DİATOMİT MODİFİYE ASFALTLAR-TÜRKİYE İÇİN YENİ BİR PERSPEKTİF

BA/MA in Economics Turgay ÖMÜR, BENTAŞ Bentonit AŞ, Ordu.

Prof. Dr. Atakan AKSOY, KTÜ, İnşaat Müh. Bölümü 61080 Trabzon.

Doç. Dr. Erol İSKENDER, KTÜ, İnşaat Müh. Bölümü 61080 Trabzon.

Maden Müh. Seyit Ali YILDIRIM, ABT Lab.ve Müş. Hiz.A.Ş İstanbul.

BA/MA in Economics Turgay ÖMÜR, BENTAŞ Bentonit AŞ, Ordu.

Özet

Diatomit; doğal oluşan, yumuşak, silisli bir sedimanter kayaçtır. Kolaylıkla ince toz halinde parçalanabilen malzemedir. Diatomitin tipik kimyasal bileşenleri silika, alümina ve demir oksittir. Diatomit bir asfalt modifiyeri olarak, düşük maliyeti, geniş rezervleri ve yüksek emme yeteneği özellikleriyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Literatür incelemeleri, diatomitin, su hasarı, yorulma, tekerlek izi, yaşlanma problemlerine karşı asfalt karışımların performansını artırdığını, karışımlarda kimyasal reaksiyon değil fiziksel bir karışım ile iyileştirme mekanizması sunduğunu, bitüm stabilizörü özelliği olduğunu, düşük sıcaklık çatlama problemini iyileştirme noktasında etkili ve etkisiz tanımlamaların yapıldığını gösterektedir. Filler olarak kullanılabilmesi, doğrudan bitüme katılabilmesi, belirtilen performans problemlerini iyileştirmesi, çoklu katkı seçeneklerine uygun olması, plentlerde depolanma stabilite yönlü işlevi, bitüm film kalınlığını homojen koruması, karışım reglaj özelliği göstermesi, yaşlanma problemlerini iyileştirmesi nedeni ile üretim ve geri dönüşüm koşulları bakımından konstrüktif üstünlükler ve kolaylık sağlaması nedenleri ile diatomit modifiye asfaltların Türkiye için önemli bir güncel perspektif olduğu değerlendirilmektedir. Yüzey alanını artırarak adezyon mekanizmasını iyileştirmektedir. Rafineri teknolojilerinin gelişmesi ile bitümlerin azalan performansı söz konusu olabilmektedir. Ayrıca artan trafik yük koşullarında performans artışlarının ve çoklu katkı seçeneklerinin artık bir zorunluluk olarak görüldüğü açıktır. Diatomit belirtilen performans iyileştirmeleri sağlarken bir yandan da güncel katkı maddeleri de bir uyum içerisindedir. Diatomitin, dünyada geniş uygulama alanları ele alındığında, belirtilen performans yaklaşımları ile Türkiye’de de bulunabilirliği noktasında, diatomitin asfalt modifiyeri olarak kullanılmasının büyük bir katma değer potansiyeli olduğu değerlendirilmektedir. Bu araştırmada diatomit modifiye asfaltların performans kazanım konuları, literatür değerlendirmesi bağlamında yapılmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Diatomit, Asfalt Karışımlar, Yaşlanma, Yorulma, Soyulma, Tekerlek İzi, Düşük Sıcaklık Çatlaması

Abstract

Diatomite; it is a naturally occurring soft siliceous sedimentary rock. It is a material that can easily be crushed into powder. Typical chemical constituents of diatomite are silica, alumina and iron oxide. Diatomite is widely used as an asphalt modifier for its low cost, large reserves and high absorption ability. Literature reviews show that diatomite improves the performance of asphalt mixtures against water damage, fatigue, rutting, aging problems, offers a mechanism of improvement with a physical mixture, not a chemical reaction in the mixtures. It has a bitumen drainage inhibitor stabilizer feature. Effective and ineffective definitions are made to improving the low temperature cracking problem. Constructive advantages in terms of production and recycling conditions due to its ability to be used as filler, to be directly added to bitumen, to improve specified performance problems, to be suitable for multiple additive options, its storage stability function in plants, to keep the bitumen film thickness homogeneous, to show mixture regulation feature, to improve aging problems and diatomite modified for reasons of convenience is considered to be an important subject for Turkey asphalt perspective. It improves the adhesion mechanism by increasing the surface area. With the development of refinery technologies, the decreasing performance of bitumen may occur. It is also clear that performance increases and multiple modifier alternatives are now a necessity under increasing traffic load conditions. While diatomite provides specified performance improvements, current additives are also in harmony. Diatomite, when taken wide range of applications in the world, Turkey also in the availability and performance approaches specified point, is considered to be a great value-added potential of diatomite used as asphalt modifier. In this research, performance gain issues of diatomite modified asphalts are made in the context of literature review.

