Anahtar Kelimeler: Geçirgen asfalt, Bazalt elyaf, Polipropilen, Cam elyaf, Kırıntı kauçuk, Ferrokrom cürufu, Geçirgenlik, Nem hassasiyeti, Kantabro parça kaybı. Öte yandan gözenekli yapısından dolayı kullanım ömrü kısa olan bu kaplamaların performansının arttırılmasına ihtiyaç vardır.
GİRİŞ
Bu çalışmada, FC'nin agrega olarak kullanıldığı GAK'ın yapısal performansını iyileştirmede farklı lif katkılarının etkileri araştırılmıştır. Test sonuçları değerlendirilerek elyaf türü ve konsantrasyonunun karışımın performansına etkisi ve GAK'ın elyaflı tasarım değerleri belirlendi.
KARAYOLU ÜSTYAPISI VE GEÇİRİMLİ SİSTEMLER
Alt Temel Tabakası
Temel Tabakası
Kaplama Tabakası
- Rijit Kaplamalar (Rijit Üstyapı)
- Derzli-Donatısız Rijit Kaplamalar
- Esnek Kaplamalar (Esnek Üstyapı)
- Aşınma Tabakası
- Binder Tabakası
- Sathi Kaplamalar
Daha uzun derz aralığı verildiğinde, betonarme tip rijit kaplamaların birleşim yerlerinde trafik yükünden dolayı enine çatlaklar, kuruma nedeniyle büzülme ve ısıdan dolayı kıvrılma meydana gelir. Sürekli donatılı tip rijit kaplamalarda, kaplamanın ömrünün ilk birkaç yılında, uzun derz aralıkları nedeniyle 0,6 ila 2,4 m aralıklarla enine çatlaklar meydana gelir.
GEÇİRİMLİ ASFALT KAPLAMALAR VE UYGULAMALARI
Geçirimli Asfalt Deneyimleri ve Tarihsel Gelişimi
Fransa'nın başta Paris olmak üzere birçok şehrinde trafiğin ve trafiğe bağlı gürültünün yoğun olduğu bölgelerde geçirgen asfalt sistemleri kullanılarak daha yeşil yollar inşa edildi. İsveç'te bir veya iki katmanlı geçirgen asfalt uzun süredir kullanılmaktadır.
Geçirimli Asfalt Kaplama Sistemlerinin Faydaları
Geçirgen asfalt yüzey yapısı sayesinde yağışlı havalarda yağmur suyunu tahliye edebilecek birbirine bağlı boşluk yapısına sahiptir. Geçirgen asfalt kaplamalarda, yapılarındaki delikler havanın tahliye edilmesini sağlar, bu da tekerlek ile kaplama arasındaki hava sıkışmasından kaynaklanan yuvarlanma gürültüsünü önemli ölçüde azaltır.
Geçirimli Asfalt Kaplama Sistemlerinde Yaşanan Sorunlar ve Çözüm Yolları
- Yapısal (Tasarım ve Yapım Aşamaları)
- Bakım ve Onarım
Geçirgen asfalt karışımlarında ince malzeme miktarı çok az olduğundan karışımdaki agregalar arasındaki bağın arttırılması için bitümün daha viskoz hale getirilmesi gerekmektedir. Belçika'da geçirimli asfalt uygulamalarında saf bitüm ile bile çok iyi sonuçlar elde edildiği tespit edilmiştir. Geçirgen asfalt kaplamalar, soğuk iklimlerde kar ve buzla mücadele etmek için daha fazla çaba gerektirir.
Danimarka'da soğuk iklim koşulları nedeniyle geçirgen asfalt kaplamaların donmayı önlemek için fazla tuza ihtiyaç duyduğu söyleniyor. Geçirimli asfalt alanların yoğun tuzlama işlemleri nedeniyle tıkanmasını önlemek amacıyla normal tuzlama yerine tuz çözeltisi kullanılmaktadır. Bu durum geçirimli asfalt için filtreleme özelliği ile yeraltı suyunu koruduğu için olumlu bir özellik olarak kabul edilirken, tıkanan yüzeyin belirli aralıklarla temizlenmesi gerektiği için olumsuz bir özellik olarak değerlendirilebilir.
Otoparklarda geçirimli asfalt uygulamalarında kaplamanın altına 45-100 cm kalınlığında mıcır tabakası yerleştirilir. Ortaya çıkabilecek diğer bir sorun ise taş tabakasının altındaki doğal toprak kanallarının zamanla tıkanması veya ani sağanak yağışlarda doğal toprağın doygun hale gelmesi ve suyun yükselerek asfalt kaplamaya ulaşmasıdır. Geçirgen asfalt sistemlerinde kışın toz, rüzgârın taşıdığı kum, araç tekerleklerinin taşıdığı çamur ve tuz oluşumunun etkisiyle kaplamadaki bazı çukurlar tıkanabilmektedir.
