Investigation of the Environmental Impacts of Slag Wastes Used in the Pavement Base Layers

Year 2017, Volume: 8 Issue: 2, 123 - 134, 11.09.2017

Altan Yılmaz

Abstract

In the last few decades, waste disposal has become a major concern in the
majority of the industrial countries. Therefore, the consideration has been
given to utilization of the wastes in various construction processes. Most
wide-accepted usage of waste slag is in road construction which requires mass
volume of construction material.

Many academic studies have been investigated the use of furnace slag in
the different layer of highway pavements. In these studies, especially air
cooled furnace slag has been found like the lime-stone aggregate in terms of
physical and mechanical properties. But so far the slag contaminating effect to
groundwater has not been sufficiently examined when they are used in the base
and sub-base layer of the pavements.

 

In this study, leaching tests
have been conducted to the slag samples to determine the likely impact to the
groundwater. At the leach tests heavy metals and other hazardous materials are analyzed
by SPLP (Synthetic Precipitation Leaching Procedure) method. Test
results are compared with standard levels. The Cr extraction of leaching tests
of FeCr slag mixed with cement at 2-10% or mixed at 50% with natural aggregate
decreased by up to 50%. Promising results were obtained especially in leaching
experiments with 10% cement content. In this way, it has been observed that the
waste slag mixed with cement keeps the pollutants like Cr.

Keywords

Highway pavements, furnace slag wastes, leach, SPLP method

Yol Üstyapısında Kullanılan Cüruf Atıklarının Çevresel Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Son yıllarda endüstriyel katı atıkların
giderek artması ve atık bertaraf yöntemlerinin işletmelere büyük maliyetler
getirmesi, bu atıkların değişik üretim süreçlerinde geri kazanımını
yaygınlaştırmıştır. Bu tür atıkların en yaygın kullanım alanlarını kütlesel
miktarda yapı malzemesi gerektiren yol inşaatları oluşturmaktadır.

 

Birçok akademik çalışmada atık cürufların yol
inşaatında farklı tabakalarda kullanımı araştırılmış ve bu çalışmalarda özellikle
havada soğutulmuş yüksek fırın cüruflarının fiziksel ve mekanik özellikler
bakımından doğal agregaya benzer olduğu tespit edilmiştir. Ancak, bugüne kadar atık
cürufların yol inşaatında temel ve alttemel tabakalarda kullanımı sonucu
yeraltı sularına kirletici etkisi olup olmadığı yeterince incelenmemiştir.

 

Bu çalışmada Ferrokrom (FeCr) cüruf atıklarının yer altı sularına
muhtemel etkilerini saptamak amacıyla liç deneyleri yapılmıştır. Liç
deneylerinde, üstyapıda kullanılan atık malzemelerden sızabilecek zararlı
maddeler, ağır metaller Yapay Yağmurlamalı Liç Prosesi (SPLP) yöntemiyle analiz
edilmiş ve çıkan sonuçların standartlara göre uygunluğu belirlenmiştir. Çimento
ile %2-10 oranlarında karıştırılan veya doğal agrega ile %50 oranında
karıştırılan FeCr cürufunun, liç deneyleri sonucundaki Cr ekstraksiyonu %50’ye
varan oranlarda azalmıştır. Özellikle %10 çimento ile yapılan liç deneylerinde
olumlu sonuçlar alınmıştır. Bu şekilde çimento ile karıştırılan atık cürufun Cr
gibi kirleticileri bünyesinde tutup yeraltı sularına bırakmadığı
gözlemlenmiştir.

