Daha Serin Beton Kaplamalar

Sıcak iklimlerdeki araştırmacılar, yol kaplama malzemelerinin hava sıcaklığını ve Kentsel Isı Adası etkisini nasıl etkilediğini araştırma konusuna liderlik ediyor.

ABD’nin en sıcak şehirlerinden biri olan Phoenix’in aktif olarak hava sıcaklıklarını düşürmenin ve sakinlerinin sağlık ve konforunu iyileştirmenin yollarını araması şaşırtıcı değil. Maricopa ilçesinde, haber kaynakları düzenli olarak rekor kıran sıcaklar bildiriyor. Ağustos 2020, 1896’dan (kayıtların tutulmaya başlandığı zaman) bu yana kaydedilen en sıcak ay oldu.17 Haziran 2021’de ~47.78 °C. sıcaklık, 2020 boyunca herhangi bir ayda kaydedilen en sıcak güne denk geldi. Ayrıca, Maricopa ilçesi tarafından 2020 nihai raporunda (verilerin verildiği en son yıl) yüksek sıcaklığa bağlı 323 ölüm bildirildi. Bu rakam, 2019’a göre %62,3’lük bir artışı gösteriyor ve 2001’deki miktarın 15 katı. Genel ABD bağlamında, CDC bildirisine göre 2004’ten 2018’e kadar olan zaman diliminde yılda ortalama sıcaklığa bağlı 702 ölüm bildirildi.

Arizona eyaletindeki, 8.000 dönümlük bölgesel otoyolun kaplamalı yüzeyleri gün boyunca ısıyı emer, depolar ve gece boyunca serbest bırakarak ortam sıcaklıklarını yükseltir. Bu olay, Kentsel Isı Adası (KIA) etkisi olarak bilinir. Phoenix’teki kentsel arazi alanının yaklaşık %40’ını oluşturan kaplı yüzeyler genellikle KIA’nin birincil nedenlerinden biri olarak kabul edilir. Buna önlem olarak, Phoenix Şehri Caddesi Ulaşım Departmanı ve Sürdürülebilirlik Ofisi, 2020’den beri serin kaldırımlar programının pilot uygulamasını yürütüyor. Program, Arizona Eyalet Üniversitesi (ASU) ile ortaklaşa yürütülüyor.

Eylül 2021’de ASU’nun Küresel Sürdürülebilirlik ve İnovasyon Enstitüsü, Sağlıklı Kentsel Ortamlar ve Kentsel İklim Araştırma Merkezinden bilim adamları tarafından birinci yılın sonuçları sunuldu. Önemli bir bulgu, açık renkli yansıtıcı kaplama yüzey sıcaklıklarının, geleneksel karayolu kaplamasına göre önemli ölçüde düşük olmasıdır. Bunun nedeni, açık renkli yüzeyler genellikle ısı enerjisini yansıtırken, koyu renkli yüzeylerin ısı enerjisini emmesidir.

Phoenix araştırma ekibi tarafından kullanılan serin kaplama stratejisi, mevcut koyu renkli asfalta yansıtıcı bir kaplama (açık renkli pigmentlerle yapılmış) uygulamaktır, ancak Arizona, 1920’lerden beri doğal olarak serin kaplamayı kullandı. 2000’li yılların başlarında kilometrelerce yol bir asfalt-kauçuk tabakasıyla (ARFC) kaplanırken, bu malzemenin tasarım ömrü sona ermiş ve Arizona Ulaştırma Bakanlığı (ADOT) daha sürdürülebilir, uygun fiyatlı kaplama çözümleri araştırması yapmaktadır.

Beton Kaplama Sıcaklıkları Araştırması

Son yıllarda yapılan araştırmalar, betonun asfalttan daha soğuk olduğunu göstermektedir. Kaplama yüzeyi olarak betonun kullanılması, yola ek yansıtıcı kaplamalar uygulama ihtiyacını ortadan kaldıracaktır. 2004 ve 2005’te Portland Çimento Birliği, yalnızca yansıtıcı kaplamanın faydalarını değil, beton ve asfalt yüzeyler arasındaki termal etki farkını da incelemek için ASU ile bir sözleşme yaptı. “Kentsel Isı Adası Etkilerinin Azaltılmasında Beton Yolların Termal ve Işınımsal Özellikleri” başlıklı raporlarında ekip, çeşitli beton kaplama yüzeylerinin ve karışım türleri albedo’sunu (yüzeyin yansıtma derecesi) ve çeşitli saha bölümlerinde toplanan kaplama sıcaklıklarını belirledi. Laboratuvar testleri de yapılarak kaplama ısı emme ve transfer modellemesi geliştirildi. Şekil 1’de görüldüğü gibi, portland çimentolu beton (PCC), en yüksek sıcaklıklarında asfalt kaplamadan 20º F’den daha soğuktu.

Şekil 1. Kaplama Malzemeleri Sıcaklık Karşılaştırması. Kentsel Isı Adası Etkilerinin Azaltılmasında Beton Yolların Termal ve Işınım Özellikleri; Kaloush, Carlson, Golden, Phelan. Açıklama: HMA – Sıcak Karışım Asfalt, PCC – Portland Çimento Betonu, ARAC – Asfalt Kauçuk Asfalt Betonu, UTWT – Ultra İnce Beyaz Kaplama, CRPCC – Kauçuk Kırıntı Portland Çimento Betonu. Arizona Meteoroloji (AZMET) İstasyonu Mesa, Arizona’dan saatlik güneş enerjisi verileri.