Keywords: Diatomite, Asphalt Mixtures, Aging, Fatigue, Peeling, Tire Track, Low Temperature Cracking

DİATOMİT MODİFİYE ASFALT

Farklı diatomit içerikleri ile eriyik harmanlama yöntemi ile modifiye asfalt bağlayıcılar hazırlandı. Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FTIR) Spektroskopisi, diatomitin kimyasal özellikler üzerindeki etkilerini test etmek için kullanıldı. Diatomitin etkileri, modifiye asfaltların fiziksel özellikleri ve dinamik reolojik davranışı bakımından irdelendi. Yüksek sıcaklıkta depolanma stabilitesi ve modifiye asfaltların yaşlanma özellikleri araştırıldı. Deneysel sonuçlara göre, asfalt bağlayıcı ve diatomit arasında kimyasal reaksiyon oluşmadı. Depolanma stabilite testleri diatomit modifiye asfaltın, diatomit içeriğinn %20’den az olması durumunda, çok stabil olduğunu gösterdi. Asfaltta diatomit içeriğinin artması ile hem vizkozite gem de modifiye asfalt bağlayıcıların kompleks modül değerleri yüksek sıcaklık koşullarında hızla artmaktadır. Bununla birlikte diatomit modifiye asfalt, sıcaklığın 5℃ altına düşmesiyle daha düşük faz açısı ortaya koydu. Sonuç olarak, diatomit modifiye asfalt bağlayıcıların vizkoelastik özellikleri modifiye edildiğinde yüksek sıcaklıklarda deformasyon direncinin ve düşük sıcaklıklarda termal çatlama direncinin iyileştiği görülmektedir. Diatomitin asfalt bağlayıcıya ilavesi bağlayıcı ve diatomit tozları arasında bütünüyle fiziksel bir harmanlanmanın olduğunu, diatomit içeriğinin artması ile modifiye asfalt bağlayıcıların depolanma stabilitesinin azaldığı, bununla birlikte diatomit modifiye asfaltın en alt ve en üstü arasındaki yumuşama noktası farklarının, diatomit içeriğinin %20 değerinden az olması durumunda 1.5℃’den fazla olmadığını, diatomitin vizkoziteyi artırdığı ve termo oksidatif yaşlanmayı dikkate değer biçimde etkilemediği görüldü. DSR test sonuçları, sıcaklığın 5℃’den fazla olması durumunda modifiye asfalt bağlayıcıların daha yüksek kompleks modül ve daha düşük faz açısı oluşturduğunu, buna karşın BBR test sonuçlarına göre diatomitin asfalta ilave edildiği zaman rijitlik artışının oluştuğunu ve m değerinin -10℃ ve -18℃ sıcaklıklarda farklı değişimler gösterdiğini işaret etti. Diatomit asfaltın oksidayonunu kısıtlamakta ve asfaltın sertleşme sürecini azaltmktadır [1].

Asfalt kaplamalar donma çözülme döngüleri ile su hasarına maruz kalırlar. Öğütülmüş kaçuk (CR), TMA modifiyesi için kullanıldı. Bu karışımlarda, diatomit ve SBS katkılarının donma önleyici performans etkileri, CR modifiye TMA üzerinde araştırıldı. Hava boşluğu, dolaylı çekme dayanımı, dolaylı çekme rijitlik modulu değerleir bu karışımlar için sorgulandı. Donma çözülme döngülerinin artmasıyla hava boşluğu değerleri artmaktadır. Dolaylı çekme mukavemeti ve dolaylı çekme rijitlik modülü değerleri donma çözülme döngüleri ile azalmaktadır. Diatomit ve SBS ilavesi, CR modifiye karışımlarda hava boşluğunu azaltmakta olup dolaylı çekme mukavemeti ve rijitlik modülünü artırmaktadır. SBS modifiye olan karışım, üç farklı karışım türü için, en düşük hava boşluğunu, en yüksek çekme dayanımını ve en geniş rijitlik modülünü göstermektedir. Diatomit, daha kalın bir asfalt filmi oluşturmak ve CR parçacıkları ve agregalar etrafında ankrajlı bir yapı oluşturmak üzere, asfaltın daha düşük moleküler grupları ve daha düşük aromatik molekülleri absorbe etmekte ve hava boşluğunu azaltmaktadır. Agregalar arası kohezyon artmakta ve karışımın içsel direnci artmaktadır. Diatomit kullanılarak inşa edilen kaplama, çevresel ve ekonomik avantajları göz önüne alındığında uygun bir seçim olacaktır. Sadece iyi bir antifriz performansı sunmakla kalmaz, aynı zamanda CR ve diatomit gibi atık malzemelerin yeniden kullanımı da gerçekleştirilmiş olacaktır [2].

