Nano malzemelerin bitümlü bağlayıcılarda katkı malzemesi olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of use of nanomaterials as modifier in bituminous binders
Yazar: TAYLAN GÜNAY
Danışman: PROF. DR. PERVİZ AHMEDZADE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Ulaşım = Transportation
Dizin: Bitümlü sıcak karışım = Bituminous hot mixture ; Kara yolu ulaşımı = Land transportation ; Yol inşaatı = Road construction ; İnşaat malzemeleri =

Özet:
Çalışmada, nano boyutlu malzemelerin bitümlü bağlayıcıların fiziksel özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, nanokil, nano titayum oksit (TiO2),  nano silisyum oksit (SiO2), nano çinko oksit (ZnO), nano alüminyum oksit (Al2O3), nano magnezyum oksit (MgO), sepiolite kili nano fiber, halloysite nano tüp olmak üzere toplam 8 adet katkı türü %2, %3, ve %4 oranlarında B 50/70 penetrasyona sahip saf bitüme ilave edilerek nano katkılı bağlayıcılar hazırlanmıştır. Ayrıca, aynı nano katkı türlerinin stiren-butadien-stiren (SBS) polimeriyle bir arada bitüm içerisinde kullanılmasıyla nanokompozit katkılı bağlayıcılar elde edilmiştir.
Nano ve nanokompozit katkılı bağlayıcılar üzerinde penetrasyon, yumuşama noktası, depolama stabilitesi, dönel ince film halinde ısıtma etüvü, basınçlı yaşlandırma kabı, dönel viskozite, dinamik kayma reometesi ve kiriş eğme reometresi deneyleri uygulanmıştır. Bu sayede, nano ve nanokompozit katkılı bağlayıcıların, sertleşme, yaşlanma, depolanma stabilitesi, viskozite gibi farklı fiziksel özellikleri incelenmiş, Superpave şartnamesine göre yüksek ve düşük sıcaklık performans sınıfları tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmaların neticesinde, performans artışı sağlayan nano katkı türlerinin bitüm içerisindeki ideal kullanım oranları belirlenmiştir. İdeal katkı oranlarına sahip bağlayıcılar üzerinde, farklı frekans deneyleri, ana eğrilerin oluşturulması, sıfır kesme viskozitelerinin tayin edilmesi, çoklu gerilme sünme toplanma ve burulma sünme deneyleri uygulanarak, nano ve nanokompozit katkılı bağlayıcıların reolojik özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
In this work, it was aimed to investigate the effects of nanomaterials on physical and rheological properties of bituminous binders. Accordingly, 8 different nano additives namely, nanoclay, nano TiO2, nano SiO2, nano ZnO, nano Al2O3, nano MgO, sepiolite clay nano fiber, halloysite nanotube were employed in a B50/70 penetration graded bitumen.  Nano modified bitumens were prepared by adding proportions of 2%, 3% and %4 of each modifier by weight of base bitumen. Besides, nanocomposite modified bitumens were composed by means of using the nanomaterials and styrene-butadiene-styrene (SBS) polymer in the bitumen.
Penetration, softening point, rolling thin film oven, pressure aging vessel, storage stability, rotational viscosity, dynamic shear rheometer, bending beam rheometer tests were conducted on nanomaterials and nanocomposite modified bitumens. Thus, physical properties such as aging, storage stability, viscosity of the nanomaterial and nanocomposite modified bitumens were investigated and high and low performance grade of the binders were determined. Consequently, optium amount of nanomaterial modifiers were determined based on the  performance grade of each modified binder. DSR frequency sweep test, constructing master curves, determination of zero shear viscosity, multiply shear creep recovery test, DSR torsion creep test were applied to investigate the rheology of optimized nanomaterial and nanocomposite modified bitumens.