Bitümlü Malzemeler

Tanım: Polimerizasyon yolu ile zincir şeklinde,bağlı çok büyük moleküller meydana getirerek sertleşen maddelerdir. Bu büyük moleküller monomer adı verilen daha küçük moleküllerin lineer bağlarla veya hem lineer hem de yanal bağlarla bağlanması sonunda meydana gelir. Polimerizasyon olayı ısıtma, oksijen etkisinde bırakma veya vakum uygulayarak suyunu alma gibi yollarla yapılmaktadır. Zincir şeklindeki dev moleküllerin arasındaki çekim ve bağ kuvvetleri polimerlerin özelliklerini sağlar.Yanal bağları zayıf zincirlerden oluşan polimerler yumuşak, kuvvetli olanlar sert ve ısıya dayanıklı maddeleri meydana getirir. Molekülün ağırlığını, boyunu, yanal bağları istenildiği gibi ayarlayarak istenilen özellikte malzeme elde edilebilir. Üretim kimya endüstrisince yapılmaktadır. Karbon sülfürler de eriyen maddelere bitüm, bitümün doğal veya yapay mineral dolgu maddeleriyle karışımına asfalt denir.

Bitümlü maddeler siyah renkli ve reçine karakterinde organik maddelerden meydana gelmiştir. Bu organik maddelerin molekülleri zincir şeklinde dizilmiş karbonlu hidrojen monometrelerden meydana gelmiştir. İrilerine asfaltenler, ufaklarına reçineler adı verilir. Bunlar asfaltik bir yağ içinde bulunurlar. Molekülleri bu şekilde dolayısıyla bitümlü maddelerin belirli bir ergime dereceleri yoktur. Isıtıldıkları zaman katı halden sıvı hale geçiş yavaş ve yumuşama yoluyla olur. Katı haldede belirli bir plastikliğe sahiptirler. Üzerlerine sürüldükleri katı cismin yüzeyine yapışırlar. Suya dayanıklı,su geçirmeyen asit ve tuzlarla reaksiyon yapmayan, atıl ve izolasyon özelliği yüksek maddelerdir.

Bitümlü maddeler elde ediliş şekillerine göre 4 gruba ayrılır:

· Tabii,doğal asfaltlar
· Kaya asfaltları
· Petrol asfaltları
· Katranlar

Asfalt

Asfalt veya işlenmiş haliyle asfalt çimentosu doğada bulunabileceği gibi büyük çoğunlukla petrol rafine işleminin bir yan ürünü olarak elde edilir. Asfaltın kimyasal yapısı hidrokarbonların kompleks bir karışımıdır. Ancak içinde yaklaşık oranlarda şu elementler bulunur.

C……………………%70-85
H……………………%7-12
N……………………%0-1
S…………………….%1-7
O……………………%0-5
serki.com
C/H oranı asfaltın davranış ve özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Bu oran düştükçe asfaltın moleküler ağırlığı ve viskozitesi de düşer. Kolloidal bir yapıda bulunan asfaltın yapısal elemanlarının şekilde görüldüğü gibi aşağıdaki öğelerden oluştuğu varsayılır.

Asfaltinler-C/H oranları 0.8 den büyük, siyah, sert, geniş, yüksek moleküler ağırlıklı, viskoz hidrokarbon molekülleri.

Rezinler- C/H oranları 0.4-0.8 arasında değişen, orta moleküler ağırlık ve orta viskozitesi olan hidrokarbon molekülleri.

Yağlar-C/H oranları 0.4 den küçük en hafif moleküler ağırlıkta, en açık renkte ve en az viskoz hidrokarbon molekülleri.

Doğal asfalt

Göl asfaltları- bu tip asfalt göllerinin en büyüklerine venezuella  (Bermudez), Trinidad  (Tobago) da rastlanmıştır. Kaynaklarda ince kum, ve bitümden oluşan malzemede yaklaşık %39 oranında bitüm vardır. Bu haliyle hazır karayolu kaplama malzemesi olarak doğrudan kullanılabilir. Bunların dışında bazı çukurlarda, oyuklarda birikintiler halinde asfaltlara rastlanırsa da bu kaynaklardan ekonomik olarak yararlanılamaz.

Kum asfaltları-Bu tip asfaltlar kumların içinde karışık olarak bulunur. En önemlileri Kanada (Alberta), Amerika (Gilsonite) da bulunur. Kum asfaltlarına yurdumuzda da Antalya yöresinde rastlanmaktadır. Ancak önemli bir ekonomik değeri yoktur.

Kaya asfaltları-Bu tip asfaltlar kaya yarıklarında damarlar halinde bulunur. Asfaltit adı verilen bu tür kayalara bir çok yerde rastlamak mümkündür. Amerika Kentuck’de en önemli kaynaklardan biri bulunmaktadır. Bu tip kayalar parçalanarak uygun yol malzemesi haline dönüşebilir.

