Grafit katkısının bitüm ve taş mastik asfalt kaplamaya etkisinin araştırılması
Investigation of effect to bitumen and stone mastic asphalt pavement of graphite
Yazar: YUNUS ERKUŞ
Danışman: DOÇ. DR. BAHA VURAL KÖK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bitümlü sıcak karışımlar (BSK) içindeki bitüm, yol kaplama uygulamaları için elverişli mekanik ve reolojik özelliklere sahip viskoelastik bir malzemedir. Bununla birlikte, artan trafik hacimleri ve araç yükleri nedeniyle, bitümlü sıcak karışımların, bilhassa tekerlek izi gibi kalıcı deformasyonlara ve termal çatlamalara karşı direncinin geliştirilmeye ihtiyacı vardır. Kaplamanın termal iletkenliğini artırarak ısıyı daha kolay transfer edebilmesi için karışıma ya da bitüme siyah karbon, grafit, karbon lifleri gibi katkı maddeleri ilave edilmektedir. Bu çalışmada bitümlü karışımların termal özellikleri iyileştirmek için kullanılan grafitin; bitümün geleneksel ve reolojik özellikleri üzerindeki etkilerine ek olarak taş mastik asfalt karışımın mekanik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bağlayıcı ağırlığınca dört farklı oranda grafit ile modifiye edilen bağlayıcılara yumuşama noktası, penetrasyon, dönel viskozimetre, dinamik kayma reometresi ve kiriş eğilme reometresi deneyleri uygulanmıştır. Daha sonra farklı oranlarda grafit içeren bağlayıcılardan elde edilen taş mastik asfalt karışım numuneleri etüvde farklı zaman aralıklarında yaşlandırılmıştır. Karışımlara Marshall stabilite ve akma, indirek çekme rijitlik modülü ve indirek çekme yorulma testleri uygulanmıştır. Sonuçta grafit ilavesinin bitümün penetrasyon değerini düşürüp yumuşama noktası değerlerini artırdığı, viskozite değerlerini artırarak karışımların karıştırma sıkıştırma sıcaklıklarının 8ºC'ye kadar artmasına neden olduğu, buna karşın tekerlek izi parametresinin de yükselmesine neden olduğu tespit edilmiştir. Düşük sıcaklıkta grafit içeriğinin artışıyla deformasyon ve rijitlik değerleri önemli ölçüde değişirken rijitliği üzerinde tutma özelliğinde önemli bir değişiklik olmamıştır. Saf ve farklı grafit içeriğindeki orijinal ve yaşlandırılmış bitümlü sıcak karışım numunelerinin zamana bağlı şekil değiştirme davranışında belirgin bir farkın olmadığı, buna karşın yaşlandırma süresinin artması ile rijitlik değerlerinin ve yük tekrar sayısının arttığı belirlenmiştir.

Abstract:
Bitumen in hot mix asphalt (HMA), is viscoelastic material having suitable mechanical and rheological characteristics for road paving applications. Moreover, hot mix asphalt need to be developed to resist particular permanent deformations like rutting and thermal cracking due to increased traffic volumes and vehicle loads. Additives such as carbon black, graphite, carbon fibers are added to mixture or bitumen in order to transfer heat by increasing thermal conductivity. In this study, the effect of graphite used for improving the thermal properties of bituminous mixtures on rheological and conventional properties of bitumen has been investigated. Penetration, softening point, rotational viscosity and dynamic shear rheometer tests were applied to binders modified by four different proportions of graphite by weight of bitumen. Stone mastic asphalt mixtures which were manufactured with pure and modified bitumen were aged in different time intervals in oven. They have been applied to Marshall stability and flow, indirect tensile stiffness modulus and indirect tensile fatigue tests. In conclusion, it was determined that penetration values decreased while softening point values increased with the increasing of graphite content. While the graphite induced 8oC increases in mixing-compacting temperature by increasing the viscosity values, on the other hand it caused an increase in rutting parameter. In low temperature, the deformation and stiffness values changed significantly with the increase of the graphite content, but the property hold on the stiffness of the bitumen did not change significantly. It has been determined that there is no significant difference in the time-dependent deformation behavior of the original and aged samples in pure and different graphite content despite the stiffness values and load repetition number of the samples increased with rise of the aging time.