marshall PB100

Bitümlü Karışımlar
Prof.Dr.Mustafa KARAŞAHİN
Bitümlü Sıcak Karışımlar (BSK)
Belli orandaki, Bitüm ve aggrega,
asfalt
plentinde
sıcaklıkta
belli
karıştırılarak
edilir.
BSK:
- Aşınma tabakası
- Binder tabakası
- Bitümlü temel
tabakalarında kullanılır.
bir
elde
Bitümlü Karışımların Üretimi
BSK’ dan Beklentiler
- Bitmiş yol yüzeyi konfor için düzgün ve güvenlik için
yeterli sürtünme katsayısına sahip olmalıdır.
-
Hem trafik hem de çevre etkisine karşı dayanımını
koruyabilmelidir.
-
Deformasyon oluşumuna karşı dayanıklı olmalıdır.
-
Elastik deformasyonların oluşması
esnekliğe sahip olmalıdır.
için
yeterli
- Tekerlek izi derinliği oluşmadan, tekerlek
yükünü alttaki tabakalara iletmeli
- Yatay kurbalarda ve dik boyuna eğimlerde
oluşacak kesme gerilmelerine dayanmalı
- Yüzey suyunun alttaki tabakalara sızmasını
önleyecek geçirimsizliğe sahip olmalıdır.
- Tekrarlı ağır taşıt yüklerinden kaynaklanacak,
yorulmaya karşı dayanıklı olmalıdır.
Bitümlü karışımların özellikleri aşağıdaki parametrelere bağlıdır:
- Bitüm tipi
- Bitüm oranı
- Agrega tipi ve miktarı
- Yapım koşulları
Stabilite
• Stabilite ve dayanım birbiri ile ilişkili olup, tekerlek yükü
altında deformasyona karşı gösterilen direnci ifae eder.
•
Eğer, stabilite düşük ise, daha fazla deformasyon
oluşur.
• Eğer, stabilite çok fazla ise, deformasyon az olacaktır;
ancak karışım gevrek olacağından, kırılma ve çatlaam
potansiyeli yüksektir.
Dayanıklılık (Durabilite)
Bitümlü karışım, trafik su, have sıcaklık değişimlerine karşı dayanıklı
olmalıdır. Bitümlü karışımlarda, dayanıklılığı etkileyen faktörler:
- Yaşlanma
- Taneciklerin kırılması
- Taneciklerin yüzeyden sökülmesi
Dayanıklılığın artması aşağıdaki faktörlere bağlıdır:
-Karışımda fazla bitüm kullanılması (Çok fazla
kullanıldığında stabilite, tekerlek izi ve kusma problemlerine
neden olur)
- Yüksek viskoziteli bitüm kullanımı (düşük
penetrasyonlu bitüm)
-Yüksek adezyon özelliğine sahip bitüm kullanımı
-İyi sıkıştırma
-Yoğun gradasyon
Yukarıdaki koşullar sağlanırsa, geçirimsizlik artar ve buna bağlı olarak
dyanıklılık artar.
Esneklik
Bitümlü
karışımların
esnekliği,
zeminindekş oturmaları etkiler.
uzun
dönemde
temel
ve
taban
Eğer yük altında karışım karışım
esenerse, yüzeyde tekerlek izi oluşmayacaktır. Eğer, karışım esneme
özelliğine sahip değilse, kırılacaktır. Esnekliği etkileyen faktörler:
- Karışımdaki mineral filler ve bitüm oranı
- Bitüm hali (katı, yarı katı, sıvı).
- Bitümün sıcaklığa karşı hassasiyeti
Marshall Stabilite Testi
Bir basınç testi olup, aşağıdaki parametreleri bulmak için kullanılır:
-Optimum bitüm içeriği
-Boşluk oranı
- Karışımda, boşluun bitüm ile doldurulma oranı
Sample Preparation and Test Procedure
- Yaklaşık 1200 gr agrega 185 oC de etüvde ısıtılır.
- Bitüm, 120 oC de ısıtılıt. Isıtılan bitüm ısıtılmış agrega ile karıştılır.
Bitüm karışıma % 3.5-4 den başlayarak, % 6-7 aralığına kadar % 0.5 artırılarak
uygulanır.
- Karışım, Marshall tokmağı ile sıkıştırılır. Ağır trafik mitarona göre her
bir yüze 50 veya 75 vuruş yapılır.
- Sıkıştırılmış numune çapı 101.6 mm, yüksekliği ise, yaklaşık 64 mm
