İstanbul'da kazınmış asfalt kaplamaların binder tabakasında yeniden kullanılabilirliğinin araştırılması
Research on reusability of scraped asphalt pavements on binder course in Istanbul
Yazar: FERHAT ÜNLÜ
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ERGÜN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ulaşım = Transportation

Özet:
Dünyamızda tabii kaynakların sonsuz olmadığı ve dikkatlice kullanılmadığı taktirde birgün tükeneceği akıldan çıkarılmamalıdır. İnsan nüfus artışına paralel olarak artan tüketim ve bu tüketim sonucu ortaya çıkan atıkların kontrolsüzce doğaya bırakılması  ekolojik dengeyi bozarak doğaya zarar vermektedir. Yeniden değerlendirilme imkanı olan atıklar çeşitli fiziksel veya kimyasal işlemlerden geçirilerek geri dönüştürülebilir. Bu sayede hem doğal kaynakların korunması hem de ekonomik değeri olan atık malzemelerin ekonomiye kazandırılmaları sağlanmış olur. Gelişmiş ülkelerin birçoğunda atık malzemelerin geri dönüşümünü teşvik eden ve geri dönüşümü mümkün olan maddelerin atılmasını yasaklayan yasal düzenlemeler getirilmiştir. Kalkınma çabasında olan ve ekonomik zorluklarla karşı karşıya bulunan gelişmekte olan ülkelerin de doğal kaynaklarından verimli bir şekilde faydalanabilmek ve doğal kaynaklarını korumak için atık israfına son vermeleri gerekmektedir. Bu sebeple ekonomik değeri olan atık malzemeleri geri dönüştürerek yeniden kullanımı sağlanmalıdır.
Asfalt sektöründe kazınmış asfaltın geri dönüştürülerek yeniden kullanımı ekonomik ve ekolojik açıdan büyük faydalar sağlamaktadır. Asfalt kaplamalar genel olarak agrega ve bitümden oluşmaktadır. Asfalt kaplamaların ortalama % 95-97 sini oluşturan agreganın geri dönüşümü, ülkemizde giderek azalan doğal kaynakların korunması ve çevre kirliliğinin önlenmesi açısından büyük önem arz etmektedir. Asfalt kaplamanın geri kalan %3-5 lik kısmını oluşturan bitüm, pahalı bir ürün olması sebebiyle maliyet olarak daha büyük bir yüzdeye sahiptir. Bitüm ithal bir ürün olması, pahalı bir ürün olması ve yoğun kullanımının dışa bağımlılığa sebebiyet vermesi nedeniyle, geri dönüştürülmesi halinde ekonomik açıdan ciddi katkılar sağlayacaktır.
Bu çalışmada, İstanbul Avrupa Yakası'nın çeşitli bölgelerinde yol bakım, onarım, tamirat, yenileme, hatalı imalat gibi nedenlerle yollardan kazınan asfalt betonu kaplama malzemesinin geri dönüştürülerek binder tabakasında yeniden kullanılabilirliği araştırılmıştır. Kazınmış asfalt kaplama geri dönüşüm amacıyla yeni agrega ve yeni bitümden oluşan sıcak karışıma ağırlıkça farklı oranlarda karıştırılmıştır. Bu karışımlara marshall deneyleri, tekerlek izi deneyleri ve dolaylı çekme mukavemeti deneyleri uygulanarak, binder tabakasında geri dönüştürülmüş asfalt kullanımının kaplamanın performansına etkisi araştırılmıştır. 
Karayolları Teknik Şartnamesi Kısım 414'te, kazınmış asfalt kaplamalar ile hazırlanacak olan sıcak karışımların aşınma tabakasında kullanılamayacağı açıkça yazılmıştır. Bu sebeple, bu çalışmada kazınmış asfalt malzemesinin geri dönüşümü binder tabakası için incelenmiştir. Yine KTŞ Kısım 414'te, bitimlü sıcak karışım imalatında ağırlık olarak %25'ten fazla RAP malzemesi kullanılamayacağı, ancak bu oranın kullanılacak plent tipi ve gençleştirici katkılar ile artabileceği belirtilmektedir. 
