Esnek kaplamalı yollarda Kayseri volkanik cüruf malzemelerinin çimento ile stabilizasyonu

Öz

Kayseri Volkanik cürufu (VC), patlayıcı volkanik aktivite sonucu oluşan zemin ebatlarında ponza, kaya kırıntıları, puzolanik mineraller ve volkanik kül içeren doğal malzemelerdir. Volkanik cüruf, konik cüruf tepeleri şeklinde doğada hazır agrega olarak bulunmakta veya yapı temel kazılarından atık olarak çıkmaktadır. Bu çalışmanın amacı, Kayseri’de bol miktarda doğal olarak bulunan bu cürufların, havaalanı gibi geniş hacimli dolgu projelerinde ve esnek kaplamalı karayollarının temel, alttemel ve çeşitli dolgularında doğrudan veya çimento ile iyileştirildikten sonra inşaat malzemesi olarak kullanım potansiyelinin araştırılmasıdır. Elde edilen sonuçlar, volkanik cürufun yol dolgu ve alttemel tabakası için uygun olduğu ancak Kaliforniya taşıma oranı (CBR) değerinin düşük olmasından dolayı, zemin iyileştirme yapılmadan temel tabakası için uygun olmadığı ve kullanılamayacağını göstermiştir. VC'nin karayollarının temel tabakasında kullanımını araştırmak için, %3 ve %5 çimento ile stabilize edilerek tek eksenli basınç dayanımı (UCS) ve CBR deneyleri yapılmıştır. En iyi sonuç olarak, %5 çimento karışımıyla 7 ve 28 günlük UCS dayanımı sırasıyla 3,1 MPa ve 4,97 MPa ve CBR dayanımı sırasıyla %108,4 ve %148,6 elde edilmiştir. Bu değerler, temel tabakası için standartlarda belirtilen minimum dayanım gereksinimini karşılamıştır. Sonuç olarak, doğada hazır olarak bulunan volkanik cürufların %5 çimento ile stabilize edilmesiyle geoteknik özelliklerinin iyileştirilebileceği ve esnek kaplamalı yollarda temel, alttemel ve çeşitli dolgularda inşaat malzemesi olarak kullanılabileceği ortaya koyulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Volkanik Cüruf
• CBR
• Stabilizasyon
• Karayolları
• Kayseri

Stabilization of Kayseri Volcanic slag materials with cement in flexible pavement

Öz

Kayseri Volcanic slag (VC) is a natural material containing soil-sized rock fragments, pozzolanic minerals and volcanic ash formed as a result of explosive volcanic activity. Volcanic slag exists as ready aggregate in nature in the form of conical slag hills or as waste from building foundation excavations. The purpose of this study is to investigate the potential use of volcanic slags, which are found naturally in Kayseri, as a construction material in large volume filling projects and in the base, subbase and various fillings of flexible paved roads, either directly or after being improved with cement. Based on the results obtained, it was concluded that VC is convenient for use in sub-surface and sub-base layers, but it is not suitable and cannot be used in the base layer without improving the soil properties due to its low CBR value. In order to investigate the use of VC in the base layer of roads, uniaxial compressive strength (UCS) and CBR tests were performed by stabilizing with 3% and 5% cement. As the best result, with 5% cement mixture by weight, 7 and 28 days UCS strength of 3.1 MPa and 4.97 MPa were obtained, respectively, and CBR strength was obtained at 108.4% and 148.6%, respectively. These values meet the minimum strength requirement specified in the standards for the base layer. As a result, it has been revealed that the geotechnical properties of volcanic slags, which are readily available in nature, can be improved after stabilizing with 5% cement and can be used as construction material in in base, subbase and various fillings in flexible pavement.

Anahtar Kelimeler

• Volcanic Slag
• stabilization
• CBR
• Highways
• Kayseri

Kaynakça

1. [1] Fisher RV. "Proposed classification of volcaniclastic sediments and rocks". Geological Society of America Bulletin, 72, 409-414, 1961.
2. [2] Schmid R. "Descriptive nomenclature and classification of pyroclastic deposits and fragments". Geologische Rundschau, 70, 794-799, 1981.
3. [3] Nwakaire CM, Yap SP, Onn CC, Yuen CW, Ibrahim HA. "Utilisation of recycled concrete aggregates for sustainable highway pavement applications; a review". Construction and Building Materials, 235, 117444, 2020.
4. [4] Wang G, Lee N. "The methodology of utilization of waste and recycled materials in construction". ICSDEC 2012 International Conference on Sustainable Design and Construction, Texas, USA, 7-9 November 2012.
5. [5] Saltan M, Fındık FS. "Stabilization of subbase layer materials with waste pumice in flexible pavement". Building and Environment, 43, 415-421, 2008.
6. [6] Ene E, Okagbue C. "Some basic geotechnical properties of expansive soil modified using pyroclastic dust". Engineering Geology, 107(1-2), 61-65, 2009.
7. [7] Kaya A, Durukan S. "Utilization of bentonite-embedded zeolite as clay liner". Applied Clay Science, 25(1), 83-91, 2004.
8. [8] Hossain K, Lachemi M, Easa S. "Stabilized soils for construction applications incorporating natural resources of Papua New Guinea". Resources, Conservation and Recycling, 51(4), 711-731, 2007.

