İstanbul teknİk Ünİversİtesİ fen bİlİmlerİ enstİtÜsÜ...karayolu esnek Üstyapi bİnder...

of 153 /153
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ MAYIS 2015 KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI BİNDER TABAKASINDA ELEKTRİK ARK OCAĞI CÜRUFUNUN YAPAY AGREGA OLARAK KULLANIMININ İNCELENMESİ Burak ÖZUĞURLU İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı Ulaştırma Mühendisliği Programı

Author: others

Post on 03-Sep-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

YÜKSEK LSANS TEZ
OCAI CÜRUFUNUN YAPAY AGREGA OLARAK KULLANIMININ
NCELENMES
KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI BNDER TABAKASINDA ELEKTRK ARK
OCAI CÜRUFUNUN YAPAY AGREGA OLARAK KULLANIMININ
NCELENMES
iii
stanbul Teknik Üniversitesi
stanbul Teknik Üniversitesi
TÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 501121403 numaral Yüksek Lisans Örencisi BURAK ÖZUURLU, ilgili yönetmeliklerin belirledii gerekli tüm artlar yerine getirdikten sonra hazrlad “KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI BNDER TABAKASINDA ELEKTRK ARK OCAI CÜRUFUNUN YAPAY AGREGA OLARAK KULLANIMININ NCELENMES” balkl tezini aada imzalar olan jüri önünde baar ile sunmutur.
Teslim Tarihi : 04 Mays 2015
Savunma Tarihi : 28 Mays 2015
iv
v
ÖNSÖZ
Yüksek lisans eitimim süresince ve tez çalmalarm boyunca yardmn ve desteini esirgemeyen deerli danman hocam Sayn Ör. Gör. Dr. A. Faik YNAM'a teekkürlerimi sunarm. Fikir ve görüleri ile her zaman destek olan, tecrübesi ile yol gösteren naat Yüksek Mühendisi Fatih YONAR'a minnettarlm sunarm. Tüm eitim hayatm boyunca maddi, manevi her türlü desteklerini benden esirgemeyen aileme sevgi ve sayglarm sunarm. Mays 2015 Burak Özuurlu
Geomatik Mühendisi
vi
vii
ÇNDEKLER
Sayfa
ÖNSÖZ ........................................................................................................................ v ÇNDEKLER ........................................................................................................ vii KISALTMALAR ...................................................................................................... xi ÇZELGE LSTES ................................................................................................ xiii EKL LSTES ....................................................................................................... xv ÖZET ....................................................................................................................... xvii SUMMARY ............................................................................................................. xix 1. GR ...................................................................................................................... 1 2. KARAYOLU ÜSTYAPISI .................................................................................... 3
2.1 Giri .................................................................................................................... 3 2.2 Rijit Üstyap ....................................................................................................... 4 2.3 Komposit Üstyap ............................................................................................... 6 2.4 Esnek Üstyap ..................................................................................................... 7
2.4.1 Taban zemini ............................................................................................... 8 2.4.2 Alttemel tabakas ......................................................................................... 8 2.4.3 Temel tabakas ............................................................................................. 9 2.4.4 Kaplama tabakas ....................................................................................... 10
2.4.4.1 Binder tabakas .................................................................................... 10 2.4.4.2 Anma tabakas .................................................................................. 11
3. ESNEK ÜSTYAPI TABAKALARINDA KULLANILAN MALZEMELER VE ÖZELLKLER ................................................................................................. 13
3.1 Bitümlü Balayclar ........................................................................................ 13 3.2 Agregalar .......................................................................................................... 17
3.2.1 Alttemel tabakasnda kullanlan malzemeler ............................................. 18 3.2.2 Temel tabakasnda kullanlan malzemeler ................................................. 20 3.2.3 Kaplama tabakasnda kullanlan malzemeler ............................................ 25
4. DEMR ÇELK ÜRETM VE CÜRUF OLUUMU ...................................... 31 4.1 Demir Çelik Üretimi ......................................................................................... 31
4.1.1 Yüksek frnda demir üretimi ..................................................................... 35 4.1.2 Bazik oksijen frnnda çelik üretimi ......................................................... 37 4.1.3 Elektrik ark ocanda çelik üretimi ............................................................ 39
4.2 Demir Çelik Üretiminde Cüruf Oluumu ......................................................... 42 4.2.1 Yüksek frn cürufu .................................................................................... 43 4.2.2 Bazik oksijen frn cürufu ......................................................................... 44 4.2.3 Elektrik ark oca cürufu ........................................................................... 46
5. DEMR ÇELK CÜRUFLARININ ÖZELLKLER VE KULLANIM ALANLARI .............................................................................................................. 49
5.1 Demir Çelik Cüruflarnn Fiziksel Özellikleri .................................................. 50 5.2 Demir Çelik Cüruflarnn Kimyasal Özellikleri ............................................... 52
viii
5.3 Demir Çelik Cüruflarnn Kullanm Alanlar ................................................... 54 6. DENEYSEL ÇALIMA ...................................................................................... 59
6.1 Kullanlan Malzemeler ..................................................................................... 59 6.1.1 EAO cürufu ................................................................................................ 59 6.1.2 Doal agrega .............................................................................................. 60 6.1.3 Bitüm .......................................................................................................... 60
6.2 Malzemelere Uygulanan Deneyler ................................................................... 61 6.2.1 Agregalara uygulanan deneyler ................................................................. 61
6.2.1.1 Elek analizi .......................................................................................... 61 6.2.1.2 Özgül arlk ve su emme oran tayini ................................................ 62 6.2.1.3 Los Angeles deneyi ............................................................................. 66 6.2.1.4 Hava tesirlerine kar dayankllk ....................................................... 67 6.2.1.5 Krlmlk oran .................................................................................. 69 6.2.1.6 Yasslk indeksi ................................................................................... 70 6.2.1.7 Cilalanma Deeri ................................................................................. 71 6.2.1.8 Soyulma mukavemeti .......................................................................... 72 6.2.1.9 Kil topaklar ve ufalanabilir daneler .................................................... 74 6.2.1.10 Metilen mavisi ................................................................................... 75
6.2.2 Bitümlere uygulanan deneyler ................................................................... 76 6.2.2.1 Özgül arlk ........................................................................................ 76 6.2.2.2 Penetrasyon ......................................................................................... 77
6.3 Marshall Tasarm Yöntemi ............................................................................... 79 6.3.1 Briketlerin hazrlanmas ............................................................................. 80 6.3.2 Marshall akma ve stabilite okumalar ........................................................ 82 6.3.3 Younluk ve boluk analizleri ................................................................... 83
6.3.3.1 Agrega karmnn tane younluunun hesaplanmas ........................ 83 6.3.3.2 Sktrlm bitümlü karmnn pratik özgül arl ........................ 84 6.3.3.3 Bitümlü karmnn maksimum teorik özgül arl ......................... 85 6.3.3.4 Sktrlm bitümlü karmda hava boluu yüzdesinin hesaplanmas ......................................................................................................................... 85 6.3.3.5 Sktrlm bitümlü karmdaki agregalar aras boluk yüzdesinin hesaplanmas ................................................................................................... 86 6.3.3.6 Sktrlm bitümlü karmdaki bitümle dolu boluk yüzdesinin hesaplanmas ................................................................................................... 86
6.3.4 Optimum bitüm yüzdesinin belirlenmesi ................................................... 87 7. DENEY SONUÇLARI VE RDELENMES ..................................................... 89
7. 1 Agrega Deneyleri ............................................................................................. 89 7.1.1 Elek analizi deneyi sonucu ......................................................................... 90 7.1.2 Özgül arlk ve su emme oran tayini deneyi sonucu ............................... 91 7.1.3 Los Angeles deneyi deneyi sonucu ............................................................ 93 7.1.4 Hava tesirlerine kar dayankllk deneyi sonucu ..................................... 93 7.1.5 Krlmlk oran deneyi sonucu ................................................................. 94 7.1.6 Yasslk indeksi deneyi sonucu .................................................................. 94 7.1.7 Cilalanma deeri deneyi sonucu ................................................................ 95 7.1.8 Soyulma mukavemeti deneyi sonucu ......................................................... 95 7.1.9 Kil topaklar ve ufalanabilir daneler deneyi sonucu .................................. 96 7.1.10 Metilen mavisi deneyi sonucu ................................................................. 97
7.2 Bitüm Deneyleri ............................................................................................... 97 7.2.1 Penetrasyon deeri ..................................................................................... 97
ix
7.3.1 Sktrlm bitümlü karmnn pratik özgül arl .............................. 99 7.3.2 Sktrlm bitümlü karmda hava boluu yüzdesinin hesaplanmas 101 7.3.3 Sktrlm bitümlü karmdaki agregalar aras boluk yüzdesinin hesaplanmas ..................................................................................................... 103 7.3.4 Sktrlm bitümlü karmdaki bitümle dolu boluk yüzdesinin hesaplanmas ..................................................................................................... 105 7.3.5 Stabilite .................................................................................................... 106 7.3.6 Akma ........................................................................................................ 108
7.4 Optimum Bitüm Yüzdesinin Belirlenmesi ..................................................... 110 7.4.1 Optimum bitüm yüzdesi miktarna göre elde edilen sonuçlar ................. 112
8. SONUÇ VE ÖNERLER ................................................................................... 113 KAYNAKLAR ....................................................................................................... 119 EKLER .................................................................................................................... 125 ÖZGEÇM ............................................................................................................ 129
x
xi
KISALTMALAR
EAO : Elektrik Ark Oca BOF : Bazik Oksijen Frn KT : Karayollar Teknik artnamesi CBR : California Bearing Ration TS : Türk Standartlar VMA : Agregalar aras boluk VFA : Bitümle dolu boluk ABD : Amerika Birleik Devletleri TÜ : stanbul Teknik Üniversitesi DOP : Decleration of performance
xii
xiii
