Bentonitin kireç ve tüf ile stabilizasyonu sonrasında meydana gelen dokusal değişimlerin Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) Spektroskopisi yöntemi ile incelenmesi

Yıl 2022, Cilt: 13 Sayı: 3, 599 - 610, 30.09.2022

Yasemin Aslan , Zülfü Gürocak

https://doi.org/10.24012/dumf.1132252

Cited By: 1

Öz

Puzolanik özeliğe sahip katkı malzemeleri kullanılarak killi zeminlerin geoteknik özelliklerinin iyileştirilmesi olarak tanımlanan stabilizasyon, kolay uygulanabilir ve ekonomik bir yöntem olması nedeniyle günümüzde çok fazla tercih edilmektedir. Stabilizasyon, zemine eklenen katkı malzemesi ve zemin arasında meydana gelen puzolanik reaksiyonların bir sonucu olarak meydana gelmektedir. Bu çalışmada, katkı malzemesi olarak farklı özellikteki tüfler ile birlikte sönmüş kireç kullanılarak hazırlanan karışımların Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) kullanılarak bentonitin ve katkılı örneklerin mikroyapısal değişimleri incelenmiştir. Bu amaçla farklı oranlarda sönmüş kireç ile birlikte asidik ve bazik karakterli tüflerin katkı malzemesi olarak kullanıldığı örnekler hazırlanmış ve bu örneklerde 28 günlük kür sonrasında FT-IR analizleri yapılmıştır. Analizler sonucunda kireç ve tüflerin eklenmesiyle 1412 cm-1, 1417 cm-1, 1451 cm-1, 1470 cm-1, 1472 cm-1 dalga sayısında yeni pikler oluşmuştur. Bu dalga sayılarında oluşan pikler kireçteki Ca-O bağlarının özelliğidir. Kireç miktarının artmasıyla Ca-O bağlarının oluşturduğu pik sayısı artmıştır. %10 kireç katkılı örnekte hem dalga sayısında hem de geçirgenlik değerlerinde en fazla değişim meydana gelmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kil, kompaksiyon, stabilizasyon, tüf, FT-IR

