Sürdürülebilir asfalt kaplamalar için atık yağların bitüm modifikasyonunda kullanımı
Using waste oils in bitumen modification for sustainable asphalt pavements
- Tez No: 951345
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET SALTAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 181
Özet
Sürdürülebilir ulaşım hedeflerinin ön plana çıktığı günümüzde, yol yapımında kullanılan malzemelerin çevresel etkilerini azaltmak ve kaynak kullanımını daha verimli hâle getirmek büyük önem arz etmektedir. Özellikle bitümlü bağlayıcıların üretimi ve kullanımı sırasında karşılaşılan çevresel sorunlar, alternatif malzeme çözümlerine olan ilgiyi artırmıştır. Bu kapsamda, atık malzemelerin yeniden kullanımı ve mevcut malzemelerin hizmet ömrünün uzatılması üzerine çalışmalar yoğunlaşmaktadır. Atık yağların bitümlü bağlayıcılarda gençleştirici olarak değerlendirilmesi ise hem çevre dostu bir yaklaşım sunmakta hem de yaşlanma kaynaklı performans düşüşlerini gidermede etkili bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Bu tez kapsamında, atık yağlarla modifiye edilen yaşlanmış bitümlü bağlayıcıların yeniden işlevselleştirilmesi hedeflenerek hem sürdürülebilirlik hem de performans odaklı bir çözüm önerisi geliştirilmektedir. Çalışmada, kısa ve uzun dönem yaşlanmış bitümlü bağlayıcıların atık yemeklik, endüstriyel ve motor yağlarla gençleştirilmesi ele alınmıştır. Laboratuvar ortamında yaşlandırılmış bağlayıcı temininde mevcut yöntemlerin yetersiz kalması göz önüne alınarak, yeterli miktarda ve homojen şekilde yaşlanmış bağlayıcı elde edebilmek amacıyla yeni bir laboratuvar yöntemi olarak hava sirkülasyonlu etüv sistemi geliştirilmiştir. Tez çalışmasında referans değer olan saf bitümlü bağlayıcı ve geliştirilen yöntem ile laboratuvar ortamında yaşlandırılan kısa ve uzun dönem yaşlandırılmış bitümlü bağlayıcılara ek olarak her bir atık yağ türü için üç farklı modifikasyon oranında (%1, %3 ve %5) hazırlanan numuneler dahil olmak üzere toplam 21 bağlayıcı numunesi değerlendirmeye alınmıştır. Bitümlü bağlayıcıların fiziksel özellikleri standart bağlayıcı deneyleri ile analiz edilmiştir. Bitüm ve atık yağ örneklerinin fizikokimyasal ve yapısal özellikleri; FTIR Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile fonksiyonel grup analizi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile yüzey morfolojisi, Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS) ile elementel bileşim ve X-ışını Difraktometresi (XRD) ile kristal yapı belirleme yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Reolojik performansın değerlendirilmesi amacıyla Superpave sistemine uygun olarak Dinamik Kesme Reometresi (DSR) ve Eğilen Kiriş Reometresi (BBR) testleri gerçekleştirilmiş; bu sayede yüksek sıcaklık deformasyon direnci ve düşük sıcaklık çatlama eğilimi analiz edilmiştir. Karışım düzeyinde ise Superpave karışım tasarımı doğrultusunda agrega gradasyonları belirlenmiş, optimum bağlayıcı içerikleri tespit edilmiştir. Hazırlanan karışımların nem etkisi altındaki dayanımları, İndirekt Çekme Dayanımı (ITS) ve Çekme Dayanımı Oranı (TSR) testleri ile değerlendirilmiştir. Ayrıca Hamburg Tekerlek İzi (HWT) testi uygulanarak karışımların tekerlek izi direnci ayrıntılı şekilde incelenmiştir. Elde edilen deneysel bulgular, farklı atık yağ türlerinin ve modifikasyon oranlarının bitümlü bağlayıcılar üzerindeki etkilerinin yaşlandırma koşullarına bağlı olarak önemli ölçüde değişkenlik gösterdiğini ortaya koymuştur. Gençleştirme performansı açısından atık yemeklik yağ, özellikle fiziksel ve kimyasal özellikler bakımından öne çıkarken; karışım performansında ise atık motor yağı, dayanım, nem hassasiyeti direnci ve tekerlek izi dayanımı gibi kritik parametrelerde üstün sonuçlar vermiştir. Kısa dönem yaşlandırmada en yüksek TSR değerleri atık yemeklik yağ ile elde edilirken, uzun dönem yaşlandırmada %1 atık motor yağı ile %110.5'lik en yüksek TSR değeri kaydedilmiştir. Ayrıca, tekerlek izi performansı bakımından da en düşük derinlik değeri olan 1.71 mm yine %1 atık motor yağı ile elde edilmiş, bu da söz konusu modifikasyonun uzun vadeli performans açısından öne çıktığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In today's context where sustainable transportation objectives have come to the forefront, minimizing the environmental impacts of materials used in road construction and ensuring more efficient resource utilization have become increasingly significant. Particularly, the environmental concerns associated with the production and use of bituminous binders have intensified interest in alternative material solutions. In this regard, research efforts have focused on the reuse of waste