Effect of Waste Porcelain Tile (APK) on Physical and Mechanical Properties of Clay Soils

Öz

Evaluating and reusing wastes in the geotechnical field not only provides economical and effective solutions, but also contributes to sustainability by reducing the use of depleted resources. In this study, the effects of 0%, 5%, 10%, 15% and 25% waste porcelain tile (APK) on clay soils on the physical and mechanical properties of clay soils were investigated. APK reduced the liquid limit value of the clay soil by 25%, the plastic limit value by 22% and the plasticity index value by approximately 30%.With the addition of APK, the dry unit volume weight value increased from 1.71 g/cm3 to 1.74 g/cm3, and the optimum water content decreased by 15%.The CBR ratio increased from 4% to 10%, resulting in an increase in the transport value. It was concluded that by increasing the unconfined compressive strength by around 44%, it improved the bearing capacity. It was observed that the APK additive improved the consolidation properties of the clay and contributed positively to controlling the swelling-compression behavior. The consolidation coefficient value increased by 3 times with the increase in the APK ratio. The volumetric compression coefficient decreased by 90%. The permeability coefficient increased approximately 50 times with the increase in APK. In this study, it was concluded that it is possible to use APK to stabilize clayey soils. In addition to providing technical and economic benefits, the use of APK in the improvement of soils is a solution to the problem of accumulation of wastes in the environment and causing pollution.

Anahtar Kelimeler

• Waste Porcelain Tile
• Improvement of Soils
• Clay

Atık Porselen Karonun (APK) Kil Zeminlerin Fiziksel ve Mekanik Özelliklerine Etkisi

Öz

Atıkların geoteknik alanında değerlendirilerek tekrar kullanılması ekonomik ve etkili çözümler sağlayabilmenin yanı sıra tükenmekte olan kaynakların kullanımını azaltarak sürdürülebilirliğe katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada %0, %5, %10, %15 ve %25 oranında atık porselen karonun (APK) kil zemine ilave edilmesiyle killi zeminlerin fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda APK, kil zeminin likit limit değerinin %25, plastik limit değerinin %22 ve plastisite indisi değerinin de %30’a yakın oranlarda azalmasını sağlamıştır. APK eklenmesiyle kuru birim hacim ağırlık değerinde 1,71 g/cm3 değerinden 1,74 g/cm3 değerine yükseliş, optimum su muhtevası değerinde %15 oranında gerileme görülmüştür. CBR oranı %4 değerinden %10 değerine yükselerek taşıma değerinde artış sağlanmıştır. Serbest basınç dayanımını %44 civarında arttırarak taşıma gücünü iyileştirdiği sonucuna ulaşılmıştır. APK katkısının kilinkonsolidasyon özelliklerini iyileştiği ve şişme-sıkışma davranışını kontrol altına almada olumlu katkı sağladığı görülmüştür. Konsolidasyon katsayısı (cv) değeri, APK oranının artmasıyla 3 kata ulaşan artış göstermiştir. Hacimsel sıkışma katsayısı (mv) %90 oranında azalmıştır. Geçirimlilik katsayısı (k) APK artışıyla yaklaşık 50 kat artmıştır. Bu çalışmada atık APK’nin killi zeminleri stabilize etmede kullanılabileceğinin mümkün olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Zeminlerin iyileştirilmesinde APK kullanılması teknik ve ekonomik yönden fayda sağlamasının yanı sıra atıkların çevrede birikmesi ve kirliliğe yol açması sorununa çözüm olmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Atık Porselen Karo
• Zeminlerin İyileştirilmesi
• Kil
• Waste Porcelain Tile
• Improvement of Soils
• Clay

Kaynakça

1. Çağlar, G. (2007). Endüstriyel Atık Malzemelerin Karayollarında Kullanımı. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
2. Girişken, M. (2010). Gaziantep O.S.B. Atık Suyundan Kompostlaştırılarak elde Edilen Atık Madde ile Kil Karışımının Kesme ve Sıkıştırma Mukavemeti Parametreleri. Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gaziantep.
3. Çalık, Ü. (2012). Perlitin Puzolanik Katkı Olarak Kireç İle Birlikte Zemin Stabilizasyonunda Kullanımı. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
4. Çabalar, A. (2016). Kırık Atık Seramik Karoları Kullanarak Killi Toprak Stabilizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Gaziantep Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gaziantep.
5. Zorluer, İ., & Usta, M. (2003). Zeminlerin Atık Mermer Tozu İle İyileştirilmesi. Türkiye IV. Mermer Sempozyumu (Mersem '2003) Bildiriler Kitabı, Afyon, 18-19.
6. Çimen, Ö., Dereli, B., Coşan, F. Ş., Aydın, A., & Coşar, H. V. (2014). Dolguda Kullanılabilecek Bir Zeminin Mühendislik Özelliklerine Mermer Kırığı Atıklarının Etkisi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 30 (1), 48-52.
7. Zorluer, İ., & Gücek, S. (2016). Zemin İyileştirmede Endüstriyel Atıkların Dayanıma Etkisi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2016 (16), 244-248.
8. Yadav, A., Gaurav, K., Kishor, R., & Suman, K. (2016). Stabilization of alluvial soil for subgrade using Rice Husk Ash, Sugarcane Bagasse Ash and Cow Dung Ash for rural Roads. International Journal of Pavement Research and Technology, 9 (1), 1-14.

