Grafen ve kenevir yağı ile modifiye edilmiş bitüm ve bitümlü karışımların performansının araştırılması
Investigation of the performance of bitumen and bituminous mixtures modified with graphene and hemp oil
Yazar: AHMET OĞUZ DEMİRİZ
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÜNSAL BAYRAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yeni nesil asfalt bağlayıcıların geliştirilmesi için grafenin ve kenevir yağının bitüme katılarak, gelişmiş özellikli modifiye bitüm ve modifiye bitümlü karışım yapılması amaçlanmaktadır. Katkı miktarının optimizasyonu da yapılarak gereksiz ya da fazla katkı kullanımının önüne geçilmesi ve ayrıca bitümlü sıcak karışımların performansını artıracak ve çatlak oluşumunu azaltacak bir tasarım yapılması amaçlanmaktadır.
Yöntem: Taguchi optimizasyon yöntemi kullanılarak 4 parametre 4 seviyeden oluşan bir deney planı hazırlanmış ve bu deney planına uygun olarak üretilen 16 karışım ile bitümün ve bitümlü karışımların fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. 
Bulgular: Elastik geri dönme değerlerinin ortalamaları %5 ile 12,50 arasında değişmiştir. RTFOT kütle kaybı değerlerinin ortalamaları ‱ 27,02 ile 57,48 arasında değişmiştir. Saf bitümün yumuşama noktası değeri 45,50°C iken deney değerlerinin ortalamaları 43,90 ile 48,40°C arasında değişmiştir. Saf bitümün penetrasyon değeri 90,8 iken deney değerlerinin ortalamaları 79,03 ile 140,07 arasında değişmiştir. Marshall stabilite değerleri 911 kg ile 1178 kg arasında değişmiştir. SCB deneylerinde kırılma tokluğu değerleri 16,75 ile 29,45 Mpa√m arasında değişmiştir. SENB deneylerinde kırılma tokluğu değerleri 22,34 ile 31,33 Mpa√m arasında değişmiştir. 
Sonuçlar: MRPI optimizasyonu sonucunda optimum parametre seviyeleri "A2, B2, C4, D2" olarak bulunmuştur. MRPI optimizasyonunda en fazla katkıyı %42,43 oranıyla grafen nanoplatelet ve %28,75 oranıyla kenevir tohumu yağı sağlamaktadır. MRPI optimum parametre seviyelerine göre yapılan doğrulama deney sonuçlarında penetrasyon %14,4, RTFOT sonrası penetrasyon %27,33, yumuşama noktası %4,62, RTFOT sonrası yumuşama noktası %4,53, stabilite %4,83, -20°C SENB kırılma tokluğu %3,43, 0°C SCB kırılma tokluğu %18,03, -20°C SCB kırılma tokluğu %50,84 oranında artmıştır.

Anahtar Kelimeler: GNP, Kenevir Tohumu Yağı, SCB, SENB, Marshall, Taguchi Yöntemi

Abstract:
The aim is to develop advanced modified bitumen and bituminous mixtures by incorporating graphene and hemp oil into bitumen to create next-generation asphalt binders. By optimizing the amount of additives, the objective is to prevent unnecessary or excessive use and design bituminous hot mixtures that enhance performance and reduce crack formation.
Method: Using the Taguchi optimization method, an experimental plan consisting of 4 parameters with 4 levels was prepared. In accordance with this plan, the physical, chemical, and mechanical properties of bitumen and bituminous mixtures produced with 16 different combinations were examined.
Findings: The average values of the elastic recovery ranged from 5% to 12.50%. The average mass loss values from the RTFOT mass loss test ranged from 27.02‱ to 57.48‱. While the softening point of pure bitumen was 45.50°C, the average values from the tests ranged from 43.90°C to 48.40°C. The penetration value of pure bitumen was 90.8, while the average penetration values from the tests ranged from 79.03 to 140.07. Marshall stability values ranged from 911 kg to 1178 kg. In the SCB tests, fracture toughness values ranged from 16.75 to 29.45 MPa√m. In the SENB tests, fracture toughness values ranged from 22.34 to 31.33 MPa√m.
Results: As a result of MRPI optimization, the optimum parameter levels were found to be "A2, B2, C4, D2." In MRPI optimization, the most significant contributions were from graphene nanoplatelets at 42.43% and hemp seed oil at 28.75%. In the confirmation tests based on the MRPI optimum parameter levels, the results showed an increase of 14.4% in penetration, 27.33% in penetration after RTFOT, 4.62% in softening point, 4.53% in softening point after RTFOT, 4.83% in stability, 3.43% in SENB fracture toughness at -20°C, 18.03% in SCB fracture toughness at 0°C, and 50.84% in SCB fracture toughness at -20°C.

Keywords: GNP, Hemp Seed Oil, SCB, SENB, Marshall, Taguchi Method