The Effect of Subbase Stabilized by Carbon Black on the Cost of Road Flexible Superstructure

Abstract

In this study, the effects of using black carbon obtained as a recycling product from waste vehicle tires for stabilization of a road base floor on flexible road superstructure layer thickness and cost were investigated. Firstly, the properties of black carbon were determined by experimenting with weak soil sieve analysis, hydrometer consistency limits, and pycnometer test. Secondly, various mass ratios (2.5%, 5%, 10%,15%,20%) of black carbon were added to the mixture of stabilization samples. Pure and mixture samples were experimented with by using a proctor test according to the ASTM D698 standards. After 1 and 7 days curing period, they were experimented with under an unconfined compression test according to the ASTM D2166 standards. Experimental results showed that the highest strength values were obtained from the mass ratio of the 10% black carbon mixture sample. These samples were experimented with under a CBR test according to the ASTM D1883 standards after 1 and 7 days curing period. CBR value; It was determined that it increased 1.28 times at the end of 1 day of cure and 1.77 times after 7 days of cure. Using these CBR values, according to the AASHTO 1993 method; flexible road superstructure layer thicknesses were designed and their costs were evaluated. As a result of the calculations; It was determined that in case of improvement with 10% C by applying 1 and 7 days cure, the superstructure costs decreased by 5.13% and 14.37%, respectively.

Keywords

• Weak soil
• Carbon Black
• Stabilization
• CBR
• AASHTO method

Siyah Karbon ile Stabilize Edilen Taban Zeminin Yol Esnek Üst Yapı Maliyetine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, atık araç lastiklerden geri dönüşüm ürünü olarak elde edilen siyah karbonun, yol taban zemininin stabilizasyonunda kullanılmasının, esnek yol üst yapı tabaka kalınlıklarına ve maliyetine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak zayıf zemin elek analizi, hidrometre, kıvam limitleri ve piknometre deneylerine tabi tutularak özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra zemine ağırlıkça %2,5; %5, %10, %15, %20 oranlarında siyah karbon ilave edilerek stabilize karışım numuneleri hazırlanmıştır. Saf ve katkılı zemin numuneleri ASTM D698 standardına göre standart proktor deneyine tabi tutulduktan sonra numuneler, 1 ve 7 günlük kür süresi sonrasında ASTM D2166 standardına göre serbest basınç deneyine tabi tutulmuştur. Deney sonucunda en yüksek mukavemet değeri %10 siyah karbon katkılı karışımlardan elde edilmiştir. Hazırlanan saf ve %10 siyah karbon katkılı numuneler 1 ve 7 günlük kür sonrasında ASTM D1883 standardına göre Kaliforniya Taşıma Oranı (CBR) deneyine tabi tutulmuştur. CBR değerinin; %10 siyah karbon katkısı ile, 1 günlük kür sonunda 1,28 kat arttırdığı ve 7 günlük kür sonunda 1,77 kat arttırdığı tespit edilmiştir. Bu CBR değerleri kullanılarak AASHTO 1993 yöntemine göre esnek yol üst yapı tabaka kalınlıkları tasarımı yapılmış ve üst yapı maliyetleri değerlendirilmiştir. Hesaplamalar neticesinde, siyah karbon ile stabilize edilen zeminlerin üst yapı maliyetlerinin, 1 günlük kür sonunda %7,20 oranında ve 7 günlük kür sonunda %15,62 oranında düşüş gösterdiği tespit edilmiştir.

Keywords

• Zayıf Zemin
• Siyah Karbon
• Stabilizasyon
• CBR
• AASHTO metodu

References

1. Keskin, (2004), Kireç Stabilizasyonu ve Yol Kesitine Etkileri, Kocaeli Üniversitesi, FBE, Yüksek Lisans Tezi.
2. Basha, E. A., Hashim, R., Mahmud, H. B., Muntohar, A. S., (2005), Stabilization of Residual Soil with Rice Husk Ash and Cement, Construction and Building Materials, 19, 448–453.
3. Akbulut, S., Arasan, S., Ekrem Kalkan, E. (2007). Modification of clayey soils using scrap tire rubber and synthetic fibers. Applied Clay Science, 38, 23–32.
4. Brooks, R.M., (2009), Soil Stabilization with Fly Ash and Rice Husk Ash, International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences, ISSN: 2076-734X, EISSN: 2076-7366 Volume 1, Issue 3 (December 2009), 209-217.
5. Keskin, S. ve Laman, M. (2012). Atık lastik - kum karışımlarının kayma mukavemetinin laboratuar deneyleriyle incelenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık FakültesiDergisi,27(2), 27-35.
6. Shabana S., Anshi C., Shamseera P., Shyamili T. M., Sruthi V., Suhaira P. (2014) “Study on CBR values of soıl wıth crushed coconut shells” International Journal of Advanced Engineering Technology Volume: 05 Issue: 03 | July-September 2014, Pages 55-58.
7. Yarbaşı, N. (2016). Atık lastik parçaları ile güçlendirilmiş killi zeminlerin donma-çözülme davranışı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(6), 559-562.
8. Karaman, M. ve Ecemiş, N. (2017, Kasım 22-24). Kum - lastik kırpıntı çapının ve karışım oranının sıvılaşma potansiyeline etkisinin sarsma tablası deneyleri ile incelenmesi. 7. Geoteknik Sempozyumu, İstanbul.

9. Işık, F. ve Akbulut R.K. (2018). Geri Dönüştürülmüş Karbon Karasının Killi Zeminlerin Kıvam Limitlerine Etkisi. / Iğdır Univ. J. Inst. Sci. & Tech. 8(2): 123-130, 2018
10. Kumar S.N, Reddy A. S. T., A. Kumar P.V., (2019), “Utilization Of Carbon Black Waste For Subgrades In Flexible Pavements” Internatıonal Journal Of Scıentıfıc & Technology Research volume 8, Issue 12, December 2019, Pages 1817-1820
11. Eryılmaz H. ve Demirarslan K.O. “Ömrünü tamamlamış lastiklerin (ÖTL) sıvılaştırılarak geri dönüşümünün araştırılması”. Sürdürülebilir Mühendislik Uygulamaları ve Teknolojik Gelişmeler Dergisi, 2(1): 50-56, (2019).
12. Anonim. (2020). https://eracevre.com/pdf/Carbon_Black_Brochure.pdf “Green Karbon Black” (Erişim Tarihi:25.09.2020)
13. Yılmaz.I, Yıldıran M., Keskin İ. (2017), Zemin Mekaniği Laboratuvar Deneyleri ve Çözümlü Problemler, Seçkin Kitabevi Ankara.
14. AASHTO (1993). Interim Guide For Design of Pavement Structures”, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C.
15. Kök B.V. (2019), Karayolu Mühendisliği ve Tasarımı, Nobel Akademik Yayıncılık Ankara
16. Karayolları Esnek Üstyapıları Projelendirme Rehberi (2008). T.C. Ulaştırma Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı Üstyapı Şubesi Müdürlüğü, Ankara
17. Karbon Karaları ve Testleri(2011). Kimya Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı (524KI0246), Ankara.
18. Kızıltaş, Ü., 1999, Lastik Üretiminde Katkı Elemanlarının Özelliklere Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 64s.
19. Geçkil, T., 2008, Siyah Karbonun Bitümlü Sıcak Karışımların Özelliklerine Etkisinin Araştırılması, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi , Elazığ.
20. Tunç, A. 2004. Kaplama Mühendisliği ve Uygulamaları. Asil Yayın Dağıtım, Ankara.