Nanokil/SBS/bitüm nanokompozit için en uygun modifikasyon koşullarının geleneksel ve superpave bağlayıcı deneyleri ile araştırılması
Investigation of the optimum modification conditions for nanoclay/SBS/bitumen nanocomposite by conventional and superpave binder tests
Yazar: HASAN DENİZ ALTUNTAŞ
Danışman: PROF. DR. EROL İSKENDER
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Asfalt karışımlarda katkı uygulamaları bozulmalara karşı en sık uygulanan yöntemdir. Son yıllarda, araştırmacıların ilgisini çeken konulardan birisi de nanokillerin asfalt kaplamalarda kullanılmasıdır. Nanokiller, asfalt karışımlara tek başına veya polimer gibi katkılarla birlikte katılabilmektedirler. Nanokillerin her iki durumda da asfalt karışımların performansını önemli derecede artırdığı, birlikte kullanıldıklarında ise SBS gibi katkıların performansını iyileştirdiği görülmektedir. Literatürde, nanokil ve nanokompozit malzemelerin asfalt bağlayıcıların modifikasyonunda kullanılması ile ilgili çalışmalar, seçilen modifikasyon parametrelerinde, hazırlanan karışımın mekanik özelliklerini değerlendirmeye yöneliktir. Literatürde, geniş bir modifikasyon parametreleri kombinasyonu ile uygun modifikasyon koşulunun araştırıldığı çalışmaların eksikliği görülmektedir. Bu tezin amacı; bitümün nanokil ile modifikasyonunda, karıştırma sıcaklığı, hızı ve süresinin optimize edilmesi ve optimum modifikasyon parametrelerinin araştırılmasıdır. Bitüm modifikasyonu eriyik hazırlama yöntemine göre yapılmıştır. Çalışma kapsamında, modifikasyon parametreleri olarak; 160,170 ve 180 ˚C karıştırma sıcaklıkları; 60, 90 ve 120 dk. karıştırma süreleri; 3000, 4000 ve 5000 dev./dk. karıştırma hızları uygulanmıştır. Modifiye bitümlere geleneksel ve SuperpaveTM bağlayıcı deneyleri yapılmıştır. Depolama stabilitesi, penetrasyon, düktilite, yumuşama noktası, kiriş eğilme reometresi (BBR), dinamik kesme reometresi (DSR), kısa dönem (RTFOT) ve uzun dönem (PAV) yaşlandırmalarından önce ve sonra yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre, modifikasyon parametrelerinin değiştirilmesi ile modifiye bitümün performansında gözlemlenebilir bir farklılık oluşmuş, 170 °C sıcaklıkta yüksek karıştırma hızında ve 180 °C sıcaklıkta düşük devirde daha yüksek performanslar elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Nanokompozit, polimer, modifikasyon, nanokil, reolojik özellikler, modifiye bitüm, polimer modifiye asfalt nanokompozit, SBS

Abstract:
Additive applications in asphalt mixtures are the most frequently applied method against deterioration. In recent years, one of the topics that has attracted the attention of researchers is the use of nanoclays in asphalt pavements. Nanoclays can be added to asphalt mixtures alone or together with additives such as polymers. It is seen that nanoclays significantly increase the performance of asphalt mixtures in both cases, and when used together, they improve the performance of additives such as SBS. In the literature, studies on the use of nanoclay and nanocomposite materials in the modification of asphalt binders are aimed at evaluating the mechanical properties of the prepared mixture at selected modification parameters. In the literature, there is a lack of studies investigating the appropriate modification condition with a wide combination of modification parameters. The aim of this thesis; In the modification of bitumen with nanoclay, optimizing the mixing temperature, speed and time and investigating the optimum modification parameters. The bitumen modification was made according to the melt preparation method. Within the scope of the study, as modification parameters; mixing temperatures of 160, 170 and 180 ˚C; mixing time of 60, 90 and 120 min.; 3000, 4000 and 5000 rpm mixing speeds were applied. Conventional and SuperpaveTM binder tests were performed on modified bitumen. Storage stability, penetration, ductility, softening point, beam bending rheometer (BBR), dynamic shear rheometer (DSR), short-term (RTFOT) and long-term (PAV) aging were performed. According to the experimental results, there was an observable difference in the performance of the modified bitumen by changing the modification parameters, and higher performances were obtained at 170 °C at high mixing speed and at 180 °C at low speed.

Key Words: Nanocomposite, polymer, modification, nanoclay, rheological properties, modified bitumen, polymer modified asphalt nanocomposite, SBS