Farklı kayaçlardan üretilen agregaların sıcak asfalt karışımlarında birlikte kullanılabilirliği
Combined usage of aggregates from different lithologies in hot mix asphalt
Yazar: İBRAHİM SÖNMEZ
Danışman: PROF. DR. ATİYE TUĞRUL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Agrega özellikleri = Aggregate porperties ; Asfalt = Asphalt ; Asfalt karışımları = Asphalt mixture ; Asfalt çimentosu = Asphalt cement

Özet:
Nüfusun hızla geliştiği İstanbul'da alt yapı ve dolayısıyla asfalt ihtiyacı da sürekli artmaktadır. İstanbul'da 2004 öncesinde 1.750 km ana arter cadde bulunurken, son yıllardaki düzenlemeler ile bu miktar 4.500 kilometreye kadar çıkmıştır. Bunun da dışında Marmara Bölgesi sınırları içinde mevcut yolların uzunluğu yaklaşık olarak 20.000 kilometre civarındadır. Bu bağlamda alt yapı kalitesi ve üretim ekonomisi de önem kazanmaktadır.Nitelikli ve dayanıklı ulaşım sistemleri için asfalt ve dolayısıyla agrega çok önemli rol oynamaktadır. Bilindiği gibi; agregalar asfaltın içinde % 95 oranında bulunmaktadır. İstanbul'un agrega ihtiyacı genel olarak şehrin Avrupa ve Anadolu yakasındaki kireçtaşı ve kumtaşı ocakları başta olmak üzere, Çorlu Bazalt ocakları, Gebze kireçtaşı ocakları, Yalova diyabaz ve granit ocakları ile Erdek granit ocaklarından sağlanmaktadır. Ancak asfalt çalışmalarında, oldukça yaygın yüzeylenmeleri ve bitüm ile yapışmalarının diğer kayaç türlerine göre daha iyi olması nedeniyle ağırlıklı olarak kireçtaşları kullanılmaktadır. Kumtaşları ise heterojen olmaları nedeniyle nadiren kullanılmaktadır. Bazaltlar daha sert olmaları nedeniyle özel projelerde, trafik yükünün daha fazla olduğu yol çalışmalarında ve Taş Mastik Asfalt gibi özel çalışmalarında kullanılmaktadır. Granitler ise özellikle asfaltta oluşturdukları soyulma problemi nedeniyle nadiren kullanılmaktadır.Asfalt üretiminde genellikle tek tip agregalar olarak kullanılmaktadır. Her ne kadar agrega özelliklerinin asfalt özelliklerine etkisi çok araştırılmışsa da farklı tipteki agregaların bir arada kullanılması ile oluşturulmuş asfalt karışımları yeterince çalışılmamıştır. Bu amaçla yapılan araştırmada, Marmara bölgesinde yaygınca üretilen ve henüz asfalt üretimlerinde sıkça kullanılmayan bazı kayaç türlerinin bir araya getirilmesi ile laboratuar ortamında asfalt karışımları hazırlanmış, bitüm ile olan ilişkilerinin yanı sıra asfalt karışım özelliklerinin uygunluğu belirlenmiştir.Tez kapsamında; İstanbul dolayındaki asfalt yapımına uygun agrega üretilen Gebze kireçtaşı, Çorlu bazalt, Cebeci kumtaşı ve Erdek granit ocaklarından numuneler alınarak, bunlar üzerinde öncelikle agrega kalitesini etkileyen önemli faktörlerden petrografik özellikler belirlenmiştir. Örnekler üzerinde daha sonra agrega deneyleri yapılmıştır. Özellikleri belirlenen farklı agregalar ile asfalt dizaynları yapılarak, bitüm ile olan etkileşimleri ve bitüm miktarları tespit edilmiştir. Hazırlanan karışımlar üzerinde fiziksel testler yapılarak, agregaların asfalt karışım özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Fiziksel test sonuçlarına göre bitüm içerikleri en uygun görülen asfalt karışımları üzerinde tekerlek izi testi yapılmış ve bu teste göre en az oturma derinliği veren karışıma da performans testleri uygulanmıştır. Tüm bu testlerden sonra, bitüm içeriği en az olan ve en iyi sonuçları veren karışımda kullanılan agrega türleri ortaya konulmuştur.Buna göre, kireçtaşı, kumtaşı, bazalt ve granit'ten üretilen agregalar ile hazırlanan asfalt karışımları gerekli olan tüm özellikleri sağlamıştır. Tüm karışımlar incelendiğinde, farklı agregaları bir arada kullanarak üretilen asfalt karışım özelliklerinin olumsuz olarak değişmediği, aksine bitüm içeriği, asfalt birim ağırlığı, boşluk yüzdesi, asfaltla dolu boşluk yüzdesi, agregalar arası boşluk yüzdesi ve stabilite gibi özelliklerin bir veya birkaçında daha uygun değerlerin elde edildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
