Katkı maddeleri ile bitümün reolojik özelliklerinin geliştirilmesi ve esnek kaplama malzeme oluşumunda problemlerin giderilmesi
Improvement of rheological characteristics of bitumen and elimination of problems in flexible pavement material formation by additives
Yazar: MELTEM ÇUBUK
Danışman: PROF. DR. METİN GÜRÜ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Asfalt = Asphalt ; Epoksi reçine = Epoxy resin ; Fenol formaldehit = Phenol formaldehyde

Özet:
Mühendislikte genis uygulama alanı bulan bitümlü malzemeler reolojiközellikleri ve termal dirençleri ile tercih edilmektedir. Esnek kaplamalarıngerek stabilite gerekse performans yönünden üstün nitelikli, daha uzun ömürlü,bakım?onarım maliyeti ve gereksiniminin daha az olması arzulanmaktadır. Bunedenle de esnek kaplamaların esas elemanlarından biri olan bitüm modifiyeedilerek esnek kaplamaların performansları arttırılmaya çalısılmaktadır.Yol üst yapılarında en çok kullanılan esnek kaplamalar baslıca bitümlübaglayıcı ve agregadan meydana gelmektedir. Esnek kaplamaların niteliginibelirleyen en önemli etken ise kaplamayı meydana getiren bitümlü baglayıcı veagrega malzemelerin özelligidir. Son yıllarda, yol üst yapılarında adezyoneksikligi, tekerlek izi olusumu, çatlamalar ve soyulmalar gibideformasyonlardan kaynaklanan sorunlar sıkça görülmektedir. Bu nedenleesnek kaplamalarda çok sık karsılasılan kusurların giderilmesinde modifiyebitüm kullanımı gün geçtikçe artmaktadır.Çalısmada katkı maddeleri ilave ederek bitümün modifiye edilmesi ve bu katkımaddelerinin bitümün reolojik özelliklerine etkisinin incelenmesivamaçlanmıstır. Katkı maddeleri olarak ise termoset grubu polimerlerden epoksireçinesi, fenolformaldehit, termoplastik grubu polimerlerden ticari adıyla teflonolarak bilinen politetrafloretilen (PTFE) ve Mg abietat bilesigi kullanılmıstır.Bu katkı maddelerinin bitümün reolojisi üzerine etkileri ise viskozite,penetrasyon, yumusama noktası, dinamik kesme reometresi (DSR), farktaramalı kalorimetre (DSC), döner ince film halinde ısıtma deneyi (RTFOT),basınçlı oksidasyon deneyi (PAV), asfalt çubuk egilme deneyi (BBR) ve yüzeyenerjisi deneyi ile belirlenmistir. Modifiye edilmis bitümün agrega ilekarıstırılarak olusturulan sıkıstırılmamıs karısımlara Nicholson soyulma deneyiuygulanarak adezyon performansları incelenmistir. Ayrıca, orjinal ve modifiyeedilmis bitümler ile Marshall yöntemiyle hazırlanan karısımların stabiliteleribelirlenmistir.Deneysel çalısmalar sonunda katkıların bitümün reolojik özelliklerinigelistirdigi tespit edilmistir. Kütlece %2'lik epoksi reçine katkısı bitümünviskozitesini artırmıs, adezyon özelliklerini gelistirmis ve tekerlek izi, yorulmaçatlakları, soyulma direncini ve stabiliteyi artırmıstır. Benzer sekilde kütlece%2'lik fenolformaldehit reçine katkısı bitümün viskozitesini artırmıs, adezyonözelliklerini gelistirmis ve tekerlek izi, yorulma çatlakları, soyulma direncini vestabiliteyi artırmıstır. Kütlece %3'lük PTFE katkısı bitümün viskozitesiniartırmıs, tekerlek izi ve yorulma çatlaklarına direnci artırmıstır. Mg abietatbilesigi ise bitümün adezyonunu gelistirerek soyulma direncini artırmıstır.Anahtar Kelimeler :Bitümün modifikasyonu, asfalt, magnezyum abietat,fenolformaldehit, PTFE, epoksi reçine

Abstract:
Bituminous materials which are widespreadly used in engineering are preferedfor their rheological properties and thermal resistances. Flexible pavements areexpected to be qualified in performance and stability, cost efficient in upkeeprepairing.Hence, the bitumen which is one of the main compounds of flexiblepavements has been modified to increase the performances of flexiblepavements.Flexible pavements that are used in the top layer of the roads are formed frombituminous binders and aggregates. It is the material properties of thebituminous binders and the aggregates that determine the quality of the flexiblepavements. Problems related to the deformations such as adhesion in the toplayers of the roads, formation of rutting, crackings and peelings are common inthe recent years. Thus modified bitumen usage is spreading in order toeliminate the defects in flexible pavements.In this study, the modification of the bitumen with additives and the effects ofthe additives on the rheologic characteristics of the bitumen was studied. Epoxyresin which is a thermosetting group polymer, phenolformaldehyde,viipolytetrafluoroethylene which is a thermoplastic group polymer and known asteflon commercially and Mg abietate were used as additives.The effects of these additives on the rheology of the bitumens were tested byviscosity, penetration, softening point, dynamic shear rheometer (DSR),differential scanning calorimeter (DSC), rolling thin film oven test (RTFOT),pressure ageing vessel (PAV), bending beam rheometer (BBR) and surfaceenergy test. Adhesion performances of the uncompacted modified bitumens andaggregate mixture were tested by Nicholson peeling test. In addition originaland modified bitumens and mixtures made with Marshall method were testedfor stability.It is found from the tests that the additives improve the rheologic characteristicsof the bitumen. 2% of epoxy resin by mass had increased the viscosity of thebitumen, had improved the adhesion characteristics, had decreased the ruttingand fatique cracks and increased the stripping resistivity and stability. In thesimilar method, 2% of phenolformaldehyde resin by mass had increased theviscosity of the bitumen, had improved the adhesion characteristics, haddecreased the rutting and fatique cracks and increased the stripping resistivityand stability. 3% of PTFE by mass had increased the viscosity and theresistance to fatique cracks and rutting of the bitumen. Synthesized Mg abietatemixture had increased the stripping resistivty of the bitumen by increasing theadhesion.Key Words :Modification of the bitumen, asphalt, magnesium abietate,phenolformaldehyde, PTFE, epoxy resin