4. ÜSTÜN PERFORMANSLI ASFALT KAPLAMA (SUPERPAVE) YÖNTEMİ
4.3. Karışımların Hacimsel Özellikleri
4.3.2. Asfalt Karışımların Analizi ve Şartname Gereksinimleri
Superpave karışım dizaynı, agrega hacim özgül ağırlığı (Gsb) cinsinden sıkıştırılmış kaplama karışımlarının mineral agregalar arasındaki boşluk (VMA) değerini hesaplar. VMA değerini hesaplamak için diğer agrega özgül ağırlık değerlerini kullanmak, VMA kriterinin uygulanamayacağı ve karışımın Superpave kriterlerini karşılamadığı anlamına gelir. Agrega efektif özgül ağırlığı (Gse), sıkıştırılmış bir asfalt karışım kaplamadaki hava boşluklarının hesaplanmasında esas teşkil eder. Mineral agregadaki boşluklar (VMA) ve hava boşlukları (Va), kaplama karışımı hacminin yüzdeleri olarak ifade edilirler. Asfaltla dolu boşluklar (VFA), efektif asfalt ile dolmuş mineral agregadaki boşlukların (VMA) yüzdesidir. Karışımdaki asfalt içeriğinin belirlenme şekline bağlı olarak, efektif asfalt içeriği ya kaplama karışımının toplam ağırlığının ya da karışımdaki agregaların ağırlığının ağırlıkça yüzdesi olarak ifade edilmektedir. Va, VMA ve VFA değerleri hacimsel büyüklük oldukları için tartılamadıklarından, kaplama karışımı öncelikle hacimsel olarak tasarlanmalı veya analiz edilmelidir. Tasarım amacıyla bu hacimsel yaklaşım, işyeri karışım formülü elde etmek üzere kolayca ağırlık ölçütlerine dönüştürülebilirler [22,31]. Boşluk analizleri için gerekli ölçümler ve hesaplamalar aşağıdaki işlem sırasına göre yapılabilir.
a) Kaba agregaların hacim özgül ağırlığı (AASHTO T85 veya ASTM C127) ve ince agregaların hacim özgül ağırlığı (AASHTO T84 veya ASTM C128) ölçülür.
b) Asfalt çimentosunun özgül ağırlığı (AASHTO T228 veya ASTM D70) ve mineral fillerin özgül ağırlığı (AASHTO T100 veya ASTM D854) ölçülür.
c) Kaplama karışımı agrega kombinasyonunun hacim özgül ağırlığı hesaplanır.
d) Sıkıştırılmamış (gevşek) asfalt karışımın maksimum teorik özgül ağırlığı (AASHTO T209 veya ASTM D2041) ölçülür.
e) Sıkıştırılmış asfalt karışımın hacim özgül ağırlığı (AASHTO T166 veya ASTM D1188/ D2726) ölçülür.
f) Agreganın efektif özgül ağırlığı hesaplanır.
g) Diğer asfalt içeriklerindeki maksimum özgül ağırlıklar hesaplanır. h) Agreganın asfalt absorpsiyonu hesaplanır.
i) Asfalt karışımdaki efektif asfalt içeriği hesaplanır.
j) Sıkıştırılmış asfalt karışımında, mineral agregadaki boşluk yüzdesi hesaplanır. k) Sıkıştırılmış asfalt karışımındaki hava boşluğu yüzdesi hesaplanır.
l) Sıkıştırılmış asfalt karışımındaki asfalt ile dolu boşlukların yüzdesi hesaplanır [10,22]. Bu hesaplamalar için gerekli olan bağıntılar ve şartname gereklilikleri aşağıda verilmiştir.
4.3.2.1. Agrega Karışımının Hacim Özgül Ağırlığı (Gsb)
Bir asfalt karışımda kullanılan agrega, farklı özgül ağırlıklarına sahip kaba agrega, ince agrega ve mineral fillerin belirli oranlarda karıştırılması ile elde edildiğinden, toplam agrega karışımının hacim özgül ağırlığı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.
1 2 1 1 1 2
....
....
N N N P P P Gsb P P P G G G+
+
+
=
+
+
+
(4.27)
Gsb: Agrega karışımının hacim özgül ağırlığı, P1, P2, PN: Her bir agreganın ağırlıkça yüzdesi, G1, G2, GN: Her bir agreganın hacim özgül ağırlığı.
Mineral fillerin hacim özgül ağırlığını tam olarak belirlemek güç olduğundan, fillerin hacim özgül ağırlığı yerine zahiri özgül ağırlık değeri kullanılabilir [10,22,155].
