Bazik oksijen fırını cürufunun yapay agrega olarak esnek üstyapılarda alt temel ve temel tabakalarında kullanılabilirliğinin incelenmesi
Study of the usability of the basic oxygen furnace slag in terms of artificial aggregate as lower foundation and foundation layers in flexible superstructures
Yazar: HİKMET ERGİN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞÜKRÜYE İYİNAM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Ulaşım = Transportation

Özet:
Dünya nüfusundaki hızlı artış, sanayileşmedeki büyümeler ve sürekli ilerleyen teknolojik gelişmeler, ham madde ihtiyacını arttırmakta ve doğal kaynakların büyük bir hızla tüketilmesine sebep olmaktadır. Sonsuz olmayan bu kaynakların tüketilmesi ve bu süreçte çevre dengesinin hızlı bir şekilde bozulması, gelecek nesiller ve doğal denge için büyük tehlike oluşturmaktadır. Bu gerçek, insanoğlunu, yan ürün ve atıklarının değerlendirilmesine, geri dönüşüme daha çok dikkat etmeye yönlendirmiştir. 
Bütün dünyada ve Türkiye'de sürdürülebilirlik ve yan ürünlerin başka sektörlerde değerlendirimesi hakkında çalışmalar yapılmakta ve geri dönüşüm konusunda olumlu sonuçlar elde edilmeye çalışılmaktadır. 
Ülkemiz, dünyada başka yerlerde eşi ve benzeri olmayan bir doğal güzelliğe sahiptir. Ancak ne yazık ki, doğaya gereken hassasiyet gösterilmemekte ve büyük zararlar verilmektedir. Gelişen endüstri ile yapılan yatırımlar, doğal kaynaklara ve bu hazineye, kabul edilemez zararlar vermektedir. Ülke vatandaşları olarak, bütün bireylerin bu konuya hassasiyet göstermesi ve gelecek nesillerin bu güzelliklerden mahrum kalmasını engellemek için çaba göstermesi gerekmektedir. Bilinçli bir tüketim topluluğu olmak sürdürülebilirliğin en önemli parçalarından birisidir.
Bir ülkenin gelişmesi, o ülkede yapılan yatırımların sürdürebilirliği ve çevresel zararın en aza indirilmesi ile doğru orantılıdır. Türkiye sürekli gelişen ve ekonomisini sürekli genişleten bir ülkedir. Bu şekilde büyüyen bir ülkenin yatırımcılarının ve hükümetinin, geri dönüşüme büyük bir önem vermesi, yapılan yatırımların çevresel zararlarını en aza indirgemek için çalışmalar yapması gerekmektedir.
Türkiye'de son yıllarda inşaat sektörü, önemli bir hızla büyümekte ve bu         büyüme artarak devam etmektedir. İnşaat sektörünün en büyük oranda ham    maddesi agregadır. Agregaya alternatif olarak cürufların ham madde olarak inşaat sektöründe kullanılması, geri dönüşüm için büyük önem taşımaktadır. İnşaat sektörünün en çok ham madde gerektiren dallarından birisi de ulaştırma yatırımlarıdır. 
Ulaştırma yatırımlarında, yol inşaatında, oran olarak en çok kullanılan malzeme agregadır. Doğal taş ocaklarının günden güne azalması ve demir çelik fabrikası atığı olan cürufun, ham madde olarak kullanılabileceği düşüncesi, bu akademik çalışmanın ortaya çıkmasını sağlamıştır.
Ülkemizde yapılan ulaştırma yatırımlarındaki ilerleme ve bu yatırımların hammadde gereksiniminin büyük olması da, sektörü yan ürün ve atıkların değerlendirilmesi için araştırmalar yapmaya yönlendirmiştir. 
Türkiye, çelik üretiminde dünyada 9. sıradadır ve bu üretim hacmi sonucunda yüklü miktarda atık oluşumu meydana gelmektedir. Demir çelik fabrikalarından yan ürün olarak çıkan cürufların, yüksek depolama maliyetleri ve çevreye verdiği olumsuz etkiler yüzünden, geri dönüşüme ve başka sektörlerde kullanılmaya yönlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. 
