1. Bölümü okumak için tıklayabilirsiniz: https://www.yolteknolojileri.com.tr/dijital/2022/kasim-aralik/26-makale-sfalt-/

Geri Kazanılmış Asfalt Kaplamalar (RAP)

Asfalt betonu mühendislikte en uygun kaplama malzemesidir. Asfalt karışımının karıştırma ve sıkıştırma işlemlerinde, oksidatif yaşlanma sonucunda asfalt bağlayıcıda kısa süreli yaşlanma adı verilen bir termal oksidatif reaksiyon meydana gelmektedir. Hizmet koşullarında asfalt, uzun süreli yaşlanma süreçleri olan çevresel faktörler ve trafik yükü nedeniyle sertleşecek ve kırılgan hale gelecektir. Asfalt karışımının mekanik özellikleri, trafik yükünü kaldıramayacak duruma gelinceye kadar yaşlanmanın etkisiyle zayıflayacaktır. Sonuç olarak yaşlanma, asfalt kaplamanın dayanıklılığını etkileyen hayati bir faktör haline gelmektedir. Asfalt kaplamanın hizmet ömrünü iyileştirmek için düzgün ve modifiye asfaltın yaşlanma mekanizmalarının araştırılması gerekmektedir. Ayrıca, araştırma gelecekteki asfalt kaplama tasarımı için öğretici olacaktır.

İstanbul Büyükşehir Belediyesi İSFALT AŞ olarak üretimin her aşamasında çevreyi ve ekolojik dengeyi koruyarak doğal kaynakların sürdürülebilirliğini ve daha düşük karbon ekonomisine geçişi hızlandırmak için çalışmalarına devam ediyor. Bu amaçla asfalt üretiminde geri dönüşüm oranını artırmak, bu yaklaşımı İstanbul’da yaygınlaştırmak ve bu sayede önemli derecede ekonomik ve çevresel kazanımlar elde etme hedefiyle Ar-Ge sürecini en iyi şekilde gerçekleştiriyor. Bu doğrultuda İstanbul Büyükşehir Belediyesi İSFALT Genel Müdürü Burak Korzay’ın “İSFALT yenilikçi hedeflerle yoluna devam ediyor!” adıyla kaleme aldığı 2 bölümden oluşan makalesinin 2. bölümünü sizlerle paylaşıyoruz.

Geri Kazanılmış Asfalt Kaplamanın (RAP) asfalt karışımlarında kullanımı, son kırk yılda geniş ilgi görmektedir. Ancak, Phoenix, Arizona gibi sert sıcak iklim bölgelerindeki asfalt karışımlarında RAP kullanımı, RAP’ın yaşlanma özellikleri ve performans verilerinin eksikliği nedeniyle yavaş ve dikkatli bir şekilde ele alınmıştır. Sahada üretilen Sıcak Karışım Asfalt Karışımlar (HMA) kullanılarak RAP karışımları laboratuvarda değerlendirilmiştir. Ayrıntılı karışım tasarımı ile Phoenix'te üç test bölümü oluşturulmuştur. Birinci kesim kontrol (%0 RAP), ikincisi ve üçüncüsü sırasıyla %15 ve %25 RAP içeriğine sahip bölümler olarak değerlendirildi. İnşaat sırasında, gelişmiş laboratuvar karakterizasyon testleri için gevşek HMA karışımlarından örnekler alınmıştır. Test programı; rijitlik, kalıcı deformasyon, çatlama potansiyeli ve nem hasarı direncini kapsamaktadır. Ek olarak, ekstrakte edilen ve geri kazanılan bağlayıcılar üzerinde asfalt bağlayıcı testleri uygulanmıştır. RAP karışımları üzerindeki laboratuvar sonuçları; karışıma %15 ve %25 RAP eklenmesinin rijitliği arttırmada önemli bir etkiye sahip olmadığını, ancak tekerlek izi direncini iyileştirdiğini, karşılaştırılabilir çatlama performansına sahip olduğunu ve kabul edilebilir nem hasarı direncine sahip olduğunu göstermektedir. Ekstrakte edilen ve geri kazanılan bağlayıcılar üzerinde gerçekleştirilen bağlayıcı testi, asfalt karışımlarının test analizini destekleyen sonuçlar vermiştir. Üç test bölümünün saha performans izlemesi benzer performans gösterdi. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, bu çalışmada kullanılan yüzdelere kadar RAP'ın sürdürülebilir bir kaplama faaliyeti olarak dahil edilmesi önerilmiştir [1].

