Polimer katkılı bitümlü bağlayıcılarla hazırlanan sıcak karışımların kırılma mekaniği ve yorulma bakımından incelenmesi
Fracture mechanics and fatigue investigation of hot mixtures prepared with polymer modified bituminous binders
Yazar: MESUDE YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TANER ALATAŞ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Ulaşım = Transportation
Dizin: Bitümlü sıcak karışım = Bituminous hot mixture ; Etilen vinil asetat = Ethylene vinyl acetate ; Kırılma mekaniği = Fracture mechanics ; Stiren bütadien kopolimer = Styrene butadiene copolymer ; Yorulma = Fatigue

Özet:
Bu tez çalışmasında; iki farklı elastomer sınıfı stiren-butadien-stirenin (SBS D 1101 ve SBS MD 243) ve plastomer sınıfı etilen-vinil-asetatın (EVA) bitümlü bağlayıcı ve karışımların mühendislik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. B 160/220 saf bitümüne farklı oranlarda SBS D 1101, SBS MD 243 ve EVA ilave edilerek hazırlanan modifiye bağlayıcılar, Superpave bağlayıcı deneylerine tabi tutulmuş ve bağlayıcıların performans seviyeleri belirlenmiştir. Aynı miktardaki katkı oranlarını değerlendirmek amacıyla bütün katkılardan %4 oranında kullanılmıştır.Saf ve modifiye bitümler ile tasarım bitüm içeriklerinde hazırlanan karışımlar üzerinde Marshall stabilite ve akma, kalıcı Marshall stabilitesi, nem hasarına karşı dayanım, tokluk indeksi, indirekt çekme rijitlik modülü (ITSM), indirekt çekme yorulma deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca karışımların çatlak ilerleyişine karşı dayanımları lineer elastik kırılma mekaniği (LEKM) prensiplerine uygun olarak yarım daire eğilme ve üç nokta kiriş eğilme yöntemleriyle incelenmiştir. Karışımlar üzerinde uygulanan deneylerden en yüksek stabilite değerine SBS D 1101, en yüksek kalıcı Marshall stabilitesi değerine ise SBS MD 243 ve EVA katkılı bitümlerle hazırlanan karışımların sahip olduğu tespit edilmiştir. ITSM deneyleri sonucunda, en yüksek değere EVA modifiyeli bağlayıcılarla hazırlanan karışımların, en düşük değere ise B160/220 ile hazırlanan karışımların sahip olduğu belirlenmiştir. Katkı kullanımıyla önemli oranda artan yorulma ömürleri karşılaştırıldığında en yüksek değere EVA modifiyeli bitümle hazırlanan karışımın en düşük değere ise B 160/220 ile hazırlanan karışımın sahip olduğu tespit edilmiştir. LEKM prensiplerine uygun olarak yapılan deneylerden çatlak ilerlemesine karşı dayanımı en yüksek olan karışımın deney türü ve sıcaklığa bağlı olarak B 160/220, SBS D 1101 ve SBS MD 243 modifiyeli bitümle hazırlanan karışımlar arasında değiştiği belirlenmiştir. Çatlak ilerleyişine karşı dayanımı en düşük olan karışımın ise bütün sıcaklıklarda ve her iki deney yönteminde de EVA modifiyeli bitüm içeren bağlayıcılarla olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this research study, the effects of two different types of styrene-butadiene- styrene (SBS D 1101 and SBS MD 243) and plastomer type Ethylene-vinyl-acetate (EVA) on engineering properties of both bituminous binders and their mixtures were examined. Modified binders obtained by addition of SBS D 1101, SBS MD 243 and EVA to pure bitumen B 160/220 at different proportions were subjected to Superpave binder experiments and the performance grades of the modified binders were determined. In order to compare properties, the amount of addition was kept constant at 4%.Marshall stability and flow, retained Marshall stability, resistance to moisture-induced damage, toughness index, indirect tensile stiffness modulus (ITSM) and indirect tensile fatigue tests were performed on pure and modified mixtures as well as on design bitumens. Meanwhile, crack propagation resistance of mixtures was examined through semi-circular bending and three point beam bending methods according to the principles of elastic fracture mechanics (LEFM). Experiments performed on the mixtures demonstrated that the highest stability value was obtained for sample SBS-D 1101 and the highest Marshall stability value was obtained for mixtures with SBS-MD 243 and EVA added bitumens. The results of ITSM experiments showed that the highest value was obtained for mixtures with EVA modified binders, while the lowest value was achieved mixtures with B160/220. When the fatigue life of the samples which increased significantly with the use of additives is compared, the highest fatigue life was achieved for mixture with EVA modified bitumens, while the lowest value was obtained for mixture with B 160/220. In experiments performed according to principles of LEFM, the mixture with highest fracture resistance was mixture with B 160/220, SBS-D 1101 or SBS-MD 243 modified bitumen , depending on the type of the experiment and temperature. However, the mixture with lowest fracture resistance against crack propagation was found to be one with EVA modified bitumen for both experimental methods and at all temperatures.