02 burak sengoz
TRANSCRIPT
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONUYAPILAN GERİ DÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEKYOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILI BİTÜMLERİNFİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Perviz AHMEDZADE, Alexander FAINLEIB, Taylan GÜNAY, OlgaSTAROSTENKO, Tacettin GEÇKİL
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
• Geri dönüştürülmüş polimerler, genel olarak bitüm ile kimyasal etkileşimegirmemektedir. Bu nedenle, geri dönüştürülmüş yüksek yoğunluklu polietilenmalzeme (HDPER), gamma ışımasına tabi tutularak yüzeyleri aktive edilmiştir.
• Çalışma kapsamında; Gamma ışımasına tabi tutulmuş geri dönüştürülmüş yüksekyoğunluklu polietilen ( -HDPER) polimerin bitüm içerisinde katkı malzemesi olarakkullanılabilirliği incelenmiştir.
• Geleneksel bitüm deneyleri;
• Dönel viskozite deneyi;
• Dinamik kayma reometresi (DSR) ile reolojik deneyler uygulanmıştır.
•Ağırlıkça %1, 3, 5, 7, 9 katkı oranlarında hazırlanan 5 farklı bitüm/ -HDPER karışımı üzerinde;
DENEYSEL ÇALIŞMALAR
GELENEKSEL BİTÜM DENEYLERİ DÖNEL VİSKOZİTE DENEYİ DİNAMİK KAYMA REOMETRESİ
•Penetrasyon
•Yumuşama Noktası
•Düktülite
Dönel viskozite (RV) deneyi sabithızla dönen silindirik bir uçyardımıyla 135 ve 165 oC’de saf ve-HDPER modifiye bitümlere
uygulanmıştır.
Dönel Viskozimetre
Saf ve -HDPER katkılı bitümnumunelerin farklı sıcaklık vefrekansta reolojik özelliklerineilişkin kompleks kayma modülü(G*), faz açısı (δ) ve tekerlek iziparametreleri (G*/sinδ) dinamikkayma reometresi (DSR) deneyiile belirlenmiştir.
Trafik
hızı, km/sa
Trafik hızlarına eşdeğer
frekanslar, Hz (rad/sn)
Düşük, 6 km/sa 0.1 Hz (0.628 rad/sn)
Orta, 45 km/sa 0.72115 Hz (4.53 rad/sn)
Yüksek, 120
km/sa
1.9355 Hz (12.15494
rad/sn)
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Kullanılan Malzemeler
• 160/220 penetrasyon bitüm
Ürün, siyah renkli taşıma kasaların geri dönüştürülmesi ile elde edilmiştir.Geri dönüştürülmüş HDPE’nin erime sıcaklığı 140oC’dir.Geri dönüştürme işlemleri öncesi polimer malzeme yıkanmakta daha sonrakurutulup, endüstriyel kullanıma uygun biçimde ufalanmaktadır.
• Çalışmada kullanılan saf ve modifiye bitümler aşağıda verilen şekilde kodlandırılmıştır.
Saf bitüm – “B”;
Saf bitüm + 1% -HDPER – “B-1- -HDPER”;
Saf bitüm + 3% -HDPER – “B-3- -HDPER”;
Saf bitüm + 5% -HDPER – “B-5- -HDPER”;
Saf bitüm + 7% -HDPER – “B-7- -HDPER”;
Saf bitüm + 9% -HDPER – “B-9- -HDPER”;
•Geri dönüştürülmüş HDPE (HDPER) malzeme; Ukrayna’da bulunan Roksana firmasındantemin edilmiştir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Özellikler
Bağlayıcılar
BB-1- -
HDPER
B-3- -
HDPER
B-5- -
HDPER
B-7- -
HDPER
B-9- -
HDPER
Penetrasyon (0.1mm) 195.5 131.0 84.0 58.0 59.0 33.0
Yumuşama Noktası (oC) 38.7 40.9 44.0 50.5 54.7 65.4
Duktilite (cm) 103 97 88 80 67 56
Penetrasyon indeksi (PI ) -0.73 -1.37 -1.62 -0.73 0.32 1.05
DENEY SONUÇLARIGeleneksel Deney Sonuçları
-HDPER katkısının artmasıyla birlikte penetrasyondeğerlerinin azaldığı
belirlenmiştir.
Katkı oranının artmasıyla bağlayıcılarınyumuşama noktası değerleri artmaktadır.Meydana gelen artışlar, yüksek katkıoranlarında daha belirgindir.
Penetrasyon indeksi (PI),%5 -HDPER katkı oranından sonraönemli artışlar göstermiştir.Bağlayıcılara ait düktilite
değerlerinin azalması bitümün uzama
yeteneğinin katkı miktarının artmasıyla
azaldığını göstermektedir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Dönel Viskozite Deney Sonuçları
Bağlayıcı TürüDönel Viskozite (cP) ηmodifye / ηsaf Sıcaklık Aralıkları (oC)
135oC 165oC 135oC 165oC Karıştırma Sıkıştırma
B 202.5 65.5 1 1 135-142 122-128
B-1- -HDPER230 90 1.14 1.37 142-150 127-134
B-3- -HDPER350 102.5 1.73 1.56 150-155 138-143
B-5- -HDPER730 150 3.60 2.29 160-164 151-155
B-7- -HDPER1312 464 6.48 7.08 189-196 175-181
B-9- -HDPER2390.5 790 11.80 12.06 203-209 190-196
• -HDPER katkı ilavesi ile bitümün viskozite değerleri artmaktadır.
