Bor nitrür ile güçlendirilmiş yağ asidi amid katkısının asfalt modifikasyonunda kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of boron nitride enhanced fatty acid amide additive for asphalt modification
Yazar: AHMET MÜNİR ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. BAHADIR YILMAZ
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ulaşım = Transportation

Özet:
Esnek üstyapılar, aşırı ve tekrarlı trafik yükleri, sıcaklık değişimleri, tasarım hataları, ultraviole ışınlar, çevresel ve kimyasal etkiler gibi sebeplerden dolayı bozulmaya uğramaktadırlar. Söz konusu bozulmalardan büyük oranda asfalt bağlayıcı sorumlu olup viskoelastik ve termoplastik yapısı onu bozulmalara karşı zayıf kılmaktadır. Asfalt bağlayıcının istenilen davranışta ve performans seviyesinde olması amacıyla çeşitli katkı maddeleri kullanılarak modifikasyonu sağlanmaktadır. Bu çalışmada atık hayvansal yağın diamin yapılarıyla rejenere edilmesiyle elde edilen katkı maddesinin asfalt bağlayıcı ve karışımı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Katkı maddesine termal özelliklerini ve yapısal stabilitesini artırmak amacıyla hekzagonal bor nitrür ilave edilmiştir. Bor nitrür takviyeli yağ asidi diaminleri ve bu maddenin asfalt bağlayıcıya muhtelif oranlarda ve uygun şartlarda ilave edilmesi sonrası elde edilen modifiye bağlayıcılar ve karışımlar üzerinde bir dizi laboratuvar çalışması gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen katkı maddesinin yapısal karakterizasyonu, Nükleer Manyetik Rezonans (NMR), Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve Termogravimetrik (TG) analiz yöntemleri ile ortaya konulmuştur. Modifiye bağlayıcıların morfolojik özelliklerini belirlemek amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), modifikasyon mekanizması ve termal performanslarını belirlemek amacıyla FT-IR ve TG analizleri gerçekleştirilmiştir. Bağlayıcılar üzerinde Dinamik Kayma Reometrisi (DSR), Dönel İnce Film Halinde Yaşlandırma (RTFOT), Dönel Viskozimetre (RV), Basınçlı Yaşlandırma Kabini (PAV), Eğilme Kirişi Reometrisi (BBR) ve geleneksel bağlayıcı deneyleri uygulanmıştır. Marshall dizayn yöntemine göre hazırlanan karşımlar üzerinde Marshall Stabilite ve Akma, Dolaylı Çekme, Su Hasarı, Dolaylı Çekme Mukavemeti, Statik Sünme, Dinamik (Tekrarlı) Sünme, Dolaylı (İndirek) Çekme Yorulma ve Nicholson Soyulma deneyleri uygulanmıştır. Sonuçlar, katkı maddesinin asfaltın kıvamını, kalıcı deformasyon dayanımını, yaşlanma ve yorulma direncini, esneklik ve yük taşıma kabiliyetini, soyulma direncini ve adezyon performansını, düşük sıcaklık dayanımını artırdığı belirlenmiştir. Katkı içerisindeki ideal bor nitrür oranının %10 olduğu, asfalt modifikasyonu için ideal katkı oranının ise %2 olduğu tespit edilmiştir. Bor nitrürürün asfalt ağırlığınca oldukça düşük bir miktarının asfalt performansı üzerindeki etkisi tatmin edici düzeydedir.

Abstract:
Flexible pavements are subject to deterioration due to excessive and repeated traffic loads, temperature changes, design errors, ultraviolet radiation, environmental and chemical effects. The degradation of asphalt binder is primarily attributed to its inherent properties, particularly its viscoelastic and thermoplastic characteristics, which render it susceptible to deterioration. To enhance the performance and behavior of the binder, a range of additives are employed for modification purposes. In this study, the effects of the additive obtained by regenerating waste animal fat with diaminohexane on asphalt binder and mixture were investigated. Hexagonal boron nitride was added to the additive to improve its thermal properties and structural stability. A series of laboratory studies were carried out on boron nitride reinforced fatty acid diamines and modified asphalts. Structural characterization of the synthesized additive was carried out by Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and Thermogravimetric (TG) analysis. Scanning Electron Microscopy (SEM) was performed to determine the morphological properties of the modified binders, and FT-IR and TG analyses were performed to determine the modification mechanism and thermal performance. Dynamic Shear Rheometer (DSR), Rotational Thin Film Aging (RTFOT), Rotational Viscometer (RV), Pressure Aging Vessel (PAV), Bending Beam Rheometry (BBR) and conventional binder tests were performed on the binders. Marshall Stability and Flow, Indirect Tensile Strength, Static and Dynamic Creep, Indirect Tensile Fatigue and Nicholson Stripping tests were performed on the mixtures. The results showed that the additive improved the consistency, permanent deformation strength, aging and fatigue resistance, flexibility, peeling resistance, adhesion performance and low temperature resistance of asphalt. It was determined that the ideal boron nitride ratio in the additive was 10%, while the ideal additive ratio for asphalt modification was 2%.