Kaynakça

• [1] N.O. Attoh-Okine, “Lime treatment of laterite soils and gravels-revisited,” Constr. Build. Mater, vol. 9 no.5, pp. 283¬-287, 1995, DOI: 10.1016/0950-0618(95)00030-J.
• [2] M.R. Asgari, A.B. Dezfuli and M. Bayat, “Experimental study on stabilization of a low plasticity clayey coil with Ccment/lime,” Arabian Journal of Geosciences, vol. 8, no. 3, pp. 1439-1452, 2015, DOI: 10.1007/s12517-013-1173-1.
• [3] A.R. Goodarzi, S.H. Goodarzi, H.R, “Akbari, Assessing geo-mechanical and micro-structural performance of modified expansive clayey soil by silica fume as industrial waste,” Iranian Journal of Science And Technology-Transactions of Civil Engineering, vol. 39, no. C2, pp. 333-350, 2015, DOI: 10.22099/IJSTC.2015.3138.
• [4] P. Voottipruex and P. Jamsawang, “Characteristics of expansive soils improved with cement and fly ash in Northern Thailand,” Geomechanics and Engineering An Int'l Journal, vol. 6, no. 5, pp. 437-453, 2014, DOI: 10.12989/gae.2014.6.5.437.
• [5] B, Lin et al., “Effect of fly ash on the behavior of expansive soils: microscopic analysis,” Environmental Engineering Geosciences, vol. 19 no. 1, 85-94, 2013, DOI: 1ATTOH0.2113/gseegeosci.19.1.85.
• [6] A. Mahamedi and M. Khemissa,” Cement stabilization of compacted expansive clay,” Online j. Sci. Technol., vol. 3, no. 1, pp. 33-38, 2013.
• [7] D, Wang et al., “Effect of lime treatment on geotechnical properties of Dunkirk Sediments in France,” Road Materials and Pavement Design, vol. 14, no. 3, pp. 485-503, 2013, DOI: 10.1080/14680629.2012.755935.
• [8] O. Azadegan, S.H. Jafari, J. Li, “Compaction characteristics and mechanical properties of lime/cement treated granular soils,” Electron. J. Geotech. Eng., vol. 17, pp. 2275-2284. 2012.
• [9] O. Cuisinier et al., “Microstructure and hydraulic conductivity of a compacted lime-treated soil,” Eng. Geol., vol. 123, no. 3, pp. 187-193, 2011, DOI: 10.1016/j.enggeo.2011.07.010.
• [10] K, Harichane et al., “Effet de la combinaison de la chaux et de la pouzzolane naturelle sur la durabilité des sols argileux” Proceedings of 29th meeting of AUGC-Tlemcen, Algeria, 2011.
• [11] K.M.A. Hossain, L. Mol, “Some engineering properties of stabilized clayey soils incorporating natural pozzolans and industrial wastes,” Construction and Building Materials, vol. 25, no. 8, pp. 3495-3501, 2011, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.03.042.
• [12] T. Ramadas, N.D. Kumar and G. Yesuratnam, “Geotechnical characteristics of three expansive soils treated with lime and fly ash,” Int. J. Earth Sci. Eng., vol. 4, pp. 46-49, 2011.
• [13] H.S. Aksoy, M. Yılmaz and E.E. Akarsu, “Killi bir zeminin Tunçbilek uçucu külü kullanılarak stabilizasyonu”. Doğu Anadolu Bölgeleri Araştırmaları, 2008.
• [14] A.A. Al-Rawas, A.W. Hugo and H. Al-Sami, “Effect of lime, cement and artificial pozzolan on the swelling potential of an expansive soil from Oman,” Building & Environment 40. Elsevier; pp.267-281, 2005, DOI: 10.1016/j.buildenv.2004.08.028.
• [15] J. Mallela, et al., “Consideration of limestabilized layers in mechanistic-empirical pavement design,” The National Lime Association. Arlington. Virginia, USA, 2004.
• [16] E. Kalkan and S. Akbulut, "The positive effects of silica fume on the permeability swelling pressure and compressive strength of natural clay liners,” Eng. Geol.,vol. 73, no. (1-2), pp. 145-156, 2004, DOI: 10.1016/j.enggeo.2004.01.001.
• [17] A.J., Puppala et al., “Resilient moduli of treated clays from repeated load triaxial test,” Transportation Research Records: Journal of Transportation Research Board, pp. 68-74:1821, 2003, DOI: 10.3141/1821-08.
• [18] D.I. Boardman, S. Glendinning and C.D.F. Rogers, “Development of stabilization and solidification in lime-clay mixes,” Geotechnique, vol. 51 no. 6 pp.533-543, 2001, DOI: 10.1680/geot.2001.51.6.533.
• [19] D.N. Little et al., “Guidelines for mixture design and thickness design for stabilized bases and subgrades,” Austin,Texas: Texas A and M University, 1995.
• [20] M. Ç. Karakaya, “Kil minerallerinin özellikleri ve tanımlama yöntemleri,” Bizim Büro Basımevi, Ankara, 2006, pp. 541-595.
• [21] T. Gündüz, “Enstrümental analiz,” Bilge Yayıncılık, Ankara, 1990, 122,123.
• [22] Anonim,“ https://www.petkim.com.tr/Userfiles/File/uretim/kalitekontrol-teknikservis/Plastik.pdf,” Erişim Tarihi: 15.06.2022.
• [23] F. Puertas, A. Fernandez-Jimenez and M.T. Blanco-Varela, “Pore solution ın alkaliactivated slag cement pastes. relation to the composition and structure of calcium silicate hydrate,” Cement And Concrete Research, vol. 34, no. 1, 139-148, 2004.
