Geri Dön

Mechanical performance of rca-steel slag mixtures as base and subbase layers

Rca–çelik cürufu karışımlarının temel ve alt temel tabakalarındaki mekanik performansı

PDF İndir

  1. Tez No: 992561
  2. Yazar: SEYEDSINA NOROUZIAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ASLI YALÇIN DAYIOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez, geri dönüştürülmüş ve endüstriyel yan ürün niteliği taşıyan malzemelerin— özellikle Geri Dönüşümlü Beton Agregası (RCA), Elektrik Ark Ocağı Cürufu (EAF) ve Pota Ocağı Cürufu (LFS)—karayolu mühendisliği uygulamalarında doğal agrega yerine kullanılabilirliğini kapsamlı biçimde incelemektedir. Doğal kaynakların hızla tükenmesi, yeni ocak açılmasına yönelik çevresel kısıtlamalar ve inşaat sektöründe artan malzeme talebi, alternatif agrega arayışlarını zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda, hem inşaat ve yıkıntı atıklarının yeniden değerlendirilmesi hem de çelik endüstrisinin ürettiği cürufların katma değerli ürünlere dönüştürülmesi, sürdürülebilir altyapı gelişimi açısından kritik önem taşımaktadır. Bu çalışma, söz konusu malzemelerin tek başına ve özellikle ikili karışımlar halinde performansını değerlendirmeyi amaçlamakta; böylece hem mühendislik davranışının iyileştirilmesini hem de çevresel kazanımların artırılmasını hedeflemektedir. Araştırmanın temel yaklaşımı, her bir malzemenin kendine özgü avantaj ve dezavantajlara sahip olması ve bu malzemelerin belirli oranlarda karıştırılmasıyla“mühendislik açısından dengeli”bir davranış elde edilebileceği düşüncesine dayanmaktadır. RCA, yoğunluğu ve dayanımı doğal agregalara kıyasla daha düşük olmakla birlikte hacimsel olarak oldukça kararlı ve işlenebilirliği yüksektir. EAF cürufu, sert ve köşeli yapıda olması nedeniyle yüksek dayanım sunarken, serbest kireç ve magnezyum oksit içeriği nedeniyle hacimsel genleşme problemi taşımaktadır. LFS ise daha ince taneli bir yapıya ve sınırlı düzeyde bağlayıcılık özelliğine sahip olup, tek başına kullanıldığında yeterli dayanım seviyesine ulaşamamaktadır. Bu nedenle, çalışmanın odak noktasını oluşturan karışım tasarımları, malzemelerin bu karşıt özelliklerinin bir araya getirilmesi yoluyla hem mekanik davranışı optimize etmeyi hem de genleşme riskini azaltmayı amaçlamaktadır. Tez kapsamında RCA–EAF ve RCA–LFS sistemleri için farklı karışım oranları hazırlanmış ve bu karışımlar standart laboratuvar deneyleriyle değerlendirilmiştir. Deney programı; dane dağılımı, özgül ağırlık, standart Proctor sıkışma deneyleri, CBR taşıma gücü ölçümleri, doğrudan kesme deneyleri ve hacimsel genleşme testlerinden oluşmaktadır. Numuneler 25–75, 50–50 ve 75–25 oranlarında hazırlanmış; böylece hem malzeme davranışının tek yönlü olmadığı hem de farklı oranların mühendislik performansını önemli ölçüde değiştirdiği ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar, karışımların malzemelerin bireysel özelliklerinden çok daha üstün bir performans sergileyebildiğini göstermiştir. RCA–EAF karışımları, özellikle dikkat çekici mühendislik davranışları ortaya koymuştur. EAF cürufu tek başına yüksek dayanım ve yoğunluk sunmasına rağmen genleşme sınırlarını aşması nedeniyle kullanım açısından risk oluşturmaktadır. Ancak RCA ile karıştırıldığında genleşme belirgin şekilde azalmış, hatta bazı oranlarda kabul edilebilir seviyenin altına düşmüştür. RCA, genleşmeye neden olan serbest oksitleri seyrelterek EAF'ın hacimsel kararlılığını artırmış; buna karşılık EAF, RCA'nın dayanım eksikliğini gidererek karışımın mukavemet özelliklerini geliştirmiştir. Özellikle EAF'ın yüksek olduğu