Grafen ile modifiye edilmiş bitümlerin optimizasyonu
Optimization of bitumen modified with graphene
Yazar: AYŞE ŞİMŞEK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN ÜNSAL BAYRAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmanın temel amacı nano boyutta bir malzeme olan grafen kullanılarak asfalt bağlayıcının performansını kıvamı, agregayı sarma kabiliyeti, sıcaklığa karşı hassasiyeti gibi parametreler saf bitümle karşılaştırılarak değerlendirmektir. Aynı zamanda Taguchi metodu kullanılarak bitümün modifiyesi için kullanılan parametrelerin optimizasyonunu yapmaktır.
Yöntem: Bu çalışmada 70/100 penetrasyonlu saf bitüme modifier olarak grafen % 0.5, %1 ve %1.5 oranlarında katılarak performans özelliklerini değerlendirmek için geleneksel bitüm deneyleri uygulanmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Katkı malzemesi optimizasyonunu belirlemek için Taguchi yöntemi uygulanmış ve optimum değerler bulunmuştur.
Bulgular: Saf bitümün penetrasyon değeri 85,3 elde edilmiştir. Yaşlandırıldıktan sonra ise bu değer 49'a düşmüştür. Grafen katıldıktan sonra ise yaşlanma öncesi en yüksek penetrasyon değeri 77,80, yaşlanma sonrası ise en yüksek 49,70 elde edilirken, en düşük ise yaşlanma öncesi 67,70, yaşlanma sonrası ise 43,40 elde edilmiştir. Yumuşama noktası da penetrasyona bağlı olarak saf bitümde 51 oC elde edilirken, grafen katkısı ile en düşük 54,30 oC en yüksek 60,80 oC olarak belirlenmiştir. Yaşlandırma sonrası saf bitümün yumuşama noktası 58,5 oC olurken grafen katkısı ile sırasıyla en düşük 61,20 oC en yüksek 73,80 oC olarak belirlenmiştir. 
Sonuç: Grafen katkısı ile saf bitümün penetrasyon değerinde azalma ve yumuşama noktası değerinde artma gözlemlenmiştir. Aynı zamanda grafen ile modifiye edilen bitümlerin saf bitüme göre sıcaklığa karşı hassasiyetinin azaldığı belirlenmiştir. RTFOT öncesi penetrasyon için %0,5 grafen oranı, 3000 rpm karıştırma hızı ve 30 dakika karıştırma süresi  optimum durumu verirken RTFOT sonrası parametrelerin bu seviyeleri %0,5 grafen oranı, 1000 rpm karıştırma hızı ve 30 dakika karıştırma süresi olarak belirlenmiştir. Yine yapılan Taguchi optimizasyonunda, yumuşama noktası için optimum değerler hem RTFOT öncesi hem de RTFOT sonrası için grafen katkısının üçüncü oranı olan %1,5, karıştırma hızının birinci seviyesi olan 1000 rpm ve karıştırma süresinin üçüncü seviyesi olan 60 dakika olarak bulunmuştur. 

Anahtar Kelimeler: Modifiye Bitüm, Esnek Yol Üstyapısı, Grafen, Taguchi Metodu, PI

Abstract:
Purpose: The main purpose of this study is to evaluate the performance of asphalt binder by using graphene what a nano-sized material comparing, with pure bitumen, parameters such as consistency, ability to wrap the aggregate, sensitivity to temperature. At the same time, it is to optimize the parameters used for the modification of bitumen using the Taguchi method.
Method: In this study, traditional bitumen tests were applied and the results were interpreted to evaluate the performance properties by adding 0.5%, 1% and 1.5% of graphene to pure bitumen with 70/100 penetration. The Taguchi Method was used to determine the optimization of the additive material and the optimum values were found.
Findings: The penetration value of pure bitumen was 85.3. This value decreased to 49 after aging. After the addition of graphene, while the highest penetration value was 77.80 before aging, 49.7 after aging, the lowest penetration value was 67.70 before aging and 43.40 after aging were obtained. While the softening point is 51oC in pure bitumen depending on the penetration, it is determined that the lowest is 54.30oC and the highest is 60.80oC with the graphene additive. While the softening point for pure bitummen is 58.5oC after aging, the lowest and the highest values are 61.20oC and 73.80oC, with the addition of graphene, respectively.
Results: A decrease in the penetration value of pure bitumen and an increase in the softening point value were observed with the graphene additive. At the same time, it was determined that the sensitivity of bitumen modified with graphene to temperature decreased compared to pure bitumen. For penetration before RTFOT, while 0.5% graphene ratio, 3000 rpm mixing speed and 30 minutes mixing time were the optimum conditions for, these levels of post-RTFOT parameters were determined as 0.5% graphene ratio, 1000 rpm mixing speed and 30 minutes mixing time. In the Taguchi optimization performed, for both before RTFOT and after RTFOT the optimum values for the softening point were found to be 1.5% the third rate of graphene additive,  1000 rpm the first level of mixing speed, and 60 minutes the third level of mixing time.

Keywords: Modified bitumen, Flexible Pavement, Graphene, Taguchi Method, PI