Exploring SBS Alternatives for Enhanced Stone Mastic Asphalt (SMA) Performance: Comparative Study of MA123 and MA-CK Modifiers

Abstract

Taş Mastik Asfalt (TMA), kaplama dayanıklılığını artırmak, çatlamayı azaltmak ve kalıcı deformasyona karşı direnci iyileştirmek amacıyla geliştirilmiş yüksek performanslı bir asfalt karışımıdır. Türkiye'de en yaygın kullanılan modifiye edici katkı maddesi, bitümü doğrudan modifiye eden Styrene–Butadiene–Styrene (SBS) polimeridir. Bu çalışmada, SBS'e alternatif katkı maddeleri önermek amacıyla Rus menşeli kuru katkılar olan MA-CK ve MA-123 incelenmiştir. Çalışmanın temel amacı, SBS, MA-CK ve MA-123 ile modifiye edilmiş SMA karışımlarının mekanik performansını ve dayanıklılığını; nem duyarlılığı, deformasyon direnci ve yaşlanma davranışı açısından değerlendirmektir. Deneysel program üç aşamada yürütülmüştür. Birinci aşamada, laboratuvarda hazırlanan Marshall numuneleri farklı yaşlanma prosedürlerine tabi tutulmuş ve AASHTO ve NCHRP protokollerine dayalı yaşlanma yöntemlerinden hangisinin saha koşullarını daha iyi temsil ettiğini belirlemek amacıyla mevcut yol kaplamalarından alınan karot numunelerle karşılaştırılmıştır. İkinci aşamada, SBS, MA-CK ve MA-123 içeren TMA karışımları koşulsuz, nem koşullandırılmış ve yaşlandırılmış numuneler üzerinde dolaylı çekme dayanımı (ITS) ve çekme dayanımı oranı (TSR) testleri kullanılarak değerlendirilmiştir.Üçüncü aşamada ise katkılı SMA numunelerine tekerlek izi (rutting) testi uygulanarak kalıcı deformasyona karşı dirençleri belirlenmiştir.Elde edilen sonuçlar, hem SBS'in hem de Rus menşeli kuru katkıların SMA karışımlarının mekanik performansı üzerinde önemli etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sonuçlar hem MA-CK hem de MA-123'ün SMA karışımları için uygulanabilir katkı maddeleri olduğunu doğrulamakta ve laboratuvar yaşlandırma prosedürleri ile saha performansını araştıran gelecekteki çalışmalar için faydalı bir temel sağlamaktadır. Bu çalışma, asfalt kaplamaların dayanıklılığını, nem direncini ve tekerlek izi performansını iyileştirmeye yönelik SMA karışım tasarımının optimize edilmesi için bilimsel bir temel sunmaktadır.

Stone Mastic Asphalt (SMA) is a high-performance asphalt mixture made to improve the durability of pavement, decrease the occurrence of cracking and increase its resistance to permanent deformation. In Türkiye, the most common modifier used is Styrene–Butadiene–Styrene (SBS) which is added to the bitumen using a direct method of modification. This research has examined two new introduction Russian dry additives MA-CK and MA-123 as possible substitutes for SBS. The focus of the research was to evaluate the mechanical performance and durability of SMA mixtures modified with SBS, MA-CK, and MA-123 with an emphasis on moisture sensitivity, resistance to deformation, and the effects of aging on performance. This study consisted of three separate phases of an experimental program. The first phase involved preparing Marshall specimens in the laboratory. These specimens, aged using several procedures, were then compared with core samples from in-service pavements. The goal of this phase was to determine which aging procedure best represented actual field conditions, based on both AASHTO and NCHRP guidelines. In phase two, SMA mixtures containing SBS, MA-CK, and MA-123 were evaluated using indirect tensile strength (ITS) and tensile strength ratio (TSR) tests before and after conditioning, drying, and aging. In phase three, rutting testing was conducted using the modified SMA mixtures to measure resistance to permanent deformation. As shown by the results of this study, both SBS and Russian-origin dry additives have a major effect on the mechanical performance of SMA mixtures. Furthermore, the results confirm that both MA-CK and MA-123 are viable additives for SMA mixtures and provide a useful baseline for future studies investigating laboratory aging procedures and field performance. In general, this study provides a scientific basis for designing SMA mixtures to optimize their durability, moisture resistance, and resistance to rutting in asphalt pavements.