1

1.GİRİŞ

İçinde bulunduğumuz çağ bazı kimyacılara göre ‘plastik çağı’ olarak

adlandırılmaktadır.Çok geniş kullanım alanı ve aynı zamanda çok

fonksiyonel olan plastik malzemeler ve türevleri günlük hayatımızın bir

parçası haline gelmiştir.Petrokimya sanayinin 1920’li yıllardan itibaren

çok hızlı bir ilerleme göstermesi çok çeşitli plastik malzemeler üreterek

bunları toplumun ana tüketim maddelerinden biri yapmıştır.

Sentetik polimerlerin ticari boyutlarda üretiminin başlamasından önce

insanlar; giyinme ve dokuma amaçlı gereksinimlerini yün,pamuk,jüt,

keten türü doğal liflerden sağlamışlar.Günlük hayatta yararlandıkları

eşya ve malzemelerin yapımında çelik,cam,odun,taş,tuğla,çimento gibi

maddeler kullanmışlardır.

1920’lerden başlamak üzere özellikle 2.Dünya Savaşı’ndan sonra,

insanlar tarafından yapılmış ürünlerin çeşitliliğinde belirgin bir artış

gözlenir.Bunun nedeni polimer kimyasındaki gelişmelere bağlı olarak

değişik plastik,lif, elastomer türlerinin sentetik yöntemlerle üretilmesi ve

kullanıma sunulmasıdır.

Temel yapıları polimer olan bu malzemelerin,insanların yaşamlarını

kolaylaştırıcı etkileri günümüzde de hızla sürmektedir.Örneğin Kevlar

ve Nomex karışımından kurşun geçirmez yelekler yapılmakta,optik

özellikleri camdan iyi olan poli(metil-metakrilat)’tan yeterli ışık

geçirgenliğine sahip 33 cm kalınlığına kadar levhalar

hazırlanabilmektedir.

Polimerler hafif,ucuz,mekanik özellikleri çoğu kez yeterli,kolay

şekillendirilebilen değişik amaçlarda kullanıma uygun dekoratif,

kimyasal açıdan inert ve korozyona uğramayan maddelerdir.Bu üstün

özelliklerinden dolayı,yalnız kimyacıların değil;makine,kimya,

inşaat,tekstil,endüstri ve fizik mühendisliği gibi alanlarda çalışanların da

ilgisini çeken materyallerdir.Tıp,biyokimya,biyofizik ve moleküler

biyoloji açısından da polimerlerin önemi büyüktür.

2

Bu değerlendirmeler ışığında polimer kimyası, kimya yanında yukarıda

sözü edilen çoğu bilim alanını kapsayan ayrı bir bilim disiplini olarak

gözükmektedir.Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer teknolojisi

büyüme hızı %10’dan fazladır.

Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer üretiminin 300-400 milyon

ton olması ve polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda diğer

malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması

beklenmektedir.

Polimerlerin kullanım alanlarının bir tanesi de yol kaplamalarıdır. Asfalt

beton kaplamaların yapımı oldukça pahalıdır ve gerek proje gerekse

yapım aşamasında çok dikkatli davranılmalıdır.Bununla birlikte bilhassa

sıcak iklimlerde bitümlü malzemenin rijitlik modülü ve sürtünme

katsayısında azalma problemi vardır.Konu ile ilgili yapılan çalışmalarda

problemlerin kısmen elimine edilmesi için asfalt betonuna polimer

katkısı uygun görünmekte ve katkı olarak kullanılmaktadır.Deneyler

sonucunda asfalt betonu ve polimer karışımı ile edilen malzemelerin

asfalt betonuna nazaran daha dayanaklı olduğu görülmüştür.İyi bir

bağlayıcı ve yapıştırıcı özelliği olan polimerler agrega ile karıştırılıp

doğrudan yol kaplamalarında veya asfalt betonuna ilave edilerek

kullanılmaktadır.

Dünya genelinde ,trafiği az olan yerlerde yapımı ekonomik olduğu için

sathi kaplama kullanılırken,trafiği fazla olan ve önemli bağlantı

yollarında sıcak karışım asfalt betonu kullanılmaktadır.Yollar

projelendirilirken 20-25 yıllık bir hizmet ömrü süresince üzerindeki

trafiği uygun şekilde taşıması arzu edilir. Bu süre zarfında yol üzerindeki

trafik şartlarının ve iklimsel etkilerin sonucu olarak yolda çeşitli

yıpranma ve bozulmalar olmaktadır.

Bunların en önemlileri tekerlek izi oluşması, düşük sıcaklık çatlakları ve

yorulma kırılmasıdır. Bu olumsuz durumlar kaplamanın istenilen ölçüde

hizmet verememesine ve hizmet ömrünün kısalmasına neden

olmaktadır.Bu tür sorunların üstesinden gelmek için inşaat mühendisleri

çeşitli arayışlara girişmiştir.Bir kısım araştırmacılar farklı tasarım

metodlarına yönelmişken,bazılarıda sıcak karışımı modifiye etme yoluna

gitmişlerdir.

3

Modifiye asfalt karışımlar günümüzde önemli ölçüde artış

göstermektedir. Modifiye malzemeler, bazen sıcak karışımın bütününe

katılırken, bazen de sadece bitüme katılmak suretiyle kullanılmaktadır.

Geleneksel bitüm bağlayıcılarının performansını arttırmak için sentetik

polimerlerin kullanımı 1970‟lerin başlangıcına kadar uzanır.Bu

bağlayıcılar sonradan sıcaklık duyarlılığını azaltırken,kohezyon ve

akıcılığı arttırmıştır.

