Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli ... - Fırat Üniversitesi

6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), 16-18 May 2011, Elazığ, Turkey
The Effect of Pulse Compression to Physical
Properties of Asphalt Concrete
Abstract—In this study, the effect of pulse compression to
physical properties of asphalt concrete was investigated. The
experiment was carried out that be used brook material over the
aggregates and asphalt cement which was Diyarbakır
Metropolitan Municapility plants assurance and it was seen that
these materials were fixed suitable to the standarts. Marshall
stabilite experiment was made and the optimum bituminous
percent was determined that according to type II wearing course
aggregate gradation was prepared and with different bitumen
ratio was compared. The optimum bitumen and different pulse
counts, (50, 60, 70, 75, 80 and 90) total 36 items Marshall brikets
were prepared. In the result of these test, it was determined that
the most suitable 4% voit ratio which compression was obtained.
Keywords—Aggregate, optimum bitumen ratio, pulse count,
Marshall stability
B
Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde
Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi
I. GİRİŞ
İTÜMLÜ karışımların yetersiz sıkıştırılması;
deformasyona, ayrışmaya, tekerlek izi oluşumuna,
bölgesel çökmeye, sökülmelere neden olmaktadır. Bitümlü
sıcak karışımların hem laboratuar ortamında tasarım
işlemlerinin yapılması, hem de arazide esnek yol kaplaması
olarak uygulanmaları sırasında, beklenilen özellikleri
göstermesi ve yeterli dayanımlarının olması için sıkıştırma
işlemlerinin şartnamelere ve tekniğine uygun bir şekilde
yapılması önem arz etmektedir. Sıkıştırmanın önemi göz
önünde bulundurularak, laboratuar ortamında Marshall
sıkıştırma tokmağı veya son zamanlarda AASHTO-T 283 [1]
ile tasarım işlemleri sırasında numunelerin sıkıştırılması için
geliştirilen Superpave Gyratory (Yoğurmalı) kompaktör
laboratuar cihazları kullanılmakta; dönel kompaktör ile
bitümlü karışımların sıkıştırma işlemi boyunca, numunelerin
yoğunluğunu ölçmek ve kaydetmek mümkün olmaktadır.
Yoğurmalı sıkıştırmanın geliştirilmesinin amacı, numunelere
arazi şartlarına uygun yükleme yapmak, karışımın
sıkışabilirliğini
belirlemektir.
ve sıkıştırma problemlerini önceden
A.S. Karakaş 1 , B. Sayın 2 , B. Yıldızlar 3
1 İnş. Yük. Müh., İstanbul Üniversitesi, İstanbul/Türkiye, skarakas@istanbul.edu.tr
2 Dr. İnş. Yük. Müh., İstanbul Üniversitesi, İstanbul/Türkiye, barsayin@istanbul.edu.tr
3 Dr. İnş. Yük. Müh., İstanbul Üniversitesi, İstanbul/Türkiye, peace@istanbul.edu.tr
1
Çalışmada, Dicle Nehri’nden temin edilen dere
malzemesinin konkasörde kırılmasıyla elde edilen agregalar üç
cins ve değişik ebatlarda granüler malzeme olarak
kullanılmıştır. Granüler malzeme, Karayolları Fenni
Şartnamesi [2] Tip II’ye göre hazırlanarak bağlayıcı malzeme
olarak kullanılan AC 75-100 asfalt çimentosu ile karıştırılmış
ve numune sıkıştırma cihazı ile sıkıştırılmıştır. Hazırlanan 18
adet Marshall briketleri, Marshall deneyine tabi tutularak
optimum bitüm oranı ve asfalt betonunun fiziksel özellikleri
tespit edilmiştir. Ayrıca belediyelerin şehir içi yollarda ve
ilçelerde sıcak asfalt kaplamalarda dere malzemesi olarak
kullandığı, Dicle Nehri’nden temin edilen ve konkasörlerde
kırılarak kullanılan granüler agregalara yönelik aşınma, özgül
ağırlık ve hava tesirlerine karşı dayanıklılık deneyleri ile AC
75-100 asfalt çimentosuna ait laboratuar deneyleri
gerçekleştirilmiştir.