•Viskozite değerlerinde meydana gelen en belirgin artışın %5 -HDPER katkı oranından sonra olduğu
görülmektedir.
•B-7- -HDPER ve B-9- -HDPER bağlayıcılarının karıştırma ve sıkıştırma sıcaklık aralıklarının genel olarak 180oC’nin üzerinde olduğu görülmektedir. Bu iki bağlayıcı türünün karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarının beklenen
değerlerden yüksek olması enerji gereksinimlerinin artması anlamına gelmektedir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Dinamik Kayma Reometresi Deney Sonuçları Saf ve -HDPER katkılı bitümlerin G* ve δ değerleri
0.1 Hz
0.72 Hz
1.94 Hz
δ
G*
•Her üç frekansta; sabit sıcaklıkta katkı artışı ilekompleks kayma modülünde artış, faz açısında düşüşgözlenmektedir.
•Sabit frekansta; bütün katkı içerikleri için sıcaklıkartışıyla faz açısı değerleri artmakta, kompleks kaymamodülü değeri düşmektedir
•40 oC’nin üzerindeki test sonuçları önemli; yükseksıcaklıklarda kompleks kayma modülü hızla azalırken,-HDPER katkılı bitümlerde azalmalar daha yavaş
biçimde gerçekleşmektedir.
•Düşük trafik hızına karşılık gelen (0.1 Hz) DSR deneysonuçlarında, G*değerlerinin katkı miktarıyla birlikleher sıcaklıkta artış göstermesi, -HDPER katkısı ileesnek üstyapının ağır trafik altında dahi tekerlek izioluşumuna karşı dirençli olabileceğini ortayakoymaktadır.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
Saf ve -HDPER katkılı bitümlerin G* /sinδ değerleri
0.1 Hz
0.72Hz
1.94 Hz
Dinamik Kayma Reometresi Deney Sonuçları
•Her üç frekansta da katkı miktarının
artmasıyla tekerlek izi parametrelerinde
sürekli bir artış meydana gelmektedir.
•Özellikle 0.1 Hz frekansında yapılan DSR
deneylerinde, -HDPER katkılı bitümlerin
tekerlek izi parametrelerinde meydana gelen
artış diğer frekanslara göre daha fazladır.
•Bu sonuç, -HDPER polimerin bitüm
içerisinde katkı malzemesi olarak kullanılması,
yüksek sıcaklıklarda ve ağır trafik altında
meydana gelen tekerlek izi bozulmalarının
önüne geçilebileceğini ifade etmektedir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
SONUÇLAR
•%1-3 oranlarında -HDPER katkı ilavesi ile bitümün penetrasyon değerleriazalırken, yumuşama noktasında meydana gelen artışlar genel olarak % 3-5 -HDPER
katkı ilavesinden sonra belirgin hale gelmektedir.
•RV deney sonuçlarına göre, -HDPER ilavesi ile viskozite değerleri 135 ve 165 oC’deartmaktadır. %7 -HDPER katkı oranından sonra hesaplanan viskozite değerlerinin safbitümün vizkozite değerlerinin çok üzerinde olması, bu bağlayıcılar ile yapılacak olanBSK’ların karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıklarını 180-200 oC aralığına yükseltmiştir. Busonuç, -HDPER katkısının bitüm içerisinde kullanılabilirliğini sınırlamaktadır.
•DSR deney sonuçlarına göre -HDPER ilavesi ile kompleks kayma modülü ve tekerlek iziparametreleri artarken faz açıları azalmaktadır. DSR deneyinden elde edilen bu sonuç,bitümün -HDPER katkısıyla hem yüksek sıcaklık hem de ağır trafik koşulları altında dirençkazanması anlamına gelmektedir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ
SONUÇLAR
Çalışma kapsamında yapılan tüm deneyler bir arada değerlendirildiğinde;
• PI değerlerindeki anlamlı artışın %5 modifikasyon seviyesinden itibaren gözlemlenmesi;
•RV sonuçlarındaki %7 modifikasyon seviyesinden sonra karıştırma ve sıkıştırmasıcaklıklarının artması;
-HDPER katkısının bitüm içerisinde %5 mertebesinde kullanılmasının uygun olduğunu göstermektedir.
•DSR deneyleri göz önünde bulundurulduğunda, %5 oranında katkı ilavesi ile bitümünkayma gerilmelerine karşı anlamlı ölçüde dayanım kazanacağı ve bu sayede yapılacakesnek üstyapılarda hem ağır taşıt trafiği altında hem de yüksek sıcaklık koşullarındadaha az tekerlek izi bozulmaları meydana gelebileceği düşünülmektedir.
GAMMA IŞIMASI İLE YÜZEY AKTİVASYONU YAPILAN GERİDÖNÜŞTÜRÜLMÜŞ YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN KATKILIBİTÜMLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