Farklı plastik atıkların birlikte pirolizinden elde edilen katı ürünle modifiye edilmiş bitümlü sıcak karışımların mühendislik özelliklerinin araştırılması
Investigation of engineering properties of hot mix asphalt modified with solid product obtained from co–pyrolysis of different waste plastics
Yazar: MUHAMMET MEVLÜT AKMAZ
Danışman: PROF. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada; polipropilen (PP), yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) ve polietilen tereftalat (PET) atık plastikleri belirli oranlarda karıştırılmış, hazırlanan ikili ve üçlü plastik karışım grupları piroliz edilmiş ve piroliz ürün (katı, sıvı ve gaz) verimleri hesaplanmıştır. Piroliz katı ürünleri, saf 50/70 bitümle % 2, 4, 5 ve 6 oranlarında karıştırılarak modifiye bitümler hazırlanmıştır. Katkıların saf bitüme etkisini incelemek amacıyla; penetrasyon, yumuşama noktası ve RV (dönel viskometre) deneyleri yapılmıştır. Katkıların ilavesiyle, bitümün penetrasyonunun azaldığı ve yumuşama noktasının arttığı görülmüştür. Saf bitüme göre; 60 ve 75 °C'lerdeki vizkozitelerin tüm katkılı bitümlerde arttığı, 90 °C'den itibaren YYPE–PET katkılı bitümlerde ve 120 °C'den itibaren PP–YYPE–PET katkılı bitümlerde viskozitelerin azaldığı, PP–YYPE ve PP–PET katkılı bitümlerde tüm sıcaklıklarda viskozitelerin arttığı tespit edilmiştir. Katkılı bitümlerde, saf bitüme göre viskozite değişim yüzdelerinin düşük sıcaklıklarda daha yüksek seviyelerde olduğu gözlenmiştir. Katkı verimleri, modifikasyon, penetrasyon, yumuşama noktası ve RV çalışmaları ile; PP–YYPE ve PP–PET katkıları seçilmiş, bu katkıların optimum oranları % 5 olarak bulunmuştur.
PP–YYPE ve PP–PET katkılarıyla hazırlanan katkılı ve saf bitümlere; RTFOT (dönen ince film halinde ısıtma), PAV (basınçlı yaşlandırma kabı), DSR (dinamik kesme reometre) ve BBR (kiriş eğilme reometre) deneyleri uygulanmıştır. Tekerlek izi (G*/sinδ), kompleks kayma modülü (G*) gibi DSR deney parametre değerlerini, katkıların oldukça artırdığı ve katkı oranına göre, bitümün yüksek sıcaklık PG sınıfının 1–2 kademe yükseldiği sonuçlarla görülmüştür. Ayrıca; bitümün elastikliğinin katkı ilavesiyle arttığı gözlemlenmiştir. Düşük sıcaklık PG sınıflarının tüm bitümlerde aynı olduğu görülmüştür. Saf ve PP–YYPE ile PP–PET katkılı bitümlere uygulanan SEM (taramalı elektron mikroskobu) ve FTIR (Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi) analizleriyle, katkıların bitümle etkileşimlerinin daha çok fiziksel nitelik taşıdığı gözlenmiştir. Katkılı ve saf bitümlü sıcak karışımların (BSK) yoğunluk–boşluk özelliklerinin benzerlik içerdiği tespit edilmiştir. PP–YYPE ile PP–PET katkılarının; Marshall stabilitesini sırasıyla % 8.45–12.87 ve % 10.22–13.74 oranlarında, tekerlek izi performansını ise sırasıyla % 32.81 ve % 45.43 oranlarında artırdığı bulgularına Marshall tasarımı ve tekerlek izi deneyleriyle ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Plastik atıklar, birlikte piroliz, modifiye bitüm, bitümlü sıcak karışım.

Abstract:
In this study; polypropylene (PP), high density polyethylene (HDPE), polyethylene terephthalate (PET) waste plastics were mixed in certain proportions, the prepared double and triple plastic mixture groups were co–pyrolyzed and pyrolysis product (solid, liquid and gas) yields were calculated. Modified bitumen was prepared by mixing pyrolysis solid products with pure 50/70 bitumen in 2, 4, 5, 6 % rates. In order to examine the effects of additives on pure bitumen; penetration, softening point, RV (rotational viscometer) tests were performed. With the addition of additives, it has been observed that the softening point increases and the penetration decreases. Compared to the pure bitumen; viscosity values at 60 and 75 °C increase in all modified bitumen, viscosity values decrease in HDPE–PET modified bitumen from 90 °C and in PP–HDPE–PET modified bitumen from 120 °C, respectively, viscosity values at 60 to 165 °C increase in PP–HDPE and PP–PET modified bitumen. In modified bitumen, it has been observed that viscosity change percentages according to pure bitumen are higher in low temperatures. With additive yields, modification, penetration, softening point and RV studies; PP–HDPE and PP–PET additives were selected and the optimum rates of these additives were found as 5 %.
RTFOT (rolling thin film oven test), PAV (pressurized aging vessel), DSR (dynamic shear rheometer) and BBR (bending beam rheometer) tests were applied to pure and PP–HDPE and PP–PET modified bitumen. It has been seen with results that additives significantly increase DSR test parameter values such as wheel tracking (G*/sinδ), complex shear module (G*) and the high temperature PG of bitumen has increased by 1–2 step with the addition of additives. Also; it has been observed that the elasticity of the bitumen increases with the addition of additives. It has been observed that low temperature PG is the same in all bitumen. With SEM (scanning electron microscopy) and FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) analysis applied to pure and PP–HDPE and PP–PET modified bitumen, it was observed that the interactions of the additives with bitumen are more physical. It has been determined that density and void properties of modified and pure HMA are similar. In PP–HDPE and PP–PET HMA; it has been found by Marshall Design and wheel tracking tests that Marshall Stability increases by 8.45–12.87 % and 10.22–13.74 % respectively, and rutting performance by 32.81 % and 45.43 % respectively.

Keywords: Plastic wastes, co–pyrolysis, modified bitumen, hot mix asphalt.