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
Yazar: EZGİ EREN
Danışman: PROF. DR. PERVİZ AHMEDZADE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışma, endüktif kablosuz güç aktarım (IPT) sistemlerinin kullanıldığı iletken asfalt yolların kendi kendini iyileştirme yeteneğinin arttırılmasına yönelik yenilenebilir bir yaklaşımı araştırmayı amaçlamaktadır. Araştırmada, geri dönüştürülmüş katı atık metallerin kullanımını, asfalt kaplamanın çatlamaya karşı direncinin incelenmesini ve indüksiyonla ısıtma tekniğinde düzensiz manyetik alan dağılımının neden olduğu termal gradyanı azaltmak için çok katmanlı endüktif iyileştirme tabakalarının (ML-IHL) geliştirilmesini temel alan yeni bir çözüm önerilmiştir. ML-IHL kapsamında; asfalt karışımlarının indüksiyonlu ısıtma yoluyla kendi kendini iyileştirme özelliğini artırmak amacıyla çok ince asfalt betonunda (BBTM) ve binder tabakalarına ilave olarak değişen oranlarda (%0, %2, %4, %6 ve %8) atık çelik lif (AÇL) kullanılmıştır.  Aşınma ve binder tabakası karışımlarının indüksiyon ısıtma ile iyileşme yeteneği, Yarım Daire Eğme (SCB) testlerine dayalı Kırılma-İyileşme-Kırılma (FHF) testi ile araştırılmıştır. Ayrıca AÇL ilaveli iletken asfalt yolların mekanik performansı, Marshall Stabilitesi ve İndirekt Çekme Rijitlik Modülü deneyleri ile araştırılmıştır. Bulanık Analitik Hiyerarşik Süreci (AHP) tabanlı Ağırlıklı Birleşik Toplu Çarpım Değerlendirmesi (WASPAS) yöntemi, asfalt karışımlarının çatlamaya karşı direncine dayalı kendi kendini iyileştirme yeteneği ve mekanik özellikleri göz önünde bulundurarak aşınma ve binder tabakası için optimum AÇL oranını belirlemek için kullanılmıştır. Elde edilen bulgulara göre, çok ince aşınma tabakası için %2 AÇL ve binder tabakası için %8 AÇL oranı en optimum sonuçlara sahip karışım oranları olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak, BBTM8 karışımlarına AÇL ilavesi yük altında meydana gelen yer değiştirme miktarının artmasına olanak tanıyarak düşük sıcaklıkta çatlamaya karşı direncin arttırılmasına olanak sağlamıştır. Orta sıcaklıkta binder tabakasında meydana gelen çatlakların iyileştirilmesinde AÇL içeriği ve termal gradyan etkisinin baskın mekanizma olduğu ve binder tabakasındaki yüksek AÇL içeriğinin çok ince aşınma tabakasında iyileşme yeteneğinin gelişmesine yardımcı olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, optimum AÇL içeren aşınma tabakasının servis seviyesine bağlı olarak iyileşme yeteneği FHF test döngüsüyle incelenmiş ve artan servis seviyesine bağlı olarak, kırılma karşı direncin azaldığı gözlenmiştir. Son olarak, iletken asfalt karışımlarının IPT ile etkileşimi ve indüksiyonlu ısıtılması sonlu elemanlar yöntemi (FEM) kullanılarak modellenmiş ve deneysel testler yoluyla doğrulanmıştır.

Abstract:
This study aims to investigate a renewable approach to enhance the self-healing ability of conductive asphalt pavements used in inductive wireless power transfer systems (IPT). In this study, a novel solution is proposed based on the use of recycled solid waste metals, the investigation of asphalt concrete's resistance to cracking, and the development of multilayer inductive healing layers (ML-IHL) to reduce the thermal gradient caused by irregular magnetic field distribution in the induction heating technique. Within the scope of ML-IHL, waste steel fibers (WSF) were used in varying proportions (0%, 2%, 4%, 6%, and 8%) in very thin asphalt concrete (BBTM) and binder layers to enhance the self-healing properties of asphalt mixtures through induction heating. The healing ability of the wearing and binder course mixtures through induction heating was investigated using the Fracture-Healing-Fracture (FHF) test based on Semi-circular Bending (SCB) tests. Additionally, the mechanical performance of conductive asphalt pavements with WSF was examined through Marshall Stability and Indirect Tensile Stiffness Modulus tests. The Fuzzy-Analytic Hierarchy Process (AHP) based Weighted Aggregated Sum Product Assessment (WASPAS) method was used to determine the optimum WSF content for the wearing and binder courses, considering the self-healing ability based on crack resistance and mechanical properties of asphalt mixtures. According to the findings, 2% WSF for the wearing course and 8% WSF for the binder course were determined as the most optimum mixing ratios. As a result, the addition of WSF to BBTM8 mixtures allowed the increase in the amount of displacement under load and thus increased the resistance to cracking at low temperatures. It was determined that WSF content and thermal gradient effect were the dominant mechanisms in the healing of cracks occurring in the binder course at medium temperatures and that high WSF content in the binder course helped to improve the healing ability of very thin wearing course. In addition, the healing ability of the wearing course containing optimum WSF depending on the service level was investigated with the FHF test cycle and it was observed that the resistance to cracking decreased with increasing service level. Subsequently, the interaction of conductive asphalt mixtures with IPT and induction heating was modeled using the finite element method (FEM) and verified through experimental tests.