PROJENİN ADI: POLİMER KATKILI ASFALT ÜRETİMİNİN ARAŞTIRILMASI Zeyfiye TEZEL Mehmet KARACADAĞ ( Kimya Bilim Danışmanlığı Çalıştayı Çalışması 29 Ağustos-9 Eylül 2007) Danışman: Doç.Dr. İsmet KAYA 1
PROJENİN AMACI: Bu çalışmada asfalt çimentosuna farklı miktarlarda PVC ve PVC- Borik Asit karışımı katılarak hazırlanan asfalt numuneleri ile yol yapımında kullanılan asfalt numunesi, sıcaklık artırılarak asfaltın dayanıklılığı ölçüldü. 2
GİRİŞ:Çalışmada kullanılan PVC sert bir plastiktir. Kullanım alanı oldukça yaygındır. Geri dönüştürülebilir. Uluslar arası geri dönüşüm kodu 3 olarak belirtilmiştir (1). Polivinil klorid, monomer haldeki vinil kloridin polimerizasyonu ile üretilir. Vinil klorür monomeri Polivinil klorür polimeri 3
Bu çalışmada kullanılacak olan borik asit kolay bulunabilen zehirsiz ve ucuz bir maddedir (2). Asfalt çimentosu katı veya yarı sıvı yapışkan bir madde olup; yol ve su inşaatlarında kullanılır (3). 4
Asfalt veya işlenmiş haliyle asfalt çimentosu doğada bulunabileceği gibi büyük çoğunlukla petrol rafine işleminin bir yan ürünü olarak elde edilir (3). Asfaltın kimyasal yapısı hidrokarbonların kompleks bir karışımıdır. Ancak içinde yaklaşık olarak aşağıdaki oranlarda şu elementler bulunur (3). 5
C...%70-85 H...%7-12 N...%0-1 S...%1-7 O...%0-5 6
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-1 de görüldüğü gibi aşağıdaki öğelerden oluştuğu varsayılmaktadır (3). Asfaltinler-C/H oranları 0.8 den büyük, siyah, sert, geniş, yüksek moleküler ağırlıklı, viskoz hidrokarbon molekülleri (3). 7
Rezinler- C/H oranları 0.4-0.8 arasında değişen, orta moleküler ağırlık ve orta viskozitesi olan hidrokarbon molekülleri(4). Yağlar-C/H oranları 0.4 den küçük en hafif moleküler ağırlıkta, en açık renkte ve en az viskoz hidrokarbon molekülleri (4). 8
Şekil 1. Asfaltın bileşimi 9
Kış aylarında yolların buzlanması ve donmasını engellemek için tuz atılmaktadır. Atılan bu tuz korrozif olup metal aksamı önemli ölçüde korozyona uğrattığı gibi asfaltın kabarmasına, kaldırımlarında plakalar halinde aşınmasına sebep olmaktadır ( 5 ). Bu projede asfalta PVC polimeri ve PVC-Borik asit karışımı farklı oranlarda katıldı.daha sonra bu karışımlar kalıplar haline getirilerek, elde edilen asfalt örneklerine farklı ağırlıklarla mukavemet testi sıcaklığa karşı dayanıklılık testi uygulandı. 10
Çalışmada kullanılan borik asit, elementel borun bir oksiasidi olup, formülü H 3 BO 3 şeklindedir.borik asit, kokusuz, tatsız, havada kararlı, beyaz kristaller şeklinde bir maddedir. Molekül ağırlığı 61.83, erime noktası 169 C ve kaynama noktası 300 C'dir. Özgül ağırlığı 1.46 g/cm3tür. Borik asit suda orta derecede çözünür. Sıcak sudaki çözünürlüğü soğuk sudakinden fazladır. Alkol ve gliserinde çözünür. Borik asit bir lewis asidi vazifesi yapan ve bir hidroksil iyonu olan çok zayıf mono bazik asittir (2). 11
Borik asit ve PVC arasında yukarıdaki tepkime gerçekleşmektedir. 12
YÖNTEM: Deneylerde kullanılacak asfalt hazır olarak temin edildi ve aşağıda belirtilen oranlarda PVC,PVC/Borik asit ile etkileştirilerek daha dayanıklı asfalt malzemesi elde edildi. Yapılacak çalışmalarda deniz tuzu ile hazırlanmış tuzlu su çözeltisi kullanıldı ve çalışma oda sıcaklığında yapıldı. 13
Deneylerde kullanılacak olan karışım miktarları aşağıda verilmektedir. A 500 g.asfalt çimentosu B 500 g.asfalt çimentosu, 20 ml PVC C 500 g.asfalt çimentosu,15 ml PVC / 5 ml BA 14
D 50 g.asfalt çimentosu E 1. 50 g.asfalt çimentosu, 1ml PVC 2. 50 g.asfalt çimentosu, 2ml PVC 3. 50 g.asfalt çimentosu, 3ml PVC 4. 50 g.asfalt çimentosu, 4ml PVC 5. 50 g.asfalt çimentosu, 5ml PVC F 1. 50 g.asfalt çimentosu, 0,75 ml PVC -0,25 ml Borik asit 2. 50 g.asfalt çimentosu, 1,5 ml PVC 0,5 ml Borik asit 3. 50 g.asfalt çimentosu, 2,25ml PVC 0,75 ml Borik asit 4. 50 g.asfalt çimentosu, 3 ml PVC 1 ml Borik asit 5. 50 g.asfalt çimentosu, 3,75 ml PVC 1,25 ml Borik asit 15