Diatomit ile modifiye edilmiş asfalt karışımlarının laboratuvar deney sonuçları, deneme yolunun gözlemlenen sonuçlarıyla tutarsızdır. Bunun nedenini bulmak için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC), Kızılötesi Spektroskopi (IR), Dinamik Mekanik Analiz (DMA), kiriş bükme testi, tek eksenli sıkıştırma testi, Termal Gerilme Sınırlandırılmış Numune Testi (TSRST) ve Termal İletkenlik (TC) testleri, diatomitle modifiye edilmiş asfalt karışımlarının düşük sıcaklık performansını değerlendirmek ve diatomitin modifiye etme mekanizmasını araştırmak için kullanıldı. Bu araştırmada diatomit modifiye asfalt ve saf asfalt dahil olmak üzere üç tür karışım kullanılmıştır. Test sonuçlarının analizleri, Changbai ve Linjiang diatomit partiküllerinin asfaltta iyi dağıldığını ve asfalta diatomit eklendikten sonra yeni bir fonksiyonel grup oluşmadığını ve asfalt karışımının termal fiziksel özelliklerinin değiştiğini göstermektedir. Bu mekanik test sonuçlarından, diatomit ile modifiye edilmiş asfalt karışımlarının, saf asfalt karışımından daha iyi düşük sıcaklık performansına sahip olduğu değerlendirilmektedir. SEM testi, Changbai ve Linjiang diatomitinin gözenekli bir yapıya sahip olduğunu ve diatomit parçacıklarının asfalt içinde iyi dağıldığını ve topaklaşma olgusu olarak görünmediğini göstermektedir. DSC testi, diatomit ile modifiye edilmiş asfaltların camsı geçiş sıcaklık değerlerinin, modifiye edilmiş asfaltın arzu edilen bir özelliği olan saf asfalttan daha düşük olduğunu ve prematüre çatlama olasılığının azaltılabildiğini işaret etmektedir. Dinamik mekanik analiz indekslerine göre, diatomit ile modifiye edilmiş bağlayıcıların yüksek ve düşük sıcaklıklarda iyi performans göstermektedir [3].

Diatomit, olağan kireçtaşı tozuna kıyasla asfalt kaplama yapımında mineral fillere uygun bir alternatif olma potansiyeline sahip olduğu için yeni bir kaynak olarak giderek daha fazla ilgi görmektedir. Çeşitli oranlarda diatomit içeren kum asfalt kompozitlerinin mekanik ve anti-deformasyon özellikleri, olağan kireçtaşı tozu içeriği ile optimum ikame içeriğini belirlemek üzere, tek eksenli basınç kırılma testi, tek eksenli basınç tekrarlı sünme testi ve düşük sıcaklıkta yarma testi ile incelenmiştir. Diatomitin kireçtaşına oranı olarak (0:1, 0.25:0.75, 0.5:0.5, 0.75:0.25 ve 1:0), çeşitli hacim oranlarına sahip beş kum asfalt grubu, SLD yöntemi ile belirlenmiştir. Sonuçlar, kum asfalt kompozitlerinin basınç dayanımının, anti-deformasyon özelliklerinin ve düşük sıcaklıkta çatlama direncinin diatomit kullanımıyla iyileştirildiğini ortaya koymaktadır. Ayrıca, kireçtaşının diatomite optimal oranı (0.327: 0.673) değeri, sekant modülü ve sünme şekil değiştirme sonuçlarına göre SLD yöntemi ile belirlenmektedir [4].

Trafik yoğunluğunun hızla artması nedeniyle, yüksek trafikli otoyollarda, aşırı yük nedeniyle, tekerlek izi, termal çatlama ve su hasarı gibi kaplama sorunları oluşmaktadır. Asfalt karışımlarının modifikasyonu, bu hasar modlarını azaltmak ve asfalt kaplamanın performansını artırmak için en yaygın çözümdür. Asfalt karışımlarında bir modifier olarak diatomit veya lignin lifinin etkisi üzerine inceleme yapıldı. Seçilen katkı maddelerinin asfalt karışımı performansı üzerindeki etkinliğini değerlendirmek için, tekerlek izi, dolaylı çekme, üç noktalı eğilme, donma çözülme yarma ve Marshall daldırma gibi çeşitli testler uygulandı. İnceleme, diatomit katılmasının asfalt karışımlarının yüksek sıcaklıkta tekerlek izi direncini artırdığını gösterdi. Bazı araştırmacılar, asfalt karışımların düşük sıcaklık performansında, asfalt bağlayıcının %12-%14 değeri olarak belirtilen optimum diatomit miktarında karışıma eklenebileceğini, bununla birlikte düşük oranda iyileşme sağlandığını ifade etmektedir. Buna karşılık, lignin elyafı, asfalt karışımlarının düşük sıcaklıkta çatlama direnci üzerinde önemli bir etkiye sahiptir; bununla birlikte, asfalt karışımının yüksek sıcaklık tekerlek izi direnci üzerindeki etkisi sınırlıdır ve optimum lignin lifi miktarı asfalt karışımı bileşimi başına % 0,2-%0,4’tür. İnceleme ayrıca, tekil katkı maddelerinin asfalt karışımının genel performansını artırma kabiliyetine sahip olmadığını da belirtti. Sonuç olarak, çift olarak katkı maddelerinin kullanılması aynı zamanda asfalt karışımlarının genel performansını artırabilir, ancak tek modifikasyona yoğunlaşan önceki tüm araştırmalar nedeniyle karayolu mühendisliği uygulamasında hala erken bir aşamadadır. Ayrıca bu inceleme, diatomit ve lignin elyaf bileşiği ile modifiye edilmiş asfalt karışımının gelecekteki kullanımının genel karışım performansını artırabileceğini göstermektedir. Diatomit ve lignin fiberin asfalt karışımların su hasarı direnci üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu, tekil katkı kullanımının bütünsel performans türleri bakımından yetersiz kaldığı, hem tekerlek izi hem de düşük sıcaklık çatlamasını çözmek için çift katkı seçeneğini kullanmanın en iyi alternatif olduğu, asfalt karışımların çevresel koşullar altında bütünsel performansının geliştirilmesinde diatomit ve lignin fiberin birlikte kullanılmasının ileriki araştırmalar için uygun olacağı değerlendirilmektedir [5].

