Bitümlü sıcak karışımlarda grafen nanoplatelet katkı maddesi performansının incelenmesi

Karayolu üstyapılarında en yaygın kullanılan kaplama türü, birçok avantajından dolayı bağlayıcı malzeme olarak bitümün kullanıldığı esnek kaplamadır. Güvenli, konforlu, ekonomik ve sürdürülebilir yollar için bitümlü sıcak karışım (BSK) kaplamalar sıklıkla tercih edilmektedir. Ancak trafik, iklim ve çevre etkilerinden dolayı BSK kaplamalarda farklı bozulmalar meydana gelmektedir. Bu bozulmalara karşı kaplamaların daha dayanıklı hale getirilebilmesi amacıyla bitüm farklı katkı maddeleri ile modifiye edilmektedir. Bu çalışmada sağlamlığı, esnekliği ve ekonomik olması nedeniyle katkı maddesi olarak Grafen nanoplatelet (GNP) kullanılmıştır. Taguchi yöntemi ile belirlenen deney planına göre %0;0,35;0,70;1 GNP oranları; 145, 160, 175, 190°C karıştırma sıcaklıkları; 15,30,45,60 dakika karıştırma süreleri; 1000, 2000, 3000, 4000 rpm karıştırma hızları olmak üzere dört parametre ve dörder seviye kullanılarak 16 farklı karışım hazırlanmıştır. Bu karışımlara penetrasyon, yumuşama noktası, parlama noktası, elastik geri dönme, dönel ince film ısıtma kaybı (RTFOT), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve Marshall tasarım deneyleri yapılarak belirlenen parametre ve seviyelerin bitüm üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Çalışma sonucunda, GNP katkı maddesi saf bitümün penetrasyonunu ve RTFOT kütle kaybını azaltmış; yumuşuma noktasını, parlama noktasını, elastik geri dönme yüzdesini ve Marshall stabilitesini artırmıştır. Kullanılan 70/100 penetrasyonlu bitüm ile seçilen parametre ve seviyelerde yapılan çoklu yanıt performans indeksi (MRPI) optimizasyonu sonuçlarına göre optimum seviyeler %0,70 GNP oranı, 145°C karıştırma sıcaklığı, 15 dakika karıştırma süresi ve 2000 rpm karıştırma hızı olarak bulunmuştur. GNP, optimum karıştırma sıcaklığını 145°C'ye düşürerek enerji tasarrufu ve çevresel avantajlar sağlamıştır. Ayrıca bitümün sıcaklık hassasiyetini azaltarak yüksek sıcaklıklarda kalıcı deformasyon direncini, düşük sıcaklıklarda ise çatlama ve kırılma direncini artırmıştır.