Esnek üstyapıların performans özelliklerinin sentetik metal ve polibor katkı maddeleriyle geliştirilmesi
Improvement of performance properties of flexible pavements by synthetic metal and polyboron additives
Yazar: DENİZ ARSLAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KÜRŞAT ÇUBUK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bitüm = Bitumen

Özet:
Karayolu ulaşımını sağlamak için farklı özelliklere sahip çeşitli üstyapı türleri kullanılmaktadır. Bu yapılar genel olarak; esnek, rijit ve kompozit olmak üzere üç gruba ayrılır. Bunlar arasında esnek üstyapılar sahip oldukları özelliklere bağlı olarak günümüzde tercih edilmektedirler.Esnek üstyapılarda trafik-çevre-iklim etkileriyle bozulmalar oluşabilmektedir. Karayolu ulaşım niteliğini arttırmak için bu bozulmaların önlenmesi veya en aza indirilmesi gerekir. Yapı içerisinde bulunan bitüm oranı agregaya kıyasla oldukça düşük olmasına rağmen bitümün sahip olduğu özellikler üstyapının bozulmalara karşı gösterdiği direnç yeteneğini yakından etkiler.Bu çalışmada, bitümün katkı maddeleriyle modifiye edilerek özelliklerinin iyileştirilmesi suretiyle esnek üstyapı performansının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bitüm modifikasyonunda dokuz farklı katkı maddesi kullanılmıştır. Bu katkı maddeleri, basit bir cihaz grubuyla laboratuvar ortamında sentezlenerek elde edilmiş yeni malzemelerdir. Her bir katkı maddesi, sentezinde kullanılan malzemelere göre en genel haliyle organik esaslı metal bileşiği veya etilen glikol esaslı polibor bileşiği olarak isimlendirilmiştir. Orijinal ve çalışma kapsamında üretilen katkı maddeleri ile modifiye edilen bitüm numunelerine viskozite testleri, yumuşama noktası testleri, düktilite testleri, dinamik kesme reometre (DSR) testleri, eğilme kirişi reometre (BBR) testleri uygulanmıştır. Ayrıca Marshall testleri ve Nicholson soyulma testleriyle modifikasyonun bitüm-agrega karışımlarındaki etkileri araştırılmıştır.Test sonuçlarına göre her bir katkı maddesinin bitüm ve bitümlü karışım (bitüm-agrega karışımı) özelliklerinde etkili değişimler meydana getirerek esnek üstyapı performansını geliştirdiği belirlenmiştir. Buna göre çalışma kapsamında sentezlenen uygun katkı maddesi kullanımı ile esnek üstyapıların tekerlek izi oluşumuna karşı direnci, düşük sıcaklıklarda meydana gelen çatlamalara karşı direnci ve soyulmaya karşı direnci artmıştır. Bunların yanı sıra, katkı maddeleri bitümlü sıcak karışımların üretim ve uygulama süreçlerinde enerji tasarrufu, bitümün kısa dönem yaşlanma miktarında azalma ve işlenebilirlikte artış sağlamıştır.

Abstract:
Various pavement types having different features are used to provide highway transportation. These structures are usually divided into three groups as flexible, rigid and composite. Among these, flexible pavements are preferred today depending on their properties.In flexible pavements distresses can be formed by the effects of traffic-environment-climate. In order to improve the quality of highway transportion, prevention or minimization of those distresses is necessary. Although bitumen ratio available in structure is so low comparing with aggregate, the properties of bitumen closely effect the resistance ability of pavement against distresses.In this study, it is aimed to improve the flexible pavement performance by enhancing properties of bitumen by modification with additives. Nine different additives are used in bitumen modification. These additives are new materials obtained by synthesising at laboratory conditions with a simple equipment group. Each additive is named in most general form as organically based metallic compound or ethylene glicol based polyboron compound according to materials used in its synthesis. Viscosity tests, softening point tests, ductility tests, dynamic shear rheometer (DSR) tests, bending beam rheometer (BBR) tests are applied to the original bitumen samples and the bitumen samples modified by the additives which are produced in the scope of this study. The effects of modification to the bitumen-aggregate mixtures are also investigated by Marshall tests and Nicholson stripping tests.Depending on the test results it is determined that each additive improve flexible pavement performance by creating effective changes on the properties of bitumen and bituminous mixtures (bitumen-aggregate mixtures). Accordingly, rutting resistance, low temperature cracking resistance and stripping resistance of flexible pavements increased by using the suitable additive synthesised in the scope of the study. Moreover; in the production and application processes of bituminous hot mixtures, additives provided energy saving, decrease in short term aging of bitumen and increase in workability