Çizelge 3.1: Kaplama snf bitümlerin özellikleri .................................................... 16 Çizelge 3.2: Alttemel malzemesi gradasyon limitleri ................................................ 19 Çizelge 3.3: Alttemel malzemesinin fiziksel özellikleri ............................................ 19 Çizelge 3.4: Alttemel sktrma kriterleri ................................................................. 20 Çizelge 3.5: Kaba agregann fiziksel özellikleri. ....................................................... 20 Çizelge 3.6: nce agregann fiziksel özellikleri ......................................................... 21 Çizelge 3.7: Granüler temel tabakas gradasyon limitleri ......................................... 21 Çizelge 3.8: Granüler temel tabakas skma kriterleri............................................. 22 Çizelge 3.9: Plentmiks temel tabakas gradasyon limitleri ........................................ 22 Çizelge 3.10: Plentmiks temel tabakas skma kriterleri ......................................... 22 Çizelge 3.11: Çimento stabilizasyonlu temel tabakas gradasyon limitleri ............... 23 Çizelge 3.12: Bitümlü temel tabakas gradasyon limitleri......................................... 23 Çizelge 3.13: Kaba agregann fiziksel özellikleri ...................................................... 24 Çizelge 3.14: nce agregann fiziksel özellikleri ....................................................... 24 Çizelge 3.15: Bitümlü temel dizay kriterleri ............................................................. 25 Çizelge 3.16: Malzemelerin kartrma scaklklar ................................................... 25 Çizelge 3.17: Binder tabakas gradasyon limitleri ..................................................... 26 Çizelge 3.18: Anma tabakas gradasyon limitleri ................................................... 26 Çizelge 3.19: Kaba agregann fiziksel ve mekanik özellikleri .................................. 27 Çizelge 3.20: nce agregann fiziksel özellikleri ....................................................... 27 Çizelge 3.21: Asfalt betonu dizayn kriterleri ............................................................. 28 Çizelge 3.22: Skma ve yüzey kalnlk özellikleri .................................................. 29 Çizelge 4.1: Dünya geneli Demir-Çelik üretimi ........................................................ 31 Çizelge 4.2: Ham çelik üretim verileri ...................................................................... 32 Çizelge 4.3: Ham çelik kapasitesi ve üretimi ............................................................ 33 Çizelge 4.4: Tüketici sektörlerinin 2013 ylnda çelik tüketimindeki pay ............... 34 Çizelge 5.1: Yüksek frn ve çelikhane cürufuna ait fiziksel özellikler ..................... 51 Çizelge 5.2: Yüksek frn ve çelikhane cürufuna ait mekanik özellikler ................... 51 Çizelge 5.3: Yüksek frn ve çelikhane cürufuna ait özellikler ................................. 52 Çizelge 5.4: Yüksek frn cüruflarnn kimyasal içerikleri ........................................ 53 Çizelge 5.5: Çelikhane cüruflarnn kimyasal içerikleri ............................................ 54 Çizelge 5.6: Ulusal ve bölgesel cüruf birlikleri ......................................................... 55 Çizelge 6.1: Amerikan Elek Sistemi .......................................................................... 59 Çizelge 7.1: Doal agrega ve EAO cürufu kimyasal analiz sonuçlar. ..................... 89 Çizelge 7.2: Doal agregann ve EAO cürufu agregasnn fiziksel ve mekaniksel özellikleri.................................................................................................................... 90 Çizelge 7.3: Çalmada kullanlan granülometri limitleri.......................................... 91 Çizelge 7.4: Kaba ve ince agrega özgül arlk deerleri. ......................................... 92 Çizelge 7.5: Filler malzemesi özgül arlk deerleri. ............................................... 92 Çizelge 7.6: Kaba agrega ve ince agrega su emme oranlar. ..................................... 93 Çizelge 7.7: Los Angeles deneyi sonuçlar................................................................ 93
xiv
Çizelge 7.8: Hava tesirine kar dayankllk deneyi. ................................................ 94 Çizelge 7.9: Yasslk indeksi deneyi. ......................................................................... 95 Çizelge 7.10: Cilalanma deeri deneyi. ..................................................................... 95 Çizelge 7.11: Soyulma mukavemeti deneyi. ............................................................. 96 Çizelge 7.12: Kil topaklar ve ufalanabilir daneler. ................................................... 97 Çizelge 7.13: Metilten mavisi deneyi. ....................................................................... 97 Çizelge 7.14: Doal agrega numunesi için %4.3 bitüm mikarna göre sonuçlar. .... 112 Çizelge 7.15: EAO cürufu agregas numunesi için %4.7 bitüm miktarna göre sonuçlar. ................................................................................................................... 112
xv
EKL LSTES
ekil 2.1: Beton kaplama tipleri .................................................................................. 4 ekil 2.2: Rijit üstyap kesitleri ................................................................................... 6 ekil 2.3: Komposit üstyap kesitleri ........................................................................... 6 ekil 2.4: Esnek üstyap katmanlar ............................................................................ 7 ekil 3.1: Rafineri prosesleri akm emas ................................................................ 14 ekil 3.2: Kimyasal bileen ile penetrasyon indeksi arasndaki iliki ....................... 15 ekil 4.1: Türkiye’deki demir çelik üretim tesisleri ve yllk kapasiteleri. ............... 33 ekil 4.2: Entegre ve ark ocakl demir çelik tesislerinde üretim ak....................... 35 ekil 4.3: Yüksek frn emas ................................................................................... 36 ekil 4.4: Üstten üflemeli bazik oksijen frn ........................................................... 38 ekil 4.5: Bazik oksijen frn .................................................................................... 39 ekil 4.6: Elektrik ark oca elektrotlar .................................................................... 40 ekil 4.7: EAO ilem sras. ....................................................................................... 41 ekil 4.8: Demir cürufu. ............................................................................................ 42 ekil 4.9: Yüksek frn cürufunun soutulmas ......................................................... 45 ekil 4.10: BOF ilem admlar ................................................................................. 46 ekil 4.11: EAO’ndan sv çeliin alnmas .............................................................. 48 ekil 5.1: Üretim yöntemlerine göre ortaya çkan yaklak yan madde kütleleri ...... 50 ekil 5.2: Avrupa ülkelerindeki yüksek frn cürufu kullanm ................................. 58 ekil 5.3: Avrupa ülkelerindeki çelikhane cürufu kullanm ..................................... 58 ekil 6.1: Konkasör ................................................................................................... 60 ekil 6.2: Agregalarn su içerisinde bekletilerek doygun hale getirilmesi ................ 64 ekil 6.3: Filler özgül arlk tayini. .......................................................................... 66 ekil 6.4: Los Angeles test makinas. ........................................................................ 67 ekil 6.5: Kurutulan agregaya magnezyum sülfat çözeltisi eklenmesi. .................... 69 ekil 6.6: Yasslk indeksi elekleri ............................................................................ 70 ekil 6.7: Cilalanma test makinas ve cilalanma numunesi. ...................................... 71 ekil 6.8: Cilalanma deneyi sürtünme test cihaz. ..................................................... 72 ekil 6.9: Soyulma mukavemeti deney numuneleri. ................................................. 73 ekil 6.10: Kil topaklar ve ufalanabilir daneler deney numuneleri. ......................... 74 ekil 6.11: Metilen mavisi deneyi. ............................................................................ 76 ekil 6.12: Penetrasyon indeksi cetveli ..................................................................... 78 ekil 6.13: Marshall kalplar. ................................................................................... 80 ekil 6.14: Briket hazrlanmas. ................................................................................ 81 ekil 6.15: Marshall tokma ve briketler. ................................................................ 82 ekil 6.16: Marshall akma ve stabilite deneyi. .......................................................... 83 ekil 7.1: Çalmada kullanlan granülometri erisi.................................................. 91 ekil 7.2: Agregalar aras boluk deeri emas. ....................................................... 99 ekil 7.3: Doal agrega numunesi pratik özgül arlk – bitüm miktar grafii ...... 100 ekil 7.4: EAO cüruf agregas numunesi pratik özgül arlk – bitüm miktar grafii .................................................................................................................................. 101
xvi
ekil 7.5: Doal agrega numunesi boluk – bitüm miktar grafii .......................... 102 ekil 7.6: EAO cürufu agregas numunesi boluk – bitüm miktar grafii ............. 102 ekil 7.7: Doal agrega numunesi agregalar aras boluk – bitüm miktar grafii . 104 ekil 7.8: EOA cürufu agregas numunesi hava boluu – bitüm miktar grafii .. 104 ekil 7.9: Doal agrega numunesi bitümle dolu boluk – bitüm miktar grafii ..... 105 ekil 7.10: EAO cürufu agregas numunesi bitümle dolu boluk – bitüm miktar grafii. ...................................................................................................................... 106 ekil 7.11: Doal agrega numunesi stabilite – bitüm miktar grafii. ..................... 108 ekil 7.12: EAO cürufu agregas numunesi stabilite – bitüm miktar grafii. ........ 108 ekil 7.13: Doal agrega numunesi akma – bitüm miktar grafii. ......................... 109 ekil 7.14: EAO cürufu agregas numunesi akma – bitüm miktar grafii ............. 110 ekil 7.14: Doal agrega numunesi boluk, stabilite ve akma analizleri................. 111 ekil 7.15: EAO cürufu agregas numunesi boluk, stabilite ve akma analizleri. ... 111
xvii
KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI BNDER TABAKASINDA ELEKTRK ARK OOCAI CÜRUFUNUN YAPAY AGREGA OLARAK KULLANIMININ
NCELENMES
ÖZET
Türkiye, Dünya genelindeki ham çelik üreticileri arasnda önemli bir yerde bulunmaktadr. Yllk üretim miktar ile en büyük ham çelik üreticileri arasnda ilk 10 içinde olan Türkiye’de, 2013 ylnda üretilen 35 milyon ton ham çeliin 24 milyon tonu elektrik ark oca kullanlarak elde edilmitir. Ülkemizde üretilen ham çelik büyük ölçüde hurda metalin geri dönütürülmesine dayanmaktadr. ç piyasa imalat için gereken hurda çelik talebini karlayamamas nedeniyle, Türkiye’nin 2013 ylndaki hurda çelik ithalat 24 milyon ton olarak gerçeklemi ve Dünya’nn en büyük hurda çelik ithalatçs olmutur. Ülkemizde hurda çelik bu denli önemli bir ekilde geri dönütürülerek ekonomiye kazandrlmasna ramen, çelik üretiminde yan madde olarak ortaya çkan cüruf deerlendirilmeden stok sahalarnda depolanmaktadr. Günümüze kadar depolanm cüruf miktarnn 100 ile 140 milyon ton arasnda olduu tahmin edilmektedir.
Yaplan bu çalmada, elektrik ark oca cürufunun, karayolu esnek üstyapsnn binder tabakasnda hammadde olarak kullanlabilirlii incelenmi ve yapay agrega olarak deerlendirilebilirlii üzerinde çalma yaplmtr.
Çalmann ilk bölümünde, çalmann amaçlar ve gereklilii, ülkemizde demir çelik sektörü ve inaat sektörü hakknda genel bilgi verilmitir. kinci bölümde karayolu üstyap tabakalar ele alnarak açklamalarda bulunulmutur.
Üçüncü bölümde esnek üstyap tabakalarnda kullanlan agrega ve bitümlü balayclar hakknda bilgi verilmi ve Karayollar Teknik artnamesi 2013’e göre kullanlmas istenen bu malzemelerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerine ilikin yeterlilik koullarna yer verilmitir.
Dördüncü bölümde demir çelik üretimi ve üretim yöntemleri yer almaktadr. Üretim yöntemlerine göre ortaya çkan farkl tür cüruflarn oluumu hakknda bilgi verilmi ve oluan cürufun depolanmas açklanmtr. Beinci bölümde farkl yöntemler sonucu oluan demir çelik cüruflarnn fiziksel ve kimyasal özellikler açklanm ve dier ülkelerdeki deerlendirilme alanlar hakknda bilgiler verilmitir.
