Üstyapılarda kullanılan taş mastik asfalt performansının araştırılması
Investigation of the performance of stone mastic asphalt used in superstructures
Yazar: BUĞRA TOPRAKCI
Danışman: PROF. MESUT TIĞDEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Üstyapılar, üzerine gelen dingil yükleri taşımak üzere inşa edilmiş tabakalı yapılar olup, taşıtların emniyetli sürüş konforunu sağlarlar. Üstyapılar taşıtların yarattığı gerilmelere karşı yeterli dayanıma sahip olacak şekilde katmanlı olarak projelendirilir. Bu katmanlı yapıların en üst tabakasını sağlamlığı ve uzun ömürlü oluşu ile bitümlü sıcak karışımlar (BSK) oluşturmaktadır. Esnek kaplamalar taban, üst yapı tabanı, alt temel, temel, bitümlü temel, binder, aşınma tabakası olarak incelenir. Bu çalışmada aşınma tabakası olarak bir BSK türü olan aşınma taş mastik asfalt (TMA) kaplamaları incelenmiştir. Aşınma TMA kendine özgü bir gradasyona sahiptir ve içerisinde bazı katkı maddelerinin bulunduğu özel bir aşınma katmanıdır. Bu çalışma kapsamında Ankara-Niğde Otoyolu Projesi'nde uygulanan aşınma TMA kaplamaları incelenmiştir. Bu güzergâhtaki TMA kaplamalar için kullanılan agregalar Karakuyu (KTO), Bor (BTO) ve Bektik 2 (BTO-2) isimli ocaklardan elde edilmiştir. Her bir ocaktan patlatma ve kazı yoluyla elde edilen agregalar çeşitli deneylerle incelenmiştir. Ocaklardan alınan agregaların gradasyon değerleri bulunarak gradasyon eğrileri oluşturulmuştur. Gradasyon değerleri kullanılarak agregaların kendine ait yoğunluk değerleri ortaya çıkarılmıştır. Her ocaktan çıkan ve gradasyon eğrileri oluşturulmuş agrega karışımları Karayolları Teknik Şartnamesi'ne (KTŞ) göre istenen özellikleri sağlayacak biçimde Marshall Karışım Tasarım Metodu'na tabii tutulmuş ve optimum bitüm oranları hesaplanmıştır.  Marshall deneyleri neticesinde kullanılacak modifiye bitüm, filler, fiber (elyaf), Stiren Butadien Stiren (SBS) polimer, Soyulmayı Önleyici Asfalt Katkı Maddesi (DOP) katkı malzemeleri farklı oranlarda kullanılarak karışım tasarımları tamamlanmıştır. KTO, BTO ve BTO-2'ndaki optimum modifiye bitüm oranları sırasıyla %4.5, %5.00 ve %4.00 olarak deneyler grafikler ile incelenmiştir. Bu oranlara bağlı olarak elyaf oranları %0.35, %0.40 ve %0.30 olarak bulunmuştur. DOP katkı maddesi eklenerek oluşturulan karışım tasarımları KTO, BTO ve BTO-2'deki yaklaşık olarak bulunan oranlar sırasıyla %93.80, %94,49 ve %95,49 olarak bulunmuştur. Bulunan bu deneysel veriler sayesinde ilerleyen zamanlarda TMA kaplama kullanılarak yapılacak yeni karayolu projeleri için karışım dizayn değerleri açısından önemli ölçüde katkı sağlanması hedeflenmiştir. Yapılan bu çalışmalarla Ankara-Niğde Otoyolu'nun aşınma tabakası bakımından uzun yıllar boyunca hizmet verebilmesi amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Taş mastik asfalt, elyaf, modifiye bitüm, DOP katkı maddesi, Marshall Tasarım Yöntemi, gradasyon eğrisi.

2023, 102 sayfa

Abstract:
Superstructures are layered structures built to carry the axle loads on them and they provide the safe driving comfort of the vehicles. The superstructures are designed in layers to have sufficient strength against the stresses created by the vehicles. Bituminous hot mixes (BSK) form with the durability and longevity of the top layer of these layered structures Flexible pavements are examined as base, superstructure base, sub-base, base, bituminous base, binder, wear layers.  In this study, abrasion stone mastic asphalt (TMA) coatings, which is a type of BSK, were investigated as a wear layer. Wear TMA has a unique gradation and is a special wear layer with some additives. In this study, abrasion TMA coatings applied in Ankara-Niğde Motorway Project were examined. Aggregates used for TMA coatings on this route were obtained from the quarries named Karakuyu, Bor and Bektik 2. Aggregates obtained from each quarry by blasting and excavation were examined by various experiments. Grading curves were created by finding the gradation values of the aggregates taken from the quarries. By using the gradation values, the density values of the aggregates were revealed. Aggregate mixtures coming out of each quarry and gradation curves were created, were subjected to Marshall mixture design method in order to provide the desired properties according to the Highways Technical Specification and optimum bitumen ratios were calculated. As a result of Marshall experiments, the mixture designs were completed by using modified bitumen, filler, fiber (fiber), Styrene Butadiene Styrene (SBS) polymer, Anti-Peeling Asphalt Additive (DOP) additives at different rates. Optimum modified bitumen ratios in KTO, BTO and BTO-2 were examined with graphs as 4.5%, 5.00% and 4.00%, respectively. Depending on these ratios, fiber ratios were found as 0.35%, 0.40% and 0.30%. The approximate ratios of KTO, BTO and BTO-2 in the mixture designs created by adding DOP additive were found to be 93.80%, 94.49% and 95.49%, respectively. Thanks to these experimental data, it is aimed to contribute significantly in terms of mixture design values for new highway projects to be made using TMA coating in the future. Thanks to this study, it is aimed to contribute significantly in terms of mixture design values for new highway projects to be made using TMA coating in the future. With these studies, it is aimed that the Ankara-Niğde Highway can serve for many years in terms of wear layer.

Keywords: Stone mastic asphalt, fiber, modified bitumen, DOP additive, Marshall Design, gradation curve.

2023, 102 pages