materials and the extension of existing materials' service life. The use of waste oils as rejuvenators in bituminous binders presents an environmentally friendly approach and has proven to be an effective method in mitigating performance deterioration caused by aging. This thesis aims to develop a sustainability- and performance-oriented solution by refunctionalizing aged bituminous binders through modification with waste oils. The study investigates the rejuvenation of both short-term and long-term aged bituminous binders using waste cooking oil, industrial oil, and motor oil. Considering the inadequacy of existing laboratory methods in reliably simulating aged binders, a novel laboratory method—a forced air circulation oven system—was developed to produce sufficiently homogeneous and consistently aged binder samples. In addition to the reference pure binder and binders artificially aged in the laboratory using the newly developed method, a total of 21 binder samples were prepared, including three different modification ratios (1%, 3%, and 5%) for each waste oil type. The physical properties of the binders were analyzed using standard binder tests. The physicochemical and structural characteristics of bitumen and waste oils were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) for functional group analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM) for surface morphology, Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) for elemental composition, and X-ray Diffraction (XRD) for crystalline structure determination. To evaluate rheological performance, Dynamic Shear Rheometer (DSR) and Bending Beam Rheometer (BBR) tests were conducted in accordance with the Superpave system, enabling analysis of high-temperature rutting resistance and low-temperature cracking susceptibility. At the mixture level, aggregate gradations were selected following Superpave mix design guidelines, and optimum binder contents were determined. The durability of prepared mixtures under moisture conditions was assessed through Indirect Tensile Strength (ITS) and Tensile Strength Ratio (TSR) tests. Moreover, Hamburg Wheel Tracking (HWT) tests were performed to investigate rutting resistance in detail. The experimental findings revealed that the effects of different waste oil types and modification rates on bituminous binders vary significantly depending on aging conditions. Waste cooking oil demonstrated superior rejuvenation performance, particularly in terms of physical and chemical properties, whereas waste motor oil exhibited superior results in critical mixture performance parameters such as strength, moisture sensitivity, and rutting resistance. In short-term aging, the highest TSR values were obtained with waste cooking oil, while in long-term aging, the highest TSR value of 110.5% was recorded with 1% waste motor oil. Furthermore, the best rutting performance, indicated by the lowest rut depth of 1.71 mm, was also achieved with 1% waste motor oil, highlighting the long-term performance advantages of this modification.
Benzer Tezler
- Atık araç yağları ve atık bitkisel yağ katkılı bitüm içeren asfalt betonlarının performans özelliklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of the performance properties of asphalt concretes containing waste vehicle oils and waste vegetable oil additive bitumen
BELİT KERMAN ERKARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ OSMAN ATAHAN
PROF. DR. MURAT KARACASU
- Asfalt karışımlarda farklı geri kazanılmış asfalt oranları için gençleştirici katkı kullanımı maliyet analizi
Cost analysis of use of rejuvenator additives for different ratios of recycled asphalt in asphalt mixtures
GÜRCAN BAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATAKAN AKSOY
- Hayvansal atıkların asfalt kaplamalar üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of animal wastes on asphalt pavements
BURAK ÖNTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiUşak Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. JÜLİDE ÖNER
- Kendi kendini iyileştiren asfalt betonu kaplamalarda atık cüruflarin mikrodalga yöntemi ile kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the feasibility of using waste slags in self-healing asphalt concrete pavements via the microwave method
FATİH ERGEZER
Doktora
Türkçe
2025
UlaşımSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAL TERZİ
- Atık kablo talaşı ile modifiye edilmiş bitümlü kaplamaların mühendislik özelliklerinin araştırılması
Investigation of engineering properties of asphalt pavements modified with waste cable shavings
MERVE AKKÖK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÜNSAL