Farklı atık malzemelerden elde edilen biyo-kömür ile bitüm ve bitümlü sıcak karışımların modifikasyonu
Modification of bitumen and hot mixed asphalt by bio-char obtained from different waste materials
Yazar: MAHYAR YEGANE
Danışman: PROF. DR. PERVİZ AHMEDZADE ; PROF. DR. MESUT TIĞDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tez kapsamında kullanım alanı sınırlı veya olmayan pamuk sapı, vişne, kiraz ve ayçiçek atığından piroliz yöntemi ile elde edilen biyoçarların bitüm modifikasyonunda kullanımını incelemiştir. 
Biyoçar katkıların bitümde fiziksel ve reolojik etkilerini tespit etmek için deneysel analizler gerçekleştirilmiştir. Bağlayıcıların viskozitesi ve aderansını incelemek için penetrasyon ve yumuşama noktası deneyi yapılmıştır. Bu sonuçlardan elde edilen penetrasyon indeksi, bağlayıcıların ısıya karşı hassasiyeti konusunda bilgi vermiştir. Atık katkılı bitümlerin depolama sırasında faz ayrışımını incelemek için depolama stabilitesi deneyi yapılmıştır. Bağlayıcıların asfalt karışımında işlenebilirliği (karıştırma ve sıkıştırma sıcaklığı) dönel viskozite (RV) deneyi ile belirlenmiştir. Superpave şartnamesine göre yüksek sıcaklıklarda bağlayıcıları sınıflandırmak için orijinal (yaşlandırılmamış) ve kısa dönem yaşlandırılmış (RTFOT ile) bağlayıcıların DSR cihazında reolojik analizleri yapılmıştır. Tarımsal atıklar ile modifiye edilmiş bitümlerin farklı iklim ve trafik şartlarında performansını belirlemek için farklı frekans ve sıcaklıklarda kompleks kayma modülü (G*), faz açısı (δ) ve tekerlek izi parametresi (G*/sin δ) sonuçları elde edilmiştir. Dönel ince film etüvü testi (RTFOT) ile bağlayıcıların kütle kayıp oranı elde edilmiştir. Saf ve modifiye edilmiş bitümlerin kalıcı yüklere karşı direnci RTFOT sonrası çoklu gerilmeli sünme geri dönme (MSCR) deneyi ile saptanmıştır. Ayrıca orijinal ve kısa dönem yaşlandırma sonrası penetrasyon ve yumuşama noktası testleri ile kalan penetrasyon ve yumuşama noktası fark sonuçları elde edilmiştir. Uzun dönem yaşlandırmayı temsil etmek amacıyla ve bu yaşlandırma sonrası bağlayıcıların yorulma direncini saptamak için RTFOT kalıntıları kullanılarak basınçlı yaşlandırma kabı (PAV) işlemi gerçekleştirilmiştir. Katlıların bitüm döngü ömründe etkisini araştırmak için doğrusal genlik tarama (LAS) testi yapılmıştır. Elde edilen saf ve modifiye edilmiş bağlayıcıların bitümlü sıcak karışımlarda (BSK) etkilerini incelemek amacıyla öncelikle Marshall tasarım yöntemi ile BSK'da optimum bitüm miktarı tayin edilmiştir. Bu oranda hazırlanan BSK'ların dayanım deneyleri Dolaylı Çekme Esneklik Modülü (ITSM), Dolaylı Çekme Mukavemeti (ITS) ve tekerlek izi deneyi yapılmıştır.
Uygulanan deney planı sonucunda katkı malzemesinde yapılan saf ve modifiye bitümler üzerinde fiziksel ve reolojik deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca, modifiye edilmiş bitümlerin deney sonuçların standartlara uygunluğu tespit edildikten sonra optimum kullanım oranları tavsiye edilmiştir.

Abstract:
Within the scope of the thesis, the use of cotton stalk, cherry, sour cherry and sunflower waste, which has limited or no use, in bitumen modification has been investigated. For this reason, waste material biochar was added to bitumen.
Experimental analyzes were carried out to determine the physical and rheological effects of cotton stalk, cherry, sour cherry and sunflower waste on bitumen. Penetration and softening point experiments were performed to examine the viscosity and adherence of the binders. The penetration index obtained from these results gave information about the heat sensitivity of the binders. Storage stability test was carried out to examine the phase separation of waste-added bitumen during storage. The workability of the binders in the asphalt mixture (mixing and compaction temperature) was determined by the rotational viscosity (RV) test. In order to classify binders at high temperatures according to Superpave specification, rheological analyzes of original (unaged) and short-term aged (with RTFOT) binders were performed in DSR device. Complex shear modulus (G*), phase angle (δ) and rutting parameter (G*/sin δ) results were obtained at different frequencies and temperatures to determine the performance of bitumen modified with agricultural wastes in different climatic and traffic conditions. The mass loss ratio of the binders was obtained by the rolling thin film oven test (RTFOT). The resistance of neat and modified bitumen to permanent loads was determined by the post-RTFOT multiple stress creep recovery (MSCR) test. In addition, the residual penetration and softening point difference results were obtained with the original and short-term aging penetration and softening point tests. In order to represent long-term aging and to determine the fatigue resistance of these binders after aging, pressure aging vessel (PAV) treatment was performed using RTFOT residues. Linear amplitude sweep (LAS) test was conducted to investigate the effect of sunflower and cotton stalk on the bitumen life cycle. In order to examine the effects of the obtained pure and modified bitumen in bitumen hot mixes (BHM), first of all, the optimum amount of bitumen in BHM was determined by Marshall design method. The strength tests of BHM's prepared at this ratio were examined by Indirect Tensile Strength Modulus (ITSM), Indirect Tensile Strength (ITS) and rutting tests.
As a result of the applied experiment plan, the physical and rheological test results on neat and modified bitumen were compared. In addition, optimum usage rates of modified bitumen were recommended after the test results were determined to comply with the standards.