Rekatif Polimer Modifiye Bitümlerin Kürleme Sürelerinin Deformasyon ve Çatlama Davranışına Etkisi

Year 2024, Volume: 5 Issue: 2, 135 - 148, 31.12.2024

Halime Solak , Hasan Deniz Altuntaş , Erol İskender , Atakan Aksoy

https://doi.org/10.53501/rteufemud.1569929

Abstract

Bu çalışmanın amacı Elvaloy/Elvax/nanokil ile modifiye edilmiş asfaltın deformasyon ve çatlama direnci üzerinde kürleme süresinin etkilerini araştırmaktır. Reaktif polimerlerle modifiye edilen asfaltın bileşenlerinin oranları, modifiye bitümün özellikleri üzerinde anahtar rol oynadığı gibi modifikasyon süreçlerini de etkilemektedir. Reaktif polimer ile yapılan modifikasyonlarda kürleme aşaması da önemli bir yer tutmaktadır. Bu çalışmada Elvax, Elvaloy ve nanokil (NC), bitüme ağırlıkça sırasıyla %0,8, %1 ve %2 oranlarında katılmış ve modifikasyon, 3000 devir/dakika karıştırma hızında, 180 ℃’de 120 dakika boyunca yüksek kesme etkili mikserde gerçekleştirilmiştir. Modifiye edilmiş bitümler, 160 ℃’de 0, 1, 2, 3 ve 4 saat boyunca kürlenmiştir. Kürlenmiş örneklerin düşük ve yüksek sıcaklık davranışları, kiriş eğme reometresi (BBR) ve dinamik kesme reometresi (DSR) testleri kullanılarak araştırılmıştır. BBR ve DSR deneylerinden önce kısa ve uzun dönem yaşlandırmaları ince film halinde ısıtma (RTFOT) ve basınçlı yaşlandırma (PAV) yöntemleri ile yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, kürleme süresinin bitümlü bağlayıcının çatlamaya ve deformasyona karşı direncini etkilediğini, uzun kürleme süresinin (4 saat) tekerlek izi ve düşük sıcaklık direncini artırdığını göstermiştir.

