Bitümlü Sıcak Karışımlarda Kullanılan Bitümlü Bağlayıcılar

Bitüm, temel olarak hidrokarbonlardan oluşan, trikloretilen içerisinde çözülebilen, uçucu olmayan ve ısıtıldığında gittikçe yumuşayan, viskoz bir sıvı veya katı bir madde olarak tanımlanmaktadır. Bitüm, petrolün rafinaj işlemi sırasında elde edilebildiği gibi doğal bir birikinti olarak (Trinidad gölü) veya içerisinde mineral maddelerle birlikte doğal bir şekilde ortaya çıkmış asfaltın bir bileşiği olarak da bulunabilmektedir [36]. Bitümlü malzemelerin sınıflandırılması Şekil 2.4’te verilmiştir.

Ülkemizde yol esnek üstyapılarında bitümlü bağlayıcı olarak; asfalt çimentoları, katbek asfaltlar, asfalt emülsiyonları ve katranlar kullanılmaktadır. Katran, başta kömürün ve odunun kapalı bir sistem içerisinde kuru olarak damıtılmasından elde edilmektedir. Bu şekilde elde edilen katrana ham katran denilmektedir. Kömür kökenli katranlar yol kaplamalarında bağlayıcı olarak tercih edilmektedir [37]. Asfalt emülsiyonları, su ile asfalt çimentosu küreciklerinin karışımı olduğundan heterojen ve iki fazlı bir malzemedir. Asfalt çimentosunun çok küçük partiküller (0,1–0,5 mikron) halinde parçalanıp suda koloidal şekilde dağıtılması sonucu akıcı hale getirilmesi ile emülsiyonlar elde edilmektedir. Sprey şeklinde yola tatbikinden sonra drenaj ve buharlaşma ile su, emülsiyondan ayrılarak asfalt çimentosu orijinal haline dönmektedir. Katbek asfaltlar, asfalt çimentosuna benzin gazyağı veya madeni yağ gibi çözücüler ilave edilerek elde edilen sıvı haldeki bitümlü bağlayıcılardır [38]. Katbek asfaltlar kür (geri kesilme) süresine göre üç gruba ayrılmakta ve çözücü miktarına göre de kıvamları ayarlanmaktadır. Uygulandıktan sonra çözücülerin buharlaşması sonucu asfalt çimentosu kendi özelliklerine geri dönmektedir.

Asfaltlar doğal asfaltlar ve yapay asfaltlar diye iki gruba ayrılabilmektedir. Doğal asfaltlar, mineral maddelerle karışmış halde bulunan kaya ve göl asfaltlarıdır. Yapay asfaltlar ise, ham petrolün arıtılmasından elde edilmektedir.

2.2.2.1. Doğal Asfaltlar

Doğal asfaltlar doğada genellikle mineral maddelerle karışmış halde bulunmaktadır. Konumlarına göre göl ve kaya asfaltı olarak adlandırılmaktadır ve genellikle bitümlü sıcak karışımlarda katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. En sık kullanılan doğal asfalt katkı maddeleri Trinidad Göl Asfaltı (TLA) ve gilsonittir. 1876 yılında yapılan ilk bitümlü sıcak karışım uygulamasında bağlayıcı olarak kullanılan TLA [38, 39], Trinidad & Tobago’da bulunan La Brea bölgesinden çıkarılmaktadır. Genel olarak TLA bitüm ve mineral maddeden oluşmaktadır. TLA’nın bitüm kısmı maltenlerden (63–66%) ve asfaltenlerden (34–37%) oluşmaktadır. Tipik olarak, rafine TLA’nın yumuşama noktası 93 ve 99ºC arasında ve 25ºC sıcaklıktaki penetrasyon değeri 2 mm-1

dir [40]. Rezervi 10-15 milyon tondur. Rafine edildikten sonra yaklaşık % 55 asfalt içermektedir. Dünyada bundan başka göl asfaltları da bulunmaktadır.

Gilsonit, bitümün fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirme potansiyeline sahip, doğal olarak oluşan bir katı hidrokarbon mineralidir [41]. Gilsonit, kolay kullanımı ve asfaltla iyi uyumuyla bilinmektedir. Gilsonit, doğada bulunan bir çeşit asfalt bağlayıcı olması dolayısıyla bitüm içinde hızlı bir şekilde çözülebilmektedir [42]. Amerika’nın Utah eyaletinde ve İran’da önemli gilsonit kaynakları bulunmaktadır.

2.2.2.2. Rafineri Asfaltları

Bitümlü sıcak karışımda ve sathi kaplamalarda kullanılmak üzere hazırlanmış petrol kökenli bitümlerdir. Bitümler genellikle penetrasyon değerlerine göre sınıflandırılmaktadır. Amerika’da viskoziteye, Superpave sisteminde ise performans seviyesine göre sınıflandırılmaktadır. Değişik penetrasyon dereceleri, petrolün arıtılması sırasındaki işlemlerle sağlanmaktadır. Ülkemizdeki dört farklı rafineride karayolu üstyapılarında kullanılan 4 farklı sınıf (B 50/70, B 70/100, B 100/150 ve B 160/220) bitüm TS 1081 EN 12591 standardına uygun özelliklere sahip olacak şekilde üretilmektedir. Bitümlü bağlayıcılar arasında düşük kıvamlı asfalt çimentolarının soğuk iklimli bölgelerde, yüksek kıvamlı bitümlerin ise sıcak iklimli bölgelerde kullanılması tavsiye edilmektedir [43]. Türkiye’nin sıcaklık dağılımına göre kullanılacak bitüm sınıfları Tablo 2.4’te verilmiştir.

