Bitümün modifikasyon türleri

Kullanılan katkılar yani modifiyerler gerek cins gerekse miktar olarak farklı bitümlerde farklı sonuçlar yaratmaktadır. Bunun nedeni asfalten ve malten olarak belirttiğimiz iki ana grubun her bitümde farklı oranlarda olmasıdır. Aynı şekilde katkı cinsinin ve miktarının belirlenmesi de önemli bir husustur (Çubuk, 2007).

3.4.6.1. Kükürt ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Kükürt kullanım miktarına göre, kükürtlü asfalt denilen ve kükürdün az miktarda kullanıldığı uygulamalar ve fazla miktarda kükürt kullanılan uygulamalar olmak üzere iki şekilde modifiyer olarak kullanılmaktadır. Az miktardaki uygulamalarda kükürt bitümün seyreltilmesi işlevini görür. Fazla miktarda uygulamalarında ise kükürdün işlenebilirliği artırdığı, silindir kullanmadan yani sıkıştırma gerekmeden, sadece finişer ile serilebilecek derecede çalışılabilir ve hizmet süresince deformasyona karşı yüksek dirençli bir karışım elde edilmektedir. Bitüm ile reaksiyona girecek kükürt miktarı sıcaklığa ve bitüm kompozisyonuna göre değişmektedir (İsfalt, 2004).

Kükürt moleküle ilave olarak veya hidrojen sülfat olarak hidrojen çıkartılması yoluyla oksitlendirilerek, en yoğun şekilde bitümün naften-aromatik kısmı ile reaksiyona girdiği gösterilmiştir (Gonzales ve ark., 2004; Jin ve ark., 2002).

Yüksek sıcaklıklarda ortaya çıkacak hidrojen sülfür gazları sağlığa zararlı olduğundan, sıcaklığın dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi ve uygun ekipmanın

kullanımı gerekmektedir. Bitüm yaklaşık 160 °C sıcaklıklarda düşük viskoziteli bir madde olmasından ötürü karışımı kolayca işlenebilir hale getirmektedir. Karışım soğuduğunda fazla kükürt malzeme içerisindeki boşluklara kısmen dolar ve agregaların birbirleriyle sürtünmesini artırarak karışıma yüksek mukavemet kazandırır. Kükürt ile modifiye edilmiş karışım özellikleri ve davranışlarındaki değişikler zamana bağlıdır. İlk etapta, kükürt ile modifiye edilmiş bitümlü karışımların Marshall stabilitesi sadece bitüm kullanılarak hazırlanan karışımların değerinden az miktarda düşük olmakla birlikte, 7 ile 21 gün sonrasında, Marshall stabilitesi, modifiye edilmemiş malzemenin stabilite değerinin yaklaşık iki katına yükselmektedir. Bu durumun en geçerli açıklamasının ise bitümle etkileşime girmesi sonucunda kükürt kristalizasyonunun yavaşlaması olduğu belirtilmektedir (İsfalt, 2004).

3.4.6.2. Kauçuk ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Polibütadien, poliizopren, doğal kauçuk, bütil kauçuk, klorofin, düzensiz stirenbutadien- kauçuk, vb. gibi bileşenlerin çoğu bitüm ile birlikte kullanılmakta olup, başlıca etkileri viskoziteyi artırmaktır. Bazı durumlarda, kauçuklar vulkanize halde (çapraz-bağlı) kullanılır. Genellikle kullanılmış taşıt lastiklerinden elde edilen bu malzeme bitümlü karışımlara yüksek sıcaklıklarda karıştırılarak kullanılır. Yol yapımı için kullanılan karışımlar haricinde kauçuğun bitüm ve agregaya karıştırılarak futbol ve çocuk oyun sahasında kullanılabilecek elastik yüzeye sahip malzeme yapımında da kullanılabileceği görülmektedir (Çubuk, 2007).

3.4.6.3. Organo-mangan bileşiklerinin ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Bitümde organo-mangan bileşiklerinin kullanımı, ya tek başına veya organo- kobalt veya organo-bakır bileşikleri ile kombinasyon halinde yapılmaktadır (İsfalt, 2004).