Ağustos 2021’de Uluslararası Oluk Açma ve Yüzey Silme Derneği (IGGA) , Phoenix bölgesindeki elmas ile silinmiş beton ve asfalt kauçuk yüzeyli kaplamaların kızılötesi testini gerçekleştirmek için Amerikan Beton Yol Birliği (ACPA) ile ortaklık kurdu. Veriler, 40. Cadde ve Dobson Yolu arasındaki doğu yönündeki SR202’de üç farklı kaplama yapısı için toplanmıştır: Elmas ile silinmiş beton kaplama, yaklaşık 2,54 cm kalınlığında asfalt kauçuk yüzeyle kaplanmış beton kaplama ve yaklaşık 1,27 cm kalınlığında asfalt kauçuk yüzeyle kaplanmış beton kaplama. Test sonuçları, 24 saatlik bir süre boyunca asfalt kauçuğunda elmasla silinmiş betona kıyasla sürekli olarak daha yüksek sıcaklıklar gösterdi.

Şekil 2. 5 Ağustos 2021’den Üç Kaplama Yapısı İçin Kaldırım Banket Sıcaklıkları

Şekil 2, yol banketinden alınan sıcaklıkları göstermektedir. Bu konum, trafiğe kapalı bir alan olduğundan ve sonuç olarak trafikten minimum konveksiyon soğutması olduğundan, farklı yüzey türleri arasındaki gerçek ısı eşitsizliğini en iyi şekilde temsil eder.

• Elmasla silinmiş beton yüzeyler 24 saatlik süre boyunca daha soğuk kaldı.
• Gün doğumundan hemen önce, elmasla silinmiş beton, asfalt kauçuk yüzeylerden 1-10 º F daha soğuk olarak ölçüldü.
• En yüksek sıcaklık zamanında (13.30), elmasla silinmiş beton, asfalt kauçuğu ile kaplanmış kaplamadan 27 º F daha soğuktu.
• Öğleden sonra 14.30’da elmasla silinmiş beton, her iki asfalt kauçuk yüzeyden 13-23 º F daha soğuktu.

Şekil 3. 5 Ağustos 2021 Drone Kızılötesi Testinden Üç Üst Kaplama Yapısı için Kaldırım Seyir Şeridi Sıcaklıkları

Şekil 3, doğu yönündeki SR202’deki beton ve asfalt kauçuk yürüme şeridi yüzeylerinin kaplama sıcaklığını göstermektedir.

Araştırma bulguları aşağıdadır:

• Elmasla silinmiş beton yüzey, 24 saatlik sürenin tamamı boyunca, her iki asfalt kauçuk kaplı yüzeyin her birinden daha soğuktu.
• Gün doğumunda, elmasla silinmiş beton yüzeyi yine 1-10 ºF daha soğuktu ve en yüksek günlük sıcaklıkta (13.30) 7-14 ºF daha soğuktu.

Asfalta geçiş yapan beton yüzeyi gösteren otoyol rampası.

Aynı otoyol rampasının 2007 yılında çekilmiş termal görüntüsü.

ACPA 2007’de benzer çalışmalar yürütmüştü ve sonuçlar, asfalt kauçuğun 24 saatlik günlük döngü boyunca beton yollardan daha sıcak olduğunu gösteriyordu.

Elmasla Silinmiş Beton: Maliyet Avantajı

Elmas taşlanmış beton kaplamalar ARFC’ye kıyasla çok büyük bir maliyet avantajı sunar. 15 yıllık bir süre içinde, kauçuklaştırılmış asfaltın beş kez sis sızdırmazlığının yanı sıra iki kez çatlak sızdırmazlığı yapılması gerekir. 15 yıllık hizmetin ardından frezelenmesi ve değiştirilmesi gerekir. Buna karşılık, elmasla silinmiş portland çimentolu beton kaplamanın beklenen ömrü 30 yılı aşmaktadır ve ihtiyaç duyulduğunda parça onarımı ve derz dolgusu ile ilgili çok az bakım söz konusudur. Ayrıca, ADOT’a göre, “Kauçuklaştırılmış asfaltın değiştirilmesiyle ilgili maliyetlerin önümüzdeki yıllarda yaklaşık %300 artması bekleniyor. 2020 ile 2024 arasında, Maricopa İlçesindeki otoyollar için kauçuklu asfalt yenileme ve kaldırım bakım maliyetlerinin yaklaşık 200 milyon dolar olacağı tahmin ediliyor. Bu rakamın 2025 ile 2029 arasında yaklaşık 800 milyon dolara çıkması bekleniyor.”

Aşırı ısı, artan maliyet, çevresel etki ve ölüm. Bu tehditler gerçeğe dönüştükçe, vatandaşlar ve devlet kurumları değişim zamanının geldiğini anlıyor. Araştırmalar, açık renkli kaldırımların KIA üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabileceğini açıkça ortaya koymaktadır. Dayanıklılık ve daha düşük bakım maliyeti gibi diğer avantajlarıyla birlikte açık renkli beton kaplamalar, sürdürülebilir bir çözümün parçasıdır.

Kaynak: https://www.forconstructionpros.com/concrete/article/22210872/igga-international-grooving-grinding-association-study-on-concrete-pavement-factor-in-urban-heat-island-uhi-effect