Altnc bölümde, bu çalmada kullanlan bitüm, doal agrega ve elektrik ark oca cürufu hakknda bilgi verilmi, çalmada kullanlacak yöntemler açklanmtr. Çalmada kullanlan malzemelerin özellikleri, Karayollar Teknik artnamesi 2013 Ksm 407 Asfalt Betonu Binder ve Anma Tabakalar bal altnda belirtilen agregann fiziksel ve mekanik özellikleri kriterlerinin salanp salanmad yaplan deneyler ile kontrol edilmitir, bunun yan sra kullanlan bitüm için de penetrasyon deneyi ve özgül arlk deneyleri yaplmtr. Doal agrega ve EAO cürufu agregas ile karm tasarm yaplm, yöntem olarak Asphalt Institute MS-2 kitabnda
xviii
açklanan Marshall Tasarm Yöntemi kullanlmtr. Yedinci bölümde doal agrega ve EAO cürufuna uygulanan deneyleri, Marshall Tasarm Yöntemi ile ulalan sonuçlar ve belirlenen optimum bitüm yüzdesi deerleri hakknda bilgi verilmitir.
Çalmann son bölümünde bu çalma kapsamnda elde edilen sonuçlar deerlendirilmi ve önerilerde bulunulmutur.
xix
INVESTIGATION OF THE USAGE OF ELECTRIC ARC FURNACE SLAG AS AN ARTIFICIAL AGGREGATE IN THE BINDER COURSE OF
FLEXIBLE PAVEMENTS
SUMMARY
Consumption of raw material is increasing day by day and in a limited environment, it is almost sure that in the future sources of raw materials will expire. Especially during the rapid industrialization era, it has been realized that the way people use natural resources, had an immense harm on the nature. Need of new resources resulted people to invade more wildlife areas and urbanize rural lands. All of the damaged caused by people has started to show its effects in the 20th century. Since late 1970’s, recycling and reprocessing of disposal materials have been an important subjects in developed countries. Reusing a waste material does not only decrease the necessity of using natural resources but also increases the economic benefits of used material. Decreasing the demand also reduces the production costs by lowering costs of input materials and also there might be additional utilities that can not be acquired by traditional resources.
Some of studies have focused on reusing industrial disposals. The reason why it’s been researched thoroughly is because of the countless amounts of produced waste materials. By reusing primary disposal industrial materials, significant benefits are being claimed. The main reason of the importance is, these materials are being produced continuously. Retrievaling waste material may decrease the production costs, increase the efficiency and reduces the usage of raw materials, more importantly growth of disposal areas could be avoided.
In this thesis, the usage of electric arc furnace slag was investigated in road construction. Turkey is the 8th biggest steel manufacturer in the world and every year 35 million tons of steel has been produced. 24 million tons of the total production is being made in electric arc furnaces and due to the way steel is produced, slag production is inevitable. According to studies, it is estimated that every year 3 to 4 million tons of electric arc furnace slag is obrained by manufacturers and stocked in storage areas. Total amount of 100 to 140 million tons of slag is currently occupying valuable free lands and accumulating over the time. In overseas countries blast furnace slag and steel slag are being used in different applications but in Turkey there isn’t any beneficial reuse of slag.
Steel production by an electric arc furnace is the most common method in Turkey. It was so much used that in 2013 Turkey was declared as the biggest scrap steel importer. The purpose of this study is to investigate electric arc furnace slag as an artificial aggregate in road construction. By researching the availability, it is expected to reduce stocked waste materials of steel industry, reduce the demand of natural materials and gain economic benefits. Reducing the demand of natural
xx
resources would help to save the nature, the wildlife and the ecosystem, which is highly interrupted in Turkey. The aim of the study is to ensure the usage of electric arc furnace slag in Turkey, so that applied tests and decisions were made according to the requirements described in The Technical Specification of Highways 2013 published by General Directorate of Highways. The study was focused on using electric arc furnace slag in a binder course of flexible pavements as an artificial aggregate. To being able to make a decision, the current method of building a road with natural aggregate was used for a comparison against the one built with steel slag. Compared examples had been made by using the Marshall Test Method described in Asphalt Institute MS-2 Asphalt Handbook and tested according to defined procedures.
In the first section of this study, general information about the steel industry in Turkey was introduced and the link between the steel production and slag was explained. The amount of slag produced by the steel industry according to statics was stated and slag treatment processes in Turkey were explained. According to given information the purpose, the scope and the importance of this study were given.
In the second section, brief information about different pavement types was given which are rigid, composite and flexible. For rigid and composite pavements, various application types were explained. Using of rigid and composite pavement purposes and advantages were mentioned. For flexible pavements, the investigated subject of this study, detailed information was given by introducing each layer (subgrade, subbase, base, binder and wearing courses).
In the third section, more information about flexible pavements was given in relation to the purpose of this study. Materials that are used to build a flexible pavement, like bituminous materials and aggregates, were briefly explained. For each layer of the pavement, the required specifications of the each material according to Technical Specification of Highways 2013 were given.
In the fourth section, iron and steel productions were explained. For iron production, sources of iron and the production in a blast furnace were described. Steel productions by methods (basic oxygen furnace and electric arc furnace) were briefly explained. For each type of furnaces, production process was explained. Slag productions due to iron and steel productions were introduced, types of slags were explained and the treatments of produced slag for different furnaces were mentioned.
In the fifth section, for different types of slags, physical structures occurred by cooling methods were briefly explained. Also chemical compositions and physical properties were mentioned. Addition to slags’ specifications, alternative usages of slag were described. Various applications and benefits of using slag as an input material were explained.
In the sixth section, firstly, materials used in this study were introduced. Performed tests for natural aggregate and steel slag that are supposed to determine physical properties were mentioned. Tests for bitumen used in the study were applied as well. For each test method, required test standards and followed procedures were briefly explained. Secondly, the design method for binder layer used in this study, Marshall Test Method described in Asphalt Institute MS-2 Asphalt Handbook, was explained.
xxi
Test procedure was mentioned and necessary calculations in order to make a pavement design were given.
In the seventh section, results of tests for determining the specifications of materials that had been described in the sixth section were given and comparisons with required specifications stated in The Technical Specification of Highways 2013 Section 407 Asphalt Concrete Binder and Wearing Courses. Data obtained from Marshall Test Method was given and drawn graphics according to different mixtures were plotted. Each graphic was described briefly.
In the last section of this study, electric arc furnace slag as an artificial aggregate was evaluated. The evaluation was made in two sections. Firstly general pros and cons for steel slag as an artificial aggregate was mentioned then for the given optimized asphalt content for each material, calculated results were compared and suggestions were given.
xxii
1
1. GR
Dünya nüfusu, at hzndaki sürekli büyüme ile her geçen yl daha büyük hzla
artmaktadr. Artan nüfus ile yeni yaam alanlar oluturulmakta ve doal kaynaklarn
tüketimi hzlanmaktadr. Teknolojideki ilerlemeler ve sanayilemenin gelimesi ile
insanlarn tüketim alkanlklar deimi ve sürekli olarak yeniyi isteyen toplumlar
olumutur. Nüfusun artmas ve yeni ürünlerin tüketim talebi, üreticilerin doal
kaynaklara olan ihtiyacn arttrmtr. Özensiz ve verimsiz deerlendirilen doal
kaynaklar tükenmekte ve yeni kaynaklarn aray içine girilmektedir. Bu sebeple
doal yaam alanlar tahrip edilmekte ve Dünya’nn iklimi etkileyecek boyutta
zararlar verilmektedir.
20. yüzyln son çeyreinde insan nüfusunun Dünya’ya verdii zarar dikkate
alnmaya balam ve kaynaklarn verimli kullanlmas ile çevreye verilen zararn
azaltlmas yönünde çalmalara balanmtr. Birincil üretim sonras ortaya çkan
atk maddelerin, sahalarda depolanarak yaam alanlarn igal etmesi yerine baka
alanlarda deerlendirilmesine ilikin çalmalar önem kazanm ve bu sayede doal
hammadde ihtiyaçlarnn azaltlmas hedeflenerek deersiz görülen maddelerin
ekonomiye kazandrlmas amaçlanmaktadr. Ülkemizde de son yllarda önem
kazanan geri dönüüm ve atk maddelerin kullanm, kaynaklarn verimli
kullanlmas ve gelecek nesillere braklacak yaam kaynaklar için arlk verilmesi
ve uygulanmas gereken bir konudur. Türkiye’nin iki büyük sanayi kolu olan demir-
çelik sektörü ve inaat sektörü ülke ekonomisi içerisinde önemli yer tekil
etmektedir.
Türkiye, yllk ham çelik üretim miktar göz önünde bulundurulduunda Dünya
genelinde 8. srada yer almaktadr. Ülkemizde ham çelik üretimi çok büyük ölçüde
hurda çeliin tekrar eritilmesi ile yaplmaktadr. Hurda çelie olan ihtiyaç,
Türkiye’yi Dünya’nn en büyük hurda ithalatçs ülke yapmaktadr. Ancak çelik
üretimi, yan madde olan cürufun oluumuna ihtiyaç duymaktadr. Önemli seviyede
ham çelik üretimi yaplan ülkemizde ortaya çkan cüruf atk madde olarak
2
snflandrlmakta ve depolama alanlarnda sürekli olarak stoklanmaktadr. Bugüne
kadar ülkemizde demir çelik üretiminden dolay 100 ile 140 milyon ton cüruf
olutuu tahmin edilmektedir [1].
Türkiye’nin bir dier önemli sanayi kolu inaat sektörüdür. 2010 yl verilerine göre
ülkemizde inaat sektörünün gayri safi milli hasladaki pay %6,4’tür. naat sektörü
önemli ölçüde ham madde gereksinimi duymaktadr. Karayolu inaat incelendiinde
temel girdi malzeme ta ocaklarndan elde edilen krmata ve petrolden elde edilen
bitümdür. Ülkemizde her dönem öncelik verilen karayolu inaat doal ta
kaynaklarnn tüketilmesinde önemli pay sahibidir. 2013 yl içerisinde toplam
üretilen bitümlü scak karm miktar 46,2 milyon ton olarak gerçeklemitir. Yeni
ta ocaklarna olan ihtiyaç doal yaam alanlarna zarar verilmesine neden olmakta,
doal alanlar içerisinde ta ocaklar kurulmasna ve üretim sonucu oluan atklar ile
çevre bölgelerde kirlilik oluturmaktadr [2], [3].