Optimum bitüm oranında yapılan sıkıştırmalar, stabilite
değerinin yüksek, akmanın düşük olması ve bitüm miktarı
bakımından daha ekonomik olmasından dolayı, diğer bitüm
oranlarıyla yapılan sıkıştırmalarla elde edilen sonuçlara göre
daha uygun olmaktadır. 75 darbe ile yapılan sıkıştırmada %4
boşluk oranına yaklaşılmış ve beton asfaltın bütün fiziksel
özelliklerinin sağlandığı görülmüştür. Hafif trafikli yollarda 50
darbeli sıkıştırmanın uygun olduğu görülmektedir. Bu yöntemle
yapılan çalışmalar bitümlü sıcak karışımların arazideki iklim,
trafik etkileri gibi çevre koşullarını dikkate alıp, laboratuar
ortamında çevre koşulları ve malzemenin sıkıştırılması gibi
arazi koşullarına uygun ortam sağlanmaktadır. Bu itibarla,
dizayn aşaması ve %4 hava boşluğunda en uygun numunelerin
elde edilmesi ve karışımın durabilitesini arttırması bakımından,
diğer dizayn deney yöntemlerine nazaran performans
bakımından daha iyi sonuç vermektedir.
Standart Marshall deneyinde; bitümlü karışımlara, Proktor
tokmağı kullanılarak numunenin üstüne ve altına 75 darbe
vurularak briketler hazırlanmaktadır. Ancak istenilen %4
boşluk oranının hangi darbe sayısında elde edileceği ve bu
esnada yoğunluğun değeri bilinmemektedir. Diğer bir yöntem
olan Superpave karışım tasarım yönteminde ise, asfaltın
sınıflandırılmasında farklı sıcaklık koşullarını dikkate alması
ve karışımın sıkışabilirliğinin etüt edilmesinde kullandığı

yoğurmalı pres cihazı ile diğer yöntemlerden daha avantajlı
olduğu düşünülmektedir. Bu yeni yöntemde yoğurmalı pres
kullanılması ile, karışım, arazi koşullarına benzer şekilde
sıkıştırılmakta, iri agregalar kullanılabilmekte, karışımın
sıkışabilirliği ve sıkıştırma problemleri önceden
belirlenebilmektedir [3-7]. Değişik bitüm oranlarında
hazırlanan 18 adet Marshall briketinden tespit edilen optimum
bitüm oranı olan %5.28 ile hazırlanan Marshall numunelerinin
alt ve üst yüzlerine Marshall tokmağı ile 50,60,70,75,80 ve 90
olmak üzere değişik darbe oranlarında vurularak sıkıştırma
yapılmıştır. Bu deneyler için her darbe sayısında üçer adet
olmak üzere optimum bitüm oranında toplam 18 adet numune
daha hazırlanmıştır. Deneylerin sonucunda %4 boşluk oranının
hangi sıkıştırma sayısında elde edileceği saptanmıştır. Bu
sıkıştırma derecesinde asfalt betonunun stabilitesi, bitümle
dolu boşluk oranı ve akma değerlerinin şartname limitleri
içinde kalıp kalmadığı araştırılmıştır. Ayrıca, darbe sayısı
referans alınarak, yoğunluk, stabilite, boşluk oranı, boşlukların
bitümle dolma oranı, bitüm oranı grafikleri elde edilmiş ve
değişik sayıdaki darbeli sıkıştırmanın asfalt betonunun fiziksel
özelliklerine etkisi araştırılmıştır.
