Karayolu pürüzlendirmesinde cürufların kullanılabilirliğinin ve pürüzlendirilmiş tabakaların yüzey özelliklerinin incelenmesi
Investigation the usability of slag in pavement gritting and surface properties of gritted pavement surface
Yazar: İSLAM GÖKALP
Danışman: PROF. DR. MEHMET SALTAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Ferrokrom cürufları = Ferrochromium slags ; Granüle cüruf = Granulated slag ; Yüzey dokusu = Surface texture

Özet:
Bir karayolu esnek üstyapının en önemli fonksiyonlarından biri kaplama yüzeyinde araçların güvenli bir şekilde sürüşü için yüksek bir kayma direnci sağlamaktır. Bu üstyapı inşaatında yüksek cilalanma direncine ve uygun gradasyona sahip agregaların kullanılması ile sağlanabilir. Bölgenin jeolojik yapısına bağlı olarak yükleniciler yüksek kalitede agrega temin etmede zorluklarla karşılaşmakta, kaliteli agrega temin etme noktasında mesafenin artması ile taşıma maliyetleri yükselmektedir. Türkiye en az 50 PSV gibi yüksek cilalanma direnci sahip agregaların temin edilmesinde zorluklarla karşılaşılan bir ülkedir. İfade edilen zorlukların üstesinden gelmek ve inşa maliyetinin düşürmek için, Türkiye Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) 2013 yılından beri Karayolları Teknik Şartnamesinde "Pürüzlendirme" olarak isimlendirilen bir uygulama tanımlamıştır. Bu uygulama ile cilalanma direnci en az 40 PSV olan yerel agregaların aşınma tabakalarının inşaatında kullanımını mümkün kılınmaktadır. Ama bu durumda, kaplama yüzeyin magmatik kökenli cilalanma direnci en az 50 PSV ve 1-3 mm dane boyutlarında agregaların 1,5-2,0 kg/m2 miktarınca malzeme ile aşınma tabakası inşası sonrası silindir ile ilk pas yapıldıktan sonra pürüzlendirmesini gerekli kılınmıştır. Ancak, bu metot Taş Mastik Asfalt (TMA) ve Asfalt Betonu (AB) gibi kendileri için tanımlana agrega gradasyonlarına bağlı olarak farklı yüzey özelliklerine sahip iki farklı aşınma tabakası için aynıdır. Böylesi tek tip pürüzlendirme uygulamasının farklı aşınma tabakaları üzerinde aynı performansı beklemek uygun değildir. Bu tez çalışmasının çıkış noktası tanımlanan bu pürüzlendirme uygulamasında eksikler ve bu uygulamanın geliştirilmeye ihtiyaç duyulmasından ileri gelmektedir. Bu tezin amacı önerilen pürüzlendirme uygulamasının agrega türü (cüruf ve doğal ), boyut (1-3; 1-5 mm), serim zamanı (silindir ile ilk pas yapıldıktan önce ve sonra) ve miktar (1,5;2;2,5 kg/m2) gibi yapım parametrelerinin gerçek trafik ve çevre koşulları altında hem TMA hem de AB aşınma tabakaları üzerinde uygulanarak, yapılan ölçümler ışığında geliştirmektir. KGM' ne bağlı 5. Bölge müdürlüğü sınırlar içeresinde yer alan biri otoyol biri de devlet yolu üzerinde olmak üzere TMA (sekiz adet) ve AB aşınma tabakası (dokuz adet) üzerinde birçok pürüzlendirme uygulamasının yapıldığı kesimler inşa edilmiştir. Deneme kesimlerinin kayma direncinin ölçülmesinde İngiliz pandülü, dinamik sürtünme ölçer ve kilitlenen tekerlek kayma direnci ölçme aracı kullanılmıştır. Diğer taraftan kum-yama, akış-zaman ölçer ve araca monte edilmiş lazer profilometre deneme kesimleri üzerinde yüzey doku/profil derinliği belirlenmesinde kullanılmıştır. Yaklaşık 4 yılı aşkın bir süre içerisinde deneme kesimleri üzerinden elde edilen saha ölçüm verileri çerçevesinde kayma direnci performansı ve yüzey doku/profil derinliği karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Kayma direnci ve yüzey dokusunda meydan gelen değişimler karayolları veri toplama istasyonlarından elde edilen ve KGM tarafından web sitesinden paylaşılan ve KGM 5. Bölge Müdürlüğünden yıllık ortalama günlük taşıt trafiği haritaları üzerinden belirlenen trafik verileri alınarak tüm deneme kesimleri için ortalama günlük eşdeğer standart dingil yükü değerleri ortaya konmuştur. Sonuçlar, hemen hemen bütün alternatif olarak uygulanan pürüzlendirme uygulamalarının KTŞ' de tanımlanan pürüzlendirme uygulamasında daha iyi performans ortaya koyduğunu göstermiştir. Her iki aşınma tabakasında olmak üzere cüruflar ile inşa edilen deneme kesimlerinin doğal agregalar kullanılarak inşa edilen deneme kesimlerinde göre daha iyi kayma direnci performansı sergilemiştir. Ancak, TMA üzerinde 1-5 mm, AB aşınma üzerinde 1-3 mm boyutlarında yapılan uygulamaların daha performans göstermiştir. Buna ilaveten, 1-3 mm boyutlarında kullanılan agregaların yüzeye uygulamasının silindir ile ilk pas yapıldıktan sonra; 1-5 mm boyutlarında kullanılan agregaların yüzeye uygulamasının silindir ile ilk pas yapıldıktan önce olması pürüzlendirme uygulamalarını daha etkin kılmıştır. Ancak, ortalama yüzey doku/profil derinliği ölçümlerinde belirgin bir değişim gözlenmemiştir. Toparlarsak, cürufların kaplamada pürüzlendirme malzemesi olarak kullanılması daha iyi kayma direnci performansı sağlayacaktır. Cürufların pürüzlendirme malzemesi olarak kullanılması geri kazanım ve doğal kaynakların korunmasından dolayı ekonomik ve çevresel yarar sağlayacaktır.

