Pirina’nın Bitümün Fiziksel ve Mikroyapısal Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, biyokütlesel bir atık olan pirina’nın bitümün fiziksel ve mikroyapısal özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, B 160/220 penetrasyon sınıfı saf bitüme, ağırlıkça %5, %10, %15 ve %20 oranlarında pirina ilave edilerek modifiye bitümler elde edilmiştir. Saf ve modifiye bitümlerin fiziksel özellikleri penetrasyon, yumuşama noktası ve düktilite testleri ile belirlenerek sıcaklık hassasiyetleri de tespit edilmiştir. Bağlayıcıların yaşlanma eğilimi veya yüksek sıcaklık ve oksidasyona karşı direnci ise dönel ince film etüvü deneyi (RTFOT) ile belirlenmiştir. Ayrıca, pirina’nın bitümün yapısında meydana getirmiş olduğu mikroyapısal değişimler ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, pirina ilavesiyle bağlayıcıların %15 oranına kadar sertleşme eğiliminin arttığı, daha sonra azaldığı, ayrıca pirina katkısıyla bağlayıcıların bitüm sınıfının değiştiği görülmüştür. Ayrıca, pirina katkısıyla bağlayıcıların sıcaklık hassasiyetlerinin düştüğü ve dolayısıyla yüksek sıcaklığa sahip bölgelerde kalıcı deformasyonlara karşı kullanılabileceği tespit edilmiştir. RTFOT sonuçlarına göre, pirina katkısının bağlayıcıların yüksek sıcaklık ve oksidasyona karşı direncini arttırdığı belirlenmiştir. SEM ve XRD kimyasal analiz sonuçlarına göre ise, pirinanın bitüm içerisinde homojen olarak dağıldığı ve karışımı tek fazlı bir yapı haline getirdiği görülmüştür.

Keywords

• bitüm
• pirina
• modifiye bitüm
• fiziksel özellik
• SEM
• XRD

Effect of Pirina on the Physical and Microstructural Properties of Bitumen

Abstract

In this study, the effect of pirina, a biomass waste, on the physical and microstructural properties of bitumen were investigated. For this purpose, modified bitumens were obtained by adding B 160/220 penetration grade pure bitumen to 5%, 10%, 15% and 20% of pirina by weight. The physical properties of pure and modified bitumens were determined by penetration, softening point and ductility tests, and their temperature sensitivity was also determined. The aging tendency of the binders or their resistance to high temperature and oxidation was determined by the rolling thin film oven test (RTFOT). In addition, microstructural changes caused by pirina in the structure of bitumen were determined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. According to the results, it was observed that the tendency of the binders to harden up to 15% with the addition of pirina, then decreased, and the bitumen class of the binders changed with the addition of pirina. In addition, it has been determined that the temperature sensitivity of the binders decreases with the pirina additive and therefore it can be used against permanent deformations in regions with high temperatures. According to the results of RTFOT, it was determined that pirina additive increased the resistance of binders against high temperature and oxidation. According to SEM and XRD chemical analysis results, it was seen that the pirina was homogeneously dispersed in the bitumen and the mixture became a single phase structure.

Keywords

• Bitumen
• Pirina
• Modified Bitumen
• Physical Property
• SEM
• XRD

References

1. [1] Lavin, P.G. 2003. Asphalt Pavements, Spon Press, London and New York.
2. [2] Ameri, M., Mansourian, A., Ashani, S.S., Yadollahi, G. 2011. Technical study on the Iranian Gilsonite as an additive for modification of asphalt binders used in pavement construction, Construction and Building Materials, Cilt. 25, s. 1379–1387. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.09.005
3. [3] Geçkil, T., Seloğlu, M. 2018. Performance properties of asphalt modified with reactive terpolymer, Construction and Building Materials, Cilt. 173, s. 262–271. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.036
4. [4] Geçkil, T., Önal, Y., İnce, C.B. 2021. Atık PET ile modifiye edilmiş bitümlü sıcak karışımların nem direnci, Politeknik. DOI: 10.2339/politeknik.699662
5. [5] Ahmedzade, P., Fainleib, A., Günay, T., Grygoryeva, O. 2014. Modification of bitumen by electron beam irradiated recycled low density polyethylene, Construction and Building Materials, Cilt. 69, s. 1-9. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.07.027
6. [6] Masad, E., Huang, C.W., Airey, G., Muliana, A. 2008. Nonlinear viscoelastic analysis of unaged and aged asphalt binders, Construction and Building Materials, Cilt. 22(11), s. 2170-2179. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2007.08.012
7. [7] Airey, G.D. 2002. Rheological evaluation of ethylene vinyl acetate polymer modified bitumens, Construction and Building Materials, Cilt. 16(8), s. 473-487. DOI: 10.1016/S0950-0618(02)00103-4
8. [8] Geçkil, T. 2019. Physical, Chemical, Microstructural and Rheological Properties of Reactive Terpolymer-Modified Bitumen, Materials, Cilt. 12, s. 921. DOI: 10.3390/ma12060921