9. [9] Kordnaeij A, Moayed RZ, Soleimani M. " Shear wave velocity of zeolite-cement grouted sands". Soil Dynamics, 122, 196-210, 2019.
10. [10] Mola-Abasi H, Saberian BM, Semsani S, Li J, Khajeh A. "Triaxial behaviour of zeolite-cemented sand". Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground Improvement, 173(2), 82-89, 2018.
11. [11] Lemougna PN, Wang K, Tang Q, Nzeukou AN, Billong N, Melo UC, Cui XM. "Review on the use of volcanic ashes for engineering applications". Resources, Conservation and Recycling, 137, 177-190, 2018.
12. [12] Shi JX. "The applications of zeolite in sustainable binders for soil stabilization". Applied Mechanics and Materials, 112(5), 256–259, 2013.
13. [13] Chen Z, Wang Z. "Research on pavement performance of volcanic ash mixture as road base and mechanism". Journal of Highway and Transportation Research and Development, 4(1), 18-23, 2009.
14. [14] Sahu B. "Improvement in California bearing ratio of various soils in Botswana by fly ash". International Ash Utilization Symposium, Kentucky, USA, October 22-24 2001.
15. [15] Tian X, Li C, Zhao F, Liu Z. "Study on properties of steel slag-blast furnace slag-zeolite binder for solidification/stabilization of heavy metals". Earth and Environmental Science, 227(5), 052-070, 2019.
16. [16] Amini O, Ghasemi M. "Laboratory study of the effects of using magnesium slag on the geotechnical properties of cement stabilized soil". Construction and Building Materials, 223, 409-420, 2019.
17. [17] Akbarnejad S, Copuroglu O, Houben L, Molenaar A. "Characterization of blast furnace slag to be used as road base material". 7th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, Auckland, New Zealand, 28-30 August 2012
18. [18] Kaya A, Bulut F, Alemdağ S. "Konakönü Tüneli’nden (Araklı-Trabzon) Çıkan Volkanik Kökenli Hafriyat Malzemelerinin Dolgu Amaçlı Olarak Kullanılmasının İrdelenmesi". Firat University Journal of Engineering, 22(2),171-180, 2010.
19. [19] Seyfe M, Geremew A. "Potential Use Of Cinder Gravel as an Alternative Base Course Materıal Through Blending With Crushed Stone Aggregate and Cement Treatment". Journal of Civil Engineering, Science Technology, 10(2), 101-112, 2019.
20. [20] Hearn GJ, Otto A, Greening PAK, Endale AA, Etefa DM. "Engineering geology of cinder gravel in Ethiopia: prospecting, testing and application to low-volume roads". Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 78(5), 3095-3110, 2019.
21. [21] Liao J, An A, Nie Z. "Experimental Study on Volcanic Cinder Gravels as Filler of Railway Surface Layer of Subgrade". International Conference on Transportation and Development, Pittsburgh, Pennsylvania, USA,15–18 July 2018.
22. [22] Berhanu G. "Stabilizing cinder gravels for heavily trafficked base course". Zede Journal, 26, 23-29, 2009.
23. [23] Orense RP, Zapanta A, Hata A, Towhata I. "Geotechnical characteristics of volcanic soils taken from recent eruptions". Geotechnical and Geological Engineering, 24(1), 129-161, 2006.
24. [24] Türk Standartları Enstitüsü. “TS-9581 Şehiriçi Yollar-Esnek Üstyapılı Alttemel ve Temel Tabakaları Yapım Kuralları". Türk Standartları Enstitüsü Ankara, Türkiye, 1991.
25. [25] T.C. Karayolları Genel Müdürlüğü. “Karayolu Teknik Şartnamesi). Bölüm 400: Yol Üst Yapısı”. Karayolları Genel Müdürlüğü Matbaası, Ankara, 2013.
26. [26] Türk Standartları Enstitüsü. “TS-EN-932-1 Agregaların genel özellikleri için deneyler-Kısım 1 numune alma metotları". Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye, 1997.
27. [27] Türk Standartları Enstitüsü. “TS-EN-1097-2 Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler Bölüm 2: Parçalanma direncinin tayini için yöntemler”. Türk Standardları Enstitüsü, Ankara,Türkiye, 2010.
28. [28] Türk Standartları Enstitüsü. “TS-EN-1097-6 Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler- Bölüm 6: Tane yoğunluğunun ve su emme oranının tayini”. Türk Standardları Enstitüsü, Ankara,Türkiye, 2013.
29. [29] Little, D.N., Nair, S., “NCHRP Web-Only Document 144: Recommended practice for stabilization of subgrade soils and base material.” Contractor’s Final Task Report for NCHRP Project 20-07, Transportation Research Board of the National Academies., 2009.