Utilization of recycled concrete fine aggregate in stabilization of clayey soils
Killi zeminlerin stabilizasyonunda geri dönüştürülmüş ince beton agregaların kullanımı
- Tez No: 953182
- Danışmanlar: PROF. DR. AYKUT ŞENOL, DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEHRA NİL KUTLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Kaplamalar gibi hafif yapılar da dahil olmak üzere kil üzerine inşa edilen yapılar, genellikle farklı hareketler ve aşırı eğimler gibi belirli yapısal sorunlara maruz kalır ve bu da temel sistemlerine ve yapı elemanlarına zarar verir. Kil mineralleri belirli anyonları ve katyonları absorbe etme ve bunları değişebilir bir durumda tutma yeteneğine sahip olduklarından, çok sayıda araştırmacı, killi toprakları stabilize etmek için toprağın çimento, kireç ve uçucu kül gibi belirli malzemelerle kimyasal olarak karıştırılmasının etkisini araştırmaktadır. Toprağın kimyasallarla stabilizasyonu, toprağın mühendislik özelliklerini geliştirmek için kullanılan verimli ve yaygın bir tekniktir. Ancak bu kimyasal maddelerin aşırı kullanımı, yeraltı suyu kalitesini etkileme, karbon emisyonu ve diğer olumsuz sera gazları üretme gibi doğaya zararları tetikleyebilir. Sadece stabilizatör olarak değil, aynı zamanda sürdürülebilir ve çevre dostu olarak da kullanılabilecek stabilize edici bir malzeme bulmak temel bir gerekliliktir. Sürdürülebilir kalkınmanın özü, iklim değişikliği ve küresel ısınma gibi kaçınılmaz olgulara direnmede son zamanlarda her zamankinden daha fazla dikkat çekiyor. İnşaat malzemelerinin sürekli üretimi ve tüketimi ve bunlardan kaynaklanan çevre kirliliği küresel bir soruna yol açmıştır. Doğal yapı malzemelerinin madenciliği ve üretimi, özellikle karbon emisyonları ve diğer olumsuz sera gazları üreten fosil yakıtlardan enerji tüketimine ihtiyaç duyar; doğal yapı malzemesi kaynakları sınırlıdır ve bunların aşırı kullanımı geri dönüşü olmayan çevresel zararlara yol açabilir; inşaat ve yıkım atıklarının doğal bir ortamda birikmesi ve depolanması, kirliliğe ve ekolojik sorunlara yol açmaktadır. Bununla birlikte, inşaat uygulamalarında inşaat ve yıkım atıklarının geri dönüştürülmesi ve yeniden kullanılması, dünyanın doğal kaynaklarının korunmasına ek olarak çevre kirliliğinin kısmen dengelenmesine yardımcı olur. Geri dönüştürülmüş beton agregaları (GİBA), kırma tuğlalar (KT) ve geri kazanılmış asfalt kaplama (GAK), inşaat ve yıkım malzemelerinin ana kısımlarıdır. Katı atıkların diğer içerikleri arasında, GİBA'nın oranı oldukça yüksektir ve sonuç olarak, inşaat projelerinde çok daha hoş ve daha sıradan bir şekilde uygulanmaktadır. GBA'nın kaynağı, katı atıklardaki inşaat ve yıkım malzemelerinin büyük bir kısmını oluşturan beton molozlarıdır. GBA'nın %65-80'i genellikle doğal agregalardan oluşur (DA), %20-35 ise çimento harcı temsil etmektedir. Geri dönüştürülmüş betonda tutulan hidratlanmamış çimento parçası, kilin mühendislik özelliklerini artıran kil mineralleri ile reaksiyona girme potansiyeline sahiptir. Bu araştırmanın amacı, geri dönüştürülmüş beton ince agrega (GİBA) malzemesinin killi zeminlere eklenmesinin kür süresinin farklı kilin mühendislik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmaktır. Killerin fiziksel ve mekanik özelliklerini, özellikle de serbest basınç dayanımını belirlemek için çeşitli laboratuvar testleri yapılmıştır. Bu çalışmada üç farklı tipte killi toprak incelenmiştir. Düşük plastisiteli kil, ticari yüksek plastisiteli kil ve doğal yüksek plastisiteli kil. İlk aşamada, bu killerin tane boyutu dağılımı, plastisite ve özgül ağırlık gibi fiziksel özelliklerini belirlemek için geoteknik laboratuvar testleri yapılmıştır. Ayrıca her bir kil için standart Proktor kompaksiyon ve minyatür kompaksiyon testleri uygulanarak sıkıştırma parametreleri belirlendi. Son olarak, düz killerin serbest basınç dayanımı her bir kil için ayrı ayrı ölçülmüştür. İkinci aşama, GİBA, çeşitli yüzdelerde, çeşitli nem içeriklerinde killerle karıştırılmıştır. Karışımların sıkıştırma parametrelerini belirlemek için yapılan minyatür kompaksiyon testine ek olarak, killerin serbest dayanımını ölçmek için serbest basınç dayanımı (SBD) testi de yapılmıştır. Kür süresinin karışımlar üzerindeki etkisini incelemek için her bir kile ait numuneler iki gruba ayrıldı; karıştırmadan hemen sonra SBD testinin yapıldığı gecikmesiz numuneler ve kürlenmiş numunelerden 7 gün sonra SBD testinin yapıldığı 7 günlük numuneler. Standart Proktor kompaksiyon ekipmanına kalibre edildikten sonra, standart Proktor kompaksiyon testi yerine minyatür kompaksiyon testinin kullanılması, harcanan zaman ve harcanan emek açısından daha etkili ve faydalıdır. Killi topraklara GİBA