2. Polimerler

Polimer sözcüğü,eski Yunancada çok anlamına gelen poli ve parça

anlamına gelen (ve mer olarak kısaltılan) meros kelimelerinden

türetilmiştir.Birden fazla mer’in (molekülün) ısı ve basınç altında

birleşerek uzun zincirlerin meydana gelmesiyle polimer oluşur.Tek bir

polimer molekülünde binlerce,hatta milyonlarca ünite olabilir.

En basit tanımıyla çok sayıda aynı veya farklı atomik grupların kimyasal

bağlarla az veya çok düzenli bir biçimde bağlanarak oluşturduğu uzun

zincirli yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerdir.Çoğu polimerler karbona

dayanır ve bu nedenle organik kimyasal madde olarak kabul edilir.

Tabii veya sentetik olarak elde edilen polimerler uzun zincirli moleküler

yapısından dolayı kolayca işlenebilir özelliğe sahiptir.Petrol ürünü olan

sentetik polimerler plastik madde üretiminde yaygın olarak

kullanılmaktadır.Plastikler fiziksel özellikleri açısından üç sınıfa

ayrılırlar;termoplastikler,termosetplastikler ve elastomerler.

Termoplastikler;ısıtıldıkları zaman yumuşar ve kolay şekil

verilebilir.İstendiğinde tekrar ısıtılarak yumaşatılabilir.Örnek olarak;

Polietilen, polivinilklorür, polipropilen, polistiren ve naylon.

Termosetplastikler;belirli bir sıcaklığın üzerinde kalıcı sertliğe ulaşırlar

ve tekrar ısıtıldıklarında yumuşamazlar.Örnek olarak;Fenolikler,

epoksiler ve belirli polyesterler

Elastomerler;Doğal lastik (kauçuk) (vulkanize edilmiş) ve tonajları doğal

lastikten fazla olan sentetik lastikler.

Yol kaplamalarında bağlayıcı malzeme olarak kullanılan plastikler

termoplastiklerdir.

4

2.1. Polimerlerin Özellikleri

Metallere ve seramiklere göre daha düşük yoğunluktadırlar.Belirli

polimerler için (tümü değil) iyi dayanım/ağırlık oranı gösterirler.Yüksek

korozyon direnci gösterirler.Düşük elektrik ve ısıl iletkenlik sağlarlar.

Metallere ve seramiklere göre düşük dayanımlıdırlar.Düşük elastisite

modülü (katılık) gösterirler.Servis sıcaklıkları sadece birkaç yüz

dereceyle sınırlıdır.Kuvvet ileten uygulamalarda belirgin bir sınırlama

olabilen viskoelastik özellikler gösterirler.Bazı polimerler güneş ışığına

ve diğer radyasyon formlarına maruz kaldıklarında bozunurlar.

Mühendislikte kullanılan hemen tüm polimerler sentetiktir.Kimyasal

işlemlerle oluşturulurlar.Polimerler, zincir benzeri bir yapı oluşturan ve

makromolekül olarak adlandırılan, çok sayıda küçük molekülün

birleştirilmesiyle sentezlenir.Monomer denilen küçük birimler genellikle,

Etilen C2H4 gibi doymamış organik moleküllerdir.

2.2.Yol Kaplamalarında Kullanılan Polimer Çeşitleri

Bitümlü yollarda kaplama malzemesi olarak asfalt ve agreganın belirli

oranlarda karışımından yapılan asfalt betonu kullanılmaktadır.Son

yıllarda bağlayıcı olarak asfalt yerine polimerlerin(plastik)

kullanılmasıda uygun bulunmuştur.

Asfalt betonu uzun yıllardan beri kaplama malzemesi olarak

kullanıldığından özellikleri bilinmektedir.Ancak bağlayıcı olarak

kullanılmaya başlanan polimer ve polimer betonu üzerinde araştırılmalar

devam etmekte aynı zamanda her geçen gün yeni bir polimer türü

oluşturulmaktadır.

Trafik yoğunluğundan dolayı ve iklim şartlarından ileri gelen

problemlerin giderilmesi için kaplama malzemeleri ve özellikleri

üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır.Bilhassa sıcak iklimlerde ısıdan

ve trafikten gelen etkilerle yol kaplamasında görülen erime ve

kaymaların önlenmesi için asfalt betonuna katkı maddelerinin konulması

görüşü güç kazanmıştır.

Polimer üretimi yapan çeşitli kuruluşlar bu amaç için, çeşitli ticari

isimler altında polimerlerin piyasaya sürmüştür.

5

Shell,dow,du-pont,goodyear ve fina gibi kuruluşlar asfalt betonun

dayanıklığını artıran güçlü elastik maddeleri yapmıştır.Örnek olarak;

a-Shell Chemical Co,’kraton lastiği’ adı altında ,Styrene –lsoprene-

Styrene(SIS),Styrene-Butadiene-Styrene(SBS) ve Styrene – Ethylene –

Butadiene-Styrene(sebs) maddelerini (block copolymers),

b-Du-Pont,Ethylene-Vinly-Acetate’ı (EVA) ’’elvax’’adlı altında,

c-Goodyear,’’ultrapave’’adı altında Styrene-Butadiene Rubber (SBR)

üretmektedirler.

Asfaltta sık kullanılan polimer çeşidi ‘Styrene-Butadiene-Styrene(SBS)’

dir.

3. Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) ’nin Yapısı

Her malzemenin olduğu gibi SBS türü polimerlerin de kendine has bir

yapısı vardır.Bu yapı,onları diğer polimerlerden ayırır.SBS,blok şeklinde

bir polimerdir.Doğrusal polimer durumundaki gibi SBS merkezde

butadien molekülü bloğu ve uçlarında iki styrene molekülüyle

bağlanmıştır.Polimerleşme işlemi sırasında bağların oluşmasıyla

SBS’nin dal haline gelmiş formu meydana gelebilir.

Şekil 1’de lineer ve dallanmış SBS yapısı görülmektedir.

