Moisture Resistance of Bituminous Hot Mixtures Modified with Waste PET

Öz

In this study, effect of waste PET additive on moisture damage resistance of bituminous hot mixtures were investigated. For this purpose, firstly, 2.5% by weight Triethanolamine (TEO/TEOA) chemical was added to pure B 70/100 bitumen to create a chemical bond between bitumen and PET. Then, modified bitumens were obtained by adding waste PET in the ratios of 2%, 4%, 6%, 8% and 10% by weight of bitumen to this bitumen-TEO blend. Modified bitumen samples were subjected to X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) tests to determine the interaction between bitumen and PET. In the second stage of the study, the optimum bitumen content (obc) of the mixture was determined according to Marshall mixture design method using pure bitumen and aggregate. Modified mixture specimens were prepared by keeping this bitumen ratio constant in order to compare it with pure (control) mixture results. The mixture specimens prepared were subjected to Marshall stability and flow, retained Marshall stability (RMS) and indirect tensile strength (ITS) tests. According to the test results, it was observed that bitumen tends to harden with the addition of waste PET and a good chemical interaction occurs between bitumen and PET. In addition, it was observed that the waste PET additive did not have a serious effect on the Marshall stability and flow value of the mixtures, but increased the moisture damage resistance of the mixtures by generating significant increases in RMS and indirect tensile strength ratio (ITSR) values.

Anahtar Kelimeler

• Bitumen,polyethylene terepthalate (PET),modified mix,marshall stability,moisture sensitivity

Proje Numarası

BAP FYL 2016/118

Atık PET ile Modifiye Edilmiş Bitümlü Sıcak Karışımların Nem Direnci

Öz

Bu çalışmada, atık PET katkısının bitümlü sıcak karışımların (BSK) nem hasarı direnci üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak bitüm ile PET arasında kimyasal bir bağ oluşturmak üzere saf B 70/100 bitümüne ağırlıkça % 2.5 Trietanolamin (TEO/TEOA) kimyasalı ilave edildi. Daha sonra, bu bitüm-TEO karışımına bitümün ağırlıkça % 2, % 4, % 6, % 8 ve % 10 oranlarında atık PET ilave edilerek modifiye bitümler elde edildi. Modifiye bitüm numuneleri, bitüm ile PET arasındaki etkileşimi belirlemek için X-Işını Kırınımı (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) testlerine tabi tutuldu. Çalışmanın ikinci aşamasında, saf bitüm ve agrega kullanılarak Marshall karışım tasarım yöntemine göre karışımın optimum bitüm içeriği (obi) belirlendi. Saf (kontrol) karışım sonuçlarıyla karşılaştırmak amacıyla, bu bitüm oranı sabit tutularak modifiye karışım numuneleri hazırlandı. Hazırlanan karışım numuneleri Marshall stabilitesi ve akma, kalıcı Marshall stabilitesi (RMS) ve dolaylı çekme mukavemeti (ITS) testlerine tabi tutuldu. Test sonuçlarına göre, atık PET ilavesi ile bitümün sertleşme eğilimi gösterdiği ve bitüm ile PET arasında iyi bir kimyasal etkileşim oluştuğu belirlenmiştir. Ayrıca, atık PET katkısının karışımların Marshall stabilitesi ve akma değeri üzerinde ciddi bir etkiye sahip olmadığı, ancak RMS ve dolaylı çekme mukavemeti oranı (ITSR) değerlerinde önemli artışlar meydana getirerek karışımların nem hasarı direncini arttırdığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Bitüm,Polietilen Tereftalat (PET),Modifiye Karışım,Marshall Stabilitesi,Nem Hassasiyeti

Destekleyen Kurum

İnönü Üniversitesi

Proje Numarası

BAP FYL 2016/118

Teşekkür

Bu çalışma, İnönü Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinasyon Birimi, İÜ-BAP FYL 2016/118 numaralı projesi ile desteklenmiştir.

Kaynakça

1. [1] Yılmaz M., Kök B.V. and Yamaç Ö.E., “Determination of Rheological Properties of Polymer and Natural Asphalts Modified Binders After Storage Stability Test”, Journal of Engineering and Natural Sciences, 33: 157-165, (2015).
2. [2] Tunç A., “Esnek Kaplama Malzemeleri El Kitabı”, Asil Yayın Dağıtım, İstanbul, (2004).
3. [3] Bağdatlı M. E. C. andYıldırım M. Ş., “Karayolu Üstyapılarındaki Bozulmaların Bakım Maliyetlerine Etkisi”, Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 6(1): 102-111, (2017).
4. [4] Geçkil T., “Siyah Karbonun Bitümlü Sıcak Karışımların Özelliklerine Etkisinin Araştırılması”, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2008).
5. [5] Kök B.V., “Bitümlü Sıcak Karışımların Üretiminde Yeni Bir Karıştırma Yönteminin Araştırılması”, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2007).
6. [6] Kandhal P. S., “Field and laboratory investigation of stripping in asphalt pavements: State of the art report”, Transportation Research Record, 1454: 36-47, (1994).
7. [7] Collins R., “Status report on the use of hydrated lime in asphaltic concrete mixtures in Georgia”, Georgia DOT, Materials and Research, (1988),
8. [8] Aschenbrener T. and Far N., “Influence of compaction temperature and anti-stripping treatment on the results from the Hamburg Wheel-Tracking device. Final Report”, Rpt CDOT-DTDR- 94-9, Colorado Department of Transportation, (1994).

