Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması

ISKENDER, EROL; Aksoy, Atakan; AYYILDIZ, Dündar

doi:10.17341/gazimmfd.619772

Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması

Dündar Ayyıldız, (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Atakan Aksoy, (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Erol İskender (Karadeniz Teknik Üniversitesi, Of Teknoloji Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Trabzon, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

11 0

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1847 - 1862 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.619772 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması

Öz:

Asfalt karışımlarda temel bozulma problemlerinin en aza indirgenmesi ve performans artışı sağlanabilmesi için çeşitli katkı maddeler kullanılabilmektedir. Bu katkı maddeleri arasında stiren-bütadiyen-stiren (SBS) katkısı en çok tercih edilen katkılar arasındadır. SBS’in tekerlek izi, su hasarı ve çatlama direncini arttırdığı, yorulma davranışını iyileştirdiği bilinmektedir. Ancak yüksek maliyeti ve bitüm ile olan zayıf uyumu nedeniyle kullanımında sorunlar yaşanabilmektedir. Nanokil, polimer modifiye bitümlere ilave edildiğinde, polimer modifiye bitümlerin depolama stabilitesini arttırabilmekte ve nihai asfalt karışımın mekanik özelliklerini geliştirebilmektedir. Bu çalışmada, farklı SBS oranlarında (%5, %4, %3, %2 ve %1) sabit %2 ve %3 nanokil ilavesinin etkisi su hasarı, tekerlek izi ve çatlama direnci yönüyle irdelenmiş, SBS oranının azaltılabilirliği sorgulanmıştır. Test sonuçlarına göre, %2nanokil-%3SBS oranı daha yüksek su hasarı ve deformasyon direnci göstermiştir.

Anahtar Kelime: Taş mastik asfalt SBS nanokil asfalt nanokompozit

Investigation of optimum composition ratio for SBS / nanoclay / bitumen nanocomposites in stone mastic asphalt mixtures

Öz:

Various additives can be used to minimize basic deterioration problems and to provide performance improvements in asphalt mixtures. The addition of styrene-butadiene-styrene (SBS) is among the most preferred additives. It is known that SBS increases rutting, water damage and cracking resistance and improves fatigue behavior. However, due to its high cost and poor compatibility with bitumen, problems may arise in its use. When nanoclay is added to polymer modified bitumen, it can increase the storage stability of polymer modified bitumen and improve the mechanical properties of the final asphalt mixture. In this study, the effect of nanoclay addition (2% and 3%) with different SBS rates (5%, 4%, 3%, 2% and 1%) was investigated in terms of water damage, permanent deformation and cracking resistance, reducibility of SBS ratio was questioned. According to the test results on stone mastic asphalt mixtures, 2% nanoclay3% SBS ratio was found to give higher water damage and low temperature cracking resistance than other modification options.

