Faz değiştiren malzeme içeren 3-D yazıcı ile üretilmiş yapay agreganın alkaliler ile aktive edilmiş cüruf esaslı bağlayıcı sistemde buzlanmayı önleyici olarak kullanımı
The utilization of artificial aggregate containing phase change material produced by 3-D printer as an anti-icing agent in alkali-activated slag-based binder system
Yazar: AHMET KAAN AKPUNAR
Danışman: PROF. DR. NİHAT KABAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, literatürde ilk defa faz değişim sıcaklığı 5-6 ℃ arasında parafin bazlı FDM'nin özel bir yöntemle alkali ile aktive edilmiş malzemeye ilave edilmesi ve elde edilen harç numuneler kullanılarak düşük sıcaklıklardaki hava koşullarında oluşan kar ve buzu eritme performansı detaylı olarak incelenmiştir. Bu amaçla, iki çeşit 3-D (üç boyutlu) yazıcı ile FDM içeren yapay agregalar (YA'lar) üretilmiş ve bu agregaların alkali ile aktifleştirilmiş cüruf harcının (AASC) fiziksel, mekanik ve ısıl özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır.
YA'lar, Fused Deposition Modeling (FM) ve Stereolitografi (SLA) teknikleri kullanılarak üretilmiş ve FDM, YA'lara enjekte edilmiştir. Doğal agregalar hacimce %15 ve %30 oranında FM veya SLA tipi 3-D baskılı YA'larla değiştirilmiş ve AASC numuneleri üretilmiştir. 3-D baskılı YA'ların özellikleri ve bunların AASC'nin mekanik, fiziksel ve termal özellikleri üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Sonuçlar, 3-D baskılı YA'ların AASC'nin basınç dayanımını ve yoğunluğunu azalttığını göstermiştir. Bununla birlikte, tüm AASC numuneleri 28 gün sonra minimum 32 MPa dayanıma sahip olmuş; 15SLA betonu, referans betondan yalnızca %2,5 daha düşük olan 42.5 MPa değerine ulaşmıştır. Öte yandan, YA'ların eklenmesi aşınma direncini kalıcı olarak iyileştirmiştir. Termal test sonuçları, FDM'nin, ortam sıcaklığı sıfırın altına düştüğünde yüzey sıcaklığının referans karışımdan 3,7 °C daha yüksek tutulmasına yardımcı olduğunu ve sıcaklık düşüşünü önemli ölçüde yavaşlattığını göstermiştir. FDM içermeyen AASC karışımları, ortam sıcaklığı -5 °C'ye düştüğünde yüzeyde buz oluşumu gösterirken, FDM içeren numunelerde buz oluşumu gözlenmemiştir. Ayrıca FDM'nin dahil edilmesi numunelerin donma-çözülme direncini arttırmıştır. Sonuçlar, bu çalışmada önerilen metodolojinin, beton yüzeyinde buz oluşumunu geciktirerek/önleyerek ve donma-çözülme direncini artırarak AASC'nin dayanıklılığını arttırdığını göstermiştir

Abstract:
In this study, for the first time in the literature, paraffin-based PCM with a phase change temperature between 5-6 ℃ was utilized in alkali-activated material using a special method, and the de-icing/snow melting performance under low-temperature weather conditions was examined in detail. For this purpose, artificial aggregates (AAs) containing PCM were produced using two types of 3-D printers, and the effects of these aggregates on the physical, mechanical, and thermal properties of alkali-activated slag mortar (AASC) were investigated.
The AAs were manufactured using Fused Deposition Modeling (FDM) and Stereolithography (SLA) methods, and PCM was injected into the AAs. Natural aggregates were replaced by 15% and 30% by volume with FM or SLA type 3-D printed AAs, and AASC samples were produced. The properties of the 3-D printed AAs and their effects on the mechanical, physical, and thermal properties of AASC were comprehensively investigated. The results showed that the 3-D printed AAs reduced the compressive strength and density of the AASC. However, all AASC samples had a minimum strength of 32 MPa after 28 days; the 15SLA concrete reached 42.5 MPa, only 2.5% lower than the reference concrete. On the other hand, the addition of AAs permanently improved the abrasion resistance. The thermal test results showed that the PCM helped keep the surface temperature 3.7 °C higher than the reference mix when the ambient temperature dropped below zero and significantly slowed down the temperature drops. While AASC mixes without PCM showed ice formation on the surface when the ambient temperature dropped to -5 °C, no ice formation was observed in the samples containing PCM. Furthermore, the inclusion of PCM increased the freeze-thaw resistance of the samples. The results indicated that the methodology proposed in this study increased the durability of AASC by delaying/preventing ice formation on the concrete surface and enhanced the freeze-thaw resistance.