4.3.2.2. Agrega Karışımının Efektif Özgül Ağırlığı (Gse)
Agrega karışımının efektif özgül ağırlığı (Gse), asfalt kaplama karışımının teorik maksimum özgül ağırlığına (Gmm) bağlı olduğundan, agrega tanelerindeki asfalt absorbe eden boşluklar hariç tüm boşlukları içerir ve aşağıdaki bağıntı ile tespit edilir.
Pmm Pb Gse Pmm Pb Gmm Gb − = −
(4.28)
Gse: Agrega karışımının efektif özgül ağırlığı,
Pmm: Toplam gevşek karışımın ağırlıkça yüzdesi = 100,
Gmm: Asfalt karışımın (boşluksuz) maksimum özgül ağırlığı (AASHTO T209/ASTM D2041), Pb: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak, AASHTO T209/ASTM D2041 deneyi yapıldığında kullanılan asfalt içeriği,
Gb: Asfaltın özgül ağırlığı.
Agrega tarafından absorbe edilen asfalt bağlayıcı hacmi, her zaman absorbe edilen suyun hacminden daha az olmaktadır. Bu sebeple agreganın efektif özgül ağırlık değeri, hacim ve zahiri özgül ağırlık değerleri arasında olmalıdır. Aksi durumda bu değerin yanlış olduğu kabul edilir. Bu amaçla, asfalt karışımın maksimum özgül ağırlığı ve karışımın yapısı ile ilgili hesaplamalar, agrega ve toplam asfalt içeriği bakımından hatanın kaynağını bulmak için kontrol edilmelidir [22].
4.3.2.3. Farklı Asfalt İçeriğindeki Karışımların Maksimum Özgül Ağırlığı (Gmm)
Verilen bir agrega ile bir kaplama karışımı tasarımında her bir asfalt içeriğindeki karışımın maksimum özgül ağırlık (Gmm) değeri, her asfalt içeriği için hava boşluğu yüzdesini hesaplamak amacıyla gereklidir. Maksimum özgül ağırlığı, AASHTO T209/ASTM D2041 standardı ile her asfalt içeriği için tespit edilebilir ancak karışım, tasarım asfalt içeriğine yaklaştığı zaman deney en iyi sonucu verir. Ayrıca, maksimum özgül ağırlığın hesaplanmasında iki veya üç numunenin kullanılması tercih edilmektedir.
Ölçülmüş olan her maksimum özgül ağırlık ve buna bağlı olarak hesaplanan efektif özgül ağırlıklarının ortalamasından efektif özgül ağırlığı belirlendikten sonra, diğer asfalt içerikleri için maksimum özgül ağırlık değeri (4.29) bağıntısı ile bulunabilir. Bu bağıntı, agreganın efektif özgül ağırlığının sabit olduğunu kabul eder ve bu doğrudur. Çünkü asfalt absorpsiyonu, asfalt içeriğindeki değişmelerle kayda değer bir değişim göstermez [10,22].
Pmm Gmm Ps Pb Gse Gb = +
(4.29)
Gmm: Asfalt karışımın (boşluksuz) maksimum özgül ağırlığı, Pmm: Toplam gevşek karışımın ağırlıkça yüzdesi (Pmm= 100), Ps: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak agrega içeriği, Pb: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak asfalt içeriği, Gse: Agrega karışımının efektif özgül ağırlığı,
Gb: Asfaltın özgül ağırlığı.
4.3.2.4. Agreganın Asfalt Absorpsiyonu (Pba)
Asfalt absorpsiyonu, karışımın toplam ağırlığının yüzdesi olarak değil, toplam agrega ağırlığının yüzdesi olarak tarif edilir ve aşağıdaki (4.30) bağıntısı ile tayin edilir [10,22]. Agrega tarafından absorbe edilen asfalt, karışım performansı üzerinde bir etkiye sahip değildir ancak agreganın özgül ağırlığına bağlı olarak değişiklik gösterir [34].
100 Gse Gsb
Pba Gb
GsbGse
−
= × ×
(4.30) Pba: Agrega ağırlığının yüzdesi olarak absorbe edilen asfalt,
Gse: Agrega karışımının efektif özgül ağırlığı, Gsb: Agrega karışımının hacim özgül ağırlığı, Gb: Asfaltın özgül ağırlığı.
4.3.2.5. Asfalt Karışımın Efektif Asfalt İçeriği (Pbe)
Bir asfalt karışımın efektif asfalt içeriği (Pbe), agrega taneleri tarafından absorbe edilen asfalt miktarının toplam asfalt içeriğinden çıkarılmasıdır. Diğer bir ifadeyle, toplam asfalt içeriğinin agrega tanelerini kaplayan miktarı ve asfalt karışımın performansını belirleyen asfalt içeriğidir. Efektif asfalt içeriği (Pbe), aşağıdaki bağıntı ile bulunur [10,22,34].
