de geri kazanılmış asfalt ihtiva eden karışımdır. Çözelti olarak n-propyl bromide (npb) kullanılmıştır. Yapılan deneysel çalışma neticesinde kireçtaşı karışımı ile yapılan karışımda bitüm yüzdesi deney öncesine göre.26, geri kazanılmış asfalt karışımı ile yapılanda da.31 fazla çıkmıştır. Buradan iki netice çıkarmak mümkündür: Ya kullanılan bitüm yüzdesi fazladır ya da ekstraksiyon sırasında bitüm filleri çekmiştir [2]. Asfalt betonunun, agrega ve bitüm olarak ayrılması işleminde çeşitli çözeltiler kullanılır. Fakat bunların bazılarının çevre için tehlikeli olduğu uzmanlar tarafından belirtilmektedir.
R. Namlı Minnesota Ulaştırma Bölümü tarafından yapılan çalışmalarda asfalt betonunun ayrıştırılmasında kullanılan çözeltilerden, erime sıcaklığı 58 o C nin altında olanların çevre için tehlikeli olduğu görülmüştür. Bu nedenle bu sıcaklığın üzerinde eriyen çözelti bulmak için 12 alternatif çözelti deneye tabi tutulmuş, bunlardan sadece 2 tanesi 58 o C nin üzerinde erime göstermiştir. Sonuçta önceden kullanılan d-limonene çözeltisinin yerine n-propyl bromide seçilmiştir [3]. Asfalt karışımlarının ayrıştırılmasında solvent olarak kullanılan trichloroethylene (TCE) maddesinin kanserojen etkisi olduğu ve ozon tabakasını zayıflattığı tesbit edildiğinden yakın gelecekte yasaklanması muhtemeldir. Bu amaçla EnviroTech International tarafından üretilen Ensolv maddesinin TCE nin yerine kullanılabilmesi amacıyla bir çalışma yapıldı. Çözelti olarak Ensolv ve TCE nin kullanıldığı sekiz farklı bitümle numuneler deneye tabi tutuldu. Elde edilen sonuçlardan her iki çözelti arasında sadece.11 gibi çok küçük bir fark olduğu görüldü. Ayrıca deney esnasında Ensolv kullanıldığında katkı kullanılmasına gerek olmadığı görüldü. Asfalt ekstraksiyonu için üç farklı asfalt karışımı test edildi. Bu karışımlar Marshall, Superpave ve kırıntı kauçuk katkılı asfalt karışımlarıdır. Marshall ve Superpave karışımları aynı oranda geri kazanılmış asfalt ihtiva ediyordu. Ensolv çözeltisi ile yapılan ayrıştırma işlemi, TCE çözeltisi ile yapılan ayrıştırmadan daha hızlı sonuç vermiştir [4]. 2. Sokslet Metodu Sıkıştırılmış asfalt betonundaki bitüm yüzdesinin tayini için çeşitli metodlar vardır. Bunlardan birisi de Sokslet Metodu dur. Ülkemiz Karayolları Müdürlüklerinde de daha sağlıklı sonuçlar verdiği için bu metod yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Cihaz, pirinçten yapılmış bir sokslet kabı ve bunun içine girebilecek büyüklükte bir tel sepet ile sokslet kabının üzerine konulan helezon şeklindeki su soğutucusundan ibarettir. Ayrıca deney sırasında bir erlenmayer veya dibi düz balon ile ısıtıcı gerekmektedir. Numune tel sepet içine konarak sokslet kabına yerleştirilir. Kabın üzerine helezon şeklinde su soğutucusu konur. Alttaki erlen çözücü ile doldurulur, üzerine sokslet kabı yerleştirilip soğutucudan su geçirmeye başladıktan sonra erlen ısıtılmaya başlanır. Buharlaşan çözücü yukarıdaki soğutucuya çarpınca yoğunlaşır ve tel sepetteki karışımın üzerine devamlı olarak damlar. Belirli bir seviyeye gelen çözücü sifon yaparak tekrar erlenin içine boşalır. Pirinç sokslet kabının yan tarafındaki cam boru vasıtası ile içerideki sıvının rengi görülebilir. İlk seferlerde buradaki çözücünün rengi koyu olduğu halde sifon yaptıkça açılarak nihayet çözücü kendi rengini alır ve o zaman ısıtmaya son verilir. Ekstraksiyon deneyinden sonra agreganın granülometrik bileşiminin de kontrolu gerekebilir. Bu aynen normal elek analizi gibi yapılır [5]. 