9. [9] Tunç, A. 2007. Yol Malzemeleri ve Uygulamaları, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara.
10. [10] Garcia-Morales, M., Partal, P., Navarro, F.J., Gallegos, C. 2006. Effect of waste polymer addition on the rheology of modified bitumen, Fuel, Cilt. 85(7–8), s. 936-943. DOI: 10.1016/j.fuel.2005.09.015
11. [11] Ismail, Z.Z., AL-Hashmi, E.A. 2008. Use of waste plastic in concrete mixture as aggregate replacement, Waste Management, Cilt. 28(11), s. 2041-2047. DOI: 10.1016/j.wasman.2007.08.023
12. [12] Ozturk, M., Saba, N., Altay, V., Iqbal, R., Hakeem, R.K., Jawaid, M., Ibrahim, F.H. 2017. Biomass and bioenergy: An overview of the development potential in Turkey and Malaysia, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 79, s. 1285–1302. DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.111
13. [13] Main-Knorn, M., Cohen, W.B., Kennedy, R.E., Grodzki, W., Pflugmacher, D., Griffiths, P., Hostert, P. 2013. Monitoring coniferous forest biomass change using a Landsat trajectory-based approach, Remote Sensing of Environment, Cilt. 139, s. 277–290. DOI: 10.1016/j.rse.2013.08.010
14. [14] Nansaior, A., Patanothai, A., Rambo, A.T., Simaraks, S. 2013. The sustainability of biomass energy acquisition by households in urbanizing communities in Northeast Thailand, Biomass and Bioenergy, Cilt. 52, s. 113-121. DOI: 10.1016/j.biombioe.2013.03.011
15. [15] McKendry, P., 2002. Energy production from biomass (part 2): conversion Technologies, Bioresource Technology, Cilt. 83, s. 47–54. DOI: 10.1016/S0960-8524(01)00119-5
16. [16] Goyal, H.B., Seal, D., Saxena, R.C. 2008. Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt. 12, s. 504–517. DOI: 10.1016/j.rser.2006.07.014
17. [17] Demirbaş, A. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals, Energy Conversion and Management, Cilt. 42, s. 1357-1378. DOI: 10.1016/S0196-8904(00)00137-0
18. [18] Rios-Badran, I., Luzardo- Ocampo, I., Garcia-Trejo, J.F., Santos-Cruz, J., Gutierrez- Antonio, C. 2020. Production and characterization of fuel pellets from rice husk and wheat straw, Renewable Energy, Cilt. 145, s. 500-507. DOI: 10.1016/j.renene.2019.06.048
19. [19] Mahmudul Hasan, M.D., Hu, X., Gunawan, R., Li, C.Z. 2017. Pyrolysis of large mallee wood particles: Temperature gradients within a pyrolysing particle and effects of moisture content, Fuel Processing Technology, Cilt.158, s.163–171. DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.12.018
20. [20] Jin, X., Chen-yang, N., Deng-yin, Z., Yan-hui, G., Qi-min, H., Yu-hong, X., Paul, B. 2019. Co-pyrolysis of rice straw and water hyacinth: Characterization of products, yields and biomass interaction effect, Biomass and Bioenergy, Cilt. 127, s. 105281. DOI: 10.1016/j.biombioe.2019.105281
21. [21] Liu, Z., Liu, X., Fei, B., Jiang, Z., Cai, Z., Yu, Y. 2013. The properties of pellets from mixing bamboo and rice straw, Renewable Energy, Cilt. 55, s. 1-5. DOI: 10.1016/j.renene.2012.12.014
22. [22] Obernberger, I., Thek, G. 2004. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour, Biomass and Bioenergy, Cilt. 27, s. 653–669. DOI: 10.1016/j.biombioe.2003.07.006
23. [23] Stelte, W., Holm, J.K., Sanadi, A.R., Barsberg, S., Ahrenfeldt, J., Henriksen, U.B. 2011. Fuel pellets from biomass: The importance of the pelletizing pressure and its dependency on the processing conditions, Fuel, Cilt. 90, s. 3285–3290. DOI: 10.1016/j.fuel.2011.05.011
