Karışımların Optimum Bitüm İçeriğinin Belirlenmesi

BSK’ların dizayn edilmesinde Marshall metodu olarak bilinen Marshall stabilite ve akma deneyi kullanılmaktadır. Bu metot, “American Society for Testing and Materials” tarafından standart haline getirilmiş ve metot ASTM D-1559’da verilmiştir. Ülkemizde de bu deney TS EN 12967-34 standardına göre yapılmaktadır. Bu standartta stabilite; yükleme sonucu meydana gelen deformasyona karşı maksimum dayanım miktarı olarak, akma ise yükleme esnasında maksimum yüke ulaşıldığı andaki numunede meydana gelen deformasyon miktarı olarak tanımlanmaktadır.

2.3.3.1.1. Marshall Stabilite Deney Numunelerinin Hazırlanması

Deney numuneleri 63.5±1.27 mm (2.5 inç ±0.05 inç) yüksekliğinde briket hazırlayabilecek miktarda (yaklaşık 1200 gr) agrega numunesi ile önceden belirlenmiş miktarda bitüm ile hazırlanır (Önal ve Kahramangil, 1993). Marshall stabilite sıkıştırma aleti ve numunelerin kalıptan çıkarılması Şekil 2.11’de görülmektedir.

46

Karıştırma sıcaklığı, asfalt çimentosu ve sıvı petrol asfaltın 170±20o

C viskozite oluşacak şekilde ısıtılacağı sıcaklıktır. Numuneler 101.6 mm (4 inç) çapında ve 76.2 mm (3 inç) yüksekliğindeki numune kalıbında, 457.2 mm (18 inç)’den düşen 4536 gr (10 lb) ağırlığındaki özel bir tokmakla sıkıştırılır. Numunenin her iki yüzüne trafik durumuna göre orta trafik için 50, yüksek trafik için ise 75 darbe vurularak sıkıştırılması sağlanır. Şekil 2.12’de sıkıştırılarak hazırlanmış deney numuneleri görülmektedir.

Şekil 2.12. Marshall stabilite deney numuneleri

2.3.3.1.2. Marshall Stabilite Deneyi (ASTM D 1559-89, TS EN 12697-34)

Bu metot, Marshall Stabilite deney aleti yardımıyla bitümlü kaplama karışımlarından hazırlanan silindirik briketlerin yanal yüzeylerine yükleme yaparak plastik akmaya karşı direncin ölçümünü kapsar (ASTM D 1559-89, 1992). Ülkemizde karayolu tasarım çalışmalarında bitümlü karışımlara Marshall stabilite deneyi uygulanmaktadır. Bu deney esas olarak bir serbest basınç deneyi olup numune yüklendiği sırada tamamen sınırlanmaz (Umar ve Ağar, 1991).

Marshall deney numuneleri 12 saat oda sıcaklığında bekletildikten sonra yükseklikleri ölçülerek kaydedilir ve havada, suda ve doygun-yüzey kuru ağırlıkları tartılır ve deneye alınır. Numuneleri istenilen sıcaklığa getirmek için 40-60 dakika su banyosunda veya 2 saat etüvde bekletilir. Banyo veya etüv sıcaklığı asfalt çimentolu briketler için 60±1o_{C’dir. Numunenin yerleştirileceği çelik bir halka (kırma çenesi) de 60±1}o

C sıcaklıktaki suda 30 dakika veya 60±1o_{C sıcaklıktaki etüvde 1 saat bekletilir. Numune}

47

Numunenin kırma çenesinin alt ve üst parçalarına tam temas etmesine dikkat edilmelidir. Kırma çenesi yerleştirilen numuneyle birlikte Marshall stabilite deney aletine yerleştirilir.

Kırma çenesi üzerine akma ölçer (flowmeter) yerleştirilerek sıfırlanır. Deneyde; kırma çenesinin üst parçası sabittir. Alt parça ile numuneye maksimum yüke erişinceye kadar, dakikada 50±2 mm’lik (2 inç) bir hızla yükleme yapılır. Deney sonunda maksimum yük değeri ölçülerek kaydedilir. “Marshall Stabilitesi” adı verilen bu değer numunenin kırılmasını sağlayan kg cinsinden toplam yük miktarıdır. Kırılma sırasında numunenin çökme ya da hareket miktarı da ölçülür. Buna “Akma” denir. Deney numunesinin su banyosundan çıkarılıp, maksimum yük saptamasına kadar geçen süre 40 s.'den fazla olmamalıdır. Ayrıca bu deneyle karışımın birim ağırlığı, boşluk oranı ve bağlayıcı ile dolu bulunan agrega boşluğu yüzdesi de saptanır (Umar ve Ağar, 1991).

Numune yüksekliği 63.5 mm'den (2 1/2 inç) farklıysa aşağıdaki bağıntı (Formül 2.6) yardımıyla tespit edilen Marshall Stabilite düzeltme katsayıları kullanılarak yüke düzeltme faktörü uygulanır (ASTM D 1559-89, 1992; TS EN 12697-34, 2007).

c= 5,24x e(-0,0258xh) (2.6)

Bu formülde c, düzeltme katsayısı, h ise mm olarak numune yüksekliğidir. Elde edilen stabilite ve akma değerlerinin ortalaması alınmaktadır. Bu sayede stabilite ve akma değerleri belirlenmektedir. Stabilite ortalamasından %15 farklı stabilite değerine sahip olan numuneler ve akma ortalamasından %20 farklı akma değerine sahip numuneler değerlendirmeden çıkarılmaktadır. Daha sonra geri kalan numunelerin ortalaması alınarak numunelerin stabilite ve akma değerlerinin ortalamadan sapma miktarları belirlenmektedir. Eğer aynı oranda sapma (stabilite için %15, akma için %20) olan numuneler varsa numune serisi iptal edilmekte ve yeni bir seri numune üzerinde deney tekrarlanmaktadır.

