Bitüm ve Katran

Bitüm ve Katran

Giriş

Yol yapım çalışmalarında kullanılan bitümlü bağlayıcılar, hem bitüm hem de katranı içerir. Hem bitüm hem de katran, siyah renkte olmaları nedeniyle benzer görünürler ancak farklı özelliklere sahiptirler.

Kökeni

Doğal olarak bulunan bitüm birikintileri, eski, mikroskobik alglerin ve diğer bir zamanlar yaşamış canlıların kalıntılarından oluşur. Bu organizmalar öldüklerinde, kalıntılar yaşamış oldukları okyanus veya gölün dibindeki çamura çöker. Derinlerde kalan kalıntılar, ısı ve basınç altında bitüm, kerogen veya petrol gibi malzemelere dönüştürülür. La Brea Katran Çukurları’ndaki birikintiler buna bir örnektir. Bitümler ile karbon içeren meteorlardaki organik madde arasında yapısal benzerlikler vardır. Ancak ayrıntılı çalışmalar, bu malzemelerin farklı olduğunu göstermiştir.

Asfalt veya bitüm bazen, kömürün yıkıcı destilasyonu ile üretilen benzer şekilde siyah, termoplastik bir malzeme olan “katran” ile karıştırılabilir. 20. yüzyılın başlarında ve ortalarında şehir gazı üretildiğinde, katran kolayca temin edilebilen bir ürün haline gelmiş ve yol agregaları için bağlayıcı olarak yaygın olarak kullanılmıştır. Katranın makadam yollara eklenmesi, artık yol yapım malzemelerini ifade etmek için günlük konuşmada kullanılan “asfalt” kelimesine yol açtı. Ancak, 1970’lerden bu yana, doğal gaz şehir gazının yerini aldığında, asfalt (bitüm) bu uygulamalarda katran kullanımını tamamen geride bırakmıştır.

Bitüm ve Katran Arasındaki Farklar

• BITÜM: Petrol hammaddesinin damıtılmasıyla elde edilen bir petrol ürünüdür.
• KATRAN: Yıkıcı damıtma ile elde edilen termoplastik bir malzemedir.

Yol ve havaalanı pistlerinin yapımında kullanılan bitümün sınıfı, “yol yapım bitümleri” olarak adlandırılır ve yapıların ve endüstriyel zeminlerin su yalıtımı için kullanılanlar ise “endüstriyel bitümler” olarak adlandırılır.

Hindistan’da bulunan yol yapım bitümleri iki kategoriye ayrılır:

• Assam petrolünden elde edilen ve A tipi olarak adlandırılan A35, A90 gibi sınıflandırılmış bitümler.
• Diğer kaynaklardan elde edilen ve S tipi olarak adlandırılan S35, S90 gibi sınıflandırılmış bitümler.

Bitümün viskozitesi bazen uçucu bir seyreltici ile azaltılır, bu malzemeye “kesik bitüm” denir. Bitüm, sü狀 (süvari) bir halde suda tutulur ve bir emülsifiye edici ile stabilize edilir; malzeme ise “emülsiyon” olarak bilinir.

Bitüm

Bitüm yollar ya doğal süreçlerden dolayı oluşan petrol kaynaklarından elde edilir.

Bitümenin farklı formları

Kesik bitüm

Normal uygulamalarda, bitümün viskozitesini azaltmak için ısıtma işlemi uygulanır. Bazı durumlarda, kesik bitüm gibi sıvı bağlayıcılar tercih edilir. Kesik bitümde, bitümün viskozitesini düşürmek için uygun solvent kullanılır. Kesik bitüm, çevresel açıdan da tercih edilir. Solvent, bitümlü malzemeden buharlaşır ve bitüm agrega ile bağlanır. Kesik bitüm, soğuk havalarda bitümlü yol yapımı ve bakımında kullanılır. Kesik bitümün hazırlanmasında kullanılan damıtıklar nafta, kerosen, dizel, yağ ve fuel oildür. Hızlı kürlenme (RC), orta kürlenme (MC) ve yavaş kürlenme (SC) olmak üzere farklı kesik bitüm çeşitleri vardır. RC, yüzey giydirme ve yama çalışmaları için önerilir. MC, daha az ince agrega içeren premix için önerilir. SC ise, önemli miktarda ince agrega içeren premix için kullanılır.

