Determination of the effect of palm kernel powder on the average mixing and compaction temperatures of bituminous binders

Abstract

In this study, the effect of date kernel powder, an agricultural residue, on the conventional and workability properties of bituminous binders were investigated. For this purpose, modified binders were prepared by adding date kernel powder (DKP) to B 50/70 pure binder at the rates of 5%, 10%, 15% and 20% by weight. All binders were subjected to softening point, penetration, ductility and rotational thin film oven (RTFO) tests to determine the conventional properties. Rotational viscometer (RV) test was applied on the binders to determine the workability properties. In addition, penetration index (PI) values were calculated to determine the effect of DKP on the heat sensitivity of the binders. As a result of the tests, it was observed that the hardness and PI values of the binders gradually increased with the addition of DKP, and the elongation ability began to decrease. However, it was observed that the mixing and compaction temperatures of the binders gradually increased as the DKP addition rate increased. As a result, it was observed that date kernel powder, an agricultural residue, has a positive effect in improving the characteristic properties of bituminous binders.

Keywords

• Bitumen
• Date kernel
• Agricultural waste
• Modified bitumen
• Conventional property
• Viscosity

Hurma çekirdeği tozunun bitümlü bağlayıcıların ortalama karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıkları üzerindeki etkisinin belirlenmesi

Öz

Çalışmada, tarımsal bir artık olan hurma çekirdeği tozunun bitümlü bağlayıcıların konvensiyonel ve işlenebilirlik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, B 50/70 saf bağlayıcı içerisine ağırlıkça %5, %10, %15 ve %20 oranlarında hurma çekirdeği tozu (HÇT) eklenerek modifiye bağlayıcılar hazırlanmıştır. Konvensiyonel özellikleri tespit etmek için tüm bağlayıcılar yumuşama noktası, penetrasyon, düktilite ve dönel ince film etüvü (RTFO) testine maruz bırakılmıştır. İşlenebilirlik özelliğini tespit edebilmek için ise bağlayıcılar üzerinde dönel viskozimetre (RV) testi uygulanmıştır. Ayrıca, HÇT’nin bağlayıcıların ısıya karşı duyarlılığı üzerindeki etkisini belirleyebilmek için ise penetrasyon indeksi (PI) değerleri hesaplanmıştır. Testler sonucunda, HÇT katkısıyla bağlayıcıların sertliğinin ve PI değerlerinin giderek artış gösterdiği, uzama kabiliyetinin ise azalmaya başladığı görülmüştür. Bununla birlikte, HÇT katkı oranı arttıkça bağlayıcıların karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarının da giderek artış gösterdiği görülmüştür. Sonuç olarak, bir tarımsal artık olan hurma çekirdeği tozunun bitümlü bağlayıcıların karakteristik özelliklerini geliştirmede olumlu bir etkisi olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Bitüm
• Hurma çekirdeği
• Tarımsal atık
• Modifiye bitüm
• Konvensiyonel özellik
• Viskozite

References

1. [1] J. Gao, H. Wang, Z. You, M. R. Mohd Hasan, Y. Lei, ve M. Irfan, “Rheological behavior and sensitivity of wood-derived bio-oil modified asphalt binders”, Appl. Sci., c. 8, sayı 6, s. 919, 2018.
2. [2] N. S. A. Yaro vd., “Evaluation of the impact of short-term aging on volumetric and Marshall properties of palm oil clinker fine modified asphalt concrete (POCF-MAC)”, içinde Journal of Physics: Conference Series, 2021, c. 1793, sayı 1, s. 12054.
3. [3] S. A. Tahami, M. Arabani, ve A. F. Mirhosseini, “Usage of two biomass ashes as filler in hot mix asphalt”, Constr. Build. Mater., c. 170, ss. 547–556, 2018.
4. [4] M. R. Hainin vd., “Performance of hot mix asphalt mixture incorporating kenaf fibre”, içinde IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, c. 140, s. 12092.
5. [5] M. T. Rahman, A. Mohajerani, ve F. Giustozzi, “Recycling of waste materials for asphalt concrete and bitumen: A review”, Materials (Basel)., c. 13, sayı 7, s. 1495, 2020.
6. [6] N. S. A. Yaro vd., “Modeling and optimization of asphalt content, waste palm oil clinker powder and waste rice straw ash for sustainable asphalt paving employing response surface methodology: A pilot study”, Clean. Mater., c. 8, s. 100187, 2023.
7. [7] S. Xu vd., “Application of reactive rejuvenator in aged SBS modified asphalt regeneration: A review”, Constr. Build. Mater., c. 421, s. 135696, 2024.
8. [8] Y. Zhao vd., “Aging characteristics and microscopic mechanisms of SBS asphalt based on coupled light–heat–water aging”, Constr. Build. Mater., c. 456, s. 139190, 2024.

