Transcript detaylı bitüm teknik özellikleri

BÖLÜM 4. BİTÜMLÜ KARIŞIMLAR
Bitümlü sıcak karışımlar hem asfalt bağlayıcının hem de agreganın
uygun ısıya kadar ısıtılıp uygun oranlarda plentte karışımı ile elde
edilmekte ve yüksek standartlı esnek kaplamaların üst tabakalarında
kullanılmaktadır.
Bitümlü sıcak karışımlar;
- aşınma
- binder
- bitümlü temel
tabakalarında kullanılır.
Bitümlü sıcak karışımlar;
- Taşıtlar için düzgün ve pürüzsüz yüzeyleri ile sürüş
konforunu, sürtünme dirençleri ile sürüş emniyetini
sağlamalıdır.
-Trafiğin ve çevrenin aşındırma etkilerine dirençli olmalıdır.
-Deformasyonlara karşı dirençli olmalıdır.
-Esneklikleri ile geçici deformasyonlar yapabilmelidir.
-Kalıcı deformasyon yapmadan alt tabakalara ve zemine
yükleri emniyetle iletebilmelidir.
-Kurplarda ve dik eğimlerde kayma dirençleri yüksek
olmalıdır.
-Yüzeysel suların temele ve zemine sızmasını önlemelidir.
-Tekrarlanan ağır trafik yüklerine karşı yeterli yorulma
mukavemetine sahip olmalıdır.
Beton asfalt karışımına giren malzemelerin özellikleri, karışımın
hazırlanması ve kaplamanın oluşturulma şekli:
- asfalt çimentosunun tipi
- asfalt çimentosunun oranı
- agrega cinsi ve miktarı
- beton asfalt karışımının yapım koşulları.
beton asfalt kaplamanın davranışında rol oynar.
4.2. Bitümlü Karışımlardan Beklenen Fizik ve Mekanik Özellikler
1. Stabilite
Stabilite terimi mukavemet ile yakından ilgili olup bitümlü sıcak
karışımlardan imal edilen yol kaplamalarının trafik yükü altında
oluşacak deformasyonlara karşı gösterdiği direnç olarak adlandırılır.
Yani bitümlü sıcak karışımın stabilitesi ne kadar düşük olursa trafik
yükleri altında oluşabilecek deformasyon da o kadar fazla olacaktır.
Ancak çok düşük stabilite ne kadar istenmez ise çok yüksek stabilite
de o kadar zararlıdır.
Çünkü çok yüksek stabiliteli (çok sert, rijit veya gevrek) bitümlü
karışımlar gerilmelere maruz kaldığında esnek davranış gösteremeyip
kaplamada çatlakların oluşmasına neden olmaktadır.
2. Dayanıklılık (Durabilite)
Bir bitümlü karışımın dayanıklılığı, trafik, su, hava ve sıcaklık
değişikliklerinin etkilerine karşı gösterdiği dirençtir.
Bu etkiler:
- asfaltın özelliklerinin değişmesi (yaşlanma-sertleşme)
- agrega danelerinin kırılması ve ufalanması
- asfaltın soyulmasıdır.
Dayanıklılık genel olarak;
-asfalt oranının artması
-sert asfalt (düşük penetrasyonlu)
-yüksek soyulma direnci
-iyi sıkışma
-yoğun gradasyon
ile artış gösterir.
Yukarıdaki şartlar sağlanırsa geçirimsizlik artarak karışımın içine daha
