Nanokil-SBS/EVA-bitüm modifikasyonunda optimum modifikasyon parametrelerinin araştırılması
Investigation of optimum modification parameters in nanoclay-SBS/EVA-bitumen modification
Yazar: CANSU İSKENDER
Danışman: PROF. DR. EROL İSKENDER
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Morfoloji = Morphology

Özet:
Nanokil/polimer/bitüm nanokompozit (PMAN) üretiminde çeşitli yöntemler kullanılabilmesine rağmen eriyik karıştırma yöntemi en yaygın kullanılan metottur. Eriyik karıştırma yöntemine göre PMAN hazırlanmasında modifiyerin türü ile karıştırma sıcaklığı, hızı ve süresi modifikasyonun başarısı üzerinde anahtar rol oynamaktadır. Asfalt karışımları modifiye etmek için farklı karıştırma hızları, sıcaklıkları ve süreleri denenmiştir ancak genel olarak kabul görmüş modifikasyon parametreleri henüz belirlenememiştir. Bu çalışmada, SBS ve EVA ile PMAN üretiminde en uygun modifikasyon parametreleri araştırılmıştır. Nanokil, bitüm ağırlığına göre %3 oranında, polimerler ise; %5 SBS, %1.8 EVA (%1 Elvaloy RET + %0.8 Elvax) oranlarında kullanılmıştır. Modifikasyon parametreleri olarak, 160 °C, 170 °C ve 180 °C karıştırma sıcaklıkları; 60, 90 ve 120 dk. karıştırma süreleri; 3000, 4000 ve 5000 dev./dk. karıştırma hızları seçilmiştir. Seçilen parametrelerde SBS PMAN ve EVA PMAN üretimi için 54'er farklı kombinasyonda modifiye bitümler hazırlanmıştır. PMAN'lerin morfolojik özellikleri optik mikroskobi yöntemi ile PMAN ile üretilen asfalt karışım örneklerinin mekanik özellikleri ise indirekt çekme mukavemeti, modifiye Lottman, tekrarlı yük sünme ve Marshall stabilite deneyleri ile değerlendirilmiştir. Tüm çalışma kapsamında 909 adet Marshall briketi üretilmiş, bunlardan 738 tanesine koşullandırma uygulanmıştır. Yapılan deneyler neticesinde, EVA PMAN ve SBS PMAN hazırlama sürecinde modifikasyon parametrelerinin değişiminin nihai asfalt karışımların mekanik özellikleri üzerinde önemli bir etki yarattığı görülmüş ve ele alınan problem açısından tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. SBS PMAN ve EVA PMAN'ler için tüm deneyler sonucunda optimum modifikasyon parametreleri sırasıyla 170 °C – 4000 dev./dk. – 90 dk. ve 180 °C – 3000 dev./dk. – 120 dk. olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Although various methods can be used in the production of nanoclay/polymer/bitumen nanocomposite (PMAN), the melt blending method is the most widely used method. In the preparation of PMAN according to the melt blending method, the type of modifier and the mixing temperature, speed and time play a key role on the success of the modification. Different mixing speeds, temperatures and times have been tried to modify asphalt mixtures, but generally accepted modification parameters have not been determined yet. In this study, the most suitable modification parameters were investigated in the production of PMAN with SBS and EVA. Nanoclay is 3% by weight of bitumen, and polymers; 5% SBS, 1.8% EVA (1% Elvaloy RET + 0.8% Elvax) ratios were used. As modification parameters, mixing temperatures 160 °C, 170 °C, 180 °C; 60, 90 and 120 minutes mixing times; 3000, 4000 and 5000 rpm mixing speeds were selected. Modified bitumen was prepared in 54 different combinations for the production of SBS PMAN and EVA PMAN in selected parameters. Morphological properties of PMANs were evaluated by optical microscopy method and mechanical properties of asphalt mixture samples produced with PMAN were evaluated by indirect tensile strength, modified Lottman, repeated load creep and Marshall stability tests. In the whole study, 909 Marshall briquettes were produced and conditioning was applied to 738 of them. As a result of the tests it was observed that the change of modification parameters process the preparation of EVA PMAN and SBS PMAN had a significant effect on the mechanical properties of the final asphalt mixtures and satisfactory results were obtained in terms of the problem addressed. In consequence of all tests for SBS PMAN and EVA PMAN, optimum modification parameters were determined as 170 °C – 4000 rpm – 90 min. and 180 °C – 3000 rpm – 120 min. respectively.