Şekil 1. Çizgisel ve dallanmış SBS.

6

Butadien ve styrenin kimyasal doğası önemli derecede birbirinden

farklıdır.Blok şeklinde polimerleşme işlemi farklı uçlu ayrı bölgelerin

kurulmasına izin verir.Bu bölgeler, sert ve camsı nitelikte olan styrene ve

lastiğe benzeyen durumdaki butadiendir.

Bölgeler arasındaki uyumsuzluk polimer içinde ayrı bir faz oluşmasına

izin verir.Sert polystyren ağındaki ortaya çıkan oluşum, lastik dizilimle

birbiriyle iç bağlantıyı oluşturur.

Şekil 2’de bu bağlantı görülmektedir.

Şekil 2. SBS oluşum safhası.

3.1. SBS’nin Bitümde Katkı Olarak Kullanılması

SBS türü polimerlerin asfalt betonunda ve özellikle bitüme ilave edilerek

katkı malzemesi olarak kullanımı son yıllarda oldukça yaygınlaşmıştır.

Buradan amaç,özellikle bitümün özelliklerini iyileştirmek ve dolayısıyla

asfalt betonunda daha fazla olumlu etki yapmaktır.

7

Bitümün akışkanlık özelliği en önemli özelliklerden biridir.Sıcak

karışımın döküldüğü yerdeki sıcaklık değişimlerinde bitümün

performansının düşmemesi istenir.Bu durum direk olarak asfalt

kaplamanın performansına etki eder.

Bu nedenle bitümün akışkanlık özelliklerinin iyi durumda olmasını

sağlamak için içine çeşitli türde polimer katkı malzemesi katılarak

bitümün performansını yükselten çalışmalar yapılmıştır.

SBS ilavesiyle geliştirilebilen geleneksel asfaltların fiziksel ve

mekaniksel özellikleri belirlenebilir.İki bitüm (A ve B) Rusya ve

Venezuela’dan elde edilerek içine SBS polimer ilave edilmiştir.İki bitüm

benzer yoğunluklara sahip olmasına rağmen parçacık kompozisyonu ve

diğer kimyasal özellikleri birbirinden farklıdır.Bunlar yüksek ve düşük

sıcaklık özelliklerine sahiptir.

Tablo1’de Deneyde kullanılan bitüm özellikleri görülmektedir.

Tablo 1. Deneyde kullanılan bitüm özellikleri.

İki çeşit bitüm kaynağından elde edilen altı grup SBS katkılı bitüm

ağırlıkça üç farklı polimer muhteviyatında kullanıldı.Polimer oranı %

3’ten % 7’ye kadar değiştirildi.Bütün karışımlar 170 ºC ve 185 ºC’de

karıştırıldı.SBS katkılı A bitümü üç farklı grupla isimlendirildi:Temel

bitüm, polimer tip ve polimer içerikli (%5 polimer içeriğinde) bitüm.

8

Şekil 3’de SBS katkılı bitümlerin yapısal biçimleri görülmektedir.

Şekil 3. Çeşitli oranlarda SBS katkılı bitümlerin yapısal şekilleri.

SBS katkılı bitümlerde artan SBS oranıyla penetrasyonda azalma,

yumuşama noktasında artış gözlenmiştir.Penetrasyondaki azalma artan

polimer oranıyla üniform bir şekilde azalmasına rağmen %5 ve %7 gibi

yüksek polimer içeriğinde yumuşama noktasında daha büyük bir artış

gözlenmiştir.Sertlik yani rijitlikteki artışa ilaveten,katkılı bitümlerdeki

artan penetrasyon indeksinde etkili bir azalma gözlenmiştir.Düşük

sıcaklık performansında SBS katkılı A bitümü hafif şekilde daha iyi

göründü. Bununla birlikte B bitümü ters tepki gösterdi.

Tablo 2’de SBS katıldıktan sonra bitüm gruplarındaki değişim

görülmektedir.

9

Tablo 2. SBS katkılı bitümlerin çeşitli özelliklerinin değişim değerleri.

SBS katkılı asfaltların akışkanlık karakteristiği üzerine başka bir çalışma

da Guian Wen ve arkadaşları tarafından yapılmıştır.Üç farklı SBS türü

polimer bitüme ilave edilerek karşılaştırma yapılmıştır.Bu

karşılaştırmada sülfür kullanılmıştır.Bunun için gerilme kontrollü bir

reometre cihazından faydalanılmıştır.30-100 ºC sıcaklık aralığında sabit

frekansda ve değişken gerilimde bir sıcaklık tarayıcısı kullanılmıştır.

Yaklaşık 1gr numune plaka üzerine yerleştirilmiştir.Numune akma

sıcaklığına kadar ısıtıldıktan sonra üst paralel plaka numuneye indirildi

ve numune ayarlandı.Son aralık 1.2 mm’ye kadar ayarlandı. Bütün

numuneler sabitlendi ve 10dk sıcaklığa maruz bırakıldı. Daha sonra

sıcaklık 2 ºC artışlarla değiştirildi.Çeşitli viskoelastik parametreler

yazılım tarafından otomatik olarak belirlendi.

Tablo3’de sülfür ilaveli SBS katkılı bitümün sıcaklık değişimi

görülmektedir.

Tablo 3. Sülfür ilaveli SBS katkılı bitümün sıcaklık değişimi.

10

Aşağıdaki Şekil 4’de sülfür ilaveli SBS katkısının bitümlerin reolojik

özelliklerine etkisi görülmektedir.

Şekil 4. Sülfür ilavesinden önce (a) ve sonra (b) SBS katkısının bitümün

reolojik özelliklerine etkisi.