az hava ve su gireceğinden dayanıklılık ta artacaktır.
3 Esneklik (Fleksibilite)
Bitümlü sıcak karışımların esnekliği, zeminin ve temel tabakasının uzun
dönemli
oturma
durumunda
bu
çökmelere
uyum
sağlayabilme
yeteneğidir. Esneme yetersizliği yol yüzeyinde çatlamalara yol açar.
Esnekliğe etki eden faktörler:
- mineral fillerin ve asfalt çimentosunun oranı
- asfalt çimentosunun kıvamı
- asfalt çimentosunun sıcaklığa karşı duyarlılığı
4.2 Bitümlü Karışımların Bileşimlerinin Saptanması ve Kontrolü
Marshall Stabilite Deneyi
Marshall stabilite deneyi, aynı agrega karışımına farklı oranlarda
bağlayıcı karıştırarak;
-maksimum stabiliteyi veren optimum bağlayıcı miktarının
saptanması
-bitümlü karışımdaki boşluk oranlarının belirlenmesi
-kuru agrega karışımındaki boşlukların bağlayıcı ile
doldurulma oranlarının hesaplanması
için yapılan serbest basınç deneyidir.
Deneyin Yapılışı:
Asfalt Betonu numunelerinin hazırlanması
- Granülometrik şartlara uygun yaklaşık 1200 gr. agrega karışımı
hazırlanır.
- Ayrıca %4.5, 5, 5.5, 6 oranlarında dört adet bitüm hazırlanır.
- Hazırlanan agrega karışımı etüvde 185C ‘ye kadar ısıtılır.
- Bitüm 120C’ye kadar ısıtılır.
- Isıtılmış malzeme etüvden alınarak yukarıda belirlenen oranlarda
hazırlanan bitümle karıştırılarak dört tür bitümlü karışım hazırlanır.
-Farklı bağlayıcı yüzdesine sahip karışımlardan üçer adet numune
hazırlanır(deney aleti, çevresel şartlar ve operatörden kaynaklanacak
hataların minimize edilmesi için).
- Hazırlanan farklı bağlayıcı yüzdesine sahip karışımlardan ısıtılmış
kalıplara doldurulur.
- Sıkıştırma aletinde 4.5 kg. ağırlığındaki tokmak 45 cm. yükseklikten
numunenin her iki yüzüne 50 veya 75’er (karışımın maruz kalacağı
trafiğe göre) defa düşürülerek numuneler sıkıştırılır.
Numune Kalıbı
Sıkıştırılmış
Numune Sıkıştırma Aleti
Numune
Otomatik sıkıştırıcı
- Tokmaklanması biten numune kalıptan çıkarılarak soğumaya bırakılır.
- Kalıptan çıkartılan deney numunesi silindir şeklinde olup 100 mm
çapında ve yaklaşık 64 mm yüksekliğindedir.
- Her numunenin üzerine ilgili numuneye ait etiket yerleştirilir, ağırlığı
ve yüksekliği ölçülerek kaydedilir. Bu numuneler bir gece oda
sıcaklığında bekletilerek dayanımlarını kazanmaları sağlanır.
Marshall Stabilite Deneyi Yapılışı
- Sonraki gün numuneler 60C’deki su banyosunda 1 saat süre ile ısıtılır.
- Numuneler sıra ile Marshall stabilite aletine yerleştirilir.
- Her numunenin kırılmaya başladığı andaki yük ve deformasyon
değerleri tespit edilir.
