Epoksi Reçine İle Modifiye Edilen Bitümlerin Fiziksel Özellikleri Üzerinde Yaşlanmanın Etkisi

Epoksi Reçine İle Modifiye Edilen Bitümlerin Fiziksel Özellikleri Üzerinde Yaşlanmanın Etkisi

Özet: Bu çalışmada epoksi reçine ile modifiye edilen bitümler üzerinde kısa süreli yaşlanmanın etkisi araştırılmıştır. Saf bitüm üzerinde epoksi reçinenin etkilerini belirlemek amacıyla B 70/100 sınıfı bitüm ve dört farklı oranda (%0,75 - %1,0 - %2,0 ve %3,0) epoksi reçine kullanılarak hazırlanan modifiye bağlayıcılar üzerinde standart deneyler (penetrasyon, yumuşama noktası, düktilite, Fraas kırılma noktası ve özgül ağırlık) uygulanmıştır. Dönel İnce Film Halinde Isıtma (RTFO) yöntemiyle yaşlandırılmış saf ve modifiye bağlayıcılardan elde edilen numuneler üzerinde yaşlanmanın etkisi tespit edilmiştir. Termogravimetrik Analiz (TGA) ile bütün bağlayıcıların yaşlandırmadan önce ve sonraki bozulma sıcaklıkları tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen sonuçlardan %2,0 epoksi reçine modifiyeli bağlayıcının düşük ısı dayanımı ve elastikiyet özelliklerinin saf bağlayıcıya göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Epoksi reçine, modifikasyon, yaşlanma, RTFO.

The Effect of Aging on the Physical Properties of Bitumens Modified By Epoxy Resin

Abstract: The effect of short term aging on the modified bitumen with epoxy resin was investigated in this study. To determine the influence of epoxy resin on the pure bitumen, the standard test methods (penetration, softening point, ductility, Fraas breaking point and specific gravity) were carried out on the B 70/100 type of bitumen and on the modified bitumens containing epoxy resin in four different quantities (0.75% - 1.0% - 2.0% - 3.0%). The effect of aging was determined on the specimens obtained by aging of pure and modified binders by Rolling Thin Film Oven (RTFO) method. The decomposition temperatures of all binders before and after aging were detected by Thermogravimetric Analysis (TGA). The results of this study indicate that binder modified by 2.0% of epoxy resin has higher low temperature resistance and flexibility properties than pure bitumen.

Key Words: Epoxy resin, modification, aging, RTFO.

* Bu çalışma 105M020 numaralı TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmektedir.

1. Giriş

Nüfus artışı ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak karayollarındaki taşıt ve yük miktarındaki artış, yolların servis kabiliyetinin azalmasına ve yollarda rehabilitasyon tarihinden daha önce bakım yapılmasına neden olmaktadır. Bu durum emniyet, konfor ve ekonomi açısından büyük sorunlara yol açmaktadır. Karayollarının uzun vadede daha iyi performans göstermesi için tasarım aşamasında trafik koşulları kadar alt ve üstyapı tabakalarında kullanılacak malzemelerin özelliklerine de büyük önem verilmesi gerekmektedir.

Kaplama bünyesinde deformasyon oluşumu-nu engelleyerek performansı arttırmak amacıyla katkı maddeleri kullanılmaktadır. Katkı madde-leri içerisinde en çok kullanılanlar polimer grubu malzemelerdir. Polimerler kendi aralarında plas-tikler, elastomerler, işlenmiş kauçuk ve fiberler olarak dört ana gruba ayrılırken plastikler; ter-moplastikler ve termosetler, elastomerler ise doğal ve yapay kauçuk olarak iki alt dala ayrıl-maktadır [1]. Termoset malzemeler; epoksi reçineler, üre formaldehit, melamin formaldehit, fenol formaldehit ve doymamış polyester reçine-ler olarak sınıflandırılmaktadır[2]. Yapılan çeşit-li çalışmalarda polietilen (PE), polipropilen (PP), poli vinil klorid (PVC), polistiren (PS) ve etilen vinil asetat (EVA) gibi termoplastik malzemeler bitüm modifikas-yonunda denenmiş ve normal servis sıcaklığında bitümün sertliğini ve viskozitesini arttırdıkları belirlenmiştir. Fakat bu katkıların çoğunun bitümün elastikiyetini kayda değer miktarda arttırmadığı, modifiye bitümlerin ısıtıldığında ayrışmaya, soğutulduğunda ise parçalara bölünmeye meyilli olduğu belirlen-miştir [3–6].

Esnek kaplamaların yapımı ve hizmet ömrü boyunca bitümlü bağlayıcıda yaşlanma adı verilen yapısal değişimler meydana gelmektedir. Yaşlanma olayı sonucunda oluşan kalıcı sertleşme, bağlayıcının elastikiyetini kaybederek kaplama bünyesinde erken bozulmalara neden olmaktadır [7].

Bitümlü bağlayıcıların yaşlanması, kısa dönem içerisinde depolama, karıştırma, taşıma ve serim sırasında, uzun dönem içerisinde ise servis ömrü boyunca meydana gelmektedir. Yol hizmete açılıncaya kadar bağlayıcıda meydana gelen yaşlanmanın, toplam yaşlanma miktarının yaklaşık % 70’ini oluşturduğu tespit edilmiştir [3]. Asfalt hazırlama tesislerinde karıştırma sırasında meydana gelen kısa süreli yaşlanma, laboratuarda RTFO (Dönel İnce Film Halinde Isıtma) deney aleti kullanılarak tespit edilmek-tedir [8]. Kaplama performansını tam olarak değerlendirebilmek için yaşlanma parametre-lerinin göz önünde bulundurulması büyük önem arz etmektedir.

2. Materyal ve Metot

2.1. Termogravimetrik Analiz (TGA)

Maddelerin termal stabilitelerini belirlemek amacıyla Termogravimetrik Analiz (TGA) yön-temi kullanılmaktadır. Bu yöntemde kullanılacak malzemeler azot atmosferinde 10oC/dk hızla 500oC’ye kadar ısıtılmakta ve sıcaklık artışından dolayı meydana gelen kütle kayıpları tespit edilmektedir. Elde edilen sıcaklık–kütle kaybı grafiğinden, kırılmanın meydana geldiği sıcaklık değeri bozulma sıcaklığı olarak tespit edil-mektedir.

2.2. Bitüm modifikasyonu ve standart bağlayıcı deney yöntemleri

Çalışmada TÜPRAŞ rafinerisinden elde edilen bitüm üzerinde penetrasyon deneyi yapılarak bağlayıcı sınıfı belirlenmiş ve standart bağlayıcı deney yöntemleri ile TS 1081 EN 12591 standardına uygunluğu tespit edilmiştir [9]. Katkı maddesi olarak Fluka şirketinden elde edilen D.E.R. 332 türü epoksi reçine (ER) kullanılmıştır. Modifiye bağlayıcılar, malzemelerin 135oC sıcaklıkta, 500 rpm. hıza sahip bir karıştırıcıda, 30 dakika süreyle karıştırılması sonucu elde edilmiştir. Modifiye bağlayıcılar üzerinde; penetrasyon, yumuşama noktası, düktilite, Fraas kırılma noktası ve özgül ağırlık deneyleri yapılarak meydana gelen değişiklikler tespit edilmiştir