Bu çalmada, ülkemizde ham çelik üretimi sonucu oluan ve stoklanan cürufun
inaat alannda kullanlabilirliinin aratrlmas amaçlanmtr. Stok sahalarnda
depolanm elektrik ark oca cürufunun karayolu inaatna hammadde girdisi olarak
deerlendirmesi ile cürufun ekonomiye kazandrlmas, stok sahalarnn boaltlarak
geri kazanm, doal kaynaklarn korunmas ve doal ta üretimi ihtiyacnn azalmas
ile üretim için harcanan enerjinin azaltlmas yönünden faydalar öngörülmektedir.
Yaplan çalmada elektrik ark oca ile doal agregann fiziksel özellikleri
karlatrlm ve Marshall Tasarm Yöntemi kullanlarak EAO cürufunun karayolu
esnek üstyap binder tabakasnda yapay agrega olarak kullanlabilirlii incelenmitir.
3
2.1 Giri
Karayolu; her türlü tat ve yaya ulam için kamunun yararlanmasna açk olan
arazi erididir. Yolun toprak ii sonunda, daha önceden belirlenen kot ve enkesit
ekline getirilmi ksmna altyap denilmektedir. Menfez, drenaj tesisleri ve istinat
duvar gibi sanat yaplar da altyap içine girmektedir. Alt yap yolun esas tayc
ksmdr. Ancak, altyapnn tayclk görevini iyi ekilde yapabilmesi için üzerine
baka tabakalarn yaplmas gerekmektedir. Yolun, trafik yüklerini tamak ve bu
yükü taban zemininin tama gücünü amayacak ekilde taban yüzeyine datmak
üzere altyap üzerine ina edilen ve alttemel, temel, kaplama tabakalarndan oluan
ksm ise üstyap olarak tanmlanmaktadr. Kaplama tabakas üstyapnn trafik
yüklerine dorudan maruz kalan en üst tabakasdr. Trafik yükleri nedeniyle oluan
basnç ve çekme gerilimlerinin en yüksek seviyede olmas nedeniyle, daha yüksek
bir elastisite modülüne sahip olmas gerekmektedir. Kaplama tabakasnn; trafiin
andrma etkisine kar koymak, temel tabakasna iletilen basnç ve kayma
gerilmelerini azaltmak, yüzey sularnn temel tabakasna geçmesini önlemek ve
emniyetli bir sürü salamak, yolu kalc deformasyonlara kar korumak gibi
ilevleri bulunmaktadr [4], [5].
Karayolu üstyaplar, kaplama tabakasnda kullanlan malzemelerin türlerine,
özelliklerine ve yapm yöntemlerine göre rijit ve esnek olmak üzere iki ekilde ina
edilmektedir. Rijit üstyapnn kaplama tabakas çimento betonundan olumaktadr.
Bitümlü kaplama tabakalaryla oluturulan üstyaplar ise esnek üstyaplar olup
kazanlan bilgi ve tecrübe nedeniyle ülkemizde tercih edilmektedir. Karayolu esnek
üstyaplar, tabakal bir üstyap tipidir. Esnek üstyaplar oluturan tabakalar, en
üstten alta doru, kaplama, temel ve alttemel tabakalardr. Bu tabakalardan taban
zemininin üzerine ina edilen alttemel tabakas, yapsal olarak üstteki tabakalardan
gelen yükleri, taban zemininin tama snrlar içerisinde datarak, taban zeminine
4
iletmek ve üstteki tabakalar, yer alt suyunun zararl etkilerinden ve donma
olayndan korumak amacyla yaplmaktadr [6].
2.2 Rijit Üstyap
Beton kaplamalar, çok yüksek trafik hacmine ve ar tat trafiine sahip
karayollarnda tatlar için gerekli sürü konforu ve sürü emniyeti temin etmek
amacyla yaplan yüksek standartl rijit üstyaplardr. Modern çalarda ilk beton yol
1880 ylnda Avustralya’nn Sydney ehrinde yaplmtr. A.B.D. de ilk beton yol
Ohio Eyaleti’nin Bellefontaine ehrinde 1891 ylnda yaplmtr. Beton yollarn
yaygnlamas 20. Yüzyl’n ortalarna doru hz kazanmtr. Yüzyln ilk yarsnda
A.B.D.’ye ilaveten Fransa ve Belçika’da, daha sonra Almanya’da beton yollar
yaplmtr. 1930’lu yllarda 2. Dünya Sava’na hazrlanan Almanya’da beton
otoyollarn uzunluu yaklak 4.000 km kadardr. A.B.D.’de 1957 ylnda balayan
“Eyaletleraras Otoyol Sistemi” tamamlandnda önemli bölümü beton kaplama
olarak 60.000 km’den fazla yol yaplmtr. Bugün A.B.D.’de baz büyük ehirlerin
çevre yollar da beton kaplamadr. Son 50 yl içerisinde Belçika, Fransa, Almanya’ya
ve Avustralya’ya ilaveten Avusturya, spanya, ngiltere , Kanada ve Güney Afrika
gibi ülkelerde beton yollar yaplmtr. Son yllarda Azerbaycan, Hindistan ve Çin’de
beton yol projeleri balamtr. Beton yol tasarm ve yapm teknikleri de zamanla
gelimitir. Bugün uygulamada olan baz beton kaplama tipleri ekil 2.1’de
gösterilmitir [7], [8].
5
Rijit bir üst yapnn davran taban zeminin fiziksel özellikleri ve tama gücü ile
dorudan doruya ilgilidir. Baz taban zeminleri rijit kaplamalarn davranlarna
zarar verecek özelliktedirler. Bu zararl etkileri plak kalnln arttrarak gidermek
mümkün deildir. Bu sebeple taban zemininin plastisite indeksi 25’in altnda ise
önceden belirlenen younluklarn %95’i elde edilecek ekilde sktrlmas, yüksek
plastisite indeksine sahip killi zeminlerde alttemel tabakasna ilave olarak yeterli
kalnlkta seçme malzeme örtülmesi ve yapm srasnda doal zeminin bileimi,
younluu ve su orannn üniform kalmasn salayacak önlemler alnmaldr.
Alttemel, taban zemini üzerine serilen seçme malzeme tabakasdr. Genellikle
tabann tama gücünü arttracak kaln bir alttemel kullanmak yerine tabann mevcut
tama kapasitesine göre plak hesaplanmaktadr [9].
Beton kaplamalarn tasarmnda yükü tamak için gerekli beton dayanm kadar nem
ve scaklk deiiminden kaynaklanan çatlamalarn en aza indirilmeleri ve kontrol
altnda tutulmalar önem kazanmaktadr. Bu tür çatlamalara kar beton yol
yapmnda derz sistemleri ve çelik donat kullanlmaktadr, bu sayede beton
plakalarda oluabilecek çatlaklarn büyümesini önlemektir. Ayrca beton rötre
yaparak uçlardan plan ortasna doru hareket ettii ve alt yüzeydeki sürtünme buna
kar bir direnç gösterdii srada ve kaplamann tamamlanmas ile prizin
tamamlanmas arasnda geçecek süre boyunca rötreyi plan bütün uzunluuna
yaymaktadr.
Derzler yol eksenine göre enine, boyuna veya bazen, çapraz olabilmektedir. Tam
derzler plak kalnl boyunca oluturulurken yarm derzler plak kalnlnn sadece
bir bölümüne kadar açlmakta ve çatlaklarn zayflatlm kesitte toplanmasn
salamaktadr. Tam derzler, birlikte dökülmeyen plaklar veya kaplama ile dier
yaplar arasnda yer almaktadrlar. Tam derz olan genleme derzleri plaklarn scakta
serbest genlemelerini salamaktadr. Özellikle souk havada dökülen beton
kaplamalar için gerekmektedir. Derzler yol yüzeyinde kesiklilik meydana getirmekte
ve alt tabakalara su szmasna neden olabilmektedir. Bu nedenlerle elastik dolgu
malzemeleri ile doldurulup düzlenmeleri gerekmektedir. Derzli donatsz
kaplamalarda plak boyutlar enine ve boyuna derzlerle snrlandrlmaktadr. Enine
derzlerde kayma demirleri, boyuna derzlerde balant demirleri kullanlmaktadr. Bu
demirler yükün plaktan plaka yaylmasn ve sürü rahatl için plaklarn birlikte
6
kaplamalarda ise ayrca derz açlmasna gerek kalmamaktadr. Donat olarak hasr
çelik kullanlmaktadr. Çeitli rijit üstyap kaplamalarna ait kesitler ekil 2.2’de
verilmitir [8], [10].
2.3 Komposit Üstyap
Komposit üstyap, mevcut rijit üstyap üzerine bir veya birden fazla bitümlü scak
karm katman serilmesi ile elde edilen üstyap türüdür. Bitümlü scak karm
dorudan tamir görmü rijit üstyap üzerine veya çatlayarak krlm rijit üstyap
tabakas üzerine serilebilmektedir. ekil 2.3’de komposit üstyap kesitleri verilmitir
[11].
Rijit üstyap üzerindeki esnek üstyapnn tasarm farkl etkilerin göz önünde
bulundurulmasn gerektirmektedir. Bozulmu bir yolun üzerine takviye tabakas
getirilmesi halinde eski kaplamada yer alan çatlak bölgeleri yeni kaplamada zayflk
bölgesi oluturmaktadr. Trafik ve çevre koullar nedeniyle takviye tabakas altnda
yer alan bu çatlaklar boyunca gerilme younlamas meydana gelmekte ve eski
7
çatlaklar uygulanacak kaplamann tasarm ile beraber geosentetik malzemelerin
uygulanmas ile de önlenebilmektedir [11].
2.4 Esnek Üstyap
Esnek kaplamalar, tatlar için gerekli sürü konforu ve emniyeti salayabilme
özelliine ve tatlarn yaratt gerilmelere kar yeterince stabiliteye sahip olacak
ekilde farkl özelliklere sahip farkl tabakalardan yaplan çok tabakal esnek bir
yapdr. Esnek üstyaplarn performans ve stabilitesi; sürü konforu için pürüzsüz ve
düzgün yüzeylere sahip olmalar, sürü emniyeti için yeterince kayma direncine
sahip olmalar, trafik yüklerinin yaratt gerilmelerden ötürü kalc deformasyonlara
kar yeterince dirençli olmalar, trafik yüklerini zeminin tama gücünü amayacak
ekilde yayabilecek kalnlk ve mukavemete sahip olmalar, trafik, çevre ve iklimsel
artlarn andrmasna kar yeterince dirençli olmalar ve kaplama üzerindeki
yüzeysel sularn temele ve zemine geçirmeyecek ekilde geçirimsiz olmalar ile
deerlendirilmektedir. Esnek üstyaplar düük standartl kaplamalar olan yüzeysel
kaplamalar ve yüksek standartl kaplamalar olan bitümlü scak karmlar olarak iki
ayr kalitede imal edilmektedirler. Düük standartl kaplamalar trafik hacminin düük
olduu yollarda ekonomik olup yeterli performans salayabilmektedirler. 2013 yl
itibari ile ülkemizdeki toplam yüzeysel kaplamal yol 45.294 km’dir. Yüksek
standartl karayollarnda ve otoyollarda ise bitümlü scak karmlara sahip
tabakalarn kullanlmas gerekmektedir. Bitümlü scak karmlar çok katmanl olup
bu katmanlara ait ema ekil 2.4’te verilmitir [7], [12].
ekil 2.4: Esnek üstyap katmanlar [13]
8
2.4.1 Taban zemini
Yol üstyaps, belirli bir tama gücüne sahip olan taban zemini üzerine ina
edilmektedir ve taban zemini altyapnn snrn oluturmaktadr. Bu sebeple taban
zemini kaplamann ve trafik yüklerinin yaratt gerilmelere emniyetle kar
koyabilmelidir. Çevre ve iklim koullarndan ötürü kabarma, büzülme, don
kabarmas, oturma, su içeriindeki deiiklikler gibi zemin özelliklerinin deimesi,
tama gücünde azalmalar, ilave gerilmeler gibi hususlarn olumamas veya oluursa
da kaplamada olumsuz etkiler yaratmamas gereklidir. Bir esnek üstyapnn tabaka
kalnlklar dolaysyla yapm maliyeti ve yolun servis süresi, taban zeminin
permabilitesi, elastisitesi, plastisitesi, kayma mukavemeti, skabilirlii ve tama
gücü gibi mühendislik özellikleri ile balantldr [7], [14].