II. AGREGA VE BITÜMLÜ KARIŞIMLARA UYGULANAN
DENEYLER
A. Dere Malzemesi Üzerinde Deneysel Çalışmalar
Dere malzemesi olarak söz konusu belediyeden temin edilen
agregadan (Şekil 1) aşınma tabakası için Tip II gradasyon limiti
ortalaması alınarak hazırlanan agrega üzerine yapılan deney
sonuçları Tablo 1’de ve şartname limitleri ile karşılaştırılması
ise Tablo 2’de verilmiştir.
Şekil 1: Aşınma tabakasında kullanılan agrega gradasyonu
Karayolları Genel Müdürlüğü Fenni Şartnamesi aşınma
tabakası Tip II’ye göre hazırlanan mineral agrega
gradasyonunda; iri agrega oranı %11.5, orta agrega oranı
%32.5, ince agrega oranı %49 ve filler oranı %7 olarak
alınmıştır.
2
A. S. Karakaş, B. Sayın, B. Yıldızlar
Tablo 1 : Agregaların fiziksel özellikleri [ASTM, 8-13]
Tablo 2: Deney sonuçları ve şartname sınırları
Tablo 3’ten görüleceği üzere, konkasörlerle kırılıp agrega
olarak kullanılan dere malzemesinin, KGM Fenni Şartnamesi
kriterlerini sağladığı, yapılan laboratuar deneyleriyle
anlaşılmıştır. Böylece, Şartname koşullarına uygun olan bu
malzemenin, asfalt betonu kaplamalarındaki bitümlü sıcak
karışımlarda kullanılmasında herhangi bir sakınca olmadığı
belirlenmiştir.
Deneysel çalışmada bitüm olarak AC 75-100 bitümü
kullanılmıştır. Bitüme ait fiziksel özellikler Tablo 3’te
verilmiştir.
Tablo 3: AC 75-100 Bitümüne Ait Fiziksel Özellikler
[TS, ASTM, 14-18]
B. Marshall Briketlerinin Hazırlanması
Dere malzemesinden hazırlanan agrega karışımlarına değişik
bitüm oranlarında (% 4,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5) bitüm ilave edilip,
her bitüm yüzdesinden üçer tane olmak üzere toplam 18 adet
numune, asfalt betonunun fiziksel özelliklerini ve optimum
bitüm oranını tespit etmek için hazırlanmıştır. Ayrıca darbeli
sıkıştırmanın asfalt betonu kaplamaların fiziksel özelliklerine
etkisini araştırmak için optimum bitüm oranı ve değişik
darbelerde (50,60,70,75,80,90) 18 adet daha bitümlü sıcak
karışım numunesi hazırlanarak sıkıştırma yapılmıştır.
Sıkıştırma aletinde 457 mm. yükseklikten serbest olarak düşen
sıkıştırma tokmağı ile numune yüzüne değişik darbelerde
sıkıştırma yapılmış ve işlem, aynı numune ters çevrilerek
tekrarlanıp Marshall numune briketleri hazırlanmıştır (Şekil 2).

Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi
Şekil 2: Marshal sıkıştırma tokmağı ve yoğurmalı kompaktör
Asfalt betonunun fiziksel özelliklerine ait şartname kriterleri
Tablo 4’te gösterilmiştir. Tablo 5’te KGM Yollar Fenni
Şartnamesine göre; hafif ve orta trafik yollarda esnek yol
kaplamalarının aşınma ve binder tabakaları için laboratuar
ortamında asfaltın fiziksel özelliklerine yönelik yapılacak olan
dizayn işlemlerinde uygulanacak minimum darbe sayısı 50
olup; ağır trafikli yollar, otoyollar ve tırmanma şeritlerinde ise
bu değer, minimum 75 olarak belirlenmiştir.
Tablo 4: Asfalt betonunun fiziksel özellikleri
Değişik bitüm oranlarıyla Marshall sıkıştırma aletinde 75
darbe uygulanarak hazırlanan numuneler üzerinde yapılan
deneysel çalışmalarda optimum bitüm oranı %5.28 olarak elde
edilmiştir.