With its rapidly developing population, infrastructural needs, hence the need for hot mix asphalt, of Istanbul is increasing steadily. While there were 1.750 kms of main road arteries exsiting before 2004 in Istanbul, this number has risen to 4.500 kms with new arrangemens in recent years. It is also a known fact that currently existing roads within the boundaries of Marmara Region adds up to nearly 20.000 kms in total. In this context, quality of infrastructure and production economics are gaining importance.The quality of hot mix, consequently the aggregate quality, plays a very important role for sufficient and durable transportation systems. It is a known fact that 95% of hot mix asphalt consist of aggregates. The aggregate needs of Istanbul city are primarily met by the limestone and sandstone rock quarries located on both Anatolian and European sides; and additionaly by Basalt quarries of Çorlu, limestone quarries of Gebze and diabase and granite quarries of Yalova and granite quarries of Erdek. Limestone, though, is the first choice of aggregate used in hot mixes because of its high strength bitumen adhesion and widespread surfacing properties compared to other types.Sandstone, though, is rarely used in hot mix asphalt constructions because of its heterogeneity. Because of its hardness properties basalt is used in special road projects where the traffic load is higher and in projects where stone mastic asphalt required. Granite, is also rarely used in asphalt projects because of stripping problems it causes.One type of aggregate is generally used in hot mix asphalt production. Although the impact of the properties of aggregates on the properties of hot mix asphalt have been widely investigated, asphalt mixes produced with aggregates from different lithologies have not been extensively studied.With this aim in mind, in this study; asphalt mixes have been prepared in lab environment by bringing together some rock types, which are not frequently used as yet in asphalt production however widely excavated in Marmara region, and the relationship of these aggregates with the bitumen as well as the appropriateness of the asphalt mix properties have been determined.Within the scope of this thesis, the samples have been gathered from Gebze limestone, Çorlu basalt, Cebeci sandstone, Erdek granite rock quarries, where aggregates suitable for hot mix production are produced, and petrographic and mineralogic properties, which are among the major determinants of the aggregate quality, of these samples have been established.Aggregate testing on the samples conducted later. Asphalt mix designs were prepared using different aggregates with established properties and their interaction with bitumen and bitumen quantities were also determined. Physical tests were conducted on mixes prepared in order to establish the impact of aggregate on the properties of asphalt mix design.Asphalt mixes with most suitable bitumen content, according to the results of these physical tests, were tested with wheel tracking device and the mixes shown lowest rutting depth were also subjected to performance testing. After all these testing, aggregate types within mixes that yielded best performance results and least bitumen content have been identified and presented.Accordingly, asphalt mixtures prepared with limestone, sandstone, basalt and granite aggregates provided all necessary features. When all preparations examined, it was determined that properties of the mixtures produced by using different aggregate combinations was not adversely affected, on the contrary, for one more features such as bitumen content, asphalt unit weight, void percentage, asphalt filled void percentage, space volume between aggregate units and stability, better values were obtained.