Asfaltitler petrolün metamorfizması ile oluşmuş doğal asfalt benzeri maddelerdir. Güneydoğu Anadolu’da 20 değişik yerde tahmini 36 milyon rezervi olduğu sanılmaktadır. En önemlisi Şırnak’ta bulunanıdır. Bölgede asfaltitten ısıtmada yararlanılmaktadır.

Petrol asfaltı

Doğada üç tip asfalt bulunur.

Asfalt bazlı ham petrol
Prafin bazlı ham petrol
Karışık ( Asfalt-Parafin) bazlı ham petrol

Asfalt ham petrolün cinsine göre değişen ayırıcılı damıtma işleminden elde edilir. En kolay şekilde asfalt, asfalt bazlı ham petrolden basit bir damıtma işlemi sonucu elde edilir. Karışık bazlı ham petrolden elde edebilmek biraz daha karışık yöntemler gerektirir. Parafin bazlılardan da damıtma işlemi olduğundan bu işlem sonucu asfaltın kimyasal yapısı değişir.

Petrol asfaltının elde edilişi

Yer kabuğundan çıkarılan ham petrol, içinde bulunan tuzlu suyun ayrılması amacıyla depolanır. Depolanan petrol belirli bekleme süresinden sonra genellikle boru hatları ile rafinelere pompalanır. Rafineride petrol, cinsine uygun bir rafine işlemine tabi tutulur. Bu işlem bir ayırıcılı damıtma işlemidir. Rafineride ısıtılan petrol belirli sıcaklıklarda Tabloda görülen değişik ürünlere ayrılır. Damıtma işlemi artıklarından asfalt elde edilir.

Damıtmadan çıkan ham asfalt artıklarının üzerinden hava üflemek yöntemiyle ısıyı az geçiren, izolasyon işleri için tercih edilen okside (Air-blown) asfaltlar elde edilir. Ancak bu tür asfaltların hidrojenizasyon işlemi sonucu C/H oranı yükseldiğinden düktiliteleri azalır. Asfaltları ısıtarak, buhar ve vakum işlemleri uygulayarak asfalt çimentoları elde edilir. AC ile simgelenen asfalt çimentosu birinci kalite yolların yapımında sıcak karışım olarak kullanılır. Daha düşük kaliteli yolların yapımında ve özellikle üst kaplama işlerinde asfaltın diğer petrol ürünleri karışımından oluşan sıvı asfaltlar kullanılır.

Sıvı Asfaltlar

Katbek asfaltları (CUT BACK ASP HALTS)

Bu tip asfaltlar, asfalt çimentosunun diğer petrol ürünleri ile karıştırılması ile elde edilir. Yakın zamana kadar ekonomik olması ve yüksek işlem ısısı gerektirmediğinden, katbekler çok sık kullanılmaktaydı. Ancak bu gün için petrol ürünlerinin çok pahalanması ve çevre kirliliğine yol açması nedeniyle kullanımı gün geçtikçe azalmaktadır.

Bu tür asfaltlar sıvı halinde yola dökülür ve çözgen olarak kullanılan maddelerin belirli sıcaklıkta uçmasıyla kür olup sertleşirler. Kür hızına bağlı olarak üç tip katbek asfalt vardır.

Normal sıcaklıkta yarı katı haldedir. 120-175 santigrad dereceye kadar ısıtıldığında distiribitörler yardımıyla fışkırtılabilecek kadar sıvı hale, soğuduğunda yine katı hale gelir. Yarı katı halde bulunan asfalt çimento, ham petrolden elde edilen yağlar ile karıştırıldığında incelir ve sıvı hale geçer. Böylece elde edilen asfaltlara da katbek asfalt denir.

Çabuk Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun neft ve benzinle karışımıdır.

Orta Derecede Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun gaz yağıyla karışımından elde edilir.

Yavaş Kuruyan Katbek Asfaltı: Asfalt çimentonun gaz yağıyla karışımından elde edilir.

ASFALT DENEYLERİ

Asfaltın penetrasyon, viskozite, yumuşamanoktası, düktilite, eriyebilirlik, ısıya dayanıklılık ve alev alma noktasının saptanması gibi özel deneyleri vardır. Ancak özellikle asfalt malzemesini sınıflandırmaya yarayan penetrasyon deneyinden söz etmekte yarar vardır.