ve RCA'nın dengeleyici rol üstlendiği karışımlar, hem sıkışma özellikleri hem de dayanım açısından son derece başarılı performans göstermiştir. RCA–LFS karışımları da benzer biçimde belirgin iyileşmeler sağlamıştır. LFS tek başına kullanıldığında daha düşük dayanım ve yoğunluk değerlerine sahip olmasına karşın, RCA ile karıştırıldığında çok daha kararlı ve güçlü bir yapıya dönüşmüştür. LFS'in ince taneli yapısı ve sınırlı bağlayıcılık etkisi, RCA'nın kaba dane iskeletiyle birleştiğinde dolgu etkisi yaratarak sıkışabilirliği artırmış; RCA ise LFS'in mukavemet eksikliğini dengelemiştir. Bu sayede özellikle LFS oranının yüksek olduğu karışımlar, Hem sıkışma hem de CBR performansı açısından tatmin edici sonuçlar üretmiştir. Ayrıca LFS'in genleşme eğilimi düşük olduğundan, bu karışımlar genleşme açısından da güven vermiştir. Genel olarak tüm karışımlar incelendiğinde, malzemelerin birbirini tamamladığı açık biçimde görülmektedir. RCA'nın hacimsel kararlılığı EAF ve LFS'in genleşme davranışını düzenlemiş; EAF'ın yüksek dayanımı hem RCA hem de LFS karışımlarında gözle görülür bir mukavemet artışı sağlamış; LFS ise dolgu etkisi ve mikro struktürel özellikleriyle bazı karışımların sıkışabilirliğini geliştirmiştir. Bu üç malzeme arasındaki mühendislik sinerjisi, doğal agregaların yerine kullanılabilecek güçlü bir alternatif ortaya koymaktadır. Ayrıca karışım tasarımının istenen performansa göre optimize edilebilmesi, bu tür atık malzemeleri oldukça esnek ve ekonomik kılmaktadır. Saha ve standartlara uyumluluk açısından bakıldığında, karışımların büyük çoğunluğu AASHTO, ASTM ve USCS sınıflandırmalarında yol yapımına uygunluk göstermiş; sıkışma ve dayanım değerleri ise ulusal teknik şartname gerekliliklerini karşılamıştır. Çalışmanın en önemli bulgularından biri, bazı karışımların yalnızca uygun değil aynı zamanda mühendislik açısından oldukça avantajlı olmasıdır. Bu da karışımların sadece ekonomik ve çevresel gerekçelerle değil, aynı zamanda mekanik performans açısından da tercih edilebilir olduğunu göstermektedir. Bu araştırmanın ortaya koyduğu sonuçlar, yol mühendisliği uygulamalarında atık malzemelerin bütüncül karışım tasarımlarıyla değerlendirilmesinin hem teknik hem de çevresel açıdan büyük fırsatlar sunduğunu göstermektedir. Atık malzemelerin bu şekilde yeniden kullanılması, doğal kaynak tüketimini ve hafriyat ile cüruf döküm sahalarının yükünü önemli ölçüde azaltacak, karbon ayak izini düşürecek ve sürdürülebilir altyapı vizyonuna katkı sağlayacaktır. Daha da önemlisi, bu tez, RCA– EAF ve RCA–LFS karışımlarının doğru oranlarda tasarlandığında hem yüksek performanslı hem de çevresel açıdan sorumlu mühendislik malzemelerine dönüştürülebileceğini bilimsel olarak kanıtlamaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma atık bazlı karışım malzemelerinin karayolu yapımında geleneksel agregaların yerine kullanılabileceğine dair güçlü bir mühendislik temeli sunmaktadır. Karışımların üstün sıkışma özellikleri, yeterli taşıma gücü, geliştirilmiş kesme dayanımı ve kontrol altına alınmış hacimsel davranışı, onları modern altyapı çalışmalarında güvenilir bir seçenek haline getirmektedir. Böylece hem çevresel sürdürülebilirlik hem de ekonomik verimlilik açısından önemli kazanımlar sağlanmakta; aynı zamanda endüstriyel yan ürünlerin katma değerli şekilde geri kazanımı mümkün olmaktadır. Bu tez, bu çerçevede literatüre katkı yaparak, sürdürülebilir malzeme tasarımının yol mühendisliği uygulamalarında nasıl etkili bir araç haline getirilebileceğini kapsamlı biçimde ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

