The Workability and Permanent Deformation Resistance of Pirina Modified Bitumens at High Temperatures

Öz

In this study, the effect of pirina, which is an agricultural waste, on the workability and permanent deformation resistance of bituminous binders at high temperatures were investigated. For this purpose, firstly, modified bitumens were obtained by adding 5, 10, 15 and 20% by weight of pirina to pure B 160/220 bitumen. Physical properties of pure and modified bitumens are determined by penetration, softening point and ductility tests; fluidity and workability properties at high temperatures by the rotational viscometer (RV) test; the permanent deformation resistance of the binders by dynamic shear rheometer (DSR) test; their chemical characterizations were determined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. According to the physical and RV test results, it was observed that the binders tended to harden, their viscosity decreased and the workability temperatures increased accordingly. In addition, it has been determined that the temperature sensitivity of the binders decreases with the addition of pirina. According to DSR test results, the resistance of pure bitumen against permanent deformations at 58 oC high temperature increased to 64oC, especially by 15% due to the increase in the additive of pirina. According to the chemical characterization results, it was observed that the bitumen-pirina blend formed a homogeneous single-phase structure and the blend became an elastic structure despite hardening due to the cellulosic structure of the raw pirina. As a result, it was observed that the workability of the binders hardened with the pirina additive, but their resistance to permanent deformation at high temperatures increased.

Anahtar Kelimeler

• bitumen
• pirina
• modified bitumen
• workability
• permanent deformation resistance

Proje Numarası

İÜ-BAP FYL 2016/118

Pirina Modifiyeli Bitümlerin Yüksek Sıcaklıklardaki İşlenebilirliği ve Kalıcı Deformasyon Direnci

Öz

Bu çalışmada, tarımsal bir atık olan pirina’nın bitümlü bağlayıcıların yüksek sıcaklıklardaki işlenebilirliği ve kalıcı deformasyon direnci üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak saf B 160/220 bitüme ağırlıkça %5, 10, 15 ve 20 oranlarında pirina eklenerek modifiye bitümler elde edilmiştir. Saf ve modifiye bitümlerin fiziksel karakteristikleri penetrasyon, yumuşama noktası ve düktilite deneyleri ile; yüksek sıcaklıklardaki akışkanlık ve işlenebilirlik özellikleri dönel viskozimetre (RV) deneyi ile; bağlayıcıların kalıcı deformasyon dirençleri dinamik kayma reometresi (DSR) deneyi ile; kimyasal karakterizasyonları ise taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir. Fiziksel ve RV deney sonuçlarına göre, pirina katkısı ile bağlayıcıların sertleşme eğilimi gösterdiği, akışkanlıklarının azaldığı ve buna bağlı olarak işlenebilirlik sıcaklıklarının arttığı görülmüştür. Ayrıca, bağlayıcıların sıcaklık hassasiyetlerinin de pirina katkısı ile azaldığı tespit edilmiştir. DSR deney sonuçlarına göre, saf bitümün 58 oC yüksek sıcaklıkta kalıcı deformasyonlara karşı göstermiş olduğu direnç, pirina katkı artışına bağlı olarak özellikle %15 oranında 64oC sıcaklığa yükselmiştir. Kimyasal karakterizasyon sonuçlarına göre, bitüm-pirina karışımının homojen tek fazlı bir yapı oluşturduğu ve ham pirinanın selülozik yapısı sebebiyle karışımın sertleşmesine rağmen elastik bir yapı haline geldiği görülmüştür. Sonuç olarak, pirina katkısı ile bağlayıcıların sertleşerek işlenebilirliklerinin azaldığı ancak yüksek sıcaklıklardaki kalıcı deformasyon dirençlerinin arttığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• bitüm
• pirina
• modifiye bitüm
• işlenebilirlik
• kalıcı deformasyon direnci

Destekleyen Kurum

İnönü Üniversitesi

Proje Numarası

İÜ-BAP FYL 2016/118

Kaynakça

1. [1] Ahmedzade P., “The investigation and comparison effects of SBS and SBS with new reactive terpolymer on the rheological properties of bitumen”, Construction and Building Materials, 38: 285-291, (2013).
2. [2] Geçkil T. ve Seloğlu M., “Performance properties of asphalt modified with reactive terpolymer”, Construction and Building Materials, 173: 262–271, (2018).
3. [3] Carreau P.J., Bousmina M. and Bonniot F., “The viscoelastic properties of polymer-modified asphalt”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 3 (78): 495-502, (2000).
4. [4] Yıldırım Y., “Polymer modified asphalt binders”, Construction and Building Materials, 21: 66-72, (2007).
5. [5] Geçkil T., Önal Y ve İnce C.B., “Atık PET ile modifiye edilmiş bitümlü sıcak karışımların nem direnci”, Politeknik, (2021).
6. [6] Li X., Ouyang C., Yuan Y., Gaoa Q., Zhenga K and Yan J., “Evaluation of ethylene-acrylic acid copolymer (EAA) modified asphalt: fundamental investigations on mechanical and rheological properties”, Construction and Building Materials, 90: 44-52, (2015).
7. [7] Mouillet V., Farcas F. and Besson S., “Aging by UV radiation of an elastomer modified bitumen”, Fuel, 87: 2408-2419, (2008).
8. [8] Tunç A., “Yol Malzemeleri ve Uygulamaları”, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara, (2007).

