Kendi kendini iyileştiren asfalt betonu kaplamalarda atık cüruflarin mikrodalga yöntemi ile kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the feasibility of using waste slags in self-healing asphalt concrete pavements via the microwave method
- Tez No: 920811
- Danışmanlar: PROF. DR. SERDAL TERZİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Ulaştırma Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 177
Özet
Tez çalışması kapsamında mikrodalga ısıtma radyasyon enerjisi kullanılarak, elektromanyetik enerjinin hızlı şekilde termal enerjiye dönüşmesi sayesinde ısıl iletken özellikli bir asfalt kaplama tasarımı yapılarak kaplamaların kendi kendini iyileştirme özellikleri ve soğuk iklim koşullarında yol yüzeyinde oluşan buzlanma oluşumlarının çözülmesi ile trafik güvenliğinin artırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda iletken özelliğinden yararlanmak ve sürdürülebilir ulaşımı artırmak için atık depolama alanlarında bulunan alüminyum ve ferrokrom cüruf atıkları kullanılmıştır. Ayrıca iletkenlik verimliliğinin artırılması içinde karışıma çelik fiber (ÇF) takviyesi de yapılmıştır. Alüminyum cüruf tozu (ACT) karışımda filler ikame olarak üç farklı oranda (%33.3, %66.6 ve %100), ferrokrom atığı (FeCr) filler boyuta getirilerek bağlayıcı ile üç farklı oranda bitüm modifikasyonunda (%5, %10 ve %15) ve ÇF malzemesi ise toplam karışım ağırlığının iki farklı oranında (%0.35 ve %0.70) olacak şekilde kullanılmıştır. Malzemelerin topografik yapısı ve element özelliklerinin tespiti için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Enerji dağılımlı X-Ray spektrometresi (EDS) analizleri uygulanmıştır. Modifiye bitümlü bağlayıcının özellikleri standard bitüm deneyleri ve superpave bağlayıcı performans deneyleri olan dinamik kesme reometresi (DSR), dönel ince film halinde ısıtma deneyi (RTFOT), basınçlı yaşlandırma kabı (PAV) ve kiriş eğilme reometresi (BBR) deneyleri ile belirlenmiştir. Superpave hacimsel karışım tasarımına göre uygun gradasyon belirlenerek her bir karışım için ayrı ayrı optimum bitüm oranları belirlenmiştir. Her bir karışım grubunun neme karşı hassasiyeti Modifiye Lottman deneyi ile belirlenerek dayanım değerleri dolaylı çekme deneyi (IDT) ile belirlenmiştir. Dayanım değerlerinden yola çıkılarak dolaylı çekme oranları (TSR) tespit edilmiştir. Ardından karışım numunelerinin tekerlek izi performanslarını tespit etmek için Hamburg tekerlek izi deneyi (HWTT) uygulanmıştır. Karışım numunelerinin yüzey üzerindeki ısıl yayılım özellikleri 30 s aralıklarla toplamda 120 s olacak şekilde mikrodalga ısıtması sonrasında termal kamera ile ölçülerek ortalama yüzey sıcaklık değerleri (OYS) belirlenmiştir. Ardından tez çalışmasının önemli parametresi olan iyileştirme özelliklerinin belirlenmesi için IDT ve yarım daire eğilme deneyi (SCB) uygulanmıştır. İlk kırım işlemleri sonrasında mikrodalga ısı enerjisi altında ısıtma işlemi ile iyileştirilen numuneler kür süresinin ardından yeniden kırma işlemine tabi tutularak kırma-ısıtma döngüsü ile iyileştirme özellikleri belirlenmiştir. İyileştirme işlemleri sonrasında numuneler üzerinde -20 °C sıcaklık koşullarında laboratuvar ortamında buz kütleleri oluşturularak mikrodalga ısıtma enerjisi altında toplamda 120 s süre boyunca buz çözme performansları incelenmiştir. Sonucunda her bir karışım numunesinin buz eritme hızı (BEH), ilk sıcaklık ve son sıcaklık değerinden yararlanılarak mikrodalga ısıtma verimliliği (MIV) değerleri belirlenmiştir. Tez çalışmasında ayrıca yapay zeka yöntemlerinden makine öğrenmesi algoritmaları kullanılarak ACT, FeCr ve ÇF içeren karışım tasarımlarının ayrı ayrı dayanım değerleri veri setinden yararlanılarak analizler gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında son olarak bir maliyet analizi gerçekleştirilerek karışım numunelerinin ayrı ayrı ortaya çıkardıkları maliyetler belirlenmiştir. Sonuç olarak FeCr modifikasyonunun bağlayıcının performans özelliklerini artırdığı belirlenmiştir. FeCr ve ÇF malzemesi ile oluşturulan karışım tasarımının dayanım ve nem hassasiyeti özelliklerini geliştirdiği en iyi dayanım koşullarının %0.70 ÇF içeren %15 FeCr katkısında, en iyi TSR değerinin ise %0.70 ÇF içeren %10 FeCr karışımında olduğu belirlenmiştir. ACT ve ÇF ile karışım kombinasyonlarında en iyi dayanım değerinin %100 ACT numunesinde, en iyi TSR oranının ise %66.6 ACT karışımında olduğu görülürken özellikle %0.70 ÇF oranının dayanım ve TSR değerlerinde azalma yaptığı görülmüştür. ACT, FeCr ve ÇF karışımlarında IDT yöntemi ile iyileştirme koşullarında 60 s ısıtma süresince ÇF katkıları daha iyi bir iyileştirme etkisi gösterirken, 120 s ısıtma süresinde ÇF katkısız numunelerin iyileştirme performanslarının genel olarak daha iyi sonuç verdiği belirlenmiştir. ACT, FeCr ve ÇF karışımlarında SCB yöntemi ile iyileştirme koşullarında 60 s ve 120 s mikrodalga ısıtma koşullarında ÇF katkılı malzemelerin iyileştirme performanslarının daha yüksek olduğu belirlenmiştir. ACT, FeCr ve ÇF katkılı karışım kombinasyonlarının OYS değerlerinin referans karışımlara göre daha yüksek sıcaklık değerlerine ulaştığı böylece daha iyi bir ısıl iletkenlik özelliği gösterdiği ve hem iyileştirme özellikleri hem de buz çözme verimliliğinin artırıldığı belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of the thesis study, by using microwave heating radiation energy, it is aimed to design a thermally conductive asphalt pavement thanks to the rapid conversion of electromagnetic energy into thermal energy and to increase traffic safety by increasing the self-healing properties of the pavement and solving the icing formations on the road surface in cold climatic conditions. In this context, aluminum and