Dinamik kayma (kesme) reometresi (DSR) deneyi

Superpave bağlayıcı deneyleri, asfaltın performansını orijinal durum, karıştırma ve yapım aşaması ile servis ömrü aşaması olmak üzere üç etapta ele almaktadır. Asfalt bağlayıcının kullanım ömrü boyunca karşılaşacağı yaşlanma ile ilgili şartlar RTFOT ve PAV deneyleri uygulanarak sağlanmaktadır. Bu şekilde elde edilen asfalt numunelere aşağıda Çizelge 3.5’te belirtilen testler uygulanarak fiziksel özellikleri saptanmakta ve böylece gerçek şartlara benzeşim sağlanarak bağlayıcının performansı gerçekçi yaklaşımlarla saptanmaya çalışılmaktadır (Tunç, 2004).

Çizelge 3.5. Superpave asfalt bağlayıcı testlerinde yaşlanma şartları (Tunç, 2004)

Deney Adı Bağlayıcı Şartı

Dinamik Kayma Reometresi (DSR)

Orijinal Asfalt

RTFOT Uygulanmış Asfalt PAV Uygulanmış Asfalt

Dönel Viskozimetre (RV) Orijinal Asfalt

Kiriş Eğme Reometresi (BBR) PAV Uygulanmış Asfalt

Doğrudan Çekme (DTT) PAV Uygulanmış Asfalt

Bitüm hem viskoelastik hem de termoplastik bir malzeme olduğundan dolayı karakteristiklerinin belirlenmesinde her iki özelliği de birlikte göz önüne alınmalıdır. Bu test ile yükleme süresi ve ısının asfalt bağlayıcı üzerindeki etkileri değerlendirilmektedir (Tunç, 2004).

DSR deneyi, bitümlü bağlayıcının yapımdan hemen sonra tekerlek izine karşı dayanımının belirlenmesini sağlamakta ve ömrünün ilk dönemleri için yüksek servis sıcaklıklarında kaplamanın tekerlek izi oluşumuna karşı direnci değerlendirilebilmektedir. Ayrıca, servis ömrünün ilerleyen dönemlerinde orta servis sıcaklıklarında kaplamanın yorulma çatlağı oluşumuna karşı dayanımının belirlenmesini de sağlamaktadır. DSR deneyinde, asfalt numunenin sinüzoidal gerilmelere veya deformasyonlara karşı davranışı belirlenerek bitümlü bağlayıcının kompleks kayma modülü (kayma sertliği) (G*) ve faz açısı (δ) hesaplanmaktadır.

Viskoelastik bölgede bitümlü bağlayıcıların kayma deformasyonuna karşı dayanımının göstergeleri olan kompleks kayma modülü ve faz açıları, bitümlü sıcak kaplamaların tekerlek izi oluşumu ve yorulma ömrü potansiyelini belirlemeye yardımcı olmaktadır (Zaniewski ve Pumphrey, 2004).

Şekil 3.18’de görüldüğü gibi sabit bir plaka ile dönebilen bir plaka arasına konan sabit kalınlıktaki asfalt numunesi belirli bir ısı altında ve belirli bir hızda döndürülmeye çalışılır. Döner tablaya tatbik edilen gerilme ile tablanın merkezinden yani A noktasından B noktasına kadar hareket ettirilir. Daha sonra döner tabla B noktasından A noktasına ve C noktasına kadar döndürülür. Daha sonra C noktasından tekrar A noktasına kadar döndürülür. Buna 1 devir denilir ve test süresince tekrar edilir. Bu devrin dönme hızına frekans denilir. Bu test 10 radyan/saniye frekans yani yaklaşık 1.59 Hz (devir/saniye) ile yapılmaktadır (Tunç, 2004).

Şekil 3.18. Dinamik kayma test düzeneği ve hareket tarzı (Reubush, 1999)

Bu deney, saniyede 10 radyanlık sabit bir frekansta (ω) birbirini takip eden 10 devir yapılarak gerçekleştirilmektedir. Burada, 10 rad/sn frekans değeri 100 km/saat trafik hızına eşdeğer olarak kabul edilmektedir. Şehir içi yollarda 50 km/saat trafik hızı için frekans 5 rad/sn, duran trafik için 1 rad/sn olarak alınmaktadır (Kennedy ve ark., 1994).

Kayma gerilmesi τ = G. δ ile ifade edilmektedir. Burada G, kayma modülü iken δ, kayma deformasyonunu ifade etmektedir. Dinamik kayma testi, asfalt bağlayıcının kompleks kayma modülü (G*) ve faz açısını (δ) ölçerek viskoz ve elastik davranışlarını karakterize etmek için yapılır. G*, tekerrür eden kayma gerilmelerinin yarattığı deformasyonlara karşı asfalt bağlayıcının gösterdiği toplam direncin ölçüsüdür. Buradaki deformasyon elastik (geçici) ve viskoz (kalıcı) olarak iki türlüdür. Gerek G* gerekse δ değerleri asfaltın sahip olduğu ısı ve yükleme hızı ile önemli ölçüde değişir.