eklenmesi genellikle maksimum kuru birim ağırlığı arttırırken optimum nem içeriğini azaltır. Bu, optimum su içeriğinde bir azalmaya yol açan nemlendirilmesi gereken yüzey alanının azalmasının, GİBA'da bulunan hidrate edilmemiş çimentonun kil-GİBA arasındaki bağın artmasına yardımcı olan hidratasyonunun meydana gelmesinin bir sonucu olarak düşünülebilir. partiküller ve kuru birim ağırlığın artmasına katkıda bulunan killere kıyasla daha yüksek GİBA yoğunluğu. Killere RCFA eklenmesi, zeminlerin serbest basınç dayanımını arttırır. Toprak partikülleri ile RCFA'da bulunan hidrate olmayan artık çimento arasında meydana gelen çimentolu bağlanmanın bir sonucu olarak, numunelerin tavsiye edilen bir süre kürlenmesi, dayanımı önemli ölçüde artırır. Ticari zeminler için, kürlenmeyen numuneler mukavemette ihmal edilebilir bir artış gösterirken, 7 günlük numunelerden fark edildiği gibi kürlenme süresi mukavemetin geliştirilmesinde ana rolü oynar. Öte yandan, doğal kil için, hem kürlenmeyen hem de 7 günlük numuneler, ticari olanlara kıyasla önemli ölçüde dayanım göstermektedir. Nemli kürleme UCS'de önemli bir artışa neden olur. İncelenen tüm zeminler için, 7 günlük kürlenmiş numuneler, düz numune ve kürlenmemiş numunelere kıyasla UCS değerinde artış göstermektedir. Ayrıca, daha uzun kürleme süresi, 7 günlük kürlenmiş numunelerden çok daha büyük olan CH2 için 28 günlük kürlenmenin kanıtı olarak UCS'de artışa yol açar. Killi toprağa RCFA ilavesi, RCFA agregalarında yer alan doğal agrega nedeniyle toprak mukavemetini ve iç sürtünmeyi arttırır.
Özet (Çeviri)
Structures, including light structures such as pavements, built on clay are generally exposed to specific structural problems such as differential movements and excessive deflections, leading to damage to foundation systems and structural elements. As the minerals of clay have the possibility to adsorb certain anions and cations, and the ability to retain them in an interchangeable state, numerous researchers have been studying the impact of chemically mixing of soil with specific materials such as cement, lime, and fly ash to stabilize clay soils. Stabilization of soil by chemicals is an efficient and common technique used to improve the engineering properties of soil. However, the excessive utilization of these chemical materials may trigger harm to nature such as affecting groundwater quality and producing carbon emissions and other unfavorable greenhouse gases. Finding a stabilizing material that can be utilized not just as a stabilizer but also as a sustainable and friendly to the environment is an essential requirement. The essence of sustainable development recently attracts more attention, in the purpose of resisting of unescapable phenomena such as climate change and global warming. Producing and consuming of construction materials unceasingly and the environmental deterioration resulting from them have led to a global issue. Excavating and formulating of raw materials used in construction industry need consumption of energy, specifically the nonrenewable energy, that emanate carbon to air; resources of raw materials are confined, and their excess utilization may lead to irreversible environmental harm; accumulation and landfilling of wastes of construction and demolition in nature leads to contagion and eco-friendly issues. Nevertheless, recycling and reusing of C&D wastes in the applications of construction help to partially offset environmental pollution in addition to preserving the natural resources of the earth. Recycled concrete aggregates (RCA), and recycled asphalt pavement (RAP), crushed bricks (CB) are the main portions of construction and demolition materials. Among other contents of the solid waste, the proportion of RCA is considerably higher and, as a result, is much more pleasant and more ordinarily implemented in construction projects. The source of RCA is concrete rubble which comprises a main portion of construction and demolition materials in the solid wastes. RCA is divided into two groups, with respect to its size, coarse aggregates and fine aggregates. As coarse aggregates were found applicable to be utilized in construction industry, recycled concrete fine aggregates (RCFA) are considered waste. 