Uçucu kül stabilizasyonunun killi zeminlerin dayanım ve durabilite özelliklerine etkisi
Effect of fly ash stabilization on strength and durability properties of clayey soils
Yazar: EMRAH DAĞLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER FARUK ÇAPAR ; DOÇ. DR. SEDAT SERT
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kil = Clay ; Kireç = Lime ; Plastisite = Plasticity ; Uçucu kül = Fly ash

Özet:
Zemin stabilizasyonu, zayıf zeminlerin mühendislik özelliklerinin fiziksel, kimyasal, hidrolik vb. gibi yöntemler ile güçlendirilmesidir. Kimyasal stabilizasyon da bu yöntemlerden en çok uygulananlardan birisidir. Bu tez çalışmasında biri yüksek (B) ve diğeri düşük (S) plastisite özelliğine sahip olmak üzere 2 farklı zemin araştırma malzemesi olarak seçilmiştir. Kimyasal katkı olarak kullanılan F sınıfı uçucu kül (FA) ve kirecin (L) bu killerin dayanım ve durabilite özelliklerine etkisi incelenmiştir. Zeminler öncelikle çeşitli oranlarda uçucu kül (% 5, % 10, % 15, % 20 ve % 30) ile karıştırılmıştır. Daha sonra aynı zeminler üzerinde sadece kirecin etkisinin görülmesi amacıyla % 3, % 5 ve % 7 kireç ilavesi yapılmıştır. Aynı zamanda ilgili zeminlere, hem uçucu kül hem de kirecin etkisinin değerlendirilmesi amacıyla % 30 uçucu külkatkısı sabit tutularak belirtilen oranlarda (% 3, % 5 ve % 7) kireç ilavesi yapılmıştır. Kil ve ilgili katkılar üzerinde öncelikle indeks (özgül ağırlık, hidrometre, kıvam limitleri, standart kompaksiyon) deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonrasında optimum su içeriğinde hazırlanan numuneler dayanım deneylerine (serbest basınç, dolaylı çekme, ani taşıma indeksi, nemlilik şartları, Kaliforniya taşıma oranı, lineer şişme ve donma çözülme) tabi tutulmuştur.

Serbest basınç ve dolaylı çekme deneylerinde kür süresi olarak 0, 7 ve 28 gün seçilmiştir. Kaliforniya taşıma oranı ve lineer şişme deneylerinde ise sadece 28 gün kür süresi mevcuttur. Donma çözülme deneyinde 28 gün kür süresi uygulanan numuneler üzerinde 2, 4, 6, 8 ve 12 donma-çözülme çevrimi uygulanmıştır. Son olarak mikro yapının da incelenmesi açısından hazırlanan 28 gün kürlü numunelere mikro analizler (SEM, XRD, XRF, TGA) yapılmıştır. Donma çözülme ve mikro analizlerde sadece belirli karışımlar (S, S30FA, S30FA5L, S5L, B, B30FA, B30FA5L ve B5L) üzerinde deney gerçekleştirilmiştir. 

Elde edilen sonuçlara göre S ve B zemin üzerine sadece F sınıfı uçucu kül eklendiğinde, karışımların mühendislik performansları standartlarda belirtilen şartları sağlamaktan uzak kalmıştır. Sadece kireç eklenen karışımların dayanım değerleri, tüm deneylerde uçucu küle göre daha iyi olmasına rağmen, bazı karışımlar (S3L ve B3L) CBR deneyinde beklenen güçlendirmenin altında sonuçlar vermiştir. Uçucu kül ve kireç içeren her iki zemine ait tüm karışımlarda elde edilen dayanım artışı sadece kireç içerenlere göre oldukça yüksek olmuştur. En yüksek dayanım değerleri S30FA5L, S30FA7L, B30FA5L ve B30FA7L karışımlarında elde edilmiştir. S30FA5L ve B30FA5L karışımlarının hem ekonomik olması hem de standartlar tarafından belirtilen şartlara uymasından dolayı optimum karışımlar olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Stabilizing engineering properties of weak soils with some methods such as physical, chemical and hydraulic is called as soil stabilization. Chemical stabilization is one of the most widely used methods among them. In this study, two soils (S and B) having different plasticity were chosen as a research material. Lime and F type fly ash are used as chemical additives. Soils are mixed with various amount (% 5, % 10, % 15, % 20 and% 30) of fly ash. Afterwards, lime was added to these soils with varying proportion (% 3, %5 and % 7)  in order to evaluate the effect of it on same soils. Furthermore, lime was mixed with same proportions while % 30 of fly ash remains constant to interpret the effect of both fly ash and lime on soils. First, index tests (specific gravity, hydrometer, consistency limit and standard compaction) were performed on untreated and treated clays. Then, samples prepared with optimum water content were exposed to strength tests (unconfined compression, indirect tensile strength, immediate bearing index, moisture condition value, California bearing ratio, linear swelling and freezing-thawing). 

Curing time were selected as 0, 7 days and 28 days for unconfined compression strength and indirect tensile strength tests. California bearing ratio and linear swelling test samples were cured only for 28 days. Samples cured for 28 day curing were exposed to 2, 4, 6, 8 and 12 cycles of freezing-thawing. Freezing thawing test and microlevel analysis are performed only specified mixtures (S, S30FA, S30FA5L, S5L, B, B30FA, B30FA5L ve B5L). According to obtained results, engineering performances of S and B soils containing only fly ash additives are far away to satisfy the conditions stated in the standards. Although, strength of mixtures having only lime additives are better then fly ash treated mixtures for all tests, strength results of some mixtures (S3L and B3L) were not good enough according to expectation for CBR test. Strength increase obtained from all mixtures containing both fly ash and lime are very huge when compared with lime only treated mixtures. The maximum strength values were obtained for the mixtures of S30FA5L, S30FA7L, B30FA5L and B30FA7L. It has been concluded that S30FA5L and B30FA5L mixtures are optimum mixtures since these mixtures are economical and also meet the requirements specified by the standards.