marshall PB100
Transkript
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 60C’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 Dd 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 ? Dd 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): Dd D V 100 D 100 Pag ag ag D Pb b 100 P P1 P 2 3 1 2 V 100 Dd 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