Asfaltın yaşlanması, asfalt kaplamanın performansını önemli ölçüde etkiler. Bu nedenle, karışımın yaşlanma önleyici özelliğini iyileştirmek için diatomit ve mineral tozunun asfaltın yaşlanma özelliklerine etkileri sistematik olarak araştırılmıştır. Laboratuvarda kısa süreli yaşlandırmayı gerçekleştirmek için ince film fırın testi (TFOT) kullanıldı. Asfalt mastiklerinin yumuşama noktaları, penetrasyonları, force düktilite, düşük sıcaklık sünme özellikleri ve viskoziteleri sırasıyla TFOT öncesi ve sonrasında test edilmiştir. Sonuçlar, fillerin artmasıyla birlikte kalan penetrasyon yüzdesinin (PRP) arttığını gösterdi. Asfalt mastiklerin yumuşama noktası (Δ𝑇), düktilite kalma oranı (DRR), deformasyon enerji yaşlanma indeksi (JAI) ve viskozite yaşlanma indeksi (VAI) artışı, filler maddelerinin artmasıyla doğrusal olmayan bir şekilde azalmıştır. Asfaltın yaşlanması diatomit ve mineral tozu ile azaltıldı. Diatomitin yaşlanma önleyici etkisi ise gözenekli yapısı nedeniyle mineral tozundan daha iyiydi. Asfalt karışımının termal oksidatif yaşlanmasını azaltmak için mineral tozunun diatomit ile makul şekilde değiştirilebileceği önerilmektedir. Optimal diatomit içeriği %12,8 olarak önerilmektedir. Diatomit asfalt mastiğinin (DA) çekme kohezyon kopma mukavemeti, mineral toz asfalt mastiğinden (MA) daha yüksektir. DA’nın düktilitesi, MA’ninkinden daha azdır. Diatomit, JAI analizi açısından çekme kohezyon özelliği üzerinde daha iyi yaşlanma önleyici etkiye sahiptir. Diatomitin daha geniş özgül yüzey alanı, DA’nın daha iyi bir kohezyon kuvveti ile sonuçlanır. Termal oksidatif yaşlanma ve fillerler, viskozite ve rijitliğin artmasına neden olur. Artan rijitlik, kopma mukavemetine ulaşan ve daha sonra asfaltın akmadan önce kırılmasına neden olan bir gerilmeye neden olur. Bu aynı zamanda akma özelliğini ve düktiliteyi de azaltır [6].

Asfalt mastik performansını iyileştirmek için, asfalt mastiğe bir modifiye edici olarak diatomit veya bazalt lifi eklendi. Sonuçlar, asfalt mastiğinin bazı özelliklerinin iyileştirildiğini göstermektedir. Farklı içeriklere sahip on üç grup diatomit ve bazalt elyaf (DBFCMAM) bileşiği ile modifiye edilmiş asfalt mastik hazırlanmıştır. DBFCMAM’ın yüksek sıcaklık performans değerlendirmesi için yumuşama noktası, koni penetrasyonu, viskozite ve DSR testleri yapılırken, DBFCMAM’ın düşük sıcaklık performans çalışmasında force düktilite ve BBR testleri kullanılmıştır. Sonuçlar, DBFCMAM’ın yüksek sıcaklık performansının arttığını gösterdi; buna karşın force düktilite testinin sonuçlarına göre diatomit ve bazalt lifiyle geliştirilmiş DBFCMAM’ın düşük sıcaklık performansı arttı; ancak BBR test verilerinin sonucu, force düktilite testiyle tutarsız bulundu. Özet olarak, DBFCMAM’ın yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık özelliklerinin iyileştiği görülmektedir [7].