Zemin deiik dane çapndaki mineral ve organik maddeleri içeren su, kat, gaz
fazlarndan oluan, deiik orjinlere sahip, çeitli kompozisyon ve özellikler arzeden,
yer kürenin d kabuunu oluturan ve kayalarn fiziksel ve kimyasal etkileri ile
parçalanmasndan meydana gelen malzemedir. Zemin, toprak ve kaya olmak üzere
iki farkl yapda olabilmektedir. Yol yapmnda taban zemini yol güzergahnda
kazlan ya da belirli bir depodan alnan uygun nitelikli zeminlerle ina edilmektedir.
Genel olarak kaya zeminler hafriyat güçlükleri ve sktrma dnda sorun
oluturmaz iken toprak zeminlerin potansiyel problemleri nedeniyle iyiletirilmeleri
gerekebilmektedir. Zeminin iyiletirilmesi ile zeminin; kayma dayanm ile gerilme-
deformasyon modülü artmakta, skabilirlii azalmakta, ime ve büzülme
potansiyeli kontrol altna alnmakta, geçirimlilii azalmakta, çevre koullarna bal
olarak fiziksel ve kimyasal deiimleri önlenmekte ve svlama potansiyeli
azalmaktadr. Zeminin iyiletirmesi genel olarak kompaksiyon metodlar,
stabilizasyon metodlar ve drenaj sistemleri ile yaplmaktadr [7], [15].
2.4.2 Alttemel tabakas
malzeme veya uygun bir balayc malzeme ile stabilize edilmi malzeme
tabakasdr. Alttemel tabakasnn, don kabarmas, ime ve büzülme gibi hacim
deiimlerine kar koymak, kaplama altnda gerekli drenaj salamak, kaplamann
tama gücünü arttrmak gibi görevleri vardr. Alttemel tabakas üstteki tabakalara
9
nazaran daha az gerilmelere maruz kaldndan daha düük kaliteli fakat yeralt
suyunu uzaklatrma yetenei yüksek ve yeterince kararl olan granüler
malzemelerden yaplmaktadr. Alttemel tabakas yol üstyapsnda üniform ve kararl
dayankllk saladndan dolay hem serbestçe suyu süzmekte hem de erozyona
kar direnim salamaktadr. Aksi halde pompaj olay meydana gelmektedir. Erozyon
ve pompaj olayndan sonra çatlak veya derz yerleri altnda malzeme kayb
oluabilmekte ve yol üstyapsn oluturan tabakalarda boluk meydana
gelebilmektedir. Bu olay daha fazla çatlak olumasna derz yerlerinin bozulmasna
neden olup, yol üstyapsnn dayanklln kaybetmesine yol açmaktadr bu sebeple
alttemel tabakas, taban zemininin tama gücünü aabilecek yüksek gerilmeleri ve
tabanda oluacak don etkisinin üstyapya yansmasn önleyecek özelliklere sahip
olmaldr [16], [17].
2.4.3 Temel tabakas
bir balayc ile ilem görmü malzeme tabakasdr. Temel tabakasnn balca görevi
kaplama tabakasna dayanak salayarak, alttemel ve tabana gelen basnç
gerilmelerini kabul edilebilir düzeye düürmesi ve belirli bir esneklik salayarak
kaplamann krlmasn önlemekte ve üstyapnn yük tama kabiliyetini arttrmaktr
[16], [17].
Temel tabakalar; mekanik stabilizasyon temel, plentmiks temel, penetrasyon
makadam temel, bitümlü makadam temel, scak karm bitümlü temel ve çimentolu
temeller olarak gruplandrlmaktadr. Çimentolu temeller; çimento ile zemin
stabilizasyonu, çimento balaycl granüler temel ve zayf beton olmak üzere üç
gruba ayrlmaktadr [16].
agregann optimum su içeriinde kartrlp yola serildikten sonra sinilindirler ile
maksimum kuru younlua kadar sktrlmas sonucu elde edilen stabil bir temel
tabakasdr [7].
10
optimum su içeriinde kartrlmas ve yola serilip sktrlmas ile elde
edilmektedir [7].
Penetrasyon madam temel ve bitümlü makadam temel uygulamalar düük trafikli
yollarda uygulanabilecek temel tipleridir. Bu tip temeller açk granülometreli olup
trafik yükü altnda skmaktadrlar [16].
Çimento balaycl granüler temel, yüksek ve çok yüksek trafikli yollarda kullanlan
bir temel tipidir. En az iki dane boyutu grubundaki agregann sürekli granülometri
verecek ekilde ve yeterli oranda çimento ile plentte kartrlp, serici ile serilmesi
ile ina edilmektedir [16].
Scak karm bitümlü temel, belli granülometri snrlar içinde krlm kaba agrega
ve ince agrega ile sürekli granülemetriye sahip olup, plentte scak bitümlü balayc
ile kartrlmas ile elde edilmektedir. Bitümlü temel, balaycsz granüle temel
katmanna göre trafik yükünü datmada daha etkili ve don nedeniyle oluabilecek
imeye kar daha dirençlidir. Bitümlü temel, youn gradasyonlu olup, bitümlü
scak karmlara göre daha geni gradasyon aralna sahiptir ve daha az balayc
içermektedir. Bitümlü temel için kullanlan malzeme bitümlü scak karmlara göre
daha düük standartlarda olmas nedeniyle daha ucuza imal edilmektedir [16], [18].
2.4.4 Kaplama tabakas
Bitümlü scak karmlar, bir asfalt plentinde, gradasyonu kontrollü bir ekilde
ayarlanm agrega ile, uygun miktar tayin edilmi balaycnn scak olarak
kartrlmas ile elde edilmektedir. Yüksek standartl karayollarnda ve otoyollarnda
yaplacak esnek kaplamalar için bitümlü scak karmlar yaygn bir ekilde
kullanlmaktadr [19].
2.4.4.1 Binder tabakas
Binder tabakas, anma tabakas ile temel tabakas arasna serilen ve esnek üstyap
tabakasnn yapsal bileenidir. Binder terimi, anma tabakasn granüler temel ile
birletirerek balayan katman ifade etmektedir. Binder tabakasnn amac, anma
tabakasndan iletilen trafik yükünü temel tabakasnn tama kapasitesini amayacak
ekilde iletmek ve tekrarl yüklerin etkilerine kar direnç göstererek kalc
11
yüzey oluturmaktadr ancak trafik yükünün az olduu bölgelerde binder tabakas
uygulanmayabilmektedir [20], [21].
2.4.4.2 Anma tabakas
Anma tabakas, üstyapnn trafik yüklerine dorudan maruz kalan en üst
tabakasdr. Trafik yükleri nedeniyle oluan basnç ve çekme gerilmelerinin en
yüksek seviyede olmas nedeniyle kaplama tabakas, üstyapnn dier tabakalarna
göre daha yüksek elastisite modülüne sahip olmaldr. Anma tabakasnn yeterli
sürtünme katsaysna sahip olmas, tatlar için düzgün yüzey salamas, gürültünün
kontrolü, tekerlek izi direncine sahip olmas ve geçirimsiz bir yüzey oluturularak
drenaj salamas gibi özellikleri nedeniyle dier tabakalara göre en yüksek kalitedeki
malzemeler ile yaplmaktadr ve dier tabakalara göre maliyeti fazladr. Bu nedenle
anma tabakas altnda kalan tabakalarn kalitesi, anma tabakasnda
gereksinimlerin salanmas için ihtiyaç duyulan tabaka kalnln belirlemekte ve
yolun üretim maliyetini etkilemektedir. Ülkemizde bitümlü temel ve binder
tabakalar tek tip uygulamaya sahiptir. Anma tabakas ise yoldan beklenen
performans özellikleri, iklim koullar ve trafik durumu göz önüne alnarak
deikenlik arz eder. Ülkemiz karayollarnda en çok kullanlan anma tabakas,
geleneksel asfalt betonu ama tabakasdr. Bunun dnda ta mastik asfalt ve poroz
asfalt da bir anma tabakas tipidir [20], [22], [23].
12
13
VE ÖZELLKLER
Esnek üstyap; hidrokarbonlu balaycnn ve agregann kartrlmas ve serilmesi ile
elde edilen üstyap türüdür. Esnek üstyap; tesviye yüzeyi ile sk bir temas salayan
ve trafik yüklerini, kaplama, temel ve alt temel tabakalar vastasyla taban zeminine
datmaktadr. Üstyapnn stabilite, adezyon, dane sürtünmesi ve kohezyon gibi
özellikleri, kullanlan agrega ve bitümlü balaycnn özelliklerine baldr. na
edilen üstyapnn servis süresi üzerinde önemli ölçüde etkili olan agregann ve
bitümün özelliklerinin iyi bilinmesi gereklidir. Bu nedenle kullanlacak malzemelerin
özellikleri, malzemelere uygulanacak deneyler ve sonuç aralklar Karayollar Teknik
artnamesi’nde üstyap tabakalarna göre belirtilmitir [24].