Optimum bitüm yüzdesi olan %5.28 olmak üzere, değişik
darbe sayısında hazırlanan karışımlarda, darbe sayısı 75 olarak
gerçekleştiğinde, asfalt fiziksel özelliklerinde en yüksek
değerler elde edilmiştir. Buna göre, pratik özgül ağırlık
2.321 gr/cm 3 , stabilite 1236 kg, akma 3.32 mm, boşluk yüzdesi
5.92, bitümle dolu boşluk yüzdesi 65.86 ve agregalar
arasındaki boşluk yüzdesi 17.34 olarak elde edilmiştir (Şekil 3,
Şekil 4 ve Şekil 5).
(a)
3
Şekil 3: Darbe sayısına bağlı olarak (a) Pratik özgül ağırlık ilişkisi
(b) Stabilite ilişkisi
(a)
(b)
(b)
Şekil 4: Darbe sayısına bağlı olarak (a) Akma ilişkisi
(b) Boşluk oranı ilişkisi

Şekil 5: Darbe sayısına bağlı olarak (a) Asfaltla dolu boşluk ilişkisi
(b) Agregalar arasındaki boşluk ilişkisi
(a)
(b)
Optimum bitüm oranı olan % 5.28’te; minimum boşluk oranı
% 5.59 ve bu boşluk oranında darbe sayısı 90 olarak tespit
edilmiştir. Darbe sayısı 90 iken, akma miktarı 2.95 mm,
stabilite 918 kgf ve bitümle dolu boşluk oranı %67.23 olarak
bulunmuştur.
Değişik darbeler sayılarında optimum bitüm oranında
hazırlanan asfalt betonunda fiziksel özelliklerin Şartname
limitleri ile karşılaştırılması Tablo 5’te görülmektedir. Darbe
sayısı 75’e kadar stabilite ve akmanın arttığı, sonrasında ise,
söz konusu parametre değerlerinde azalma gerçekleştiği
belirlenmiştir.
Tablo 5: Asfalt betonu fiziksel özelliklerinin şartname limitleri ile
karşılaştırılması
III. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Darbeli sıkıştırmanın, asfalt betonunun fiziksel özelliklerine
etkisinin araştırılmasına yönelik olarak gerçekleştirilen
çalışmada, bitümlü karışımlarda kullanılan dere malzemesinin
aşınma dayanımı, hava tesirlerine karşı dayanıklılık ve özgül
4
A. S. Karakaş, B. Sayın, B. Yıldızlar
ağırlık değerlerinin şartname limitleri içinde kaldığı tespit
edilmiştir. Aşınma tabakasında kullanılacak karışım için
hazırlanan Marshall briketlerinde optimum bitüm oranı %5.28
olarak bulunmuştur. Optimum bitüm oranındaki numunelerin
stabilite, boşluk oranı, asfaltla dolu boşluk oranı ve akma
değerlerinin şartname limitleri içinde kaldığı deneysel olarak
belirlenmiştir.
Optimum bitüm yüzdesi olan %5.28 ve değişik darbelerde
(50,60,70,75,80 ve 90) olmak üzere toplam 18 adet Marshall
briketi hazırlanıp, Marshall deneyine tabi tutulmuştur. Deney
sonuçlarında; optimum bitüm oranı olan %5.28’de elde edilen
boşluk oranı, şartname limitlerine göre yüksek çıkmıştır.
Asfaltla dolu boşluk oranında, 50 darbe sayısında elde edilen
minimum değer, şartname limitleri altında kalmıştır. Akma ve
stabilite değerleri ise şartname limitleri içinde kalıp, 75 darbe
sayısında stabilite maksimum değer almış, akma ise en büyük
darbe sayısı olan 90’da, en küçük değerini alarak şartname
limitlerine uygun elde edilmiştir. 75 darbe ile yapılan
sıkıştırmada, %4 boşluk oranına yaklaşılmış ve beton asfaltın
diğer fiziksel özelliklerinin sağlandığı görülmüştür. Hafif
trafikli yollarda ise 50 darbeli sıkıştırmanın uygun olduğu
görülmektedir.