9. [9] Y. Wen vd., “Evaluation on the fatigue and self-healing properties of aged and rejuvenated SBS-modified asphalt”, Constr. Build. Mater., c. 412, s. 134773, 2024.
10. [10] J. Wu vd., “Recent development and application of natural fiber in asphalt pavement”, J. Clean. Prod., s. 141832, 2024.
11. [11] I. U. Usman ve M. Kunlin, “Influence of Polyethylene Terephthalate (PET) utilization on the engineering properties of asphalt mixtures: A review”, Constr. Build. Mater., c. 411, s. 134439, 2024.
12. [12] C. A. Vargas ve A. El Hanandeh, “Eco-friendly asphalt mixtures: examining the performance of PE pyrolytic wax-modified bitumen for road construction”, Clean Technol. Environ. Policy, c. 26, sayı 2, ss. 447–465, 2024.
13. [13] M. Arabani, A. Amiri, ve M. H. Hassanjani, “Utilizing olive pomace oil and the extrusion of SBS and PVC to enhance the physical and rheological characteristics of asphalt binder”, Case Stud. Constr. Mater., c. 21, s. e04097, 2024.
14. [14] S. Jain, A. K. Chandrappa, ve R. Neelancherry, “Utilization of Agricultural Wastes and By-Products in Asphalt: A Critical Review”, Agric. Waste to Value-Added Prod. Bioprod. its Appl., ss. 207–227, 2024.
15. [15] A. A. A. Abdelmagid ve Y. Qiu, “Repurposing agricultural waste: The effectiveness of peanut husk ash in improving asphalt mixture properties”, Constr. Build. Mater., c. 411, s. 134476, 2024.
16. [16] N. Bardella, M. Facchin, E. Fabris, M. Baldan, ve V. Beghetto, “Waste cooking oil as eco-friendly rejuvenator for reclaimed asphalt pavement”, Materials (Basel)., c. 17, sayı 7, s. 1477, 2024.
17. [17] A. Ahmed, S. Ali, A. Ahmed, ve F. Khan, “Investigating the Impact of Domestic Sewage on Asphalt Concrete Pavement Strength”, Eng. Technol. Appl. Sci. Res., c. 14, sayı 2, ss. 13617–13623, 2024.
18. [18] S. Shirzad ve H. Zouzias, “Enhancing the performance of wood-based bio-asphalt: strategies and innovations”, Clean Technol. Environ. Policy, c. 26, sayı 7, ss. 2095–2115, 2024.
19. [19] M.E. Çeloğlu, “Farklı Biyokütlelerin Pirolizinden Elde Edilen Biyoçarların Bitüm Ve Bitümlü Sıcak Karışımlarda Kullanılabilirliğinin Araştırılması”, Doktora Tezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 2020.
20. [20] Y. Avşar, “Atık Yönetimi Stratejisi Olarak ‘Sıfır Atık Projesi’ ve Türkiye’deki Uygulama Örnekleri”, Türk Yönetim ve Ekon. Araştırmaları Derg., c. 5, sayı 2, ss. 82–93, 2024.
21. [21] A. Akdeniz ve J. P. Svensson, “Sürdürülebilir Atık Yönetimi ve Geri Dönüşüm”, Akad. Bakış Tur. Sektörü, s. 1, 2024.
22. [22] M. A. Alkur, P. Uyanık, S. Göncü, Z. Y. Avdan, ve K. Gedik, “Endüstriyel atık suların proseste tekrar kullanılabilirliğine yönelik metodolojik değerlendirme”, Int. J. Eng. Res. Dev., c. 16, sayı 1, ss. 383–393, 2024.
23. [23] Ö. Apaydın, “Evsel katı atıkların kaynakta ikili ayrılması özel halinin çevresel, ekonomik, sosyal ve teknik kriterler açısından analitik hiyerarşi prosesi yardımıyla analizi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilim. Derg., c. 1000, sayı 1000, s. 0.
24. [24] Y. Ayaz, M. A. Kırpık, T. Daldal, S. Çakır, ve A. Daldal, “Evsel Atık Suları ile Yağmur Sularının Geri Dönüşüm Serüveni”, Kafkas Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Derg., c. 16, sayı 2, ss. 63–69, 2024.
25. [25] H. Yıldız, “Tarım Atıklarından Aktif Karbon Üretimi ve Atıksudan Boya Giderimi: Karakterizasyon, Kinetik ve Denge Çalışmaları”, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Derg., c. 27, sayı 6, ss. 1269–1281, 2024.
26. [26] İ. Ö. Gökdeniz ve B. Bağrıaçık, “Şeker Pancarı Atığı Katkılı Kil Zeminin Serbest Basınç ve Konsolidasyon Verilerinin İrdelenmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Derg., c. 39, sayı 4, ss. 1081–1092.