Keywords

Yol üstyapısı, Cüruf atıkları, Liç, SPLP Yöntemi

References

• Ahmed, I., 1993. Use of Waste Materials in Highway Construction, Noyes Data Corporation, Park Ridge USA, p. 305.
• Arm, M., 2003. Mechanical Properties of Residues As Unbound Road Materials, (PhD.) , KTH Land and Water Resources Engineering, Stockholm.
• Conner, J.R., 1997. Guide to Improving the Effectiveness of Cement-based Stabilization-Solidification, Portland Cement Association, Engineering Bulletin EB211, USA.
• Euroslag, 2006. Legal Status of Slags, Position Paper, The European Slag Associtaion, Germany.
• Hach, 1989. Water Analysis Handbook. Hach Company: Colorado, USA, p. 691.
• Heaton B.E., Bullen F., 1982. Properties of Stabilized Blast Furnace Slag Road Base, University of Newcastle.
• Ilıcalı, M., 1988. Karayolu Üst Yapısında Erdemir Cürufunun Kullanılabilirliğinin Araştırılması, Yıldız Teknik Üniversitesi, (Doktora Tezi), İstanbul, s. 212.
• Kalyoncu, R.S., 2003. Iron and Steel Slag, U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, USA, 92-93.
• Karaşahin, M., Kayacan, R., Tığdemir, M., Çağlar, M.F., Kılıç, M., 2007. Ferrokrom ve Mermer Sanayi Atıklarının Karayolu İnşaatında Değerlendirilmesi ve Laboratuvar Liç Davranışlarının İncelenmesi, 105M019 No’lu Tübitak Projesi Sonuç Raporu, s.260. Ankara.
• Kindness, A., Macias, A., and Glasser, F.P., 1994. Immobilization of Chromium in Cement Matrices, Waste Management 14, 3 –11.
• Lind, B.B., Fallman, A.M., Larsson, L.B., 2001. Environmental Impact of Ferrochrome Slag in Road Construction, Waste Management 21, 255-264.
• Motz, H., Geiseler, J., 2001. Products of Steel Slag an Opportunity to Save Natural Resources, Waste Management 21,285–293.
• Mroueh, U.M, Eskola, P. and Laine-Ylijoki, J., 2001. Life-Cycle Impacts of the Use of Industrial By-Products in Road and Earth Construction, Waste Management 21, 271–277.
• Pendowski, J.J., 2003. An Assessment of Laboratory Leaching Tests for Predicting the Impacts of Fill Material on Ground Water and Surface Water Quality, Washington State Department of Ecology, Washington, Publication No. 03-09-107.
• Ramaswamy, S. D., Aziz, M. A., 1992. Some Waste Materials in Road Construction, Utilization of Waste Materials in Civil Engineering Construction, Hilary Inyang and Kenneth Bergeson, American Society of Civil Engineers, NY, 153–165.
• Ramirez, T., 1992. Steel Slag Aggregate in Bituminous Mixtures - Final Report, Pennsylvania Department of Transportation, 79-12.
• Schroeder, R.L., 1994. The Use of Recycled Materials in Highway Construction, Public Roads, 58(2), 32-41.
• Shaopeng, W., Yongjie, X., Qunshan, Y., Yongchun C., 2007. Utilization of steel slag as aggregates for Stone mastic asphalt (SMA) mixtures, Building and Environment 42, 2580–2585.
• Townsend, T., Jang, Y., Tolaymat, T., 2003. Leaching Tests for Evaluating Risk in Solid Waste Management Decision Making, Final Report, Department of Environmental Engineering Sciences, University of Florida, Gainesville, Florida, s.149.
• US. EPA, 1996. SW-846: Test Methods for Evaluating Solid Wastes, 3rd Ed., U.S. EPA Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, D.C.
• US. EPA, 1999a. Hazardous Waste Identification Rule (HWIR): Identification and Listing of Hazardous Wastes, U.S. Environmental Protection Agency.
• US. EPA, 1999b. Waste Leachability: The Need for Review of Current Agency Procedures, EPA-SAB-EEC-COM-99-002, Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington D.C.
• US. EPA, 2015, Part 261 Identification and Listing of Hazardous Waste, Electronic Code of Federal Regulations, Environmental Protection Agency, Washington D.C.
• Varlıorpak, Ç., Tanyel, S., Eren, A., 1995. Yol Üst Yapımında Cüruf Kullanımı, Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması Sempozyumu,129-139, Ankara.
• Yıldırım, B., Kuloğlu N., 1993. Ergani Bakır İşletmeleri Reverber Cürufunun Yol Üst Yapısının Temel ve Alt Temel Tabakalarında Kullanımı Üzerine Bir Araştırma, Endüstriyel Atıkların İnşaat Sektöründe Kullanılması Sempozyumu, 255 - 265, Ankara.
• Yıldız, A. H., 2008. Mermer Toz Atıklarının Yol İnşaatında Değerlendirilmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Doktora tezi, Isparta.
• Yılmaz, A., 2002. Antalya Ferrokrom İşletmesinin Elektrik-Ark Fırını Cüruflarının ve Baca Tozu Atıklarının Asfalt Betonunda Kullanılabilirliğinin Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi, Antalya.
• Yılmaz, A., 2008. Ferrokrom ve Silikoferrokrom Cürufları ile Silis Dumanının Yol Üstyapısında Kullanımının İncelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Doktora tezi, Isparta.
• Yılmaz, A., Karaşahin M., 2007. Granüler Yol Malzemeleri Üzerinde Uygulanan Dinamik Deney Yöntemleri, Süleyman Demirel Üniversitesi, 15. Yıl Mühendislik Mimarlık Sempozyumu, Bildiriler Kitabı III, Isparta.
• Zelic, J., 2005. Properties of Concrete Pavements Prepared with Ferrochromium Slag as Concrete Aggregate, Cement and Concrete Research 35, 2340 – 2349.