Elde edilen bu karışımların;mukavemet testleri ve sıcaklığa karşı dayanıklılık testi yapıldı. Mukavemet testi: Hazırlanan D,E ve F numuneleri kuruduktan sonra birer tanesi alınarak, 24 saat tuzlu suda bekletildi ve numuneler üzerine belirli mesafelerden 50 g lık,100 g lık,500 g lık ve 1000 g lık ağırlıklar düşürülerek kırılmaları incelendi.en düşük ağırlıkta kırılan karışımın mukavemetinin az olduğuna karar verildi. 16
Sıcaklığa karşı dayanıklılık testi: Kapların içine doldurulmuş olan tüm numuneler aynı koşullarda 24 saat kurutuldu.kalıplardan çıkarılacak karışımlar oda sıcaklığından başlanarak belirli zaman aralıklarında sıcaklık 5 0 C artırılarak asfaltın çözülmesi incelendi. Tuzlu suda bekletme:hazırlanan D,E ve F numuneleri kuruduktan sonra birer tanesi alınarak, 24 saat tuzlu suda bekletildi. 17
AÇ: Asfalt çimentosu PVC:Poli vinil klorür BA: Borik Asit P : Presleme MT: Mukavemet Testi K : Karıştırma SDT : Sıcaklığa Karşı Dayanıklılık testi 18
Yapılac ak işler Çarşam ba Perşem be Cuma A.Ç. A.Ç.- PVC A.Ç.- PVC/B A Karıştır ma Presle me Karıştır ma Presle me Karıştır ma Presle me SDT SDT SDT PROJE RAPORLAMA PROJE TESLİM 19
BULGULAR: Sıcaklığa karşı dayanıklılık testi: Sıcaklığa karşı dayanıklılık testine göre A,B ve C numunelerinden katkısız asfaltın daha önce kenarlarından çözüldüğü, PVC/BA katkılı asfaltın sonra, PVC katkılı asfaltında daha sonra çözüldüğü görüldü. 20
Şekil 2( Test öncesi) 21
Şekil 3 (Test sonrası ) 22
(+) Yumuşama var ( ) Yumuşama yok Sıcaklık ( C) 28 38 48 58 Zaman ( dakika ) 0 20 40 60 Katkısız AC + + + + PVC Katkılı AC PVC / BA Katkılı AC + + 23
Alınan D,E ve F numunelerinden birer tanesi tuzlu suda bekletildikten sonra sıcaklığa karşı dayanıklılık testine göre; katkısız asfalt, PVC katkılı 1-2-3 ve PVC/BA katkılı 1-2-3-4-5 numunelerinin önce yumuşadığı görüldü.pvc katkılı 4-5 numunelerinin ise daha sonra yumuşadığı görüldü. 24
Şekil 4 ( Test öncesi ) Şekil 5 ( Test sonrası ) 25
26
Mukavemet testi: Mukavemet testi sonucuna göre PVC katkılı 4ve 5 numunelerinin uygulanan kuvvete karşı daha iyi dayanım gösterdiği görüldü. Şekil 6 ( Test sonrası ) 27
Şekil-7-Mukavemet test sonuçları 28
SONUÇ VE ÖNERİ: PVC katkılı asfalt çimentosunun ; katkısız asfalt çimentosuna ve PVC/BA katkılı asfalt çimentosuna göre sıcaklığa karşı daha dayanıklı olduğu tespit edildi.pvc yarı kristalin bir polimer olduğundan hem erime hem yumuşama sıcaklığı gösterir.polimerlerin yumuşama sıcaklığı da molekül ağırlığı arttıkça artar ve belli bir molekül ağırlığı değerinden sonra sabit kalır. 29
Kullandığımız polimerin yumuşama sıcaklığı 80 C olduğundan sistemin sıcaklığı arttıkça malzemenin içerisindeki polimer plastik forma dönüşmekte ve malzemenin yüzeyini film şeklinde kaplamaktadır.deneylerin polimer karışımlı asfalt materyalinin,katkısız asfalt materyaline karşın daha dayanıklı olduğunu gösterir. 30
Borik asit/pvc katkılı asfalt malzemelerinde PVC gibi iyi sonuçlar gözlenmedi.çünkü bunların karışımı homojen bir faz oluşturmadığından asfalt ile iyi bir etkileşim gerçekleşmemiştir.mukavemet testi sonucu da bunu doğrulamıştır 31
Bu sonuçlara dayanarak asfalt malzemesinin içerisine belirli oranlarda PVC katılarak hazırlanan materyalin hem termal kararlılığı hem de mekanik direnci katkısız asfalta nazaran daha iyi olduğundan asfalt üretiminde bu tür polimerik malzemeler kullanılabilir. 32
TEŞEKKÜR: Projenin gerçekleşmesini sağlayan Doç.Dr. Mehmet AY a, danışmanımız İsmet KAYA ya, çalışmalarımız süresince danışmanlık ve sunumlarıyla bizleri aydınlatan öğretim üyelerimize,çanakkale Fen Lisesi yönetici ve yardımcı personeline çok teşekkür ederiz. 33
KAYNAKÇA: 1. http://tr.wikipedia.org/wiki/polivinilklorid 2. http://www.kimyasal.net/sorugoster 3. Argun TUNÇ, Yol Malzemeleri ve Uygulamaları,Temmuz 2001 4. http://www.teknolojik araştırmalar.com/e.eğitim/yapı 5. http://www.abdullah coban.com 34