04 28 pervizahmetzade

ASFALT KARIŞIMLARDA NANOKİL ÜRÜNLERİNİN KULLANIMI

Erol İSKENDER Atakan AKSOY Burak ŞENGÖZ

Asfalt Karışımlarda Nanokil Ürünlerin Kullanımı

• Nanokillerin asfalt endüstrisinde kullanımı çok yeni bir uygulama konusudur.

• Nanokiller, montmorillonit ve bentonit gibi kil türlerinin yüksek kayma gerilmesi uygulanması ve nano ölçekte polimerler içerisinde dağıtılmasıyla birlikte üretilmektedir.

• Sentezleme aşamalarındaki değişikliklerle – farklı polimerlerle sentezleme, farklı boyutlarda üretim, organik modifikatör türünün değiştirilmesi –istenilen özelliklerde ürünler elde etmek mümkündür.


• Nanokilin uygulanmasıyla modifikasyon, sadece bitümün özelliklerini geliştirmemekte, aynı zamanda daha düşük maliyet oluşturmaktadır. Organik nano-montmorillonitin yüksek hızlı karıştırıcı kullanarak nanokil modifiye asfalt üretilmiştir. Araştırma sonuçları, nanokil modifiye bitümün mükemmel yorulma direnci gösterdiğini ortaya koymuştur[*].

[*]Shaopeng WU, Jingang W, Liu J. Preparation and fatigue property of nanoclay modified asphalt binder, KeyLaboratory of Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education, Wuhan University of Technology, 978-1-4244-7739-5/10


• Geleneksel ve nanokil modifiye bitümler üzerinde gerçekleştirilen çalışmada iki farklı türde nanokil kullanılmıştır. Sonuçlar, geleneksel bitümle karşılaştırıldığında, nanokilin stabilite, esneklik modülü, dolaylı çekme dayanımı, bakımlarından daha üstün performans sergilediğini göstermiştir.

• Nanokiller, düşük sıcaklıklarda yorulma davranışı bakımından faydalı etkide görülmemiştir. Optimum bağlayıcı içeriği ve boşluk, bitüme nanokilin katılmasıyla birlikte artmaktadır [*].

[*]Saeed GJ, Behrooz A, Shahram V. (2010) Engineering properties of nanoclay modified asphalt concrete mixtures. TheArabian Journal for Science and Engineering, Volume 35, Number 1B.


• Nano modifiye bitüm konusunda sınırlı çalışma bulunmaktadır. Nanokompozitin özellikleri, kilin türü, kilin ön iyileştirme biçimi, doğru polimer bileşiğin seçilmesi, polimerin nanokompoziteeklenme biçimi konularıyla değişim göstermektedir. Yaygın killer, doğal oluşan minerallerdir, bu yüzden bileşimleri doğal olarak değişim gösterebilmektedir. Kilin saflığı, nihai nanokompozitin özelliklerini etkilemektedir. Birçok kil türü mevcuttur. En yaygın olanı montmorillonittir. Kaolinit diğer bir kildir[*].

[*]Grim RE. (1959) Physicao-Chemical Properties of Soils: Clay Minerals. Journal of the Soil Mechanics and FoundationsDivision, ASCE, 85(SM2), 1–17.


• Bentonit kili ve organik modifiye bentonit bitümlü bağlayıcının güçlendirilmesi amacıyla kullanılmıştır. Modifiye asfalt bağlayıcılar, sonikasyon ve kayma gerilmesi uygulama yöntemleri altında erime süreci ile üretilmiştir. Modifiye asfaltların özellikleri, kil içeriği ve türünün bir fonksiyonu olarak test edilmiştir. Dinamik kayma reolojik testleri modifiye asfaltların daha yüksek tekerlek izi direnci gösterdiklerini işaret etmiştir. BBR, RTFO ve PAV testleri, yaşlandırılmış örnekler için çatlama ve yaşlanma yönlerinden önemli ölçüde performans artışını işaret etmektedir [*].

[*]Zare-Shahabadi A, Shokuhfar A, Ebrahimi-Nejad S. Preparation and rheological characterization of asphaltbinders reinforced with layered silicate nanoparticles, Advanced Materials and Nanotechnology Research Lab, Faculty of Mechanical Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran.