GEÇİRİMLİ ASFALT KARIŞIMLAR ÜZERİNE YAPILAN ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR
Bitümlü Bağlayıcı ve Modifiye Bitüm
Ülkemizde ve bazı gelişmiş ülkelerde bitümün geçirimli asfaltta sağlaması gereken değerler Tablo 4.5'de gösterildiği gibidir. Modifiye bitüm ayrıca sıcak kaplamaların termal çatlama, tekerlek izi, kanama ve esneklik kaybı gibi yaygın sorunlarına karşı da önemli bir iyileşme sağlar (Lan ve diğerleri, 2015). Geçirgen asfalt kaplamaların geliştirilmesine yönelik yapılan bir çalışmada, karışıma eklenen elyaf, polimer ve polimer-elyaf kombinasyonunun numunenin mukavemeti ve geçirgenliğine etkisi araştırılmıştır.
Mukavemet ve geçirgenlik özelliklerini optimize etmek için, karışıma elyaf veya polimer-elyaf kombinasyonu yerine yalnızca polimerin eklenmesi önerilir. Agrega/bitüm oranının geçirgen asfalt numunesinin mukavemeti ve geçirgenliği üzerindeki etkilerinin araştırıldığı çalışmada, yüksek bitüm oranı Marshall stabilitesinde azalmaya neden olarak daha yüksek akış değeri ve daha düşük boşluk oranı ile sonuçlanmıştır. Subagio ve diğerleri (2005) tarafından yapılan çalışmada, karışımın boşluk içeriğinden ödün vermeden mukavemet değerini arttırmak için Tafpack Super ile modifiye edilmiş bitüm kullanılmıştır.
Deneyler, karışıma eklenen polimerlerin oranı arttıkça karışımın dolaylı büzülme, parça kaybı ve mukavemet değerlerinin arttığını ve karışımın performansını olumlu yönde etkilediğini göstermiştir. Malezya gibi tropik ülkelerdeki yüksek sıcaklıklar ve sürekli yağış nedeniyle, ilk modifiye edilmemiş bitümlü ve kötü dereceli geçirimli asfalt uygulamalarında bu tür sorunların ortaya çıkması oldukça olasıdır. Japonya'da yapılan çalışmalarda bitüme Tafpack Super (TPS) katılarak yüksek viskoziteli bir bitüm elde edilmiş, böylece tekerlek izi ve tekerlek izi oluşumu önlenmiştir.
Fiber Modifikasyonu
Karışımlarda bitümü stabilize etmek için en yaygın olarak kullanılan lifler, karışımın toplam ağırlığının %0,2 ila %0,5'idir (Cooley ve diğerleri, 2009). Geçirgen asfaltta bazalt elyafların kullanıldığı bir çalışmada, elyaf içeriği %0,4'e çıktıkça karışımı bir arada tutan iç kuvvetin de arttığı tespit edilmiştir. Lif oranı daha da artırıldığında karışımdaki liflerin topaklaştığı, topaklar oluşturduğu ve yapısal kusurlar oluşturduğu bulunmuştur (Wang ve ark., 2019). Ayrıca büyük miktarlarda lif kullanılması karışımdaki bitümü emerek agregayı bir arada tutan bağın zayıflamasına neden olacaktır (Cheng vd., 2019).
Bu durumun olası nedeni aramid liflerinin suya karşı aşırı hassas olması ve kaplanmış liflerin lifi suyun etkilerinden korumasıdır (Gupta vd., 2021). Wang ve diğerleri, (2021) çalışmalarında geçirgen asfalt karışımlarda yüksek sıcaklık performansını iyileştirme potansiyeline sahip olan seramik elyafı kullanmışlardır. Üstelik 1000 ila 1600 derece arasında çalışma sıcaklığına sahip olan bu malzeme metalurji, makine, inşaat ve havacılık gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır (Ebihara, 2019; Wei vd., 2008).
Hazırlanan numunelere Cantabro parça kaybı, donma-çözülme, tekerlek izi ve dolaylı çekme dayanımı gibi bir dizi test uygulandı. Ayrıca kauçuk kırıntısı ve çelik cüruf tozu kullanılarak hazırlanan numunelerin Marshall stabilitesinde ve dolaylı çekme mukavemetinde kontrol numunesine göre önemli gelişmeler olduğu tespit edilmiştir (Nazarinasab vd., 2018). Ayrıca her iki modifikasyonun da karışımların asfalt içeriğini, dolayısıyla film kalınlığını ve dayanıklılığı arttırdığı, agregayı kaplayan daha kalın bir tabaka sağladığından bitüm oksidasyonunu ve agrega bozulmasını azaltacağı belirtilmektedir (Punith ve diğerleri, 2004).
DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Kullanılan Malzemeler
- Agrega
- Bitümlü Bağlayıcı
- Bazalt Elyaf
- Cam Elyaf
- Polipropilen Elyaf
- Atık Lastik Kırpıntısı
- Selülozik Fiber
Geçirgen asfalt karışımlarının gereksinimi olan ve İstanbul Asfalt Fabrikaları Sanayi ve Ticaret A.Ş. tarafından temin edilen polimerik bitümlü bağlayıcının (PMB 76-22) bazı özellikleri Tablo 5.4'te verilmiştir. Karışımdaki liflerin homojen dağılımını sağlamak için mikserde karıştırılırken azar azar serpilerek ilave edildi. Tedarikçi firmadan temin edilen bazalt elyafların bazı teknik özellikleri Tablo 5.5'te gösterilmektedir (Dost Kimya, 2021).
Tedarikçiden alınan, ısı direnci ve çekme mukavemeti çok yüksek olan cam elyafların özellikleri Tablo 5.6'da gösterilmektedir (Dost Kimya, 2021). Bu malzemenin karışım içerisinde homojen dağılımını sağlamak için bitüm ilave edilmeden önce agrega ile 2 dakika kuru olarak karıştırılmıştır.
Deney Yöntemleri
- Karışım Numunelerinin Hazırlanması
- Sıkıştırılmış Karışım Numunelerinin Boşluk Analizi
- Sabit Seviyeli Permeabilite Deneyi
- Cantabro Dane Kaybı Deneyi
Geçirgen asfalt karışımları, geleneksel kaplamalardan farklı olarak yüksek boşluk oranına sahip olduğundan, özgül ağırlık ve boşluk oranlarının hesaplanması için numunelerin, Şekil 5.8'de görüldüğü gibi, su girmesini önlemek için ön film ile kaplanması gerekir. ASTM D2041 standardına uygun olarak uygulanan deney düzeneği, 4000 mL vakuma dayanıklı kalın duvarlı manometreye sahip bir piknometre, 30 mm Hg (4,0 kPa) vakum pompası ve hava kabarcıklarını gidermek için bir titreşim cihazından oluşmaktadır. Karışım ve su piknometrede daha hızlı karışır (Şekil 5.9a). Belirlenen miktarda hazırlanan karışım numunesi, tanelerin kırılmamasına dikkat edilerek ve ince agrega boyutunun 6,4 mm’den küçük olması sağlanarak elle granülasyon yapılarak ayrılmıştır (Şekil 5.9b) (ASTM D2041, 2019).
Silindir şeklinde ve 100 mm çapında hazırlanan numuneler, kalıptan çıkarılmadan, Şekil 5.10'da gösterilen "kabarcık tüpü sabit seviyeli geçirgenlik" adı verilen deney sistemine yerleştirilir. Dolaylı çekme mukavemeti testi, hazırlanan geçirimli asfalt numunelerinin tek eksenli çekme gerilmesine karşı direncini belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Dolaylı çekme mukavemeti değeri, numunenin kırılma anında kaydedilen en yüksek yük değeri, numune çapı ve alanı dikkate alınarak hesaplanır.
Marshall çelik kırma çenesine bağlanan çelik şeritler arasına yerleştirilen bir numune ve numuneye uygulanan yük durumu Şekil 5.14'te gösterilmektedir. Belirlenen yük değeri ve numune özellikleri kullanılarak dolaylı çekme mukavemeti Denklem 6'da gösterildiği gibi hesaplanır. "Dolaylı çekme oranı", koşullandırılmış numunelerin ortalama dolaylı çekme gerilmelerinin, koşullandırılmamış numunelerin ortalama dolaylı çekme gerilmelerine bölünmesiyle tanımlandı. .
DENEY SONUÇLARI
Boşluk Analiz Sonuçları
Beklendiği gibi, test sonuçları bitüm ve elyaf miktarı arttıkça geçirgenlik katsayılarının azaldığını göstermektedir (Şekil 6.3 ve 6.4). Ancak %6,0 bitümde polipropilende bu azalma oranı daha azdır ve iki bitüm oranı arasındaki farkın diğer elyaflara göre daha fazla olduğu görülmektedir (Şekil 6.3a). En iyi hidrolik geçirgenlik değerleri bitüm 6'daki tüm katkı miktarlarında ve %6,5 ve %0,2 oranlarında polipropilen elyaftan elde edilmiştir (Şekil 6.4a ve 6.4b).