dır. Sıkıştırılan numune bir gün oda sıcaklığında bekletilir.
•
•
•
•
Numune, su banyosunda, 60 oC de bir saat bekletilir.
Numune, Marshall stabilite test cihazına yerletirilir.
Kırılma oluncaya kadar, basınç yükü artırılır.
Numune kırıldığı zaman, yük ve deformasyon okunur ve
kaydedilir.
• Kırılma anındaki yük, «stabilite», deformasyon ise
«akma» olarak adlandırılır.
Karışım ve Sıkıştırma Sıcaklığı
Viscocity: viskozite; compaction range: sıkıştırma bölgesi; mixig range:
karıştırma bölgesi; temperature: sıcaklık
Numune kalıbı
Sıkıştırılmış
numune
Marshall tokmağı
Automatic compacter
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 (akma)
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 çeneleri
Marshall Test Cihazı
2.32
2.34 2.36
2.38
(Hesapla bulunan)
Yoğunluk (g/cm3)
Yoğunluk ve Bitüm İçeriği
Bitumen içerii %
(Deney sonucu)
Stability (kg)
Stabilite and Bitüm İçeriği
Bitumen %
(hesapla bulunan)
Void ratio %
Boşluk ve Bitüm İçeriği
şartname
Bitumen %
Bitümle Dolu Agrega Boşluğu ve Şartname
Bağlayıcı ile dolu
agrega boşluğu %
(hesapla bulunan)
şartname
%Asfalt
Optimum bitumen ratio = A  B  C  D tür.
4
Optimum bitumen ratio OOptimum bağlayıcı oranı=
6.3  6.3  5.9  6.9
=6.35
4
Optimum Bitüm İçeriğine Karşılık Gelen Akma Değeri (Şartname ile
(deney sonucu)
Akma (mm)
karşılaştırılır)
6.35
%Asfalt
Marshall Numunelerinin Analizi
• Bitümlü
karışımlar,
yoğunluk
ve
boşluk
oranı
düşünülerek,
tasarımlanır.
•
Boşluk oranı (V), bitümle sarılan agrega taneleri arasındaki boşluğun
hacme oranıdır.
• Boşluk
oranı,
teorik
yoğunluk
ile
sahadan
alınan
numune
yoğunluğundan yararlanarak hesaplanır.
• Maximum teorik yoğunluk(D), numunenin boşluksuz yoğunluğudur.
Component Diagram
Bulk Specific Gravity
Apparent Specific Gravity
Effective Specific Gravity
Comparison Specific Gravities
Component Diagram
Bulk Specific Gravity
Apparent Specific Gravity
Mathematical Equations
Effective Specific Gravity
Comparison Specific Gravities
Component Diagram
Bulk Specific Gravity
Apparent Specific Gravity
Theoretical Unit Weight
D: Karışımın Boşluksuz Birim Ağırlığı
100
D
Pag
Pb

 ag
b
Pag + Pb =100 dür.
Pag =Bitümlü karışımdaki agreganın ağırlıkça yüzdesi,
 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
Vag 
100,
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
Design Specification of Bituminous Base
Layer(KTŞ,2013)
Mix Temperatures(KTŞ,2013)
Mix Placement Temperature (KTŞ,2013)
Asphaltic Concrete Specificarion (KTS,2013)
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)
VMA=
13
 17
0.75
(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):
Dd
D
V  100
D
100
Pag

 ag
 ag 
D
Pb
b
100
P
P1
P
 2  3
1
2
V  100
Dd
D
3  100x
2.32  d

2.32
3
100
93
7

2.57 1.01
δ ag 
 2.32
100
 2.57
65
30
5


2.55 2.65 2.45
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
δag
……………………..(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
55
35 10


2.65 2.70  3

2.67 

100
55
35 10


2.65 2.70  3

Effective Specific Gravity
Bulk Specific Gravity
Apparent Specific Gravity
Comparison Specific Gravities
Component Diagram