24. [24] Kwoczynski, Z., Cmelík, J. 2021. Characterization of biomass wastes and its possibility of agriculture utilization due to biochar production by torrefaction process, Journal of Cleaner Production, Cilt. 280, s. 124302. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124302
25. [25] Usmani, Z., Sharma, M., Kumar Awasthi, A., Sivakumar, N., Lukk, T., Pecoraro, L., Kumar Thakur, V., Roberts, D., Newbold, J., Kumar Gupta, V. 2021. Bioprocessing of waste biomass for sustainable product development and minimizing environmental impact, Bioresource Technology, Cilt. 322, s. 124548. DOI: 10.1016/j.biortech.2020.124548
26. [26] Sansoucy R. 1985. Olive by-products for animal feed. FAO Animal Production and Health Paper 43, Rome, Italy.
27. [27] Filya, İ., Hanoğlu, H., Canbolat, Ö., Sucu, E. 2006. Kurutulmuş Pirinanın Yem Değeri ve Kuzu Besisinde Kullanılma Olanakları Üzerinde Araştırmalar 2. Kuzuların Besi Performansı Üzerine Etkileri, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, Cilt. 20(1), s. 13-23. DOI: http://hdl.handle.net/11452/3124
28. [28] Ticaret Bakanlığı. 2019. 2018 yılı zeytin ve zeytinyağı raporu, https://ticaret.gov.tr/data/5d41e59913b87639ac9e02e8/3acedb62acea083bd15a9f1dfa551bcc.pdf (Erişim tarihi: 05.01.2021).
29. [29] Gök, O., Mesutoğlu, Ö.Ç. 2017. Ağır Metallerin Giderimi İçin Düşük Maliyetli Adsorban Olarak Pirina Kullanımı, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt. 32(2), s. 507-516. DOI: 10.17341/gazimmfd.322176
30. [30] Öden, M.K., Şahinkaya, S., Küçükçongar, S. 2017. Colour Removal with Adsorption Process Using Pomace, Cumhuriyet Science Journal, Cilt. 38(4), s. 215-219. DOI: 10.17776/csj.363686
31. [31] Aktaş, A., Özer, S. 2014. Ham Pirina Yağının Biyodizel Potansiyelinin Araştırılması, Süleyman Demirel Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, Cilt. 9(1), s. 132-139. DOI: ISSN 1304-9984
32. [32] Yaşdağ, T., Tekin, A. 2017. Ayçiçek Ve Pirina Yağlarının Kızartma Stabilitelerinin Karşılaştırılması, Gıda, Cilt. 42(2), s. 105-115. DOI: 10.15237/gida.GD16071
33. [33] Kıcı, G.Ö., Saltan, M. 2020. Pirinanın bitüm modifikasyonunda kullanımının araştırılması, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, Cilt. 12(1), s. 1-9.
34. [34] Mazumder, M., Ahmed, R., Ali, A.W., Lee, S.J. 2018. SEM and ESEM techniques used for analysis of asphalt binder and mixture: A state of the art review, Construction and Building Materials, Cilt. 186, s. 313-329. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.07.126
35. [35] AlHumaidan F.S., Hauser, A., Rana, M.S., Lababidi, H.M.S., Behbehanii M. 2015. Changes in asphaltene structure during thermal cracking of residual oils: XRD study, Fuel, Cilt. 150, s. 558-564. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.02.076
36. [36] Hou, Y., Wang, L., Wang, D., Guo, M., Liu, P., Yu, J. 2017. Characterization of Bitumen Micro-Mechanical Behaviors Using AFM, Phase Dynamics Theory and MD Simulation, Materials, Cilt. 10(2), s. 208. DOI: 10.3390/ma10020208
37. [37] Nivitha, M.R., Prasad, E., Krishnan, J.M. 2016. Ageing in modified bitumen using FTIR spectroscopy, International Journal of Pavement Engineering, Cilt. 17(7), s. 565-577. DOI: 10.1080/10298436.2015.1007230