Bağlayıcı Yaşlandırma Yöntemleri

Organik bir malzeme olan asfalt, atmosferik dış etkiler olan oksijenden, ültraviyole ışınlardan ve sıcaklık değişimlerinden etkilenerek yaşlanma (sertleşme) eğilimi göstermektedir. Asfaltın yaşlanması, yapım boyunca meydana gelen “kısa süreli yaşlanma” ve servis hizmet ömrünün ilk 5–10 yılı boyunca meydana gelen “uzun süreli yaşlanma” olmak üzere iki düzeyde gerçekleşmektedir. Superpave bağlayıcı şartnamesi, asfaltın kısa süreli yaşlanmasını temsil eden Dönel İnce Film Etüvü Deneyi (RTFOT) ile uzun süreli yaşlanmasını temsil eden Basınçlı Yaşlandırma Kabı (PAV) deneyini gerekli görmektedir [134,139].

4.1.1.1. Dönel İnce Film Etüvü Deneyi (RTFOT)

Asfalt bağlayıcının karıştırma ve yapım sırasındaki kısa süreli yaşlanmasını temsil eden Dönel İnce Film Etüvü Deneyi (RTFOT), AASHTO T240 veya ASTM D2872 şartnamelerine göre yapılmaktadır. Deneyde, ince bir film halinde hareket eden asfalt bağlayıcıda, sıcaklık ve havanın etkisiyle uçucu madde kaybının tespit edilmesi ve deneyden sonra yaşlanmış olarak elde edilen asfalt bağlayıcının fiziksel özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmaktadır [20,134,137,142]. Deney aleti Şekil 4.3’de şematik olarak gösterilen elektrikle beslenen bir ısı iletim sistemi bulunan 163 oC’lik ısıya sahip bir etüv, etüvün içerisine silindir cam şişeleri yerleştirmek için monte edilmiş dönen tablası bulunan bir taşıyıcı ve şişelere hava püskürtmeye yarayan bir hava üfleyici parçaya sahiptir.

Şekil 4.3. Dönel İnce Film Etüvü (RTFOT) Aleti Şematik Görünüşü [11,35,142,143]

Deneyde kullanılacak 8 adet şişenin her birinin içine 0,001 gram hassasiyetle tartılmış 35±0,5 gram asfalt bağlayıcı numunesi doldurularak dönen tabla üzerine yerleştirilir ve tabla dakikada 15 devir yapacak şekilde 85 dakika (TS EN 12607-1’e göre 75 dakika) süreyle döndürülür. Dönme esnasında etüvün en alt konumunda bulunan bir hava üfleyici yardımıyla

şişelere akışı 4000±200 ml/dakika olacak şekilde hava püskürtülür. Sıcaklık, dönme hareketi ve hava üfleme etkisiyle asfalt bağlayıcı şişe içerisini tam olarak kaplayarak ince bir film tabakası oluşturmakta ve bu sayede bağlayıcının yaşlanması sağlanmaktadır [11,35,137,142,144].

RTFOT etüvü kullanılmadan önce 16 saat uygulama sıcaklığı olan 163 oC’ye kadar ısıtılır ve termostat, asfalt numuneleri yerleştirilip kapak kapatıldıktan sonra 10 dakika içerisinde bu sıcaklığa çıkacak şekilde ayarlanır. Numuneleri deneye hazırlamak için asfalt bağlayıcı akışkan hale gelinceye kadar 150 o_{C’yi geçmeyecek şekilde ısıtılır ve 8 adet şişe} yukarıda ifade edildiği gibi doldurularak deney aletine yerleştirilir ve deney başlatılır. Deneyden sonra, bu şişelerden 6 tanesi başka bir kaba boşaltılır ve daha sonra basınçlı yaşlandırma kabı ve dinamik kesme reometresi deneylerinde kullanılmak üzere saklanır. Geriye kalan iki adet şişe de oda sıcaklığında soğutularak, bağlayıcıda oluşan kütle kaybının tespit edilmesi amacıyla 0,001 gram hassasiyetle tartılır ve numuneler atılır. Kütle kaybı, RTFOT deneyinden sonra iki numunenin kütlesinde yüzde olarak oluşan kayıp olarak açıklanır ve aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır [11,20,35,137,144].

Kütle Kaybı, % = [(İlk Kütle–Son Kütle)/ İlk Kütle]×100 (4.1) Kütle kaybı; asfalt bağlayıcı içerisindeki uçucu maddelerin kaybından ibaret olup asfaltın taşıma, depolama, ısıtılma, kaplamanın inşası ve kullanımı esnasında sertleşmesinin bir göstergesidir [20].