Organo-mangan bileşiğinin bitüm içerisinde hızlı bir şekilde dağılmasını sağlamak amacıyla malzeme bir katalizör ile karıştırılarak kullanılmaktadır. Manganın, kararlı, kimyasal direnci yüksek metalli komplekslerin oluşumunu hızlandırdığına inanılmaktadır. Bu kompleksler bitüm moleküllerini birbirine bağlayarak, bitümlü karışımın mukavemetini güçlendirmektedir. Organo mangan katkı maddesi ile kalker ve

bazalt agregalarının soyulmaya karşı mukavemet değerinde genel olarak % 90 oranında artış olduğu tespit edilmiştir (Çubuk, 2007).

3.4.6.4. Termoplastik polimerlerin ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Fiziksel olarak düz ve dallanmış zincir yapısına sahip olan bu polimerler, ısıtıldıklarında önce yumuşarlar sonra kıvamlı akışkan haline gelirler (Çubuk, 2007).

Polietilen, polipropilen, polivinil klorür, polistiren ve etil vinil asetat (EVA) modifiye karışımlarda denenmiş olan başlıca polimerleri oluşturmaktadır. Termoplastik polimerler bitüm ile karıştırıldıklarında ortam sıcaklığında birleşerek bitümün viskozitesini artırırlar (Gonzales ve ark., 2004).

Ancak, termoplastikler bitümün elastisitesini belirgin şekilde artıramadığı, ısıtıldıklarında ayrıştığı ve soğuma ile kaba bir dağılıma sebep oldukları belirtilmektedir. Bununla birlikte bu kısıtlamalar kabul edilerek 70 pen bitüm içerisinde % 5 EVA kullanımı oldukça yaygındır (İsfalt, 2004).

Bitümlü karışımlara EVA ilavesi sadece performansın iyileştirilmesi için kullanılmamakta, ayrıca soğuk havada yapılan uygulamalarda da önemli miktarlarda EVA kullanılmaktadır. EVA, kesme kuvvetine hassaslığından ve daha yumuşak bitümle kullanıldığından ötürü karışımın işlenebilirliğini artırmaktadır (Gonzales ve ark., 2004).

3.4.6.5. Termoplastik kauçukların ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Stirenik blok kopolimerler, dört ana termoplastik elastomer gurubu (poliüretan, polieter-poliester kopolimerler, olefinik kopolimerler ve stirenik kopolimerler) arasında bitüm ile karıştırılmak için en büyük potansiyeli taşıdığı kanıtlanmış olup, bu polimerlerle birçok çalışma yapılmıştır (Stastna ve ark., 2003, Nadkarni ve ark., 1985).

Termoplastik kauçuklar mukavemet ve elastikliğini moleküllerin üç boyutlu bir ağa fiziksel olarak çapraz şekilde bağlanmalarından elde etmektedir. Polistirenin camlaşma noktasının üzerindeki sıcaklıklarda (100 °C üzeri) ortamın zayıflamasından ötürü polistiren yumuşamakta ve gerilme altında ayrışmakta dolayısıyla da kolayca işlenmeye olanak sağlamaktadır. Soğutma ile ortamlar tekrar birleşmekte, mukavemet ve elastisite geri kazanılmaktadır (İsfalt, 2004).

3.4.6.6. Termoset ilavesi yoluyla bitümün modifikasyonu

Yüksek oranda çapraz bağ içeren polimerler ısıtıldıkları zaman termoplastikler gibi yumuşamazlar ve erimezler, hatta aksine sertleşirler. Sıcaklık daha da artırılırsa doğrudan ısısal bozunmaya uğrarlar yani kimyasal olarak parçalanırlar. Bu nedenle ısıtılınca sertleşen polimerlere ısı ile sertleşen anlamına gelen termoset polimerler denir (Çubuk, 2007).

Biri sertleştirici diğeri bir reçineden oluşan iki sıvı bileşenin kimyasal reaksiyona girmesinden termoset polimerler elde edilmektedir. Bitüm ile karıştırılan iki bileşenli epoksi reçinesi karışımları bitümden daha çok termoset reçinelerin özelliklerini yansıtmaktadır (İsfalt, 2004).

Termoset polimerler ile modifiye edilen bitümler ısıya daha az duyarlı, daha elastik ve aşınma direnci daha yüksektir. Dolayısıyla deformasyona karşı daha dirençlidirler. Ayrıca, bitüm-agrega adezyonu daha fazladır (Tunç, 2004).