ferrochrome slag wastes found in landfills were used to benefit from their conductive properties and increase sustainable transportation. In addition, steel fiber (SF) reinforcement was added to the mixture to increase conductivity efficiency. Aluminum dross powder (ADP) was used as filler substitute in three different proportions (33.3%, 66.6% and 100%), ferrochrome waste (FeCr) was brought to filler size and used in bitumen modification with binder in three different proportions (5%, 10% and 15%) and SF material was used in two different proportions (0.35% and 0.70%) of the total mix weight. Scanning electron microscopy (SEM) and Energy dispersive X-ray spectrometry (EDS) analysis were performed to determine the topographic structure and elemental properties of the materials. The properties of the modified binder were determined by standard bitumen tests and superpave binder performance tests such as dynamic shear rheometer (DSR), rotational thin film oven test (RTFOT), pressure aging vessel (PAV) and bending beam rheometer (BBR) tests. According to the Superpave volumetric mix design, the appropriate gradation was determined and the optimum bitumen ratios were determined for each mix separately. The moisture susceptibility of each mix group was determined by Modified Lottman test and the strength values were determined by indirect tensile test (IDT). Based on the strength values, tensile strength ratio (TSR) values were determined. Then, Hamburg wheel tracking test (HWTT) was applied to determine the rutting performance of the mixture specimens. The thermal diffusivity properties of the specimens on the surface were measured with a thermal camera after microwave heating for a total of 120 s at 30 s intervals and the average surface temperature values (AST) were determined. Then, IDT and semicircular bending test (SCB) were applied to determine the healing properties, which are important parameters of the thesis study. After the initial crushing process, the specimens were cured by heating under microwave heat energy and after the curing period, the specimens were subjected to crushing again and the curing properties were determined by crushing-heating cycle. After the curing processes, ice masses were formed on the samples in the laboratory environment under -20 °C temperature conditions and their deicing performances were examined under microwave heating energy for 120 s in total. As a result, microwave heating efficiency (MHE) values were determined by utilizing the ice melting speed (IMS), initial temperature, and final temperature of each mixture sample. In the thesis study, analyses were also conducted using machine learning algorithms, one of the artificial intelligence methods, based on the strength data sets of mixture designs containing ADP, FeCr, and SF separately. Finally, a cost analysis was performed to determine the costs associated with each mixture sample individually. As a result, it was determined that FeCr modification improved the performance properties of the binder. It was determined that the mix design with FeCr and SF material improved the strength and moisture susceptibility properties; the best strength conditions were found in 15% FeCr admixture with 0.70% CF, and the best TSR value was found in 10% FeCr mix with 0.70% SF. In the mixture combinations with ADP and SF, it was observed that the best strength value was in the 100% ADP sample, and the best TSR ratio was in the 66.6% ADP mixture, especially the 0.70% SF ratio, which decreased the strength and TSR values. In ADP, FeCr, and SF specimens, it was determined that while the SF additives showed a better improvement effect during 60 s heating time in the curing conditions by IDT method, the curing performances of the samples without SF additives were generally better at 120 s heating time. In ADP, FeCr, and SF mixtures, it was determined that the curing performances of SF doped materials were higher at 60 s and 120 s microwave heating conditions in the curing conditions by SCB method. It was determined that the AST values of ADP, FeCr, and SF doped mixture combinations reached higher temperature values than the reference mixtures, thus showing better thermal conductivity and increasing healing properties and deicing efficiency.
Benzer Tezler
- Development of a self-healing asphalt mixture through the use of encapsulated healing agents
İyileştirici maddeler içeren kapsüller kullanılarak kendini onarabilen bitümlü sıcak karışımların geliştirilmesi
ERKUT YALÇIN
Doktora
İngilizce
2018
İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALVARO GARCIA HERNANDEZ
- Investigation of mechanical properties of self-healing asphalt
Kendiliğinden iyileşen asfaltların mekanik özelliklerinin araştırılması
AMIR ONSORI
Doktora
İngilizce
2023
EnerjiDokuz Eylül Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ŞENGÖZ
- Endüktif kablosuz güç aktarım sisteminin kullanıldığı iletken asfalt yolların kendi kendini iyileştirme yeteneğinin incelenmesi
Investigation of the self-healing ability of conductive asphalt roads with inductive wireless power transfer system
EZGİ EREN
- Kendi kendine iyileşebilen sandviç yapıların darbe yükleri altında hasar davranışı ve iyileşme performansı
Damage behaviour of self healable sandwich structures under impact loads and healing performance
HAKKI ÖZER
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Synthesis & characterization of self-healing micro-capsules and their usage in composite structural parts
Kendini iyileştiren mikro kapsüllerin sentezi & karakterizasyonu ve kompozit yapısal parçalarda kullanımı
BAŞAK ÖZEROĞLU
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN