Nişastanın bitümlü bağlayıcıların fiziksel ve reolojik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması

Öz

Bu çalışmada buğday nişastası (WS), mısır nişastası (CS) ve patates nişastası (PT) katkılarının bitümün fiziksel ve reolojik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Nişasta katkılı bağlayıcıların performansı styrene-butadiene-styrene (SBS) katkılı bağlayıcının performansıyla karşılaştırılmıştır. Saf ve modifiye bağlayıcılara penetrasyon, yumuşama noktası, dönel viskozimetre, dinamik kayma reometresi (DSR), çoklu gerilmeli sünme-elastik geri dönme (MSCR), kiriş eğilme reometresi (BBR) ve depolama stabilitesi deneyleri uygulanmıştır. Nişasta, saf bitümün penetrasyon değerini düşürürken yumuşama noktası ve viskozite değerlerini artırmıştır. Nişasta modifiyeli bağlayıcıların tekerlek izi direnci gelişmiştir. %30 mısır nişastası modifiyeli bağlayıcı %3 SBS modifiyeli bağlayıcıdan daha yüksek tekerlek izi direnci göstermiştir. Özellikle yüksek gerilme koşullarında nişasta modifiyeli bağlayıcılar SBS modifiyeli bağlayıcı ile benzer performans sergilemiştir. Katkılar saf bağlayıcının düşük sıcaklıktaki rijitliğini artırmıştır. DSR ve MSCR testlerinin sonuçları yardımıyla tespit edilen trafik sınıflandırmasında %30 nişasta katkılı bağlayıcılar %3 SBS modifiyeli bağlayıcı ile aynı grupta yer almıştır. Nişasta yüksek oranlarda (%30) kullanılmasına rağmen SBS’den daha iyi depolama stabilitesi değerleri vermiştir. Nişasta düşük maliyeti, düşük modifikasyon sıcaklığı, yerel imkânlarla elde edilmesi ve performansı açısından bitüm modifikasyonunda SBS gibi sentetik polimerlere karşı alternatif olarak kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler

• Bitüm
• modifikasyon
• nişasta
• SBS
• reolojik özelllikler

Investigation of the effects of starch on the physical and rheological properties of bituminous binders

Öz

In this study, the effect of wheat starch (WS), corn starch (CS), and potato starch (PT) on the physical and rheological properties of bitumen was investigated. The performance of starch-modified binders was compared with that of styrene-butadiene-styrene (SBS)-modified binders. Penetration, softening point, rotational viscometer, dynamic shear rheometer (DSR), multi-stress creep-elastic recovery (MSCR), beam bending rheometer (BBR), and storage stability tests were applied to both pure and modified binders. Starch reduces the penetration value of pure bitumen while increasing its softening point and viscosity values. The rutting resistance of starch-modified binders has improved. A binder modified with 30% corn starch showed higher rutting resistance than a binder modified with 3% SBS. Especially under high stress conditions, starch-modified binders have shown similar performance to SBS-modified binders. Additives have increased the low-temperature stiffness of the pure binder. Based on the results of DSR and MSCR tests, 30% starch-modified binders were classified in the same group as 3% SBS-modified binders in traffic classification. Despite the high starch content (30%), it provided better storage stability values than SBS. Starch, with its low cost, low modification temperature, availability through local resources, and performance, can be used as an alternative to synthetic polymers like SBS in bitumen modification.

