Bitüm Nedir? (Bitümen) Özellikleri ve Kullanım Alanları

Avrupa şartnamesine (EN 12597) göre bitüm, ham petrolden elde edilen, doğal asfaltta bulunan, ortam sıcaklıklarında çok viskoz veya katı olan, tolüen içerisinde tamamen veya tamamına yakını çözünen, neredeyse uçucu olmayan, yapışkan ve su yalıtım malzemesi olarak tanımlanır.

Bitüm, yapısında çoğunlukla bulunan hidrokarbon molekülleriyle kısıtlı miktarda bulunan sülfür, nitrojen ve oksijen atomlarından meydana gelen kompleks bir kimyasal karışımdır. Bitüm katı, yarı katı veya sıvı halde ham madde olarak doğadan elde edilebildiği gibi ham petrolün damıtılmasından da elde edilebilen mükemmel bir bağlayıcı türüdür.

Bitüm kimyasalı asfaltlamada, yalıtım malzemelerinde su geçirmesini önlemek için kullanılır. Oda sıcaklığında katı halde bulunur. Koyu renkli bir karışıma sahiptir. Özellikle asfalt karışımındaki agregaların birbirini daha iyi tutması için bağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Esnek üstyapılardaki kaplama tabakaları, içerisinde agrega ve bu agregayı birbirine bağlayıcı olarak kullanılan bitüm içerikli malzemelerden oluşmaktadır. Bitümlü sıcak karışımlarda karışımın toplam ağırlığına bakıldığında agrega ağırlığı ağırlıkça %93-95 dolaylarında iken kalan %5-7’si bitümden oluşmaktadır

Bitüm kaynakları iki ayrı kategoride incelenebilir. Bu iki kategori mineral zift ve ham petrolün damıtılmasından üretilen bitümlerdir.

Ham petrolün değişikliğe uğratılarak elde edilen bağlayıcılar petrol bitümü olarak isimlendirilir. Ham petrolün içerisinde bulunan bitüm, bölgelere, arazi cinsine ve bulunduğu yatakların sınıfına göre değişik olarak ortaya çıkmaktadır. Uygulamalarda asfalt karışım yapılırken genellikle rafineri edilmiş bitümlü bağlayıcı kullanılır. Ham petrolden bitüm elde edilme işlemi genel olarak ortak özellik gösterir.

Ticari açıdan bakıldığında bitüm, çatı ve asfaltlama uygulamalarında, asfalt karışımlarında ve endüstriyel ürünlerde uzun süredir yaygın olarak kullanılan düşük maliyetli bir termoplastik malzemedir. Hem asfalt uygulamalarında hem de endüstriyel uygulamalarda bitüm, iklime ve daha zorlu trafik yüklerine karşı dayanıklı olmalıdır. Bitüm, yüksek sıcaklıkta (≤160 °C) pompalanabilecek ve agrega ile karıştığında agrega yüzeyini homojen bir şekilde kaplayacak kadar akışkan olmalıdır. Ayrıca yüksek sıcaklıklarda tekerlek izi oluşumuna direnecek kadar sert olmalıdır (yerel sıcaklıklara göre ≥ 60 °C). Son olarak termal çatlamaya dayanacak kadar düşük sıcaklıklarda yumuşak ve elastik kalmalıdır.

Saf bitümün performans özelliklerini arttırmak için, çeşitli katkı maddeleri tanıtılmakta ve bazıları birçok uygulama için başarıyla kullanılmaktadır. Bitüm performansını artırmak için polimerler, kimyasal modifiye ediciler, oksidanlar ve antioksidanlar, hidrokarbonlar ve soyulma önleyici katkı maddeleri vb. katkı maddeleri kullanılmıştır.

Yol yapımında kullanılabilecek iki tip bitüm vardır: asfalt ve katran. Asfalt, ısıtıldığında yavaş yavaş sıvılaşan, baskın bileşenlerin bitüm olduğu, hepsi doğada katı veya yarı katı formda meydana gelen veya petrolün rafine edilmesiyle elde edilen siyah ila koyu kahverengi katı veya yarı katı çimentolu bir malzemedir.

Kimyasal açıdan bakıldığında bitüm, esas olarak tolüen içinde tamamen çözünen, uçucu olmayan ve ısıtıldığında kademeli olarak yumuşayan hidrokarbonlardan ve türevlerinden oluşan viskoz bir viskoelastik sıvı (oda sıcaklığında) olarak tanımlanır.

Bitümü asfaltenler ve maltenler olarak isimlendirilen iki büyük kimyasal sınıfa ayırmak mümkündür.

Asfaltenler: Karbon ve hidrojenden meydana gelen ve bir miktar nitrojen, sülfür ve oksijen barındıran, siyah ya da kahverengi amorf katılardır. Asfaltenler bütün olarak bakıldığında, fazla molekül kütlesine sahip, polar ve karmaşık aromatik katılardır. Asfalten içeriği bitümün reolojik özellikleri dikkate alındığında çok önemli etkilere sahiptir. Asfalten içeriğinin artırılmasıyla bitümün yumuşama noktası değeri artar ve penetrasyon değeri azalır ve dolayısıyla daha yüksek viskoziteli (sert) bir bitüm meydana gelmektedir. Asfaltenler, bitüm içeriğinin yaklaşık olarak %5~25’ini meydana getirmektedir.

Maltenler kendi aralarında reçineler, aromatikler ve doygunlar olarak alt sınıflara ayrılırlar.

Reçineler: Reçineler, asfaltenlerde olduğu gibi çoğunlukla hidrojen ve karbondan meydana gelmekte ve düşük miktarda oksijen, sülfür ve nitrojen bulundurmaktadır. Rengi koyu kahverengi olan yarı veya yarı katı durumda bulunan reçineler elektriksel olarak yüklüdür. Reçinelerin bu özellikleri onları kuvvetli bir yapışkan haline getirmektedir.

Aromatikler: Bitümün yapısındaki en düşük moleküler kütleli naftenik bileşenlerden oluşan aromatikler, bitüm içerisinde dağılmış asfaltenlerin dağılması için gerekli olan ortamın büyük bir kısmını oluştururlar. Aromatikler, bitüm içeriğinin yaklaşık olarak %40~65’ini teşkil eden koyu kahverengi, viskoz sıvılardır.

Doygunlar: Doygunlar, polar olmayan beyaz ya da saman renkte bulunan viskoz yağlardır. Doygunlar bitüm içeriğinin yaklaşık olarak %5~20’sini oluşturmaktadır.