Eski asfalt kaplamalar üretim sırasında ve servis ömürleri boyunca yaşlanarak zamanla kimyasal değişikliğe uğradığı için, kazınan asfalt malzemenin yeni bitümlü sıcak karışımlara yüksek oranlarda karıştırılması gençleştirici katkılarla mümkün olabilmektedir. Asfalt gençleştirici katkılar kazınmış asfalt malzemenin geri dönüşümündeki ekonomik avantajları ortadan kaldırabilmektedir. Bu sebeple bu çalışmada gençleştirici katkı kullanılmayacak şekilde, kazınmış asfalt kaplama yeni karışıma ağırlıkça %15, %30 ve %45 oranlarında karıştırılmıştır. Bu oranlar, ilave edilecek RAP malzemesi agrega ağırlığının, toplam agrega ağırlığına oranıdır. %15, %30 ve %45 karışım numuneleri ile kazınmış asfalt kaplama içermeyen numunelere Marshall deneyleri, tekerlek izi deneyleri ve dolaylı çekme mukavemeti deneyleri uygulanarak, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. 
Sonuç olarak, kazınmış asfalt betonu kaplamaların geri dönüşüm yöntemleri ile bitümlü sıcak karışımlarda yeniden kullanılmasının, yeni agrega ve bitüme olan ihtiyacı azalttığı için doğal kaynakların korunduğu, daha az malzeme kullanımı ile birlikte kamu kaynaklarının korunarak ülke ekonomisine katkı sağlandığı görülmüştür. Ayrıca yeni agrega ve bitümün üretimi için harcanan elektrik, petrol, doğalgaz ve kömür gibi enerji kaynaklarının üretiminde oluşan çevresel etkiler ile kazınmış asfalt kaplamanın atık olarak doğaya atılmasında oluşan çevresel etkilerin azaldığı tesbit edilmiştir. 
Gençleştirici katkıların kullanılmasının, ekonomik olarak geri dönüşümün hangi oranlarına kadar kullanılabilirliği bu çalışmanın konusu olmasa da, bu katkıları kullanarak yüksek oranda kazınmış asfalt malzemeyi geri dönüştürmenin çevre ve doğal kaynaklar açısından sağlayacağı faydanın ekonomik fayda yanında daha büyük olduğu aşikardır.

Abstract:
It should be borne in mind that natural sources are not infinite, and unless they are used cautiously, they will be drained away one day. Consumption which increases parallel to population increase and disposing of the waste which is resultant of that consumption in nature unrestrainedly give harm to the nature. 
The transportation demand which increases every year necessitates building of new roads and renewal of existing roads. Both at building and renewal phases, asphalt is one of the road construction materials which affect the cost significantly. From production to application to roads, every phase of asphalt necessitates tremendous care and information. If it is taken into account that 100 million dollars are spent for asphalt only in Istanbul every year, the importance of using asphalt in the right places properly becomes even more evident.
Because asphalt is obtained by distilling petroleum, countries which have no opportunity to produce petroleum are obliged to import petroleum. Turkey is a country which imports petroleum, and it imports more than 20 million tons of petroleum every year. Because Turkey is not a country which is not rich with petroleum, a solution to this problem has to be found.
Those wastes which have the possibility of reusability can be recycled by being put through physical and/or chemical process. By this means, protection of natural sources as well as returning those waste materials which have economic value to the economy will be ensured. In many of the developed countries legislative regulations which encourage recycling of waste materials and which forbid throwing away materials which are recyclable have been carried into effect. 
The pavements which deteriorate in time are rehabilitated by maintenance and repair operations. Nevertheless, pavements are going to need major repairs due to the increase in deteriorations because of traffic, environmental and climate conditions. It is extremely important with regards to using our sources properly from the economic point of view that the material which is obtained by scraping off from the decaying parts of the existing pavements is used in the production of hot bituminous mixture to be produced. Taking into consideration the dates when the highways and important national highways are to be opened to the traffic, it is clear that the pavement rehabilitation activities are going to be at the top of the agenda today and in the years ahead. Under these circumstances, it is extremely important in terms of reducing the costs as well as protection of the environment that bituminous binders and aggregates in scraped old hot bituminous mixture, which have high economic value, are used in road construction after certain procedures. 