Keywords

Kürleme süresi, polimer modifiye bitüm, elvax, elvaloy, DSR, BBR

References

• Alam, G., Hafeez, I., Yaseen, G., Nasir, M.A., Hussain, A. and Ahmad, N. (2022). Assessing the aging tendency of asphalt binder using a thermal cycler. International Journal of Pavement Engineering, 23(8), 2503-2514. https://doi.org/10.1080/10298436.2020.1861279 Ali, A., Rehman, Z., Farooq, U., Mirza, M.W. (2018). Evaluation of rutting potential of polymer modified asphalt binder using multiple stress creep and recovery method. Pakistan Journal of Engineering and Applied Sciences. https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002176
• Almusawı, A. (2019). Comparison between zero shear viscosity and steady shear flow methods to determine mixing and compaction temperatures of PMB. Eurasian Journal of Civil Engineering and Architecture, 3(2), 1-8.
• Almusawi, A., Sengoz, B., Topal, A. (2021). Evaluation of mechanical properties of different asphalt concrete types in relation with mixing and compaction temperatures. Construction and Building Materials, 268, 121140. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121140
• Almusawi, A., Sengoz, B., Topal, A. (2021). Investigation of mixing and compaction temperatures of modified hot asphalt and warm mix asphalt. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 65(1), 72-83. https://doi.org/10.3311/ppci.15118
• Altaş, Ö.Y. (2015). Bitümlü malzemeler ve karışım şartnamelerinin karşılaştırılması. Doctoral dissertation, Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Anıl, Ö., Metin, G., Karacasu, M. (2018). Nano magnezyum spinel ve kolemanit ile bitümün performans özelliklerinin geliştirilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33(3), 939-952. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.416397
• Atasağun, N. (2021). Atık çınar yaprakları ve plastik bardakların birlikte pirolizinden üretilen piroliz çarının bitümün viskozitesi ve yüksek sıcaklık performans sınıfı üzerine etkisi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(3), 1703-1714. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.843014
• Bagdat, T., Galiya, I., Yerik, A. (2015). Rheological properties of oxidized bitumen with polymer additive. Journal of Applied Sciences, 15(1), 129-137. https://doi.org/10.3923/jas.2015.129.137
• Behnood, A., Gharehveran, M. M. (2019). Morphology, rheology, and physical properties of polymer-modified asphalt binders. European Polymer Journal, 112, 766-791. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2018.10.049
• Bulatović, V.O., Rek, V., Marković, K.J. (2014). Effect of polymer modifiers on the properties of bitumen. Journal of elastomers and plastics, 46(5), 448-469. https://doi.org/10.1177/0095244312469964
• Bulatović, V.O., Rek, V., Marković, J. (2014). Rheological properties of bitumen modified with ethylene butylacrylate glycidylmethacrylate. Polymer Engineering and Science, 54(5), 1056-1065. https://doi.org/10.1002/pen.23649
• Cominsky, R.J., Huber, G.A., Kennedy, T.W., Anderson, M. (1994). The superpave mix design manual for new construction and overlays (No. SHRP-A-407). Washington, DC, USA: Strategic Highway Research Program.
• Domingos, M.D.I., Faxina, A.L., Bernucci, L.L.B. (2017). Characterization of the rutting potential of modified asphalt binders and its correlation with the mixture’s rut resistance. Construction and Building Materials, 144, 207-213. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.171
• Domingos, M.D.I., Faxina, A.L., Bernucci, L.L.B. (2022). Rutting on asphalt binders and mixtures modified with PPA and Elvaloy®: laboratory aspects and rheological modeling. TRANSPORTES, 30(1), 2652-2652. https://doi.org/10.14295/transportes.v29i3.2652
• EN, T. (2003). 12607-1," Bitümler ve bitümlü bağlayıcılar–sıcaklık ve havanın etkisiyle sertleşmeye karşı direncin tayini–Bölüm 1: RTFOT (Etüvde Hareket Halinde İnce Film Deneyi) Yöntemi". Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 12.
• Gama, D.A., Yan, Y., Rodrigues, J.K.G., Roque, R. (2018). Optimizing the use of reactive terpolymer, polyphosphoric acid and high-density polyethylene to achieve asphalt binders with superior performance. Construction and Building Materials, 169, 522-529. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.206
• Geçkil, T., Alataş, T., Ahmedzade, P. (2011). Superpave sisteminde bölge meteorolojik hava verileri kullanılarak performans dereceli (PG) bağlayıcı sınıfı seçimi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 27(1), 88-106.
• Geckil, T., Seloglu, M. (2018). Performance properties of asphalt modified with reactive terpolymer. Construction and building materials, 173, 262-271. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.04.036
• Geçkil, T. (2019). Physical, chemical, microstructural and rheological properties of reactive terpolymer-modified bitumen. Materials, 12(6), 921. https://doi.org/10.3390/ma12060921
• Gunalan, K.N. (2005). Highway Construction. In: The handbook of highway engineering (Ed. Fwa, T.F.). CRC press. ISBN: 9780429124358, Boca Raton, USA, 14-1. https://doi.org/10.1201/9781420039504
• Hampl, R., Vacin, O., Jasso, M., Stastna, J., Zanzotto, L. (2015). Modeling of tensile creep and recovery of polymer modified asphalt binders at low temperatures. Applied Rheology, 25(3), 32-39.
• Inocente Domingos, M.D., Faxina, A.L. (2015). Accelerated short-term ageing effects on the rheological properties of modified bitumens with similar high PG grades. Road Materials and Pavement Design, 16(2), 469-480. https://doi.org/10.1080/14680629.2014.995209
• Irfan, M., Saeed, M., Ahmed, S., Ali, Y. (2017). Performance evaluation of elvaloy as a fuel-resistant polymer in asphaltic concrete airfield pavements. Journal of Materials in Civil Engineering, 29(10), 04017163. https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002018
• İskender, E. (2019). Bentonit nanokilinin elastomerik ve plastomerik polimer modifiye bitümlerin depolama stabiliteleri üzerindeki etkisi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(3), 1187-1203. https://doi.org/10.29130/dubited.511073
• Javid, M.A. (2016). Effect of polymer modification on rheological properties of asphalt. Journal of Civil Engineering Research, 6(3), 55-60.
