Water Content Distribution of Binary Soil Mixtures

Year 2016, Volume: 1 Issue: 2, 1 - 5, 19.12.2016

Seda Durukan , Ali Hakan Ören , Arif Şengün Kayalar

Abstract

Binary soil mixtures are mostly used for liner
materials. The most common binary mixture is compacted sand bentonite mixture;
lately compacted zeolite bentonite mixture is also proposed. The major
difference between sand and zeolite is that, sand is an impervious grain where
zeolite is a pervious, microporous grain. Additionally, zeolite holds water
whereas sand does not. Thus, when bentonite is blended with zeolite, the
mixtures is expected to behave different than it’s blended with sand.
Unfortunately, this major difference is rarely of interest by researchers and
zeolite water content was used to be assumed to be zero like sand. This study
investigates the water content distribution of components in binary mixtures
namely, zeolite bentonite mixture and sand bentonite mixture. During the tests,
it is assumed that sand had no water content. The saturated state water content
of zeolite for varying grain sizes was found to be 28% and zeolite and
bentonite are found to be in competition to hold water. Test results showed
that zeolite water content increases slightly up to the optimum water content
of the mixture, reaches a maximum value and then starts to decrease rapidly.
The water content of bentonite in zeolite bentonite mixture and sand bentonite
mixture is found to be almost the same between the dry of optimum and optimum
compaction states and when the mixtures are in wet of optimum compaction state
the water content of bentonite in zeolite bentonite mixture is getting to be
higher than it is in sand bentonite mixture.

Keywords

Binary mixtures, zeolite, bentonite, water content

Killi Karışımlarda Su İçeriği Dağılımı

Abstract

Killi karışımlar genelde geçirimsiz tabaka amacı ile
kullanılmaktadır. Killi karışımların en sık
rastlanılanı sıkıştırılmış kum bentonit karışımları olmakla beraber, son
zamanlarda sıkıştırılmış zeolit bentonit karışımları da alternatif olarak
önerilmiştir. Zeolit ve kum arasındaki en temel fark kum danelerinin geçirimsiz
zeolit danelerinin ise geçirimli mikro boşluklu yapıya sahip olmalarıdır. Buna
ek olarak zeolit, bünyesinde, kumun aksine, bir miktar su da tutabilmektedir.
Bu sebeple, bentonitin zeolit ile karıştırılması sonucunda davranışının kum ile
karıştırıldığındakinden farklı olması beklenmektedir. Zeolit ve kum arasındaki
bu temel farklılık maalesef araştırmacılar tarafından çoğu kez es geçilmiş ve
değerlendirmelerde zeolitin su içeriği, kumda olduğu gibi sıfıra eşit olarak
kabul edilmiştir. Bu çalışmada, zeolit bentonit ve kum bentonit
karışımlarındaki elemanların su içeriği dağılımları incelenmiştir.
Değerlendirme esnasında kumun su içeriği sıfır olarak kabul edilmiştir. Farklı
dane çaplarındaki zeolit örneklerinin suya doygun haldeki su içerikleri %28
olarak bulunmuş olup bu durum, zeolitin bentonitle bir karışım halinde iken su
içeriği konusunda bu iki zeminin bir yarışa gireceklerini düşündürmektedir.
Deney sonuçları, zeolitin su içeriğinin karışımın optimum su içeriğine kadar
artış gösterdiğini ve bir maksimum değere ulaştıktan sonra da hızlıca
azaldığını göstermiştir. Bentonit su içeriği ise zeolit bentonit ve kum
bentonit karışımlarının su içerikleri optimumda ve optimumlarının kuru
tarafında neredeyse aynı iken; optimumlarının ıslak tarafında ise zeolit
bentonit karışımlarındaki bentonit su içerikleri, kum bentonit
karışımlarındakinden daha yüksek bulunmuştur.

Keywords

Killi karışımlar, zeolit, bentonit, su içeriği

References

• Alver, B. E., Sakızcı, M. and Yörükoğullari, E. (2010). Investi-gation of clinoptilolite rich natural zeolites from Turkey: a combined XRF, TG / DTG, DTA and DSC study, J Therm Anal Calorim, 100, 19–26.
• Caputo, D. and Pepe, F. (2007). Experiments and data pro-cessing of ion exchange equilibria involving Italian natural zeolites: a review, Microporous and Mesoporous Materials, 105(3), 222–231.
• Durukan, S. (2013). A study on mechanisms controlling the hydraulic conductivity of eolite-bentonite and sand-bentonite mixtures. Ph.D. Thesis, Graduate School of Natural and Ap-plied Sciences, Dokuz Eylül University, Izmir.
• Durukan S., Kayalar, A. Ş. and Başarı E. Hydraulic conductivi-ty and suction characterization of Gördes zeolite blocks. 1st International Porous and Powder Materials Symposium and Exhibiton. Proceedings; 2013 Sep 3-6; İzmir (Turkey); 2013; p.651-655.
• Hong, C. S., Shackelford, C. D., Malusis, M. A. (2016). Ad-sorptive Behavior of Zeolite-Amended Backfills for Enhanced Metals Containment, Journal of Geotechnical and Geoenvi-ronmental Engineering, 142, 7, 1–16.
• Kayabalı, K. (1997). Engineering aspects of a novel landfill material: Bentonite amended natural zeolite, Engineering Geology, 46, 105-114.
• Kayabalı, K. and Kezer, H. (1998). Testing the ability of ben-tonite amended zeolite (clinoptilolite) to remove heavy met-als from liquids waste, Environmental Geology, 34, 95-102.
• Kaya, A.and Durukan, S. (2004). Utilization of bentonite embedded zeolite as clay liner, Applied Clay Science, 25, 83-91.
• Kenney, T.C., van Veen, W.A., Swallow, M.A. and Sungalia, M.A. (1992). Hydraulic conductivity of compacted bentonite-sand mixtures, Canadian Geotechnical Journal, 29, 364-374.
• Mumpton, W.H. (1999) La roca magica: Uses of natural zeo-lites in agriculture and industry, Proc. Natl. Acad. Sci., 96, 3463–3470.
• Ören, A.H. (2007). Engineering investigation of zeolite-bentonite mixtures for landfill liners. Ph.D. Thesis, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Dokuz Eylül Univer-sity, Izmir.
• Ören, A. H., Durukan, S. and Kayalar, A. Ş. (2014). Influence of compaction water content on the hydraulic conductivity of sand- bentonite and zeolite-bentonite mixtures, Clay Miner-als, 49, 109–121.
• Özel, U., Akdemir, A.and Ergun, O. N. (2012). Utilization of natural zeolite and perlite as landfill liners for in situ leach-ate treatment in landfills, International Journal of Environ-mental Research and Public Health, 9(5), 1581–92.
• Özkirim, İ. and Yörükoğullari, E. (2005). Characterisatıon of bet isotherm from Manisa-Gördes natural zeolite (clinoptilo-lite), Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (9), 65–70.
• Tuncan, A., Tuncan, M., Koyuncu, H. and Guney, Y. (2003). Use of Natural Zeolites as a Landfill Liner, Waste Manage-ment and Research, 21, 54–61.
• Turan, N. G. and Ergun, O. N. (2009). Removal of Cu (II) from leachate using natural zeolite as a landfill liner material, Journal of Hazardous Materials, 167, 696–700.