Termoplastik aromatik hidrokarbon reçinenin asfalt bağlayıcının reolojik özellikleri üzerindeki etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of thermoplastic aromatic hydrocarbon resin on the rheological properties of asphalt binder
- Tez No: 1000873
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET MÜNİR ÖZDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Ulaşım, Civil Engineering, Transportation
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Ulaştırma Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Artan trafik yükleri, değişken iklim koşulları ve çevresel etkiler, asfalt kaplamaların servis ömrünü önemli ölçüde kısaltmakta ve performans kayıplarına yol açmaktadır. Bu nedenle asfalt bağlayıcıların reolojik ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi, modern karayolu mühendisliğinde temel bir gereklilik haline gelmiştir. Polimer katkılar performans artışı sağlasa da yüksek maliyetleri ve uyumsuzluk sorunları alternatif katkı arayışlarını beraberinde getirmiştir. Bu tez çalışmasında, petrol türevi aromatik termoplastik reçine (TPR) katkısının asfalt bağlayıcının fiziksel ve reolojik özellikleri üzerindeki etkileri kapsamlı biçimde araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, geleneksel polimer katkılarına alternatif olabilecek, yüksek uyumluluk ve düşük maliyet avantajına sahip reçine esaslı bir modifikasyon sistemi geliştirmektir. Bu kapsamda, aromatik hidrokarbon yapısına sahip TPR katkısı farklı oranlarda 70/100 penetrasyon sınıfı asfalt bağlayıcıya ilave edilmiş, geleneksel ve ileri reolojik testlerle malzeme davranışı değerlendirilmiştir. Katkının termal ve morfolojik özellikleri termogravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Ardından, saf ve modifiye bağlayıcılar üzerinde penetrasyon, yumuşama noktası ve dönel viskozimetre (RV) testleri gerçekleştirilmiş, işlenebilirlik ve sıcaklık duyarlılığı parametreleri belirlenmiştir. Dinamik kayma reometresi (DSR) kullanılarak 40°C-70°C aralığında farklı frekanslarda sıcaklık taramaları yapılmış ve bağlayıcıların kompleks modül (G*) ve faz açısı (δ) değerleri incelenmiştir. Reolojik veriler, Cross ve Carreau–Yasuda modelleriyle matematiksel olarak ifade edilmiş; elde edilen sonuçlar yüksek korelasyon katsayılarıyla doğrulanmıştır. Çalışmada ayrıca, katkı oranı ile reolojik parametreler arasındaki çok değişkenli etkileşimi analiz etmek üzere Tepki Yüzey Metodu (RSM) kullanılmıştır. Kuartik model ile yapılan istatistiksel analiz sonucunda, optimum katkı oranı yaklaşık %4,8 olarak belirlenmiş ve bu oranın bağlayıcının yüksek sıcaklık dayanımını maksimize ettiği görülmüştür. Elde edilen bulgular, termoplastik reçine katkısının bitümün reolojik performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini ortaya koymuştur. TPR katkısı ile yumuşama noktasının yükseldiği, penetrasyon değerlerinin azaldığı ve yüksek sıcaklık koşullarında tekerlek izi direncinin arttığı belirlenmiştir. Dinamik reolojik ölçümler, TPR ilavesinin bağlayıcının elastik bileşenini artırarak kalıcı deformasyona karşı direnci güçlendirdiğini, aynı zamanda faz açısını düşürerek elastomerik karakter kazandırdığını göstermiştir. Ayrıca, TPR katkısının bağlayıcı içinde homojen dağıldığı SEM görüntüleriyle doğrulanmıştır. Sonuç olarak, petrol türevi aromatik termoplastik reçine, asfalt bağlayıcılarda hem mekanik hem de reolojik açıdan performans artışı sağlayan, çevresel ve ekonomik bakımdan uygulanabilir bir modifikasyon malzemesi olarak değerlendirilmektedir.
Özet (Çeviri)
Increasing traffic loads, fluctuating climatic conditions, and environmental factors significantly shorten the service life of asphalt pavements and lead to substantial performance losses. Therefore, improving the rheological and mechanical properties of asphalt binders has become a fundamental requirement in modern highway engineering. Although polymer additives enhance performance, their high cost and compatibility issues have prompted the search for alternative modifiers. In this thesis, the effects of petroleum-derived aromatic thermoplastic resin (TPR) additive on the physical and rheological properties of asphalt binders were comprehensively investigated. The main objective of the study was to develop a resin-based modification system that could serve as a cost-effective and highly compatible alternative to conventional polymer additives. In this context, TPR with an aromatic hydrocarbon structure was incorporated into 70/100 penetration grade asphalt binder at different dosages, and the material behavior was evaluated using conventional and advanced rheological tests. The thermal and morphological properties of the additive were characterized through thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). Subsequently, penetration, softening point, and rotational viscometer (RV) tests were performed on both unmodified and modified binders to determine their workability and temperature susceptibility parameters. Using a dynamic shear rheometer (DSR), temperature sweep tests were conducted within the range of 40 °C–70 °C at different frequencies to examine the complex modulus (G*) and phase angle (δ) values of the binders. Rheological data were mathematically expressed using the Cross and Carreau–Yasuda models, and the results were verified with high correlation coefficients. In addition, the Response Surface Methodology (RSM) was employed to analyze the multivariable interactions between the additive ratio and rheological parameters. Statistical analysis with a quartic model revealed that the optimal additive content was approximately 4.8%, which maximized the high-temperature performance of the binder. The findings demonstrated that the thermoplastic resin significantly improved the rheological performance of bitumen. The incorporation of TPR increased the softening point, reduced penetration values, and enhanced rutting resistance under elevated temperature conditions. Dynamic rheological measurements showed that the addition of TPR strengthened the elastic component of the binder, thereby improving resistance to permanent deformation, while simultaneously reducing the phase angle and imparting an elastomeric character. Furthermore, SEM images confirmed the homogeneous dispersion of TPR within the binder matrix. In conclusion, the petroleum-derived aromatic thermoplastic resin is considered an environmentally and economically feasible modification material that provides improvements in both mechanical and rheological performance of asphalt binders.
Benzer Tezler
- Synthesis of bio based polyurethane surface coating materials and characterization
Yüzey kaplaması uygulamalarında kullanılan biyo bazlı poliüretan malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
MERVE METİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
DR. ALPER YEŞİLÇUBUK
- Polipropilenin darbe mukavemeti üzerine kalsiyum karbonat ve tavlamanın etkisi
Effect of annealing and calcium carbonate filler on the impact strenght of poly propylene
BÜLENT ÇALIŞKAN
- Effect of soft segment length on foam structure of expanded thermoplastic polyurethane (ETPU) bead foams
Yumuşak segment uzunluğunun genleştirilmiş termoplastik poliüretan (ETPU) tanecik köpük yapısına etkisi
BİGE BATI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MOHAMMADREZA NOFAR
- Kinetic studies on polyurethane formation reactions with infrared and raman spectroscopy: effect of reaction solvent and reaction conditions on prepolymer formation
Infrared ve raman spektroskopisi kullanılarak poliüretan sentezi üzerine kinetik çalışmalar: organik çözücünün ve reaksiyon koşullarının prepolimer reaksiyonları üzerindeki etkisi
ARMEN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
