Investigation of Rheological Properties of Waste Cooking Oil, RET and PPA Composite Modified Bitumen by DSR and BBR


Kumandaş A., Çavdar E., Pancar E. B., Oruç Ş.

International IDU Engineering Symposium IES'20, İzmir, Turkey, 5 - 13 December 2020, pp.147-153

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: İzmir
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.147-153
  • Karadeniz Technical University Affiliated: Yes

Abstract

The rapid increase in the amount of waste vegetable oil (WVO) around the world has forced researchers to discover new areas for recycling these wastes. The use of WVOs in the modification of bitumen in asphalt pavements is a relatively new field and the number of studies on this subject is increasing day by day. In this study, it is aimed to investigate the effect of WVO addition to polymer modified bitumen (PMB) on rheological properties of bitumen. Polymer modified bitumen (PMB) was prepared by adding reactive ethylene terpolymer (RET) and polyphosphoric acid (PPA) to 160/220 penetration grade pure bitumen obtained from Kırıkkale petroleum refinery. Composite modified bitumens were obtained by adding WVO at the rates of 0, 0.5, 1 and 3% to the prepared PMB. Dynamic shear rheometer (DSR) and bending beam rheometer (BBR) experiments were carried out to examine the effect of WVO on the rheological properties of PMB. The samples to be used in the BBR test were first aged with rotary thin film oven test (RTFOT) and then using pressure aging vessel (PAV). Complex shear modules (G*), phase angles (δ), storage modules (G'), loss modules (G'') and rutting parameters (G*/sinδ) of the samples were determined with the DSR. The creep stiffness (Sm) and creep rate (m-value) of the samples were determined with the BBR test. As a result, the addition of RET and PPA to the pure bitumen increased the resistance to rutting while reducing the resistance to the low temperature cracks. However, with the addition of WVO to PMB, the resistance against the rutting at high temperatures decreased while the resistance against the low temperature cracks increased. Also, in order to increase the comprehensibility of the results, the True Grades (TG) of the samples at high and low temperatures were calculated separately. It was found that with the increase of the added WVO amount, the high temperature TG of PMB decreased and the low temperature TG increased negatively.

Keywords: Bitumen, Waste Vegetable Oil, Reactive ethylene terpolymer, Composite modification

Dünya genelinde bitkisel atık yağların (WVO) miktarının hızla artması araştırmacıları bu atıkların geri dönüşümü için yeni alanların keşfine zorlamıştır. WVO’ların asfalt kaplamalardaki bitümün modifikasyonunda kullanımı nispeten yeni bir alan olup bu konudaki çalışmaların sayısı gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, polimer modifiyeli bitüme (PMB) WVO ilavesinin bitümün reolojik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Kırıkkale petrol rafinerisinden temin edilen 160/220 penetrasyon sınıfındaki saf bitüme, reaktif etilen terpolimeri (RET) ve polifosforik asit (PPA) ilave edilerek polimer modifiyeli bitüm (PMB) hazırlanmıştır. Hazırlanan PMB’ye %0, 0.5, 1 ve 3 oranlarında WVO eklenerek kompozit modifiyeli bitümler elde edilmiştir. WVO’nun PMB’nin reolojik özellikleri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla dinamik kayma reometresi (DSR) ve eğme kirişi reometresi (BBR) deneyleri gerçekleştirilmiştir. BBR deneyinde kullanılacak numuneler önce dönel ince film halinde ısıtma (RTFO) deneyi ile daha sonra ise basınçlı yaşlandırma kabı (PAV) kullanılarak yaşlandırılmıştır. DSR deneyi ile numunelerin kompleks kayma modülleri (G*), faz açıları (δ), depolama modülleri (G’), kayıp modülleri (G’’) ve tekerlek izi parametreleri (G*/sinδ) belirlenmiştir. BBR deneyi ile ise numunelerin sünme rijitlikleri (Sm) ve sünme hızları (m-değeri) belirlenmiştir. Sonuç olarak, saf bitüme RET ve PPA ilavesi tekerlek izine karşı direnci artırırken düşük sıcaklık çatlaklarına karşı direnci azaltmıştır. Bununla birlikte, PMB’ye WVO ilavesiyle yüksek sıcaklıklardaki tekerlek izine karşı dayanım azalırken düşük sıcaklık çatlaklarına karşı direnci artırmıştır. Ayrıca, sonuçların anlaşılabilirliğini artırmak amacıyla numunelerin yüksek ve düşük sıcaklıklardaki Gerçek Sınıfları (TG) ayrı ayrı hesaplanmıştır. İlave edilen WVO miktarının artması ile PMB’nin yüksek sıcaklık gerçek sınıfının azaldığı ve düşük sıcaklık gerçek sınıfının ise negatif arttığı bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler: Bitüm, Bitkisel Atık Yağ, Reaktif Etilen Terpolimeri, Kompozit Modifikasyon