Anahtar Kelime: Stone Mastic Asphalt

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Wen G., Zhang Y., Zhang Y., Sun K., Fan Y., Rheological Characterization of Storagestable SBSModified Asphalts, Polym. Test. 21 (3), 295-302, 2002.
2. Mokhtari A., Nejad F.M., Mechanistic Approach for Fiber and Polymer Modified SMA Mixtures, Constr. Build. Mater., 36, 381-390, 2012.
3. Ghasemi M., Marandi S.M., Engineering Properties of SMA Mixtures/Polymer/ RGP Blends, Int. J. Transp. Eng., 2 (2), 97-106, 2014.
4. Golestani B., Nejad F.M., Galooyak S.S., Performance Evaluation of Linear and Nonlinear Nanocomposite Modified Asphalts, Constr. Build. Mater., 35, 197-203, 2012.
5. Galooyak S.S., Dabir B., Nazarbeygi A.E., Moeini A., Rheological Properties and Storage Stability of Bitumen/SBS/Montmorillonite Composites, Constr. Build. Mater., 24 (3), 300-307, 2010.
6. You Z., Mills-Beale J., Foley J.M., Roy S., Odegard G.M., Dai Q., Goh S.W., Nanoclay Modified Asphalt Materials: Preparation and Characterization, Constr. Build. Mater., 25(2), 1072-1078, 2011.
7. Yusoff N.I.M., Breem A.A.S., Alattug H.N., Hamim A., The Effects of Moisture Susceptibility and Ageing Conditions on Nano-Silica/Polymer-Modified Asphalt Mixtures, Constr. Build. Mater., 72 (15), 139-147, 2014.
8. Hamedi G.H., Nejad F.M., Oveisi K., Estimating the Moisture Damage of Asphalt Mixture Modified with Nano Zinc Oxide, Mater. Struct., 49 (4), 1165-1174, 2016.
9. Diab A., You Z., Effects of Regular-Sized and Nanosized Hydrated Lime on Binder Rheology and Surface Free Energy of Adhesion of Foamed Warm Mix Asphalt, J. Mater. Civ. Eng., 27 (9), 1-7, 2014.
10. İskender E., Evaluation of Mechanical Properties of Nano-Clay Modified Asphalt Mixtures, Measurement, 93, 359-371, 2016.
11. Pinnavaia T.J., Beall GW., Polymer-clay Nanocomposites, England: John Wiley and Sons Ltd, ISBN 978-0-471-63700-4, 2000.
12. Shafabakhsh G.H., Mirabdolazimi S.M., Sadeghnejad M., Evaluation the Effect of Nano-TiO2 on the Rutting and Fatigue Behavior of Asphalt Mixtures, Constr. Build. Mater., 54, 566-571, 2014.
13. Paul D.R., Robeson L.M., Polymer Nanotechnology: Nanocomposites, Polymer, 49 (15), 3187-3204, 2008.
14. Ray S.S., Okamoto M., Polymer/layered Silicate Nanocomposites: A Review From Preparation to Processing, Prog. Polym. Sci., 28 (11), 1539-1641, 2003.
15. Yang J., Tighe S., A Review of Advances of Nanotechnology in Asphalt Mixtures, Procedia - Social and Behavioral Sciences, 96 (6), 1269-1276, 2013.
16. Hossain Z., Zaman M., Hawa T., Saha M.C., Evaluation of Moisture Susceptibility of Nanoclay-Modified Asphalt Binders Through the Surface Science Approach, J. Mater. Civ. Eng., 27 (10), 1-9, 2014.
17. Shahabadi A.Z., Shokuhfar A., Nejad S.E., Preparation and Rheological Characterization of Asphalt Binders Reinforced with Layered Silicate Nanoparticles, Constr. Build. Mater., 24 (7), 1239-1244, 2010.
18. Liu G., van de Ven M., Wu S., Yu J., Molenaar A., Influence of Organomontmorillonites on Fatigue Properties of Bitumen and Mortar, Constr. Build. Mater., 33 (12), 1574-1582, 2011.
19. Yao H., You Z., Li L., Goh S., Mills-Beale J., Shi X., Wingard D., Evaluation of Asphalt Blended with Low Percentage of Carbon Micro-Fiber and Nanoclay, J. Test. Eval., 41 (2), 1-11, 2013.
20. Polacco G., Kriz P., Filippi S., Statstna J, Biondi D, Zanzotto L., Rheological properties of asphalt/SBS/clay blends, Eur. Polym. J., 44 (11), 3512-3521, 2008.
21. Jahromi S.G., Andalibizade B., Vossough S., Engineering Properties of Nanoclay Modified Asphalt Concrete Mixtures, Arabian Journal for Science & Engineering 35, 89-103, 2010.
22. Xiao F., Amirkhanian A.N., Amirkhanian S.N., Influence on Rheological Characteristics of Asphalt Binders Containing Carbon Nanoparticles, J. Mater. Civ. Eng., 23, 423-431, 2011.
23. Ameri M., Mohammadi R., Vamegh M., Molayem M., Evaluation the Effects of Nanoclay on Permanent Deformation Behavior of Stone Mastic Asphalt Mixtures, Constr. Build. Mater., 156, 107-113, 2017.
24. Pamplona T.F., Amoni B. de C., Alencar A.E.V. de, Lima A.P.D., Ricardo Nágila M.P.S., Soares J.B., Soares S. de A., Asphalt Binders Modified by SBS and SBS/Nanoclays: Effect on Rheological Properties, J. Braz. Chem. Soc., 23 (4), 639-647, 2012.
25. Fu H., Leidong X., Ming Y., Yao S., Storage stability and compatibility of asphalt binder modified by SBS graft copolymer, Constr. Build. Mater., 21, 1528-1533, 2007.
26. Wang S., Zhang Y., Zhang Y.K., SBS/Carbon Black Compounds Give Asphalts with Improved HighTemperature Storage Stability, Polym. Polym. Compos., 11 (6), 477-485, 2003.
27. Karayolları Genel Müdürlüğü Yayınları, Karayolları Teknik Şartnamesi, Ankara, Türkiye, 2013.
28. Kraton, Kraton D1101 A polymer data document, K0412 Europe, 2018.
29. Lu X., Isacsson U., Laboratory Study on the Low Temperature Physical Hardening of Conventional and Polymer Modified Bitumens, Constr. Build. Mater., 14 (4), 79-88, 2000.
30. Navarro F.J., Partal P., Martinez-Boza F., Valencia C., Gallegos C., Rheological Characteristics of Ground Tire Rubber-Modified Bitumens, Chemical Engineering Journal, 89, 53-61, 2002.
31. Airey G.D., Rheological evaluation of ethylene vinyl acetate polymer modified bitumens, Constr. Build. Mater., 16 (8), 473-487, 2002.
32. Zhuang C., Li N., Zhao W., Cai C., Effects of SBS Content on the Performance of Modified Asphalt, Mater. Sci. Eng., 216, 2017.
