Elektrik ark ocağı çelikhane cürufunun farklı karayolu bitümlü sıcak karışım tabakalarında kullanımının maliyetlerinin karşılaştırılması
Comparison of costs of the use of electric arc furnace steel slag on highway hot mix bituminous pavement
Yazar: RAHMİ SÜLEYMAN DEMİRCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜYE İYİNAM
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Elektrocüruf kaynağı = Electroslag welding ; Rolled asfalt = Rolled asphalt ; Taş mastik asfalt = Stone mastic asphalt

Özet:
Dünyada artan tüketim eğilimleri, çelik üretimi konusunda her geçen gün talep artışına yol açmaktadır. 2017 yılında tüm dünyada yaklaşık 1.691.000.000 ton çelik üretimi yapılmıştır. Bu üretimde aslan payını %50,8 oranla Çin Halk Cumhuriyeti almaktadır.
Ülkemiz çelik ürün üretimi konusunda dünyada önde gelen ülkelerden birisidir. 2017 yılı verileriyle dünyada 8. sıradadır. Çelik üretimi Marmara, Ege, Karadeniz ve Akdeniz bölgelerimizde çeşitli noktalarda toplanmıştır. Ülkemizde 24 elektrik ark ocaklı, 5 indüksiyon ocaklı ve 3 bazik oksijen fırınlı çelik fabrikası bulunmaktadır.  Yapılan çelik üretiminin büyük bir bölümü inşaat sektöründe tüketilmektedir. 
Özellikle elektrik ark ocağı cürufunun tüm dünyada ara ürün kullanımı çok yaygındır. Amerika Birleşik Devletleri, Avustralya, Japonya gibi ülkelerde elektrik ark ocağı cürufunun nihai depolamaya sevki sıfıra yakındır. Ortaya çıkan cürufun büyük bir kısmı karayolu inşaatında tüketilmektedir.
Ülkemizde de çelik üreticileri ve üniversitelerin yoğun çalışmaları sonucu elektrik ark ocağı cürufunun ara ürün olarak kullanılması konusunda mevzuat eksikleri bir bir tamamlanmaktadır. Cüruf atık olarak tanımlanmaktan ara ürün olarak tanımlanmaya geçmektedir.
Beton üreticileri tarafından talep görmeye başlayan cüruf, Karayolları Genel Müdürlüğünce yayımlanan şartname ile yol dolgusunda kullanılmaya başlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda cürufun karayolu esnek üst yapı tasarımlarında kullanılması önünde fiziksel özellik bakımından herhangi bir engel olmadığı görülmüş, şartname oluşturulması amacıyla İstanbul Teknik Üniversitesi ve Karayolları Genel Müdürlüğü paydaşlığında "Çelik Üretiminde Elde Edilen Cürufun Karayolu İnşaatında Kullanımı, Performansı ve Mevzuat Önerisinin Oluşturulması" araştırma ve geliştirme projesi başlatılmıştır. Söz konusu şartnamenin hazırlığı konusunda çalışmalar devam etmektedir.
Yapılan bu çalışmanın ilk bölümünde ülkemizde ve dünyadaki çelik sektörünün durumu konusunda çeşitli istatistiki bilgiler ve çelik üretim yöntemlerine yönelik bilgiler verilmiştir.
İkinci bölümde ise cürufun çelik üretim yöntemlerine göre oluşumları anlatılmış olup, cürufun kullanım alanları hakkında bilgiler verilmiştir.
Üçüncü bölümde Karayolları Genel Müdürlüğünce yayımlanmış olan Karayolları Teknik Şartnamesinde belirtilen esaslar çerçevesinde esnek üstyapının çeşitli tabakalarına ilişkin tasarım detayları verilmiştir.
Dördüncü bölümde cüruf kullanılarak yapılan asfalt betonu bitümlü temel, binder ve aşınma tabakaları ile taş mastik asfalt aşınma tabakalarına ait numunlerin Marshall deneyi sonuçları verilerek, cürufun bu tabakalarda kullanılabilirliği gösterilmiştir.
Beşinci bölümde doğal agrega temininin görece zor ve kolay olduğu iki ayrı yapım işi için esnek üstyapı tasarımlarının doğal agrega ve elektrik ark ocağı cürufu ile yapımı durumundaki maliyetleri hesaplanarak, sonuçlar mesafeye bağlı olarak grafikler halinde çıkarılmıştır.
