BÖLÜM 4. BİTÜMLÜ KARIŞIMLAR Bitümlü sıcak karışımlar hem asfalt bağlayıcının hem de reganın uygun ısıya kadar ısıtılıp uygun oranlarda plentte karışımı ile elde edilmekte ve yüksek standartlı esnek kaplamaların üst tabakalarında kullanılmaktadır. Bitümlü sıcak karışımlar; - aşınma - binder - bitümlü temel tabakalarında kullanılır.
Bitümlü sıcak karışımlar; - Taşıtlar için düzgün ve pürüzsüz yüzeyleri ile sürüş konforunu, sürtünme dirençleri ile sürüş emniyetini sağlamalıdır. -Trafiğin ve çevrenin aşındırma etkilerine dirençli olmalıdır. -Deformasyonlara karşı dirençli olmalıdır. -Esneklikleri ile geçici deformasyonlar yapabilmelidir.
-Kalıcı deformasyon yapmadan alt tabakalara ve zemine yükleri emniyetle iletebilmelidir. -Kurplarda ve dik eğimlerde kayma dirençleri yüksek olmalıdır. -Yüzeysel suların temele ve zemine sızmasını önlemelidir. -Tekrarlanan ağır trafik yüklerine karşı yeterli yorulma mukavemetine sahip olmalıdır.
Beton asfalt karışımına giren malzemelerin özellikleri, karışımın hazırlanması ve kaplamanın oluşturulma şekli: - asfalt çimentosunun tipi - asfalt çimentosunun oranı - rega cinsi ve miktarı - beton asfalt karışımının yapım koşulları. beton asfalt kaplamanın davranışında rol oynar.
4.2. Bitümlü Karışımlardan Beklenen Fizik ve Mekanik Özellikler 1. Stabilite Stabilite terimi mukavemet ile yakından ilgili olup bitümlü sıcak karışımlardan imal edilen yol kaplamalarının trafik yükü altında oluşacak deformasyonlara karşı gösterdiği direnç olarak adlandırılır. Yani bitümlü sıcak karışımın stabilitesi ne kadar düşük olursa trafik yükleri altında oluşabilecek deformasyon da o kadar fazla olacaktır.
Ancak çok düşük stabilite ne kadar istenmez ise çok yüksek stabilite de o kadar zararlıdır. Çünkü çok yüksek stabiliteli (çok sert, rijit veya gevrek) bitümlü karışımlar gerilmelere maruz kaldığında esnek davranış gösteremeyip kaplamada çatlakların oluşmasına neden olmaktadır.
2. Dayanıklılık (Durabilite) Bir bitümlü karışımın dayanıklılığı, trafik, su, hava ve sıcaklık değişikliklerinin etkilerine karşı gösterdiği dirençtir. Bu etkiler: - asfaltın özelliklerinin değişmesi (yaşlanma-sertleşme) - rega danelerinin kırılması ve ufalanması - asfaltın soyulmasıdır.
Dayanıklılık genel olarak; -asfalt oranının artması -sert asfalt (düşük penetrasyonlu) -yüksek soyulma direnci -iyi sıkışma -yoğun gradasyon ile artış gösterir. Yukarıdaki şartlar sağlanırsa geçirimsizlik artarak karışımın içine daha az hava ve su gireceğinden dayanıklılık ta artacaktır.
3 Esneklik (Fleksibilite) Bitümlü sıcak karışımların esnekliği, zeminin ve temel tabakasının uzun dönemli oturma durumunda bu çökmelere uyum sağlayabilme yeteneğidir. Esneme yetersizliği yol yüzeyinde çatlamalara yol açar. Esnekliğe etki eden faktörler: - mineral fillerin ve asfalt çimentosunun oranı - asfalt çimentosunun kıvamı - asfalt çimentosunun sıcaklığa karşı duyarlılığı
4.2 Bitümlü Karışımların Bileşimlerinin Saptanması ve Kontrolü Marshall Stabilite Deneyi Marshall stabilite deneyi, aynı rega karışımına farklı oranlarda bağlayıcı karıştırarak; -maksimum stabiliteyi veren optimum bağlayıcı miktarının saptanması -bitümlü karışımdaki boşluk oranlarının belirlenmesi -kuru rega karışımındaki boşlukların bağlayıcı ile doldurulma oranlarının hesaplanması için yapılan serbest basınç deneyidir.