- Basınç uygulandıkça okunan değer artarak maksimuma ulaşır, daha
sonra düşmeye başlar. O anda numune kırılır.
- Okunan maksimum değer yardımıyla bitümlü karışımın stabilitesi
saptanır. Marshall stabilitesi adı verilen bu değer numunenin
kırılmasını sağlayan kg cinsinden toplam yük miktarıdır.
Su Banyosu
Akma Değeri Okuyucu (dial
gauge)
Load cell
Yük
hücresi
Akma (çökme)
Deformasyon
Numune yükleme kafaları
Marshall Deney Aleti
Kırılma sırasında numunenin çökme ya da sıkışma miktarı da ölçülür.
Buna akma denir.
Akma değeri beton asfalt kaplamaların trafik yükleri altındaki davranışını
belirleyen, beton asfaltların plastiklik ve esneklik özelliklerini yansıtan bir
değerdir.
Bir karışıma Marshall deneyi uygulanınca
- karışımın birim ağırlığı
- boşluk oranı
- bağlayıcı ile dolu bulunan agrega boşluğu yüzdesi
saptanır.
Maksimum yoğunluğu veren asfalt çimentosu oranı yüzdesi (A, grafikten
2.38
2.34 2.36
2.32
(Hesapla bulunan)
Yoğunluk (g/cm3)
6.3)
%asfalt
Maksimum Marshall stabilitesini (kırılma anındaki “kg” cinsinden yük)
(Deney sonucu)
Stabilte (kg)
sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (B, grafikten 6.3)
%asfalt
Şartnamede belirtilen boşluk oranı yüzdesini sağlayan asfalt çimentosu
(hesapla bulunan)
Boşluk %
yüzdesi (C, grafikten 5.9)
şartname
% Asfalt
Şartnamede belirtilen bağlayıcı ile dolu agrega boşluğu yüzdesini
sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (D, grafikten 6.9)
Bağlayıcı ile dolu
agrega boşluğu %
(hesapla bulunan)
şartname
%Asfalt
Optimum bağlayıcı oranı=
ABCD
tür.
4
6.3  6.3  5.9  6.9
Optimum bağlayıcı oranı=
=6.35
4
Bulunan optimum bağlayıcı oranına tekabül eden akma değeri
şartnamede belirtilen maksimum değerin altında ise saptanan bağlayıcı
oranına göre gerçekleştirilen bir beton asfalt karışımı şartnamelerde
aranan özellikleri taşıyacaktır. Şartnamelerde akmanın 10-20 arasında
(deney sonucu)
Akma (mm)
olması istenir.
6.35
%Asfalt
4.2.1.1 Yüksek Tip Yol Kaplaması Karışımlarında Şartnamenin
Aradığı Koşulların Tanımlanması ve Hesaplanması
Bitümlü karışımlar yoğunluk (birim ağırlık) ve boşluk oranı esas alınarak
tasarlanır.
Boşluk oranı, bağlayıcı ile sarılmış agrega danelerinin arasında kalan
boşluk hacmi yüzdesidir(V).
Sıkıştırılmış bir bitümlü karışımın boşluk oranı, karışımın teorik ve
ölçülen yoğunluk değerlerinden yararlanarak bulunur.
Karışımın maksimum teorik yoğunluğu sıfır boşluklu (boşluksuz) birim
ağırlığıdır(D).
D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı
D
100
Pag
 ag

