Yüksek plastisiteli siltli bir zeminin alkali aktifleştirilmiş uçucu kül ve polipropilen lif karışımı ile stabilizasyonu
Investigation of some static and dynamic properties of a cohesive floor stabilized with geopolymer binder and fiber reinforcement mixtures
Yazar: DİLEK AKBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ALPER KAMİLOĞLU
Bayburt Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Beton teknolojilerini konu alan çalışmalarda alkali ile aktifleştirilen malzemelerin geleneksel bağlayıcılara bir alternatif olabileceğinin belirlenmesinin akabinde, bu malzemelerin zemin iyileştirme uygulamalarında stabilizasyon ajanı olarak kullanımı araştırılmaya başlanmıştır. Uygulama kökeninin beton teknolojisine dayalı olması bazı uygulamaların geoteknik alana yansımasına neden olmuştur. İşlenebilirlik, çalışmalarda dikkate alınan beton özelliklerini etkileyen hayati parametrelerden biridir. Ancak zemin stabilizasyonu uygulamalarında kullanılan harcın kıvamı betona göre çok daha düşüktür. Bu nedenle, gözenek boyutunu azaltmak için stabilize edilmiş zeminlere sıkıştırma uygulanır. Bu durumda zemin stabilizasyonu uygulamasında işlenebilirlikten çok nem içeriği ön plana çıkmaktadır. Alkali ile aktifleştirilmiş malzemeler kullanılarak zemin stabilizasyonu üzerine yapılan çoğu çalışma, Si/Al, Na/Al, Si/Ca veya SiO2/Na2O oranının mekanik özellikler üzerindeki etkilerini dikkate almaktadır. Ancak işlenebilirlik, sıkıştırılarak yerleştirilmesi gereken bir harç için dikkate alınabilecek bir parametre değildir. Fiber katkı ile zemin stabilizasyonu zeminin çoklu mühendislik özelliklerinin iyileştirilmesinde kullanılan bir yöntemdir. Birden fazla farklı özellikteki lifin malzeme içerisinde kullanımı matristeki her bir lifin olumlu yönlerinin aynı malzeme içerisinde ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Hibrit elyaf karışımlarını farklı yapısal özellikler, farklı işlevler ve farklı uzunluklar olmak üzere üç farklı şekilde kullanmak mümkündür. Geoteknik mühendisliğinde hibrit liflerin zemin iyileştirme uygulamalarında kullanımını konu olan az sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu çalışma, siltli zeminin alkali ile aktifleştirilmiş uçucu kül ve 3 mm-12 mm uzunluktaki elyaf ile stabilizasyonunu araştırmıştır. Bu çalışmanın amaçları, (1) aktivatör içeriğinin ve uçucu kül içeriğinin, stabilize edilmiş numunelerin serbest basınç dayanımı, Al/Si oranı ve SiO2/Na2O oranı üzerindeki etkisini istatistiksel bir yaklaşım kullanarak incelemek, (2) Uzunlukça hibrit polipropilen lif katkısının serbest basınç dayanımı, gerilme-şekil değiştirme davranışı, göçme anında şekil değiştirme ve sekant modülü üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. Uçucu kül içeriği, alkali aktivatör içeriği ve serbest basınç dayanımı değeri arasındaki ilişkiyi araştırmak için istatistiksel bir yaklaşım kullanılmıştır. Söz konusu parametreler, istatistiksel model yardımı ile optimize edilmiştir. Stabilize edilmiş zemin, bünyesindeki geopolimer yapıları incelemek için karakterize edilmiştir. Uçucu kül ve alkali aktivatör içeriğinin serbest basınç dayanımı, Al/Si ve SiO2/Na2O oranları üzerindeki etkileri türetilen istatistiksel model yardımı ile belirlenmiştir. Çalışmanın sonucu, kompaksiyonda çok önemli rol oynayan aktivatör içeriğinin serbest basınç dayanımı değerini en az Si/Al ve SiO2/Na2O oranları kadar etkileyen bir parametre olduğunu göstermiştir. Ek olarak, hibrit lif uzunluğunun kullanılarak, stabilize edilmiş zeminin çoklu mekanik özellikleri iyileştirilmiştir.

Abstract:
Following the determination that alkali-activated materials may be an alternative to conventional binders in concrete studies, the use of these materials as stabilization agents in soil improvement applications began to be investigated. The fact that the study is based on concrete technology has caused some applications to be reflected in the geotechnical field. Workability is one of the vital parameters affecting concrete properties, which is considered in the studies. However, the consistency of the mortar used in soil stabilization applications is much lower than concrete. Therefore, compaction is applied to the stabilized soils to reduce pore size. In this case, moisture content becomes prominent for soil stabilization application instead of workability. Most studies on soil stabilization using alkali-activated materials examined the effects of the molar ratio of Si/Al, Na/Al, Si/Ca, or SiO2/Na2O on workability. However, workability is not a parameter that can be considered for a mortar required to be placed by compaction. Using fiber inclusion is a common method to improve engineering properties of stabilized soil. The use of hybrid fiber, obtained by mixing more than one fiber into the material, leads to the positive aspects of each fiber in the matrix. In this way, multiple properties of the composite material can be improved simultaneously. However, use of hybrid fiber in soil stabilization applications is very rear. It is possible to use hybrid fiber mixtures in three different ways. These can be classified as using fibers with different structural properties, different functions, and different lengths. This study investigated the stabilization of silty soil with alkali-activated fly ash and fiber with 3 mm and 12 mm lengths. The objectives of this paper are (1) to examine the effect of activator content and fly ash content on the UCS, Al/Si ratio, and SiO2/Na2O ratio of the stabilized samples using a statistical approach, (2) to investigate the effect of hybrid fiber length on UCS, secant modulus, and stress-strain characteristics of the stabilized soil. A statistical approach was employed to investigate the relationship between fly ash content, alkali activator content, and UCS value. The fly ash content and alkali activator content were optimized considering the statistical model. The stabilized soil was characterized to examine geopolymer structures. The effects of fly ash and alkali activator content on UCS, Al/Si, and SiO2/Na2O ratios were determined considering the derived statistical model. The study showed that the activator content, which plays a crucial role in compaction, is a parameter that affects the UCS value at least as much as the Si/Al and SiO2/Na2O ratios. Additionally, using hybrid fiber length improved the multiple mechanic properties of the stabilized soil.