Investigation of Basalt Fiber and Fly Ash Use in Soil Stabilization

Abstract

Clays show plastic behavior, strength decreases significantly at high water contents, and these clays may settle in high amounts. In order to build on these soils, the engineering properties of the soil must be developed. Engineering properties of clays can be improved by inclusion of chemical admixtures including cement, lime, fly ash, etc. In addition, the number of studies on the use of fibers in soil improvement has been increasing in recent years. In the study, the effects of basalt fiber and fly ash additives on the strength and permeability properties of problematic soils has been investigated. For this purpose, basalt fiber length (6-24 mm), basalt fiber percentage (0-1.5%), curing time (1-56 days) and percentage of fly ash (0-15%) were selected as variables. Experimental studies have been carried out using the L16 design table with 4 parameters and 4 levels specific to the Taguchi method. Unconfined compressive, splitting tensile and permeability tests were carried out on the samples prepared at optimum water content and maximum density values. As a result of statistical analysis, optimum parameters for unconfined compressive and splitting tensile tests; 18 mm basalt fiber length, 1% basalt fiber, 10% fly ash and 56 days curing time were obtained. The permeability coefficient increased with the increase in basalt fiber length and content. However, the permeability coefficient decreased with the increase in the percentage of fly ash.

Keywords

• Basalt fiber
• Fly ash
• Soil stabilization
• Strength

ZEMİN STABİLİZASYONUNDA BAZALT FİBER VE UÇUCU KÜL KULLANIMININ ARAŞTIRILMASI

Abstract

Killer plastik davranış gösteren, yüksek su içeriklerinde dayanımları önemli ölçüde azalan ve yüksek miktarda oturma yapabilen zeminlerdir. Bu zeminler üzerinde inşaat yapılabilmesi için zeminin mühendislik özelliklerinin geliştirilmesi gerekir. Kil zeminlerin mühendislik özellikleri; çimento, kireç, uçucu kül vb. kimyasal katkılarla geliştirilebilmektedir. Ayrıca, son yıllarda fiberlerin zemin iyileştirmesinde kullanımına yönelik çalışmaların sayısı artmaktadır. Çalışmada, bazalt fiber ve uçucu kül katkılarının problemli zeminlerin dayanım ve geçirimlilik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla bazalt fiber uzunluğu (6-24 mm), bazalt fiber yüzdesi (%0-1.5), kür süresi (1-56 gün) ve uçucu kül yüzdesi (%0-15) değişken olarak seçilmiştir. Taguchi yöntemine özgü 4 parametreli ve 4 seviyeli L16 tasarım tablosu kullanılarak deneysel çalışmalar yapılmıştır. Optimum su muhtevası ve maksimum yoğunluk değerlerinde hazırlanan numuneler üzerinde serbest basınç, yarmada çekme ve permeabilite deneyleri yapılmıştır. Yapılan istatistiksel analizler sonucunda, serbest basınç ve yarmada çekme deneyleri için optimum parametreler; 18 mm bazalt fiber uzunluğu, %1 bazalt fiber, %10 uçucu kül ve 56 gün kür süresi olarak elde edilmiştir. Bazalt fiber uzunluğu ve içeriğinin artması ile permeabilite katsayısı yükselmiştir. Ancak uçucu kül yüzdesinin artmasıyla permeabilite katsayı azalmıştır.

Keywords

• Bazalt fiber
• Uçucu kül
• Zemin stabilizasyonu
• Dayanım

References

1. Alkaya, D., 2009, “Uçucu Küllerin Zemin İyileştirmesinde Kullanılmasının İncelenmesi”, Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, Vol. 5, No. 1, 61-72.
2. Ayothiraman, R., Singh, A., “Improvement of Soil Properties by Basalt Fibre Reinforcement”, IDFI-PFSF 2017 Conference, Melbourne, 404-412, 2017.
3. Bilici, H., Okur, D. V., Türköz, M., Savaş, H., 2020, “Kil Zeminin Dayanımı Üzerinde Uçucu Kül ve Yüksek Fırın Cürufu Katkılarının Etkisi ve Karşılaştırmalı Analizi”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 9, No. 2, 910-919.
4. Cao, Z., Ma, Q., Wang, H., 2019, “Effect of Basalt Fiber Addition on Static-Dynamic Mechanical Behaviors and Microstructure of Stabilized Soil Compositing Cement and Fly Ash”, Advances in Civil Engineering, Vol. 2019, 1-20.
5. Çimen, Ö., Keleş, E., 2020, “Yüksek Plastisiteli Bir Kilin Mühendislik Özelliklerine Uçucu Kül ve Kireç Katkılarının Etkisi”, İleri Mühendislik Çalışmaları ve Teknolojileri Dergisi. Vol. 5, No. 2, 80-90.
6. Danso, H., Martinson, D. B., Ali, M., Williams, J., 2015, “Effect of Fibre Aspect Ratio on Mechanical Properties of Soil Building Blocks”, Construction and Building Materials, Vol. 83, 314-319.
7. Demiröz, A., 1996, Uçucu Küllerin Zemin İyileştirmesinde Kullanımı, Yüksek Lisans Semineri, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
8. Dehghanian, K., 2021, “Killi Zeminlerin Özelliklerinin Uçucu Kül Kullanarak İyileştirilmesi”, ALKÜ Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 3, No. 1, 66-72.