Elde edilen sonuçtan SBS katkısının,bitümün reolojik özellikleri

üzerinde güçlü bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.Bu etkide sülfür

seviyesinin önemli bir etkisi vardır.Artan sülfür değerleri katkılı

bitümlerdeki yoğunluğu arttırdı ve dolayısıyla bitümün reolojik

özellikleri geliştirilmiş oldu.

3.2. SBS katkılı bitümün, asfalt karışımlarının mekanik özellikleri

üzerindeki etkisi

SBS katkılı bağlayıcılarla yapılan karışımların mekanik özelliklerinin

bilinmesi,onların kullanımı için son derece önemlidir.Bu konuda birçok

çalışma yapılmıştır.

Karışımda kulanılacak bitüm hazırlanırken 60/80 penetrasyonlu asfalt ve

bunun ağırlığına göre % 0,3,5,7,9 ve %12 oranlarında SBS katıldı. Her

oran için 3 adet deneme numunesi hazırlandı.

11

Karışım numuneleri 190±10 ºC’de yüksek kesme tip mikser ile

karıştırıldı.Daha sonra bu deneme numunelerinden karışımın çeşitli

mekanik özellikleri belirlendi.Bunlar tekerlek izi testi, yorulma testi,

dinamik stabilite testi v.s. dir.

Aşağıdaki Şekil 5’de 45 ve 60 dakikadaki tekerlek izi testi ile

deformasyon ilişkisi Şekil 6’da ise SBS yoğunluğu ile dinamik stabilite

arasındaki ilişki görülmektedir.

.

Şekil 5. Zaman-deplasman eğrisi.

12

Şekil 6. SBS yoğunluğu–dinamik stabilite ilişkisi.

Elde edilen sonuçlardan,SBS yoğunluğunun artmasıyla karışım

özelliklerinde bir iyileşme olduğu gözlenmiştir.Ancak bu iyileşme

durumu,SBS’nin yapısıyla değişiklik göstermektedir.Daha ince SBS

yapılı karışımlar daha iyi sonuç vermektedir.Bir başka çalışmada

aşağıdaki gibi yapılmıştır.

Bu çalışmada 4 farklı bitüm yüzdesindeki (%4.15, %4.65, %5.15,

%5.65) bitüm içine %5 oranında SBS Kraton D1192 katılarak deneme

numuneleri hazırlanmış bu numuneler hem Marshall hem de Superpave

metodlarına uygun olarak sıkıştırılmıştır.Sıkıştırılan numunelerin

mekanik özelliklerini belirlemek için standart olan testler yapılmış ve

sonuçlar elde edilmiştir.

Aşağıdaki Şekil (7, 8, 9, 10, 11, 12)’de %5 SBS katkısıyla elde edilen

numunelerin sırasıyla %AC için pratik birim ağırlık,stabilite,boşluk

yüzdesi,asfaltla dolu boşluk yüzdesi,agregalar arası boşluk yüzdesi ve

akma ilişkisi görülmektedir.

13

Şekil 7. %AC – Pratik Birim Ağırlık İlişkisi.

Şekil 8. %AC – Stabilite İlişkisi.

14

Şekil 9. % AC – Boşluk Yüzdesi İlişkisi.

Şekil 10. % AC - %Vfa İlişkisi.

15

Şekil 11. % AC - %VMA İlişkisi.

Şekil 12. %AC – Akma İlişkisi.

16

Elde edilen sonuçlardan görülmüştür ki, Superpave numunelerinin akma

değerleri Marshall’a göre daha fazladır.Katkılı Marshall numunelerinin

akma değerleri katkısız Marshall’a göre fazla değişmezken,Superpave de

katkısız olanlara göre daha düşük akma değerleri elde edilmiştir.Bu

nedenle hem AC’den tasarruf sağlamak hem de nispeten daha rijit

karışımlar elde edilmek istendiğinde katkılı Superpave daha uygundur.

Her iki metod için optimum bitüm yüzdeleri incelendiğinde Kraton

D1192 katkılı olanlar,katkısız olanlara göre daha düşük çıkmıştır.

Superpave numunelerinde katkısız olanlar %4.75 iken katkılıda %4.45’e

düşmüştür. Marshall numunelerinde ise daha belirgin bir düşüş vardır.

Katkısız olanlar %5.36 AC oranında iken,katkılıda bu değer %4.84’e

inmiştir.Katkısız olanlarda Superpave numuneleri Marshall’a göre

%0.61,katkılı olanlarda ise %0.39 daha düşük bitüm yüzdesi

içermektedir.

SBS katkılı bitüm ile yapılan asfalt karışımları genel olarak katkısız

karışımlara göre daha iyi sonuçlar vermiştir.Özellikle yüksek yoğunluklu

SBS ihtiva edenler karışımda daha etkili olmuştur.SBS’nin yapısı da

karışım özelliklerinde etkili olan başka bir husustur.Bitümlerin uzun

süreli depolanmasında SBS katkılı olanlar daha yüksek sıcaklıklarda

korunabilmektedir.

4. Polimer Modifiyeli Bitüm Oluşturma Aşamaları

4.1.Polimer modifiye bitüm(PMB) Üretim Prensipleri Ve

Değirmenin Özellikleri

PMB üretimine polimer ve bitümün özellikleri ve uyumu,üretim prosesi

değirmenin özellikleri gibi parametreler etkili olabilmektedir.Değirmen

polimeri parçalayarak mikronize etmekte,bu esnada yükselen ısı ile

birlikte polimerlerin çözünmesi sağlanmaktadır.Şantiyedeki mevcut

plentin ‘high shear’ homojenleştirme değirmeni, sadece parçalama

değil,gerdirme etkisiyle de homojenizasyona yardımcı olup,

(özellikle,SBS tipi polimer ile çalışılırken, bu polimerin kesilmesi

esnasında açığa çıkan yüksek ısı nedeniyle bitümün özelliğini

kaybetmemesi için) mekanik keçeli tip suyla soğutma sistemi mevcuttur.