RAP karışımları üretmek için elektromanyetik tabanlı yöntemi kullanmanın fizibilitesi araştırıldı. Asfalt plentlerinin kurutucularındaki geleneksel ısıtma işlemi, eskimeyle birlikte azalmakta ve yüksek RAP içeren asfalt karışımların mekanik özelliklerinin azalmasına neden olmaktadır. Ek olarak, RAP asfalt plentleri (yani paralel akış, ters akış ve çift hazneli (barrel)), yüksek RAP asfalt karışımlarının üretilmesinde bazı kritik çekincelere sahiptir şöyle ki, RAP'da bulunan asfalt bağlayıcının kısmi aktivasyonu, saf bağlayıcı-gençleştirici ve RAP bağlayıcısı arasında üniform olmayan difüzyon, RAP agregalarının aşırı yaşlanması, yüksek fosil yakıt tüketimi konuları mekanik, çevresel ve ekonomik sonuçlara neden olmaktadır. Son zamanlarda, mikro çatlak iyileştirme ve buz çözme amaçları dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için kaplama endüstrisinde elektromanyetik tabanlı yaklaşımlar (örneğin mikrodalga radyasyonu) kullanılmıştır. Mikrodalganın gençleştirici olarak farklı atık motor yağı miktarları içeren RAP karışımını ısıtma ve hazırlama kapasitesi araştırıldı. Elektromanyetik radyasyon kullanılarak hazırlanan %80 ve %100 RAP'tan oluşan asfalt karışımlarının orta ve düşük sıcaklıklardaki kırılma özellikleri ve neme karşı duyarlılıkları belirlenmiş ve geleneksel kurutma fırınları (draft oven) yapılan karışımlarla karşılaştırılmıştır. Ayrıca farklı atık motor yağı (WEO) içeriklerinin gençleştirici olarak etkisi araştırılmıştır. Sonuçlara göre, elektromanyetik radyasyon kullanılarak RAP agregalarının ısıtılmasının yanı sıra WEO ilavesi asfalt karışımlarının çatlama direncini önemli ölçüde artırabilir. Ayrıca, RAP karışımlarının hazırlanması için önerilen yaklaşımın sürdürülebilirlik yönleri, enerji tüketimi, eşdeğer CO₂ emisyonu ve maliyet değerleri dikkate alınarak geleneksel yöntemle karşılaştırılmıştır. Karışımları mekanik ve sürdürülebilirlik yönlerine göre sıralamak için gri rasyonel analiz (GRA) yapılmıştır. Sonuçlar, yüksek RAP asfalt karışımlarının üretiminde elektromanyetik radyasyonun kullanılmasının, RAP asfalt karışımının sürdürülebilirlik yönlerini önemli ölçüde iyileştirebileceğini ortaya koymaktadır [2].

Yüksek oranda RAP içeren karışımların gevşeme özelliklerini geliştirmek ve gerilme toleransını artırmak için gençleştiriciler çok faydalı bulunmaktadır. Gençleştiriciler, maltenleri ve hafif bileşenleri ekleyerek ve asfaltenlerin birleşmesini azaltarak eskimiş asfalt bağlayıcının reolojik özelliklerini eski haline getirebilmektedir [3].