100
Pba
Pbe=Pb− ×Ps
(4.31)
Pbe: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak efektif asfalt içeriği, Pb: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak asfalt içeriği,
Pba: Agrega ağırlığının yüzdesi olarak absorbe edilen asfalt, Ps: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak agrega içeriği.
4.3.2.6. Sıkıştırılmış Asfalt Karışımdaki Mineral Agregadaki Boşluk (VMA) Yüzdesi
Mineral agregadaki boşluklar (VMA), efektif asfalt içeriği ve hava boşlukları içeren sıkıştırılmış bir asfalt karışımında, agrega taneleri arasındaki granüler boşluklar olarak tanımlanır ve karışımın toplam hacminin yüzdesi olarak ifade edilir. VMA, agreganın hacim özgül ağırlığına göre hesaplanır ve sıkıştırılmış asfalt karışımın hacim özgül ağırlığının yüzdesi olarak ifade edilir. Bu sebeple VMA, sıkıştırılmış asfalt karışımın toplam hacminden, hacim özgül ağırlığınca belirlenmiş agrega hacminin çıkartılması ile hesaplanır. VMA yüzdesi, karışım ağırlığı ve agrega ağırlığının yüzdesi olarak aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır [22,34].
Eğer karışım bileşimi toplam karışım ağırlığının yüzdesi olarak tespit edilmişse: 100 Gmb Ps
VMA
Gsb
×
= − (4.32) VMA: Karışımın toplam hacminin yüzdesi olarak mineral agregadaki boşluklar,
Gsb: Agrega karışımının hacim özgül ağırlığı,
Gmb: Sıkıştırılmış karışımın hacim özgül ağırlığı (AASHTO T166/ASTM D1188-D2726) Ps: Toplam karışımın ağırlıkça yüzdesi olarak agrega içeriği.
Eğer karışım bileşimi toplam agrega ağırlığının yüzdesi olarak tespit edilmişse: 100 100 100 100 Gmb VMA Gsb Pb = − × × + (4.33)
Pb: Toplam agreganın ağırlıkça yüzdesi olarak asfalt içeriği.
Superpave yönteminde, agrega boyutuna bağlı olarak %4 dizayn hava boşluğunda tavsiye edilen minimum VMA değerleri Tablo 4.16’da verilmiştir.
Tablo 4.16. Superpave VMA Gereksinimleri [22,31,34,136]
Nominal Maksimum Agrega Boyutu, mm Minimum VMA, %
9,5 15,0 12,5 14,0
19 13,0 25 12,0 37,5 11,0
4.3.2.7. Sıkıştırılmış Karışımdaki Hava Boşlukları (Va) Yüzdesi
Toplam sıkıştırılmış asfalt karışımındaki hava boşlukları (Va), asfalt ile kaplanmış agrega taneleri arasında oluşan küçük hava parçacıklarıdır. Sıkıştırılmış bir karışımdaki hava boşluklarının hacimce yüzdesi aşağıdaki bağıntı ile belirlenir ve bütün trafik düzeyleri için tavsiye edilen dizayn Va değeri %4’dür [22,31,34,136].
100 Gmm Gmb
Va
Gmm
−
= ×
(4.34) Va: Sıkıştırılmış bir karışımda toplam hacmin yüzdesi olarak hava boşlukları,
Gmm: Asfalt karışımın maksimum özgül ağırlığı (hesaplanmış veya deneyle bulunmuş), Gmb: Sıkıştırılmış karışımın hacim özgül ağırlığı.
4.3.2.8. Sıkıştırılmış Karışımdaki Asfaltla Dolu Boşluk (VFA) Yüzdesi
Asfaltla dolu olan mineral agregadaki boşluk yüzdesi (VFA), agrega tarafından absorbe edilmiş asfalt hariç aşağıdaki bağıntı ile belirlenir [10,22,34].
100 VMA Va
VFA
VMA
−
= × (4.35) VFA: VMA’nın yüzdesi olarak asfalt ile dolu boşluklar,
VMA: Karışımın toplam hacminin yüzdesi olarak mineral agregadaki boşluklar, Va: Sıkıştırılmış bir karışımda toplam hacmin yüzdesi olarak hava boşlukları.
Superpave yönteminde, trafik düzeyine bağlı olarak %4 dizayn hava boşluğu yüzdesinde kabul edilebilir VFA değer aralığı Tablo 4.17’de verilmiştir.
Tablo 4.17. Superpave VFA Gereksinimleri [22,31,34,136]
Dizayn Trafik (ETDY), milyon Dizayn VFA, %
<0,3 70–80 0,3–3 65–78 3–10 65–75 10–30 65–75