3. Deneysel Çalışma Deneysel çalışmamızda optimum asfalt içeriğinde olmak üzere dört adet karışım, ekstraksiyon için Marshall ve Superpave metodlarına uygun olarak sıkıştırılmıştır. Agrega gradasyonu her iki metotda da Superpave şartnamesine uygun olarak seçilmiştir. Marshall ve Superpave numuneleri hem katkısız hem de bitümde 5 oranında SBS Kraton D12 katkısıyla hazırlanmıştır. Karışımlar sırasıyla 5.45 AC içerikli Marshall, SBS Kraton D12 katkılı 4.95 AC içerikli Marshall, 4.5 AC içerikli Superpave ve SBS Kraton D12 katkılı 4.65 AC içerikli Superpave karışımlarıdır. Bu dört karışım numunesi Karayolları 8. Bölge Müdürlüğü Araştırma Laboratuvarında Sokslet Metodu ile deneye tabi tutulmuştur. Her bir numunenin ekstraksiyonu yaklaşık 3.5 saat sürmüştür. Şekil 1. ve Şekil 2. de sokslet metoduyla yapılan deney aşamaları görülmektedir. 694
Sıkıştırılmış Asfalt Betonunun Bitüm Yüzdesinin Tayini Şekil 1. Numunenin Filtre Kağıdına Sarılarak Tel Sepete Konulması Şekil 2. Sokslet Metodu Deney Düzeneği Ekstraksiyon deneyinden sonra ayrışan agrega alınarak yıkanmış ve elek analizine tabi tutulmuştur. Tablo 1 de dört farklı karışımın ekstraksiyon öncesi ve sonrasında bitüm yüzdeleri ile agrega gradasyonları verilmiştir. Sokslet Metodu ile bitüm yüzdesi, karışımın ilk ağırlığından, deney sonunda kalan toplam agrega ağırlığının çıkarılmasıyla bulunur. Tablo 1 incelendiğinde bütün karışımların bitüm yüzdelerinin deney öncesine göre arttığı görülmektedir. Aslında bunun böyle çıkması şüphesiz bitümün arttığından değil, ekstraksiyon sırasında bitümün ince malzemeyi (bilhassa filleri) emdiğinden kaynaklanmaktadır. Tablo1 den de görüleceği üzere filler yüzdesi (4.5 AC Superpave numunesi hariç) azalmaktadır. Büyük elekler için bütün numunelerde yüzde geçen malzeme miktarlarında artış gözlenmiştir. Bu artış Marshall numunelerinde biraz daha fazladır. Buradan, sıkıştırma sırasında iri agregaların kırılmış olduğu sonucu çıkarılabilir. Bu kırılma Superpave numunelerine kıyasla Marshall da daha fazladır. 695
R. Namlı Tablo 1. Sokslet Metodu ile Yapılan Bitüm Yüzdesi Tayini ve Agrega Gradasyonları Bitüm si Elek No. 12.5 9.5 4.5 2.36 1.18.6..1.5 5.45 AC Marshall SBS Kraton D12 Katkılı 4.95 AC Marshall 4.5 AC Superpave SBS Kraton D12 Katkılı 4.65 AC Superpave 5,45 6,6 4,95 5,3 6,2 4,65 5,2 93,3,8 6, 53,9 38,2 22,5 12,4 4,2 93 85,2 6,1 55,4 38,6 25,2 16 6,,6,,9 51,2 41,9 38, 23,1 16,8 8,4,4,1,5 52,6 43,5 41 24,3,6 6,1 3.1. Katkısız numuneler için ekstraksiyon deneyi Şekil 3. ve 4 de katkısız Marshall ve Superpave numunelerinin ekstraksiyon öncesi ve sonrasında oluşan gradasyonlar gösterilmiştir. 9 8 Yüzde 6,6 1,18 2 1 Şekil 3. Katkısız Marshall Numunelerinin Ekstraksiyon si ve sındaki Gradasyonu 696