Deneyin Yapılışı: Asfalt Betonu numunelerinin hazırlanması - Granülometrik şartlara uygun yaklaşık 1200 gr. rega karışımı hazırlanır. - Ayrıca %4.5, 5, 5.5, 6 oranlarında dört adet bitüm hazırlanır. - Hazırlanan rega karışımı etüvde 185 C ye kadar ısıtılır. - Bitüm 120 C ye kadar ısıtılır. - Isıtılmış malzeme etüvden alınarak yukarıda belirlenen oranlarda hazırlanan bitümle karıştırılarak dört tür bitümlü karışım hazırlanır.
-Farklı bağlayıcı yüzdesine sahip karışımlardan üçer adet numune hazırlanır(deney aleti, çevresel şartlar ve operatörden kaynaklanacak hataların minimize edilmesi için). - Hazırlanan farklı bağlayıcı yüzdesine sahip karışımlardan ısıtılmış kalıplara doldurulur. - Sıkıştırma aletinde 4.5 kg. ağırlığındaki tokmak 45 cm. yükseklikten numunenin her iki yüzüne 50 veya 75 er (karışımın maruz kalacağı trafiğe göre) defa düşürülerek numuneler sıkıştırılır.
Numune Kalıbı Sıkıştırılmış Numune Sıkıştırma Aleti Numune
Otomatik sıkıştırıcı
- Tokmaklanması biten numune kalıptan çıkarılarak soğumaya bırakılır. - Kalıptan çıkartılan deney numunesi silindir şeklinde olup 100 mm çapında ve yaklaşık 64 mm yüksekliğindedir. - Her numunenin üzerine ilgili numuneye ait etiket yerleştirilir, ağırlığı ve yüksekliği ölçülerek kaydedilir. Bu numuneler bir gece oda sıcaklığında bekletilerek dayanımlarını kazanmaları sağlanır.
Marshall Stabilite Deneyi Yapılışı - Sonraki gün numuneler 60 C deki su banyosunda 1 saat süre ile ısıtılır. - Numuneler sıra ile Marshall stabilite aletine yerleştirilir. - Her numunenin kırılmaya başladığı andaki yük ve deformasyon değerleri tespit edilir. - Basınç uygulandıkça okunan değer artarak maksimuma ulaşır, daha sonra düşmeye başlar. O anda numune kırılır. - Okunan maksimum değer yardımıyla bitümlü karışımın stabilitesi saptanır. Marshall stabilitesi adı verilen bu değer numunenin kırılmasını sağlayan kg cinsinden toplam yük miktarıdır.
Su Banyosu Akma Değeri Okuyucu (dial gauge)
Load cell Yük hücresi Akma (çökme) Deformasyon Numune yükleme kafaları Marshall Deney Aleti
Kırılma sırasında numunenin çökme ya da sıkışma miktarı da ölçülür. Buna akma denir. Akma değeri beton asfalt kaplamaların trafik yükleri altındaki davranışını belirleyen, beton asfaltların plastiklik ve esneklik özelliklerini yansıtan bir değerdir. Bir karışıma Marshall deneyi uygulanınca - karışımın birim ağırlığı - boşluk oranı - bağlayıcı ile dolu bulunan rega boşluğu yüzdesi saptanır.
Maksimum yoğunluğu veren asfalt çimentosu oranı yüzdesi (A, grafikten 6.3) Yoğunluk (g/cm 3 ) (Hesapla bulunan) 2.32 2.34 2.36 2.38 %asfalt
Maksimum Marshall stabilitesini (kırılma anındaki kg cinsinden yük) sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (B, grafikten 6.3) Stabilte (kg) (Deney sonucu) %asfalt
Şartnamede belirtilen boşluk oranı yüzdesini sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (C, grafikten 5.9) Boşluk % (hesapla bulunan) şartname % Asfalt
Şartnamede belirtilen bağlayıcı ile dolu rega boşluğu yüzdesini sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (D, grafikten 6.9) şartname Bağlayıcı ile dolu rega boşluğu % (hesapla bulunan) %Asfalt
A + B + C + Optimum bağlayıcı oranı 4 D tür. Optimum bağlayıcı oranı 6.3 + 6.3 + 5.9 + 4 6.9 6.35
Bulunan optimum bağlayıcı oranına tekabül eden akma değeri şartnamede belirtilen maksimum değerin altında ise saptanan bağlayıcı oranına göre gerçekleştirilen bir beton asfalt karışımı şartnamelerde aranan özellikleri taşıyacaktır. Şartnamelerde akmanın 10-20 arasında olması istenir. Akma (mm) (deney sonucu) 6.35 %Asfalt
4.2.1.1 Yüksek Tip Yol Kaplaması Karışımlarında Şartnamenin Aradığı Koşulların Tanımlanması ve Hesaplanması Bitümlü karışımlar yoğunluk (birim ağırlık) ve boşluk oranı esas alınarak tasarlanır. Boşluk oranı, bağlayıcı ile sarılmış rega danelerinin arasında kalan boşluk hacmi yüzdesidir(v). Sıkıştırılmış bir bitümlü karışımın boşluk oranı, karışımın teorik ve ölçülen yoğunluk değerlerinden yararlanarak bulunur. Karışımın maksimum teorik yoğunluğu sıfır boşluklu (boşluksuz) birim ağırlığıdır(d).
