Bitüm (Bitumen) Nedir? Yol Malzemesi Olarak Kullanımı

Bitüm (Bitumen) Nedir? Yol Malzemesi Olarak Kullanımı

Nisan 27, 2021 0 Yazar: Gürsoy Yurtalan

Bitüm (Bitumen); ham petrolün rafinelerde damıtılması ile elde edilen, koyu kahverengi ve siyah arasında rengi olan, sızdırmazlık özelliğinden dolayı inşaat sektöründe özellikle yol inşaatı ve bakım işlerinde ve izolasyon malzemesi olarak geniş bir alanda kullanımı olan yüksek viskoziteye sahip bir hidrokarbon atığıdır.

Bitüm kelimesi İngilizce’de “bitumen” anlamına gelmektedir. Bitumen kelimesinin Sanskritçe’den geldiği düşünülmektedir.

Ana maddesinin petrol olduğundan bahsetmiştik. Ham petrol ise okyanus tabanındaki deniz canlıları, bitkisel maddeler, çamur ve kaya parçalarının karışmasıyla milyonlarca yıl içerisinde oluşur. Yüzlerce metre kalınlığa ulaşan bu karışım, üzerindeki ağırlığın etkisi ile tortul kayalara dönüşür. Yerkabuğundan gelen sıcaklık, basınç, bakteriyel oluşum ve radyoaktif etkilerin sonucunda ham petrolün hidrokarbonları haline gelir.

Üretimi Nasıl Yapılır?

Ham petrolün kullanılabilir hale gelmesi için bir takım rafine işlemlerinden geçmesi gerekmektedir. İlk olarak çelik kulelerde fraksiyonel damıtma adı verilen bir işlem yapılır. Çelik kulelerin içerisinde buharın geçmesine izin verecek şekilde düzenlenmiş olan, üzerinde delikler bulunan yatay çelik tepsiler vardır. Ayrıca deliklerin üzerinde kabarcık fincanları adı verilen, buharı aşağı yönlendiren ve yoğunlaşmış sıvının içinden geçmesini sağlayan kubbeler mevcuttur.

Sıvı ve buhar karışımı malzeme çelik kolona girer girmez 300°C-350°C arasında ısıtılır. Bu karışımda kaynama noktası düşük olan maddeler buhar haline gelir. Kaynama noktası yüksek olan maddeler ise sıvı haldedir. Buharlaşan karışım tablaların deliklerinden yukarı çıktıkça sıcaklığı azalır. Sıcaklığı azalan malzeme kaynama noktasının altına düştüğünde bulunduğu tablada tekrar sıvı haline gelir. Yatay çelik tepsilerde yoğunlaşarak sıvı hale gelen malzeme borular aracılığı ile sürekli boşaltılırlar.

En ağır bileşenler kulenin tabanında sıvı haldedir. Damıtma işlemi sonucunda en üstte gaz olarak bulunan propan ve bütan vardır. Aşağı doğru inildikçe neft, gaz yağı, motorin ve hidrokarbonların karışımı elde edilir. Hidrokarbonların karışımının bitüm imalatı için hammadde olarak kullanılması için vakumlu damıtma kolonunda ek bir damıtmaya tabi tuturlur.

Bitümlerin Çeşitleri

Penetrasyon cinsi, Oksitlendirilmiş, Sert ve Katbek bitüm olarak dört çeşitte üretilirler ve birbirlerinden penetrasyon, viskozite, yumuşama noktası kombinasyonları ile ayrılırlar.

Bitümün Kullanım Sıcaklığı ve Depolanması

Bitüm tekrar ısıtılabilir ve yüksek sıcaklıklarda özelliğini kaybetmeden saklanabilmesi için özel olarak üretilmiş tanklarda depolanır. Depolanmasında malzemenin sertleşmesini en aza indirmek için bazı kurallara riayet etmek gerekir. Depolama tanklarında aşırı ısıtma riskine karşı hassas sıcaklık algılama cihazları monte edilmelidir. Plentlerde bitümü işleme noktasına taşıyan boru hattının ısıtılması için büyük depolama tankları içinde saklanan bitüm devir-daim edilir.

Depolama işlemi daima optimum sıcaklıklarda yapılmalıdır. Sıvı halde bulunan bitümün karıştırılması ve transferi için  10°C ila 50°C arasındaki sıcaklıklarda olmalıdır. Malzemenin kendi kendine tutuşmasını engellemek için 230°C sıcaklık asla aşılmamalıdır. Depoda ısıtma işleminin uzun sürede ve aralıklarla olmasına dikkat edilmelidir. Böylelikle ısıtma boruları etrafında bulunan ürünün bölgesel olarak aşırı ısınması engellenir.

Bitümün Kalitesi

Yollarda artan toplam dingil yükleri ve artan performans talebi sonucu üstyapıların uzun süreli davranışlarının tahmin edilmesini zorunlu hale getirmiştir. Tasarım, uygulama ve kullanılacak olan malzemenin kalitesi üst yapının performansını etkilemektedir. Karışım içerisinde hacim olarak az bir yer tutmasına rağmen dayanıklılık ve viskoelastik özellik kazandırdığı için önemli bir etkiye sahiptir. Yol kaplamasında göstereceği performans reoloji, kohezyon, adezyon ve dayanıklılık yönünden incelenmelidir. Bu amaçla malzemenin kalitesinin değerlendirilmesi için laboratuar deneyleri yapılır. Bu deneylerden altı adeti bitümün kendisine, üç adeti ise bitümlü karışıma tatbik edilir. Elde edilen deney sonucunda kalitesi belirlenir.



