Bor esaslı kolofan reçineli yeni bir katkı maddesi sentezlenerek asfaltın modifiye edilmesi ve karışım performansının araştırılması
Modification of asphalt by synthesising a new additive with boron-based rosin and investigation of the mixture performance
Yazar: MERVE GÜLFER BOZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞEREF ORUÇ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, ülkemizde önemli rezervi bulunan bor türevlerinden bor oksit ve çam
ağaçlarından elde edilen doğal kolofan reçinesi laboratuvarda kimyasal olarak sentezlenerek yeni bir
katkı maddesi elde edilmiş olup, bu katkının asfalt modifiyeri olarak kullanılabilirliği ve asfalt
bağlayıcı üzerindeki performans özellikleri araştırılmıştır. Çalışmada, elde edilen Bor Oksit ve
Reçine Bileşiğinin (BORB) yapısal karakterizasyonu, FT-IR, SEM, XRD, DSC/TG analiz
yöntemleri ile belirlenerek katkının bağlayıcı ile uyumlu olduğu belirlenmiştir. Çalışmalar için, B
50/70 penetrasyonlu asfalt bağlayıcıya ağırlıkça %0.5, %1, %1.5 ve %3 oranlarında sentez katkı
maddesi eklenerek modifiye bağlayıcılar elde edilmiştir. Saf ve modifiyeli bağlayıcıların fiziksel
özellikleri geleneksel deneyler ile belirlenirken, reolojik özellikleri ise dinamik kesme reometresi
(DSR), dönel viskozimetre (RV), dönel ince film halinde yaşlandırma (RTFOT), basınçlı
yaşlandırma kabini (PAV), kiriş eğme reometresi (BBR) gibi Superpave deneyleriyle belirlenmiştir.
Ayrıca, bağlayıcılara ileri bağlayıcı deneylerinden Çoklu Gerilme Sünme-Geri Kurtarma (MSCR)
ve Lineer Genlik Taraması (LAS) deneyleri de uygulanmıştır. Belirtilen BORB katkı oranlarında
modifiye edilen bitümlü bağlayıcı ile Marshall tasarımına göre karışım numuneleri üretilmiş ve
numunelerin mekanik özellikleri, Marshall Stabilite ve Akma, Dolaylı Çekme Mukavemeti,
Modifiye Lottman, Dinamik Sünme ve Dolaylı Çekme Yorulma deneyleri ile belirlenmiştir.
Elde edilen deney sonuçlarından, BORB katkı miktarı artıkça yüksek sıcaklıklarda bağlayıcı
kıvamının ve tekerlek izi performansının iyileştiği belirlenirken, orta ve düşük sıcaklıklarda katkı
miktarının etkisinin azaldığı tespit edilmiştir. Katkının varlığı ile saf bağlayıcının adezyon ve
kohezyon özelliklerinin iyileştiği, yorulma dayanımının, elastik davranışının arttığı ve sıcaklık
hassasiyetinin azaldığı tespit edilmiştir. Bağlayıcı ve karışımlar üzerine uygulanan deneyler bir bütün
olarak ele alındığında, %1 BORB katkı oranı ile modifiye edilen bağlayıcının fiziksel, reolojik ve
mekanik açıdan en iyi sonuçlara sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
This thesis, a new additive was obtained by chemically synthesising boron oxide, one of the
boron derivatives that our country has an important reserve, and natural colophane resin obtained
from pine trees in the laboratory, and the usability of this synthesis additive as asphalt modifier and
its performance properties on asphalt binder were investigated. The additive was determined to be
compatible with the binder after the structural characterisation of the resulting Boron Oxide and
Resin Compound (BORB) was evaluated by FT-IR, SEM, XRD, and DSC/TG analytical methods.
Modified binders were produced for the study by adding 0.5%, 1%, 1.5%, 1.5%, and 3% by weight
additives to B 50/70 penetration class asphalt binder. While the physical properties of base and
modified binders were determined by conventional tests, their rheological properties were
determined by Superpave experiments such as dynamic shear rheometer (DSR), rotational
viscometer (RV), rotational thin film ageing (RTFOT), pressure ageing chamber (PAV), beam
bending rheometer (BBR). In addition, Multiple Stress Creep-Recovery (MSCR) and Linear
Amplitude Scanning (LAS) experiments were also performed on the binders. Mix specimens were
produced according to the Marshall design with the modified bituminous binder at the specified
BORB additive ratios and the mechanical properties of the specimens were determined by Marshall
Stability and Yield, Indirect Tensile Strength, Modified Lottman, Dynamic Creep and Indirect
Tensile Fatigue tests.
From the experimental results obtained, it was determined that the binder consistency and
rutting performance improved at high temperatures as the BORB additive amount increased, while
the effect of the additive amount decreased at medium and low temperatures. It was found that the
additive's presence enhanced the base binder's adhesion and cohesion capabilities, fatigue strength,
elastic behavior, and temperature sensitivity. When the experiments on the binder and mixtures were
considered as a whole, it was seen that the binder modified with 1% BORB additive rate had the best
physical, rheological and mechanical results.