Effects of Blast Furnace Slag on the Strength of Clayey Sand Soils

Abstract

In this study, the effects of blast furnace slag (BFS), an industrial waste product, on the strength of a clayey sand soil were investigated. For this purpose, the soil to be used first was subjected to various laboratory tests to determine the geotechnical properties of the soil. Then, test samples were prepared by adding BFS to the ground in varying proportions of 5% to 30% by weight. Optimum water contents and maximum dry unit weights were determined by applying standard proctor test to both pure and stabilized soil samples. Pure and stabilized soil samples prepared in this water mixture were subjected to unconfined pressure and California bearing ratio tests after completing their 1 and 7-day curing periods. As a result of the experiments, the most effective additive ratio was obtained from the 10% BFS added samples after 7 days of curing. It was found that the unconfined compressive strength and CBR values of the samples in this ratio increased by 1.18 and 1.81 times, respectively, compared to the pure soil. According to these results, it was observed that 10% BFS additive has a healing effect on the unconfined compressive strength and bearing capacity of clayey sand soils.

Keywords

• Clayey sand soil
• Blast furnace slag
• Ground stabilization
• Unconfined compression test
• California bearing ratio

Killi Kum Zeminlerin Dayanımı Üzerinde Yüksek Fırın Cürufunun Etkileri

Öz

Bu çalışmada, killi kum bir zeminin dayanımı üzerinde endüstriyel bir atık ürün olan yüksek fırın cürufunun (YFC) etkileri araştırılmıştır. Bu sebeple, kullanılacak zemin, öncelikle çeşitli laboratuvar deneylerine maruz bırakılarak zeminin geoteknik özellikleri tespit edilmiştir. Ardından, ağırlıkça %5 ila %30 aralığında değişen oranlarda YFC zemine katılarak test numuneleri hazırlanmıştır. Hem katkısız (saf) hem de stabilize zemin numunelerine standart proktor deneyi uygulanarak optimum su içerikleri ve maksimum kuru birim hacim ağırlıkları tayin edilmiştir. Bu su içeriklerinde hazırlanmış olan saf ve stabilize zemin numuneleri, 1 ve 7 günlük kür sürelerini tamamladıktan sonra serbest basınç ve Kaliforniya taşıma gücü oranı (CBR) deneylerine tabi tutulmuştur. Deney sonuçları dikkate alındığında, en efektif katkı oranı 7 günlük kür süresi sonunda %10 YFC katkılı numunelerden elde edilmiştir. Bu orandaki numunelerin serbest basınç mukavemeti ve CBR değeri, sırasıyla saf zemine göre 1,18 ve 1,81 kat artış göstermiştir. Bu sonuçlara göre, killi kum zeminlerin serbest basınç dayanımı ve taşıma gücü üzerinde %10 YFC katkısının önemli bir iyileştirici etkiye sahip olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Killi kum zemin
• Yüksek fırın cürufu
• Zemin stabilizasyonu
• Serbest basınç dayanımı
• Kaliforniya taşıma gücü oranı

References

1. ASTM C136M. Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2020.
2. ASTM D1883-21. Standard Test Method for California Bearing Ratio (CBR) of Laboratory-Compacted Soils. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2021.
3. ASTM D2166. Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2016.
4. ASTM D422-63. Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soil. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2016.
5. ASTM D4318. Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2018.
6. ASTM D698-12. Standart Test Methods for Laboratory Compaction Characteristic of Soil Using Standart Effort. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2012.
7. ASTM D854. Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. ASTM International. West Conshohocken, PA. 2016.
8. Bilge T. Yüksek fırın cürufu katkısının kil zeminlerin stabilizasyonuna etkisinin araştırılması. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir, Türkiye, 2011.