GAK'larda yapısından dolayı gözlemlenen en önemli arıza kaplamadaki parça kaybıdır (demontaj). Bu özelliğin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılan Cantabro parça kaybı testi bitüm ve elyaf katkı oranları için en az üç numune üzerinde yapılmıştır. Genel olarak en iyi sonuç %6,5 bazalt lifi bitüm içeriğinde elde edilmiş olup, %0,2 ilave oranında parça kaybı değeri %18 olarak belirlenmiştir (Şekil 6.5c ve 6.6a).
Cantabro aşınma testinde sınır değere ulaşılan ICD değerinin %0,4 ile maksimum değere yakın olduğu görülmektedir (Şekil 6.7b). Cantabro aşınmasında en iyi sonuçların elde edildiği oran olan %0,2'de WCD, kontrol numunelerine kıyasla %124 oranında iyileşti (Şekil 6.7c). Dolaylı çekme mukavemetinde iyi bir performans sergileyen kauçuk elyafın Cantabro parça kaybı testi sonuçlarında sınır değere ulaşılamadı.
Lif türleri incelendiğinde genel olarak %6,5 bitümde nem duyarlılığının %6,0 bitümden daha yüksek olduğu görülmektedir (Şekil 6.9). Kauçuk elyafta her iki bitüm yüzdesinde de DSO değerlerinin kontrol karışımlarına göre daha düşük olduğu ve kabul edilen minimum sınır değerin (%80) altında kaldığı belirlenmiştir (Şekil 6.9d).
Karışım Tasarım Sonuçları (Results of mixture design)
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Lifliği yüksek olan ve karışım içerisinde homojen dağılım gösteren bazalt lifinde daha düşük konsantrasyonlarda optimum tasarım değerleri elde edilmiştir. En yüksek VSA değerlerinin elde edildiği %0,2 bazalt elyaflarda VSA değeri kontrol numunelerine göre %124 oranında iyileştirildi. Kauçuk elyafta DSO değerlerinin kontrol karışımlarından düşük ve kabul edilen minimum sınır değerinin (%80) altında olması, bitüm matrisinin kaba agrega taneleri etrafına yapışmasının zayıfladığını gösterir.
Tüm tasarım kriterlerinin karşılanmadığı kauçuk parçacıkları eklenirken boyutlarının ve şekillerinin önemli olduğu ve lif şeklini elde edecek kauçuk katkı maddesinden daha iyi sonuçlar alınacağı düşünülmektedir. Ayrıca bazalt ve cam elyaf uzunluklarının genel olarak GAK tasarım kriterlerini iyileştirecek etkileri üzerine çalışmalar yapılabilir. GAK tasarımına polipropilen elyaf eklenmesinin olumlu etkileri görülse de Cantabro sonuçlarına bakıldığında karışımda eriyip elyaf şeklini kaybedip bitüm matrisini daha kırılgan hale getirmesi nedeniyle uygun olmadığı sonucuna varılmıştır. ve çılgın.
Özellikle dayanımla ilgili tasarım kriterlerini önemli ölçüde iyileştirdiği tespit edilen bazalt ve cam elyaf katkı maddeleri için uygulamaya yönelik performans analizleri yapılmalıdır. Bu çalışma, çeşitli endüstriyel atık türlerinin uygun alanlarda kullanımının yanı sıra sürüş güvenliği ve çevresel faydalarıyla öne çıkan geçirgen asfalt kaplamaların yağışlı bölgelerde dağıtımını araştırarak çevre kirliliğinin önlenmesi ve doğal kaynakların korunmasını amaçlamaktadır. farklı alanlarda. Ferrokrom cürufunun karışımlarda agrega olarak kullanılması başta karayolu taşımacılığı olmak üzere uygulama alanlarında ekonomik faydalar da sağlamaktadır. GAC'ler üzerine temel karışım tasarımlarını içeren bu araştırma, gelecekte fiber katkı maddelerinin kayma sürtünmesi ve kaplamaların gürültü seviyeleri gibi fonksiyonel özelliklerini belirlemek için daha da geliştirilebilir.
KAYNAKLAR
34; Performance Reviews of Pervious Concrete and Porous Asphalt Pavements for Stormwater Management in Northern Climates." Low Impact Development. Development of Modulus of Stiffness and Plastic Deformation Properties of Porous Asphalt Mixture Using Tafpack Super™.