3.1 Bitümlü Balayclar
yaplarnda nitrojen, sülfür, oksijen ve kat formda demir ile alümina
bulundurabilmektedirler. Bitümler elde edilmelerine göre iki türde
snflandrlmaktadrlar. Doal bitümler; göl bitümü, kaya bitümü, gilsonit gibi
kaynaklardan elde edilmektedirler. Katran; kömürün veya aacn oksijensiz ortamda
karbonize olmas ile olumaktadr. 1960’l yllarda kömürün katranlatrlmas
srasnda ortaya çkan yan ürün hava gaz, ehirlerde kullanlmakta iken günümüzde
kullanlmamaktadr. Rafineri bitümler ise ham petrolün damtlmas ile
üretilmektedir. Ham petrol, fakl molekül arlna ve farkl kaynama noktalarna
sahip hidrokarbon bileiklerinden oluan kompleks bir karmdr. Ham petrolün
rafinerilerde artlmas ve ilenmesi sonucunda ortalama olarak %43 benzin, %18
fuel oil ve motorin, %11 svlatrlm petrol gaz, propan veya propan-bütan
karm, %9 jet yakt, %5 bitüm ve %14 orannda dier ürünler elde edilmektedir.
Ham petrolün artlma ve ilenme emas ekil 3.1’de verilmitir. Rafineri bitümler
arlklar farkl hidrokarbonlarn karmak bir karm olup n-heptan’da
14
çözülmeyen ksmna asfalten, çözülebilen ksmna malten ad verilmektedir.
Asfalten, yüksek molekül arlkldr ve polar yapdadr. Karbon ve hidrojene ek
olarak nitrojen, sülfür ve oksijen barndrmaktadr. Molekül arlklar fazladr. Siyah
veya koyu kahverenginde olup bitümün %5-25’ini oluturmaktadr.
ekil 3.1: Rafineri prosesleri akm emas [25].
Asfaltenin snr deerlerden fazla olmas bitümün daha sert, daha viskoz, daha düük
penetrasyonlu ve daha yüksek yumuama noktasna sahip olmasna neden
olmaktadr. Malten ise reçineler, aromatikler, doymu hidrokarbonlar olmak üzere üç
bölüme ayrlmaktadr. Reçineler, yüksek miktarda hidrojen ve karbon ve düük
miktarda oksijen sülfür ve nitrojen barndrmaktadr. Reçineler kat veya yar kat
halde olup polar yapdadrlar. Bu sebeple kuvvetli adezyona sahiptirler. Aromatikler,
viskoz ya eklindedirler ve molekül arlklar çok düüktür. Bitümün %40-65’ini
15
doygun olmayan yapda olmalar sebebiyle yüksek molekül arlna sahip
hidrokarbonlar çözme eilimindedirler. Doymu hidrokarbonlar ise renksiz olup
apolar yapda viskoz ya eklindedirler ve bitümüm %5-20’sini oluturmaktadrlar.
Atmosferik ve vakum distilasyonu bitüm içerisindeki hafif bileenleri yani doymu
ve asfalten younluunu azalmakta iken, hava üflenmesi asfalen miktarn arttrarak
aromatik miktarn düürmektedir. Bitümün yapsndaki dalmlarna göre asfalten
ve malten bileenleri, bitümün karakteristiini etkilemektedir. Kimyasal bileen ile
penetrasyon indeksi arasndaki iliki ekil 3.2’de verilmitir. Bitümün yapsndaki
deiim büyük ölçüde üstyap için üretilen karmn hazrlanmas ve serilmesi
ilemleri srasnda meydana gelmekte ve zamanla devam etmektedir [26], [27], [28].
ekil 3.2: Kimyasal bileen ile penetrasyon indeksi arasndaki iliki [27].
BSK kaplamal yollarn ömrünü, dolaysyla hizmet seviyesi ve maliyetini karmda
kullanlan bitümlü balaycnn özellikleri önemli ölçüde etkilemektedir. Yol
üstyaplarnda görülen yapsal bozulmalar büyük ölçüde kullanlan bitümlü balayc
içinde veya temas yüzeyinde ortaya çkmaktadr. Yüksek scaklklarda tekerlek
izinde oturma eklinde görülen bozulmalar viskoz hale geçen bitümün kaplama
tabakasnn boluklarna doru ak eklinde olurken, orta scaklklarda boyuna
yönde ve/veya timsah srt eklinde, düük scaklklarda ise enine yönde gelien
çatlaklar sertleen bitümün kendi içerisinde veya temas yüzeyinden krlmasyla
ortaya çkmakta, yine sudan kaynaklanan soyulma ve sökülme eklinde bozulmalar
16
bitümlü balayclarn visko-elastik davran özellii nedeniyle olumaktadr.
Bitümlü balayclar deien scaklk ve yük koullarna bal olarak sabit ve kararl
bir reolojik davran göstermeyip, yüksek scaklk ve uzun süreli yükleme
durumlarnda viskoz bir sv gibi davranrken, düük scaklklarda sert, elastik bir
kat gibi davranmaktadr [29].
Bölge scakl bata olmak üzere trafik hacmi, trafik hz, eim gibi etkenler göz
önüne alnarak seçilmesi gereken bitüm snf aralklarna ait özellikler Çizelge
3.1’de TS EN 12591 kaplama snf bitümler standardna göre verilmitir.
Çizelge 3.1: Kaplama snf bitümlerin özellikleri [30].
Özellik Deney standard Birim
Bitüm snflar
40/60 50/70 70/100 Penetrasyon TS EN 1426 0,1 mm 40-60 50-70 70-100
Yumuama noktas TS EN 1427 C 48-56 46-54 43-51 nce film halinde stma 163C TS EN 12607-1
Kalc penetrasyon % ≥ 50 ≥ 50 ≥ 46 Yumuama noktas yükselmesi 1 C ≤ 9 ≤ 9 ≤ 9 Yumuama noktas yükselmesi 2a C ≤ 11 ≤ 11 ≤ 11
Kütle deiimi % ≤ 0,5 ≤ 0,5 ≤ 0,8 Parlama noktas EN ISO 2592 C ≥ 230 ≥ 230 ≥ 230
Penetrasyon indeksi - - -1,5/+0,7 -1,5/+0,7 -1,5/+0,7 Dinamik viskozite 60C EN 12596 Pa . s ≥ 175 ≥ 145 ≥ 90 Fraass krlma noktas EN 12593 C ≤ -7 ≤ -8 ≤ -10
Kinematik viskozite 135C EN 12595 mm² / s ≥ 325 ≥ 295 ≥ 230 a: 2. seviye seçilmesi halinde penetrasyon indeksi ve Fraass krlma noktas deneyi yeni bitüm ile yaplmadr.
Bitümün inaat amaçl kullanm için svlatrlmas gerekmektedir. Svlatrma,
bitümün stlmas ile elde edilebildii gibi bitümün belirli petrol çözücüler içinde
çözünmesi veya bir emülgatör veya su ile emülsiyon haline getirilmesi ile elde
edilebilmektedir. Petrol çözücüler ile svlatrlm bitüm, sv petrol asfalt;
emülsiyon haline getirilerek svlatrlm bitüm, asfalt emülsiyonu olarak
adlandrlmaktadr. Bu tip bitümlü balayclar yüzeysel kaplama yapmnda
kullanlmaktadr. Sv petrol asfaltlarnda ve su emülsiyonlarnda, sv bitüm karm
17
madde buharlamakta ve bitüm balayc özellik göstererek agregalar
kaplamaktadr. Asfalt emülsiyonlarnn ve sv petrol asfaltlarnn souk agrega
karm ile kullanlabilmeleri ve püskürtülerek uygulanmalar nedeniyle kaplamann
üretimi için daha az enerji gerektirmektedir. Asfalt emülsiyonu veya sv petrol asfalt
ile yaplan yüzeysel kaplama, inaas için gereken enerji miktar ile bitümlü scak
karmlara göre avantaj salamaktadr [31].
3.2 Agregalar
Agrega yol stabilitesinden sorumlu olduu kadar miktar olarak da önemli bir paya
sahiptir. Balaycsz temel ve alttemel tabakalarnn tamam, bitümlü scak
karmlarn arlkça %90-95’i, beton kaplamalarn arlkça %70-80’i agregalar
tarafndan salanmaktadr. Hem kaplamann stabilitesine olan büyük katks hem de
çok büyük miktarda gereksinin duyulmasndan dolay agrega önemli bir yol
malzemesidir [7].
agregalar; doal agrega, yapay agrega ve geri kazanlm agregadr. Doal agregalar
nehirlerden, denizlerden, çöllerden, eski göl, dere yataklarndan ve ta ocaklarndan
krlmam veya krlm olarak elde edilen youn yapl agregalardr. Bu agregalar
doal olarak olumu kayaçlardan fiziksel yolla dorudan doruya elde edilirler.
Yapay agregalar yüksek frn cürufu, izabe cürufu veya yüksek frn cürufu gibi
sanayi ürünü olan krlmam veya krlm youn yapl agregalardr. Bu agregalar
endüstriyel ilemler sonucunda elde edilmektedirler. Geri kazanlm agrega, daha
önce yapda kullanlm ve ilemden geçirilerek yeniden elde edilen agregadr.
Boyutlarna göre agregalar; ince agregalar, iri agregalar ve filler olarak üçe
ayrlmaktadr. ri agregalar, krmata, çakl veya bunlarn karmndan elde edilen ve
4 nolu elein üstünde kalan malzemelerdir. nce agregalar, doal kum, krmakum
veya bunlarn karmndan elde edilen 4 nolu elekten geçen, 200 nolu elein
üzerinde kalan malzemelerdir. Filler ise çounluu 0.063 mm göz aralkl elekten
geçen ve tamam 0.25 mm’den daha küçük boyutta olup ince malzemedir [32].
18
ilenebilirliini, younluunu, stabilitesini, kenetlenmesini ve kayma mukavemetini
etkilemektedir. Agregalar iki boyutlu biçim snflandrmasnda; yuvarlak, yar
yuvarlak, yar köeli ve köeli olarak tanmlanmakta ve üç boyutlu snflandrmada
küresel, kübik, yass ve ince uzun olarak ayrlmaktadr. Yol inaatlarnda skma
direnci yüksek ancak sktrldklarnda yüksek stabilite gösteren köeli agregalar
kullanlmaldr. Agregalarn yüzey yaplar çok pürüzlü, pürüzlü, düzgün ve cilal
olarak dört grupta ifade edilmektedir. Danelerin yüzey pürüzlülüü fazla ise
ilenebilirlik azalmakta ancak içsel sürtünme açs, stabilite, kayma mukavemeti ve
bitüm ile adezyon kuvveti artmaktadr. Agrega danelerinin içersindeki boluklar
porozite ile ifade edilmektedir. Bu boluklar bitümlü scak karm hazrlanmas
esnasnda bitüm ile dolarak adezyon kuvveti oluturmaktadrlar. Yeterli poroz
agregalar stabilitenin artmasna ve balayc film ile arasndaki kuvvetli adezyon
sayesinde soyulmaya kar direnç göstermektedir [7].
Agregalarn özellikleri deiiklik göstermektedir. Esnek veya rijit kaplama
yapmnda yük tama, balayc ile adezyon yapma, drenaj gibi farkl gereksinimlere
ihtiyaç duyulduu için kaplama katmanlarnda kullanlan agregalarda aranan
özellikler farkl olmaktadr.
