Bor katkılı polimer modifiye bitümlerin reolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the rheological properties of boron modified polymer bitumens
- Tez No: 958846
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN AKBULUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Afyon Kocatepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Bu doktora çalışmasında, Türkiye'nin stratejik yer altı kaynaklarından biri olan bor minerallerinin, özellikle de borik asidin, reaktif elastomerik terpolimer (RET) sınıfına giren Elvaloy katkısı ile birlikte bitüm modifikasyonunda kullanımı araştırılmış ve bu kombinasyonun bitümün reolojik özellikleri üzerindeki etkisi ayrıntılı şekilde incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, ülkemizin zengin bor rezervlerini yol yapımında kullanılabilecek bir değer zinciri haline getirmek, yerli katkı malzemelerinin performansını bilimsel düzeyde test ederek dışa bağımlılığı azaltmak ve sürdürülebilir yol altyapısı uygulamalarına katkı sunmaktır. Araştırmada, çeşitli oranlarda Elvaloy (%1, %2) ve borik asit (%0.4, %0.15, %0.12, %0.10, %0.05) katkısı içeren bitüm numuneleri farklı kombinasyonlarda ve değişken sıcaklıklarda (140 0C, 150 0C, 160 0C, 180 0C) 1200 rpm devirde 2 saat, ardından 1400 rpm devirde 30 dakika karıştırılarak toplam 2.5 saatte modifiye edilmiştir. Modifiye edilen numuneler üzerinde penetrasyon, yumuşama noktası, viskozite, elastik geri dönme, parlama noktası, özgül ağırlık, yaşlandırma (RTFOT, PAV) ve dinamik kesme reometresi (DSR) gibi kapsamlı fiziksel ve reolojik testler uygulanmıştır. Ayrıca, FT-IR spektroskopisi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) gibi ileri karakterizasyon yöntemleriyle kimyasal değişimler detaylı biçimde analiz edilmiştir. Deneysel bulgular, borik asidin bitüme ilave edilmesiyle sertlik, yumuşama noktası ve yüksek sıcaklık dayanımı gibi performans parametrelerinde dikkate değer iyileşmeler sağladığını ancak sıcaklık arttıkça düşük sıcaklık performansında azalma meydana geldiğini; Elvaloyun ise bitümün elastisite ve uzun vadeli deformasyon direncini artırdığını göstermiştir. İki katkının kompozit kullanımı, özellikle tekerlek izi direnci, yüksek sıcaklık stabilitesi ve depolama kararlılığı açısından önemli avantajlar sunmuştur. Bu sonuçlar, polimer modifiye bitümlerin geleneksel bağlayıcılara göre çok daha üstün performans sergileyebileceğini ve bor minerallerinin bu alanda katma değerli bir kullanım alanı oluşturabileceğini ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu tez çalışması; bor katkılı RET modifiye bitüm bileşenlerinin laboratuvar koşullarında sentezlenebileceğini, bu bileşenlerin teknik performanslarının uluslararası standartlarla uyumlu olabileceğini ve sürdürülebilir asfalt teknolojileri geliştirilmesinde güçlü bir alternatif sunabileceğini göstermektedir. Elde edilen veriler hem bilimsel literatüre katkı sağlamakta hem de ekonomik, çevresel ve mühendislik açılarından uygulanabilir bir çözüm önerisi sunmaktadır. Çalışmanın önerileri doğrultusunda, gelecekte yapılacak saha uygulamaları ve uzun vadeli dayanım testleriyle, bu katkı sisteminin gerçek yol koşullarındaki performansı daha da detaylandırılabilir.
Özet (Çeviri)
In this research, the use of boron minerals—particularly boric acid, one of Turkey's strategic underground resources—in combination with a reactive elastomeric terpolymer (RET) known as Elvaloy was investigated for bitumen modification. The main objective of the research is to transform Turkey's rich boron reserves into a value-added component in road construction, to scientifically assess the performance of domestic additives, and to contribute to sustainable road infrastructure by reducing foreign dependency. In the experimental setup, bitumen samples were modified by incorporating varying proportions of Elvaloy (1%, 2%) and boric acid (0.4%, 0.15%, 0.12%, 0.10%, 0.05%) in different combinations. The mixtures were blended at various temperatures (140 °C, 150 °C, 160 °C, 180 °C) for 2 hours at 1200 rpm followed by 30 minutes at 1400 rpm, resulting in a total mixing duration of 2.5 hours. The modified samples were subjected to comprehensive physical and rheological tests including penetration, softening point, viscosity, elastic recovery, flash point, specific gravity, aging (RTFOT, PAV), and dynamic shear rheometry (DSR). In addition, advanced characterization methods such as FT-IR spectroscopy were used to analyze chemical changes in detail. Experimental findings revealed that the addition of boric acid improved performance parameters such as hardness, softening point, and high-temperature resistance. However, performance at low temperatures declined as the temperature increased. On the other hand, Elvaloy enhanced the elasticity and long-term deformation resistance of the bitumen. The combined use of both additives offered significant advantages in terms of rutting resistance, high-temperature stability, and storage durability. These results indicate that polymer-modified bitumens can exhibit considerably superior performance compared to traditional binders and that boron minerals have the potential to serve as value-added materials in this context. In conclusion, this thesis demonstrates that boron-doped RET-modified bitumen components can be synthesized under laboratory conditions, their technical performance can comply with international standards, and they offer a strong alternative for the development of sustainable asphalt technologies. The data obtained not only contribute to the scientific literature but also present a feasible solution from economic, environmental, and engineering perspectives. The Elvaloy-modified samples containing boric acid can be considered suitable for application in moderate and high-temperature climates. Based on the study's findings, future field implementations and long-term durability assessments are recommended to further validate the real-world performance of this additive system.
Benzer Tezler
- Bitümün sentetik metal ve polimer katkı maddeleriyle yaşlanma direncinin arttırılması
Improvement of the aging resistance of bitumen by addition of synthetic metal and polymer additives
MUSTAFA ÇALIŞICI
Doktora
Türkçe
2009
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. KÜRŞAT ÇUBUK
- Grafen esaslı yeşil nanokompozitlerin hazırlanması, karakterizasyonu ve çeşitli uygulamalarda kullanılması
Preparation and characterization of graphene-based green nanocomposites and their utilization in various applications
ESRA KILIÇ
- Preparation of poly(N-tris[hydroxymethyl]methyl acrylamide) based hydrogels and composites for removal of boron from aqueous solutions
Sulu çözeltilerden bor giderilmesi için poli(N-tris[hidroksimetil]metil akrilamid) bazlı hidrojel ve kompozitlerin hazırlanması
SARE NAZ ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Fabrication and characterization of polyvinylidene fluoride based hollow fiber ultrafiltration membranes blended with nanoparticles
Nanoparçacık katkılı poliviniliden florür esaslı delikli elyaf ultrafiltrasyon membranlarının üretimi ve karakterizasyonu
YAPRAK SUBAŞI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiYıldız Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BUĞRA ÇİÇEK
- Experimental and mathematical modeling studies on thermoplastic composites filled with organic and inorganic residues
Organik ve inorganik atık katkılı termoplastik kompozitler üzerine deneysel ve matematiksel modelleme araştırmaları
NİLAY KÜÇÜKDOĞAN ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜCAHİT SÜTÇÜ
PROF. DR. KUTLAY SEVER