Bitüm emülsiyonu

Bitüm emülsiyonu, bitümün ince bir şekilde bölünmüş halde su ortamında süspanse edildiği ve uygun malzeme ile stabilize edilmiş sıvı bir üründür. Hindistan’da normalde katyonik tip emülsiyonlar kullanılır. Emülsiyondaki bitüm içeriği yaklaşık %60’tır ve geri kalanı sudur. Emülsiyon yola uygulandığında, ayrışarak suyun salınmasına ve karışımın sertleşmeye başlamasına neden olur. Sertleşme süresi, bitümün sınıfına bağlıdır. Bitümlü emülsiyonların viskozitesi, IS: 8887-1995 standardına göre ölçülebilir. Hızlı tutucu (RS), orta tutucu (MS) ve yavaş tutucu (SC) olmak üzere üç tip bitüm emülsiyonu mevcuttur. Bitüm emülsiyonları, ısıtmanın zor olduğu yerlerde, yokuşlu yol yapımı için ideal bağlayıcılardır. Hızlı tutucu emülsiyonlar, yüzey giydirme işlerinde kullanılır. Orta tutucu emülsiyonlar, premix işleri ve yama onarım işleri için tercih edilir. Yağmurlu mevsimde yavaş tutucu emülsiyonlar tercih edilir.

Bitümlü astarlar

Bitümlü astarda, damıtık yol yüzeyine yayıldığı zemine nüfuz eder. Bu nedenle emilim, yüzeyin gözenekliliğine bağlıdır. Bitümlü astarlar, stabilize yüzeylerde ve su bound makadam temel kurslarında kullanılabilir. Bitümlü astarlar genellikle şantiyede, penetrasyon bitümünün petrol damıtık ile karıştırılmasıyla hazırlanır.

Modifiye bitüm

Bitüm modifiye edici olarak adlandırılan bazı katkı maddeleri veya katkı maddesi karışımları, bitümün ve bitümlü karışımların özelliklerini iyileştirebilir. Bu modifiyeler ile işlenen bitüme modifiye bitüm denir. Polimer modifiye bitüm (PMB)/ kırıntı kauçuk modifiye bitüm (CRMB) aşırı iklimsel değişikliklerin gerekliliklerine bağlı olarak sadece aşınma kursunda kullanılmalıdır. Modifiye bitüm için detaylı şartnameler IRC: SP: 53-1999 tarafından verilmiştir. PMB ve CRMB’nin performansının, inşaat sırasında sıcaklık üzerinde sıkı kontrole bağlı olduğuna dikkat edilmelidir.

Modifiye bitüm kullanımının avantajları şunlardır:

• Günlük ve mevsimsel sıcaklık değişimlerine karşı daha az duyarlılık
• Yüksek yol sıcaklığında daha yüksek deformasyona karşı direnç
• Daha iyi yaşlanma direnci özellikleri
• Karışımlar için daha yüksek yorulma ömrü
• Agrega ve bağlayıcı arasında daha iyi yapışma
• Çatlama ve yansımalı çatlama önleme

Türleri

1. Kaya Asfalti

Bitüm ile doğal olarak emprenye edilmiş kireçtaşı, kumtaşından oluşur. Mineral madde yaklaşık %90, bitüm içeriği ise %10 olacaktır.