9. [9] Kim O.X., Bell C.A. and Hicks R.G., “The effect of moisture on the performance of asphalt mixtures”, ASTM STP-899, (1995).
10. [10] Ahmedzade P., Alataş T. and Geçkil T., “Asfalt Betonunda Siyah Karbonun Filler Olarak Kullanımı”, İMO Teknik Dergi, 297: 4493-4507, (2008).
11. [11] Yamaç Ö.E., “Stiren-Butadien-Stiren ve Gilsonit’in Birlikte Kullanımının Bitümlü Sıcak Karşımların Mekanik Özellikleri Üzerindeki Etkileri”, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2015).
12. [12] Shukla S.R. and Harad A.M., “Aminolysis of polyethylene terephthalate waste”, Polymer Degradation and Stability, 91(8): 1850-1854, (2006).
13. [13] Evlen H., Özdemir, M.A. ve Çalışkan, A., “Doluluk oranlarının PLA ve PET malzemelerin mekanik özellikleri üzerine etkileri”, Politeknik Dergisi, 22(4): 1031-1037, (2019).
14. [14] Navarro R., Ferrandiz S., Lopez J. and Segui V.J., “The influence of polyethylene in the mechanical recycling of Polyethylene Terephtalate” Journal of Materials Processing Technology, 195(1): 110-116, (2008).
15. [15] Kalantar Z., Karim M. and Mahre A., “A review of using waste and virgin polymer in pavement”, Construction and Building Materials,33: 55–62, (2012).
16. [16] Gültekin Toroslu A., “Geri dönüşümlü Akrilonitril Bütadiyen Stiren (ABS) plastik malzemesinin kalıplama parametrelerine etkisi”, Politeknik Dergisi, 23(1): 1-6, (2020).
17. [17] Tayyar E. ve Üstün S., “Geri Kazanılmış Pet’in Kullanımı”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1): 53-62, (2009).
18. [18] Siddiqui M.N.,”Conversion of hazardous plastic wastes into useful chemical products” Journal of Hazardous Materials, 167:728–735, (2009).
19. [19] Li Y., White D.J. and Peyton R.L., “Composite material from fly ash and post-consumer PET”, Resources, Conservation and Recycling, 24(2):87–93, (1998).
20. [20] Hassani A., Ganjidoust H. and Maghanaki A.A., “Use of plastic waste (poly-ethylene terephthalate) in asphalt concrete mixture as aggregate replacement” ,Waste Management& Research, 23:322–327, (2005).
21. [21] Leng Z., Sreeram A., Padhan R.K. and Tan Z., “Value-added application of waste PET based additives in bituminous mixtures containing high percentage of reclaimed asphalt pavement (RAP)”, Journal of Cleaner Production, 196:615-625, (2018).
22. [22] Modarres A., Hamedi H., “Effect of waste plastic bottles on the stiffness and fatigue properties of modified asphalt mixes”, Materials and Design, 61:8–15, (2014).
23. [23] Ahmadinia E., Zargar M., Karim M., Abdelaziz M. And Shafigh P., “Using waste plastic bottles as additive for stone mastic asphalt”, Materials and Design, 32(10): 4844–4849, (2011).
24. [24] Moghaddam T.B., Soltani M. and Karim M.R., “Experimental characterization of rutting performance of Polyethylene Terephthalate modified asphalt mixtures under static and dynamic loads”, Construction and Building Materials, 65: 487–494, (2014).
25. [25] Moghaddam T., Karim M. and Syammaun T., “Dynamic properties of stonemastic asphalt mixtures containing waste plastic bottles”, Construction and Building Materials, 34: 236–242, (2012).
26. [26] Abdul Rahman W. and Abdul Wahab A., “Green Pavement Using Recycled Polyethylene Terephthalate (PET) as Partial Fine Aggregate Replacement in Modified Asphalt”, Procedia Engineering, 53:124-128, (2013).
27. [27] Yaşmun E., “Pet Lifi Katkılı Bitüm Kaplamaların Bazı Dayanım ve Dayanıklılık Özelliklerinin Araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2009).
28. [28] Farzanian S.A., “Polietilen Tereftalat (PET) Atıklarının Polimerizasyon ile Elde Edilen Ürünlerinin Asfalt Betonlarında Kullanılabilirliği”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
29. [29] Hoxha M., “The Effects of Waste Polethylene Terepthalate (PET) on Asphalt Concrete”, Master Thesis, Zirve University, Natural and Applied Sciences, (2014).
30. [30] Ahmadinia E., Zargar M., Karim M.R., Abdelaziz M. And Ahmadinia E., “Performance evaluation of utilization of waste Polyethylene Terephthalate (PET) in stone mastic asphalt”, Construction and Building Materials, 36: 984–989, (2012).
31. [31] Bulak E., “Atık Polietilen Tereftalat (PET) ‘ın Aminolizi ve Aminoliz Ürünlerinin Karakterizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2011).
32. [32] Geçkil T., “Physical, Chemical, Microstructural and Rheological Properties of Reactive Terpolymer- Modified Bitumen”, Materials , 12(6): 921, (2019).
33. [33] Whiteoak D., “Shell Bitüm El Kitabı”, İSFALT Bilimsel Yayınları, İstanbul, (2004).
34. [34] Hınıslıoğlu S. and Ağar E., “Use of the Waste High Density Polyethylene as Bitumen Modifier in Asphalt Concrete Mix”, Materials Letters, 58:267-271, (2004).
35. [35] Zoorob S.E. and Suparma L.B., “Laboratory Design and Investigation of the Properties of Continuously Graded Asphaltic Concrete Containing Recycled Plastics Aggregate Replacement (Plastiphalt)”, Cement&Concrete Composites, 22 :233-242, (2000).