D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı D 100 P P + δ δ P + P b 100 dür. b b P Bitümlü karışımdaki reganın ağırlıkça yüzdesi, δ Agrega karışımının özgül ağırlığı, P b Bitümlü karışımdaki bağlayıcının ağırlıkça yüzdesi, δ Bağlayıcının özgül ağırlığı. b
δ : Agrega Karışımının Özgül Ağırlığı δ P δ 1 1 100 P2 + + δ 2 P δ 3 3 P 1 İri reganın ağırlıkça yüzdesi, P 2 İnce reganın ağırlıkça yüzdesi P 3 Mineral fillerin ağırlıkça yüzdesi δ 1 İri reganın özgül ağırlığı, δ 2 İnce reganın özgül ağırlığı, δ 3 Mineral fillerin özgül ağırlığı. w 1 :İri rega ağırlığı, w 2 :İnce rega ağırlığı, w 3 :Filler ağırlığı olmak üzere: P 1 w 1 w + w 1 2 + w 3
d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı Numune düzgün ise; d W v a W a Numunenin havadaki ağırlığı v Numunenin hacmi Numune düzgün değilse suda yer değiştirme metodu kullanılır. d Wa W W a w W w Numunenin sudaki ağırlığı
V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi V 100 D d D D Karışımın boşluksuz birim ağırlığı dsıkıştırılmış bitümlü karışımın ölçülen birim ağırlığı Şartnamelerde boşluk oranı için bir alt ve bir üst sınır belirtilmiştir(%3-5 gibi). Üst sınır konmasının nedeni, boşluğun artmasının stabilitenin ve birim ağırlığın düşmesine, geçirimliliğin ise artmasına yol açmasıdır.
Sıcak aylarda bağlayıcı hacminin artması sonunda boşlukların tamamen dolması, reganın bağlayıcı ile yağlanmış hale gelmesi ve bağlayıcı kusması sebebiyle boşluk oranı için bir alt sınır konmuştur. Şartnamelerde, sıkıştırılmış bitümlü karışımlarda, mineral rega içindeki boşluğun (VMA) bağlayıcı ile doldurulma oranı da aranır. Bunun için önce bitümlü karışım bileşenlerinin hacim yüzdelerinin bulunması gerekir.
V Sıkışmış bitümlü karışımdaki reganın hacimce yüzdesi V P δ * d V v ( v + v + v) b 100 v M δ V M ( v + v + v) δ b 100
d M v v v k b + + ) ( 100 P 100, * * 100 k k k M M M d M d M M V δ δ d P V δ *
V b Sıkışmış bitümlü karışımdaki bağlayıcının hacimce yüzdesi V b P δ b b d, V +V b +V100 V:boşluk hacmi % si 100 V b :bağlayıcı hacmi % si V :rega hacmi % si
V MA Sıkıştırılmış bitümlü karışımda rega içindeki boşluk hacmi yüzdesi V MA 100-V V b +V 100 V:boşluk hacmi % si V b :bağlayıcı hacmi % si V ma :Agregalar arası boşluk V :rega hacmi % si Agrega içindeki boşlukların bağlayıcı ile doldurulma derecesi V V b MA x100 V b 100 V x100 V b V b + V x100
Örnek 1: Laboratuarda hazırlanmış olan bir numunenin havadaki ağırlığı 114.80 gr., sudaki ağırlığı 63.20 gr. dır. Bu karışım içinde ağırlıkça %8 asfalt ve %92 rega vardır. Asfalt çimentosunun özgül ağırlığı 1.02, reganın özgül ağırlığı ise 2.69 dir. Bu karışım yola uygulanıp sıkıştırıldıktan sonra alınan numunenin birim ağırlığı dyol2.10 bulunmuştur. Şartname, yoldaki boşluk oranının laboratuardaki oranın en fazla 1.10 katı olmasını istediğine göre karışım şartnameye uygun mudur?