17

4.2.Şantiye'de PMB Üretimi

Mevcut asfalt plentine Polimer modifiye bitüm Plenti ilave yerleşimi

sağlanmalıdır.Şantiyede PMB üretim aşamaları aşağıda verilmektedir:

1-Söz konusu plentte, kumanda panosundan pneomatik kontrollü olarak

vana açılarak, bitüm besleme pompası vasıtasıyla, stok tanklarından

minimum 180 °C'de bitüm 4,5m3'lük dikdörtgen kesit U 1 nolu PMB

hazırlama tankına doldurulmaya başlanmaktadır.

2-İstenen seviyeye 50 cm kala dikey karıştırıcılar dönmeye ve bu esnada

bunkere yüklenen polimer helezonlu besleyici ile tanka beslenmeye

başlar. (Polimer, 20 kg torbalarda olup, sayma yöntemi kullanılarak, her

üretimdeki polimer oranı ayarlanır) Kontrol panelindeki enstrümanlar

vasıtası ile seçilen bitüm miktarına ulaşıldığında membranlar seviye

sensörü, mikser içindeki bitüm ile polimer seviyesini okuyarak, kontrol

konsülüne elektrik sinyali gönderir.Seviye ve mikser içindeki karışımın

miktarı dijital göstergeden okunur ve pompa otomatik stop eder.

Mikserin alt vanası açılarak karışım değirmenden geçirilir ve aynı mikser

içinde devridaim yaptırılır.

3-Vanaların açılmasını takiben değirmen besleme pompası ve PMB

homojenleştirme değirmeni devreye girer. Polimer - Bitüm karışımı

değirmenden geçerek diğer tanka gönderilir. Değişken hızlı ve debili bir

pompa olan değirmen besleme pompası hız ayarını PMB değirmeni

amperajına göre çalışan bir inverter yardımıyla yapar.

4-Birinci tanktaki karışım tamamen bittiğinde panodaki elektronik sistem

otomatik olarak işlemi bitirir ve gerekli vanaları açıp kapayarak 2. pası

başlatır.

5-Aynı şekilde ikinci pasın sonunda üçüncü pasa da otomatik geçilir ve

pas işlemi ihtiyaç kadar yapılır.

6-İlk test üretimi dahil bütün paslarda, numune alma çıkışından numune

alınarak laboratuarca incelenir ve üretimin kaç pastan sonra sürekli

yapılacağına karar verilir.

7-En son pas'ta, hazırlanan PMB,değirmenden geçirilerek ara stok

tankına (yatay ve 3 adet kanatlı tip karıştırıcılı) alınır. Günlük üretilen

PMB,stoklanmadan kullanılmaktadır.

18

4.3.PMB Uygulamasında Kullanılan Malzeme Özellikleri

Orijinal bitüm ve PMB özellikleri PMB üretiminde kullanılacak

bitümün,öncelikle,homojen üretim yapan ve hep aynı özellikte bitüm

üretimi yapan rafineriden temini düşünülmelidir.

Bitümün bazı özelliklerinin hem mevcut şartnamelere uygun

bulunmaması hem de kullanılması düşünülen polimer ile iyi uyum

sağlamamasından dolayı bu tür bitümleri kullanımından vazgeçilerek,

ilgili şartnamesine uygun bitüm kullanılmalı.

Şantiye laboratuarında PMB üretimi için 180 – 185 °C 'ta ısıtılan

bitüme,ağırlığının %4,5-%5,0-%5,5 oranlarında katkılar katılarak çeşitli

deneme PMB 'ler üretilir.( PMB numuneleri hazırlanırken plentte 7 pasa

kadar gidilerek gözlemler yapılır, malzemede kaçıncı pastan sonra bir

değişiklik görülmediğinde,değirmenden geçiş pas sayısı olarak

belirlenir.)

4.4.PMB Uygulaması, Karşılaşılan Problemler

Geleneksel ve PMB 'li aşınma tabakası uygulamaları arasındaki en

önemli farklar aşağıda özetlenmiştir:

Geleneksel uygulamada,60/70 kullanıldığında plentten çıkan karışım

140-155 ºC arasında olup,malzemenin serim yerine getirilerek

serilmektedir.Gerekli işlemlerden sonra ilk silindiraj yaklaşık 130° C-

135°C arasında başlamakta ve 80°-90° C arasında tamamlanmaktadır.

Birçok karışımda (özel durumlar dışında)beş pas (silindirin bir gidiş

gelişi bir pas kabul edilerek) yeterli olmaktadır. Sıkışma tamamlandıktan

sonra da düz pas devam edebilmektedir (ütü amaçlı).Bu karışımlarda

lastik tekerlekli silindirler de kullanılmaktadır. Çalışma anında bazen

lokal segregasyonlu,kot hatalı vs bozuk serimler usta el işçiliğiyle

kolayca giderilebilmektedir.

PMB ile hazırlanan karışım uygulamasında ise en önemli konular;

karışımın sıcaklığı, silindirajın başlama bitiş sıcaklığı ve silindir pas

sayısıdır. Karışımın plent çıkışı 185-190 ºC arasında değişmektedir.

(Zaten PMB de hazırlanırken sıcaklık 180-185 ºC arasında olmaktadır.)

19

Karışımın serim yerine gelişi serilmesi vs işlemler hızlı bir şekilde

yapılıp 170-175 ºC arasında silindiraja başlanıp140-145ºC arasında

silindirajın bitirilmesi gerekmektedir.Uygulamanın üç pas (silindirin bir

gidiş gelişi bir pas kabul edilerek) yeterli olmaktadır.İlk pas düz diğer iki

pas vibrasyonlu olarak uygulanabilir. Bu paslardan sonra düz pas devam

edebilir (ütü amaçlı).

