Elektriksel iletkenlik özelliği olan asfalt betonu geliştirilmesi

Abstract

Eski zamanlardan bu yana karayolu ulaşımında yaşanan en önemli problemlerin başında buzlanma ve kar birikmesi nedeniyle yolların kapanması gelmektedir. Buzlanmayla mücadelede, pasif (geleneksel) ve aktif (yeni teknoloji) yöntemler olmak üzere iki farklı yaklaşım mevcuttur. Buzlanmayı önlemede, aktif yöntemlerin kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Geleneksel yöntemlerin birçok olumsuz yönü bulunmaktadır. Bu tip olumsuzlukları gidermenin en etkili yolu, kar yağışı olmadan önce akıllı sistemlerle devreye giren, sürdürülebilir ve çevre dostu buzlanma ile mücadele yöntemlerinin kullanılmasıdır.

Bu tez çalışması kapsamında, yol yüzeylerinde kar birikmesi ve buzlanmayı önlemek için, elektriksel iletkenlik özelliğine sahip iletken Asfalt Betonu (İAB) geliştirilmesi amaçlanmıştır. Geleneksel asfalt betonları içeriği itibari ile yalıtkan bir özellik göstermektedir fakat, asfalt betonu, karışım içerisine ilave edilen bazı iletken maddelerle elektriksel iletken malzeme haline dönüştürülebilir. Şayet kaplamadan elektrik akımı geçirilirse kaplama bir direnç gibi davranacağından, kaplamada sıcaklık artışı meydana gelir ve bu suretle yol yüzeyinde buzlanmanın oluşması, akıllı teknolojilerle birlikte kullanılarak, daha oluşmadan engellenebilir.

Bu çalışmada, elektrik iletkenliğine sahip olan en verimli asfalt karışım kombinasyonunun belirlenmesi ve dizaynının yapılması amaçlanmış ve iki aşamalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada 25 farklı agrega ve iletken bileşen içeriğine sahip asfalt betonu (İAB) numuneleri üretilmiş ve bunlar üzerinde yapılan özdirenç, sabit (30 volt DC) elektrik gerilimi altında sıcaklık artışı ve sabit ısı kaynağı karşısında ölçülen numune sıcaklık değişimleri belirlenmiştir. Bu deneylerin sonucunda seçilen kireç taşı agregalı karbon tozu filler ve karbon lifi ilavesinden oluşan 2.1 ,kireç taşı agregalı karbon tozu filler, karbon lifi ve metal tozu ilavesinden oluşan 4.1 ve ince agregası kireç taşı iri agregası bazalt, karbon tozu filler ve karbon lifi metal tozu ilavesinden oluşan 4.3 serileri için Marshall dizayn deneyleri yapılarak optimum bitüm yüzdeleri, Marshall stabilite - akma özellikleri tespit edilmiş ayrıca bitüm yüzdesine bağlı olarak elektriksel iletkenliğin nasıl değiştiği saptanmıştır. Çalışma sonucunda elektriksel iletkenlik özelliği oldukça yüksek, aynı zamanda çevre dostu ve mühendislik özellikleri TCK şartnamesine (2013) uygun olan aşınma tabakası asfalt numuneleri geliştirilmiştir. Sonuç olarak geliştirilen İAB’nin buzlanma önleyici sistem olarak kullanılabileceği değerlendirilmiştir.

Since early times, the most important problems in road transport have been the closure of roads due to icing and snow accumulation. There are two different approaches to anti-icing: passive (traditional) and active (new technology) methods. The use of active methods to prevent icing is increasing day by day. Traditional methods have many negative aspects. The most effective way to eliminate such problems is to use sustainable and environmentally friendly anti-icing methods that are activated by intelligent systems before snowfall.

Within the scope of this thesis work, it is aimed to develop conductive Asphalt Concrete (CAC) with electrical conductivity to prevent snow accumulation and icing on road surfaces. Conventional asphalt concrete has an insulating property due to its content, but asphalt concrete can be converted into an electrically conductive material with some conductive materials added to the mixture. If an electrical current is passed from the pavement, due to pavement behaves as a resistance, the temperature increases in the pavement, and thus the formation of icing on the road surface can be prevented the system is by using together with intelligent technologies.

In this thesis, it was aimed to determine and design the asphalt mix combination which has the most efficient electrical conductivity, and a two-stage study was performed. In the first stage, CAC specimens with 25 different aggregate and conductive component contents were produced and the resistivity on them, temperature increase under constant (30 volt DC) electrical voltage and specimen temperature changes measured against constant heat source were determined. As a result of these experiments, Marshall design experiments were performed for selected series (2.1, 4.1 and 4.3) and optimum bitumen percentages, Marshall stability - flow properties were determined and how electrical conductivity changed according to bitumen percentage was determined. As a result of the study, asphalt samples were developed which are very high in electrical conductivity, also have environmentally friendly and the engineering properties meet to TCK specifications (2013). It was concluded that the CAC specimens can be used as an anti-icing system.