27. [27] T. Uslu, “Biberiye (Rosmarinus Officinalis L.) Bitkisi İçin Bazı Atıkların Yetiştirme Ortamı Olarak Kullanılması Ve Bitkinin Gelişimi Üzerine Etkileri”. Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi-Fen Bilimleri Enstitüsü, 2024.
28. [28] M. Gencay, “Tütün ve Tütün Mamulleri Atıklarının Denizel Çevreye Etkileri: Konyaaltı Sahili ve Denizel Bölgesi”. Kapadokya Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim, Öğretim ve Araştırma Enstitüsü, 2024.
29. [29] B. Yemen ve S. Belgüzar, “Yağlık Ayçiçeği Üretiminde Karşılaşılan Bitki Koruma Sorunlarının Belirlenmesi: Sivas İli Örneği, Türkiye”, Türkiye Tarımsal Araştırmalar Derg., c. 11, sayı 1, ss. 48–57, 2024.
30. [30] N. Yıldız ve M. Sohrabi, “Hurma Ağacının (Phoenix dactylifera L.) İklim ve Toprak İstekleri”, Uluslararası Mühendislik Tasarım ve Teknol. Derg., c. 1, sayı 2, ss. 64–70, 2019.
31. [31] S. A. F. Mirhosseini, M. M. Khabiri, A. Kavussi, ve M. H. J. Kamali, “Applying surface free energy method for evaluation of moisture damage in asphalt mixtures containing date seed ash”, Constr. Build. Mater., c. 125, ss. 408–416, 2016.
32. [32] S. Zafar, “No Title”, 2023. https://www.ecomena.org/biomass-date-palm-wastes/
33. [33] M. Arabani ve M. H. Hassanjani, “The influence of olive kernel ash obtained from canning factory as a bitumen modifier”, Constr. Build. Mater., c. 441, s. 137532, 2024.
34. [34] M. A. Tarar, A. H. Khan, Z. Ur Rehman, S. Qamar, ve M. N. Akhtar, “Compatibility of sunflower oil with asphalt binders: a way toward materials derived from renewable resources”, Mater. Struct., c. 53, ss. 1–15, 2020.
35. [35] A. Garcia, C. J. Austin, ve J. Jelfs, “Mechanical properties of asphalt mixture containing sunflower oil capsules”, J. Clean. Prod., c. 118, ss. 124–132, 2016.
36. [36] T. Khedaywi, N. Al Kofahi, ve M. Al-Zoubi, “Effect of olive waste ash on properties of asphalt cement and asphalt concrete mixtures”, Int. J. Pavement Res. Technol., c. 13, ss. 276–285, 2020.
37. [37] J. Liu, Z. Li, H. Chen, B. Guan, ve K. Liu, “Investigation of cotton straw fibers for asphalt mixtures”, J. Mater. Civ. Eng., c. 32, sayı 5, s. 4020105, 2020.
38. [38] X. Yu vd., “Influence of chemically-modified cotton straw fibers on the properties of asphalt mortar”, Case Stud. Constr. Mater., c. 18, s. e01787, 2023.
39. [39] A. Foroutan Mirhosseini, A. Kavussi, M. H. Jalal Kamali, M. M. Khabiri, ve A. Hassani, “Evaluating fatigue behavior of asphalt binders and mixes containing Date Seed Ash”, J. Civ. Eng. Manag., c. 23, sayı 8, ss. 1164–1175, 2017.
40. [40] S. AlKheder, M. Alkhedher, ve K. A. Alshraiedeh, “The effect of using activated dates seed on Hot Mix Asphalt performance”, Constr. Build. Mater., c. 269, s. 121239, 2021.
41. [41] Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-Yumuşama noktası tayini-Halka ve bilye yöntemi, TS EN 1427, 2015.
42. [42] Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-İğne batma derinliği tayini, TS EN 1426, 2025.
43. [43] Bitümler ve bitümlü bağlayıcılar - Kuvvet uygulamalı süneklik yöntemiyle modifiye bitümün gerilme özelliklerinin belirlenmesi, TS EN 13589, 2018.
44. [44] Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt Binder (Rolling Thin-Film Oven Test), ASTM D2872, 2022.
45. [45] Standard Test Method for Viscosity Determination of Asphalt at Elevated Temperatures Using a Rotational Viscometer, ASTM D 4402, 2012.
46. [46] C. B. İnce, “Çöp Atıklarından Elde Edilen Geopolimerlerin Sıcak Karışım Asfalt Kaplamalarda Kullanımının Araştırılması”, Doktora Tezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, İnönü Üniversitesi, Malatya, 2023.
47. [47] K. G. Müdürlüğü, Karayolu Teknik Şartnamesi. İstanbul, 2023.