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 185C ‘ye kadar ısıtılır.

- Bitüm 120C’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

Numune Sıkıştırma Aleti

Sıkıştırılmış

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 60C’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)

Numune yükleme kafaları

Marshall Deney Aleti

Load cell

Yük hücresi

Akma (çökme)

Deformasyon

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

6.3)

%asfalt

Yoğ

unlu

k (g

/cm

3 )(H

esap

la b

ulun

an)

2.

32

2.3

4 2

.36

2.

38

Maksimum Marshall stabilitesini (kırılma anındaki “kg” cinsinden yük)

sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (B, grafikten 6.3)

%asfalt

Stab

ilte

(kg)

(Den

ey s

onuc

u)

Şartnamede belirtilen boşluk oranı yüzdesini sağlayan asfalt çimentosu

yüzdesi (C, grafikten 5.9)

% Asfalt

Boş

luk

%(h

esap

la b

ulun

an)

şartname

Şartnamede belirtilen bağlayıcı ile dolu agrega boşluğu yüzdesini

sağlayan asfalt çimentosu yüzdesi (D, grafikten 6.9)

%Asfalt

Bağ

layı

cı il

e do

lu

agre

ga b

oşlu

ğu %

(hes

apla

bul

unan

)

şartname

Optimum bağlayıcı oranı=4

DCBA tür.

Optimum bağlayıcı oranı= 4

9.69.53.63.6 =6.35

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

olması istenir.

%Asfalt

Akm

a (m

m)

(den

ey s

onuc

u)

6.35

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 agP =Bitümlü karışımdaki agreganın ağırlıkça yüzdesi,

ag =Agrega karışımının özgül ağırlığı,

bP = Bitümlü karışımdaki bağlayıcının ağırlıkça yüzdesi,

b =Bağlayıcının özgül ağırlığı.

agP + bP =100 dür.

b

b

ag

ag PP100D

ag : Agrega Karışımının Özgül Ağırlığı

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.

3

3

2

2

1

1ag PPP

100

w1:İri agrega ağırlığı, w2:İnce agrega ağırlığı, w3:Filler ağırlığı olmak

üzere: P1=321

1

wwww

V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi

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.

DdD100V

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

100 )( vvv

vV

bag

agag

ag

agag

Mv

100 )( vvv

M

Vbag

ag

ag

ag

ag

agag

dPV

*

dMvvv k

bag )(

100P ,100**

100 agk

ag

agk

ag

k

ag

ag

ag MM

MdM

dM

M

V

ag

agag

dPV

*

Vb=Sıkışmış bitümlü karışımdaki bağlayıcının hacimce yüzdesi

dP

Vb

bb

,Vag+Vb+V=100

V:boşluk hacmi % si

Vb:bağlayıcı hacmi % si

Vag:agrega hacmi % si

100

VMA = Sıkıştırılmış bitümlü karışımda agrega içindeki boşluk hacmi yüzdesi VMA= 100-Vag=Vb+V

Agrega içindeki boşlukların bağlayıcı ile doldurulma derecesi

100xVV

V100x

V100V

100xVV

b

b

ag

b

MA

b

V:boşluk hacmi % si

Vb:bağlayıcı hacmi % si Vma:Agregalar arası boşluk Vag:agrega hacmi % si

100

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 ?

V: Sıkıştırılmış Karışımın Boşluk Hacmi Yüzdesi

D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı

d: Sıkıştırılmış Bitümlü Karışımın Ölçülen Birim Ağırlığı

,

22.220.6380.114

80.114WW

Wd

wa

alab

DdD100V

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?

Çözüm: Laboratuarda hazırlanan karışımın boşluk oranı (V): V=VMA-Vb

1320.2x01.16d

PV

b

bb

, (Vb: bağlayıcının hacimce % si)

75%VV

MA

b (agrega boşluklarının bağlayıcı ile doldurulma

oranı)

VMA= 1775.0

13 (agregalar arasındaki boşluk hacmi % si)

V=VMA-Vb=17-13=4

Şantiye de V=3 boşluk oranını sağlayacak olan karışımın yoğunluğu (d):

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?

Vb (3) nolu formülde yerine konulursa 16=(7/1.01)xd d=2.30, (2) nolu formül kullanılarak; 80=(93/ag)x2.30 ag=2.67 (1) nolu formül ile,

3

ag 1070.2

3565.2

55100

3

1070.2

3565.2

5510067.2

3=2.67 olarak bulunur.