Şekil 3.19’da görüldüğü gibi δ= 90o iken çok yüksek ısılarda asfalt sadece düşey aksta viskoz davranışı temsil ederken G*, yatay aksı elastik davranışı olmayacaktır. Çok düşük ısılarda ise tamamen elastik (geçici) deformasyon gösteren asfaltın sadece yatay

bileşkesi olacaktır. Bu durumda G*, düşey bileşkesi viskoz davranışı olmayacağından δ= 0o olacaktır (Tunç, 2004).

Şekil 3.19. Viskoelastik Davranış (Tunç, 2004)

Normal kaplama ısısı ve trafik yüklemesi altında asfalt bağlayıcılar hem viskoz hem de elastik davranış sergileyecektir. Asfaltın viskoelastik malzeme oluşu ve her bir asfaltın viskoelastik özelliklerinin de birbirinden farklı olması nedeniyle 1 ve 2 nolu asfaltlar yük altındaki viskoz ve elastik bileşenleri de birbirinden farklı olacaktır. Şekil 3.19’da G1* ve G2* kompleks kayma modüllerinin vektörlerini temsil etmektedir. Burada

2 nolu asfaltın δ açısı daha düşük olduğundan dolayı elastik bileşeni daha büyük olacak yani yük kalktığında daha çok deformasyon geri kalkacaktır. Aynı şekilde 1 nolu asfalt daha az elastik olup daha fazla kalıcı deformasyon yapacaktır. Şekil 3.19’daki iki asfaltın G* değeri aynı ise farklı δ değerlerinden ötürü farklı viskoelastik davranış gösterecekleri açıktır. Yani G* tek başına asfaltın davranışını izah edememektedir. Dolayısıyla asfaltın viskoelastik özellikleri G* ve δ değerleri ile birlikte göz önüne alınmalıdır. Kompleks kayma modülü (G*) aşağıdaki (3.9) bağıntısından hesaplanmaktadır.

G*= (3.9)

Faz açısı (δ); uygulanan gerilme ile elde edilen deformasyon arasındaki zaman aralığına (∆ ) eşit olacaktır (Tunç, 2004).

DSR yazılımı tarafından kayma gerilmesi (τ) ve kayma deformasyonu (γ) değerlerinin hesaplanması, asfalt numunesinin DSR aletinde yerleşimini temsil eden

Şekil 3.20’de belirtilen parametreler kullanılarak (3.10) ve (3.11) bağıntıları ile yapılmaktadır (Kennedy ve ark., 1994).

=

=

Burada;

τ: Kayma gerilmesi (Pa), γ: Kayma deformasyonu (%), T: Uygulanan tork (N.m),

r: Numunenin yarıçapı (12,5 mm veya 4 mm), θ: Dönme açısı (rad),

h: Numunenin yüksekliği (1mm veya 2 mm)’dir.

Şekil 3.20. DSR Asfalt numunesi (Kennedy ve ark., 1994)

Bitümlü bağlayıcıların viskoelastik özellik göstermesi sebebiyle, normal sıcaklıklarda faz açısı 0° ile 90° arasında değişecektir (Şekil 3.21.). Faz açısının düşük olması bağlayıcının daha fazla elastik özellik gösterdiğini ifade etmektedir (Kennedy ve ark., 1994).

Şekil 3.21. Viskoelastik malzemelerde gerilme-deformasyon ilişkisi (Kennedy ve ark., 1994)

Kayma modülüne bağlı olarak faz açısının değişimi Şekil 3.22’de gösterilmiştir.

Şekil 3.22. Kayma modülünün bileşenleri (Kennedy ve ark., 1994)

Kompleks kayma modülü; kayıp modül (Gʺ) ve depolama modülü (Gʹ) bileşenlerinden oluşmaktadır. Elastik bileşeni ifade eden depolama modülü her bir yükleme devri boyunca numunede saklanan enerji miktarını göstermektedir. Viskoz bileşeni ifade eden kayıp modül ise her bir yükleme devri boyunca numunedeki kayıp enerji miktarını göstermektedir. Faz açısı δ =0° olduğunda numune tamamen elastik davranış göstereceğinden kompleks kayma modülü depolanan modüle, faz açısı 90° olduğunda ise viskoz davranıştan dolayı kompleks kayma modülü kayıp modüle eşit olacaktır. Bu sebeple, şekilde görüldüğü gibi viskoelastik özellik G* ve δ bağlı olduğundan, bitümün viskoelastik özelliği, G* ve δ birlikte göz önüne alınarak belirlenmelidir (Kennedy ve ark., 1994).

G* ve δ sonuçları ile performans esaslı asfalt bağlayıcıların özellikleri belirlenebilir. Örneğin;

 G*/Sinδ değeri orijinal bağlayıcı için minimum 1,00 kPa ve silindir ince film fırın testinden sonra elde edilen bağlayıcı için minimum 2,20 kPa olma şartı deformasyonlar için limit değerlerdir.

 G*.Sinδ değeri basınç sertleşme kabı testinden sonra elde edilen bağlayıcı için maksimum 5000 kPa olması şartı yorulma çatlakları için limit değerdir (Tunç, 2004).