Ayrıca PMB’le hazırlanan karışımlarda her hangi bir serim hatasından

kaynaklanan küçük lokal yerlerin tamiri PMB’nin yapısından dolayı

oldukça zor olmaktadır. Burada karışımın sıcaklığı çok önemli yer

tutmakta olup karışımın işlenebilirliği 140 ºC'den daha düşük

sıcaklıklarda kaybolmaktadır.

Gereğinden fazla vibrasyonlu pas kaplamayı yeniden gevşeterek sıkışma

özelliklerini bozmaktadır.

PMB çalışmalarında lastik tekerlekli,silindir kullanılmamaktadır.

Mikroskobik gözlemlerde PMB' de olgunlaşma süresi sonrasında

polimer zengin - 2 fazlı bir sistem görülmektedir.

Orijinal bitümdeki bu yapının, üretilen PMB üzerindeki etkisi

(performans bağlantılı testler ile de) değerlendirildiğinde:Sıcak hava

koşullarına karşı dayanım açısından incelendiğinde, PMB 'nin 50°C 'deki

ZSV değeri orijinal bitüme göre oldukça yükselmiş olup,neredeyse

modifiye edilmemiş 10-15 penetrasyonlu bitüm özelliğini

göstermektedir. Bu durum PMB 'nin kalıcı deformasyonlara karşı daha

dirençli bir yapı oluşturduğunun bir göstergesidir.

Termal çatlamalara hassasiyet açısından Fracture toughness ve Fracture

enerji sonuçlarına bakıldığında ise,PMB'nin 60-70 penetrasyonlu

modifiye edilmemiş bir bitümden minimum %50 daha iyi bir performans

sergileyeceği düşünülebilir.

Bu nedenle,en yüksek ve düşük sıcaklık performansının bir arada

karşılanması gerekli olan yerlerde,PMB üretimine, asfalteni yüksek ve

yapı itibariyle daha sert olan 60-70 penetrasyonlu bitüm yerine daha

yumuşak ve asfalteni daha az orijinal bitüm ile başlanması daha uygun

olacaktır.

20

Uygulama bölgesindeki iklim özellikleri göz önüne alınarak,PMB

üretilen yapılmalı ve o bölge için uygun olduğu test edilmelidir.PMB

üretilerek yapılan karışımlarda sert taş kullanılarak asfalt imalat

yapılması daha iyi sonuçlar vermektedir.

PMB katkıların ülkemizde karışım modifikasyonu için kullanılması

sebebiyle, karışım özelliklerine etkisi bilinmekte, buna karşın bağlayıcı

üzerindeki etkileri tam olarak bilinmemekteydi. Bu nedenle yapılan

çalışmalarda söz konusu katkı maddesinin bitüme katılmasıyla elde

edilen modifiye bitümlerin özellikleri incelenmiş ve bu açıdan katkının

bitümün modifikasyonunda kullanılabilirliği tespit edilmiştir.

Bitümün modifikasyonunda kullandığımız PMB katkıların; katıldıkları

bitümlü bağlayıcının penetrasyon değerlerini düşürmüş ve yumuşama

noktası değerlerini arttırmıştır. Öze1likle karışım sıcaklığının arttırılması

ve daha uzun karıştırma sürelerinde anlamlı sonuçlar vermektedir.

Bu sonuçlardan hareketle, bitümlü bağlayıcının PMB katkıların ile

modifiye edilmesi ile bitümlü bağlayıcıların sıcaklık değişimlerine olan

hassasiyetlerinin azaldığı,dolayısıyla bitümlü kaplamalarda farklı

sıcaklık ve yükleme hızı aralıklarında kalıcı deformasyona ve kırılmaya

karşı mukavemetlerinin artacağı söylenebilir.

Bitümün adezyon özelliklerinin iyileşmesi, kullanıldıkları karışımın

tekrarlı yükler altında yorulma mukavemetinin artmasına, bitümün

agregayı daha iyi bağlaması nedeniyle suyun neden olacağı zararlı

etkilerinin azalmasını sağlayacaktır. Bunlara ilave olarak literatürde

PMB katkıların kullanıldığı karışımların yıpranma ve yaşlanmasına karşı

iyi bir termal direnç gösterdiği belirtilmektedir.

Tüm bu olumlu özelliklerine rağmen, granül PMB katkıların taneleri

1200 devir/dk karıştırma hızında ve 185°C'ye kadarki sıcaklıklarda

bitüm içinde iyi bir dağılım sergilememiş ve bitümlü bağlayıcı içinde

erimeyen granül taneler kalmıştır.

Bunun nedeni PMB katkıların muhtemelen bitümden daha düşük

yoğunluğa sahip olmalarıdır.Dolayısıyla PMB katkıların ile bitüm

modifikasyonunda,serme sıcaklıklarında homojen bir dağılım elde

edilememektedir.Karıştırma sıcaklığı ve süresi arttırılmalıdır.

21

Tablo 4. Modifiye Asfalt İçin Katkı (Modifer) Maddeleri

22

Tablo 5. Bitüm Katkı Maddelerinin Genel Sınıflandırılması

23

Tablo 6. Bitüm Modifikasyon Tipleri

Tablo 7. Başlıca Fiber Malzemeler

24

Tablo 8. Değişmiş Sonuç Özellikleri İle Bazı Yaygın Kullanılan

Modifiyeler

25

5.Plastik Atıklar

5.1. Önemi ve Miktarı

İmalatın kolay ve ekonomik olması,aynı zamanda kullanma alanının çok

geniş olması nedeni ile,plastik malzemeler günlük yaşantımızın ayrılmaz

bir parçası haline gelmiştir.Günlük hayatımızda bol ve çok çeşitli

yerlerde kullanımından dolayı ,büyük miktarlarda plastik atıklar ortaya

çıkmıştır.Ülkemiz karayollarının ve şehir içi yollarının büyük

çoğunluğunda bitümlü kaplama kulanıldığı ,bu kaplamaların yer yer kısa

zamanda bozularak şehir konforunu düşürdüğü ve büyük bakım

masraflarına yol açtığı bilinmektedir.Bundan dolayı atık plastik madde

malzeme içeren plastik donatılı bitümlü karışımlarda bu soruna

ekonomik çözüm getirmek mümkün olabilir.

