Atık plastik piroliz ile yapılan taş mastik asfalt ve asfalt betonun işlenebilirliği
Workability of stone mastic asphalt and asphalt concrete made by waste plastic pyrolysis
Yazar: NASRAT JAMAL BEHZAD
Danışman: PROF. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Günümüzde nüfus artışına bağlı olarak artan tüketim ve yaşam standartlarındaki değişim gibi faktörlerden dolayı plastiklerin tüketimi oldukça artmıştır. Bununla birlikte mevcut kaynakların hızlı bir şekilde tüketimi, çevre ve görüntü kirliliği gibi evrensel sorunlara yol açmaktadır. Bu sebeplerden dolayı plastik atıkların geri dönüşümü hem ekonomik hem de çevresel bakımdan büyük önem arz etmektedir. Bu çalışma, atık plastiklerin pirolizi sonucu elde edilen malzemelerin bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır.
Atık naylon poşet plastiklerinden, yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE), alçak yoğunluklu polietilen (AYPE), polietilen tereftalat (PET) ve polipropilen (PP) (ağırlıkça %15 YYPE, %30 AYPE, %30 PET ve %25 PP oranlarında) piroliz edilmiştir. Piroliz işlemi sonucunda elde edilen katı malzeme(NPP) kullanılarak %3 ve %5 oranında modifiye bitümler üretilmiş ve bu modifiye bitümlerle asfalt betonu karışımları hazırlanarak bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde etkileri araştırılmıştır. Çalışmada ayrıca atık plastik polipropilen piroliz ile elde edilen katı malzeme kullanılarak %5 oranında modifiye bitüm üretilmiş, ayrıca SBS katkı maddesi ile %4,5 oranında modifiye bitüm elde edilmiştir. Bu modifiye bitümlerle taş mastik asfalt karışımları hazırlanmış ve bu malzemelerin bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde etkileri araştırılmıştır. Saf (B50/70) ve bütün katkılı bitümlere penetrasyon ve yumuşama noktası deneyleri yapılmıştır. Karışımların optimum bitüm içeriğini (OBİ) belirlemek ve yoğunluk, boşluk oranı, akma ve stabilite gibi özelliklerini değerlendirmek amacıyla Marshall tasarım deneyi gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, Gayrator sıkıştırma makinesi (GSM) kullanılarak karışımların işlenebilirliği değerlendirilmiştir. Asfalt Betonu (AB) için, her üç karışım tipi (Saf, %3NPP ve %5NPP) için 3'er adet numune (OBİ, OBİ+0.5 ve OBİ-0.5) olmak üzere toplamda 9 numune hazırlanmıştır. Aynı şekilde, Taş Mastik Asfalt (TMA) için, her üç karışım tipi (Saf, %5PP ve %4,5SBS) için 3'er adet numune (OBİ, OBİ+0.5 ve OBİ-0.5) olmak üzere toplamda 9 numune, 155℃ karıştırılmış ve 145℃ sıkıştırılmıştır. Bütün numunelerin çapı 15cm olup, 50 devirde sıkıştırılmışlardır. Elde edilen sonuçlar, WI = (1/A)*100 formülü kullanılarak işlenebilirlik indeksleri, 30 ve 50 devirlerinde hesaplanmıştır. NPP içeren sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde pozitif etkisi olduğu gözlemlenmiş ve karışımın işlenebilirliğini artırmak için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Aynı şekilde, PP içeren sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde pozitif etkisi olduğu belirlenmiş ve bu malzemenin katkı maddesi olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Öte yandan, SBS içeren karışımların işlenebilirliği üzerinde belirgin bir etki tespit edilmemiştir.
Günümüzde nüfus artışına bağlı olarak artan tüketim ve yaşam standartlarındaki değişim gibi faktörlerden dolayı plastiklerin tüketimi oldukça artmıştır. Bununla birlikte mevcut kaynakların hızlı bir şekilde tüketimi, çevre ve görüntü kirliliği gibi evrensel sorunlara yol açmaktadır. Bu sebeplerden dolayı plastik atıkların geri dönüşümü hem ekonomik hem de çevresel bakımdan büyük önem arz etmektedir. Bu çalışma, atık plastiklerin pirolizi sonucu elde edilen malzemelerin bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerindeki etkilerini incelemeyi amaçlamaktadır.