Tablo 2.4. Türkiye’de üretilen bitümler ve kullanıldıkları bölgeler [27]

Bitüm sınıfı Bitümün kullanılacağı yerler

BSK için Sathi kaplama için B 40/60

B 50/70 B 70/100

Akdeniz iklimin hüküm sürdüğü kesimler ve Güney Doğu Anadolu’nun güney kesimleri

B 50/70 B 100/150 Karadeniz. Marmara, iç Anadolu. iç Batı Anadolu. _{Güney Doğu Anadolu'nun Kuzey kesimleri, Doğu}

Anadolu’nun Batı kesimleri

B 70/100 B 100/150 Yukarıda belirtilen bölgelerin çok soğuk kesimleri

ile Doğu Anadolu'nun soğuk ve yüksek kesimleri

Ayrıca, bitümler, sıvı petrol asfaltlarının (katbek asfalt) ve bitüm emülsiyonlarının hazırlanmasında da kullanılır.

2.2.2.3. Sıvı Petrol Asfaltları

Sıvı petrol asfaltları, ısıtılmış bitümlere (B 70/100, B 100/150 gibi) benzin, gazyağı ya da bakiye yağ karıştırılması ile üretilmektedir. Asfalt çimentosuna;

 Benzin ilavesi ile çabuk kür olan (RC) sıvı petrol asfaltları

 Gazyağı ilavesi ile orta hızda kür olan (MC) sıvı petrol asfaltları

 Bakiye yağ ilavesi ile yavaş kür olan (SC) sıvı petrol asfaltları elde edilmektedir. Kullanılan bitümün sınıfı ve oranı ile çözücü miktarına göre, değişik sınıflarda sıvı petrol asfaltı tipleri hazırlanmaktadır. Aşağıdaki tablolarda sıvı petrol asfaltları tipleri verilmiştir. Sıvı petrol asfaltlarından MC-30 ve MC-70 astar tabakasında, MC-800 ve RC- 800 ise soğuk karışımlarda kullanılmaktadır.

2.2.2.4. Bitüm Emülsiyonları

Geniş anlamda, emülsiyon, normal koşullarda birbiri içerisinde çözünmeyen ve karışmayan, iki ayrı faz halinde kalan sıvıların, bazı kimyevi maddeler aracılığı (emülgatör) ile tek faz halinde, dağıtılan fazın (asfalt), dağıtan faz (su) içinde mikron mertebesinde, homojen bir şekilde dağıtılmasıdır. Bitüm emülsiyonları da bitüm küreciklerinin su içinde dağıtılmasından oluşmaktadır. Ancak, bitümün su içerisinde dağıtılması ile oluşturulan emülsiyonda kısa süre sonra asfalt kürecikleri birbirine

yapışarak sudan ayrılacağından emülsiyon uzun ömürlü olmaz. Bu durumu önlemek amacıyla, emülgatör (emülsiyon verici madde) kullanılarak, asfalt kürecikleri çevresinde emülgatör filmi oluşturulur ve bu şekilde kendi aralarında birleşmeleri önlenir. Yol üstyapılarında kullanılan asfalt emülsiyonları emülgatör cinsine bağlı olarak anyonik ve katyonik bitüm emülsiyonları olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır.

Bitüm emülsiyonu, agrega ile karıştırıldığında ya da yolun yüzeyine püskürtüldüğünde kesilmektedir ki bu da asfalt küreciklerinin sıvı ortamdan ayrılarak agregaların üzerine yapışması anlamına gelmektedir. Bu arada serbest kalan su da buharlaşmaktadır. Yol üstyapılarında kullanılan asfalt emülsiyonlarının kullanım yerleri aşağıdaki tablolarda verilmektedir.

Tablo 2.5. Bitüm emülsiyonlarının kullanım yerleri [27] Astar tabakasında SS-1,SS-1h,CSS-1,CSS-2 Yapıştırma tabakasında RS-1,RS-2,CRS-1,CRS-2 Sathi kaplamada RS-1, CRS-1,CRS-2 Soğuk karışımda MS-2,SS-1

Yol yapımında kullanılan bitümlü malzemelerin uygulama sıcaklıkları ise aşağıdaki tabloda verilmektedir.

Tablo 2.6. Bitümlerin kullanım sıcaklıkları [27]

Bitümlü Asfaltın tipi ve sınıfı

Sıcaklık Aralığı

minimum-maksimum,oC

Püskürtme Sıcaklıkları Karıştırma Sıcaklıkları Sıvı Petrol Asfaltları MC-30 30- - RC, MC-70 50- - RC, MC-250 75- 60–80 RC, MC-800 95- 75–100 RC, MC-3000 110- 80–115 Asfalt emülsiyonları RS-1 20–60 - RS-2 50–85 - MS-1 20–70 20–70 MS-2 - 20–70

Tablo 2.6. Bitümlerin kullanım sıcaklıkları (Devamı) [27]

Bitümlü Asfaltın tipi ve sınıfı

Sıcaklık Aralığı

minimum-maksimum,oC

Püskürtme Sıcaklıkları Karıştırma Sıcaklıkları Asfalt emülsiyonları SS-1,1h,CSS-1,1h 20–70 (4) 20–70 CRS-1 50–85 - CRS-2 60–85 - CMS-2,CMS-2h 40–70 50–60 Bitümler

Tüm sınıflar Maks. 180 Maks. 180