Son bölümde ise mesafeye bağlı grafikler karşılaştırılarak değerlendirmeler yapılmış ve önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
Increasing consumption trends in the world lead to an increasing demand for steel production. In 2017, approximately 1,691,000,000 tons of steel was produced all over the world. The lion's share in this production is 50.8% in the People's Republic of China.
Our country is one of the leading countries in the world in the production of steel products. It ranks 8th in the world with 2017 data. Steel production is gathered at various points in Marmara, Aegean, Black Sea and Mediterranean regions. In our country, there are 24 electric arc furnace, 5 induction furnace and 3 basic oxygen furnace steel plant. Most of the steel production is consumed in the construction sector.
In particular, the use of electric arc furnace slag worldwide is very common. In countries such as the United States, Australia, Japan, the transfer of the electric arc furnace slag to the final storage is close to zero. Most of the slag is consumed in highway construction.
As a result of the intensive work of steel producers and universities in our country, the lack of legislation on the use of electric arc furnace slag as an intermediate product is completed. Slag is now defined as derivative product.
The slag started to be demanded by the concrete producers and started to be used in road filling with the specifications published by the General Directorate of Highways. As a result of the studies carried out, it was seen that there was no obstacle in the physical feature maintenance of the slag to be used in the flexible asphalt pavement designs. Now,  the Project "Use of Slag Produced in Steel Production in Highway Construction, Performance and Establishment of Legislation Proposal" resuming the process in joint owner of General Directorate of Highways and İstanbul Technical University.
In order for cost comparisons to be consistent from this study, some variables are considered as fixed. For example, the price of the steel coke slag is not calculated under the free market conditions but on the processing cost. It is assumed that the enterprise that considers the slag as waste is willing to get rid of the slag and the initial cost of raw slag after steel production is zero. Besides, the transportation distance of the asphalt, which is the only final product, is considered to be variable. As the location of the steel plants is stable, bitumen transportations have been kept constant and it has been accepted that the asphalt plant has been established at a fixed distance both in the quarry and the steel plant. In addition, it is assumed that the water requirement to be used for the hydration processes required for the use of slag is provided by natural rains, recycling water or well water.
As a result of the study, it is seen that if the hot mix bituminous asphalt pavement is made with slag in an area where relatively natural aggregate is easy to procure, if the layer thicknesses in the design with natural aggregate are used, it is not economically appropriate.
In addition, in the case where the hot mix bituminous asphalt pavement is made with slag in a region where relatively natural aggregate is difficult to obtain, it is seen that if the layer thicknesses in the design with natural aggregate are used, it is seen to be economically equivalent.
Samples taken from hot mix bituminous asphalt pavement designs made with electric arc furnace slag and samples collected from hot mix bituminous asphalt pavement designs made with natural aggregate were subjected to various tests. As a result of these tests, samples obtained from hot mix bituminous asphalt pavement designs made with electric arc furnace slag were found to show high strength compared to the samples which were collected from hot mix bituminous asphalt pavement designs made with natural aggregate.
Depending on these performance results, we can reduce the thickness of the hot mix bituminous asphalt pavement layers with electric arc furnace slag depending on the Marshall design criteria.
In order to achieve this thickness reduction, the design made with both natural aggregate and electric arc furnace slag has been accepted as a project life of 20 years.
When we repeated the cost calculations after the reduction in the thickness of the layer, a decrease in the bituminous hot mixture costs with electric arc furnace slag was observed. In the region where natural aggregate supply is relatively difficult, bituminous hot mix with electric arc furnace slag is cheaper than making with natural aggregate. In the region where natural aggregate is easy to procure, it is very close to the cost of making bituminous hot mix with electric arc furnace slag and natural aggregate.
In the first part of this study, various statistical information is given about the situation of the steel sector in our country and in the world.
In the second part, the formation of slag according to the methods of steel production is explained and information about the usage areas of the slag is given.
In the third chapter, design details related to various layers of asphalt pavement are given in accordance with the principles specified in the Technical Specifications of Highways published by General Directorate of Highways.
In the fourth chapter, flexible asphalt pavement design studies using slag and the data obtained from these studies are shown.
In the fifth chapter, for the two different case where the natural aggregate supply is relatively difficult and easy, the costs of the flexible asphalt pavement designs were calculated by using natural aggregate and electric arc furnace slag, and the results were calculated according to the distance.
In the last section, the graphs related to the distance were compared and evaluations were made and recommendations were made.