Trafik yüklerinin taban zemini üzerine yaylmasn salamak, taban zemininin
bünyesinde bulunan ince danelerin temel tabakasna nüfuz etmelerini önlemek ve
ayrca su ve don tesirlerine kar tampon görevi yapmak üzere; belirli bir
granülometride hazrlanan agregann optimum su yüzdesinde kartrlarak, ince
tesviyesi tamamlanm dolgu veya yarmadan oluan taban zemini üzerine bir veya
birden fazla tabakalar halinde, projesinde belirtilen plan, profil ve enkesitlere uygun
olarak serilip sktrlmas ile oluturulan tabaka alttemel tabakasdr. Alttemel
malzemesi inaat ve tesviyesi tamamlanarak hazrlanm taban zemini üzerine,
skm kalnl 20-30 cm kalnlndaki tabakalar halinde serilmektedir. Alttemel
tabakas genellikle dona hassas olan taban zeminlerinde, taban zemininde oluan buz
merceklerinin yukardaki tabakalara doru yükselmesi sonucu oluacak don
kabarmasn önlemek için yaplmaktadr. Alttemel tabakasnda özellikle granüler
19
krmata alttemellerde, dona hassas olmayan malzeme kullanlmaktadr. 0,02
mm’den küçük dane miktar %3’ten fazla olmamal ve en büyük dane boyutu çakl
için 63,5 mm krmata için 76 mm’yi amamaldr. Alttemel tabaka granülometri
limitleri Tip A ve Tip B olmak üzere iki snftr. Bu snflara ait limitler Çizelge
3.2’de verilmitir [6], [16].
Çizelge 3.2: Alttemel malzemesi gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç Tip A Tip B 75 3 100 50 2 - 100
37,5 1 ½ 85 - 100 80 - 100 25 1 - 60 - 90 19 3/4 70 – 10 45 - 80 9,5 3/8 45 – 80 30 - 70 4,75 No.4 30 – 75 25 - 55 2,00 No.10 - 15 - 40 0,425 No.40 10 - 25 10 - 20 0,075 No.200 0 - 12 0 - 12
Alttemel tabakasnda kullanlacak malzemelerin fiziksel özelliklerinin Çizelge 3.3’de
verilen snrlar dahilinde olmas istenmektedir.
Çizelge 3.3: Alttemel malzemesinin fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard
artname limitleri
Hava tesirine kar dayankllk, % TS EN 1367-2 ≤ 25 Parçalanma direnci, % TS EN 1097-2 ≤ 45
Yasslk indeksi, % BS 812 35 Su emme, % TS EN 1097-6 ≤ 3,5 Likit limit, % TS 1900-1 ≤ 25
Plastisite indeksi, % TS 1900-1 ≤ 6 Kil topa ve dalabilen
dane oran, % ASTM C142 (ri malzeme) ≤ 2
Organik madde TS EN 1744-1 Negatif
Metilen mavisi g/kg
≤ 5,5 Öütülmü magmatik
Alttemel tabakasnn sktrlmas çalma arl en az 11.000 kg statik çizgisel
yükü 30 kg/cm’den büyük, iki frekansl vibrasyon sistemli düz bandajl silindirler
ve/veya lastik bana düen yükü 3.500 kg’den az olmayan lastik tekerlekli silindirler
ile yaplmaktadr. stenilen alttemel sktrma kriterleri Çizelge 3.4’te verilmitir.
Çizelge 3.4: Alttemel sktrma kriterleri [33].
Kriter Deney standard artname limitleri
Tip A Skma, minimum % Modifiye Proctor TS 1900-1 96 Optimum su içerii % Modifiye Proctor TS 1900-1 Wopt ± 2
Tip B
Skma, minimum % Modifiye Proctor TS 1900-1 98 Skma, minimum % Titreimli tokmak TS 1900-1 95 Optimum su içerii % Modifiye Proctor TS 1900-1 (Wopt - 2) - Wopt Optimum su içerii % Titreimli tokmak TS 1900-1 Wopt ± 1
3.2.2 Temel tabakasnda kullanlan malzemeler
Temel tabakalarnda kullanlan olan kaba agrega; çakl, krlm çakl, teras çakl,
krmata, krlm cüruf veya benzeri malzemeler olabilmektedir ancak bu
malzemelerin Çizelge 3.5’de verilen yeter koullar salamalar gerekmektedir.
Çizelge 3.5: Kaba agregann fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard artname limitleri Hava tesirine kar dayankllk, % TS EN 1367-2 ≤ 20
Parçalanma direnci, % TS EN 1097-2 ≤ 35 Yasslk indeksi, % BS 812 30
Su emme, % TS EN 1097-6 ≤ 3,0 Kil topa ve dalabilen dane oran, % ASTM C142 ≤ 1,0
Organik madde TS EN 1744-1 Negatif
nce agrega ise doal kum, ince çakl, ta tozu, cüruf kumu veya benzeri malzemeler
ya da bu malzemelerin karmlarndan oluabilmektedir. Temel yapmnda
kullanlacak olan malzemenin ince ksm Çizelge 3.6’da verilen özelliklere uygun
olmaldr.
21
Çizelge 3.6: nce agregann fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard artname limitleri Likit limit, % TS 1900-1 NonPlastik
Plastisite indeksi, % TS 1900-1 NonPlastik Organik Madde TS EN 1744-1 Negatif
Metilen mavisi,
≤ 4,5 Öütülmü
Temel tabakalar granüler temel, plentmiks temel ve çimento balaycl temel olarak
yaplabilmektedirler. Granüler temel, belirli fiziksel özelliklere ve gradasyona sahip
agregann optimum su içeriinde kartrlp yola serildikten sonra silindirler ile
maksimum kuru younlua kadar sktrlmas sonucu elde edilen stabil bir temel
tabakasdr. Granüler temel için gradasyon Tip A, Tip B ve Tip C olarak
ayrlmaktadr. Asfalt betonu ile kaplanmas yaplacak yollarda ve sathi kaplamal
devlet yollarnda Tip A veya Tip B, sathi kaplamal il yollarnda ise Tip A, Tip B
veya Tip C tipi malzemeler kullanlabilmektedir. Gradasyon limitleri Çizelge 3.7’de
verilmitir [7], [33].
Çizelge 3.7: Granüler temel tabakas gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç Tip A Tip B Tip C 50 2 100
37,5 1 ½ 80 - 100 100 25 1 60 - 90 70 - 100 100 19 3/4 45 - 80 60 - 92 75 - 100 9,5 3/8 30 - 70 40 - 75 50 - 85 4,75 No.4 25 - 55 30 - 60 35 - 65 2,00 No.10 15 - 40 20 - 45 25 - 50 0,425 No.40 8 - 20 10 - 25 12 - 30 0,075 No.200 2 - 8 0 - 12 0 - 12
Granüler temel malzemesi yapm, sktrlmas ve yüzey düzgünlüü tamamlanm,
gerekli eim verilmi attemel tabakas üzerine, bir veya birden fazla tabakalar
halinde sktrlmaktadr. Sktrma sonucunda elde edilmesi gereken uygun deler
Çizelge 3.8’de verilmitir.
Kriter Deney standard artname limitleri Skma,
minimum % Modifiye Proctor TS 1900-1 98 Titreimli tokmak TS 1900-1 95
Optimum su içerii %
Modifiye Proctor TS 1900-1 (Wopt - 2) - Wopt Titreimli tokmak TS 1900-1 Wopt ± 1
Plentmiks temel, granüler temel tabakasnda olduu gibi, belirli fiziksel artlar
salayan ve iyi derecelendirilmi bir gradasyona sahip agregann plentte optimum su
içeriinde kartrlmas ve yola serilip sktrlmas ile elde edilir. Plentmiks
temelde kaba ve ince olmak üzere en az üç ayr tane grubu boyutu Çizelge 3.9’da
verilen gradasyon limitleri içerisinde kullanlmaldr [7].
Çizelge 3.9: Plentmiks temel tabakas gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç Tip I Tip II 37,5 1 ½ 100 25 1 72 - 100 100 19 3/4 60 - 92 80 - 100 9,5 3/8 40 - 75 50 - 82 4,75 No.4 30 - 60 35- 65 2,00 No.10 20 - 45 23 - 50 0,425 No.40 8 - 25 12 - 30 0,075 No.200 0 - 10 2 - 12
Plentmiks temel tabakasnn serimi finier ile yaplmaldr ve bir seferde sktrlan
tabakann sktrlm tabaka kalnl 20 cm’den fazla olmamaldr. Sktrma
Çizelge 3.10’deki deerleri salayacak ekilde yaplmaldr.
Çizelge 3.10: Plentmiks temel tabakas skma kriterleri [33].
Kriter Deney standard artname limitleri Skma,
minimum % Modifiye Proctor TS 1900-1 100 Titreimli tokmak TS 1900-1 97
Optimum su içerii %
Modifiye Proctor TS 1900-1 (Wopt - 1) - Wopt Titreimli tokmak TS 1900-1 Wopt ± 0,5
Çimento stabilizasyonlu temel, belirli fiziksel artlar salayan ve Çizelge 3.11’de
belirtilen gradasyona sahip agregaya belirli oranda çimento katlarak, optimum su
içeriinde plentte kartrlarak elde edilen temel tipidir.
23
Elek açkl % geçen
mm inç 37,5 1 ½ 100 25 1 72 - 100 19 3/4 60 - 92 9,5 3/8 40 - 75 4,75 No.4 30 - 60 2,00 No.10 20 - 45 0,425 No.40 8 - 25 0,075 No.200 0 - 10
Çimento balaycl granüler temel tabakasnn serme ve sktrma ilemlerinin
belirli bir süre içerisinde tamamlanmas gerekmektedir. Normal portland çimentolar
kullanlarak yaplan karmn, kartrcdan çkndan itibaren naklinin,
serilmesinin, sktrlmasnn ve reglajnn 2 saat içerisinde bitirilmesi gerekmektedir
[33].
Bitümlü temel tabakas, Çizele 3.12’de belirtilen gramülometri snrlar içinde
krlm kaba agrega, ince agrega ve mineral fillerin plentte scak bitümlü balayc
ile kartrlmas ile elde edilmektedir.
