Türkiye'de üretilen rafineri bitümlerinin karayolu üstyapılarında kullanımı için performans sınıflarının belirlenmesi
The determination of performance grades of refinery bitumens manufactured in turkey for the use in road pavements
Yazar: AHMET SAĞLIK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EBRU ARIKAN ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Trafik Planlaması ve Uygulaması Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Trafik = Traffic

Özet:
Karayolu maliyetlerinin çok büyük bir kısmını oluşturan üstyapı kaplamalarının performansı önemli ölçüde üstyapı tabakalarında doğru bitüm sınıfının kullanılmasına bağlıdır. Türkiye'de halen tek bir sıcaklıkta yapılan penetrasyon deneyine bağlı sınıflama sistemi kullanılmakta olup, üstyapıda kullanılacak bitüm sınıfının seçimi ise daha ziyade tecrübelere dayalı olarak gerçekleştirilmektedir. Son yıllarda kaplama bitümleri ilgili yapılan çalışmalarda bitümlü bağlayıcıların yüksek, orta ve düşük sıcaklık seviyelerinde deneye tabi tutularak, yüksek sıcaklıkta tekerlek izinde oturma, orta sıcaklıkta yorulma çatlağı oluşumu, düşük sıcaklıklarda ise termal çatlak oluşumu yönünden doğrudan bozulma ile ilgili performans özelliklerinin test edildiği SUPERPAVE bitümlü bağlayıcı performans sınıflama sistemi geliştirilmiştir. Bunun yanında, Teksas Karayolu İdaresi'nin bir projesi ile sathi kaplamada kullanılacak bitümlerin kusma, agrega kaybı gibi farklı performans kriterleri yönünden değerlendirildiği bir performans sınıflama sistemi de (SPG) bulunmaktadır. Bu sınıflama sitemleri, geleneksel sınıflama sistemlerinden faklı olarak, modifiye bitümlere de uygulanabilmektedir. Bu çalışmada Türkiye'de bitüm işleyen başlıca Kırıkkale, İzmit, Aliağa ve Batman rafinerilerine ait farklı penetrasyon sınıfındaki bitümler üzerinde bitüm performans şartnamesinin öngördüğü dönel viskozite, döner ince film halinde ısıtma, basınçlı yaşlandırma kabı, dinamik kesme reometresi ve kiriş eğilme reometresi deneyleri yapılarak hem bitümlü sıcak karışım (BSK) tabakasında kullanılacak bitümlerin performans sınıfları (PG), hem de sathi kaplamada kullanılacak bitümlerin performans sınıfları (SPG) bulunmuştur. Ayrıca, bu bitümlerin SBS ve Elvaloy olmak üzere iki faklı katkı malzemesi ile modifiye bitümleri hazırlanarak performans sınıfları bulunmuş, böylece modifikasyonun hangi oranda performansı iyileştirdiği de tespit edilmiştir. Aynı zamanda, Karayolları Genel Müdürlüğü yol ağında yer toplam 11 279 km uzunluğundaki önemli devlet yolları ve otoyollardan oluşan bir kesimin meteorolojik istasyon verilerine göre ortalama maksimum 7 günlük sıcaklıkları ve minimum sıcaklıkları bulunmuş, %70 ve %98 güvenilirlikte kaplama sıcaklıkları hesaplanarak, hem bitümlü sıcak karışım hem de sathi kaplama için bu yollarda kullanılması gereken bitüm performans sınıfları ve bu sınıflamaya karşılık gelen rafineri bitümleri belirlenmiştir.

Abstract:
The performance of the road pavements which constitute a substantial amount of highway costs depends largely on the convenience of the grade of the bitumen used in hot mix asphalt (HMA) to the prevailing traffic and climatic conditions. Bitumen grading system in use in Turkey is the penetration system and the selection of the bitumen grade is done on the basis of empirical experiences. A newly developed grading system, namely SUPERPAVE binder grading system enables to test the rheological properties of binder directly related to the performance of pavements with respect to rutting at high temperatures, fatigue cracking at intermediate temperetures and thermal cracking at low temperatures. Additionally, Texas Department of Transportation developed a performance-graded binder specification for surface treatments (SPG) where different distress types such as bleeding and aggregate loss are considered. The performance grading system, in contrast to conventional grading systems, is applicable to the polimer modified bitumens as well. In the thesis, a series of tests including rotational viscosity, rolling thin film oven, pressure aging vessel, dynamic shear rheometer and bending beam rheometer tests in accordance with the requirements of SUPERPAVE binder specification was conducted on the bitumens of Kırıkkale, İzmit, Aliağa and Batman refineries processing petroleum into the bitumen in Turkey. In this way, the performance grades of the neat bitumens were determined for both hot mix asphalts and surface treatments. Furthermore, the refinery bitumens were modified with two types of polimers, SBS (styrene-butadiene-styrene) and Elvaloy and the performance grades of the modified bitumens and the extent of the performance enhancement due to modification were ascertained. Besides, extreme air and pavement temperatures (average 7 days maximum and average 1 day minimum air and pavement temperatures) for %70 and%98 reliability using the data of the meteorological weather stations in Turkey were calculated in a selected road network of total length of 11 279 km under the responsibilty of General Directorate of Turkish Highways and it was designated what performance grade has to be used and corresponding refinery bitumens.