Experimental study of the use of steel slag as a geotechnical material
Çelik cürufunun geoteknik bir malzeme olarak deneysel çalışması
- Tez No: 874278
- Danışmanlar: PROF. DR. MONİCA PREZZİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dolgu zeminler, Ferrokrom cürufları, Yüksek fırın cürufları, Filling soils, Ferrochromium slags, Blast furnace slags
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Purdue Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çelik cürufu, çelik üretimi ve çelik rafinasyon işlemlerinin bir yan ürünüdür. 2006 yılında ABD'de 10-15 milyon mt çelik cürufu üretilmiştir. ABD'de her yıl üretilen toplam çelik cürufunun yaklaşık %50-70'i yol ve kaldırım inşaatı için agrega olarak, yaklaşık %15-40'ı ise çelik üretim tesislerinde stoklanır. Mevcut çelik cürufu stoklama ve depolama seviyeleri sürdürülebilir olmadığından, cüruf bertaraf sorununu hafifletmek ve azalan doğal kaynakların korunmasına yardımcı olmak için çelik cürufunu kullanmanın yeni yollarına ihtiyaç vardır. Geoteknik mühendisliği uygulamalarından bu amaçla yararlanılabilir. Bu araştırmanın temel amacı, farklı çelik üretim tesislerinde çıkan iki tip çelik cürufunun geoteknik mühendislik özelliklerini belirlemek ve bunların zemin stabilizasyonu ve dolgu inşaatındaki potansiyel kullanımlarını değerlendirmektir. Taze ve yaşlandırılmış bazik oksijen fırını (BOF) cürufu ve taze elektrik ark ocağı potası [EAF(L)] cürufu numuneleri bir dizi laboratuvar testiyle (özgül ağırlık, tane boyutu analizi, X- ışın kırınımı, sıkıştırma, maksimum ve minimum yoğunluk, büyük ölçekli doğrudan kesme, birleştirilmiş drenajlı üç eksenli ve şişme testleri) karakterize edilmiştir. Dane büyüklüğü dağılımının taze ve yaşlandırılmış çelik cürufu numunelerinin mühendislik özellikleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Çelik cürufu [BOF ve EAF(L)] ve C Sınıfı uçucu külünün çeşitli karışımları da araştırılmıştır. Karışımlar, yaşlandırılmış BOF cürufuna ağırlıkça %5 ve %10 C Sınıfı uçucu kül ve taze EAF(L) cürufuna ağırlıkça %5, %10 ve %20 C Sınıfı uçucu kül ilave edilerek hazırlanmıştır. Karışımların dayanım kazanma özelliklerini değerlendirmek için çeşitli kür sürelerinden sonra karışımlar üzerinde serbest basınç testleri yapılmıştır. Taze ve yaşlandırılmış BOF cürufu ve ağırlıkça %10 C sınıfı uçucu külün sıkıştırılmış karışımları ve taze EAF(L) cürufu ve ağırlıkça %5, 10 ve 20 Sınıf-C uçucu külünün sıkıştırılmış karışımları üzerinde uzun süreli şişme deneyleri yapılmıştır. Taze ve yaşlandırılmış BOF cürufuna %10 öğütülmüş kauçuğun (ağırlıkça) eklenmesinin, karışımların uzun vadeli şişme davranışı üzerindeki etkisi de incelenmiştir. BOF cürufunun optimum nem içeriği ve maksimum kuru birim ağırlığı sırasıyla %4-8 ve 19.5-21.8 kN/m3 aralığındadır. Taze ve yaşlı BOF cüruflarının kritik durum sürtünme açısı, büyük ölçekli doğrudan kesme testi sonuçlarına göre 45,3°-48,1° aralığındadır. %90 rölatif kompaksiyonla hazırlanan yaşlandırılmış BOF cürufu (9,5 mm altı dane çapında) numunelerinin pik sürtünme açıları, 50, 110 ve 200 kPa izotropik konsolidasyon gerilimlerinde gerçekleştirilen drenajlı üç eksenli basınç testlerine göre sırasıyla 47,3°, 45,2° ve 43,5°'a eşittir. EAF(L) cürufunun optimum nem içeriği ve maksimum kuru birim ağırlığı sırasıyla %10-13 ve 16.8-20.0 kN/m3 aralığındadır. Taze EAF(L) cürufunun kritik durum sürtünme açısı, büyük ölçekli doğrudan kesme test sonuçlarına göre yaklaşık 40,6°'ya eşitti. BOF cürufu-C Sınıfı uçucu kül ve EAF(L) cürufu-C Sınıfı uçucu külün sıkıştırılmış karışımlarında kür zamanıyla orantılı olarak mükemmel mukavemet artışı göstermektedir. Çelik cürufu ve C Sınıfı uçucu kül karışımları üzerinde yapılan uzun süreli şişme testlerinin sonuçları, %10 C Sınıfı uçucu kül ilavesinin hem BOF hem de EAF(L) cüruf numunelerinin şişmesini ihmal edilebilir seviyelere kadar bastırdığını göstermiştir. Bu araştırmanın sonuçları, BOF cürufu ve C Sınıfı uçucu kül karışımlarının ve EAF(L) cürufu ve C Sınıfı uçucu kül karışımlarının zemin uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Steel slag is a by-product of the steelmaking and steel refining processes. In 2006, 10-15 million metric tons of steel slag were generated in the U.S. Out of the total steel slag produced in the U.S. every year, about 50-70% is used as aggregate for road and pavement construction and approximately 15-40% is stockpiled in steel plants and eventually landfilled at slag disposal sites. Since the current levels of steel slag stockpiling and landfilling are not sustainable, new ways of disposing of steel slag are needed to alleviate the slag disposal problem and to help save dwindling natural