Çizelge 3.12: Bitümlü temel tabakas gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç Tip A Tip B 37,5 1 ½ 100 100 25 1 72 - 100 80 - 100 19 3/4 60 - 90 70 - 90
12,5 1/2 50 - 78 61 - 81 9,5 3/8 43 - 70 55 - 75 4,75 No.4 30 - 55 42 - 62 2,00 No.10 18 - 42 30 - 47 0,425 No.40 6 - 21 15 - 26 0,180 No.80 2 - 13 7 - 17 0,075 No.200 0 - 7 1 - 8
Bitümlü temel tabakasnda kullanlan agrega krmata, krlm çakl veya bunlarn
karmndan olumas istenmektedir. Karm içindeki krmatan veya krma çakln
temiz, sert, salam ve dayankl daneler olmas ve kil topaklar, bitkisel maddeler ve
24
Çizelge 3.13: Kaba agregann fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard artname limitleri Hava tesirine kar dayankllk, % TS EN 1367-2 ≤ 18
Parçalanma direnci, % TS EN 1097-2 ≤ 30 Anma direnci, % TS EN 1097-1 ≤ 25 Yasslk indeksi, % BS 812 30
Krlmlk, arlkça % TS EN 933-5 ≥ 95 - ≤ 0 Soyulma mukavemeti, % bitümle
kapl yüzey TS EN 12697-11 ≥ 60
Su Emme, % TS EN 1097-6 ≤ 2,5 Kil topa ve dalabilen dane
oran, % ASTM C142 ≤ 0,3
nce agregann üretildii malzemin parçalanma direnci ve hava tesirlerine kar
dayankllk deerleri Çizelge 3.11’de verilen kaba agregann deerlerine uygun
olmas istenmektedir. Karmda ince agrega olarak kullanlabilecek doal kum, ince
agregann Çizelge 3.14’te verilen fiziksel özelliklerine sahip olmas gerekmektedir.
Çizelge 3.14: nce agregann fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard artname limitleri Plastisite indeksi, % TS 1900-1 NonPlastik
Organik Madde TS EN 1744-1 Negatif Su Emme, % TS EN 1097-6 ≤ 2,5
Metilen mavisi,
≤ 3,5 Öütülmü
Bitümlü temel tabakasnn yapm için agregaya ilave edilen bitümlü balaycnn
Bitümler ve Bitümlü Balayclar Kaplama Snf Bitümler Özellikleri TS EN 12591
standardna uygun olarak 40/60, 50/70 veya 70/100 penetrasyon snflarnda bitümler
kullanlmaktadr. Bitümlü temel karm tasarm “Asphalt Institue MS-2” el kitabna
göre ve Marshall tasarm yöntemi kullanlarak Çizelge 3.15’te verilen standartlar
uygulanarak artname limitlerini salayacak ekilde yaplmaktadr.
25
Özellikler Deney standard Min. Maks. Briket yapmnda uygulanacak darbe says TS EN 12697-30 75
Marshall stabilitesi, kg TS EN 12697-34 600 - Boluk, % TS EN 12697-8 4 6
Bitümle dolu boluk, % TS EN 12697-8 55 75 Agregalar aras boluk, % TS EN 12697-8 12 14,5
Akma, mm TS EN 12697-34 2 5 Bitüm, arlkça % TS EN 12697-1 3,0 5,5
Sktrlm bitümlü karmlarn sudan kaynaklanan bozulmalara kar direnci,
indirekt çekme mukavemeti oran, min. % AASHTO T 283 80 -
Bitümlü scak karmlar harman tipi kartrma plentlerinde veya tambur tipi
kartrma plentlerinde kontrollü scaklklarda hazrlanmaktadr. Uygun karm
scakl altnda hazrlanan karmda bitüm yeterli akkanla sahip olamad için
agrega yüzeyleri yeterli bitüm ile kaplanmaz iken uygun karm scaklnn
üstündeki scaklkta bitümun yaps bozulmakta ve kaplamann performans
etkilenmektedir. Agrega scakl ile bitüm scakl arasndaki farkn 15C’den fazla
olmamas istenmektedir. Bitümlü balayc snfna göre uygun bitüm ve agrega
scaklklar Çizelge 3.16’da verilmitir.
Çizelge 3.16: Malzemelerin kartrma scaklklar [33].
Bitümlü balayc Bitüm Agrega penetrasyon snf Min. C Maks. C Min. C Maks. C
40/60, 50/70 145 160 150 165 70/100 140 155 145 160
Sktrma ilemi, karmn yola serilmesinden hemen sonra, karmn scakl
130C’nin üstündeyken balanmas ve sktrma ilemi karm scakl 80C’nin
altna dümeden tamamlanmas gerekmektedir. Sktrma ileminde statik arl 8-
12 ton arasnda demir bandajl silindirler ile lastik basnc ayarlanabilen minimum 20
tonluk lastik tekerlekli silindirler kullanlmaldr.
3.2.3 Kaplama tabakasnda kullanlan malzemeler
Beton asfalt, sürekli gradasyona sahip kaba agrega, ince agrega ve mineral filler
karm ile bitümlü balaycnn kartrlmas ile oluan kenetlenmi yapdaki
kaplama türüdür. Kenetlenmi agrega yaps, serilen kaplamann salamln ve
26
binder tabakasn, anma tabakasn veya her ikisini birden kapsamaktadr. Binder
tabakas ve anma tabakasna ait gradasyon limitleri srasyla Çizelge 3.17 ve
Çizelge 3.18’de verilmitir [34].
Çizelge 3.17: Binder tabakas gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç 25 1 100 19 3/4 80 - 100
12,5 1/2 58 - 80 9,5 3/8 48 - 70 4,75 No.4 30 - 52 2,00 No.10 20 - 40 0,425 No.40 8 - 22 0,180 No.80 5 - 14 0,075 No.200 2 - 7
Anma tabakas üç tipe ayrlmtr. Tip 3, çok ince anma tabakas olarak
uygulanmaktadr. Tip 3 anma tabakasnn amac, kaymaya kar direnci arttrmak,
kaplamaya su giriini önlemek, en fazla 6 mm derinlie kadar tekerlek izi olumu
mevcut bitümlü scak karm tabakalar üzerine 25-30 mm kalnlklarda uygulanarak
yeni bir anma tabakas oluturmaktr.
Çizelge 3.18: Anma tabakas gradasyon limitleri [33].
Elek açkl % geçen mm inç Tip 1 Tip 2 Tip 3 19 3/4 100
12,5 1/2 88 - 100 100 100 9,5 3/8 72 - 90 80 - 100 90 - 100 6,0 1/4 - - 25 - 33 4,75 No.4 42 - 52 55 - 72 23 - 31 2,00 No.10 25 - 35 36 - 53 20 - 27 0,425 No.40 10 - 20 16 - 28 12 - 18 0,180 No.80 7 - 14 8 - 16 0,075 No.200 3 - 8 4 - 8 7 - 11
Agrega krmata, krlm çakl veya bunlarn karmndan olumaldr. Karm
içindeki krmata veya krma çakl temiz, sert, salam ve dayankl danelerden
27
oluup bütün malzemede kil topaklar, bitkisel maddeler ve dier zararl maddeler
bulunmamaldr. Agregada sülfat, klorit ve hava etkisi ile krlmaya yatkn olan
ayrma ürünü dier maddeler bulunmamaldr. Karma giren kaba agregann kübik
ve keskin köeli yapda olarak, 4 nolu elek üzerinde kalan ksmn en az %95’inin
tüm yüzeyleri krm olmal, hiçbir yüzeyi krlmam agrega bulunmamal ve
Çizelge 3.19’da belirtilen koullar salamas istenmektedir.
nce agrega temiz, salam ve dayankl olup plastisite indeksi sonucu non-plastik
olmas gerekmektedir. nce agrega Çizelge 3.20’deki özelliklere ve ince malzemenin
üretildii malzemenin Çizelge 3.19’de belirtilen parçalanma direnci ve hava tesirine
kar dayankllk deerlerine uygun olmas gerekmektedir.
Çizelge 3.19: Kaba agregann fiziksel ve mekanik özellikleri [33].
Deney ad Deney standard
artname limitleri Binder Anma
Hava tesirine kar dayankllk, % TS EN 1367-2 18 16
Parçalanma direnci, % TS EN 1097-2 ≤ 30 ≤ 27 Anma direnci, % TS EN 1097-1 ≤ 25 ≤ 20 Yasslk indeksi, % BS 812 ≤ 30 ≤ 25
Krlmlk, arlkça % TS EN 933-5 ≥ 95 - ≤ 0 Cilalanma deeri, % TS EN 1097-8 ≥ 35 ≥ 50
Soyulma mukavemeti, % bitümle kapl yüzey TS EN 12697-11 ≥ 60
Su Emme, % TS EN 1097-6 ≤ 2,5 ≤ 2,0 Kil topa ve dalabilen
dane oran, % ASTM C142 ≤ 0,3
Çizelge 3.20: nce agregann fiziksel özellikleri [33].
Deney ad Deney standard artname limitleri Binder Anma
Plastisite indeksi, % TS 1900-1 NonPlastik Organik Madde TS EN 1744-1 Negatif
Su Emme, % TS EN 1097-6 ≤ 2,5 ≤ 2,0
Metilen mavisi g/kg
≤ 3,5 Öütülmü
28
Asfalt betonu anma ve binder tabakalarnn yapm için agregaya ilave edilmek
suretiyle hazrlanan karmda bitümlü balayc olarak Bitümler ve Bitümlü
Balayclar Kaplama Snf Bitümler Özellikleri TS EN 12591 standardna uygun
olarak 40/60, 50/70 veya 70/100 penetrasyon snflarnda bitümler kullanlmaktadr.
Tip 3 çok ince anma tabakas üretiminde TS EN 12591’e uygun bitümden polimer
modifiye bitümler kullanlmaktadr. Asfalt betonunun karm dizayn “Asphalt
Institute MS-2” el kitabna göre Marshall Tasarm Yöntemi kullanlarak
yaplmaktadr. Çizelge 3.21’de binder, anma tip 1, tip 2 ve anma tip 3 tabakalar
için dizayn kriterleri verilmitir.
Sktrma ilemi, karmn yola serilmesinden hemen sonra, karmn scakl
130C’nin üstündeyken balanmas ve sktrma ilemi karm scakl 80C’nin
altna dümeden tamamlanmas gerekmektedir. Sktrma ileminde statik arl 8-
12 ton arasnda demir bandajl silindirler ile lastik basnc ayarlanabilen tonluk lastik
tekerlekli silindirler kullanlmaldr. Sktrma ileminde 6-10 tonluk demir bandajl
vibrasyonlu silindirler de kullanlabilmektedir. Asfalt betonunun skma kriterleri
Çizelge 3.22’de verilmitir.
Özellikler Deney standard Binder
Min. Maks. Min. Maks. Min. Maks. Briket yapmnda
uygulanacak darbe says TS EN 12697-30 75 75 75
Marshall stabilitesi, kg TS EN 12697-34 750 - 900 - 400 - Boluk, % TS EN 12697-8 4 6 3 5 5 12
Bitümle dolu boluk, % TS EN 12697-8 60 75 65 75 - - Agregalar aras boluk, % TS EN 12697-8 13 15 14 16 - -
Akma, mm TS EN 12697-34 2 4 2 4 2 4 Filler / Bitüm oran - 1,4 - 1,5 Bitüm, arlkça % TS EN 12697-1 3,5 6,5 4,0 7,0 5,0 8,0
Sktrlm bitümlü karmlarn sudan
&cc