Pag + Pb =100 dür.
Pag =Bitümlü karışımdaki agreganın ağırlıkça yüzdesi,
Pb
b
 ag =Agrega karışımının özgül ağırlığı,
Pb = Bitümlü karışımdaki bağlayıcının ağırlıkça yüzdesi,
 b =Bağlayıcının özgül ağırlığı.
 ag : Agrega Karışımının Özgül Ağırlığı
100
 ag 
P1 P2 P3
 
1  2 3
P1=İri agreganın ağırlıkça yüzdesi,
P2=İnce agreganın ağırlıkça yüzdesi
P3=Mineral fillerin ağırlıkça yüzdesi
1= İri agreganın özgül ağırlığı,
2= İnce agreganın özgül ağırlığı,
3=Mineral fillerin özgül ağırlığı.
w1:İri agrega ağırlığı,
w2:İnce agrega ağırlığı,
w3:Filler ağırlığı olmak
üzere: P1=
w1
w1  w 2  w 3
d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı
Numune düzgün ise;
Wa
d
v
Wa= Numunenin havadaki ağırlığı
v = Numunenin hacmi
Numune düzgün değilse suda yer değiştirme metodu kullanılır.
Wa
d
Wa  Ww
Ww= Numunenin sudaki ağırlığı
V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi
Dd
V  100
D
D= Karışımın boşluksuz birim ağırlığı
d=Sıkıştırılmış bitümlü karışımın ölçülen birim ağırlığı
Şartnamelerde boşluk oranı için bir alt ve bir üst sınır belirtilmiştir(%3 - 5
gibi). Üst sınır konmasının nedeni, boşluğun artmasının stabilitenin ve birim
ağırlığın düşmesine, geçirimliliğin ise artmasına yol açmasıdır.
Sıcak aylarda bağlayıcı hacminin artması sonunda boşlukların tamamen
dolması, agreganın bağlayıcı ile yağlanmış hale gelmesi ve bağlayıcı
kusması sebebiyle boşluk oranı için bir alt sınır konmuştur.
Şartnamelerde, sıkıştırılmış bitümlü karışımlarda, mineral agrega
içindeki boşluğun (VMA) bağlayıcı ile doldurulma oranı da aranır.
Bunun için önce bitümlü karışım bileşenlerinin hacim yüzdelerinin
bulunması gerekir.
Vag=Sıkışmış bitümlü karışımdaki agreganın hacimce yüzdesi
Vag 
Vag 
vag
(vag  vb  v)
100
M ag
Vag 
 ag
(vag  vb  v)
100
Pag * d
 ag
vag 
M ag

ag
Mk
(vag  vb  v) 
d
M ag
Vag 
 ag
Mk
d
100 
M ag * d
M k *  ag
100,
Vag 
Pag * d
 ag
Pag 
M ag
Mk
100
Vb=Sıkışmış bitümlü karışımdaki bağlayıcının hacimce yüzdesi
Pb
Vb  d
b
,
Vag+Vb+V=100
V:boşluk hacmi % si
Vb:bağlayıcı hacmi % si
100
Vag:agrega hacmi % si
VMA = Sıkıştırılmış bitümlü karışımda agrega içindeki boşluk hacmi
yüzdesi
VMA= 100-Vag=Vb+V
V:boşluk hacmi % si
100
Vb:bağlayıcı hacmi % si Vma:Agregalar
arası
boşluk
Vag:agrega hacmi % si
Agrega içindeki boşlukların bağlayıcı ile doldurulma derecesi
Vb
Vb
Vb
x100 
x100 
x100
VMA
100 Vag
Vb  V
Örnek 1:
Laboratuarda hazırlanmış olan bir numunenin havadaki ağırlığı 114.80
gr., sudaki ağırlığı 63.20 gr.’dır.
Bu karışım içinde ağırlıkça %8 asfalt ve %92 agrega vardır.
Asfalt çimentosunun özgül ağırlığı 1.02, agreganın özgül ağırlığı ise
2.69’dir.
Bu karışım yola uygulanıp sıkıştırıldıktan sonra alınan numunenin birim
ağırlığı dyol=2.10 bulunmuştur.
Şartname, yoldaki boşluk oranının laboratuardaki oranın en fazla 1.10
katı olmasını istediğine göre karışım şartnameye uygun mudur?
Verilenler:
Wa=114.80 gr.,
b=1.02,
Ww=63.20 gr.,
ag=2.69,
Pb=%8,
dyol=2.10,
Pag=%92,
Vyol=?
Aranan: Vyol ? Vlabx1.10 ?
Dd
V  100
D
V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi
D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı
d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı
d lab
Wa
114.80


