Granitik kayaçların sıcak asfalt karışımlarında agrega olarak kullanılabilirliği
Usability of granitic rocks as aggregate in hot-mix asphalt
Yazar: MURAT YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ATİYE TUĞRUL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering

Özet:
Asfalt kaplamaların % 90'dan fazlasını oluşturan agregaların özellikleri yolun servis ömrü süresinde önemli rol oynamaktadır. Asfalt kaplamasının performansının iyi olması için, kullanılan agregaların dayanım ve dayanıklılığının istenilen düzeyde olması ve soyulmaması gerekmektedir. Bilindiği gibi; granitik kayaçlar, sertlik, dayanım ve dayanıklılık özellikleri açısından birçok kayaç türüne göre üstün özelliklere sahip olabilmelerine karşın, sıcak asfalt karışımlarında kullanılmaları durumunda soyulmaya neden olduklarından ülkemizde asfalt agregası olarak kullanımları sınırlıdır. Uluslararası ve ulusal literatürde granitik kayaçların agrega olarak kullanılmalarına ilişkin bilgiler bulunmaktadır. Ancak bu tür kayaçların sıcak asfalt karışımlarında agrega olarak kullanılmaları durumunda ortaya çıkacak problemler yeterince irdelenmemiştir. Bu çalışmada, farklı özellikteki granitik kayaçların asfalt agregası olarak kullanılabilirliklerinin nedenleriyle birlikte karşılaştırılması amaçlanmıştır.Araştırmalar örnek çeşitliliği sağlamak amacıyla; ağırlıklı olarak Marmara Bölgesi olmak üzere Türkiye'nin farklı bölgelerinde bloktaş olarak işletilmekte olan granit ocaklarından alınan örnekler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Granitik kayaçların öncelikle jeolojik, petrografik, mineralojik ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra bu kayaçlardan laboratuvarda üretilen agregaların özelliklerini belirlemek için standartlara uygun agrega deneyleri, ayrıca suyun etkisinden ve trafik yüklerinden kaynaklanan soyulma özelliklerini belirlemek için soyulma testi ve çekip-çıkarma (pull-out) testi yapılmıştır. Öte yandan, granitik kayaçların sıcak asfalt karışımlarında agrega olarak kullanılmaları durumunda, ortaya çıkan en önemli problemlerden biri olan soyulmayı kontrol eden parametrelerden yüzey enerjileri ve yüzey pürüzlülükleri farklı yöntemler kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen veriler değerlendirilirken, İstanbul Bölgesindeki asfalt üretiminde yaygınca kullanılan bazalt, kireçtaşı ve kumtaşı agregaları referans olarak kullanılmıştır.Tez kapsamındaki agrega test sonuçları incelendiğinde ve bu sonuçlar referans agregalarının test sonuçlarıyla karşılaştırıldığında, granitik kayaç agregalarının laboratuvarda çeneli kırıcıda üretilmeleri nedeniyle yassı tane yüzdeleri yüksektir. Bu durum agregaların Los Angeles katsayılarının artmasına neden olmuştur. Bu kayaçların agrega olarak üretilmeleri sırasında uygun kırıcı ve ekipmanların seçilmesiyle bahsedilen sorunlar azaltılabilir. Bunun dışındaki diğer özellikleri sıcak asfalt karışımlarında agrega olarak kullanılabilirlikleri açısından uygundur. Bu özelliklerinin dışında, granitik kayaç agregaları soyulmaya karşı eğilimlidir. Soyulma özellikleri su ve trafik yükü olmak üzere iki ayrı parametre tarafından kontrol edilmektedir. Suyun etkisiyle meydana gelen soyulma, granitik kayaç agregalarının yüzey gerilmesine, bileşiminde bulunan kuvars, ortoklaz ve hornblend yüzdesine, mineral boyutuna (ortoklaz boyutu) ve kimyasal bileşimine bağlı iken, trafik yüklerinin etkisiyle meydana gelen çekme gerilmeleri, agregaların yüzey pürüzlülüğüne ve bileşimindeki kuvars, plajiyoklaz ve biyotit minerallerinin boyutuna bağlı olduğu ortaya konmuştur. Özellikle iklimsel açıdan yağışlı bölgelerde ortaç karakterli kuvars monzonit, trafik yükünün fazla olduğu bölgelerde ise, kuvars ve plajiyoklaz yüzdesi yüksek, iri taneli kuvars monzonit ve granit/granodiyorit türü granitik kayaçların sıcak asfalt karışımlarında agrega olarak kullanılmalarının uygun olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Properties of aggregates that used more than 90% in asphalt pavements play an important role during service life of roads. To achieve good asphalt pavement performance, the strength and durability of aggregates should be at intended level and should not be separated from asphalt (stripping). As known; properties of granitic rocks like hardness, strength and durability are more favorable than many rock types. But, granitic rocks have a limited usage in our country as asphalt aggregate because of stripping when granitic rocks are used in hot mix asphalt. Studies on the usage of granitic rocks as aggregate exist in international and national literature. However, the performance of granitic rocks as asphalt aggregate hasn?t been evaluated yet. This study aims to correlate the usability of granitic rocks with different properties as asphalt aggregate and to discuss their reasons.Studies were conducted on samples from granite quarries especially in Marmara region and in different regions of Turkey to obtain varying samples. Firstly, geological, petrographical, mineralogical and chemical properties of granitic rocks were determined. Then, standard aggregate tests were performed to evaluate the effects of different aggregates to the hot mix asphalt properties. One of the major problems of these rocks when used in asphalt aggregate is stripping. Sripping and pull-out tests were conducted on the studied granite aggregates to determine stripping properties caused by water and traffic loads. The parameters (surface energy and surface roughness) affecting stripping are determined by different methods. During the evaluation stage, basalt, limestone and sandstone aggregates, which have been widely used in hot mix asphalt production in Istanbul, were used as reference aggregates.When the test results of the aggregates are investigated and compared with the reference aggregate test results, flakiness indices of granitic rock aggregates are high because of being produced with jaw crusher in laboratory. This situation causes increasing in Los Angeles coefficient of aggregates. These problems can be reduced by using suitable crusher and its equipments. On the other hand, other properties of granitic rocks are suitable for usability as aggregate in hot mix asphalt. Except these properties, granitic rock aggregates tend to be strip. Stripping properties of granitic rock aggregates are affected by two different parameters. These parameters are water and traffic load. It is also determined that stripping caused by water depends on surface tension, mineral composition (quartz, orthoclase and hornblende percentages), grain size (orthoclase size) and chemical composition of granitic rock aggregates whereas stripping caused by traffic load depends on surface roughness and grain size (quartz, plagioclase and biotite size) of aggregates. It?s also determined that especially in rainy regions, quartz monzonite with neutral character and in the regions with high traffic load, including high quartz and plagioclase percentage and coarse grained quartz monzonite and granite/granodiorite is suitable for using as aggregate in hot mix asphalt.