Marshall stabilitesi değerinin akma değerine bölünmesi ile Marshall oranı (MQ) belirlenmektedir. Marshall oranı, karışımın sertliğinin ve asfalt betonunun deformasyona karsı direncinin bir göstergesidir (Hınıslıoğlu ve Ağar, 2004; Yılmaz ve Kök, 2009).

Bitümlü sıcak karışımların nem hasarına karşı dayanımlarını belirlemek amacıyla uygulanan deney yöntemlerinden biri Kalıcı Marshall Stabilitesi yöntemidir. Bu yöntemde numuneler 60 ± 1°C sıcaklığa sahip su banyosunda 24 saat bekletildikten sonra Marshall deneyine tabi tutulmaktadır (Aksoy vd., 2005). 24 saat 60°C suda bekletilen numunelerin Marshall değerinin normal Marshall değerine oranlanması ile Kalıcı Marshall Stabilitesi

48

belirlenmektedir. Kalıcı Marshall stabilitesi değerinin yüksek olması bitümlü sıcak karışımların nem hasarına karşı dayanımlarının da yüksek olacağını göstermektedir. Marshall stabilite deney aleti ve deney numunelerinin su banyosunda bekletilmesi Şekil 2.13’de görülmektedir.

Şekil 2.13. Marshall stabilite deney aleti ve deney numunelerinin su banyosunda

bekletilmesi

2.3.3.1.3. Optimum Bitüm İçeriğinin Belirlenmesi

Optimum bitüm içeriğinin tayin edilebilmesi için çeşitli bitüm yüzdelerinde hazırlanmış olan numunelere ait Marshall stabilite, birim ağırlık, bağlayıcı ile dolu agrega boşluğu yüzdesi ve boşluk oranı grafiklerinin çizilmesi gerekir. Asfalt çimentosunun Marshall stabilite değerini maksimum yaptığı değer, maksimum birim ağırlığı veren asfalt çimentosu oranı, şartnameye uygun olarak bağlayıcı ile dolu agrega boşluğu yüzdesini % 70 olarak sağlayan bağlayıcı oranı % 4 boşluk oranını (şartnamede belirtilen % 3-5 arasındaki sınır içinde kalan) sağlayan asfalt oranı grafiklerden bulunur. Bulunan dört asfalt oranının ortalaması optimum asfalt çimentosu oranını verecektir. Bu orana tekabül eden akma değeri akma-bitüm grafiğinden bakılarak, şartnamede belirtilen değerlerin (10- 20) (1/100 inç), (2-4 mm) arasında olup olmadığı kontrol edilir. Bu şekilde saptanan bağlayıcı oranına göre gerçekleştirilen bir beton asfalt karışımı şartnamelerde aranan özellikleri taşıyacaktır.

49 2.3.3.1.4. Çalışmada Kullanılan Bağıntılar

Farklı Bitüm Miktarlarında Karışımın Maksimum Özgül Ağırlığı:

Bitüm miktarının değişmesi, bitüm absorpsiyonunu önemli ölçüde değiştirmediğinden, her bir bitüm yüzdesi için maksimum özgül ağırlık Formül 2.7 ile hesaplanmaktadır. b b e T G W G D   100 100 (2.7)

DT = Bitümlü karışımının boşluksuz maksimum özgül ağırlığı (kN/cm3)

Wb =Karışım ağırlığının yüzdesi olarak bitüm içeriği (%)

Ge =Agreganın efektif özgül ağırlığı (kN/cm3)

Gb =Bitüm özgül ağırlığı (kN/cm3)

Sıkıştırılmış Kaplama Karışımındaki Boşluk Hacmi Yüzdesi:

Agregalar arası boşluk yüzdesi (VMA), efektif bitüm miktarını ve hava boşluğunu içeren, sıkıştırılmış kaplama karışımının agrega daneleri arasındaki boşluk olarak tanımlanır ve toplam hacmin yüzdesi olarak hesaplanır (Formül 2.8).

100 100 100 100 x W x G D WMA a sb p    (2.8)

VMA =Agregalar arası boşluk yüzdesi (%)

Dp =Sıkıştırılmış karışımın hacim özgül ağırlığı (kN/cm3)

Gsb =Agreganın hacim özgül ağırlığı (kN/cm3)

Wa =Agrega ağırlığının yüzdesi olarak bitüm içeriği (%)

Sıkıştırılmış Karışımdaki Hava Boşluğu ve Asfaltla Dolu Boşluk Yüzdesinin Hesaplanması:

Sıkıştırılmış kaplama karışımı içindeki hava boşluğu, kaplanmış agrega daneleri arasındaki küçük hava boşluklarından ibarettir (Formül 2.9, 2.10).

100 x D D D V T P T h   (2.9)

50 100 x WMA V WMA Vf   h (2.10)

Vh =Toplam hacmin yüzdesi olarak sıkıştırılmış karışımdaki hava boşluğu (%)

Vf =Asfaltla dolu boşluk yüzdesi (%)

DT = Bitümlü karışımının boşluksuz maksimum özgül ağırlığı (kN/cm3)

DP =Sıkıştırılmış karışımın hacim özgül ağırlığı (kN/cm3)