• Nanokil modifiye karışımların su hasarı ve buz çözücü etkileri, suya ya da buz çözücü kimyasallara daldırılarak (NaCl, MgCl2 and CaCl2) değerlendirilmiştir. AASHTO T283 testi modifiye edilerek yedi donma çözülme döngüsü uygulanmıştır. Birçok durumda nanokil su hasarını azaltmıştır. Nanokil dozajı arttığında kuru asfalt karışımların dayanımı azalmış fakat koşullandırma ile artmıştır. %1,5 nanokil içeriği su hasarı ve çekme dayanımları bakımından yüksek değerler sunmuştur. Genel olarak, daha zayıf NaCI çözeltileri ve daha güçlü MgCI2 ve CaCI2 çözeltilerinde daha yüksek çekme dayanımlı asfalt karışımlar olarak görülmüştür [*].

[*] Goh SW, Akin M, You Z, Shi X. (2011)Effect of deicing solutions on the tensile strength of micro ornanomodified asphalt mixture, Constr Build Mater., 25, 195–200


• Nanokillerin plastik limitleri onların genleşen özelliklerdeki malzemeler olduğunu göstermektedir. Bu yüzden düşük nanokil içeriği bitümün reolojikparametrelerinin değişmesine yol açmaktadır[*].

• Karıştırma sıcaklığı ve süresinin ve nanofiller miktarının SBR nanokompozitlerin özellikleri üzerindeki etkisinin araştırıldığı çalışmada, daha yüksek karıştırma süreleri ve sıcaklıklarda daha iyi mekanik özelliklerin elde edildiği görülmüştür [**].

[*]Saeed G J., Ali K. (2009). Effects of nanoclay on rheological properties of bitumen binder, Constr Build Mater.,23, 2894–2904.

[**]Ghasemi I., Karrab M., Mohammmadi, M., Azizi H. (2010) Evaluating the effect of processing conditions and organoclaycontent on the properties of styrene-butadiene rubber/organoclay nanocomposites by response surface methodology. eXPRESSPolymer Letters 4, 2, 62–70


Nanokillerin polimerlerle birlikte kullanılma durumunda karıştırma şekli ve sırası araştırılmıştır. Nanokil, EVA ile önceden karıştırıldığında tamamen homojen bir asfalt polimer karışımının sağlandığı görülmüştür. Killerin asfalt ile polimer arasında uyumlaştırıcı gibi bir etkiye sahip olduğu ifade edilmiştir. Kil polimer ile olduğundan daha çok asfaltla uyumlu olsa bile, ilkin polimer-kil etkileşimi kurulmalıdır. Bu etkileşim sonradan eklenen asfalt molekülleri tarafından değiştirilmemektedir. Kil sayesinde, polimer-kil mastır karışımı polimerin yalnız başına oluşturmuş olduğundan daha yüksek polarite oluşturmakta ve bu asfalt ile uyumu artırmaktadır[*].[*]Markanday S S, Sara F, Giovanni P,Igor K, Jiri S, Ludovit Z. (2010) Internal structure and linear viscoelastic properties of EVA/asphalt nanocomposites. European Polymer Journal 46, 621–633


• Nanokiller bitüm ağırlığının oranı olarak katılırlar. %2 ile %7 arasında değişen oranlarda kullanım söz konusudur.

• %1 nanokil ilavesi optimum bitüm içeriğini 0,3 ile 0,35 arttırmaktadır. Aynı zamanda modifikasyon ile karışım hazırlama sıcaklığı da 155°C sıcaklığa kadar çıkmaktadır.

• Yüksek sıcaklıkta ve yüksek hızda karıştırma süreci karışımın mekanik özelliklerini iyileştirmektedir.


• Çeşitli alanlarda kullanılabilen nanokiller, son zamanlarda yapılan araştırmalarda, asfalt karışımlarda modifiyer olarak kullanılmaya başlanmıştır.

• Kil minerali türünün, organik modifikatör ve yüzey aktif maddelerinin doğru seçimi ile karışımların istenilen özelliklerinin iyileştirilmesi yönünde çabalar mevcuttur.

• Nanokiller karışımlara doğru oranlarda karıştırıldığında, karışımların stabilite, su hasarı ve deformasyon direncinin, koşullu örneklerin indirekt çekme mukavemeti değerlerinin arttığı anlaşılmaktadır.

• Nanokilin katılma şekli ve sıcaklığı, karıştırma süreleri ve polimerlerle birlikte kullanılma durumları araştırma konusudur.


Teşekkü[email protected]

Documents

04 28 pervizahmetzade