Bazalt fiber ve mineral katkıların kohezyonlu zeminlerin geoteknik özelliklerine etkisinin araştırılması
Investigation of effect of basalt fiber and mineral additives on geotechnical properties of cohesive soils
Yazar: ONUR SARAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİLA DEMİRÖZ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Killer plastik davranış gösteren, yüksek su içeriklerinde dayanımları önemli ölçüde azalan ve yüksek miktarda oturma yapabilen zeminlerdir. Bu zeminler üzerinde inşaat yapılabilmesi için zeminin mühendislik özelliklerinin iyileştirilmesi gerekir. Kil zeminlerin mühendislik özellikleri; çimento, kireç, silis dumanı ve uçucu kül gibi kimyasal katkılarla iyileştirilebilmektedir. Ayrıca, son yıllarda fiberlerin zemin iyileştirmesinde kullanımına yönelik çalışmaların sayısı artmaktadır. 
Bu tez çalışmasında; bazalt fiber, uçucu kül ve silis dumanı katkılarının problemli zeminin dayanım, geçirimlilik, şişme özellikleri ve mikro yapısı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışmaların tasarımı Taguchi yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Taguchi yöntemine özgü 4 parametreli ve 4 seviyeli L16 tasarım tablosu kullanılarak deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bazalt fiber-uçucu kül ve bazalt fiber-silis dumanı katkılı numuneler için iki ayrı deney tablosu oluşturulmuştur. Bu amaçla bazalt fiber uzunluğu (6-24 mm), bazalt fiber yüzdesi (%0-1.5), kür süresi (1-56 gün), uçucu kül ve silis dumanı içeriği (%0-15) değişken olarak seçilmiştir. Puzolanik aktiviteyi arttırmak amacıyla her karışıma %3 kireç ilave edilmiştir. S/N ve varyans analizleri yapılarak parametrelerin deney sonucu üzerindeki etki dereceleri ve optimum parametre seviyeleri belirlenmiştir. Ayrıca, çalışmada kullanılan katkıların killerdeki kuruma çatlaklarına etkisi belirlenmiştir.
Optimum su muhtevası ve maksimum yoğunluk değerlerinde hazırlanan numuneler üzerinde serbest basınç, yarmada çekme, permeabilite ve ıslak CBR deneyleri yapılmıştır. Yapılan istatistiksel analizler sonucunda, dayanım deneyleri için optimum parametreler; 18 mm bazalt fiber uzunluğu, %1 bazalt fiber, %10 uçucu kül ve %10 silis dumanı olarak bulunmuştur. Bu seviyelerden sonra dayanım azalmıştır. Kür süresi arttıkça dayanım artmıştır. Dayanım üzerinde en etkili parametreler sırasıyla kür süresi, silis dumanı/uçucu kül içeriği, bazalt fiber içeriği ve bazalt fiber uzunluğu olarak belirlenmiştir. Bazalt fiber uzunluğu ve içeriğinin artması ile permeabilite katsayısı yükselmiştir. Ancak silis dumanı ve uçucu kül içeriği arttıkça permeabilite katsayısı azalmıştır. Kullanılan katkılar, kil numunesinde meydana gelen kuruma çatlaklarının miktarını azaltmada etkili olmuştur. SEM görüntüleri ile zemin numunelerinin içyapısındaki boşlukların durumu ve C-S-H jellerinin oluşumu gözlenerek dayanım performansı ile ilişkilendirilmiştir. Deneysel ve istatistiki çalışmalardan elde edilen sonuçlar literatürle uyumlu olmuştur.

Anahtar Kelimeler: Bazalt fiber, Silis dumanı, Taguchi metodu, Uçucu kül, Zemin stabilizasyonu

Abstract:
Clays are soils that display plastic behaviors, have substantially lowered strength at high water content values, and can show significant subsidence. To construct on these soils, the engineering properties of the ground need to be improved. The engineering properties of clayey soils can be improved using chemical additives such as cement, lime, silica fume and fly ash. Additionally, in recent years, the number of studies on the use of fibers in soil improvement has been increasing. 
In this study, the effects of basalt fiber, fly ash and silica fume additives on the strength, permeability, swelling properties and microstructure of the problematic soil were investigated. Experimental studies were designed using the Taguchi method. Experiments were conducted using the L16 design table with 4 parameters and 4 levels specific to the Taguchi method. Two separated experimental tables were created for basalt fiber-fly ash and basalt fiber-silica fume modified samples. For this purpose, varying values of basalt fiber length (6–24 mm), basalt fiber content (0–1.5%), curing time (1–56 days), fly ash and silica fume content (0–15%) were selected. To increase the pozzolanic activity, 3% lime was added to all mixtures. The effects of parameters on experiment results and the optimum parameter levels have been determined through of S/N and variance analysis. Additionally, the influence of additives on the desiccation cracking of clays has been identified in the study.
Specimens that were prepared at the optimum water content and maximum density values were subjected to unconfined compressive, splitting tensile, permeability and soaked CBR tests. According to the results of the statistical analyses, the optimum parameters for the strength experiments were determined as a basalt fiber length of 18 mm, a basalt fiber content of 1%, a silica fume content of 10%, and a fly ash content of 10%. After these levels, the strength has decreased. As the curing time increased, the strength has improved. The most effective parameters on the strength were determined as curing time, silica fume/fly ash content, basalt fiber content, and basalt fiber length, respectively. As the basalt fiber length and content increased, the permeability coefficient also increased. However, with the increase in silica fume and fly ash content, the permeability coefficient decreased. The additives used were effective in reducing the amount of dessication cracks in the clay soil. With the SEM images, the state of the voids and the formation of C-S-H gels in the microstructure structure of the soil samples have been investigated and associated with the strength performance. The results obtained from experimental and statistical studies have been compatible with the literature.

Keywords: Basalt fiber, Fly ash, Silica fume, Soil stabilization, Taguchi method