resources. Geotechnical engineering applications can be used for this purpose. The main objectives of this research were to determine the geotechnical engineering properties of two types of steel slag generated from different steelmaking operations and to assess their potential use in subgrade stabilization and embankment construction. Samples of fresh and aged basic-oxygen-furnace (BOF) slag and of fresh electric-arc-furnace-ladle [EAF(L)] slag were characterized through a series of laboratory tests (specific gravity, grain-size analysis, X-ray diffraction, compaction, maximum and minimum density, large-scale direct shear, consolidated drained triaxial, and swelling tests). The effects of gradation on the engineering properties of both fresh and aged steel slag samples were assessed. Various mixtures of steel slag [BOF and EAF(L)] and Class-C fly ash were also investigated. The mixtures were prepared by adding 5 and 10% Class-C fly ash (by weight) to aged BOF slag and 5, 10, and 20% Class-C fly ash (by weight) to fresh EAF(L) slag. Unconfined compression tests were performed after various curing times to evaluate the strength gain characteristics of the mixtures. Long-term swelling tests were performed for compacted mixtures of both fresh and aged BOF slag and 10% Class-C fly ash (by weight) and for compacted mixtures of fresh EAF(L) slag and 5, 10, and 20% Class-C fly ash (by weight). The effect of adding 10% ground rubber (by weight) to fresh and aged BOF slag on the long-term swelling behavior of the mixtures was studied as well. The optimum moisture content and maximum dry unit weight of BOF slag were in the ranges of 4-8% and 19.5-21.8 kN/m3, respectively. The critical-state friction angle of fresh and aged BOF slags was in the 45.3°- 48.1° range according to large-scale direct shear test results. The peak friction angles of aged BOF slag (with minus 9.5 mm gradation) samples prepared at 90% relative compaction were equal to 47.3°, 45.2°, and 43.5° for drained triaxial compression tests performed at isotropic consolidation stresses of 50, 110, and 200 kPa, respectively. The optimum moisture content and maximum dry unit weight of EAF(L) slag were in the ranges of 10-13% and 16.8-20.0 kN/m3, respectively. The critical-state friction angle of fresh EAF(L) slag was equal to approximately 40.6° according to large-scale direct shear tests results. Compacted mixtures of both Class-C fly ash and BOF slag and of Class-C fly ash and EAF(L) slag showed excellent strength gain with time. The results of the long-term swelling tests on steel slag and Class-C fly ash mixtures showed that the addition of 10% Class-C fly ash suppressed the swelling of both BOF and EAF(L) slag samples to negligible levels. The results of this research showed that both mixtures of BOF slag and Class-C fly ash and mixtures of EAF(L) slag and Class-C fly ash can be utilized effectively in subgrade applications.
Benzer Tezler
- Synergetic effect of recycled coarse aggregate and steel fiber on the mechanical and durability aspects of fly ash/slag based geopolymer concrete
Geri dönüşümlü iri agrega ve çelik lifin uçucu kül/cüruf esaslı jeopolimer betonun mekanik ve dayanıklılık özelliklerine sinerjik etkisi
ASFAW MEKONNEN LAKEW
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORHAN CANPOLAT
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUKHALLAD ALMASHHADANI
- Elektrik ark ocağı cürufunun yapay agrega olarak karayolu inşaatı dolgu ve granüler tabakalarında kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of the usage of electric arc furnace slag as artifical aggregate in embankment and granular layers of road constructions
ÖZGÜR HASANÇEBİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞÜKRÜYE İYİNAM
- Çelik cüruf ve geogrid kullanılarak yol alt temel yapısının deneysel ve sayısal çalışmaları ile araştırılması
Experimental and numeric investigation of road subbase structure using steel slag and geogrid
AHMET ERDAĞ
Doktora
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN FIRAT
- Sıvı ham demirdeki silisyum miktarının torpido içerisinde azaltılmasına yönelik çalışmalar
The study about decrease of hot metal silicon content in torpedo car
KEREM DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
- Determination of engineering properties and sustainability of a sandy soil with slag and tire chips
Cüruf ve atık lastik parçalari ile iyileştirilmiş kumlu bir zeminin mühendislik özelliklerinin belirlenmesi ve sürdürülebilirliği
ABDELRAHMAN MAHER TAHA ELNEMR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat MühendisliğiYeditepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. HAKKI ORAL ÖZHAN