2. Göl Asfalti

Mineral madde ince bir şekilde bölünmüş ve bitümün içinde dağılmış olacaktır. Tüm kütle akmaya muktedirdir. Birleşik Krall

Katran Hazırlanması

Yol katranı üretiminde üç aşama vardır:

• Ham katran üretmek için kömürün karbonlaştırılması
• Ham katranın rafinasyonu veya distilasyonu
• İstenilen yol katranını elde etmek için distilasyon ürününün damıtık yağ fraksiyonları ile harmanlanması

Kömürün Yüksek Sıcaklıkta Karbonlaştırılması

Kömürün karbonlaştırılması veya yıkıcı distilasyonu, esasen ince bir kömür tabakasının refrakter tuğladan yapılmış bir odada birkaç saat boyunca yaklaşık 1000°C sıcaklıkta ısıtılmasından oluşur. Karbonlaştırma için çoğunlukla iki ana yöntem vardır:

• a) Kok fırınlarında karbonlaştırma
• b) Gazhane retortlarında karbonlaştırma

Kok Fırınlarında Karbonlaştırma

Yaklaşık 16 tonluk bir kömür partisi bir kok fırına yüklenir. Kok fırını, tuğla ile kaplı 40 fit uzunluğunda, 14 fit yüksekliğinde ve 1 ½ fit genişliğinde büyük, ince bir kutudan oluşur. Kömür yükü 1200°C sıcaklıkta 18 saat boyunca ısıtılır. Her ton kömür 8 galon ham katran verir.

Ham Katranın Distilasyonu

Karbonlaştırma sırasında kömürden çıkan buharların yoğuşturulmasıyla elde edilen ham katran, distilasyon işlemine tabi tutulur. Katranın distilasyonu veya rafinasyonu katran damıtıcıları tarafından gerçekleştirilir. İşlem, öncelikle suyu ve bazı hafif yağları (benzol) uzaklaştırmak için ham katranı ısıtmaktan, ardından daha fazla ısıtmaktan ve daha ağır buharı bir fraksiyonasyon kolonu içinde yoğunlaştırmaktan oluşur. İşlem iki aşamada gerçekleştirilir:

• İlk aşamada, katran fırının daha soğuk kısmındaki borulardan 140°C sıcaklıkta geçer.
• Daha sonra, basıncın azaltılıp su ve hafif yağın salındığı bir dehidrasyon odasına aktarılır.
• Kalan katran daha sonra 300°C sıcaklıkta boru tesisatının ikinci aşamasına aktarılır.
• Boru tesisatından katran, buharlaşmanın gerçekleştiği daha düşük basınçlı bir hazneye geçer.
• Buharlar, farklı kaynama noktası aralıklarına sahip fraksiyonlar oluşturan bir fraksiyonasyon kolonu içinde yoğunlaştırılır.
• Damıtılmayan tortu, taban katranı veya zifttir.
• Kaynama noktalarının artış sırasına göre hafif yağ, karbolik asit yağı, naftalin yağı, yıkama yağı, antrasen yağı olarak sınıflandırılabilirlar.

Yol Katranı Üretmek İçin Katran Distilasyonu Fraksiyonlarının Harmanı

Yukarıdakilerden de anlaşılacağı üzere, standart katran viskozitesinde (STV) 30°C’de 10 ila 40 ve 40 ila 125 saniye viskoziteye sahip 1 ve 2 numaralı yol katranları, damıtılma uygun bir noktada durdurularak bırakılabilir. Yüksek yumuşama noktasına sahip A Tipi, yüzey giydirme ve temel katlar için kullanılır. B Tipi, aşınma katları ve halılar için kullanılır.

Yol Katranı Hazırlama

• A Tipi = Taban katranı + Naftalin yağı
• B Tipi = Taban katranı + Yıkama yağı + Antrasen yağı

Katranın Kimyasal Yapısı

Katranda 10.000’den fazla bileşik olduğu tahmin edilmektedir. Bunlardan 300 tanesi ayrıştırılmıştır. Damıtık yağlar, çoğunlukla aromatik hidrokarbonlardan oluşur, nükleüse bağlı bir veya daha fazla metil grubu bulunur, daha az miktarda aromatik hidroksi bileşikleri, parafinik hidrokarbonlar ve halkada oksijen, azot veya kükürt içeren hetersiklik bileşikler bulunur. Dickinson, n-heksan, benzen ve piridin’i solvent olarak kullanarak beş fraksiyon vermek için ‘çözücü fraksiyonasyonu’ adı verilen bir yöntem geliştirmiştir. Bu şekilde dikey retorta, yatay retorta ve kok fır