33. AASHTO T 283-03., Standard Method of Test for Resistance of Compacted Asphalt Mixtures to MoistureInduced Damage, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2014.
34. Tayfur S., Ozen H., Aksoy A., Investigation of Rutting Performance of Asphalt Mixtures Containing Polymer Modifiers, Constr. Build. Mater., 21 (2), 328-37, 2007.
35. Bostancioglu M., Oruç S., Effect of Activated Carbon and Furan Resin on Asphalt Mixture Performance, Road Materials and Pavement Design, 1 7(2), 512-525, 2016.
36. Yilmaz M., Kök B.V., Kuloglu N., Effects of Using Asphaltite as Filler on Mechanical Properties of Hot Mix Asphalt, Constr. Build. Mater., 25 (11), 4279-4286, 2011.
37. Arabani M., Tahami S.A., Assessment of Mechanical Properties of Rice Husk Ash Modified Asphalt Mixture, Constr. Build. Mater., 149, 350-358, 2017.
38. Crucho, J., Picado-Santos, L., Neves, J., Capitão, S., A Review of Nanomaterials’ Effect on Mechanical Performance and Aging of Asphalt Mixtures. Appl. Sci., 9 (18), 3657, 2019.
39. Wang, H., Guo, Y., Shen, A., Yang, X., Li, P. (2020). Effect of Nanoclays on Moisture Susceptibility of SBSModified Asphalt Binder. Adv. Mater. Sci. Eng., 2020.
40. Abdullah M.E., Zamhari K.A., Hainin M.R., Oluwasola E.A., Yusoff N.I., Hassan N.A., High Temperature Characteristics of Warm Mix Asphalt Mixtures with Nanoclay and Chemical Warm Mix Asphalt Modified Binders, J. Cleaner Prod., 122, 326-334, 2016.
41. Malarvizhi, G., Sabermathi, R., Kamaraj, C., Laboratory Study on Nano Clay Modified Asphalt Pavement, Int. J. Appl. Eng. Res., 10 (8), 20175-20190, 2015.
42. Goh S.W., Akin M., You Z., Shi X., Effect of Deicing Solutions on the Tensile Strength of Micro- or NanoModified Asphalt Mixtur, Constr. Build. Mater., 25 (1), 195-200, 2011.
43. Mousavinezhad, S. H., Shafabakhsh, G. H., Ani, O. J., Nano-clay and styrene-butadiene-styrene modified bitumen for improvement of rutting performance in asphalt mixtures containing steel slag aggregates, Constr. Build. Mater., 226, 793-801, 2019.
44. Zapién-Castillo, S., Rivera-Armenta, J. L., ChávezCinco, M. Y., Salazar-Cruz, B. A., Mendoza-Martínez, A. M., Physical and rheological properties of asphalt modified with SEBS/montmorillonite nanocomposite. Constr. Build. Mater., 106, 349-356, 2016.
45. Bhargava, S., Raghuwanshi, A. K., Gupta, P. Nanomaterial Compatibility and Effect on Properties of Base Bitumen Binder and Polymer Modified Bitumen. IJISET-Int. J. Innovative Sci., Eng. & Technol., 3 (6), 276-282, 2016.
46. Martínez-Anzures, J. D., Zapién-Castillo, S., SalazarCruz, B. A., Rivera-Armenta, J. L., Antonio-Cruz, R. D. C., Hernández-Zamora, G., & Méndez-Hernández, M. L., Preparation and properties of modified asphalt using branch SBS/nanoclay nanocomposite as a modifier. Road Materials and Pavement Design, 20 (6), 1275- 1290, 2019.
47. Robert F.L., Kandhal P.S., Brown E.R., Dah Y.L., Kennedy T.W., Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction, second ed., NAPA Education Foundation, Lanham, Maryland, 248-485, 1996.
48. Ghile D.B., Effects of Nanoclay Modification on Rheology of Bitumen and on Performance of Asphalt Mixtures, Master Thesis, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 2006.
49. Liu D.L., Yao H.B., Bao S.Y., Performance of NanoCalcium Carbonate and SBS Compound Modified Asphalt, Zhongnan Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/J. Cent. South Univ. (Sci. Technol.), 38 (3), 579-582, 2007.
50. Ma F., Zhang C., Fu Z., Performance and Modification Mechanism of Nano-CaCO3 Modified Asphalt, Wuhan Ligong Daxue Xuebao Jiaotong Kexue Yu Gongc Ban, 2007.
51. Brown E.R., Kandhal P.S., Zhang J., Performance Testing for Hot Mix Asphalt, National Center for Asphalt Technology Auburn University, Alabama NCAT Report 01-05 November 2001.
52. Sarışın E , Yalçın E , Öner J., Analysis of rheological properties of modified bitumen with hybrid polymers. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 36 (1), 201-212, 2021.
53. Arslan D., Gürü M., Çubuk M.K., Çubuk M., Farshbafian F.K., Investigation of rheological and mechanical properties of kaolin-clay modified bitumen, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (3), 1409-1419, 2020.
54. Chelovian A., Shafabakhsh G., Laboratory evaluation of Nano Al2O3 effect on dynamic performance of stone mastic asphalt, Int. J. Pavement Res. Technol., 10 (2), 131-138, 2017.
55. Ghasemi M., Marandi S.M., Tahmooresi M., Kamali R.J., Taherzade R., Modification of Stone Matrix Asphalt With Nano-Sio2, J Basic Appl Sci Res, 2 (2), 1338-1344, 2012.
56. Ashish, P., Singh, D., Bohm, S., Evaluation of rutting, fatigue and moisture damage performance of nanoclay modified asphalt binder. Constr. Build. Mater., 113, 341-350, 2016.
57. Li, R., Xiao, F., Amirkhanian, S., You, Z., & Huang, J., Developments of nano materials and technologies on asphalt materials - a review. Constr. Build. Mater., 143, 633-648, 2017.
58. Farias, L., Leitinho, J., Amoni, B., Bastos, J., Soares, J., Soares, S., Sant’Ana, H., Effects of nanoclay and nanocomposites on bitumen rheological properties. Constr. Build. Mater., 125, 2016.
59. Hossain, Z., Elsayed, A., Use of Nanoclays as Alternatives of Polymers Toward Improving Performance of Asphalt Binders. Transportation Consortium of South-Central States, Project No. 17BASU01, 2018.