Asfalt karışımın çevresel sıcaklıkları ve su etkileri altındaki performansı ve bu konudaki temel zayıflıkları, araştırmacıların uygun katkı maddeleri kullanarak asfalt karışım özelliklerini değiştirmeye çalışmasına neden olmuştur. Asfalt karışımlarına yeni bir diatomit ve lignin elyaf kompoziti ekleyerek asfalt kaplamanın çatlama önleyici performansı ve su hasarı stabilitesi iyileştirmesi amaçlandı. Laboratuvarda, kontrol asfalt karışımı (CAM), diatomit modifiye asfalt karışımı (DMAM), lignin fiber modifiye asfalt karışımı (LFMAM) ve diatomit-lignin fiber kompozit modifiye asfalt karışımı (DLFMAM) dahil olmak üzere dört tip asfalt karışımı hazırlandı. Asfalt karışımlarının performansını değerlendirmek için düşük sıcaklıkta eğilme testi, Marshall Daldırma testi ve donma-çözülme yarma testi kullanılmıştır. Sonuçlar, lignin elyafının diatomit ile kombine edilmesinin, asfalt kaplama performansında diğer üç tip karışımdan daha fazla artışa yol açtığını ortaya koymaktadır. Diatomit, asfalt karışımının su hasarı direnci üzerinde lignin elyafından daha fazla önemli bir etkiye sahiptir. Öte yandan, diyatomitin çatlama önleyici performans üzerinde küçük bir etkisi vardır; bu arada, lignin elyaf, asfalt karışımlarının çatlama direncinde önemli bir gelişme göstermiştir. DLFMAM, tüm asfalt karışımları arasında en iyi performansa sahiptir. Bu nedenle, bu çalışma kompozit asfalt karışımlarının tasarımı için iyi bir referans olmaktadır [8].

Petrolden elde edilen bitümü modifiye etmek için kaya asfaltı (RA) veya diatomit kullanılmaktadır. RA ve diatomitin bitümlü kompozitlerin reolojik özellikleri üzerindeki potansiyel etkisi araştırıldı. Petrol bitümüne üç farklı dozajda RA ve diatomit ilave edildi: Ağırlıkça % 18RA, % 13RA+%7 diatomit ve %16RA+% 9 diatomit kullanıldı. RA ve diatomit ile modifiye edilmiş bitümlerin reolojik özellikleri incelendi. Dinamik kesme reometresi (DSR), Brookfield rotasyon viskozite testi ve taramalı elektron mikroskobu testi ile sıcaklık tarama ve frekans tarama testleri uygulandı. Petrol bitümüne RA ve diatomit eklenmesinin, bitüm numunelerinde görünen viskoziteyi, dinamik kayma modülünü ve tekerlek izi direncini önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. Bununla birlikte, DSR testi, RA ve diatomit ile modifiye edilmiş bitümlerden yapılan kompozitlerin yorulma performansında hafif bir düşüş olduğunu gösterdi. Genel olarak, RA ve diyatomit, performans iyileştirmesi amacıyla petrol bitümü için iyi modifiyerlerdir [9].

Diatomit, büyük rezervlerde bulunan inorganik bir doğal kaynaktır. Diatomitin asfalt karışımlar üzerindeki etkileri iki aşamalı değerlendirildi. İlk aşamada, diatomiti mineralojik özellikler, kimyasal bileşimler, parçacık boyutu dağılımı, mezo boşluk dağılımı, morfoloji ve IR spektrumları açısından karakterize edildi. İkinci aşamada, diatomit içeren asfalt karışımlarının kalıcı deformasyon, çatlama, yorulma ve nem direncine atıfta bulunan yol performansları incelendi. Diatomitin karakterizasyonu, yüksek SiO₂ içeriğine ve geniş özgül yüzey alanına sahip gözenekli bir malzeme olduğunu göstermektedir. Asfalt emilimine katkıda bulunur ve bu nedenle asfalt ve agrega arasında bağlanmayı geliştirir. Ancak FTIR sonuçlarına göre kimyasal reaksiyon yerine fiziksel absorpsiyon meydana gelir. Diatomitli asfalt karışımlarının kalıcı deformasyona ve neme karşı direnci, kontrol karışımlarına göre çok üstün bulunmuştur. Ancak diatomit ilavesi, asfalt karışımının çatlama ve yorulma direncini iyileştirme konusunda yetersizdir. Günümüzde, SBS ile modifiye edilmiş bitüm yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, diğer modifiyerler için olduğu gibi, ya çok pahalıdırlar ya da literatüre göre daha az iyileştirme etkisi göstermektedirler. Düşük fiyatlar, kolay modifikasyon prosedürleri ve iyi modifikasyon etkilerine sahip yeni değiştiriciler ivedi talep görmektedir [10].

Pürüzlü yüzeyi, yüksek sertliği, asit ve alkali direnci, aşınma direnci, kaymayı önleme özelliği, gözenekli yapısı, bileşen aktivitesi, kararlı özellikler vb. özellikleri nedeniyle asfalt karışımlarda kullanılmaktadır [11-12].

%4 diatomit içerikli bağlayıcı maddenin yorulma direnci artmaktadır. Modifiye edilmiş asfalt bağlayıcıların farklı içerik değerinde fiziksel özellikleri, dinamik reolojik davranışları, depolama kararlılığı ve yaşlanma özellikleri incelendi. Sonuçlar, bağlayıcıların hem viskozitesinin hem de kompleks modülünün diatomit ilavesiyle yüksek sıcaklıklarda hızla arttığını göstermektedir. Saf asfalt bağlayıcılarla karşılaştırıldığında, modifiye asfalt bağlayıcıların yüksek sıcaklık deformasyonuna ve düşük sıcaklıkta çatlamaya karşı direnci büyük ölçüde iyileştirilmiştir [13].

