Cocamide diethanolamide ile modifiye edilmiş bitüm kullanılarak hazırlanan numunelerin temel mühendislik özelliklerinin superpave hacimsel karışım tasarımı yardımıyla incelenmesi
Investigation with superpave volume mix design of basic engineering properties of samples used bitumen modified with Cocamide diethanolamide
Yazar: ÖZNUR KARADAĞ
Danışman: PROF. DR. MEHMET SALTAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada bitümlü bağlayıcılar, Cocamide Diethanolamide kimyasal malzemesi kullanılarak modifiye edilmiştir. Bitümlü bağlayıcıya %1, %3, %5, %7 ve %9 oranlarında ilave edilen Cocamide Diethanolamide kimyasal malzemesinin 2000 devir/dk, 165 ℃ ve 1 saat süreyle yüksek devirli sıcaklık kontrollü karıştırıcı kullanılarak homojen olarak karışımı sağlanmıştır. Farklı oranlarda Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcılar üzerinde geleneksel bitüm deneylerine ilaveten, yapışma ve soyulma deneyleri gerçekleştirilmiştir. Geleneksel bitüm deneylerinden Penetrasyon, Yumuşama Noktası ve Düktilite deneyleri uygulanmıştır. Elde edilen deney sonuçlarına göre, bitümlü bağlayıcıya ilave edilen Cocamide Diethanolamide miktarı arttıkça bitümlü bağlayıcının kıvamlılığın azaldığı görülmüştür.

Çalışmada kullanılan malzemenin yapışma özelliği sayesinde bitümlü bağlayıcı ve agrega arasında oluşan adezyonu incelemek için Vialit, Nicholson ve Kaliforniya yapışma ve soyulma deneyleri yapılmıştır. Vialit deneyinin sonuçlarına göre bitümlü bağlayıcıya ilave edilen Cocamide Diethanolamide malzemesinin miktarı arttıkça, bitümlü bağlayıcı ve agrega arasındaki yapışma özelliğinin arttığı gözlemlenmiştir. Nicholson ve Kaliforniya soyulma deneylerinde ise, %7 ve %9 oranlarında Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcıların 60 ℃ sıcaklığa sahip etüvde meydana gelen neme maruz kaldıkları zaman yapışma özelliklerini kaybettikleri görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcıların soğuk iklimli bölgelerde kullanımın uygun olduğu düşünülmektedir.

Deney sonuçlarına göre, en uygun katkı miktarı %5 Cocamide Diethanolamide olarak belirlenmiştir. Referans bitümlü bağlayıcı ve %5 Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı içeren numuneler, Superpave Hacimsel Karışım Tasarım Yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. AASHTO T 283 standardına uygun şekilde, hazırlanan numunelerin nem hassasiyeti değerlendirilmiştir. Şartlandırılmış %5 Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numuneler 60 ℃ sıcaklıktaki su banyosunda bekletildiği zaman, modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcının agregalara yapışma özelliğini kaybetmesinden dolayı indirekt ıslak dayanımı ölçülememiştir. Benzer durum hem Nicholson hem de Kaliforniya soyulma deneyinde de gözlemlenmiştir. Referans bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numunelere göre %5 Cocamide Diethnaolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numunelerin dayanım sağlamadığı görülmüştür. 

Sıcaklık farkından dolayı dayanımda oluşan değişimleri gözlemlemek için, referans bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numuneler ve %5 Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numuneler üzerine ASTM C 666 standardına uygun şekilde donma – çözülme deneyi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, referans bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numunelerin dayanımının %5 Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı ile hazırlanan numunelerin dayanımından daha fazla olduğu gözlemlenmiştir.
  