Sıkıştırılmış Asfalt Betonunun Bitüm Yüzdesinin Tayini 9 8 Yüzde 6,6 1,18 2 1 Şekil 4. Katkısız Superpave Numunelerinin Ekstraksiyon si ve sındaki Gradasyonu Şekil 3. ve 4 deki ekstraksiyon öncesi ve sonrasında oluşan gradasyonlar incelendiğinde 2.36 mm den büyük elekler için fazla bir değişim olmamasına rağmen, bundan küçük eleklerde yüzde geçen malzeme miktarları azalmaktadır. Bu azalmanın sebebinin ekstraksiyon sırasında bitümün ince malzemeyi beraberinde çektiği söylenebilir. Ekstraksiyon sonucu oluşan her iki numuneye ait gradasyonlar da Superpave şartnamesine uygun kontrol noktaları arasında kalmıştır. 3.2. Bitümde SBS Kraton D12 katkılı numuneler için ekstraksiyon deneyi Şekil 5. ve Şekil 6 da katkılı Marshall ve Superpave numunelerine ait deney öncesi ve sonrasında oluşan gradasyonlar verilmiştir. 9 8 Yüzde 6,6 1,18 2 1 Şekil 5. Katkılı Marshall Numunelerinin Ekstraksiyon si ve sındaki Gradasyonu 69
R. Namlı 9 8 Yüzde 6,6 1,18 2 1 Şekil 6. Katkılı Superpave Numunelerinin Ekstraksiyon si ve sındaki Gradasyonu Katkılı numunelere ait Marshall ve Superpave gradasyonları incelendiğinde yine katkısız olanlara benzer davranış göstermektedir. 2.36 mm den büyük eleklerde fazla bir değişim olmamasına rağmen, bundan küçük elekler için yüzde geçen malzeme miktarında azalma olmaktadır. Bunun sebebinin de yine ekstraksiyon sırasında bitümün ince malzemeyi sürüklediği söylenebilir. Ekstraksiyon sonucunda oluşan her iki numuneye ait gradasyonlar da yine şartname sınırları içinde kalmıştır. 4. Sonuçlar Ekstraksiyon deneyinde, her iki metodla yapılan karışımlarda deney öncesi ve sonrasına göre gradasyon bakımından en fazla bozulma 1.18 mm ile 2.36 mm elekler arasında olmuştur. Gradasyondaki bu bozulma 1.18 mm elekten geçenler için katkısız Marshall da 1.1, katkılı Marshall da.6, katkısız Superpave de 6.1 ve katkılı Superpave de 4.5 olmuştur. ve sonrası için karışımlardaki filler yüzdesi değişimi.3 ile en az katkılı Marshall da, 2.8 ile de en fazla katkısız Marshall da olmuştur. Asfalt betonu tasarımında eski metodlar kullanılabildiği gibi son zamanlarda Superpave Metodu gibi yeni metodlar da kullanılmaktadır. Bu metodların hangisinin daha iyi olduğu konusunda uzmanlar arasında tartışma devam etmektedir. Bilhassa Marshall ve Superpave Metodları ile hazırlanan numuneler çeşitli testlerle karşılaştırılmaktadır. Ekstraksiyon yani asfalt betonunun ayrıştırılması testi de bu iki metodun avantaj ve dezavantajlarını ortaya koyabilir. Kaynaklar 1. E.T.Al, Asphalt Institute Handbook, 96. 2. J. McGraw, D. Iverson, G. Schmidth, J. Olson, Selection of An Alternative Asphalt Extraction Solvent, 23 s., 21 3. J. McGraw, D. Iverson, G. Schmidt, J. Olson, Selection of an Alternative Asphalt Extraction Solvent, Minnesota Department of Transportation Office of Materials and Road Research, 3-23 s., 21 4. Summary of Final Report, Evaluation of an Alternative Solvent for Extraction of Asphalt to Reduce Health Hazards, BB-881, 2 5. 5. A.F. Keçeciler, G. Akkol, A. Gümrükçüoğlu, A.F. Gökçe, Bitümlü Malzemeler Laboratuar El Kitabı, K.G.M. Matbaası, Ankara, 3-5 s., 9 698