Abstract:
One of the most important function of a pavement is to provide a high skid resistant surface for a safe operation of vehicles. This can be ensured by using high polishing resistant aggregate at an appropriate gradation in pavement construction. Depending on the geological formation of the region, transportation agencies have difficulties in supplying high quality aggregates and expenses for transportation of materials increase as distance to the quality aggregate source increases. Turkey is one of country that has difficulty to obtain high quality aggregate by means of polishing resistance, which has at least polished stone value (PSV) of 50. In order to overcome mentioned difficulties and reduce construction costs; General Directorate of Highways (GDH) of Turkey has specified a new method called "Gritting" in Highway technical specifications since 2013. With gritting method, it was possible to use local aggregates that has a minimum PSV of at least 40 in construction wearing courses. But, in this case, covering the pavement surface is required with a high polishing resistant magmatic aggregate that has at least 50 PSV and 1-3 mm with 1,5-2,0 kg/m2 amount and applying the material on surface after the rollers' first pass. However, this method is the same for two different wearing course such as stone mastic asphalt (SMA) and asphalt concrete (AC), which have different surface properties due to the aggregate gradation specified for them. It is not feasible to expect the same performance over the courses with such a kind of monotype gritting method for two different wearing course. The motivation of thesis was the deficiencies of this specified gritting method and the need to improve this application. The objective of this thesis was to improve the proposed gritting method by investigating the effect of construction parameters such as aggregate type (slags and natural), size (1-3; 1-5 mm), spreading time (before and after the first pass of roller), and amount (1.5; 2; 2.5 kg/m2) on pavement performance under the real traffic and environmental conditions on SMA and AC layer. Numerous test section that gritting application applied on SMA (eight test section) and AC wear courses (nine test section) were constructed on a highway and state-way in the border of 5th region of GDH. British pendulum test, dynamic friction tester and locked-wheel skid resistant tester were utilized to measure skid resistance of test sections. On the other hand, sand patch test, outflow meter and vehicle-mounted laser profiler were used to determine their surface texture. The data gather from field measurement for skid resistance performances and surface texture/profile depth throughout about four-year period were used for a comparative analysis. Changes in skid resistance and surface texture with respect to average equivalent single axle load (ESAL) data obtained from highway toll collection station and published by GDH on web site and shared by GDH 5th regional directorate were figured out for all test sections. The results showed that performance of almost all-alternative gritting application methods were better than the proposed method in HTS. The test sections constructed with slags for the two-wear course exhibited higher skid resistance values than the ones formed with natural aggregates. However, the section gritted with 1-5 mm sized aggregates on SMA and 1-3 mm sized aggregates on AC wear course showed better performance. Moreover, applying 1-3 mm materials on surface after first pass of roller and applying 1-5 mm materials before first pass of roller or after finisher make more efficient the gritting applications. However, the changes in mean-texture/profile depths were not significant for all test section formed on both wear courses. Overall, using slag in pavement gritting application provide better skid resistance performance. Using them as gritting material will provide numerous benefits by means of economic gains and environmental protection due to recovering and saving natural aggregate resources.