Elvaloy RET ve polifosforik asit modifiyeli bitüm kullanılarak hazırlanan ve farklı tip lif içeren TMA’ların nem hasarı direncinin araştırılması

Öz

Bu çalışmada, Elvaloy RET ve polifosforik asit (PPA) ile modifiye edilmiş polimer modifiye bitüm (PMB) kullanılarak hazırlanan Taş Mastik Asfalt (TMA) karışımlarında, geleneksel selüloz fiber (SF) yerine doğal jüt fiberin (JF) kullanım potansiyeli ve nem hasarına karşı direnci deneysel olarak araştırılmıştır. PMB, 50/70 penetrasyon sınıfı bitümün %1.6 Elvaloy RET ve %0.2 PPA ile modifiye edilmesiyle elde edilmiştir. TMA Tip-1A gradasyonuna uygun yedi farklı karışım hazırlanmıştır: %0.2 ve %0.3 SF, %0.1, %0.2 ve %0.3 JF içeren seriler ile lif içermeyen PMB (PMBNF) ve saf bitümlü (BNF) kontrol serileri. Her seri için Marshall tasarım yöntemiyle optimum bitüm içeriği (OBİ) belirlenmiş, OBİ'de hazırlanan numunelerde dolaylı çekme mukavemeti (ITS) ve çekme dayanımı oranı (TSR) deneyleriyle nem hasarı direnci değerlendirilmiştir. Ayrıca Schellenberg bitüm süzülme ve kum yama deneyleriyle sırasıyla bağlayıcı drenajı ve yüzey dokusu incelenmiştir. Sonuçlar, JF içeren TMA karışımlarının TSR değerleri bakımından SF içeren serilerle benzer nem hasarı direnci gösterdiğini ortaya koymuştur. Ayrıca JF katkısı, bağlayıcı drenajını kabul edilebilir sınırlar içinde tutmuş ve yüzey dokusunu olumsuz etkilememiştir. Bulgular, jüt fiberin Elvaloy RET ve PPA modifiye bitümle üretilen TMA karışımlarında selüloz fibere sürdürülebilir bir alternatif olduğunu göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Taş mastik asfalt (TMA)
• jüt fiber
• selüloz fiber
• Elvaloy RET
• polifosforik asit (PPA)
• nem hasarı
• dolaylı çekme mukavemeti (ITS)
• çekme dayanımı oranı (TSR).

Destekleyen Kurum

ISUBÜ BAP

Proje Numarası

2024-YL1-0247

Teşekkür

Bu çalışma 2024-YL1-0247 No’lu Proje ile Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimi tarafından desteklenmiştir. ISUBU BAP birimine desteklerinden ötürü teşekkür ederiz.

Investigation of the moisture damage resistance of SMA mixtures containing different fiber types produced with Elvaloy RET and polyphosphoric acid modified bitumen

Öz

This study experimentally evaluated the potential of natural jute fiber (JF) as a sustainable alternative to conventional cellulose fiber (CF) in Stone Mastic Asphalt (SMA) mixtures produced with polymer modified bitumen (PMB), with a particular focus on moisture damage resistance. The PMB was prepared by modifying a 50/70 penetration grade bitumen with 1.6% Elvaloy RET and 0.2% polyphosphoric acid (PPA). Seven SMA mixtures conforming to the Type-1A gradation were produced, including mixtures containing 0.2% and 0.3% CF, 0.1%, 0.2%, and 0.3% JF, a fiber free PMB control (PMBNF), and a neat bitumen control (BNF). The optimum bitumen content (OBC) of each mixture was determined using the Marshall mix design method. Moisture susceptibility was evaluated by the indirect tensile strength (ITS) and tensile strength ratio (TSR) tests. In addition, the Schellenberg drain down test and the sand patch method were used to assess binder drainage and surface texture, respectively. The results indicated that JF modified SMA mixtures achieved TSR values comparable to those of CF containing mixtures. Moreover, JF maintained binder drain down within specification limits without adversely affecting surface texture. These findings demonstrate that jute fiber is a promising and sustainable alternative to cellulose fiber in SMA mixtures incorporating Elvaloy RET and PPA modified bitumen.

Anahtar Kelimeler

• Stone mastic asphalt (SMA)
• jute fiber
• cellulose fiber
• Elvaloy RET
• polyphosphoric acid (PPA)
• moisture damage
• indirect tensile strength (ITS)
• tensile strength ratio (TSR).

