Yoğun granülometrili emülsifiye asfalt betonunda çimentonun karışım performansı üzerindeki etkisi

Abstract

Asfalt emülsiyonu karışımlar, ekonomik, ekolojik ve lojistik yönden çok önemli avantajlar sağlamalarına karşın, önemli performans sakıncaları nedeniyle, henüz, sıcak asfalt betonunun yerini almış değildir. Asfalt emülsiyonu karışımlar, suyun kolay drene olabilmesi için boşluklu yapılmakta, karışım bünyesindeki su, kesilme/kür olma hızını yavaşlatmakta ve bu yüzden karışım performansı düşük olmaktadır. Bunlara ilaveten, kür olma tamamlanmadan dışardan ilave su girmesi halinde karışımın erozyona uğraması söz konusu olabilmektedir. Bu problemler, asfalt emülsiyonu karışımların yaygın kullanımını engellemekte, ancak, problemlere tatmin edici çözümler araştırılmaktadır. "Emülsifiye Asfalt Betonu"nu konu alan bu çalışma; yoğun granülometrili sıcak asfalt betonunda kullanılan agrega tasarımı esas alınarak, karışımdaki mineral filler yerine, değişen oranlarda portland çimentosu kullanılmak suretiyle, suyun neden olduğu problemlere çözüm bulmayı ve asfalt emülsiyonu karışım performansını "Sıcak Asfalt Betonu" düzeyine çıkarmayı amaçlamaktadır. Yapılan ön araştırma neticesinde, çimento ilavesinin çok önemli düzeyde stabilite artışı sağladığı görülmüş, bundan hareketle, konu kapsamlı bir şekilde ele alınarak yoğun agrega granülometrisine sahip karışımda, değişen oranlardaki çimento ilavesinin performans ilişkilerini nasıl etkilediği, öngörülen tasarımlarda elde edilen karışımların sıcaklık hassasiyetlerinin ne şekilde oluştuğu, çimento katkısıyla birlikte değişen oranlardaki kalıntı bitüm içeriklerine bağlı olarak karışım performansındaki değişimin nasıl şekillendiği sorularına bu çalışma kapsamında yanıt bulunmaya çalışılmıştır. Modifıye Marshall Yöntemine göre hazırlanan numuneler üzerinde, performans deneyleri olarak, Marshall Deneyi, Dolaylı Çekme Deneyi, Su Hasarı Deneyi, Statik Sünme ve Tekrarlı Sünme Deneyleri yapılmıştır. Tüm çalışma kapsamında, 349 adet Marshall briketi üretilmiş ve bu briketler üzerinde toplam 1770 adet deney gerçekleştirilmiştir. VI Çalışmada, asfalt emülsiyonu karışımın yoğun granülometriye sahip agrega bileşeninde %6 oranındaki filler malzemesini, %1 den %6 ya kadar değişen oranlarda, portland çimentosu ile değiştirmek suretiyle karışım numuneleri hazırlanmıştır. Ayrıca, asfalt içeriğinin çimento katkısıyla birlikte karışım davranışı üzerindeki etkisini belirlemek ve karışım tasarımında, çimento oranı ile asfalt içeriği arasında optimal bir yaklaşım ortaya koymak amacıyla üç farklı asfalt içeriği için deneysel çalışma kapsamı geniş tutulmuştur. Modifiye Marshall Yöntemine göre hazırlanan numuneler bir yıllık bir süre boyunca değişik kür sürelerinde Dolaylı Çekme Deneyi' ne tabi tutularak Esneklik Modülü"ndeki değişim, denk koşullarda hazırlanan sıcak karışımla karşılaştırmalı olarak araştırılmıştır. Asfalt emülsiyonu karışımın sıcaklık hassasiyetini belirlemek için de değişik asfalt içeriği ve çimento katkı miktarlardaki karışım numunelerinin 5°C, 25°C ve 40°C sıcaklıktaki davranışları Dolaylı Çekme Deneyi ile ortaya konulmuştur. Yine aynı koşullarda değişik çimento miktarlarında hazırlanan soğuk karışım numuneleri üzerinde Statik Sünme ve Tekrarlı Sünme Deneyleri yapılarak tekerlek izi oluşum potansiyelleri sıcak karışımla karşılaştırmalı olarak araştırılmış ve bunlara ilaveten hazırlanan numunelerin çimento miktarına bağlı olarak su hasarına karşı gösterdikleri direnç test edilerek çimento miktarının, soğuk karışım performansını nasıl etkilediği hususları incelenmiştir. Deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlardan faydalanılarak, esneklik modülü ve statik sünme deformasyonuna ilişkin matematik modeller kurulmuştur. Sıcaklık değişkeni esas alınarak geliştirilen model sayesinde, deney yapılamayan sıcaklıklar için esneklik modülü değerleri hesaplanarak irdelenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlar, kıvanç verici düzeyde olup, sürekli granülometriye sahip çimento katkılı "Emülsifiye Asfalt Betonu"nda yüksek düzeyde performans sağlanmış; asfalt emülsiyonu karışımların en önemli problemlerine tatmin edici bir çözüm elde edilmiştir. Effect of Cement on Performance of Dense Graded Emulsified Asphalt Concrete Asphalt emulsion mixtures have very important economical, environmental and logistic advantages. But, they have not been used in place of hot mix concrete yet because of their performance disadvantages. Asphalt emulsion mixtures are designed gap graded in order to drainage water easily, which decreases the performance of the mixture. Besides, the mixture can be exposed to erosion in case of additional external water entrance. These problems are preventing use of asphalt emulsion mixture, but, it is researched satisfactory solutions for these. This study of emulsified asphalt concrete has been focused to solve the problems and present alternative to hot mixture. In this point, dense graded aggregate of hot mixture was selected and specimens of mixture were produced for various ratios of portland cement used instead of mineral filler. It was seen that adding of cement was provided very important increase of mixture stability after pre-research. In this connection, the subject of this study investigated as more detailed. How dense, graded mixture performance is effected with adding various cement ratios, how temperature behavior of mixture is formed and how mixture performance is effected with various ratios of residual bitumen content with cement addition is investigated detailed in this study. Performance tests as Marshall Test, Indirect Tensile Test, Water Damage Test, Static and Repeated Load Asphalt Creep Tests were carried out on specimens that were produced according to the Modified Marshall Method. In study, 349 Marshall Specimens were produced and 1770 tests were carried out on the specimens. vm Specimens of emulsion asphalt mixtures were produced for various ratios of Portland cement from %1 to %6 is used instead of %6 mineral filler in dense graded aggregate. In order to determine effect of asphalt content with cement addition on mixture behavior, and to introduce an optimal approach between cement ratio and asphalt content in mixture design, test studies were extended for three asphalt content. Specimens were produced according to Modified Marshall Method were subjected to Indirect Tensile Test for different curing times throughout one year. And change in Resilient Modulus of mixture was investigated comparatively with hot mixture specimens were produced exactly the same aggregate grading and bitumen content equivalent to the residual binder content of the emulsion. To determine temperature sensitivity of various cement modified asphalt emulsion mixtures, specimens were subjected to Indirect Tensile Test for three temperatures (5, 25 and 40°C) for each three asphalt contents. Besides, emulsion mixture specimens were produced for various cement levels in the same conditions were subjected to Static and Repeated Asphalt Creep Tests; rutting potentials were investigated and compared with hot mixture specimens. In addition, resistance of specimens to Water Damage was tested depending on cement ratio and how emulsion mixture performance was affected with cement amount was researched. Mathematical models were established for resilient modulus and static creep deformation using results obtained from experimental studies. Resilient modulus can be estimated for untested temperatures owing to model established for resilient modulus depending on temperature variable. Results are drawn from this study are satisfactory. High performance is obtained with cement added emulsified asphalt concrete; a satisfactory solution is introduced to the most important problems of asphalt emulsion mixtures.