İstanbul Avrupa Yakası agrega ocaklarında açığa çıkan kumtaşı-şeyl artıklarının genleştirilmiş kil agregası olarak değerlendirilmesi
Assessment of sandstone-shale wastes released in the quarries located in european side of İstanbul as expanded clay aggregates
Yazar: ERDİ AVCI
Danışman: PROF. DR. ATİYE TUĞRUL ; PROF. DR. ABDULKERİM YÖRÜKOĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Jeoloji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeoloji Mühendisliği = Geological Engineering
Dizin: Agrega = Aggregate ; Genleşme = Expansion ; Grovak = Graywacke ; Hidroksilasyon = Hydroxylation ; Kil = Clay ; Kil mineralleri = Clay minerals ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
İstanbul Avrupa yakasındaki agrega ocaklarında (Cebeci, Cendere ve Arnavutköy) açığa çıkan dane çapı 63 μm'den küçük olan malzemeler artık olarak nitelendirilmekte ve herhangi bir alanda değerlendirilememektedir. Bu çalışmada, artıklarının herhangi bir katkı malzemesi ilave edilmeden genleşme potansiyelinin belirlenmesi ve genleşmeyi sağlayan etkilerin ortaya koyulması amaçlanmıştır.  Cebeci (CB), Cendere (CN) ve Arnavutköy (AR) agrega ocağı artıklarının ana oksit içerikleri benzerlik sunmakta olup, SiO2 içeriği %53-59, Al2O3 içeriği %15-18 ve ergiticilerin toplamı ise (CaO, Na2O, Fe2O3, K2O, MgO) %18-19 aralığındadır. Ayrıca artıklarının ateşte kayıp değerleri sırasıyla %5,96, %7,66 ve %5,44 olarak bulunmuştur. Her üç bölgeye ait artıkların mineralojik bileşimi aynı olup, artıkların kuvars, albit, muskovit, klorit ve kalsit minerallerinden oluştuğu belirlenmiştir. Artıkların dane boyutları ise sırasıyla 2-71 µm, 2-56 µm ve 2-77 µm aralığında değişmektedir. Genleşme testleri 1200-1210 °C aralığında gerçekleştirilmiş olup, her üç bölgeye ait artıkların bu sıcaklık aralığında genleşme gösterdiği belirlenmiştir. Artıklar 2-8 dakika aralığında genleşme testlerine tabi tutulmuş olup, her dakikada genleşme oranları belirlenmiştir. Artık malzemelerinin ateşte kayıp değerleri ve dane boyu dağılımları ile uyumlu olarak, Cendere bölgesindeki agrega ocağı artıklarının genleşme oranlarının Cebeci ve Arnavutköy bölgesindeki agrega ocağı artıklarına kıyasla daha fazla olduğu belirlenmiştir. Yapılan termal analizler sonucunda artık numunelerdeki klorit ve muskovit minerallerinin OH‾ salınımının (dehidroksilasyon) yaklaşık 560 °C'de gerçekleştiği belirlenmiştir. Dehidroksilasyon sonucunda, artıklar kısmi ergimeye uğramaktadır ve dolayısıyla genleşmeyi sağlayabilecek gazları numunede hapsedebilecek viskoz yapıyı oluşturmaktadır. Viskoz yapının oluşmasıyla birlikte 1200-1210 °C aralığında klorit, muskovit ve kalsit minerallerinden açığa çıkan H2O ve CO2 gazları numunede hapsolarak malzemelerin genleşmesini sağlamıştır. Genleştirilen CB*, CN ve AR* artıklarının su emme oranları ve dayanım parametreleri, hâlihazırda birçok Avrupa ülkesinde üretimi yapılan ve birçok mühendislik uygulamasında yaygın olarak kullanılan agregalar ile benzerlik sunması, çalışma kapsamında üretilen agregaların da mühendislik uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Materials with grain sizes of less than 63 μm from the quarries (Cebeci, Cendere and Arnavutköy) in Istanbul (Turkey) are considered as waste and cannot be utilized in any area. In this study, we aimed to determine the expansion potential of the wastes and the factors that trigger the expansion. The grain sizes of the sandstone-shale waste from the Cebeci (CB), Cendere (CN) and Arnavutköy (AR) quarries range between 2-71 µm, 2-56 µm and 2-77 µm, respectively. The mineral paragenesis of the wastes from the investigated regions are the same, and consists of quartz, albite, muscovite, chlorite, and calcite. The SiO2 and Al2O3 contents of the wastes range between 53-59 wt.% and 15-18 wt.%, respectively, and the sum of the fluxing agents (CaO, Na2O, Fe2O3, K2O, MgO) range between 18-19 wt.%. The loss on ignition values of these samples varies from 5 to 8 wt.%. Expansion tests show that quarry waste samples expanded at the temperatures between 1200-1210 °C. The wastes were subjected to expansion tests in the range of 2-8 minutes, and their expansion rates were determined every minute. Consistent with the loss on ignition values and grain size distributions of the waste materials, it was determined that the expansion rate of the quarry wastes in the Cendere region is higher than those from the Cebeci and Arnavutköy regions. Thermal analyses results indicate that the OH‾ release (dehydroxylation) of chlorite and muscovite minerals in waste samples occurred at approximately 560 °C. As a result of dehydroxylation, the wastes undergo partial melting and thus form a viscous structure that can trap gases and provide expansion in the samples. With the formation of viscous structure, H2O and CO2 gases released from chlorite, muscovite, calcite minerals and organic matter in the range of 1200-1210 °C were trapped in the samples and allowed them to expand. The water absorption and strength parameters of the expanded CB*, CN and AR* wastes are similar to the aggregates currently produced in many European countries and widely used in many engineering applications, showing that the aggregates produced within the scope of the study can also be used in engineering applications.