Penetrasyon deneyi bitümlü malzemenin belirli koşullardaki sertliğini (kıvamını) saptar. Deney bulguları asfalt çimentolarını sınıflandırır. Bu deney Şekilde görüldüğü gibi standart iğnenin, belirli yük, zaman ve ısıda, bitümlü malzeme içine batma miktarının ölçülmesi ile yapılır. Bu deneyde kullanılan standart yük 100 gr. Zaman 5 sn. ve sıcaklık derecesi 25 santigrad derecedir.

AC asfaltları batma miktarına göre AC 40-50, AC 60-70, AC 120-150, AC 200-300 diye sınıflandırılır. Düşük penetrasyon dereceli olanlar sıcak iklimlerde kullanılır.

Yol katranları (Road Tars)

Petrol ürünlerinin yaygın kullanımı başlamadan önce en çok kullanılan bitümlü malzeme, kömür ürünü olan katran (zift) idi.

Katran kömür artıklarının doğrudan damıtma işlemi sonucu elde edilir. Genelde iki yöntem kullanılır:

Kok fırını yöntemi:
Belirli bir miktar (on tonun üzerinde ) bitümlü kömür 1370 santigrad derecenin üzeride fırında ısıtılır.ham katran bu ısıtma işleminin uçucu ürünüdür. Artık malzeme ise kok kömürüdür. Buharlar fırından çıkarken sıvı hale kondanse edilip, ham katran elde edilir. Ham katran belirli bir kimyasal işlemler sonucu yol katranına dönüştürülür.

Su-gaz işlemi:
Bu yöntemde katran , ısıtma amacıyla gaz üretme işleminin bir yan ürünü olarak elde edilir.

Katranlar asfalttan daha daha yumuşak olup, RT1-RT12 arasında sertliğe göre sınıflandırılır. Örneğin RT12 yaklaşık AC-200 ün kıvamındadır. En hafif kıvamda olan RT1 toz-örtü işlemlerinde, orta sertlikte olanlar yüzey kaplama işlerinde, sert olanları, örneğin RT10-11-12 katran betonu olarak, sıcak işlemlerde yüzey kaplaması ve tamir işlerinde kullanılırlar.

Yol katranları asfaltlara benzer şekilde özellikle RT10-11-12 damıtma işleminden elde edilmiş, hafif ve orta yoğunlukta yağlarla katbek yapılabilir. Bu tür katbek katranlar yüksek sıcaklıklarda kullanılabilir.

Asfaltlar ve katranlar arasında görünüş ve bazı özellikler yönünden benzerlikler bulunmasına karşın yapı malzemesi olarak bazı farklılıkları vardır. Asfaltlar aynı penetrasyon veya viskozitesi olan katranlara oranlara daha dayanıklıdır.

Çünkü katranların dağıtıcı fazını oluşturan hafif yağların stabilitesi az olduğundan zamanla yüzeysel tabakalarda plastik özellik kohezyon zayıflamaktadır. Buna karşılık katranlar asfaltlara kıyasla kimyasal etkilere daha dayanıklıdır. Ancak sıcaklığa karşı daha duyarlı olup, yüksek sıcaklıklarda daha fazla şekil değiştirirler. Islak agregaya asfalta kıyasla daha iyi yapışırlar ve temizlenmeleri daha zordur.

BİTÜMLÜ MADDELERİN ÇESİTLERİ VE KULLANIM YERLERİ

HİDROKARBONLU BAĞLAYICI

Yapının çeşitli yerlerini izole etmek amacıyla kullanılan maddelerin en önemlileri kireç ve çimento gibi bağlayıcı olan hidrokarbonlu bağlayıcılar adıyla bilinen izole işleri yanında, dilatasyon derzlerinin doldurulmasında ve bazı maddeleri yapıştırmak için bağlayıcı olarak kullanlan, en önemli özellikleri su geçirmemek olan katran ve bitümdür.

KATRAN

Elde edildikleri ilkel maddeye veya üretim metoduna göre adlandırılır. Maden kömürü, kokfırını, su gazı katranı vb. asfalt eriyiklerine dayanmakla beraber koktukları,zehirli maddelerin bulunuşu ve asitlere dayanamadıklarından fazla yaygın olarak kullanılmamaktadırlar.

Normal sıcaklıkta koyu kıvamda siyah bir sıvıdırlar odun, turba, şist, huy gibi çeşitli maddelerden elde edilir. Elde ediliş şekline göre 4 gruba ayrılır

Hava gazı katranı
Kok fabrikası katranı
Yüksek fırın katranı
Maden kömürünün 600 C de damıtılmasıyla elde edilen katrandır

Bunlardan ilk üçü maden kömürünün 850-900 C de ısıtılmasıyla elde edilip,ağırlıgının %5’i kadardır. Katranın bileşiminde; maden kömürü yağları, serbest karbon, zift, fenol, naftalin ve su vardır.