Diatomit ile modifiye edilmiş asfalt karışımlarının kaplama performansları incelendi. Diatomitin asfalt karışımlarının düşük sıcaklık performansı üzerindeki etkisini değerlendirildi. Sonuçlar, karışımın eğilme şekil değiştirmesi enerji yoğunluğunun diatomit ilavesiyle arttığını göstermektedir [14-15].

SBS ile modifiye asfalt karışımın dinamik stabilitesinin en yüksek olduğunu, bunu diatomitle modifiye edilmiş asfalt karışımı ve kontrol asfalt karışımının izlediği belirtilmektedir [16].

Diatomit ile modifiye edilmiş asfalt karışımların buzlanmayı önleme performansının arttığı ifade edilmektedir [17].

Diatomit ile modifiye edilmiş asfalt karışımlarının yorulma ömrünün aynı gerilim seviyeleri altında kesinlikle iyileştirildiği öne sürülmektedir [18].

Diatomitin asfalt karışımının stabilitesini ve yarma mukavemetini iyileştirdiği vurgulanmaktadır [19].

Diatomit modifikasyonunun orta sıcaklık ve yüksek sıcaklıkta asfalt mastiğindeki iyileştirmesinin kireç, sönmüş kireç ve uçucu külden daha önemli olduğu belirtilmektedir [20].

Diatomit, yüksek emme kapasitesi ve stabiliteye sahiptir. Düşük maliyetli çözüm üretir ve önemli miktarda depolamaya sahip olarak yaygın kullanılan bir mineraldir. Çin’de asfalt modifikasyonu için yaygın olarak kullanılmaktadır [6, 21-22].

Asfalt karışımların performansını iyileştirmek için kullanılan bir modifiyerdir [21, 23-24].

Asfalt modifiyeri olarak diatomit kullanılan çalışmada düşük sıcaklık stabilitesi incelendi. Düşük sıcaklık eğilme testi ile PE ve diatomit kompozitlerin düşük sıcaklık çatlama direnci sorgulandı. Sonuçlar, PE ve diatomit katkılı karışımların düşük sıcaklıkta çatlama direnci performansının üstün olduğunu ve PE ve geleneksel karışımlardan daha iyi performans sergilediğini göstermektedir [25].

Asfalt bağlayıcıyı modifiye etmek için parça kauçuk (CR) ve diatomit kullanılmıştır. Hazırlama yöntemi olarak yaş proses benimsenmiş ve ilk olarak buna karşılık gelen hazırlık süreci belirlenmiştir. Altı hazırlama parametresinin (CR konsantrasyonu, diatomit konsantrasyonu, karıştırma süresi, kesme hızı, karışım sıcaklığı ve depolama süresi) modifiye edilmiş asfalt bağlayıcı özellikleri (25 ° C’de penetrasyon, yumuşama noktası, düktilite, 135 ° C’de viskozite) üzerindeki etkileri, elastik geri dönüş ve penetrasyon indeksi) incelenmiş ve çoklu yanıt optimizasyonu, yanıt yüzeyi yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, yumuşama noktaları, viskozite, elastik geri kazanım ve penetrasyon indeksinin arttığını, CR konsantrasyonunun artmasıyla penetrasyon ve düktilitenin azaldığını ortaya koymuştur. Bağlayıcının elastik geri kazanımı üzerinde çok az etkisi olan diatomit konsantrasyonunun artmasıyla penetrasyon ve düktilite azalırken, yumuşama noktaları, viskozite ve penetrasyon indeksi artar. Kesme sıcaklığı penetrasyon, yumuşama noktası, viskozite ve düktilite üzerinde önemli etkiler göstermiştir. Kesme hızı, kesme süresi ve depolama süresi, benzer etki mekanizmaları nedeniyle bağlayıcı özellikleri üzerinde benzer etkilere sahiptir. Tepki yüzeyi yönteminden elde edilen modele dayalı olarak, deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında olumlu doğruluğa sahip olan, belirli kriterlere karşılık gelen optimize edilmiş hazırlık parametreleri belirlenebilir [26].

Diatomit modifiye asfalt karışımın hazırlanması için direkt ve indirekt yöntemler kullanılabilir. Direkt harmanlama yöntemi kullanıldığında, diatomit mineral tozu olarak asfalt ve agrega karışımına ilave edilir. İndirekt yöntemi kullanıldığında, karışımın hazırlanmasından önce diatomitle modifiye edilmiş asfalt bağlayıcı hazırlanır [27]. İki harmanlama yönteminin yaklaşık olarak aynı karışım etkisine yol açtığını belirtilmektedir [28].

Optimum diatomit dozajı olarak %13 oranı, bağlayıcıların ve karışımların düşük sıcaklık performansı dikkate alındığında, önerilmektedir. %10-%13 oranları mantıklı dozajlar olarak görülmektedir [29].

