Bitüm ve bitümlü karışımların performans özelliklerinin polivinil asetat polimer katkısı ile iyileştirilmesi
Improvement of performance characteristics of bitumen and bituminous mixtures with polyvinyl acetate polymer additive
- Tez No: 964739
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA KÜRŞAT ÇUBUK, PROF. DR. METİN GÜRÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 222
Özet
Çalışma kapsamında, termoplastik özellikte sentetik bir polimer olan polivinil asetatın (PVA), bitüm ve bitümlü karışımlar üzerindeki etkileri laboratuvar ortamında incelenmiştir. Bu çalışmada yaygın kullanım şekillerinden biri olan dispersiyon formunda kullanılan PVA, daha önce bitümlü bağlayıcılarda sınırlı düzeyde incelenmiş olup bu çalışma ile reolojik ve performans iyileştirme potansiyeli detaylı olarak değerlendirilmiştir. Modifiye bitümlü bağlayıcıların fiziksel ve mekanik özellikleri; penetrasyon, yumuşama noktası, kuvvet ölçümlü düktilite ve elastik geri dönme gibi geleneksel deneyler ile birlikte dönel viskozite (RV), kısa vadeli yaşlandırma (RTFOT), uzun vadeli yaşlandırma (PAV), dinamik kesme reometresi (DSR) ve kiriş eğilme reometresi (BBR) testleri kullanılarak belirlenmiştir. Bitümlü karışımların davranışları ise Marshall tasarımı sonucu oluşturulan karışımlar üzerinde; Marshall stabilite ve akma, Nicholson soyulma, su hasarı ve tekerlek izi direnci deneyleri yapılarak analiz edilmiştir. PVA'nın bitümün kimyasal yapısı üzerindeki etkisi ise Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (FTIR) deneyi ile değerlendirilmiştir. PVA, bağlayıcıya ağırlıkça %2,%4,%6 ve %8 oranlarında eklenmiş; yapılan bağlayıcı testleri neticesinde optimum katkı oranı %6 olarak belirlenmiştir. Modifikasyon, polimer-bitüm etkileşimini arttırmak ve kısa vadeli yaşlanmayı sınırlamak amacıyla 150°C sıcaklıkta ve 20 dakika karıştırma süresiyle gerçekleştirilmiştir. Ek olarak, farklı karıştırma sıcaklık ve sürelerinde PVA-bitüm etkileşimini değerlendirmek amaçlı 120°C/10 dakika ve 150°C/20 dakika koşullarında hazırlanan numunelerin bağlayıcı testleri sonuçları karşılaştırılmıştır. Ayrıca %4 SBS katkılı bitüm numuneleri üretilerek bağlayıcı deneyleri yapılmış olup deney sonuçları %6 PVA modifiye bitüm ile karşılaştırılmıştır. Deneysel bulgular, PVA'nın penetrasyon değerini düşürüp yumuşama noktasını artırarak sıcaklık hassasiyetini azalttığını ortaya koymuştur. Elastik geri kazanım ve kuvvet ölçümlü düktilite testlerinde belirgin iyileşmeler sağlanmış; DSR ve BBR sonuçları da yüksek sıcaklık deformasyon direnci ile düşük sıcaklık çatlama direncinde artış olduğunu göstermiştir. Bitümlü sıcak karışımlar için ise soyulma direncinde ve Marshall stabilite değerlerinde artış gözlenmiş, su hasarı direncinde ise belirgin bir iyileşme tespit edilmemiştir. Tekerlek izinde oturma deneyinde modifiye bitümlü karışım, saf bitümlü karışıma oranla yaklaşık %10 daha iyi performans göstermiştir. Ayrıca, yapılan karşılaştırma neticesinde 150°C/20 dakika grubunda polimer-bitüm etkileşiminin daha etkin olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen bulgular ve karşılaştırmalar doğrultusunda, PVA'nın bitüm modifikasyonu için potansiyel bir katkı maddesi olabileceği değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of the study, the effects of polyvinyl acetate (PVA), a thermoplastic synthetic polymer, on bitumen and bituminous mixtures were investigated under laboratory conditions. In this study, PVA was used in its commonly applied dispersion form, has been examined to a limited extent in bituminous binders in previous studies. This research aimed to evaluate the rheological and performance enhancement potential of PVA in more detail. The physical and mechanical properties of the modified bitumen binders were determined through both conventional tests—such as penetration, softening point, force-ductility, and elastic recovery—and advanced tests, including rotational viscosity (RV), short-term aging (RTFOT), long-term aging (PAV), dynamic shear rheometer (DSR), and bending beam rheometer (BBR). The behaviour of bituminous mixtures was evaluated using mixtures prepared according to the Marshall design method. Mixtures tests included Marshall stability and flow, Nicholson stripping, moisture damage and wheel tracking resistance. The effect of PVA on the chemical structure of bitumen was evaluated using Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy. PVA was added to the binder at rates of 2%, 4%, 6%, and 8% by weight. Based on the results of the binder tests, the optimum PVA content was determined to be 6%. The modification process was carried out at 150°C for 20 minutes to improve polymer–bitumen interaction and to limit short-term aging. Additionally, to assess the effect of mixing temperature and time, binder tests were conducted on samples prepared under two conditions: 120°C for 10 minutes and 150°C for 20 minutes. Additionally, bitumen samples modified with 4% SBS were produced and binder tests were conducted. The test results were compared with those of bitumen modified with 6% PVA. Experimental findings revealed that PVA reduced penetration values and increased the softening point, thereby decreasing the temperature susceptibility of the binder. Significant improvements were observed in elastic recovery and force-ductility tests. DSR and BBR results also indicated better resistance to deformation at high temperatures and improved crack resistance at low temperatures. For hot mix asphalt, improvements were noted in stripping resistance and Marshall stability, while no significant enhancement was observed in moisture damage resistance. In wheel tracking tests, the PVA-modified mixture showed approximately 10% better performance compared to the unmodified mixture. In conclusion, the comparison results indicated that the 150°C/20 min condition provided more effective polymer–bitumen interaction. Based on these findings and comparisons obtained, PVA was evaluated as a potential additive for bitumen modification.
Benzer Tezler
- Geopolimer katkılı bitüm ve bitümlü sıcak karışımların performans özelliklerinin yaşam döngüsü değerlendirmesi destekli analizi
The life cycle assessment supported analysis of the performance characteristics of bitumen and bituminous hot mix incorporating geopolymer
BURAK YİĞİT KATANALP
Doktora
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PERVİZ AHMEDZADE
- Atık lastiklerden elde edilen siyah karbonun bitüm ve bitümlü sıcak karışımlara etkisi
The effect of black carbon obtained from waste tires on bitumen and bitumen hot mixtures
ZÜLFÜKAR AKSAĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Ulaşımİnönü Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TACETTİN GEÇKİL
- Esnek üstyapıların performans özelliklerinin sentetik metal ve polibor katkı maddeleriyle geliştirilmesi
Improvement of performance properties of flexible pavements by synthetic metal and polyboron additives
DENİZ ARSLAN
Doktora
Türkçe
2010
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KÜRŞAT ÇUBUK
- Gama ışınları ile yaşlandırılmış bitüm ve bitümlü karışımların reolojik incelenmesi
Rheological investigation of bitumen and bituminous mixtures aged with gamma rays
MERVE CEYHAN ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH HİLMİ LAV
- Öğütülmüş karbon fiber takviyeli bitümlü sıcak karışımların performans özelliklerinin araştırılması
Performance properties examination of the milled carbon fiber added hot mix asphalt
AYŞE CANSEL DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAT MOROVA