Yüksek fırın cürufunun geoteknik özellikleri ve taşıma kapasitesi performansının incelenmesi

Öz

Bu çalışmada, yüksek fırın cürufunun (YFC) geoteknik özellikleri incelenmiş ve taşıma kapasitesi performansı analiz edilmiştir. Dane boyutunun taşıma kapasitesi üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla YFC ince (D_max = 4.75 mm) ve iri (D_max = 9.50 mm) dane dağılımlı olarak iki bölüme ayrılmıştır. YFC’nin dane boyu dağılımı, özgül yoğunluk, pH, optimum su içeriği, maksimum kuru birim hacim ağırlık ve kıvam limitleri gibi temel mühendislik özellikleri ASTM standartlarına uygun olarak belirlenmiştir. Daha sonra, iri (D_-9.50) ve ince (D_-4.75) dane dağılımlı numuneler için Kaliforniya taşıma oranı (CBR) deneyleri yapılmıştır. Sıkıştırma enerjisinin CBR değeri üzerindeki etkisini incelemek amacıyla numuneler Standart Proctor (SP) ve Modifiye Proctor (MP) enerjisi ile hazırlanmıştır. Boşluk sıvısının taşıma performansı üzerindeki etkisini belirlemek için test numuneleri musluk ve deniz suyu ile hazırlanmış ve 96 saat süresince kür edildikten sonra yaş CBR deneyleri gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları, sıkıştırma enerjisinin CBR performansı üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Aynı şartlarda, MP enerjisi ile sıkıştırılan numunelerin SP enerjisi ile sıkıştırılan numunelerden en az 2.2 kat daha yüksek CBR değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. İnce dane dağılımlı numunelerin, iri dağılımlı numunelere kıyasla daha yüksek taşıma kapasitesi değerlerine sahip olduğu görülmüştür. Aynı koşullarda farklı boşluk sıvılarıyla test edilen numunelerin CBR değer ortalamaları hesaplandığında deniz suyu ile hazırlanan numunelerin %17 daha yüksek değere sahip olduğu belirlenmiştir. YFC’nin sahip olduğu geoteknik özellikler göz önünde bulundurulduğunda, çeşitli mühendislik uygulamalarında dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Taşıma kapasitesi,Yüksek fırın cürufu,Sıkışma enerjisi,Dane boyu,Geoteknik mühendislik özellikleri

Investigation of geotechnical properties and bearing capacity performance of blast furnace slag

Abstract

In this study, the geotechnical characterization of blast furnace slag (BFS) was investigated and the bearing capacity performance was analyzed. In order to investigate the particle size effect on bearing capacity, BFS was separated two parts called fine (D_max=4.75 mm) and coarse (D_max=9.50 mm) grain size distributions. Basic engineering properties of the BFS, such as particle size distribution, specific gravity, pH, optimum water content, maximum dry unit weight, and consistency limits were determined according to ASTM standards. Thereafter, California Bearing Ratio (CBR) tests were conducted for coarse (D_-9.50) and fine (D_-4.75) grained BFS samples. The samples were prepared with Standard Proctor (SP) and Modified Proctor (MP) energies to examine the compaction energy effect on CBR value. In order to determine the pore fluid effect on bearing performance, samples were prepared with tap and sea water, after 96 hours curing period wet CBR tests were conducted. Test results have shown that compaction energy affects the CBR performance significantly. It has been determined that samples compacted with MP energy has at least 2.2 times higher CBR value than samples compacted with SP energy. It has been seen that fine grained samples have higher bearing capacities than coarse grained samples. When the average CBR value of samples prepared with different pore fluids in same conditions were compared, it was seen that samples prepared with sea water have 17% higher CBR values than the others. While the geotechnical engineering properties of BFS are taken into account, it is considered that BFS can be used in various engineering applications as a fill material.

Keywords

• Bearing capacity,Blast furnace slag,Compaction energy,Particle size,Geotechnical engineering properties

References

1. Kozak M. “Tekstil atıkların yapı malzemesi olarak kullanım alanlarının araştırılması”. Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6(1), 62-70, 2010.
2. Gurer C, Akbulut H, Kurklu G. “İnşaat endüstrisinde geri dönüşüm ve bir hammadde kaynağı olarak farklı yapı malzemelerinin yeniden değerlendirilmesi”. 5. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir, Türkiye, 13-14 Mayıs 2004.
3. Aruntaş HY. “Uçucu küllerin inşaat sektöründe kullanım potansiyeli”. Gazi Üniversitesi Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21(1), 193-203, 2006.
4. Kodikara J, Yeo R. Performance Evaluation of Road Pavements Stabilized in Situ. Editor: Zhang L. Elsevier Geo- Engineering Book Series, 409-443, Elsevier Science, 2005.
5. Yao AL, Sun ZJ. “The research on slag road cement (SRC) using less clinker and more granulated blast furnace slag”. 5th China-Japan Workshop on Pavement Technologies, Xi’an, China, 11-13 September 2009.
6. Poh HY, Ghataora GS, Ghazireh N. “Soil stabilization using basic oxygen steel slag fines”. Journal of Materials in Civil Engineering, 18(2), 229-240, 2006.
7. Yazıcı V. Stabilization of Expansive Clays Using Granulated Blast Furnace Slag (GBFS), GBFS-lime combinations and GBFS cement. PhD Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 2004.
8. Jiao S, Hu L, Zhou J, Fu J. “Test on cement stabilized blast furnace slag material”. Advanced Materails Research, 671-674, 1297-1300, 2013.

9. Sivrikaya O, Yavascan S, Cecen E. “Effects of ground granulated blast-furnace slag on the index and compaction parameters of clayey soils”. Acta Geotechnica, 1, 19-27, 2014.
10. Bilgen G, Kavak A, Çapar ÖF. “ Düşük plasisiteli bir kilde katkı olarak çelikhane cürufunun kullanılması ve kireç ile tkileşimi”. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 30-38, 2012.
11. Cokca E, Yazici V, Ozaydin V. “Stabilization of expansive clays using granulated blast furnace slag (GBFS) and GBFS-cement”. Geotechnical and Geological Engineering, 27, 489-499, 2009.
12. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, “Türkiye Çelik Üreticileri Derneği”. Demir Çelik Cüruf Raporu. Ankara, Türkiye, 2015.
13. Yildirim IZ, Prezzi M. “Geotechnical properties of fresh anda ged basic oxygen furnace steel slag”. Journal of Materials in Civil Engineering, 27(12), 1-11, 2015.
14. O’Kelly BC. “Geo-engineering properties of granulated blast furnace slag”. International Conference on Geotechnical Engineering, Hammamet, Tunisia, 24-26 March 2008.
15. ASTM International. “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (Withdrawn 2016)”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D422-63(2007)e2, 2007.
16. ASTM International. “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit and Plasticity Index of Soils”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D4318-10e1, 2010.
17. ASTM International. “Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System)”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D2487-11, 2011.
18. ASTM International. “Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D854-14, 2014.
19. Kocasoy, G. Atıksu Arıtma Çamuru ve Katı Atık ve Compost Örneklerinin Analiz Yöntemleri. İstanbul, Türkiye, Boğaziçi Üniversitesi Matbaası, 1994.
20. ASTM International. “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3))”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D698-12e2, 2012.
21. ASTM International. “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3))”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D1557-12e1, 2012.
22. Holtz RD, Kovacs WD. An Introduction to Geotechnical Engineering. California, USA, Prentice-Hall, 1981.
23. ASTM International. “Standard Test Method for California Bearing Ratio (CBR) of Laboratory-Compacted Soils”. West Conshohocken/Pennsylvania, USA, ASTM D1883-16, 2016.
24. Karayolları Genel Müdürlüğü. “Karayolu Teknik Şartnamesi, Yol Altyapısı, Sanat Yapıları, Köprü ve Tüneller, Üstyapı ve Çeşitli İşler”. Ankara, Türkiye, 2013.