Yol Malzemesi Olarak Kullanılması

Bitüm, doğal kökenli hidrokarbonların bir karışımı ya da sıcaklık tesirinin etkisiyle meydana gelen ergime neticesi oluşan hidrokarbonların karışımı veya bunların her ikisinin bir kombinasyonu olup çok kez bunların gaz, sıvı, yarı-katı ya da katı halde olabilen, metal dışı türevleriyle bir arada bulunan, yapıştırıcı özellikleri olan maddedir.

Asfalt

Bitüm, koyu kahverengiden siyaha kadar değişen, kuvvetli bağlayıcı özelliği olan, kıvamlılık bakımından katı, yarı-katı, ya da sıvı halde olabilen doğal halde bulunan ya da ham petrolün arıtılmasından elde edilen başlıca hidrokarbonlardan oluşan bir maddedir.

Sıcak karışımlarda, su geçirimsiz, termoplastik ve viskoelastik bir bağlayıcı görevi vardır. Isıtıldığında yumuşayıp akışkan hale gelerek agreganın kaplanmasını sağlar, soğuduğunda ise katılaşarak parçacıkları bir arada tutar. Günümüzde doğal yollarla, kendiliğinden damıtılmış olanı bulmak mümkün olmadığından, kullanılan bitümün tamamı petrol rafinerilerinden elde edilmektedir.

Birçok kullanım alanından birisi de yol kaplamalarıdır ve bu amaçla kullanılan bitüme genellikle asfalt çimentosu ya da bağlayıcı adı verilmektedir. Oldukça viskoz ve yapışkan bir malzeme olarak bilinen bitümün agrega tanecikleri ile arasındaki aderansı, ona iyi bir bağlayıcı malzeme olma özelliği kazandırmaktadır. Birçok asit, alkali ve tuzdan etkilenmiyor oluşu da, bitümlü sıcak karışımın kesinlikle geçirimsiz ve pek çok kimyasala karşı dayanıklı olmasını sağlamaktadır. Sıcak karışımların genellikle ağırlıkça %3-8 ini oluşturur. Toplam maliyetin, sıcak karışımın miktar ve tipine bağlı olarak, %25-30’una denk gelmektedir

Asfaltlar, kökenlerine göre doğal asfaltlar ve yapay asfaltlar olarak iki gruba ayrılabilirler.

a. Doğal Asfalt Olarak Kullanılması

Göl asfatlı, kaya asfaltı gibi doğada çoğunlukla mineral maddeler ile karışmış halde bulunur ve kullanılabilmesi için bazı işlemlerde geçirilmesi gerekir.

b. Yapay Asfaltlarda Kullanılması

Yazımızın başında da açıklamasını yaptığımız gibi ham petrolün arıtma işlemine tabi tutulmasından elde edilirler. Ham petrol kuyulardan çıkarıldıktan sonra pompalar aracılığı ile tanklara daha sonra da ısıtma kulelerine gönderilerek sıcaklığı artırılır. Sıcaklığı artan malzeme kaynama noktasına göre buharlaşıp tekrar soğutularak yoğunlaştırılır. Damıtma kulelerinde yapılan bu işleme göre hafif, orta ve ağır ürünler meydana gelir.

Asfalt çimentoları AÇ

Kalıntı maddelerinin daha ileri damıtılması neticesi ile SC sınıfı yavaş kür olan yol yağları  elde edilir. Geriye kalan asfalt çimentosu şartların değiştirilmesi ile istenilen penetrasyonda elde edilir. Asfalt çimentoları AÇ ile gösterilir ve yol üst yapılarında kullanılır. Kıvamı ve özelliği bakımından doğrudan doğruya bitümlü kaplamalarda kullanılabilir. Sınıflandırılması 10-300 arasında değişen penetrasyon derecesine göre belirlenir.

Sıvı Petrol asfaltları (Katbek asfaltlar)

Asfalt çimentosu ile benzin, nafta gibi kolay uçan çözücü ile karıştırılarak RC Sıvı Petrol Asfaltları elde edilir. Gaz yağı gibi orta derecede uçucu çözücü ile karıştırılarak orta hızda kür olan MC Sıvı Petrol Asfaltı elde edilir. Ağır yağlarla inceltildiğinde ise yavaş kür olan SC Sıvı Petrol Asfaltları oluşur. Kinematik viskozite ölçümlerine göre sıvı petrol asfaltları kendi aralarında farklı tiplere ayrılırlar. Asfalt malzemesi ve çimentolu temel tabakalarında kür malzemesi olarak kullanımı vardır.

Asfalt emülsiyonları

Emülsiyon, birbiri içinde çözünemeyen iki sıvıdan birinin ötekisi içerisinde küçük küre tanecikleri halinde üniform halinde dağılmasıdır.
Asfalt emülsiyonları da asfalt çimentosu küreciklerinin su içinde dağılmasından oluşur. Bu işlem mekanik olarak yapılır; ancak asfalt küreciklerinin birbirine yapışarak sudan ayrılmalarını önlemek için emülgatör denilen katkı maddeleri kullanılır.

bitümlerin sınıflandırılması

Bitümlerin sınıflandırılması