4.1.1.2. Basınçlı Yaşlandırma Kabı (PAV) Deneyi (AASHTO PP1)

Arazide servis sırasında bitümde meydana gelen oksidasyon yaşlanmasını (uzun süreli yaşlanma) laboratuara yansıtabilmek amacıyla SHRP–A–002A araştırma ekibi tarafından Basınçlı Yaşlandırma Kabı (PAV) yöntemi geliştirilmiştir [145]. PAV deneyi, kaplama servis ömrünün ilk 5–10 yılı boyunca asfalt bağlayıcıda meydana gelen uzun süreli yaşlanmayı temsil etmektedir [134,137]. Deneyde, uzun süreli yaşlanmayı temsil etmek üzere, asfalt numunesi bir basınç kabına konularak etüvde 20 saat süreyle standart sıcaklık ve basınç etkisinde bırakılır. Deneyde kullanılacak asfalt bağlayıcı, karıştırma ve yapım aşamasındaki yaşlanmayı temsil eden RTFOT deneyinden elde edilen yaşlandırılmış numunelerden alınmaktadır. Böylece kaplamanın karıştırma, yapım ve hizmet sırasında karşılaşacağı çevresel koşullar deneylere yansıtılmış olmaktadır [11,20,139].

Basınçlı yaşlandırma aparatı, içerisinde rafları bulunan basınçlı yaşlandırma kabı ve etüvden meydana gelir. Hava basıncı, basınç düzenleyici boşaltma ve tedrici boşaltma valfli basınçlı kuru hava silindiri tarafından sağlanır. Bu deneyin yapılabileceği birkaç tür basınç kabı bulunmaktadır. Bunların bir kısmında basınç kabı ile sıcaklık ve basınç düzeneğinin aynı bölme

içinde bulunduğu etüv tek parçadır. Bir kısmında ise Şekil 4.4’de görüleceği gibi numune raflarını taşıyan ayrı bir bölme vardır ve bu bölmeler sıcaklık çubuğu ve basınç hortumu ile birlikte etüvün içerisine yerleştirilir [11,35].

Şekil 4.4. Basınçlı Yaşlandırma Kabı (PAV) ve Parçaları [141,144,146]

Basınç kabı, 2,1±0,1 MPa (305±15 psi) sabit hava basıncı ile iklim ve kullanılacak bağlayıcı sınıfına bağlı olarak 90 o_{C, 100} o_{C ve 110} o_{C gibi test sıcaklığı şartlarında çalışacak} şekilde tasarlanmıştır ve içerisine 10 adet numune kalıbı alabilir. Yaşlanma süresi boyunca basınç kabının iç sıcaklığını ±0,5 o_{C hassasiyetle kontrol edecek bir dijital göstergeye} gereksinim vardır [137,138,144,146]. Bağlayıcı sınıfına göre değişen deney sıcaklıkları, Tablo 4.4’de verilmiştir.

Tablo 4.4. Bağlayıcı Sınıfına Göre Uygulanacak PAV Deney Sıcaklıkları [137,141]

Bağlayıcı Sınıfları PAV Deney Sıcaklığı (°C)

PG 46-Y 90 PG 52-Y 90 PG 58-Y 100 PG 64-Y 100 PG 70-Y 100–110 PG 76-Y 100–110 PG 82-Y 100–110

Deneyden önce RTFOT ile yaşlandırılmış asfalt numune akıcı bir hale gelinceye kadar ısıtılır (yaklaşık 135 o_{C) ve homojen bir hale gelinceye kadar karıştırılır. Hazır durumdaki} numune kaplarının (135 o_{C sıcaklıktaki) her birine 0,1 gram hassasiyetli bir terazide} 50±0,5 gram asfalt malzeme 3,2±0,1 mm film kalınlığı oluşturacak şekilde dökülür ve bu kaplar numune raflarına yerleştirilir. Basınç kabı, basınç uygulanmadan önce, asfalt derecesine bağlı olarak istenilen test sıcaklığına (90,100 veya110 o_{C) kadar ısıtılır. Isıtmadan sonra raflı taşıyıcı,} basınç kabına yerleştirilerek sıcaklık kaybına sebep olmadan kapak kapatılır. Kabın sıcaklığı

gerekli test sıcaklığına ±2 o_{C duyarlılıkla yaklaştığında kaba 2,1±0,1 MPa’lık basınç,} 20 saat ± 10 dakika süreyle verilerek yaşlandırma işlemi gerçekleştirilir. Deney sonrasında

kaptaki basınç boşaltma işlemi, asfaltta köpürmeye neden olmaması için 9±1 dakika sürecek şekilde boşaltılır. Bu işlemden sonra asfalt numuneler kaptan çıkartılır ve 163 oC’de 30 dakika etüvde tutularak içerisinde sıkışan havanın uzaklaştırılması sağlanır. Etüvden çıkartılan asfalt numuneler dinamik kesme, eğilme kirişi ve direkt çekme testlerinde kullanılmak üzere başka bir kaba boşaltılarak saklanır [137,138,144,146].