Bazik oksijen fırını üretim sürecinde ergimiş halde olan pik demir ve hurda         metal kullanılır. Bu açıdan bazik oksijen fırını, hurda metal de kullanıldığı            için üretim aşamasında da geri dönüşüme katkı sağlamaktadır. Üretim          esnasında cüruf da ortaya çıktığı için bu cürufun geri dönüşümü büyük önem taşımaktadır.
Bu çalışmada, bazik oksijen fırını ile çelik üretimi yapan tesislerde, çelik üretimi sırasında ortaya çıkan bazik oksijen fırını cüruflarının yapay agrega olarak esnek üstyapılarda alt temel ve temel tabakalarında kullanılabilirliği incelenmiştir. Karayolu Teknik Şartnamesi 2013 verilerine göre malzemeler ile deneyler yapılmıştır. Deneylerde Ereğli Demir ve Çelik Fabrikası'ndan temin edilen bazik oksijen fırını cürufu kullanılmıştır. 
Çalışmanın ilk bölümünde araştırmanın amacı ve kapsamı belirtilmiştir. Geri dönüşüme kazandırılmayan cürufların vermiş olduğu zararlar ile ilgili bilgiler verilmiş ve örnekler gösterilmiştir. 
İkinci bölümde karayolu inşaatı altyapı ve üstyapı tabakaları anlatılmıştır. Tabaka tipleri alt başlıkları ile birlikte incelenmiştir. Karayolları Teknik Şartnamesi'ne göre karayolu tabakaları anlatılmıştır. 
Üçüncü bölümde demir çelik üretimi, demir çelik sektörü ve fırın tipleri incelenmiştir. Türkiye'de ve dünyada demir çelik sektörü hakkında bilgi verilmiştir. Aynı bölümde fırın tiplerine göre ayrı ayrı üretim yöntemleri anlatılmış ve çalışma prensipleri verilmiştir. 
Dördüncü bölümde demir çelik fabrikalarından atık madde olarak çıkan cürufların oluşumları, özellikleri ve kullanım alanları hakkında bilgi verilmiştir. 
Beşinci bölümde, Karayolları Teknik Şartnamesi 2013'e göre, alt temel ve temel tabakalarının malzeme özellikleri ve yapım şartları tarif edilmiştir. Her tabakanın uygulama granülometri limit değerleri tablolar halinde verilmiştir. Aynı bölümde şartnamede belirtilen ve yapılması gereken deneylerin yapılışı anlatılmış, Ereğli Demir Çelik Fabrikası'ndan temin edilen bazik oksijen fırını cürufu ile yapılan deneylerin sonuçları, Karayolları Teknik Şartnamesi limit değerlerine göre incelenmiştir.
Bu çalışmada, Karayolları Teknik Şartnamesi 2013 standartlarına göre, sırası ile, hava tesirlerine karşı dayanıklılık (donma) deneyi, (Los Angeles) aşınma deneyi, yassılık indeksi deneyi, su emme deneyi, plastik limit ve likit limit deneyi, kil topağı ve dağılabilen dane oranı deneyi, organik madde deneyi (%3 NaOH ile), metilen mavisi deneyi yapılmış ve deneylerin yapılışları anlatılmıştır.
Alt temel tip B, temel tip A, plent miks temel 1 (PMT1), alt limit, üst limit                ve ortalama tasarım granülometrilerine göre, toplam 9 farklı karışım için, ayrı                ayrı modifiye proktor ve Kaliforniya taşıma oranı deneyleri yapılmıştır. Deney sonuçlarının Karayolları Teknik Şartnamesi 2013 verileri ile mukayeseleri yapılmış ve malzemenin şartname şartlarını sağlayıp sağlamadığı belirlenmiştir.  
Altıncı bölümde ise, yapılan deneylerin sonuçları ile ilgili yorumlar yapılmış ve öneriler sunulmuştur.