APA	AYYILDIZ D, Aksoy A, ISKENDER E (2021). Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. , 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
Chicago	AYYILDIZ Dündar,Aksoy Atakan,ISKENDER EROL Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. (2021): 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
MLA	AYYILDIZ Dündar,Aksoy Atakan,ISKENDER EROL Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. , 2021, ss.1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
AMA	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. . 2021; 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
Vancouver	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. . 2021; 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
IEEE	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E "Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması." , ss.1847 - 1862, 2021. 10.17341/gazimmfd.619772
ISNAD	AYYILDIZ, Dündar vd. "Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması". (2021), 1847-1862. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.619772

APA	AYYILDIZ D, Aksoy A, ISKENDER E (2021). Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(4), 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
Chicago	AYYILDIZ Dündar,Aksoy Atakan,ISKENDER EROL Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.4 (2021): 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
MLA	AYYILDIZ Dündar,Aksoy Atakan,ISKENDER EROL Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.4, 2021, ss.1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
AMA	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
Vancouver	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 1847 - 1862. 10.17341/gazimmfd.619772
IEEE	AYYILDIZ D,Aksoy A,ISKENDER E "Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.1847 - 1862, 2021. 10.17341/gazimmfd.619772
ISNAD	AYYILDIZ, Dündar vd. "Taş mastik asfalt karışımlarda SBS/nanokil/bitüm nano-kompozitler için optimum bileşim oranının araştırılması". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/4 (2021), 1847-1862. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.619772