 2.22 ,
Wa  Ww 114.80  63.20
D
100
100

 2.38 ,
Pag Pb
92
8


2.69 1.02
 ag  b
Vlab  100
Vyol  100
D  d lab
2.38  2.22
 100
 6.72
D
2.38
D  d yol
D
 100
2.38  2.10
 11.76 olarak bulunur.
2.38
Şartname Vyol ? Vlabx1.10 olmasını istiyor ama
Vlab=6.72x1.10=7.39
Vyol = 11.76
11.76 > 7.39 olduğundan şartnameye uygun değildir.
Örnek 2:
Bir agrega karışımına, ağırlıkça %6 oranında özgül ağırlığı 1.01 olan bir
bağlayıcı karıştırılarak, agrega boşluklarının (Vma) bağlayıcı ile
doldurulma oranı 0.75 ve birim ağırlığı d=2.20 olan bir karışım
hazırlanmıştır.
Şantiyede boşluk oranı laboratuardaki boşluk oranının %75 i olacak
şekilde yeni bir karışım hazırlanacaktır.
Bu amaçla, iri agrega özgül ağırlığı 2.55, miktarı %65, ince agrega
özgül ağırlığı 2.65, miktarı %30 ve filler özgül ağırlığı 2.45, miktarı %5
kullanılarak bağlayıcı oranı %7 ye çıkarılmıştır.
Buna göre hazırlanan karışımın birim ağırlığı ne olur?
Verilenler:
1=2.55,
2=2.65,
P1=%65,
P2=%30,
d=2.20,
b=1.01,
Vb
 %75
VMA
3=2.45,
P3=%5,
Pb=%6,
Çözüm:
Laboratuarda hazırlanan karışımın boşluk oranı (V):
V=VMA-Vb
Pb
6
Vb 
d
x 2.20  13 , (Vb: bağlayıcının hacimce % si)
b
1.01
Vb
 %75 (agrega boşluklarının bağlayıcı ile doldurulma
VMA
oranı)
13
VMA= 0.75  17 (agregalar arasındaki boşluk hacmi % si)
V=VMA-Vb=17-13=4
Şantiyede hazırlanan 2.ci karışımın boşluk oranı:
Vx0.75=4x0.75=3 olur(Yeni karışımın istenen boşluk yüzdesi).
Şantiye de V=3 boşluk oranını sağlayacak olan karışımın yoğunluğu (d):
V  100
Dd
D
100
D
Pag
P
 b
 ag
D
b
 ag 
100
P
P1
P
 2  3
1
V  100
2
3
100
93
7

2.57 1.01
δ ag 
100
 2.57
65
30
5


2.55
2.65
2.45
Dd
D
3  100x
2.32 d

2.32
 2.32
d=2.25 olarak bulunur.
Örnek 3
İri agreganın özgül ağırlığı 2.65, ağırlıkça yüzdesi %55, ince agreganın
özgül ağırlığı 2.70, ağırlıkça yüzdesi %35 iken fillerin özgül ağırlığı
bilinmemektedir.
Bu agrega karışımında kuru agreganın boşluk oranı 20 olarak
bulunmuştur.
Bu agregaya özgül ağırlığı 1.01 olan bağlayıcıdan ağırlıkça %7 ilave
edilmiş ve numune hazırlanmıştır.
Boşlukların bağlayıcı ile doldurulma oranı %80 olduğuna göre, fillerin
özgül ağırlığı nedir?
Verilenler
1=2.65,
P1=%55,
b=1.01,
VMA=20,
2=2.70,
3=?,
P2=%35,
Pb=%7,
Vb/VMA=0.80
Çözüm:
 ag 
100
P1 P2 P3


1  2 3
.......................................(1)
P1+P2+P3=100  55+35+P3=100  P3=10 bulunur.
 ag 
100
55
35
10


2.65 2.70  3
,
ag=?,
Vag: agreganın hacimce %si
Vag 
Pag
δ ag
d
93
d
δ ag
……………………..(2)
Pag=100-Pb=100-7=93 , ag=?, Vag=?, d=?
Vag=100-VMA=100-20=80
Vb 
Pb
7
d
d
b
1.01
Vb/VMA=0.80
Vb=?, d=?....................................(3)
Vb=0.80x20=16
Vb (3) nolu formülde yerine konulursa
d=2.30,
(2) nolu formül kullanılarak;
ag=2.67
(1) nolu formül ile,
 ag 
3=2.67 olarak bulunur.
16=(7/1.01)xd 
80=(93/ag)x2.30
100
35 10
55


2.65 2.70  3

2.67 

100

35 10
55


2.65 2.70  3