KATRANLI KAĞIT

Bir veya iki tarafı katrana batırılmış kartonlardır. Katranlanmış yüzeylere ince kum serpilir. Her karton ağırlığının 1,8 katı kadar katran emmelidir. İyi bir katran kağıdı 3 cm. yüksekliğindeki suyu 72 saat tutabilmeli. 3 cm. çapındaki yuvarlak çubuk etrafında sarıldığında çatlamamalı.

Katranlı Kağıdın Kullanıldığı Yerler

· Yol kaplaması yapımında
· Köprü,iskele ve kayık gibi çürümesi istenmeyen ahşap izolasyonunda
· Pastan korunması gereken madeni elemanların izolasyonunda
· Kagir ile temas eden ahşap yapı elemanlarının izolasyonunda
· Su depoları,bent ve sıvaların geçirimsiz hale getirilmesinde
· Katranlı kağıt ve keçe yapılmasında kullanılır

BİTÜM

Karbonlu hidrojenler karışımı veya onların bileşimlerinden ibaret, siyah veya koyu renkli maddelerdir. Ham petrolden elde edilir. İçinde az miktarda kükürt,oksijen,azot ve hidrojen vardır.

DOĞAL ASFALT

Bitümlü doymuş kalkerlerdir. Kuyulardan ve göllerden çıkarılırlar. Kaya asfaltları ise;kum taşı veya kalker taşı gibi taşların, boşluklarına sızmış olarak bulunurlar. Yol yapımında kullanılırlar. İçinde %40 bitüm, %30 su, %30 bitkisel ve madensel maddeler vardır. Bu maddeler 160C ısıtılıp, suyu buhar haline getirilip fazla pislikler ayrılarak piyasa asfaltı elde edilir.

HAM PETROL ASFALTLARI

Rafinerilerde ham petrol distile edilirken yer alan degişme tamamen fiziksel olup çesitli bileşenlerin farklı sıcaklıklarda buharlaşarak petrolün benzin vb ayrılmasına dayanır.

ASFALT EMÜLSİYONU

Asfalt çimentoyla suyun yaklaşık olarak altı oranda karışımıdır. Asfalt zerrelerle su karışımı süspansiyon hale gelemez. Bunu sağlamak için içerisine emülsiyon unsur karıştırılır. Asfalt emülsiyonu soğuk olarak kullanılır.

ASFALT SAKIZI

Toz asfaltın eritilmiş  gudronla karıştırılmasıyla elde edilir.

GUDRON: Petrolün arıtılması sonunda artan yağlı tortularla, doğal asfaltın kaynatılmasıyla elde edilir. Rengi koyu siyahtır.

BİTÜM EMÜLSYONU-EMÜLZER

Bundan önce belirtilen yalıtkanların tamamı sıcak olarak ve kuru havalarda kullanılan yalıtkanlar idi. %50 bitüm,%50 su ısıtılıp içine %1-2 emülsif konulup dakikada 2000-4000 devir yapan paletli karıştırıcılarda karıştırılarak elde edilen karışım, soğuduktan sonra kolloid halde suda kalır. Binanın temel, bodrum, mahsen, mutfak, banyo, wc, çatı, balkon vb. Elemanların izolasyonu ile su yolları ve sığınakların yüzeysel izolasyonunda kullanılır. Duvarları sıva ve sap harçlarına katılarak kullanıldıgı gibi çimentonun katılaşmasını hızlandırmada katranlı kağıt ruberoit ve benzeri; muşambaları yapıştırmada, beton üzerine parke yapıştırmada, beton üzerine parke döşeme kaplanmasında yapıştırıcı olarak kullanılır.

Emülzer CSP asitli, alkali ve sıcak sulara dayanıklı  olduğundan toprak altı inşaatlarda, kanalizasyonlarda deniz suyuna karşı beton, ahsap ve demir elemanlarda kullanılır. Boya kıvamındadır. Siyahtır. Benzol kokar.

Nemli olmayan veya iyice kurutulan beton, tuğla, demir, cam, teneke, tahta, çinko, kurşun ve mantar yüzeylere yapılır. Yüzeylere sürülüp kurutuldugunda elastikiyetini korur. Hava şartlarından etkilenmez. Uzun süre açıkta kalınca katılasır. Böyle durumlarda az miktarda benzolle kıvama getirilir. Çeşitleri arasında su ile karıştırılıp kıvama getirileni vardır.

RUBEROİT-BİTÜMLÜ KARTON

Bitüm ve asfalta batırılmış kartonlardır. Asfaltlanmış yüzeylere kaplandığında birbirine yapışmamaları için ince kum serpilir. Asfalt tutkal karışımından yapılmış bir macunla kaplanırlar. Renkli yapıları ve kanaviçeli olanları vardır.