Abstract:
The rapid increase in the world population, industrial growth and technological developments that are constantly advancing, increase the need for raw materials    thus resulting in natural resources to be consumed at a rapid rate. The depletion of these finite resources and the rapid degradation of the environmental balance in this process pose a great threat for future generations and natural equilibrium.       This fact has led the human being to pay more attention to the effective use of by-products and recycling waste. Studies on this subject are taking place           worldwide including Turkey and efforts are put to get positive results about recycling.
The development of a country is directly proportional to the sustainability                 of investments in that country and the minimization of environmental impact.    Turkey is a country that is constantly developing and constantly expanding               its economy. Investors and the government of a growing country in this                 way need to work hard to reduce the environmental damage of the investments   made.
Our country has a natural beauty that is unique and unparalleled elsewhere in          the world. Unfortunately, however, nature does not receive the desired         sensitivity and is given great damage. Investments made with the  developing industry give unacceptable damage to natural resources and to this treasure.             As citizens of the country, they must strive to prevent all individuals from           being sensitive to this issue and depriving future generations of these beauties.   Being a conscious consumer community is one of the most important parts of sustainability.
The construction sector in Turkey has been growing at a very rapid pace in recent years and this growth is continuing to increase. The biggest raw material of the construction sector is the aggregate. As an alternative to aggregate, the use of slag as raw material in the construction sector is significant for recycling. One of the branches of the construction sector that requires the raw materials is transportation investments. 
In transportation investments, road construction, the most used material is the aggregate. The decline of natural stone quarries from day to day and the idea that the slag, which is iron-steel factory waste, could be used as raw material ensured the emergence of this academic work.
Progress in transportation investments in our country and the large need for raw materials of these investments have led the sector to conduct research for the utilization of by-products and wastes. 
Turkey is in the 9th place in steel production in the world and the amount of production results in the waste formation in high volumes. Because of the high storage costs and adverse impacts on the environment, recycling and of slag generated as a by-product from iron and steel plants and reuse of them in other industries are of immense importance.
In this study, the use of basic oxygen furnace slags, which occur during steel production, as artificial aggregate in flexible superstructures in substructure and foundation layers in steel making plants with basic oxygen furnace has been investigated. Experiments are carried out with materials according to the Highway Technical Specification 2013 data. 
In these experiments, basic oxygen furnace slag obtained from Ereğli Iron and Steel Plant was used.
In the basic oxygen furnace production process, molten pig iron and scrap metals are used. In this respect basic oxygen furnace also contributes to the recycling of the production phase as it is also used in scrap metal. Recycling of this slag is of foremost importance as slag also appeared during production.
In the first chapter of the thesis, the purpose and scope of the research is explained. Information on the damages caused by slags not recycled are given and examples are given.
In the second chapter, infrastructure and superstructure layers of highway construction is explained. Layer types have been studied together with their subheadings. According to the Technical Specification of Highways, road strata are explained.
In the third chapter, iron and steel production, iron and steel sector and furnace         types are examined. Information about iron and steel sector in Turkey and                  in the world, has been given. In the same section, separate production methods        are explained according to furnace types and working principles are given.
In the fourth chapter, the formations, properties and application areas of slags emerging from iron and steel plants as waste material are explained. 
In the fifth chapter, the material properties and construction conditions of the lower foundation and foundation layers according to the Highway Technical     Specification 2013 are described. The application granulometry limit values of     each layer are given in tables. In very chapter, the experiments to be performed according to the technical specification are explained and the results of the experiments that are carried out using samples from Erdemir basic oxygen furnace slag are studied. 
In this study, according to the standards of the Highways Technical Specification 2013, the resistance against weather effects (frost), (Los Angeles) abrasion test, flatness index test, water absorption test, plastic limit and liquid limit test, experiment, organic matter experiment (with 3% NaOH), methylene blue experiment and the experiments are explained.
Modified Proctor and California Transport Ratio Tests are performed according       to,    9 different mix, lower limit, upper limit and the average design granulometry of the lower foundation type B, the foundation type A, the plant mix foundation 1 (PMT1). The results of the experiments are compared with the data of KTŞ 2013   and it was evaluated whether the material satisfy the requirements of the specification.
Finally, in the sixth section, comments are listed on the results of abovementioned experiments and suggestions are presented.