9. Bilgen G., Kavak A., Çapar ÖF. Düşük plastisiteli bir kilde katkı olarak çelikhane curufunun kullanılması ve kireç ile etkileşimi. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi 2012; 2(2): 30-38.
10. Bilgen G., Kavak A., Yıldırım ST., Çapar ÖF. Yüksek fırın cürufunun inşaat sektöründeki yeri ve önemi. 2’nci Ulusal Katı Atık Yönetimi Kongresi Bildirileri, 2010, Cilt 1: 506-513, Mersin.
11. Bilici H., Okur DV., Türköz M., Savaş H. Kil zeminin dayanımı üzerinde uçucu kül ve yüksek fırın cürufu katkılarının etkisi ve karşılaştırmalı analizi. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 2020; 9(2): 910-919.
12. Çetin AY. Yüksek plastisiteli kil zeminlerin alternatif malzemeler ile yüzeysel zemin stabilizasyonu. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, İstanbul, Türkiye, 2011.
13. Çokça E., Yazıcı V., Özaydın, V. Granül yüksek fırın cürufu (GBFS) ve GBFS-çimento kullanılarak geniş killerin stabilizasyonu. Geoteknik ve Jeoloji Mühendisliği 2009; 27 (4): 489-499.
14. Geçkil T., Sarıcı T., Karabaş, B. Siyah karbon ile stabilize edilen taban zeminin yol esnek üst yapı maliyetine etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2021; (23): 222-235.
15. Geçkil T., Sarıcı T., Yıldıran ES. Kireç katkısı ile kil bir zeminin dayanımının iyileştirilmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi 2019: 34(4); 171-180.
16. Geçkil T., Tanyıldızı MM., İnce CB. Yüksek fırın cürufu ile stabilize edilmiş killi bir zeminin rijit kaplama kalınlığı ve maliyetine etkileri. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2021; (27): 158-170.
17. Geçkil T., Tanyıldızı MM., Yıldıran, ES. Yüksek fırın cürufu ile stabilize edilmiş killi bir zeminin yol esnek üstyapı tabaka kalınlıklarına ve maliyetine etkileri. Firat University Journal of Engineering 2020; 32(2).
18. Ilıcalı M. Karayolu üstyapısında erdemir cürufunun kullanılabilirliğinin araştırılması. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, İstanbul, Türkiye, 1998.
19. Kuloğlu M., Özden G., Kayalar A. Çelik cüruflarının dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliği üzerine bir araştırma. Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği 11’inci Ulusal Kongresi, 7–8 Eylül 2006, sayfa no: 192-201, Trabzon.
20. Öner A, Yıldırım T. Öğütülmüş yüksek fırın cürufu içeren ve içermeyen betonlarda kırmataş kumu içeriğinin beton özeliklerine etkisi. Deprem Sempozyumu, 2005, Kocaeli.
21. Sarıcı T. Puzolan ile güçlendirilmiş inşaat ve yıkıntı atıklarının granüler dolgu olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi, İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Malatya, Türkiye, 2019.
22. Sharma AK., Sivapullaiah PV. Ground granulated blast furnace slag amended fly ash as an expansive soil stabilizer. Soils and Foundations 2016; 56(2): 205-212.
23. Sivrikaya O., Yavascan S., Cecen E. Effects of ground granulated blast-furnace slag on the index and compaction parameters of clayey soils. Acta Geotechnica Slovenica 2014; 11(1): 19-27.
24. Tokyay M, Erdoğdu K. Cüruflar ve Cüruflu Çimentolar. Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği, Ankara, 2002.
25. Uysal F., Yılmaz V., Topçu HM. Farklı atık malzemeler ile stabilize edilmiş ince daneli zeminin mühendislik özellikleri. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi 2020; 35(1): 19-26.
26. Yadu L., Tripathi, RK. Effects of granulated blast furnace slag in the engineering behaviour of stabilized soft soil. Procedia Engineering 2013; 51: 125-131.
27. Yılmaz I, Yıldıran M., Keskin İ. Zemin mekaniği laboratuvar deneyleri ve çözümlü problemler, Seçkin Kitabevi Ankara, 2017.