• [24] C.E.M. Gomes and O.P. Ferreira “Analyses of microstructural proporties of Va/VeoVa copolymer modified cement pastes,” Polimeros: Ciencia E Tecnologia, vol. 15, no. 3, 2005, pp. 193-198.
• [25] M.J. Varast, M.A. De Buergo and R., Fort, “Natural cement as the precursor of Portland cement: methodology for its identification,” Cement And Concrete Research, vol. 35 pp. 2055-2065, DOI: 10.1016/j.cemconres.2004.10.045, 2005.
• [26] F. Puertas and A. Fernandez-Jimenez,“ Mineralogical and microstructural characterisation of alkali-activated fly ash/slag pastes,” Cement & Concrete Composites, vol. 25, pp. 287-292, DOI: 10.1016/S0958-9465(02)00059-8, 2003.
• [27] R.K. Etim, I.C. Attah, D.U. Ekpo and I.N. Usanga,” Evaluation on stabilization role of lime and cement in expansive black clay–oyster shell ash composite,” Transportation Infrastructure Geotechnology, 2021, DOI: 10.1007/s40515-021-00196-1.
• [28] Y. Cheng, et al., “Engineering and mineralogical properties of stabilized expansive soil compositing lime and natural pozzolans,” Construction and Building Materials, vol. 187, pp. 1031-1038, 2018, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.061.
• [29] A. Tabak, et al., “Characterization and pillaring of a Turkish bentonite (Resadiye),” Journal of Colloid and Interface Science, vol. 313, no. 1, pp. 5-11, 2007, DOI: 10.1016/j.jcis.2007.02.086.
• [30] A. Eisazadeh, K.A. Kassim, H. Nur, “Solid-state NMR and FTIR studies of lime stabilized montmorillonitic and lateritic clays,” Applied Clay Science, vol. 67-68, pp. 5-10, 2012, DOI: 10.1016/j.clay.2012.05.006.
• [31] S. Bandipally, “Characterızatıon of lıme-treated soıls for assessıng short-term strength behavior”, Master Thesis, Geotechnıcal Engıneerıng Division ,Department Of Cıvıl Engıneerıng, Indian Institute Of Technology Madras, 2017.
• [32] Z. Kechouane, and A. Nechnech, “Characterization of an expansive clay treated with lime: Effect of compaction on the swelling pressure,” 4th International Congress in Advances in Applied Physics and Materials Science (APMAS 2014), pp. 020057-1–020057-8, 2015, DOI: 10.1063/1.4914248.
• [33] K.A. Saeed, et al., “Physico-chemical characterization of lime stabilized tropical kaolin clay,” Jurnal Teknologi, vol. 72, no. 3, 83-90, 2015, DOI: 10.11113/jt.v72.4021.
• [34] A. Safa Özcan, “Doğal bentonitin karakterizasyonu ve kurşun(II) iyonlarını adsorpsiyon yeteneği,” Anadolu Üniversitesi, BAÜ Fen Bil. Enst. Dergisi vol. 12, no. 2, 85-97, 2010.
• [35] C. Bilgiç and Ş. Bilgiç, Aapplication of Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy to analysis of clays,” Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8(IMSMATEC Özel Sayı), pp. 37-46, 2018, DOI: 10.17100/nevbiltek.632788.
• [36] A. Hajimohammadi, J.L. Provis and J.S.J. van Deventer, “The effect of silica availability on the mechanism of geopolymerisation,” Cement and Concrete Research vol. 41, no. 3, 210-216, 2011, DOI: 10.1016/j.cemconres.2011.02.001.
• [37] K. Bukka, J.D. Miller and J. Shabtai, “FTIR Study of deuterated montmorillonites: structural features relevant to pillared clay stability,” Clays and Clay Minerals, vol. 40, pp. 92-102, DOI: 10.1346/CCMN.1992.0400110 1992.
• [38] J. Madejova and P. Komadel, “Baseline studies of the clay minerals society source clays: infrared methods. Clays and Clay Minerals, vol. 49, no. 5, pp.410-432, 2001.
• [39] H.W.V.D. Marel and H. Beutelspacher, “Atlas of Infrared Spectroscopy of Clay Minerals and their Admixtures. Elsevier Scientific Publishing, Amsterdam, 1976.
• [40] S. Gunasekaran, G. Anbalagan, “Spectroscopic characterization of natural calcite minerals,” Spectrochimica Acta (Part A) vol. 68, pp. 656-664, 2007, DOI: 10.1016/j.saa.2006.12.043.
• [41] K. Nacamoto, “Infrared Spectra of Inorganic and Coordinated Compounds” Wiley, New York, 1970.
• [42] A. Akbulut, “Bentonit," MTA Eğitim Serisi-32, Ankara, 1996.
• [43] Y. Önem, “Sanayi Madenleri,” Kozan Ofset, Ankara, 2000.
• [44] S. Genç, “Şişen Zeminler ve Bentonit-kaolin karışımlarının şişme özellikleri,” Yüksek lisans tezi. İstanbul Üniversitesi, İstanbul, 2009.
• [45] Y. Aslan Topçuoğlu, “Farklı katkı maddelerinin zeminlerin mühendislik özellikleri üzerindeki etkisi,” Doktora tezi, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 2020.
• [46] Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort, American Society for Testing and Materials ASTM D698- 12e2, 2012.