9. [9] Geçkil T., Önal Y. ve İnce C.B., “Atık Polietlen Tereftalat (PET) ile Modifiye Edilmiş Saf Bitümün Fiziksel, Morfolojik ve Isıl Özellikleri”, Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 32(1): 157-166, (2020).
10. [10] Ahmedzade P., Fainleib A., Günay T. and Grygoryeva O., “Modification of bitumen by electron beam irradiated recycled low density polyethylene”, Construction and Building Materials, 69: 1–9, (2014).
11. [11] Garcia-Morales M., Partal P., Navarro F.J. and Gallegos C., “Effect of waste polymer addition on the rheology of modified bitumen”, Fuel, 85(7–8): 936-943, (2006).
12. [12] Ismail Z.Z. and AL-Hashmi E.A., “Use of waste plastic in concrete mixture as aggregate replacement”, Waste Management, 28(11): 2041-2047, (2008).
13. [13]http://atiksahasi.com/At%C4%B1k
14. [14] Akyıldız H., Efe H. ve Önen F., “Baraj Yapımında Atık Malzemelerin Kullanımı: Kadıköy Göleti Örneği”, Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 11(1): 439-445, (2020).
15. [15] Gökyay O. ve Özer L.M., “ Evsel Katı Atık Toplama ve Taşıma İşkolunda Çalışanların İş Sağlığı ve Güvenliği Koşullarının Değerlendirilmesi, Ankara-Yenimahalle Örneği”, International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 32(4): 413 – 419, (2020).
16. [16] Parlakay O., Çelik A. ve Kızıltuğ T., “Hatay İlinde Tarımsal Üretimden Kaynaklanan Çevre Sorunları ve Çözüm Önerileri”, Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(2): 17-26, (2015).
17. [17] Kandemir S.Y. ve Açıkkalp E., “Bilecik İli Hayvansal Atıklarının Biyogaz Potansiyellerinin İncelenmesi”, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6(1): 104-108, (2019).
18. [18] Gezer N. ve Işıldar G.Y., “Ankara İlindeki KOBİ'lerde Endüstriyel Atık Yönetimi”, Ankara Üniversitesi SBF Dergisi, 72(2), 355-375, (2017).
19. [19] Kayan A. ve Küçük A., “Plastik Kirliliğin Çevresel Zararları ve Çözüm Önerileri”, Ankara Hacı Bayram Veli Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, Cilt 22(2): 403-427, (2020).
20. [20] Kocabey S., “Balıkesir İli İçin Hayvansal Atık Kaynaklı Biyogaz Potansiyelinin Belirlenmesi”, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 17: 234-243, (2019).
21. [21] Sansoucy R., “Olive by-products for animal feed. FAO Animal Production and Health Paper 43”, Rome, Italy, (1985).
22. [22] Filya İ., Hanoğlu H., Canbolat Ö. ve Sucu E., “Kurutulmuş Pirinanın Yem Değeri ve Kuzu Besisinde Kullanılma Olanakları Üzerinde Araştırmalar 2. Kuzuların Besi Performansı Üzerine Etkileri”, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20(1): 13-23, (2006).
23. [23]https://ticaret.gov.tr/data/5d41e59913b87639ac9e02e8/3acedb62acea083bd15a9f1dfa551bcc.pdf
24. [24] Hocaoğlu S.M., Baştürk İ., Aydöner C. ve Haksevenler B.H.G., “Türkiye’deki Zeytinyağı İşletmelerinin 3 Fazlıdan 2 Fazlı Üretime Geçişi Durumunda Pirina Tesislerinin Yeterliliğinin CBS Destekli Analizi”, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 32(1), 43-58, (2018).
25. [25] Özer S., “Pirina Yağının Fuzel Yağı ile Esterleştirilmesi”, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi (GMBD), 4(2): 136-143, (2018).
26. [26] Gök O. ve Mesutoğlu Ö.Ç., “Adsorpsiyon Kolon Sisteminde Pirina Kullanılarak Ağır Metal Giderimi”, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 20(60): 1000-1009, (2018).
27. [27] Kıcı G.Ö. ve Saltan M., “Pirinanın bitüm modifikasyonunda kullanımının araştırılması”, Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 12(1): 1-9, (2020).
28. [28] McGennis R.B., Shuler S. and Bahia H.U., “Background of Superpave Asphalt Binder Test Methods”, Publication FHWA-SA-94-069, Federal Highway Administration, USA, (1994).
29. [29] Zaniewski J.P. and Pumphrey M.E., “Evaluation of Performance Graded Asphalt Binder Equipment and Testing Protocol”, Asphalt Technology Program, West Virginia, USA, (2004).
30. [30] Al-Abdul Wahhab H.I., Al-Dubabe I.A., Asi I.M. and Ali M.F., “Performance-based characterization of arab asphalt”, Building and Environment, 33(6): 375-383, (1998).
31. [31] Mazumder M., Ahmed R., Ali A.W. and Lee S.J., “SEM and ESEM techniques used for analysis of asphalt binder and mixture: A state of the art review”, Construction and Building Materials, 186: 313-329, (2018).
32. [32] AlHumaidan F.S., Hauser A., Rana M.S., Lababidi H.M.S. and Behbehani M., “Changes in asphaltene structure during thermal cracking of residual oils: XRD study”, Fuel, 150: 558-564, (2015).
33. [33] Xu T. and Huang X., “Study on combustion mechanism of asphalt binder by using TG–FTIR technique”, Fuel, 89(9): 2185-2190, (2010).
34. [34] Zhang R., Wang H., Gao J., You Z. and Yang X., “High temperature performance of SBS modified bio-asphalt”, Construction and Building Materials, 144: 99-105, (2017).