Verilenler: W a 114.80 gr., δ b 1.02, W w 63.20 gr., δ 2.69, P b %8, d yol 2.10, P %92, V yol?
Aranan: V yol? V lab x1.10? D d V 100 D V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı d W 114.80 114.80 63.20 a lab Wa Ww 2.22,
, olarak bulunur. 2.38 1.02 8 2.69 92 100 P P 100 D b b + δ + δ 6.72 2.38 2.22 2.38 100 D d D 100 V lab lab 11.76 2.38 2.10 2.38 100 D d D 100 V yol yol
Şartname V yol? V lab x1.10 olmasını istiyor ama V lab 6.72x1.107.39 V yol 11.76 11.76 > 7.39 olduğundan şartnameye uygun değildir.
Örnek 2: Bir rega karışımına, ağırlıkça %6 oranında özgül ağırlığı 1.01 olan bir bağlayıcı karıştırılarak, rega boşluklarının (Vma) bağlayıcı ile doldurulma oranı 0.75 ve birim ağırlığı d2.20 olan bir karışım hazırlanmıştır. Şantiyede boşluk oranı laboratuardaki boşluk oranının %75 i olacak şekilde yeni bir karışım hazırlanacaktır. Bu amaçla, iri rega özgül ağırlığı 2.55, miktarı %65, ince rega özgül ağırlığı 2.65, miktarı %30 ve filler özgül ağırlığı 2.45, miktarı %5 kullanılarak bağlayıcı oranı %7 ye çıkarılmıştır. Buna göre hazırlanan karışımın birim ağırlığı ne olur?
Verilenler: δ 1 2.55, δ 2 2.65, δ 3 2.45, P 1 %65, P 2 %30, P 3 %5, d2.20, δ b 1.01, P b %6, Vb V %75 MA
Çözüm: Laboratuarda hazırlanan karışımın boşluk oranı (V): VV MA -V b V V Pb 6 d x2.20 13, (V δ 1.01 b : bağlayıcının hacimce % si) b b V b MA %75 (rega boşluklarının bağlayıcı ile doldurulma oranı) 13 V MA 17 (regalar arasındaki boşluk hacmi % si) 0.75 VV MA -V b 17-134
Şantiyede hazırlanan 2.ci karışımın boşluk oranı: Vx0.754x0.753 olur(yeni karışımın istenen boşluk yüzdesi).
Şantiye de V3 boşluk oranını sağlayacak olan karışımın yoğunluğu (d): D d V 100 D D 100 P Pb + δ δ b D 100 93 7 + 2.57 1.01 2.32 δ 100 100 δ P1 P2 P 2.57 3 65 30 5 + + + + δ δ δ 2.55 2.65 2.45 1 2 3 V 100 D d D 3 2.32 d 100x 2.32 d2.25 olarak bulunur.
Örnek 3 İri reganın özgül ağırlığı 2.65, ağırlıkça yüzdesi %55, ince reganın özgül ağırlığı 2.70, ağırlıkça yüzdesi %35 iken fillerin özgül ağırlığı bilinmemektedir. Bu rega karışımında kuru reganın boşluk oranı 20 olarak bulunmuştur. Bu regaya özgül ağırlığı 1.01 olan bağlayıcıdan ağırlıkça %7 ilave edilmiş ve numune hazırlanmıştır. Boşlukların bağlayıcı ile doldurulma oranı %80 olduğuna göre, fillerin özgül ağırlığı nedir?
Verilenler δ 1 2.65, δ 2 2.70, δ 3?, P 1 %55, P 2 %35, δ b 1.01, P b %7, V MA 20, V b /V MA 0.80
δ Çözüm: P δ 1 1 100 P2 + + δ 2 P δ 3 3...(1) P 1 +P 2 +P 3 100 55+35+P 3 100 P 3 10 bulunur. 100 δ, δ 55 35 10?, + + 2.65 2.70 δ 3
V : reganın hacimce %si V P 93 d d..(2) δ δ P 100-P b 100-793, δ?, V?, d? V 100-V MA 100-2080 Pb Vb d δ b 7 d 1.01 V b?, d?...(3) V b /V MA 0.80 V b 0.80x2016
V b (3) nolu formülde yerine konulursa d2.30, 16(7/1.01)xd (2) nolu formül kullanılarak; 80(93/δ )x2.30 δ 2.67 (1) nolu formül ile, δ 3 2.67 olarak bulunur. δ 55 2.65 100 35 + 2.70 10 + δ 3 2.67 100 55 35 10 + + 2.65 2.70 δ 3