Literatürde, direkt katma yöntemi kullanıldığında, diatomit ve asfaltın kütle katma oranı olarak %12 değerinde örnek hazırlanması uygundur denilmektedir. Diatomit parçacıkları, esas olarak 5µm ve 50µm arasında yoğunlaşmıştır. Kümülatif dağılım sonuçları, diatomit parçacık boyut oranlarının, 14.48µm ve 36.52µm’den küçük kısımlarının sırasıyla %50 ve %90 değerlerine ulaştığını göstermektedir. Diatomit ve kireçtaşı tozları ortalama parçacık boyutu benzerdir. Dikkati çeken konu, ortalama parçacık boyutunun dispersiyon ve asfalttaki fillerle uyum noktasında en etkili faktör olduğudur [10].

SONUÇ

Diatomit modifiye asfaltların karışımlarda bitüm drenaj önleyici özelliğinin bulunduğu, köpük benzeri bir yapı oluşturduğu, bitüm ağırlığına göre %15’e kadar oranlarda kullanılabildiği, özgül yüzey alanını önemli ölçüde artırarak adezyon sağladığı, ıslak (nemli) agregalara adezyon konusunu güçlendirerek özellikle plentler ve uygulama bakımlarından üstünlükler sunduğu, soğuk alanlarda kullanımda düşük sıcaklık performansı bakımından lif yapı oluşturan modifiyerler ile de kullanılabileceği, buzlanmayı önleme bakımından fonksiyon yerine getirdiği, yorulma performansını artırdığı ve uzun dönemli performans bakımından bu konunun avantajlı olduğu, özelliği gereği üretim koşullarının-plent koşullarının-saha koşullarının iyileşmesine ve asfalt endüstrisinin kalitesinin artmasına bütünsel katkı sunduğu, filler olarak kullanılabildiği, rafineri ve saha koşullarındaki yaşlanma problemini azalttığı ve bu yönle de geri dönüşüm stratejilerini güçlendirdiği, inorganik fiziksel etki ile karışım uniformitesini-uygunluğunu artırdığı (hetorejenliği homojen mantığa dönüştürme), bitüme kolaylıkla karıştırılabildiği, su hasarını, tekerlek izini ve yorulma performansını artırdığı değerlendirilmektedir. Güncel eğilimler, kazanılan tecrübeler, diatomitin yararları ve belirtilen diğer konular bir bütün olarak ele alındığında, diatomitin asfalt endüstrisi için güncel, yenilikçi ve stratejik çözümler üreten bir katkı maddesi olduğu değerlendirilmektedir.

Rafineri teknolojilerinin gelişmesi ve ham petrol içerisinden daha fazla ürünün alınabilmesi nedeniyle bitümlerin azalan performansını artırmak ve daha yükselen trafik yüklerine karşı koyabilmek için katkı uygulamaları güncel bir konu olmuştur. Çoklu katkı seçenekleri aynı anda kullanılarak yüksek performans elde etmek için tercihler oluşturulmaktadır. Konstrüktif gerçekler de ayrıca bunu gerektirebilmektedir. Tekerlek izi problemini azaltmak için SMA (stone mastic asphalt) asfalt karışımlar uygulanmaktadır. Kullanılan kaba agreganın büyük oranda örneğin bazalt oluşu, bu agregalarda filler eksikliğinin yaşanması, çoklu katkı seçeneklerinin bu tür karışımlarda uygulanma zorunluluğu karşısında, diatomit katkısının yukarıda sıralanan avantajları ile birlikte, asfalt endüstrisi için önemli çözüm üreten bir noktada kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Kalite kontrol birimlerinde yapılacak dizayn çalışmaları bağlamında, diatomit modifiye asfaltlar, dünyada uygulandığı gibi, Ülkemizde de başarılı bir şekilde kullanılabilecektir.

KAYNAKLAR

1. Cong P, Cen S, Cen H. Effects of diatomite on the properties of asphalt binder, Construction and Building Materials, Volume 30, May 2012, Pages 495-499.

2. Wei H, Li Z, Jiao Y. Effects of Diatomite and SBS on Freeze-Thaw Resistance of Crumb Rubber Modified Asphalt Mixture, Advances in Materials Science and Engineering Volume 2017, Article ID 7802035, 14 pages https://doi.org/10.1155/2017/7802035.

3. Yi-qiu T, Lei Z, Xing-you Z. Investigation of low-temperature properties of diatomite-modified asphalt mixtures, Construction and Building Materials, Volume 36, November 2012, Pages 787-795.

4. Cheng Y, Zhu C, Tao J, Jiao Y, Yu D, Xiao B. Effects of Diatomite–Limestone Powder Ratio on Mechanical and Anti-Deformation Properties of Sustainable Sand Asphalt Composite, Sustainability 2018, 10, 808; doi:10.3390/su10030808, www.mdpi.com/journal/sustainability

5. Yue Y, Abdelsalam M, Luo D, Khater A, Musanyufu J, Chen T. Evaluation of the Properties of Asphalt Mixes Modified with Diatomite and Lignin Fiber: A Review, Materials 2019, 12, 400; doi:10.3390/ma12030400 www.mdpi.com/journal/materials

6. Cheng Y, Tao J, Jiao Y, Guo Q, Li C. Influence of Diatomite and Mineral Powder on Thermal Oxidative Ageing Properties of Asphalt, Advances in Materials Science and Engineering, Hindawi Publishing Corporation, Volume 2015, Article ID 947834, 10 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2015/947834

7. Cheng Y, Zhu C, Tan G, Lv Z, Yang J, Ma J. Laboratory Study on Properties of Diatomite and Basalt Fiber Compound Modified Asphalt Mastic, Advances in Materials Science and Engineering, Volume 2017, ArticleID 4175167, https://doi.org/10.1155/2017/4175167 Hindawi

8. Abdelselam M, Yue Y, Khater A, Luo D, Musanyufu J, Qin X. Laboratory Study on the Performance of Asphalt Mixes Modified with a Novel Composite of Diatomite Powder and Lignin Fiber, Appl. Sci. 2020, 10, 5517.