5.2. Plastiklerin Yol Kaplamasında Kullanılması

Bütün plastiklerin ortak özellikleri,bitümlü karışımlardan daha yüksek

mekanik bir dirence sahip olmalarıdır.Plastiklerin bu özellikleri dikkate

alınarak,atıkları değerlendirip yok etmek amacıyla asfalt betonu içine

katılarak yol kaplamalarında kullanılması öngürülmüştür.Asfalt betonu

içine plastik madde katılması plastiğin kimyasal yapısına,boyutlarına ve

fiziksel özelliklerine bağlı olarak üç etki yaratır.

Şekil 13’de görüldüğü üzere;

Şekil 13. Plastik donatılı asfalt betonunun yapısı

26

a-Bağlayıcı etkisi: Plastik maddenin bağlayıcı içinde çözülmesinin veya

erginmiş halde yayılmasının sonucu olarak bağlayıcının viskozitesi

(akışkanlığa karşı direnç) artmaktadır.

b-Donatı etkisi: Yeterli rijitlikte ve boyutta olan plastik şerit veya

teller,asfalt betonu içinde rastgele dağılmakta ve sıkıştırılmakla birlikte

malzeme boşluk oranı azalmakta daha sonra karışımın soğuması

sırasında sertleşerek başlangıçtaki yüksek direnci kazanmakta ve bunun

sonucu olarak donatı etkisi doğmaktadır.

c-Agrega etksi:Parçalanma esnasında oluşan büyük parçacıkların

boşlukları doldurması agrega etkisi yapmaktadır.

Asfalt betonuna atık plastik madde katarak,önce laboratuvarda sonra yol

deneme planşları üzerinde yapılan araştırmalarda aşağıdaki sonuçlar elde

edilmiştir.

1-Yeni karışım ısı değişiminden daha az etkilenmekte

2-Suya karşı direnci artmakta,

3-Kolay işlenebilir ve sıkışabilir olmakta,

4-Bitümlü karışımlarda,bütün evsel plastik atıklar yıkamaya ve seçip

ayırmaya gerek kalmadan kullanılabilmekte,

5-Karışıma %0.3-0,5 oranında plastik madde katılmasıyla 60-70

penetrasyonlu asfalt kullanılması karışımın 10-20 ºC daha az

ısıtılmasıyla enerji tasarrufu sağlamaktadır.

6. Plastik Asfalt Betonunun Stabilitesine Etkisi

Plastiğin karışıma etkisi granüler ve şerit halinde madde olmak üzere iki

şemada ele alınmıştır.

6.1. Karışıma Granüler PVC Katılması

Granüler haldeki pvc karışıma ağırlıkça %2,4,6,8 oranlarında

katılmıştır.Plastik oranı %2 için 15,30,45,60 dakika aralıklarla sıcak

bekletilme süresi etkisi incelenmiştir.

27

Katkısız asfalt betonu 60 dakika sıcak bekletilme süresi sonunda deneye

tabi tutulmuştur.Plastik oranının ve sıcak bekletme süresinin stabiliteye

ve akmaya etkisi,Şekil 14’de görülmektedir.Deneylerde;

-Plastik oranı %4 iken stabilite en büyük değere ulaşmıştır.(Şekil 14.a)

-Sıcak bekletme süresi arttıkça stabilite artmıştır.(Şekil 14.b)

-Plastik oranı arttıkça akma artmaktadır.(Şekil 14.c)

-Plastik oranı arttıkça rijitliğin azaldığı ancak plastik oranı %2 için

katkısız asfalt betonuna oranla rijitlik daha fazla değer almaktadır.(Şekil

14.d)

Şekil 14. Plastik oranının ve sıcak bekletme süresinin stabiliteye ve

akmaya etkisi

28

6.2 Karışıma Şerit Plastiklerin Katılması

Plastik şerit uzunluğu,oranı ve sıcak bekletme süresinin stabiliteye ve

akmaya etkisi,Şekil 15’de görülmektedir.Deneylerde;

-Şerit uzunluğu 3 cm civarında stabiltenin maksimum olduğu

gözlenmiştir.(Şekil 15.a)

-Plastik oranı arttıkça stabilite azalmıştır.Ancak plastiksiz asfalt

betonuna göre tüm oranlar için stabilitenin daha büyük olduğu

görülmüştür.(Şekil 15.b)

-Sıcak bekletme süresi arttıkça akma azalmış fakat plastiksiz asfalt

betonuna göre akma daha yüksek görülmüştür.(Şekil 15.c)

-Sıcak bekletme süresi artııkça stabilite ve rijitlik oranı artmıştır.(Şekil

15.d)

Şekil 15. Plastik şerit uzunluğu,oranı ve sıcak bekletme süresinin

stabiliteye ve akmaya etkisi

29

7.Sonuç

Polimer katkılı asfalt betonu,normal asfalt betonuna göre daha iyi

neticeler vermiştir.Böylece asfaltta meyana gelen birçok problemleri

elimine edilmesi mümkündür.Örneğin yapılan deneylerde asfalt 0 ºC’de

kırılırken,polimer katkılı asfalt -10 ºC de kırılmıştır.Aynı asfalt 100º’de

ve 75º eğimde 5 saatte 100 mm akarken polimer katkılı asfalt aynı

şartlarda sadece 2 mm akmıştır.

