Farklı vaks türleri ile üretilen bitümlerin reolojik özelliklerinin asfalt betonu performansı üzerine etkilerinin incelenmesi
Effect of rheological properties of bitumen prepared with different wax types on the performance of asphalt concrete
Yazar: JÜLİDE ÖNER
Danışman: PROF. DR. BURAK ŞENGÖZ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bitüm yapısındaki vakslar, petrol vaksları olarak ifade edilmektedirler ve rafinerilerde parafin içeriği yüksek hafif petrollerin ayrıştırılması sırasında bitümün yapısından uzaklaştırılmaktadırlar. Bitüm yapısındaki vaksların etkileri; bitümün kaynağı, kimyasal bileşeni, reolojisi, vaks içeriği, kompozisyonu ve kristallenme yeteneği gibi faktörlere bağlı olarak farklılık gösterebilmektedir. Genel olarak yüksek vaks içerikleri, bitüm kalitesi açısından olumsuz bir etki teşkil etmesine rağmen, farklı vaks kavramlarının tanımının yapılması, kullanım oranlarının belirlenmesi, bitüm reolojisi ve asfalt performansı üzerindeki etkileri günümüze kadar yapılan çalışmalarda mevcut değildir.
Doktora tezi çalışması kapsamında, yüksek vaks içeriğine sahip farklı kaynaklı bitümlerin farklı sıcaklık ve yükleme sürelerindeki reolojik özelliklerini belirlemek ve bu bitümlerde vaks varlığından kaynaklanan olumsuz etkileri en aza indirmek amaçlanmıştır. Bu amaçla, elastomer, plastomer ve polietilen vaks gruplarına ait farklı tip polimer katkılar kullanılarak modifiye bitüm örnekleri hazırlanmıştır. Farklı kaynaklardan temin edilen bitümlerin vaks içerikleri diferansiyel taramalı kalorimetre ve TS EN 12606-1 metotlarıyla karşılaştırmalı olarak belirlendikten sonra; polimer modifiye ve saf bitümler üzerinde vaks etkileri geleneksel yöntemler, dinamik kayma reometresi ve eğilme kirişi reometresi ile tespit edilmiştir. Kısa ve uzun dönem yaşlandırılmış ve yaşlanmamış (orijinal) bitümlerin; orta ve yüksek sıcaklık davranışları, dinamik kayma reometresi ile belirlenmiştir. Bitüm örneklerinin tekerlek izi oluşumuna karşı gösterdikleri dayanımlar sıfır kayma viskozitesi ve çoklu gerilmeli geri dönüşümlü sünme yöntemleriyle test edilmiştir. Ayrıca, tüm bitüm örnekleri kullanılarak hazırlanan karışımlar üzerinde iki farklı yöntem ile neme karşı duyarlılık deneyleri uygulanmıştır.
Sonuç olarak; vaksların, bitüm içerisindeki davranışının tam olarak bilinmemesi ve farklı oranlarda vaks içeren bitümlerin modifikasyonlarını içeren ortak bir çalışma bulunmaması nedeniyle; çalışmada bulunan değerlerin, farklı ülkelerdeki rafinerilerin kendi ihtiyaçlarına göre bitümlerinin yapısında hangi oranlarda vaks bulundurabilecekleri ve ne tür polimerlerin vaks içeriği yüksek bitümlere daha yararlı olacağını belirlemelerinde faydalı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Wax in bitumen has been referred to as petroleum wax and it is obtained from refining of paraffinic crude oils. The effects of wax on bitumen properties depend on the following factors; the source, chemical composition and rheology of the bitumen as well as the content, type, composition and crystallization of the wax. Although high wax contents adversely affect the quality of the bitumen, there is no common agreement among the scientists regarding the effect on bitumen rheology and asphalt concrete performance.
The scope of the doctorate dissertation is to evaluate the rheological properties of waxy bitumens and to minimize the negative effects of waxes within bitumens obtained from different sources. For this purpose, modified bitumen samples were prepared by using different types of polymer additives that belong to elastomer, plastomer and polyethylene wax groups. Following the determination of wax contents by Differential Scanning Calorimetry and TS EN 12606-1 and the evaluation of chemical analysis for waxy bitumens, properties of waxy bitumens and modified bitumens were evaluated using conventional methods, dynamic shear rheometer and bending beam rheometer tests. The intermediate and high temperature performance levels of bitumen were also determined by dynamic shear rheometer test performed on short and long term aged and unaged samples. Rutting performance of bitumens was evaluated using Zero Shear Viscosity and Multiple Stress Creep Recovery tests. Besides, moisture susceptibility tests were performed on the samples.
As a result; since exact behavior of waxes within bitumens is not completely determined, as well as with the absence of cooperative study related to modification of bitumens involving different amounts of waxes, the values found in the study are thought to be useful in determining which content of wax and polymer would be better for the needs of refineries in different countries.