Gençleştirici kullanımının yaşlanmış bağlayıcının düktilitesini ve penetrasyon derecesini arttırdığını ve yumuşama noktasını ve viskoziteyi azalttığı belirtilmektedir [4]. Ayrıca, gençleştirici ilavesi, asfalt karışımlarının üretiminde daha yüksek RAP içeriklerinin kullanılmasının fizibilitesini sağlayarak önemli çevresel avantajlara yol açar şöyle ki tehlikeli emisyonların azalması, hammadde tüketiminin azalması ve çöp sahası oluşumunun azalması gibi faydalar oluşmaktadır [5-6]. RAP asfalt karışımlarını hazırlamak için kullanılan çeşitli gençleştirici türleri arasında, atık yağlar, yüksek sıcaklıklara karşı nispeten daha düşük duyarlılıkları nedeniyle, daha yüksek yaşlanma direncine neden oldukları için artan bir ilgi görmektedir [7-9]. Atık motor yağı (WEO), yüksek oranda RAP içeren asfalt karışımlarının yorulma ve termal çatlama direncini önemli ölçüde artıran, asfalt bağlayıcının uçucu bileşiklerine benzer kimyasal bileşimi dikkate alınarak eskimiş asfalt bağlayıcıyı gençleştirmek için çevre dostu bir çözüm olarak bulunmuştur [9-11].

RAP asfalt karışımlarını üretmek için yaygın olarak kullanılan kurutucuların kullanılması, aşırı yaşlanmaya, karışımların mekanik performansının düşmesine, bakım ve rehabilitasyon maliyetlerinin artmasına neden olmaktadır [12]. Ayrıca, bu teknolojiler, işlenmemiş agregaları istenen sıcaklıklara ısıtmak için önemli miktarda fosil yakıt tüketir ve bu da işletme maliyetlerini ve emisyonları artırır. Bir ton yüksek oranlı RAP asfalt karışımı üretmek için paralel akışlı, karşı akışlı ve çift tamburlu kurutucuların eşdeğer CO₂ emisyonunun sırasıyla 17,74; 21,77 ve 18,19 kg olduğu belirtilmektedir [13].

Günümüzde ileri teknoloji olarak mikrodalga, çevre dostu özellikleri ve yüksek verimli ısıtma özelliği nedeniyle birçok endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrodalga radyasyonları malzemeler içinde her yöne yayılır, salınımlı bir elektrik alanı oluşturarak iki kutuplu moleküllerin hızla dönmesine neden olur ve moleküller arasındaki sürtünme malzemede ısıyı indükler. Sıcaklık gradyanı malzemenin derinliğinde oluşturulan geleneksel ısıtma yönteminin aksine, mikrodalga radyasyonları aynı anda karışımın tüm noktalarını ısıtmaktadır. Bu nedenle mikrodalga ısıtma, enerji tasarrufuna ve emisyon azaltımına etkin bir şekilde katkıda bulunur. Araştırmacılar, yukarıda belirtilen avantajlardan yararlanarak bu yöntemi asfalt kaplama endüstrisinde geri dönüşüm [14-15], buz çözme [16] ve iyileştirme [17-18] amacıyla kullanırlar. Mikrodalga ile ısıtma işleminin asfalt bağlayıcının reolojik ve kimyasal özellikleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır [19-20].

World Highways, 2020 yılına kadar inşaat atıklarının %70'inin geri dönüştürülmesini vurgulayan “atık geri dönüşümü için 2020 vizyonu” raporunu yayınlamışdı [21]. Birleşik Krallık ‘ta inşaat mühendisliği ile ilgili projelerden her yıl 90 milyon tonun üzerinde inşaat, yıkım ve zemin hafriyatı atığı üretilmektedir. Rakam, Avrupa genelinde 1000 milyon tonu aşarak, çöp sahasına gitmek yerine yeniden kullanılması için değerli ve sürdürülebilir bir kaynak olduğunu kanıtlamaktadır. Mevcut senaryoda karayolu sektörü atık malzemeyi geri dönüştürmektedir. Ancak yol düzenlemeleri sadece tali yolların kaplanması için ideal olarak kabul edilmekte ve yüksek değerli bir ürün olarak görülmemektedir. Bitüm fiyatlarının yükseldiği mevcut senaryoda durum böyle değildir ve orijinal agregalarla RAP kullanımı hız kazanmaktadır [22].

Günlük 93 milyon varil petrol ve sıvı yakıt tüketimi talebiyle toplam petrol rezervleri nesiller boyu sürmeyecektir [23]. Bu tüketim rakamı; sadece diğer gelişmekte olan ülkeler petrol kullanımlarını artırdıkça artacaktır [24]. Mevcut petrol tüketim oranıyla rezervin 44 yıldan biraz fazla süreceği tahmin edilmektedir. Bu itibarla, ham petrolün tüketim oranı ve mevcudiyeti doğal olarak bitüm fiyatını etkileyecektir [25].