9. Rahgozar, M., Sebarian, M., & Li, J. (2018). Soil Stabilization with Non-Conventional Eco-Friendly Agricultural Waste Materials: An Experimental Study. Transportation Geotechnics, 14 (March), 52-60.
10. Lall, E. (2016). Effect of Rice Husk Ash and Sugar Müll Waste as Admixture on Clay Soil. Grenze Scientific Society, Proc. of International Conference on Emerging Trends in Engineering & Technology, IETET. 161-166.
11. Ilıeş, M., Circu, A., Nagy, A., Ciubotaru, V., & Bak, Z. (2017). Comporative Study on Soil Stabilization with Polyethylene Waste Materials and Binders. 10. International Conference Interdisciplinarity in Engineering, INTER-ENG, 444-451.
12. Sanchez, M., Castro, J., Urena, C., & Azanon, J. (2015). Stabilisation of Clayey and Marly Soils Using İndustrial Wastes: Ph and Laser Granulometry İndicators. Engeering Geology, 200, 10-17.
13. Khalid, N., Mukri, M., Awang, H., Kamarudin, F., Ghani, A., & Hashim, S. (2016). Compaction Characteristics of Banting Soft Soil Subgrade Stabilized Using Waste Paper Sludge Ash (WPSA). American Instıtute of Physics, 1774, 030008: 1- 6.
14. Tülek, M., Okucu, A., & Değirmenci, N. (2014). Kimyasal Atık Alçıların Zemin Stabilizasyonunda Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26 (2), 101-108.
15. Muntohar, A., Widianti, A., Hartono, E., & Diana, W. (2013). Engineering Properties of Silty Soil Stabilized with Lime and Rice Husk Ash and Reinforced with Waste Plastic Fiber. Journal of Materials in Civil Engineering, 2013 (25), 1260-1270.
16. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı. (2020). Seramik Sektörü Raporu, https://www.sanayi.gov.tr/plan-program-raporlar-ve-yayinlar/sektor-raporlari/mu2812011410, (Erişim Tarihi: 01.02.2022).
17. Awoyera, P. O., Ndambuki, J. M., Akinmusuru, J. O., & Omole, D. O. (2018). Characterization of Ceramic Waste Aggregate Concrete. Housing and Building National Research Center HBRC Journal, 2018 (14), 282-287.
18. Poyraz, M., & Yılmaz, Z. (2018). Seramik Karo Sektöründe Sürdürülebilirlik ve Geri Dönüşüm. Sanat ve Tasarım Dergisi, 2018 (8), 256-270.
19. Serinsu, B. A., & Erden, B. C. (2018). Kınık ve Avanos Kırmızı Çömlek Killerinin Seramik Ham Sır Bileşiminde Yarattığı Değişikliklerin İncelenmesi. İdil Dergisi, 7 (48), 957-984.
20. ASTM D422-63 (2007). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
21. ASTM D422-07. (2007). Standard Test Methods for Particle-Size Analysis of Soils. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
22. ASTM D854-02 (2014). Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
23. ASTM D4318 (2008). Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit and Plasticity Index of Soils. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
24. ASTM D698-12e2 (2007). Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)), American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
25. ASTM D2166M-13 (2013). Standard Test Methods for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
26. ASTM D2435M-11 (2011). Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
27. ASTM D1883-14 (2014). Standard Test Methods for California Bearing Ratio (CBR) of Laboratory-Compacted Soils. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.
28. TS 1500, 2000. İnşaat Mühendisliğinde Zeminlerin Sınıflandırılması, TSE, Ankara, 25-57.
29. SheahanT. C. , KovacsW. D., & HoltzR. D. (2015). Geoteknik Mühendisliğine Giriş. Nobel Akademik Yayıncılık, Türkiye, 864.
30. Casagrande (1932).Research on the Atterberg Limits of Soils” Public Roads, vol. 13, no.8, pp. 121-136.
31. TS 25, 2008. Doğal puzolan (tras)-Çimento ve betonda kullanılan Tarifler, Gerekler ve Uygunluk Kriterleri, TSE, Ankara.
32. ASTM C618-19 (2019). Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for use in Concrete. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.