• Kaşak, S., Orhan, F., Eribol, S., Güngör, A.G. (2004). Yeni Bitüm Standardı, 4. Ulusal Asfalt Sempozyumu, KGM, 405-413.
• Kennedy, T.W., Huber, G.A., Harrigan, E.T., Cominsky, R.J., Hughes, C.S., Von Quintus, H., Moulthrop, J.S. (1994). Superior performing asphalt pavements (Superpave): The product of the SHRP asphalt research program.
• Keyf, S. (2015). The modification of bitumen with reactive ethylene terpolymer, styrene butadiene styrene and variable amounts of ethylene vinyl acetate. Research on Chemical Intermediates, 41, 1485-1497. https://doi.org/10.1007/s11164-013-1287-9
• Keyf, S. (2018). The modification of bitumen with styrene–butadiene–styrene, ethylene vinyl acetate and varying the amount of reactive ethylene terpolymer. Journal of Elastomers & Plastics, 50(3), 241-255. https://doi.org/10.1177/0095244317708590
• King, G., King, H., Pavlovich, R.D., Epps, A.L., Kandhal, P. (1999). Additives in asphalt. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 68, 32-69.
• Kumandaş, A., Çavdar, E., Pancar, E.B., Oruç, Ş. (2021). Reaktif etilen terpolimerlerin bitümün modifikasyonunda kullanımı: Bir literatür araştırması. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(3), 845-862. https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.894286
• Kutluhan, S., Ağar, E. (2011). Bitümlü sıcak karışımlarda tekerlek izi oluşumunu etkileyen faktörler ve azaltmaya yönelik öneriler. İTÜ Dergisi/d, 8(6).
• Loh, S.W., Olek, J. (1999). Contributions of PG graded asphalt to low temperature cracking resistance of pavement. https://doi.org/10.5703/1288284313168
• McGennis, R.B., Shuler, S., Bahia, H.U. (1994). Background of Superpave asphalt binder test methods (No. FHWA-SA-94-069). United States. Federal Highway Administration. Office of Technology Applications.
• Yılmaz, M., ve Ahmedzade, P. (2008). Saf ve SBS modifiyeli bitümlü bağlayıcıların kısa dönem yaşlanmadan sonraki özelliklerinin iki farklı yaşlandırma yöntemi kullanılarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 23(3).
• Orhan, F. (2000). Asfaltın Geleceği Superpave. 3. Ulusal Asfalt Sempozyumu, KGM, Ankara, 146-160.
• Padula, M. (2002). Automation of the superpave mix design process for the west virginia division of highways, master’s thesis, asphalt technology program, West Virginia, 154p. https://doi.org/10.33915/etd.1288
• Pumphrey, M. E. (2003). Evaluation of performance graded asphalt binder equipment and testing protocol, master’s thesis, civil and environmental engineering, West Virginia University. https://doi.org/10.33915/etd.1396
• Rodríguez-Alloza, A.M., Autelitano, F., Giuliani, F. (2023). Restoration of physical properties on an aged crumb rubber modified bitumen adding a bio-based recycling agent. Case Studies in Construction Materials, 18, e01990. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e01990
• Sarışın, E., Yalçın, E., Öner, J. (2021). Analysis of rheological properties of modified bitumen with hybrid polymers. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36(1), 201-212. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.709653
• Seyrek, E.Ş. (2014). Cibre ve şlempeden elde edilen aktif karbonun bitüm katkı maddesi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fırat Üniversitesi, Türkiye.
• Singh, D., Ashish, P.K., Kataware, A., Habal, A. (2017). Evaluating performance of PPA-and-Elvaloy-modified binder containing WMA additives and lime using MSCR and LAS tests. Journal of Materials in Civil Engineering, 29(8), 04017064. https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0001934
• Singh, D., Ashish, P.K., Kataware, A., Habal, A. (2019). Effects of WMA additives and hydrated lime on high-stress and high-temperature performance of Elvaloy®-and PPA-modified asphalt binder. Road Materials and Pavement Design, 20(6), 1354-1375. https://doi.org/10.1080/14680629.2018.1446040
• Singh, D., Ashish, P.K., Chander, S., Habal, A., Kataware, A. (2019). Effect of warm-mix additives and lime on intermediate-temperature fracture property of RET-and PPA-modified asphalt binder. Journal of Materials in Civil Engineering, 31(7), 04019112. https://doi.org/10.1080/14680629.2022.2151500
• Singh, D., Habal, A., Ashish, P.K., Kataware, A. (2018). Evaluating suitability of energy efficient and anti-stripping additives for polymer and Polyphosphoric acid modified asphalt binder using surface free energy approach. Construction and Building Materials, 158, 949-960. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.079
• Solak, H., İskender, E., Aksoy, A., İskender, C., Altuntaş, H.D., (2023). Comparison of SBS and Elvax/Elvaloy modified asphalt mixtures. 3rd Internatıonal Cıvıl Engıneerıng & Archıtecture Conference (pp.1761-1772). Trabzon, Turkey. https://doi.org/10.31462/icearc.2023.sme852
• TS EN 14769, (2023). Bitümler ve bitümlü bağlayıcılar - Basınçlı yaşlandırma kabı (pav) ile hızlandırılmış uzun süreli yaşlandırma işlemi.
• URL-1. https://www.gsckw.com/site/admincp/files/datasheets/2%20Elvaloy%205160%20datasheet.pdf. 10 Ocak 2023.
• URL-2. https://www.dow.com/content/dam/dcc/documents/en-us/productdatasheet/914/914-22901-01-elvax-660-ethylene-vinyl-acetate-copolymer-tds.pdf. 10 Ocak 2023.
• URL-3. https://www.tamyol.com.tr/UserFiles/Content/KGM_Teknik_Sartnamesi_2013.pdf
• Vachhani, K.K., Mishra, C. (2014). Influence of VG30 grade bitumen with and without reactive ethylene terpolymer (Elvaloy® 4170) in short term aging. Int. J. Curr. Eng. Technol, 4, 4206-4209. https://doi.org/10.9790/1684-11653640
• Xu, C., Zhang, Z., Liu, F. (2020). Improving the low-temperature performance of RET modified asphalt mixture with different modifiers. Coatings, 10(11), 1070. https://doi.org/10.3390/coatings10111070
• Xu, C., Zhang, Z., Zhao, F., Liu, F., Wang, J. (2019). Improving the performance of RET modified asphalt with the addition of polyurethane prepolymer (PUP). Construction and Building Materials, 206, 560-575. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.101
• Zapién-Castillo, S., Rivera-Armenta, J.L., Chávez-Cinco, M.Y., Salazar-Cruz, B.A., Mendoza-Martínez, A.M. (2016). Physical and rheological properties of asphalt modified with SEBS/montmorillonite nanocomposite. Construction and Building Materials, 106, 349-356. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.099