Avrupa'da yaklaşık 4500 sıcak karıştırma plent tesisi bulunmaktadır ve bu tesislerin üretim hızı saatte 25 ile 800 ton arasında değişmektedir. Asfalt genellikle yukarıda bahsedilen yöntemlerden biri ile üretilir ancak tesislerde en yaygın üretim prosesi sıcak karışım prosesi olarak bilinir [26]. Avrupa Asfalt Kaplama Birliği (EAPA) tarafından yayınlanan bir rapora göre, Birleşik Krallık, 300 tesisinden 25,7 milyon ton Asfalt Sıcak Karışımı üretti. Aynı yıl Birleşik Krallık'ta 5.000.000 ton RAP mevcuttu, ancak RAP içeren HMA karışımlarının yalnızca %15'i üretildi [26]. Bu bakımdan RAP uygulamalarında büyük bir ekonomi bulunmaktadır [27].

Modern HMA tesisleri, yeni asfalt için hammadde olarak kullanılan RAP'ı dahil edebilmeleri için modifiye edilebilme özelliğine sahiptir. Asfalt tesisleri, üç yöntemden biri kullanılarak karışımlarına RAP eklenecek şekilde değiştirilebilir. RAP ayrı bir kurutucuda önceden ısıtılarak eklenebilir. Asfalt karışımına bir aşamada soğuk RAP eklenebilir. RAP’ı ısıtmak ve bir araya toplamak için bir kombine kurutucu kullanmak diğer bir çözümdür [13].

RAP için ön/ayrı kurutucu uygulaması açıklanmaktadır. Ek bir kurutucu, RAP'nin ısıtılmasını, kulede tartma ve yığınlamayı tamamen atlayan sürekli bir moda dönüştürebilir. Bu yöntemde RAP, ekstra bir kurutucu tamburla doğrudan ön ısıtmaya tabi tutulur. RAP ikinci tamburda ölçülür, ısıtılır ve kurutulur ve daha sonra yığın tartılabilen ve gerektiğinde bir miksere aktarılabilen depolama kutularına aktarılır. İşlenmemiş agregalar birinci tamburda aşırı ısıtılır ve pug değirmen mikserine taşınır. RAP kurutucularının tasarımı, alev ve RAP arasında doğrudan teması önler bu da RAP'ta bulunan bitümün yanmasını önler. Bu işleme bir örnek paralel tamburdur. Geri dönüşüm paralel tambur ön kurutucular farklı çıkışlar için kullanılabilir [13].

Kapsamlı bir yaşam döngüsü değerlendirmesi gerçekleştirildi. Çeşitli geri dönüştürülmüş beton agregalarının (RCA) kaba agrega ağırlığı olarak %15, %30 ve %45'ini kullanarak, çeşitli Geri Dönüştürülmüş Beton Agregaları (RCA) içerikli asfalt karışımı üretimlerinde çevresel etkileri değerlendirmek için bir entegre çalışma gerçekleştirildi. Geleneksel karışımlar ile kıyaslandığında %15 ve %30 RCA içeren asfalt karışımlarının en iyi çevresel alternatifler olduğu gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, %45 RCA içeren asfalt karışımı, sıradan asfalt karışımlarına kıyasla tüm etki kategorilerinde çevresel profilde bozulmaya yol açmaktadır [28].

Mevcut bir yol kaplamasından kazılan asfalt betonu, inşaat için tamamen geri dönüştürülebilir bir malzemedir [29].