%1, %3, %5, %7 ve %9 oranlarında Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcılarda, kullanılan kimyasal malzemenin homojen dağılımını gözlemlemek için Taramalı Elektron Mikroskobu ile görüntüleme sağlanmıştır. Bitümlü bağlayıcının kimyasal yapısının karmaşık ve benzer kimyasal yapıya sahip Cocamide Diethanolamide ile modifiye edilmiş olmasından dolayı, elde edilen görüntülerin tutarlı olmadığı tespit edilmiştir. Bitümlü sıcak karışımlarda Cocamide Diethanolamide kimyasal malzemesinin maliyeti Fayda/Maliyet analizi ile değerlendirilmiştir. %5 CDEA ile modifiye edilmiş bitümlü bağlayıcı kullanarak hazırlanan numunelerin, referans bitümlü bağlayıcı kullanarak hazırlanan numunelere göre daha maliyetli olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, bituminous binders were modified using Cocamide Diethanolamide which is a chemical material. Cocamide Diethanolamide is added to bituminous binder at a rate of 1%, 3%, 5%, 7% and 9% and homogeneously mixed using a high shear temperature controlled mixer at 2000 rpm for 165 ℃ and 1 hour. In addition to the conventional bitumen experiments on the bituminous binders which are modified with different ratios of Cocamide Diethanolamide, adhesion and stripping tests were carried out. Penetration, Softening and Ductility tests have been applied from tradational bitumen experiments. According to the results of obtained experiments, it has been observed that the viscosity of the bituminous binder decreased as amount of Cocamide Diethanolamide added to the bituminous binder increased.

Vialit, Nicholson and California adhesion and stripping tests have been carried out to investigation the adhesion between the bituminous binder and the aggregate due to the adhesion of the material which is used in the study. Accoding to the results of the Vialit test, it has been observed that the adhesion between the bituminous binder and aggregate increased as the amount of the Cocamide Diethanolamide material added to bituminous binder increased. In the Nicholson and California stripping tests, 7% and 9% Cocamide Diethanolamide modified bituminous binders have been observed that are losed their adhesion properties when exposed to a oven which have 60 ℃ temperature. According to the obtained results, it is considered that Cocamide Diethanolamide modified bituminous binders are suitable for use in the cold climates. 

According to the results of the experiment, the most appropriate additive is determined 5% Cocamide Diethnolamide. Samples containing the reference bituminous binder and the bituminous binder modified with 5% Cocamide Diethanolamide were prepared using the Superpave Volumetric Mix Design Method. In accordence with AASHTO T 283 standard, the moisture susceptibility of the prepared samples have been evaluated. When the samples prepared with the modified bituminous binder with the conditioned 5% Cocamide Diethanolamide were kept a water bath which have 60 ℃ temperature, the indirect wet strength could not be measured because the modified bituminous binder has lost its adhesion ability to the aggregates. A similar situation was observed in both Nicholson and California stripping test. It is observed that samples prepared by using bituminous binder modified with 5% Cocamide Diethanolamide compared to samples prepared with reference bituminous binder did not provide strength. 

In order to observe the changes in strength due to the temperature difference, samples prepared with reference bituminous binder and samples prepared with 5% Cocamide Diethanolamide modified bituminous binder were subjected to the freeze – thawing test in accordance with ASTM C 666 standard. According to obtained results, it has been observed that the strength of the samples prepared with reference bituminous binder was higher than the strength of the samples prepared modified bituminous binder with 5% Cocamide Diethanolamide.

In 1%, 3%, 5%, 7% and 9% Cocamide Diethanolamide modified bituminous binders, have been provided visulation with scanning electron microskopy to observe the homogeneous distribution of used chemical material. Since the chemical structure of the bituminous binder is complex and has been modified with Cocamide Diethanolamide which has a similar chemical structure, it has been determined that the obtained images are not consistent. The cost of the Cocamide Diethanolamide chemical material in bituminous hox mixtures has been evaluated with the benefit/cost analysis. Samples prepared using modified bituminous binder with 5% CDEA are calculated to be more costly than samples prepared using reference bituminous binders.