TEŞEKKÜR
Yazarlar, çalışmada kullanılan agregaların temin edilmesi
sürecindeki yardımlarından dolayı Diyarbakır Büyükşehir
Belediyesi yetkililerine ve deneysel aşamanın
gerçekleşmesinde katkıları bulunan Dicle Üniversitesi ve Fırat
Üniversitesi Ulaştırma ve Zemin Mekaniği Laboratuarları’na
teşekkür eder.
KAYNAKLAR
[1] AASHTO T 283 Standard method of test for resistance of compacted
hot mix asphalt (hma) to moisture-ınduced damage.
[2] Karayolları Genel Müdürlüğü, 2000, “Yollar Fenni Şartnamesi”,
Ankara.
[3] Superpave Mix Design, Superpave Series, No.2, SP-2, р.117, 1996.
[4] Superpave for the Generalist Engineer and Project Staff, Department of
Transportation Federal Highway Administration, National Highway
Institute,. Publication No. FHWA HI 97–031, USA, 1997.
[5] Brian, JC, Van Der Horst K, “Superpave Compaction”, Transportation
Conference Proceedings, pp. 264-267, 1998.
[6] William RV, Samuel HC, “Calculating air voids at specified number of
gyrations in superpave gyratory compactor”, Transportation Research
Board, Research Record 1630, pp. 117-125, 1998.
[7] Khan, ZA, WAHAB A, Asi HI, Ramadhan, R, “Comparative study of
asphalt concrete laboratory compaction methods to simulate field
compaction”, Construction and Buildings Materials, Vol. 12, pp. 373-
384, 1998.
[8] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, C 131-
2006, “Standard test method for resistance to degradation of small-size
coarse aggregate by abrasion and impact in the Los Angeles machine”,
USA, 2006.
[9] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, C 88-
2005, “Standard test method for soundness of aggregates by use of
sodium sulfate or magnesium sulfate”, USA, 2005.
[10] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, C 127-
88, “Test method for specific gravity and adsorption of coarse
aggregate”, Annual Book of ASTM Standards, USA, 1992.
[11] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, C 27-
1998, “Standard classification of fireclay and high-alumina refractory
brick”, USA, 1988.

Asfalt Betonun Fiziksel Özelliklerinde Darbeli Sıkıştırmanın Etkisi
[12] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, C 128-
88, “Test method for specific gravity and adsorption of fine aggregate.
Annual Book of ASTM Standards”, USA, 1992.
[13] American Society for Testing and Materials (ASTM) Standards, D 854-
2006, “Standard test methods for specific gravity of soil solids by water
pycnometer”, USA, 2006.
[14] TS 118 (ASTM D5), “Petrol Ürünleri-Bitümler ve Bitümlü Bağlayıcılar-
İğne Penetrasyonu Tayini”, Türk Standartları Enstitüsü. Ankara, 1998.
[15] TS 119, (ASTM D113), “Bitümlü Maddelerin Düktilite Deneyi İçin
Metot”, Türk Standartları Enstitüsü. Ankara, 1997.
[16] TS 120 EN 1427, (ASTM D36), “Bitümler ve Bitümlü Bağlayıcılar-
Yumuşama Noktası Tayini Halka ve Bilya Metodu” Türk Standartları
Enstitüsü, Ankara, 2003.
[17] ASTM D 92 REV A-2005, “Standard test method for flash and fire
points by cleveland open cup tester-ıp designation: 36/84 (89)”,
AASHTO No.: T48; DIN 51 376, 2005.
[18] TS 1087, (ASTM D70), “Bitümlü Maddelerde Özgül Ağırlık Tayini”.
Türk Standartları Enstitüsü, Ankara. 4-7, 1999.
5