Geri kazanılmış asfalt kaplama (RAP) karışımları, sıcak karışım asfalt (HMA) kaplamalarda tekerlek izine karşı iyi direnç göstermiştir. Stiren-bütadien-stiren (SBS) gibi polimer modifiyeli bağlayıcılar içeren karışımlar da tekerlek izi ve çatlamaya karşı iyi performans göstermiştir. Saf bağlayıcı olarak SBS polimeri ile modifiye edilmiş bağlayıcılar içeren RAP karışımlarının tekerlek izi ve çatlama performansını belirlemek için kullanılan laboratuvar değerlendirmeleri; asfalt kaplama analizörü (APA) testi ve dolaylı çekme (IDT) testi yapılmıştır. Geri kazanılan RAP bağlayıcılarla harmanlanmış SBS polimeri ile modifiye edilmiş bağlayıcıların özellikleri de incelenmiştir. Bağlayıcı testleri, Superpave® PG kalite sisteminin tekerlek izi parametresi olarak G*/sin δ ve çatlama parametresi olarak G*sin δ'yi içeriyordu. Polimer modifiyeli asfalt bağlayıcıların tekerlek izi potansiyelinin bir göstergesi olarak son zamanlarda dikkat çeken çoklu gerilme sünme ve toparlanma testi de yapıldı. SBS polimeri ile modifiye edilmiş bağlayıcılar içeren RAP karışımları, farklı miktarlarda RAP malzemeleri içeren üretildi: %0, %15, %25 ve %35 oranları kullanıldı. APA ve Superpave IDT testlerinden, modifiye bağlayıcılara sahip RAP karışımları, HMA'daki RAP malzemelerinin miktarlarından bağımsız olarak iyi performans gösterdi. G*/sin δ ve G*sin δ parametreleri ve geri kazanım yüzdesi, polimerle modifiye edilmiş bağlayıcılarda farklı miktarlarda RAP bağlayıcıları gösterse de bu parametreler ve karışım performansı arasındaki ilişki açıkça tanımlanamadı [30].

Mevcut bir yol kaplamasından kazılan asfalt betonu, inşaat için tamamen geri dönüştürülebilir bir malzemedir [29].

Sonuçlar

Geri kazanılmış asfalt kaplama (RAP), yeniden inşaat, yeniden kaplama veya diğer inşaat faaliyetleri için asfalt kaplamalar kaldırıldığında üretilen malzemeler için kullanılan terimdir. RAP, durabil asfalt bağlayıcı ile kaplanmış yüksek kaliteli ve belli gradasyonda derecelendirilmiş agregalardan oluşur. Geri dönüştürülmüş asfaltların (RAP) kullanılması, malzeme ve enerji maliyetlerinde ve ayrıca çevresel faydalarda tasarruf sağlamaktadır. RAP karışımları, orijinal karışımlara eşit sonuçlarla pozitif performans tecrübelerine sahiptir. RAP kullanımına ilişkin temel kavramları anlayarak ve geliştirerek bu olumlu performansları daha fazla geri dönüşüm uygulaması konusunda uygulamak gerekmektedir.

NAPA (National Asphalt Pavement Association); Amerika Birleşik Devletleri'nde yeni asfalt kaplama yapımında yılda 89,2 milyon ton RAP kullanıldığını, tamamen geri dönüştürülebilir bir ürün olarak RAP'ın birçok uygulamasının olduğunu, tekrar tekrar kullanılabilir olduğunu, bunun da yüksek maliyetli ham madde malzeme ihtiyacını azalttığını, RAP'ın %94'ünden fazlasının yeni asfalt karışımlarında kullanılırken küçük bir yüzdesinin bağlanmamış agrega temelleri gibi diğer inşaat mühendisliği uygulamalarında kullanıldığını belirtmektedir. Bu bağlamda, yüksek düzeyde RAP içeren asfalt karışımların yıllardır uygulanmakta olduğunu, araştırmalarla yüksek düzeyde RAP içeren karışımlar üzerinde laboratuvar ve saha değerlendirmelerinin yapıldığını ve geri dönüştürülmüş karışımların yapısal performansının eşit olduğunu ve bazı durumlarda geleneksel karışımlardan daha iyi olduğunu ifade etmektedir. RAP stoklarının, ham agrega stoklarından daha az değişkenliğe sahip olduğu ve daha yüksek RAP yüzdelerinin kullanılmasının, üretilen asfalt karışımlarının değişkenliğinin artmasına yol açmadığı ifade edilmektedir.

İSFALT AŞ olarak RAP konusundaki deneyimlerimizi yeni alternatif seçenekler ile güçlendirerek çalışmalarımıza devam etmekteyiz.