65-80% of recycled concrete aggregates is generally constituted of natural aggregates (NA), whereas 20-35% represents cement mortar. The unhydrated cement part retained in recycled concrete has a potential to react with clay minerals boosting the engineering properties of clay. The aim of this research is to investigate the impact of adding recycled concrete fine aggregates (RCFA) material to clay soils along with examining the curing time on the engineering properties of different types of clay. Several laboratory tests were carried out to determine the physical and mechanical properties of the clays, specifically the unconfined compressive strength. Three different types of clay soils were examined in this study. Low plasticity clay, commercial high plasticity clay, and natural high plasticity clay. First stage, geotechnical laboratory tests were performed to determine the physical properties of these clays such as the grain size distribution, plasticity, and specific gravity. Furthermore, compaction parameters were determined by applying standard Proctor compaction and miniature compaction tests for each clay. Finally, the unconfined compressive strength of plain clays was measured separately for each clay. Second stage, RCFA, at various percentages, were mixed with clays at numerous moisture contents. In addition to miniature compaction test conducted to determine the compaction parameters for the mixtures, unconfined compressive strength (UCS) test also was carried out to measure the unconfined strength of clays. To study the impact of curing time on the mixtures, the specimens of each clay were divided into two groups; no-curing specimens, in which UCS test was carried out immediately after the mixing, and 7-day specimens, in which UCS test was performed after 7 days of the cured specimens. After being calibrated to standard Proctor compaction equipment, using miniature compaction test instead of standard Proctor compaction test is more effective and beneficial regarding time consumed and effort exerted. Adding RCFA to clayey soils generally increases the maximum dry unit weight while it reduces the optimum moisture content. This may be considered as a consequence of the reduction of surface area required to be moistened which leads to a decrease in optimum water content, of the occurrence of hydration of the unhydrated cement existed in RCFA which helps to increase the bonding between the clay-RCFA particles, and of the higher density of RCFA compared to that of clays which contributes to boosting dry unit weight. Adding RCFA to the clays enhances the unconfined compressive strength of the soils. As a consequence of cementitious bonding occurring between the soil particles and the unhydrated residual cement that existed in RCFA, curing of specimens for a recommended time enhances the strength significantly. For the commercial soils, no-curing specimens show a negligible increase in strength while the curing period plays the main role in improving the strength as noticed from 7-day specimens. On the other hand, for the natural clay, both no-curing and 7-day specimens demonstrate considerable strength compared to the commercial ones. Moist curing causes a considerable increase in UCS. For all examined soils, 7 days cured samples demonstrate increase in UCS value compared to plain sample and no-curing samples. Furthermore, longer curing time leads to rise in UCS as the evidence of 28 days of curing for CH2 which is far larger than that of 7 days cured samples. RCFA addition to clay soil increases soil strength and internal friction due to the natural aggregate involved in RCFA aggregates.
Benzer Tezler
- Geri dönüştürülebilir atık malzemelerin yol dolgusunda kullanılabilirliğinin karşılaştırılmalı olarak incelenmesi
Comparative analysis of the usability of recyclable waste materials in road embankment
ŞÜHEDA TAŞTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI YALÇIN DAYIOĞLU
- Dökümhanelerden kaynaklanan atıkların uygun geri kazanım / tekrar kullanım ve bertaraf yöntemlerinin incelenmesi
Investigation of appropriate recovery / reuse and disposal methods of wastes generated from foundries
HATİCE MERVE BAŞAR
Doktora
Türkçe
2012
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN DEVECİ AKSOY
- Sürdürülebilirlik kavramı bağlamında geri kazanılmış agregalı beton
Recycled aggregate concrete in the context of sustainability concept
DİLEK DİLHAN ALTINIŞIK
- Geri kazanılmış agrega ile üretilen polipropilen lif katkılı betonların özellikleri
Properties of concrete containing polypropylene fiber produced with recycled aggregate
BURAK ERDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ÇAKIR
- Effect of recycled granular polyethylene terephthalate (PET) on fresh and hardened properties of self-consolidating concrete
Atık polieitilen tereftalat (PET) granüllerinin kendiliğinden yerleşen betonda taze ve sertleşmiş özelliklerinin incelenmesi
MEHMET SAKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İnşaat MühendisliğiHasan Kalyoncu Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KASIM MERMERDAŞ