Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Madhkhan
مرتضی مدح خوان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nasim Mosayebi
نسیم مسیبی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Investigation of Thermal Behavior of Concrete Pavement Containing Phase Change Material, Polyethylene Glycol400(PEG400)
Investigation of Thermal Behavior of Concrete Pavement Containing Phase Change Material, Polyethylene Glycol400(PEG400) By Nasim Mosayebi N.Mosayebi@cv.iut.ac.ir October, 5, 2020 Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran Degree: M.Sc. Language: Farsi Supervisor: Dr. Morteza Madhkha Email:madhkhan@iut.ac.ir One of the major problems in winter is the formation of ice and snow on the road surface, deck of bridges, pavements and dam walls. Their melting requires the use of freezing salts in order to increase safety, reduce the number of freez and thaw cycles, reduce failure and increase durability. The use of these materials also causes serious damage to concrete or asphalt. In the last few years, automatically melting of ice and snow from concrete pavement has been considered by energy, road and building experts, and one of their proposed methods is the use of Phase Change Materials (PCMs). In this study, Polyethylene Glycol 400 (PEG400) was chosen as a PCM according to the Phase Change temperature of about 0­ o C and was used in various methods, including: impregnation of porous aggregates Leca and Scoria with PEG400, Placement of copper pipes containing PCM, making of synthetic cement aggregates containing PEG400, microencapsulation of PEG400 impregnated aggregates using concrete adhesive and epoxy resin in concrete. Also, the effect of thickness on thermal performance was investigated by examining two thicknesses of 10 and 15 cm on one of the samples. Thermal performance of the samples was tested under the temperature profile of 15 th of January in the cities of Koohrang and Ardabil. To evaluate the thermal performance of the samples, the "24-hour air temperature simulator" device was used and the increase amount of maximum and final temperature of outer surface of the specimens were examined. The freez and thaw cycles of the PCM at a full day, have also been studied. Examination of the obtained results shows that the use of PCM depend on the specimen type and temperature conditions. The results show increasing the surface temperature of the specimens up to 4.3 o C. The specimens made with Leca lightweight aggregates impregnated with PCM show the highest rate of temperature increase and have better thermal performance than other ones. Compressive strength tests were also performed on the specimens. These experiments show that the addition of PCMs reduces the compressive strength, however, all concrete specimens containing PCM have a compressive strength greater than 25 MPa. Also in this research, silica fume has been used in making of all specimens to prevent leakage of the liquid PCM and its stabilization. Keywords: Phase Change Material (PCM), 24-hour Air Temperature Simulator, Thermal Performance, Thermal Energy Storage, Lightweight Concrete
هفده یکی از مشکلات مهم در فصل زمستان تشکیل یخ و برف روی سطح جاده­ها، عرشه­ی پل­ها، پیاده­رو­ها و دیواره‌ی سد‌ها است و ذوب آن به منظور افزایش ایمنی، کاهش تعداد دفعات سیکل ذوب و یخ، کاهش خرابی و افزایش دوام نیازمند استفاده از نمک‌های یخ‌زدا است که به کارگیری این مواد نیز به بتن و یا آسفالت آسیب­های جدی وارد می‌نماید. در چند سال گذشته ذوب خود به خودی یخ و برف از روی بتن روسازی راه مورد توجه متخصصین حوزه‌ی انرژی و راه و ساختمان قرار گرفته است و یکی از روش‌های پیشنهادی آن‌ها استفاده از مواد تغییر فاز دهنده و یا­­PCM ها است. در این پژوهش پلی­اتیلن­گلایکول400 با توجه به دمای تغییر فاز حدود صفر درجه­ی سانتی­گراد به عنوان ماده‌ی تغییر فاز دهنده انتخاب گردید و به روش­های مختلف از جمله: اشباع سنگ­دانه­های متخلخل لیکا و اسکوریا با PEG400، جای­گذاری لوله­های مسی حاوی ماده­ی تغییر فاز دهنده، ساخت دانه­های مصنوعی سیمانی حاویPEG400، میکروکپسوله کردن سنگ­دانه­های اشباع شده با PEG400 با استفاده از چسب بتن و رزین اپوکسی در بتن استفاده شد؛ هم­چنین تاثیر ضخامت بر عملکرد حرارتی با بررسی دو ضخامت 10 و 15 سانتی‌متری بر روی یکی از نمونه­ها مورد بررسی قرارگرفت. عملکرد حرارتی نمونه‌ها تحت پروفیل‌ دمایی 15 ام دی ماه شهرهای کوهرنگ و اردبیل مورد آزمایش قرار گرفتند. برای بررسی عملکرد حرارتی نمونه­ها از دستگاه "شبیه­ساز دمای هوای شبانه‌­روز" استفاده گردید و حداکثر میزان افزایش دما و میزان افزایش دمای نهایی سطح بیرونی نمونه­ها بررسی گردید. ­هم­‍‌­­­چنین چرخه­ی ذوب و انجماد ماده­ی تغییر فاز دهنده در یک شبانه‌روز کامل مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که استفاده از مواد تغییر فاز دهنده بسته به نوع نمونه و شرایط دمایی مورد آزمایش باعث افزایش دمای سطح نمونه­ها تا 3/4 درجه­ی سانتی­گراد می­شود. نمونه‌های ساخته شده با سنگ­دانه­های سبک لیکای اشباع شده با مواد تغییر فاز دهنده بیش­ترین میزان افزایش دما را از خود نشان داده و عملکرد حرارتی مناسب‌تری نسبت به نمونه‌های دیگر دارند. هم­چنین آزمایش مقاومت‌ فشاری بر روی نمونه‌ها انجام گردید. این آزمایش‌ها نشان می­دهد که افزودن مواد تغییر فاز دهنده باعث کاهش مقاومت‌ فشاری می‌شود؛ لیکن در نهایت تمامی نمونه‌های بتنی حاوی ماده‌ی تغییر فاز دهنده مقاومت فشاری بالاتر از 25 مگاپاسکال را دارند. هم­چنین در این تحقیق از میکروسیلیس در ساخت تمامی نمونه­ها برای جلوگیری از نشت ماده­ی تغییر فاز دهنده­ی مایع و تثبیت آن استفاده شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی