Uçucu kül-çimento-genleşmiş polistiren köpük daneleri karışımının geoteknik özellikleri

Abstract

Ülkemiz su kaynakları, büyük oranda elektrik enerjisi üretebilecek bir potansiyele sahip olmasına karşın, hidroelektrik santrallerin yapımının ve devreye alınmasının uzun sürmesi ve maliyetinin çok yüksek olması sebebiyle son dönemlerde gerekli kömür ve linyit rezervlerine sahip olunması, maliyeti ve devreye alınma süresi daha az olan termik santrallerin yapımı hızlanmıştır. Termik santraller elektrik enerjisi üretiminin yanında çeşitli atık ürünlerin de meydana gelmesine sebep olmaktadırlar. Baca gazlan ile yükselen ve elektrostatik filtreler yardımıyla tutulan, uçucu küllerin atılması, depolanması çok büyük güçlükler yaratmakla birlikte önemli oranda çevre kirliliği yaratmaktadır. Termik santral uçucu külü, gelişmiş ülkelerde; çimento üretiminde, beton üretiminde çimentoyla doğrudan karıştırılarak, zemin stabilizasyonunda ve diğer alanlarda stabilizasyon malzemesi olarak kullanılmaktadır. Fakat ülkemizde oldukça fazla üretim potansiyeline sahip olmasına rağmen yeterince kullanılmamaktadır. Geoteknik mühendisliğinde; çok yumuşak zeminler üzerinde hafif dolgular oluşturarak oturma ve taşıma gücü problemlerinin çözümünde, kayma potansiyeli yüksek şevler üzerinde dolgu teşkil edilmesinde, dayanma yapılarına gelen itkilerin azaltılmasında hafif dolgu malzemeleri kullanılmaktadır. Hafif dolgu malzemesi olarak ağaç kabuğu ve talaş gibi doğal malzemeler kullanıldığı gibi, polistiren köpük gibi endüstri ürünleri, kullanılmış oto lastiği parçalan, katı atık uçucu külü ve termik santral uçucu külü gibi atık malzemeler de kullanılmaktadır. Termik santral uçucu külü; maksimum kuru birim hacim ağırlığının uygun olduğu durumlarda, katkısız olarak hafif dolgu malzemesi olarak kullanılabilir. Termik santral uçucu külünün hafif dolgu malzemesi olarak kullanılması, hem atık madde sorununa çözüm getirecek, hem de inşa edilen dolguların ölü yüklerinin azaltılmasına ve ölü yüklerden meydana gelebilecek zemin problemlerinin ortadan kalkmasına yardımcı olacaktır Gerçekleştirilen bu yüksek lisans tez çalışmasında, Orhaneli uçucu külü, çimento ve polistiren köpük danelerinin kanştırılmalanyla üretilen hafif dolgu malzemesinin, 7 ve 28 gün küre tabi tutulduktan sonra fiziksel ve mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimler incelenmiş ve geoteknik mühendisliğinde kullanılabilirliği araştınlmıştır. Geoteknik mühendisliğinde kullanılan hafif dolgu malzemelerinin; mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında bilgi verilmiştir. Büyük miktarlarda uçucu külün kullanılmasına imkan verecek ve hafifliği sayesinde çeşitli zemin problemlerinin çözülmesini sağlayacak uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri kanşımı üzerinde yapılan deneyler değerlendirilmiştir. Orhaneli uçucu külü - çimento - polistiren köpük daneleri kanşımının genel özellikleri şöyledir: - Uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri kanşımlannda kullanılan ağırlıkça toplam uçucu kül ve çimento oranı % 67, su oranı % 31.2, polistiren köpük daneleri oranı % 1.8'dir. xiii - Karışımlarda uçucu kül ve çimento oranı her zaman sabit kalmış, bununla birlikte ağırlıkça çimento ve uçucu kül oranları kendi aralarında değişmiştir. Ağırlıkça çimento oranı en az % 13, en çok % 33.5 olarak kullanılmıştır. Ağırlıkça uçucu kül oram en az % 33.5, en çok % 54 olarak kullanılmıştır. - Karışımlarda çimento oranı arttıkça, karışımların mukavemetinde artış gözlenmiştir. Belirlenen 1 No'lu karışımda kullanılan ağırlıkça çimento oranı % 13 (106 kg/m3) ve uçucu kül oram % 54 (440 kg/m3)' dür. 7 günlük basınç dayanımları 500 kPa ve 28 günlük serbest basınç dayanımları 1700 kPa olarak bulunmuştur. - Karışımlarda kullanılan ağırlıkça çimento ve uçucu kül oranlan kendi aralarında değişse bile, toplam katı madde oranı sabit kaldığı için karışımların yoğunluğu değişmemiştir. Elde edilen bütün uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri karışımlarının üretimden 7 gün sonraki yoğunlukları 8.15 ile 8.50 kN/m3 arasında değişmektedir. Mikserde optimum karıştırma süresi 30 dakika olarak bulunmuş, bu karıştırma süresi asılsa bile karışımın yoğunluğunun fazla değişmediği gözlenmiştir. - Uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri karışımlanndaki çimento miktarını azaltarak ve uçucu kül miktarını azaltarak daha ekonomik karışımlar elde edilebilir. Çimento miktarının azaltılmasıyla dayanımın değişmemesini sağlamak için uçucu kül miktarını arttırmak gerekecek ve böylece karışımın yoğunluğu da artacaktır. Uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri karışımı; yumuşak ve konsolidasyonu devam eden zeminler üzerinde hafif dolgular oluşturularak oturma ve taşıma gücü problemlerinin çözümünde, kayma potansiyeli yüksek şevler üzerinde dolgu teşkil edilmesinde, dayanma yapılarına gelen itkilerin azaltılmasında kullanılabilir. Uçucu kül - çimento - polistiren köpük daneleri karışımı kullanılan yerlerde yatay basınçlar, karışımın hafifliği ve katılaştıktan sonra kendini tutması sebebiyle azalacaktır. Orhaneli uçucu külü - çimento - polistiren köpük daneleri karışımının dolu malzemesi olarak kullanılması uçucu kül için yeni kullanım alanları oluşturacak ve geoteknik mühendisliğindeki birçok probleme yeni çözümler sunacaktır.

Water resources of our country have enough potential for producing large amounts of electrical power. Many countries prefer to build coal fired thermal power plants instead of hydroelectric dams because of the excess coal sources. Also because their construction time is shorter and they have a lower cost. Thermal power plants are built to produce electrical energy where they are appropriate. Fly ash is a solid waste product created by the combustion of coal. It is carried out of the boiler by flue gases and collected by electrostatic precipitators or cyclone seperators and filter bags. The disposal of the large quantities of this material is a problem. Most of the industrial countries uses fly ash in concrete technology as a pozzolanic additive in the production of cement, as a secondary cementitious material with cement to produce concrete and in soil stabilization. Its disposal is a big problem in Turkey like all over the world and many researchers are still studying to find new usage areas for it. In geotechnical engineering, it can be used behind retaining walls and abutments to relieve horizontal soil pressures. It can be used as a fill material on slopes with high slip potential. It can be used on soft clays to reduce consolidation settlements and to solve bearing capacity problems. Natural materials like sawdust and barks or industrial materials like polystrene also waste materials like tire chips, solid waste incinerator fly ash and coal fly ash are used used as lightweight fill materials There are three main factors providing fly ash as an attractive material to be used in geotechnical engineering. Generally, fly ash has a lower specific compared with soils, making it advantageous when used on soft clays to reduce settlements. It has pozzolanic and cementitious properties. Its effective cohesion because of pozzolanic reactivity allows steep embankment slopes to be constructed and reduces the lateral earth pressure on retaining walls. Furthermore, the self hardening properties of fly ash provide an increasing long term stability of such fills. In this study, Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures having enough strenght and durability to be used as a fill material have been produced, the general properties of Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures are given below: - The amount of total fly ash and cement ratio used in Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures is % 67, water ratio is % 31.2 and polystyrene beads ratio is % 1.8 all as percent by weight. - The amount of total solid material used in the mixtures as percent by weight hasn't been changed, however cement and fly ash ratios by weight have been changed between each other. In the mixtures, cement ratio by weight has taken a minimum value of %13 and a maximum value of % 33.5. Orheneli fly ash by weight has taken a minimum value of % 33.5 and a maximum value of % 54. xv - The mixtures has continued to gain strenght as cement ratio by weight was increased. When cement ratio by weight was % 13 (106 kg/m3) and Orhaneli fly ash ratio by weight was % 54 (440 kg/m3), mixtures attained a typical 7 day unconfined compressive strenght of 500 kPa and a 28 day unconfined compressive strenght of 1700 kPa in mixture 1. - 7 days after production, all of Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures have varying values of density between 8.15 and 8.50 kN/m3. Optimum mixing time has been determined as 30 minutes and if it is exceeded, the density of mixture will remain stable. Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures can be easily produced at the construction site, also they are flowable and pumpable. - To obtain more economical mixtures, cement ratio by weight has to be decreased. However, decreasing the quantity of cement used in the mixtures will also decrease unconfined compression strenghts of mixtures. In order to prevent this, total amount of solid material in the mixture has to be increased by increasing the quantity of Orhaneli fly ash but this will increase the density of mixture. One way of reducing soil pressures is to lighten and solidify the fill materials used and Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixture is a good example of this kind of material. It can be used to relieve horizontal soil pressures applied to retaining walls and abutments. It can be used as a fill material on slopes with high slip potential and on soft soils to decrease vertical pressures. Usage of Orhaneli fly ash - cement - polystyrene beads mixtures as lightweight fill material will form new disposal areas for fly ash and produce new solutions to many problems in geotechnical engineering.