Havalimanı pistlerinde donmayı engellemek amacıyla elektrotermal özelliklere sahip betonların üretimi ve incelenmesi
Production and investigation of concretes with electrothermal properties to prevent freezing in airport runways
Yazar: HEYDAR DEHGHANPOUR
Danışman: PROF. DR. KEMALETTİN YILMAZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Havalimanı pistlerinde kar ve buz birikmesi sonrası betonu tehdit eden faktör donma-çözülme olayıdır. Betonda hasara yol açan donma-çözülme etkisinin azaltılması için ya daha yoğun ve gözeneksiz yapıya sahip betonlar veya hava sürekleyici kimyasal katkılarla kapalı gözenekliğe sahip betonların üretilmesi önerilmektedir. Bu klasik yöntemlerde amaç, kar ve buzun birikmesini kabul ederek, donma-çözülmeye karşı daha dayanaklı betonların üretilmesidir. Dolayısıyla bu yöntem donma çözülme döngülerinin artması durumda meydana gelecek hasarı önleyen bir yöntem değildir. Son yıllarda havalimanı pistlerinde kar ve buz birikmesini önlemek için modern bir yöntem olarak elektriksel iletken betonların uygulanması önerilmektedir.
Mevcut çalışmada, havalimanı pistlerinde kullanılmak amacıyla üretilen elektriksel iletken betonlarda atık lastiklerden piroliz yöntemi ile elde edilen nano karbon siyahı ve kesme işlemlerinden elde edilen atık tel erezyonun değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bunun için, 36 farklı karışım dizaynlarında elektriksel iletkenliğe sahip betonların öncelikle laboratuvar ortamında genel mekaniksel ve elektriksel iletkenlik özellikleri incelenmiştir. Genel özelliklerinin sonucu ortaya çıktıktan sonra, 3D modelleme yönteminden de faydalanarak 10 adet farklı karışıma sahip beton plakalar üretilmiştir. İletken beton plakaların elektrotermal deneyleri -10 oC'de bir soğutucu içerisinde gerçekleştirilmiştir.
Yapılan deney sonuçlarına göre farklı karışımlardaki nano karbon siyahı, karbon fiber ve tel erezyon içeren numunelerin mekaniksel ve elektriksel özellikleri gelişmiştir. Farklı karışımlardan elde edilen elektriksel iletken beton plakaların farklı sıcaklık/h hızıyla ısınabilmeleri için 180-1315 W/m2 gücün gerekli olduğu anlaşılmıştır. Literatüre göre soğuk havalarda kar ve buzun erimesi için 300-550 W/m2 gücün yeterli olduğu belirtilmiştir, bu çalışmada da tüketilen 300-550 W/m2 arasında güç değerlerine göre karışım optimizasyonu yapılmıştır.

Abstract:
Freeze-thaw is the factor that threatens concrete after the accumulation of snow and ice on the airport runways. In order to reduce the freeze-thaw effect that causes damage to concrete, it is recommended to produce concrete with dense and non-porous structure. Or it is recommended to produce concrete with closed porosity by using air-continuous chemical additives. The aim of these classical methods is to produce concretes which are more resistant to freeze-thaw by accepting the accumulation of snow and ice. Therefore, this methods are not a method to prevent damage in case of increased freeze-thaw cycles. In recent years, the application of electrically conductive concretes has been proposed as a modern method to prevent the accumulation of snow and ice on airport runways.
In this study, it is aimed to evaluate the nano carbon black obtained by the pyrolysis method from the waste tires and the waste wire erosion obtained from the cutting processes, in the electrically conductive concrete produced for use in airport runways. For this purpose, firstly, general mechanical and electrical conductivity properties of electrical conductive concretes in 36 different mixture were examined in laboratory environment. After the result of their general characteristics, 10 different concrete slabs were produced by using 3D modeling method. Electrothermal tests of conductive concrete slabs were performed in a freezer at -10 oC.
According to the results of the experiments, mechanical and electrical properties of the specimens containing nano carbon black, carbon fiber and wire erosion in different mixtures have improved. It is understood that 180-1315 W / m2 power is required for the heating of electrically conductive concrete slabs obtained from different mixtures with different temperature / h speed. According to the literature, 300-550 W / m2 power is sufficient for melting of snow and ice in cold weather. In this study, mixture optimization was made according to the power values between 300-550 W / m2 consumed.