This study aims to evaluate the capability of recycled materials and industrial by-products, which are Recycled Concrete Aggregate (RCA), Electric Arc Furnace (EAF) slag, Ladle Furnace Slag (LFS), and their binary mixtures, to be used in road applications as sustainable alternatives to natural aggregates. The increase of natural source consumption, resource limitation, and requirement of infrastructure development make using alternative materials more significant. Although in the previous studies, RCA and steel slags were investigated separately, using them in a combination and finding the optimum mixture ratio is emphasized more in this study. It aims to show the performance of these materials in combinations and improve them in this way and reduce the challenges and issues. Each material has some suitable properties, a weak point, and limits. These differences are the reason to study the mixtures to evaluate what limits are eliminated and what positive points are improved. To study over these features, the mixtures with different ratios (25%-75%, 50%-50%, and 75%-25%) for each system (RCA-EAF and RCA-LFS). Then all the samples were prepared, including the pure materials and mixtures, and the experimental program was performed. These experiments were sieve analysis, specific gravity, standard compaction, California bearing ratio in both dry and soaked conditions, direct shear test, and swelling potential tests. In RCA- EAF mixtures, the synergetic behavior is observable considerably. Even though EAF slag singly has a high strength, its volumetric instability is high, and this issue prevents this material from being used in road projects. However, adding RCA to it reduces the swelling potential and stabilizes the mechanical behavior. The 25% ratio has positive effects approximately and changed the swelling potential from 0.82% to 0.52%, but more balanced ratios (50% RCA and 75% RCA) provide the allowed limit efficiently. There are optimum points in each test, such as the standard compaction test (E75-R25) with the highest maximum dry density. In the CBR test, E75-R25 has the best CBR value. As well, E50-R50 has close results to the optimum point with less swelling potential. The direct shear test result shows high performance in the mixtures. In the RCA-LFS mixtures, the same pattern was observed with different details. LFS singly has an average strength with a fine structure. By adding RCA to LFS, the maximum dry density increases, and at an optimum point (L75-R25), the CBR value increases. The direct shear test shows that in LFS mixtures the main parameters, such as cohesion and internal friction angle, improved obviously. LFS didn't show a swelling potential in this study and didn't pass the limit despite repeating the test three times. The general results show that the mixtures of RCA-EAF and RCA-LFS not only make up the limits of pure materials, but also they form improved behaviors that are not seen in the materials individually. Some mixtures have higher density, better shear stress, higher CBR value, more suitable bearing capacity, and less swelling potential. These performances are compatible with the geotechnical standards, and they meet the requirements to be used in the road construction projects, such as base layer, subbase layer, and embankments. As a result, this thesis demonstrates that designing and using the RCA, EAF slag, and LFS in optimum combinations may be utilized in road layers efficiently. These mixtures not only have great performance, but also, by using only the waste materials and reducing natural aggregates, they have a magnificent role in environmental concerns and the circular economy.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    1002624

    Geri dönüşüm agregası tabanlı elektriksel kür uygulanmış geopolimer harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of mechanical and durability properties of electrically cured geopolymer mortars based on recycled aggregates

    ŞAHİN EKMEKCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Mühendislik BilimleriYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL

  2. Tez No

    142852

    Karma llif içeren çimento esaslı kompozitlerin mekanik davranışı - bir optimum tasarım

    Mechanical behavior of cement based composites reinforced with hybrid fibres - an optimum design

    ÖZGÜR EKİNCİOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Yapı Malzemesi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CANAN TAŞDEMİR

  3. Tez No

    916249

    İnşaat yıkıntı atıkları ve endüstriyel atıkların kısa dönemli filtrasyon özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi

    Experimental investigation on short-term filtration behaviour of construction demolition wastes and industrial by-products

    BURAK BULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA HATİPOĞLU

  4. Tez No

    811481

    Investigation of engineering properties of fiber-reinforced red mud-metakaolin based geopolymer mortar made with waste filler materials

    Atık dolgu malzemeleri ile yapılan lif takviyeli kırmızı çamur-metakaolin tabanlı geopolimer harcın mühendislik özelliklerinin incelenmesi

    KHIZAR NAZIR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN CANPOLAT

  5. Tez No

    320809

    Çelik lif katkılı betondan imal edilmiş kolonların performans düzeylerinin incelenmesi

    Investigation of performance of steel fibre addition to the reinforced concrete columns

    EREN YAĞMUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATİH ALTUN

Geri Dön