Improvement of performance propertİes of bİtumen and bİtumİneous mİxtures by addİng sugar beet molasses

Abstract

Birçok ülkede de Türkiye gibi esnek üstyapılar en çok tercih edilen üstyapı türüdür. Esnek üstyapılarda kullanılan malzemelerin özelliğinden dolayı yapım ve onarım maliyeti oldukça pahalıdır. Maliyetlerin yüksek ve çok önem taşıdığından, bir diğer taraftan araç trafiğinin her gecen gün artmasından dolayı esnek üstyapı uygulama doğrultusunda muazzam yatırımlar yapılması gerekmektedir. Barizdir ki atık olarak elde edilen çeşitli ürünlerin doğaya terk edilmesi çevre kirliliği gibi büyük sorunlar getirmektedir. Günümüzde, çeşitli ürünlerin üretimi sırasında elde edilen yan ürün veya atıkların değerlendirilmesi üzerine çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Atıklar, yeni ürünlerin elde edilmesinde veya mevcut ürünlerde katkı maddesi olarak kullanılabilmektedir. Atık malzeme ve yan ürünlerin değerlendirilmesi çok kısıtlı olan doğal malzemelerin kullanımını azaltarak doğanın tahrip edilmesini önler ve diğer yandan malzemelerin atılmak üzere depolanmasını önleyerek çevrede oluşacak problemleri en aza indirilmesini sağlar. Son yıllarda, endüstriyel atıkların karayolu tabakalarında değerlendirerek ortadan kaldırılmaları için yapılan çalışmalar yaygınlaşmıştır. Şeker fabrikalarında şeker pancarı veya şeker kamışından şeker elde edilirken oluşan koyu, zor akıcı, suda çözülebilen ve karbonhidrat bakımından zengin şeker sanayi yan ürünü olan melas, katkı maddesi olarak bitüme ilave edilmesiyle bitümün reolojik özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla kullanılabilmektedir. Aynı doğrultuda, bu çalışmanın asıl amacı şeker pancarı melası ve melasa boroksiti ilave ederek (MEBSA) iki farklı katkı maddesi elde edildikten sonra bitümle karışımında, karışımın performansının artmasını sağlamaktır. Bu çalışmada melas ve boroksitle melasın karışımı, MEBSAyı adım adım % 1, 2, 3, 5, 7,5 ve 10 oranlarında bitümle karıştırılarak katkılı numuneler üretilmiştir. Bitümün reolojik özelliklerinin belirlenmesi için orjinal ve modifiye edilen bitüm örneklerine Brookfield viskozimetre cihazıyla viskozite deneyi yapılmış ve optimum viskozite değerleri belirlenerek, elde edilen modifiye bitüm ve katkısız saf bitüm örneklerine penetrasyon, yumuşama noktası ve bitümlü karışımların performanslarıyla ilgili Marshall stabilitesi ve soyulma deneyleri uygulanmıştır. Bunların yanı sıra, katkı maddeleri bitümlü sıcak karışımların üretim ve uygulama süreçlerinde enerji tasarrufuna yol açması, bitümün kısa dönem yaşlanmasının azalması ve işlenebilirliğin artması gibi faktörler göz önüne alınarak incelenmiştir. Son olarak maliyet açısından melas ve melas esaslı boroksit içeren katkı maddeleri, polimer kökenli Stiren Butadien Stiren'le kıyaslanarak, bitümlü sıcak karışımların fiyat/ton üzerindeki etkileri analiz edilmiştir.As in Turkey, in many other countries the most prevalent and preferred type of superstructure is observed to be the flexible pavements. Due to the special properties of materials used in the flexible pavements, costs pertinent to both construction and maintenance are quite exorbitant. Owing to important, yet, costly investments, besides, because of the incessant growth in traffic volume, implementation of flexible pavements necessitates substantial funding. It is obvious that disposal of various waste products in the nature would yield major problems including environmental pollution. Thus, numerous studies in several different contexts have hitherto been conducted to address application of by-products or waste products that are produced during or as a result of diverse manufacturing processes. Wastes are being used to produce novel products or are applied as additives to the existing ones. Treatment of by-products and waste products not only reduces application of scarce natural resources, but also prevents accumulation of materials intended to dump, which in turn impedes environmental destruction. In recent years, for the sake of waste elimination, a tendency toward utilization of industrial waste in preparation of road layers has emerged. Being a by-product of sugar mills, molasses is a dark, viscous, water-soluble, and carbohydrate-rich substance obtained from either sugar beets or cane sugar. This by-product is being added to bitumen as an additive in order to improve its rheological properties. In the same direction, the ultimate resolution of this study is to enhance performance of bitumen and bituminous mixtures by adding two different additives of sugar beet molasses and mixture of molasses and boric-oxide (hailed as MEBSA). In the course of this study, different samples containing varied percentages of additives were prepared. For both molasses and MEBSA, samples were prepared by gradually increasing the percentage of additives in the bitumen as 1, 2, 3, 5, 7.5 and 10 percent. Experimentations on efficacy evaluation of the aforestated additives on the rheology of the bitumen were initiated by conducting viscosity tests, carried out by the Brookfield Viscometer. Ensuing identification of the optimum viscosity ratios, comparisons among the original bitumen and bituminous mixtures were carried out through exertion of penetration tests, softening point tests, ductility tests and performance related tests such as Marshall Stability and stripping resistance tests. Furthermore, efficiency of the noted additives throughout both preparation and application processes of bituminous hot mixtures have been investigated with regard to some additional criteria, viz., energy saving, short-term aging of bitumen, and their workability. Ultimately, cost analyses were carried out to compare unit-prices of both the molasses and MEBSA additives to that of Styrene Butadiene Styrene, and to assess their impact on price per ton of asphalt mixtures