The fact remains that, in the 5 to 10 years ahead, we are going to be confronted with the urgency to utilize waste materials in road construction in Turkey on the grounds that aggregate reserves will be depleted rapidly, and foreign-source dependency will increase in terms of bitumen, and environmental problems will come into prominence even more.
Those developing countries which make an effort to develop, and which are facing economic difficulties should also put an end to the improvidence of waste materials in order to be able to make use of their natural sources efficiently and to protect their natural sources. For this reason, reusability of waste materials which have economic value through recycling should be provided.
When raw material requirements in large quantities and waste materials they bring out are taken into account, highway sector is the main sector to be considered most among all the sectors with regard to recycling application areas. 
The environmental impacts of the asphalt industry are quite a lot. Those impacts are seen in the quarries where aggregate which is one of the constituents of asphalt pavement is mined, in the plants where bitumen is produced and in the plants where aggregate and bitumen are mixed. Atmospheric pollution, water contamination, noise and waste materials are the main ones of those impacts.
Environmental impacts also originate in result of the production of energy sources such as electricity, petrol, natural gas and and charcoal used for the production of bitumen and aggregate, which are raw materials. Of those impacts, especially atmospheric pollution should be taken in hand.
During the recent years the greenhouse gases, one of the reasons of which is also asphalt industry, has been affecting the reflections of sun rays and causing global warming by creating a greenhouse effect. Global warming is one of the biggest environmental problems of ours, and it threatens our future in many ways as a chain reaction such as melting of icebergs, climate change and impairment of agricultural activities.
In asphalt sector, reusing scraped asphalt by recycling it provides great advantages ecologically and economically. Asphalt pavement is generally constituted by aggregate and bitumen. Recycling of aggregate, which constitutes approximately 95-98% of asphalt pavement, has great importance in terms of conservation of natural sources, which gradually decreases in our country; prevention of environmental pollution and gaining it to the economy. On the other hand, bitumen, which constitutes the remaining 3-5% of asphalt pavement has a greater percentage costwise because it is an expensive product. It will provide substantial contributions economically to recyle bitumen because it is an imported product, it is an expensive product and using it in great quantities will cause foreign-source dependancy. At the same time, environmental impacts emerging in the course of the production of bitumen will be decreased.
In this study, it has been researched if the asphalt pavement materials scraped from roads in various sections of the Europian side of Istanbul due to the reasons such as road maintenance, restoration, repairment, renewal and manufacturing defects could be recycled and reused on binder course.
With the intention of recycling, scraped asphalt pavement has been mixed to the hot mixture composed of the new aggregate and the new bitumen in different proportions. Marshal tests, wheel tracking tests and indirect tensile strength tests have been applied, and the effect on the pavement performance of using recycled asphalt on binder course has been researched.
In the Highway Technical Specification Section 414, it has been clearly written that the hot mixtures which will be prepared by using scraped asphalt pavement cannot be used at wearing surface coat. Therefore, recycling of scraped asphalt material has been researched for binder course in this research. Again in the Highway Technical Specification Section 414, it has been indicated that RAP material cannot be used more than 25% in weight in the production of hot mixture with bitumen, but this proportion can be increased by using plant type and rejuvenating additives.
Because old asphalt pavements undergo chemical changes in time by ageing during their production and service lives, it is only possible for the scraped asphalt material to be mixed in the hot mixture with the new bitumen by using rejuvenating additives. 
Rejuvenating additives for asphalt might eliminate economic advandages in the recycling of scraped asphalt material. For that reason, scraped asphalt pavement has been mixed in the new mixture at the rates of 15%, 30% and 45% in weight not using rejuvenating additives. These rates are the rates of RAP material aggregate weight to the total aggregate weight. Marshall tests, wheel tracking tests and indirect tensile strength tests have been applied to the samples which do not contain scraped asphalt pavement, and the results obtained have been compared with 15%, 30% and 45% mixture samples.
Although in what proportion rejuvenating additives can be used in recycling from the economic point of view is not the topic of this study, it is clear that recycling scraped asphalt material by using those additives in high proportions is more beneficial in terms of environment and natural resources than economic benefit.