9. Huang W, Wang D, He P, Long X, Tong B, Tian J, Yu P. Rheological Characteristics Evaluation of Bitumen Composites Containing Rock Asphalt and Diatomite, Appl. Sci. 2019, 1023; doi:10.3390/app9051023

10. Yang C, Xie J, Zhou X, Liu Q, Pang L. Performance Evaluation and Improving Mechanisms of Diatomite-Modified Asphalt Mixture, Materials 2018, 11, 686; doi:10.3390/ma11050686.

11. Sun, Y.S.; Chen, X.L.; Han, Y.X.; Zhang, B. Research on Performance of the Modified Asphalt by Diatomite-Cellulose Composite. Adv. Mater. Res. 2010, 158, 211–218.

12. Jiang, L.; Liu, Q.L. Application of Diatomite Modified Asphalt. Appl. Mec. Mater. 2013, 477–478, 959–963.

13. Cong, P.; Chen, S.; Chen, H. Effects of diatomite on the properties of asphalt binder. Constr. Build. Mater. 2012, 30, 495–499.

14. Zhang, Y.B.; Zhu, H.Z.;Wang, G.A.; Chen, T.J. Evaluation of Low Temperature Performance for Diatomite Modified Asphalt Mixture. Adv. Mater. Rer. 2011, 413, 246–251.

15. Tan, Y.; Zhang, L.; Zhang, X. Investigation of low-temperature properties of diatomite-modified asphalt mixtures. Constr. Build. Mater. 2012, 36, 787–795.

16. Chen, Y.Z.; Li, Z.X. High Temperature Stability of Modified Asphalt Concrete. Appl. Mec. Mater. 2013, 438–439, 391–394.

17. Wei, H.; He, Q.; Jiao, Y.; Chen, J.; Hu, M. Evaluation of anti-icing performance for crumb rubber and diatomite compound modified asphalt mixture. Constr. Build. Mater. 2016, 107, 109–116.

18. Chen, W.F.; Gao, P.W.; Li, X.Y.; Le, J.; Jin, S. Effect of the New Type Diatomite Modifier on the Pavement Performance of Asphalt Mixture. J. Mater. Sci. Eng. 2007, 25, 578–581.

19. Bao, Y.N.; Jiang, X.H. Study on Laboratory Test of Road-performance of Diatomite-asphaltMixture. Highway Eng. 2010, 35, 018.

20. Cheng Y et al., Influence of the properties of filler on high and medium temperature performances of asphalt mastic, Construction and Building Materials, vol. 118, pp. 268–275, 2016.

21. Song Y, Che J, Zhang Y. The interacting rule of diatomite and asphalt groups, Petroleum Science and Technology, vol. 29, no. 3, pp. 254–259, 2011.

22. Y. Q. Tan, L. Zhang, and X. Y. Zhang, “Investigation of lowtemperature properties of diatomite-modified asphalt mixtures, Construction and BuildingMaterials, vol. 36,pp. 787–795, 2012.

23. Kietzman JH, Rodier CE. Effect of diatomite filler on performance of asphalt pavements. Transp Res Rec 1984:8–19.

24. Tan Y, Shan L, Fang J, Zhang X. Anti-cracking mechanism of diatomite asphalt and diatomite asphalt mixture at low temperature. Southeast Univ 2009;25(1):74–8.

25. Qiusheng HU, Gang Z. The Research on Improvement of Low Temperature Stability for Diatomite Modified Asphalt Mixture with PE Particles, Int. Journal of Engineering Research and Applications www.ijera.com ISSN : 2248-9622, Vol. 5, Issue 1( Part 2), January 2015, pp.01-05.

26. Liu H, Zhang M, Jiao Y, Fu L. Preparation Parameter Analysis and Optimization of Sustainable Asphalt Binder Modified by Waste Rubber and Diatomite, Hindawi, Advances in Materials Science and Engineering Volume 2018, Article ID 3063620, 14 pages.

27. Zhou Z. Experimental Study on Mix Design of Diatomite Modified Asphalt Mixture. Master’s Thesis, Jilin University, Changchun, China, 2008.

28. Yin H.Y. Research on the Modification Mechanism of Diatomite and Dry Mixing of Diatomite-modified Asphalt Miture. Master’s Thesis, Chongqing Jiaotong University, Chongqing, China, 2012.

29. Zhang YB et al. Evaluation of Low Temperature Performance for Diatomite Modified Asphalt Mixture. Adv. Mater. Rer. 2011, 413, 246–251.