Atık naylon poşet plastiklerinden, yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE), alçak yoğunluklu polietilen (AYPE), polietilen tereftalat (PET) ve polipropilen (PP) (ağırlıkça %15 YYPE, %30 AYPE, %30 PET ve %25 PP oranlarında) piroliz edilmiştir. Piroliz işlemi sonucunda elde edilen katı malzeme(NPP) kullanılarak %3 ve %5 oranında modifiye bitümler üretilmiş ve bu modifiye bitümlerle asfalt betonu karışımları hazırlanarak bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde etkileri araştırılmıştır. Çalışmada ayrıca atık plastik polipropilen piroliz ile elde edilen katı malzeme kullanılarak %5 oranında modifiye bitüm üretilmiş, ayrıca SBS katkı maddesi ile %4,5 oranında modifiye bitüm elde edilmiştir. Bu modifiye bitümlerle taş mastik asfalt karışımları hazırlanmış ve bu malzemelerin bitümlü sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde etkileri araştırılmıştır. Saf (B50/70) ve bütün katkılı bitümlere penetrasyon ve yumuşama noktası deneyleri yapılmıştır. Karışımların optimum bitüm içeriğini (OBİ) belirlemek ve yoğunluk, boşluk oranı, akma ve stabilite gibi özelliklerini değerlendirmek amacıyla Marshall tasarım deneyi gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, Gayrator sıkıştırma makinesi (GSM) kullanılarak karışımların işlenebilirliği değerlendirilmiştir. Asfalt Betonu (AB) için, her üç karışım tipi (Saf, %3NPP ve %5NPP) için 3'er adet numune (OBİ, OBİ+0.5 ve OBİ-0.5) olmak üzere toplamda 9 numune hazırlanmıştır. Aynı şekilde, Taş Mastik Asfalt (TMA) için, her üç karışım tipi (Saf, %5PP ve %4,5SBS) için 3'er adet numune (OBİ, OBİ+0.5 ve OBİ-0.5) olmak üzere toplamda 9 numune, 155℃ karıştırılmış ve 145℃ sıkıştırılmıştır. Bütün numunelerin çapı 15cm olup, 50 devirde sıkıştırılmışlardır. Elde edilen sonuçlar, WI = (1/A)*100 formülü kullanılarak işlenebilirlik indeksleri, 30 ve 50 devirlerinde hesaplanmıştır. NPP içeren sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde pozitif etkisi olduğu gözlemlenmiş ve karışımın işlenebilirliğini artırmak için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Aynı şekilde, PP içeren sıcak karışımların işlenebilirliği üzerinde pozitif etkisi olduğu belirlenmiş ve bu malzemenin katkı maddesi olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Öte yandan, SBS içeren karışımların işlenebilirliği üzerinde belirgin bir etki tespit edilmemiştir.

Abstract:
Due to factors such as increasing consumption and changes in living standards associated with population growth, the consumption of plastics has significantly increased in today's world. However, the rapid depletion of existing resources leads to universal issues such as environmental pollution and visual pollution. For these reasons, the recycling of plastic waste is of great importance both economically and environmentally. This study aims to examine the effects of materials obtained from the pyrolysis of waste plastics on the workability of bituminous hot mixtures.
Waste nylon bag plastics, including high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), polyethylene terephthalate (PET), and polypropylene (PP) (weight percentages of 15% HDPE, 30% LDPE, 30% PET, and 25% PP), were subjected to pyrolysis. The solid material (NPP) obtained from the pyrolysis process was utilized to produce modified bitumens at 3% and 5% ratios. Asphalt concrete mixtures were then prepared with these modified bitumens, and the effects on the workability of bituminous hot mixtures were investigated. Additionally, in the study, solid material obtained from the pyrolysis of waste plastic polypropylene was used to produce 5% modified bitumen. Furthermore, 4.5% modified bitumen was obtained with SBS additive. Stone mastic asphalt mixtures were prepared with these modified bitumens, and the effects of these materials on the workability of bituminous hot mixtures were investigated. Penetration and softening point tests were conducted on both pure (B50/70) and all modified bitumens. The Marshall design experiment was conducted to determine the optimum bitumen content (OBC) of the mixtures and to assess their characteristics, including density, void ratio, flow, and stability. As part of the study, the workability of the mixtures was evaluated using the Gyratory Shear Machine (GSM). For Asphalt Concrete (AC), a total of 9 samples were prepared, including three mixture types (Pure, 3%NPP, and 5%NPP) with three samples each (OBC, OBC+0.5, and OBC-0.5). Similarly, for Stone Mastic Asphalt (SMA), a total of 9 samples were prepared, including three mixture types (Pure, 5%PP, and 4.5%SBS) with three samples each (OBC, OBC+0.5, and OBC-0.5), mixed at 155℃ and compacted at 145℃, all with a diameter of 15cm and compacted at 50 gyrations. The results were interpreted by calculating the workability indices using the formula WI = (1/A)*100 at 30 and 50 gyrations. NPP-inclusive hot mixtures demonstrated a positive impact on workability, suggesting its potential use to enhance the mixture's workability. Similarly, it was observed that PP-inclusive hot mixtures exhibited a positive effect on workability, indicating the material's suitability as an additive. However, SBS-inclusive mixtures did not show a significant impact on workability.