Bütün bu avantajlara rağmen,araştırmacılar şu konuların üzerinde

titizlikle durmaktadırlar.

a-Polimer katkılı asfalt bazı agregalara düz asfalt kadar iyi yapışabilir

mi?

b-Polimer katkılı asfalt betonu yolun ömrünü kısaltabilir mi ?

Bazı durumlarda,polimer ile asfaltın arasındaki reaksiyonlar pek

bilinmemektedir.Bazı karışımlar daimi karıştırma isterken bazen de fazla

karıştırılmada yuvarlak kümeler meydana gelebilmektedir.

Bazıları sıcaklığa karşı hassas olabilir.Bundan dolayı polimer seçimi

yapılırken özelliklerinin iyice araştırılması gerekir.Asfalt betonuna

polimerlerin ilave edilmesiyle asfalt betonunun iklime ve kaymaya olan

direnci artırılır.Yalnız polimerlerin asfalt betonu ile karıştırılması

güçtür.Bunu ortadan kaldırmak için polimer,bir miktar asfalt betonu ile

karıştırılıp daha sonra kullanılmak üzere bekletilir.Sonra bu karışım

belirli oranda asfalt betonu ile karıştırılarak kullanılır.Dolayısıyle bu

karışım yol yapısını sıcağa ve soğuğa karşı daha dayanıklı kılmakta ve

kontrolü de daha kolay olmaktadır.Yapılan deneyler sonucunda şu

sonuçlar elde edilmiştir;

-Asfalt betonu içerisine atık plastik katarak stabilitesinin ve rijitliğini

artırmak mümkündür.Ancak plastik maddenin elde edilen malzemenin

akmasını artırdığı bir gerçektir.

-Elde edilen karışımı,belirli bir süre (örneğin;45 dakika) sıcak bekletmek

suretiyle karışımın stabilitesini ve rijitliğini önemli ölçüde artırmak

mümkündür.Aynı zamanda malzemenin akması da kısmen azalmaktadır.

30

-Plastik atık oranı ve şerit boyutları,kullanılacak malzemeye göre

laboratuvar çalışmaları ile belirlenmelidir.Optimum oran,maksimum

stabilite ve rijitlikte değerini veren oran olmalıdır.Akma değeri kabul

edilen sınırın içinde kalmalıdır.

Yapılan literatür araştırmaları ve deneyler neticesinde asfalt betonuna

plastiklerin belirli oranlarda katılmasıyla asfalt betonu stabilitesinin

arttığı kesinlik kazanmıştır.Fakat bilhassa atık plastiklerin asfalt

betonunda kullanılıp uygulamaya konulması ve sonuçları hakkında kesin

bir çalışma bulunmamaktadır.Atık plastiklerin,karayolu kaplamalarında

değerlendirilerek bertaraf edilmesini uygulamada görebilmek için,trafiğe

açık yolların bir bölümünde uygulamaya konulması gerekir.

31

KAYNAKÇA

Ajour AM. 1981. Several Projects, several types of surfaces. Bull

LCPC ; 113:9-21. Ref. 2589.

Brule B, Brion Y, Tanguy A. 1988. Paving asphalt polymer

blends:relations between composition, structure and properties.

Proc Assoc Asphalt Paving Technologists ;47:41-64.

King GN, King HW, Chaverot P, Planche JP, Harders O. 1993.

Using Europan Wheel-tracking and restrained tensile tests to

validate SHRP performance-graded binder specifications for

polymer modified asphalts. Proc Fifth Eurobitume Congress,

Stockholm;1A(1.06):51-5.

Bull AL, Vonk WC. 1984. Thermoplastic rubber/bitumen blends

for roof and road. Shell chemical technical manuel TR 8; P.15.

Emery, S.j. and O‟Connel,J, 1999. Development of a High

Performance SBS modified binder for production. CAPSA.

X. Lu, U. Isacsson, 1997, Rheological characterization of styrene-

butadiene-styrene copolymer modified bitumens, Const. Building

Mater. 11- 23.

Gordon D. Airey, 2003, Rheological Properties of Styrene

Butadiene Styrene Polymer Modified Road Bitumes, Elseiver,

Fuel.

Guian Wen, Yong Zhang etc, 2001, Rheological Characterization

of Storage-Stable SBS-Modified Asphalts, Elseiver, Polymer

Testing.

Akiyoshi Hanyu, Sadaharu Ueno etc, 2005, Effect of Morphology

of SBS Modified Asphalt on Mechanical Properties of Binder and

Mixture, Journal of Eastern Asia Society for Transportation

Studies, Vol. 6, pp. 1153-1167.

32

Remzi NAMLI, Necati KULOĞLU, Nisan 2007, “Superpave ve

Marshall Yöntemlerinin Deneysel KarĢılaĢtırılması” TMMOB

ĠnĢaat Mühendisleri Odası, Teknik Dergi, Cilt 18, Sayı 2.

Bitumlu kaplamalar uygulama kitabi Yazan Necdet Tosun

Modifiye Bitüm Teknik Sartnamesi KGM

Why more polymers are coming for asphalt,highway & Heavy

Construction,June 1988.

Yüksel,S.,Türkiye’de hurda plastiklerin geriye kazanılması ve

ekonomiye katkısı.Atık yöntemi Sempozyumu,İst.1986

İzmir Büyükşehir Belediyesi,Gübre Fabrikaları Müdürlüğü

30.3.1989 tarih ve313 sayılı resmi yazısı.

Bense,P.,Enrobes armes par dechets de matieres plastiques Bul.de

Liasion de Lab. Des Ponts et Choussees NO:128 Nov-Dec.,1983

http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/plastikmalzeme/Polime

rler

http://akademi.itu.edu.tr/vuralmu/DosyaGetir/65047/ch08-

Polimer-Kompozit.pdf