9. Gao, L., Hu, G., Xu, N., Fu, J., Xiang, C., Yang, C., 2015, “Experimental Study on Unconfined Compressive Strength of Basalt Fiber Reinforced Clay Soil”, Advances in Materials Science and Engineering, 1-8.
10. Geçkil, T., Sarıcı, T., Yıldıran, E. S., 2019, “Kireç Katkısı ile Kil Bir Zeminin Dayanımının İyileştirilmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 34, No. 4, 171-180.
11. Ghasem G. P., Momeni, M., Mousivand, M., Bayat, M., 2022, “Unconfined Compressive Strength Characteristics of Treated Peat Soil with Cement and Basalt Fibre”, International Journal of Engineering, Vol. 35, No. 5, 1089-1095.
12. Güler, G., Güler, E., İpekoğlu, Ü., Mordoğan, H., “Uçucu Küllerin Özellikleri ve Kullanım Alanları”, Türkiye 19. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Fuarı, IMCET 2005, İzmir, 419-423, 09-12 Haziran 2005.
13. Kenan, A., 2018, Bazalt Fiber Katkısının Siltli Zeminlerin Kayma Direnci Parametrelerine Etkisi, Yüksek Lisans tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
14. Ludovico, M.D., Prota, A., Manfredi, G., 2010, “Structural Upgrade Using Basalt Fibers for Concrete Confinement”, Journal of Composites for Construction, Vol. 14, No. 5, 541–552.
15. Malikzada, A., Pulat, H. F., Develioğlu, İ., “Effect of Fly Ash on Compaction Behavior of Alluvial Soil”, 5th International Students Science Congress Proceedings Book, İzmir, 126-135, 21-22 May 2021.
16. Nath, B. D., Molla, M., Ali, K., Sarkar, G., 2017, “Study on Strength Behavior of Organic Soil Stabilized with Fly Ash”, International Scholarly Research Notices, Vol. 2017, 1-6.
17. Ndepete, C. P., 2017, Bazalt Fiber Katkısının Siltli Zeminlerde Kayma Direncine Etkisi, Doktora tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
18. Nezhad, M. G., Tabarsa, A., Latifi, N., 2021, “Effect of Natural and Synthetic Fibers Reinforcement on California Bearing Ratio and Tensile Strength of Clay”, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol. 13, No. 3, 626-642.
19. Özdemir, T., Polat, G. E., Azdeniz, O., Boz, A., Sezer, A., “Bazalt Fiber ve Kireç ile Güçlendirilmiş Kil Zeminin Dayanım Özellikleri”, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 16. Ulusal Kongresi, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, 1025-1034, 2016.
20. Shi, J., Zhu, H., Wu, Z., Seracino, R., Wu, G., 2013, “Bond Behavior between Basalt Fiber-Reinforced Polymer Sheet and Concrete Substrate under The Coupled Effects of Freeze-Thaw Cycling and Sustained Load”, Journal of Composites for Construction, Vol. 17, No. 4, 530–542.
21. Zha, F., Liu, S., Du, Y., Cui, K., 2008, “Behavior of Expansive Soils Stabilized with Fly Ash”, Natural Hazards, Vol. 47, No. 3, 509-523.
22. Zhuang, X. S., Yu, X. Y., 2015, “Experimental Study on Strength Characteristics of Lime-Basalt Fiber Reinforced Expansive Soil”, Applied Mechanics and Materials, Vol. 744, 495-498.
23. Zorluer, İ., Gücek, S., 2017, “Usage of Fly Ash and Waste Slime Boron for Soil Stabilization”, Periodicals of Engineering and Natural Sciences, Vol. 5, No. 1, 51-54.
24. Wang, S., Chen, F., Xue, Q., Zhang, P., 2020, “Splitting Tensile Strength of Cement Soil Reinforced with Basalt Fibers”, Materials, Vol. 13, No. 14, 3110.
25. Wang, Y., Sun, S., Ye, W., Li, F., Ding, H., “Laboratory Test of Expansive Soil Improved by Lime–Basalt Fiber Reinforcement”, American Society of Civil Engineers Transportation Research Congress, Beijing, China, 120-126, 6–8 June 2016.