Proje Numarası

2024-YL1-0247

Kaynakça

1. J. Read and D. Whiteoak, The Shell Bitumen Handbook. Thomas Telford Publishing, 2003.
2. K. Blazejowski, Stone Matrix Asphalt Theory And Practice. Taylor & Francis Group, 2011.
3.     European Asphalt Pavement Association (EAPA), Asphalt in Figures 2023. European Asphalt Pavement Association, 2023. [Online]. Available: https://eapa.org/asphalt-in-figures-2023/. [Accessed: Nov. 18, 2025].
4.     EN 13108-5, Bituminous Mixtures – Material Specifications – Part 5: Stone Mastic Asphalt. European Committee for Standardization (CEN), 2016.
5.     O. S. Abiola, W. K. Kupolati, E. R. Sadiku and J. M. Ndambuki, “Utilisation of natural fibre as modifier in bituminous mixes: A review,” Construction and Building Materials, vol. 54, pp. 305–312, 2014. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.12.037
6.     A. M. Alnadish, N. S. Sawaran Singh and A. M. Alawag, “Applications of synthetic, natural, and waste fibers in asphalt mixtures: A citation based review,” Polymers, vol. 15, no. 4, p. 1004, 2023. https://doi.org/10.3390/polym15041004
7.     I. AlSaadi, S. A. Tayh, A. F. Jasim and R. Yousif, “The use of natural fibers in stone mastic asphalt mixtures: A review of the literature,” Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 3, pp. 347–370, 2023. https://doi.org/10.24425/ace.2023.146085
8.     P. Kumar, P. K. Sikdar, S. Bose and S. Chandra, “Use of jute fiber in stone matrix asphalt for road materials and pavement design,” Road Materials and Pavement Design, vol. 5, no. 2, pp. 239–249, 2004.

9.     A. Mansourian, A. Razmi and M. Razavi, “Evaluation of fracture resistance of warm mix asphalt containing jute fibers,” Construction and Building Materials, vol. 117, pp. 37–46, 2016. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.04.018
10.   P. Gallo, J. Valentin and P. Mondschein, “Asphalt concrete for binder courses with different jute fibre content,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 1203, p. 032041, 2021. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1203/3/032041
11.   P. Gallo, M. Belhaj and J. Valentin, “Laboratory study of asphalt concrete for base course with reclaimed asphalt, recycling agents, and jute fibres,” Applied Sciences, vol. 14, no. 1, p. 239, 2024. https://doi.org/10.3390/app14010239
12.   Y. Becker, M. P. Méndez and Y. Rodríguez, “Polymer modified asphalt,” Vision Tecnologica, vol. 9, no. 1, pp. 39–50, 2001.
13.   T. Geçkil, “Physical, chemical, microstructural and rheological properties of reactive terpolymer-modified bitumen,” Materials, vol. 12, no. 6, p. 921, 2019. https://doi.org/10.3390/ma12060921
14.   T. Geçkil, “Sıcak karışım asfalt kaplamanın su hasarı direnci üzerindeki RET katkısının etkisi,” Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 33, no. 2, pp. 537–546, 2021. https://doi.org/10.35234/fumbd.880528
15.   M. Seloğlu, “Reaktif Terpolimerin Bitümlü Sıcak Karışım Üzerindeki Etkisinin Araştırılması,” Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2015.
16.   G. L. Baumgardner, J. F. Masson, J. R. Hardee, A. M. Menapace and A. G. Williams, “Polyphosphoric acid modified asphalt: Proposed mechanisms,” Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, vol. 74, pp. 283–306, 2005.
17.   J. F. Masson, “Brief review of the chemistry of polyphosphoric acid (PPA) and bitumen,” Energy & Fuels, vol. 22, no. 4, pp. 2637–2640, 2008.
18.   T. Öztürk, M. Komut and B. Demir, “Polifosforik Asidin Modifiye Edilmiş Bitümler Üzerine Etkisinin Araştırılması,” 7. Ulusal Asfalt Sempozyumu ve Sergisi, pp. 385–394, Ankara, Türkiye, Nov. 29–30, 2017.
19.   İ. Gökalp, “Polifosforik asit (PPA) modifiye bitümün fiziksel ve reolojik özelliklerinin araştırılması,” Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, vol. 9, no. 3, pp. 785–795, 2021. https://doi.org/10.21923/jesd.915057
20.   A. E. A. E. Behiry, “Laboratory evaluation of resistance to moisture damage in asphalt mixtures,” Ain Shams Engineering Journal, vol. 4, pp. 351–363, 2013.
21.   G. Balık, “Karıştırma Sıcaklığının Bitümlü Sıcak Karışımların Nem Hasarına Karşı Dayanımına ve Yorulma Ömrüne Etkisinin Araştırılması,” Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2017.
22.   İ. Balta, “Bitümlü Sıcak Karışımların Sudan Kaynaklanan Bozulmalara Karşı Duyarlılığı,” Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2004.
23.   Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM), Karayolları Teknik Şartnamesi. Ankara, Türkiye: Karayolları Genel Müdürlüğü, 2013.
24.   DuPont, Elvaloy® RET Asphalt Modifier, 2025. [Online]. Available: http://www.dupont.com/products-and-services/plastics-polymers-resins/ethylene-copolymers/brands/elvaloy-ethylene-copolymer-resins/products/elvaloy-ret-polymer-modified-asphalt-resin.html. [Accessed: Nov. 18, 2025].
25.   Enfalt, Enfalt Fibrocel Taş Mastik Asfalt için Selülozik Elyaf, 2025. [Online]. Available: https://www.enfalt.com.tr/urunler/asfalt-ve-yol-urunleri/enfalt-fibrocel-selulozik-elyaf/. [Accessed: Dec. 3, 2025].