Anahtar Kelimeler

• Bitumen
• modification
• starch
• SBS
• rheological properties

Kaynakça

1. 1. Özay O., Öztürk E.A., Performance of modified porous asphalt mixtures, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 28 (3), 577-586, 2013.
2. 2. Ayyildiz D., Aksoy A., Iskender E., Investigation of optimum composition ratio for SBS/nanoclay/bitumen nanocomposites in stone mastic asphalt mixtures, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (4), 1847-1862, 2021.
3. 3. Ahmedzade P., Fainleib A., Günay T., Kultayev B., Starostenko O., Use of surface activated recycled high density polyethylene for bitumen modification, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 29 (4), 807-816, 2014.
4. 4. Eme D.B., Nwaobakata C., Effect of low density polyethylene as bitumen modifier on some properties of hot mix asphalt, Nigerian Journal of Technology, 38 (1), 1-7, 2019.
5. 5. Yılmaz M., Kök B.V., Determining the high temperature performance grade and workability of styrene-butadiene-styrene modified bituminous binders according to superpave system, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (4), 811-819, 2008.
6. 6. Al-Hadidy A.I., Engineering behavior of aged polypropylene-modified asphalt pavements, Construction and Building Materials, 191, 187-192, 2018.
7. 7. Desidery L., Lanotte M., Variation of internal structure and performance of polyethylene‐and polypropylene‐modified bitumen during blending process, Journal of Applied Polymer Science, 138 (14), 50142, 2021.
8. 8. Kaya D., Topal A., McNally T., Relationship between processing parameters and aging with the rheological behaviour of SBS modified bitumen, Construction and Building Materials, 221, 345-350, 2019.

9. 9. Wititanapanit J., Carvajal-Munoz J.S., Airey G., Performance-related and rheological characterisation of natural rubber modified bitumen. Construction and Building Materials, 268, 121058, 2021.
10. 10. Miller Stephen A., Sustainable polymers: opportunities for the next decade. ACS Macro Letters, 2, 550-54, 2013.
11. 11. Flaris V., Singh G., Recent developments in biopolymers, Journal of Vinyl and Additive Technology, 15 (1), 1-11, 2009.
12. 12. Keleş S., Nişasta graft kopolimerlerinin ağır metal iyonlarının uzaklaştırılmasında kullanımı, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2004.
13. 13. Baks T., Bruins M.E., Janssen A.E.M., Bom R.M., The effect of pressure and temperature on the gelatinisation of starch at various starch concentrations. Biomacromolecules, 9, 296-304, 2008.
14. 14. Bauer B.A., Hartmann M., Sommer K., Knorr D., Optical in situ analysis of starch granules under high pressure with a high pressure cell. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 5, 293-298, 2004.
15. 15. Jiang L., Zhang J., Biodegradable and biobased polymers, Applied plastics engineering handbook, William Andrew Publishing, 127-143, 2017.
16. 16. Söbüçovalı S., Maltodekstrin üretiminde bazı parametrelerin kalite üzerine etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 2011.
17. 17. Hii S.L., Tan J.S., Ling T.C., Ariff A.B., Pullulanase: role in starch hydrolysis and potential industrial applications, Enzyme Research, 3-14, 2012.
18. 18. Ölçer H., Akın, B., Nişasta: biyosentezi, granül yapısı ve genetik modifikasyonlar. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 16, 1302-3055, 2008.
19. 19. Al-Hadidy A.I., Yi-Qiu T., Hameed A.T., Starch as a modifier for asphalt paving materials. Construction and Building Materials, 25 (1), 14-20, 2011.
20. 20. Al-Hadidy A.I., Tan, Y.Q., Mechanistic analysis of ST and SBS-modified flexible pavements, Construction and Building Materials, 23 (8), 2941-2950, 2009.
21. 21. Iwaura R., Komba S., Modification of asphalt by starch-derived supramolecular fibers: a simple way to tune flow resistance, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 10 (23), 7447-7452, 2022.
22. 22. Jack, F. R., & Iwo, E. O., Dynamic modulus and fatigue life of corn starch modified bitumen in asphalt concrete pavement, Int. J. Res. Eng. Sci. (IJRES), 10, 292-303, 2022.
23. 23. Abe A. A., Oliviero Rossi C., Caputo, P., Biomaterials and their potentialities as additives in bitumen technology: A review, Molecules, 27 (24), 8826, 2022.