Cocamide diethanolamide kimyasalının bitüm modifikasyonunda kullanımı
Use of cocamide diethanolamide chemical in bitumen modification
Yazar: GİZEM KAÇAROĞLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET SALTAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Cocamide Diethanolamide kimyasalının bitüm modifikasyonunda kullanımı ve bitümün performansı üzerine etkileri araştırılmıştır. Viskoelastik ve termoplastik davranışa sahip olması sebebiyle yol üstyapısında kullanıma çok uygun olan bitümün, karışım performansının artırılması adına literatürde çok sayıda çalışmanın var olduğu bilinmektedir. Var olan bu çalışmaların öncelikli amaçları ise bitümün performansını iyileştirmek, optimum bitüm oranını ve bitümün işleme sıcaklığını düşürmektir ve bunların sonucu olarak ekonomik kazanç sağlamaktır. Cocamide Diethanolamide kimyasalının da bitümün işleme sıcaklığının düşürülmesi ve performansının iyileştirilmesi hususlarında katkı sağlayacağı öngörülmüştür.
Katkı malzemesi olarak Cocamide Diethanolamide kimyasalı seçilirken kimyasal ve bitüm arasındaki sıcaklığa bağlı davranış, kimyasal yapı gibi özelliklerin benzer olması etkili olmuştur. Cocamide Diethanolamide ile modifikasyonu sonucu, bitümün akışkanlığının ve yumuşaklığının artacağı düşünülmüştür. Bahsedilen amaçlar doğrultusunda, bitümün kimyasal ile belirli katkı oranlarında (%1, %3 ve %5), modifikasyon sıcaklığı, süresi ve karışım hızı parametreleri değiştirilerek birden fazla kez modifikasyonu sağlanmıştır. Bu modifikasyonlar sonucunda her biri üç numune içeren 12 adet deney seti elde edilmiştir.
Farklı parametrelerin modifiye edilmiş numuneler üzerine etkileri yumuşama noktası, penetrasyon, düktilite, dönel viskozimetre deneyleri ile araştırılmıştır ve Cocamide Diethanolamide kimyasalının, bitümü yumuşattığı ve bitümün işleme sıcaklığını düşürdüğü görülmüştür. Bu deney sonuçlarına göre en tutarlı davranışları sergilediği düşünülen iki deney setinde bulunan numunelerin, dönel ince film halinde ısıtma, basınçlı yaşlandırma kabı, dinamik kesme reometresi ve eğilen kiriş reometresi deneyleri ile reolojik değerlendirmesi yapılmıştır. Değerlendirmeler sonucunda, katkı oranının artmasıyla orijinal bitüme göre tekerlek izi dayanımının azaldığı, ancak yorulma çatlaklarına ve termal çatlaklara karşı bitümün direnç kazandığı gözlemlenmiştir. Dinamik kesme reometresi ve eğilen kiriş reometresi deneylerine dayanılarak orijinal bitümün ve iki deney setinin performans sınıfları belirlenmiştir.
Cocamide Diethanolamide kimyasalının bitüm içerisinde dağılımının incelenebilmesi için taramalı elektron mikroskobu kullanılmıştır. Ancak katkı maddesi ile bitümün, aynı elementleri içermesinden dolayı, gerçekleştirilen analizden ayırt edici görüntüler elde edilememiştir. Bu durumun, bitümün kimyasal yapısının karmaşıklığından ve her iki maddenin de aynı kimyasal yapıda olmasından kaynaklandığı tahmin edilmektedir.
Bitümlü sıcak karışımlarda Cocamide Diethanolamide kimyasalı kullanımının maliyeti, fayda/maliyet analizi ile değerlendirilmiştir. Bu katkı malzemesinin kullanımıyla maliyette bir miktar artış olsa da kaplama performansını iyileştirmesi nedeniyle bu artışın göz ardı edilebileceği düşünülmektedir. Ayrıca katkı oranı arttıkça karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarında görülen düşüş, hem ekonomik hem de çevresel olarak fayda sağlamaktadır.

Abstract:
In this study, the usage of Cocamide Diethanolamide chemical for bitumen modification and the effects of chemical on the performance of bitumen were investigated. Due to its viscoelastic and thermoplastic behavior, bitumen which is very suitable for use on the pavement, is known that there are a lot of studies in the literature in order to increase the mixture performance. The primary objectives of these existing studies are to improve bitumen performance, to reduce the optimum bitumen and processing temperature of bitumen, and as a result of these, to achieve economic gain. It is predicted that Cocamide Diethanolamide chemical will also contribute to lower the processing temperature of bitumen and improving its performance.
When selecting Cocamide Diethanolamide chemical as the additive material, it has been effective that the properties such as behavior, chemical structure depending on the temperature between chemical and bitumen are similar. The result of the modification with Cocamide Diethanolamide, it has been considered that the fluidity and softness of bitumen will increase. In the direction of the mentioned purposes, modification of bitumen with chemical was achieved more than once by changing the parameters of modification temperature, time and mixing speed at certain additive ratios (1%, 3% and 5%). As a result of these modifications, 12 testing sets, each of them contains three sample, were obtained.
The effects of different parameters on modified samples were investigated by softening point, penetration, ductility, rotational viscometer tests and it has been observed that Cocamide Diethanolamide chemical softens bitumen and lowers the processing temperature of bitumen. According to the test results, rheological evaluation of the samples in two testing sets which are thought to exhibit the most consistent behaviors, were performed by rolling thin film oven, pressure aging vessel, dynamic shear rheometer and bending beam rheometer tests. As a result of the evaluations, it has been observed that the rutting resistance of the bitumen is reduced compared to the original bitumen, with the increase of the additive ratio, but the bitumen gains resistance against fatigue cracks and thermal cracks. Performance grades of the original bitumen and two testing sets were determined based on the dynamic shear rheometer and bending beam rheometer tests.
Scanning electron microscope was used to analyze the distribution of Cocamide Diethanolamide chemical in bitumen. However, since the additive material and bitumen contain the same elements, no distinctive images could be obtained from the analysis performed. This situation is estimated to be caused by the complexity of the chemical structure of the bitumen and that both substances are of the same chemical structure.
The cost of using Cocamide Diethanolamide chemical in bituminous hot mixtures was evaluated with cost/benefit analysis. Although there is a slight increase in cost with the use of this additive, it is thought that this increase can be ignored because it improves the pavement performance. In addition this, as the additive ratio increases, the decrease in mixing and compaction temperatures is beneficial both economically and environmentally.