Kireç ve Sodyum Aljinat Biyopolimeri ile İyileştirilen Yüksek Plastisiteli Kil Zeminin Donma-Çözülme Özelliklerinin Araştırılması

Yıl 2024, Cilt: 14 Sayı: 3, 1371 - 1383, 15.09.2024

Dilber Teber Harun Akoğuz

https://doi.org/10.31466/kfbd.1462507

Öz

Bu çalışmada yüksek plastisiteli bir kil zeminin iyileştirilmesinde sodyum aljinat biyopolimerinin ve kireçle birlikte sodyum aljinat biyopolimerinin etkinliğinin iyileştirmeye etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla kil zemine %0, %0,5, %1 ve %1,5 oranlarında biyopolimer ve %0, %2, %4 ve %6 oranlarında kireç ilave edilmiştir. 7 ve 28 günlük kür süresi sonunda mukavemet sonuçları serbest basınç mukavemeti deneyleri ile değerlendirilmiştir. Çevresel etkilerin etkisinin incelenebilmesi amacıyla da iyileştirilen zemin örnekleri 5 ve 10 döngü olarak donma-çözülmeye maruz bırakılmıştır. Sonuç olarak kür süreleri sonunda sodyum aljinat biyopolimerinin katkısız numunelere kıyasla daha yüksek serbest basınç mukavemetlerine sahip olduğu görülmüştür. Donma çözülme döngüleri sonucunda da biyopolimer katkısının mukavemet sonuçlarını iyileştirdiği belirlenmiştir. Kireçle birlikte biyopolimer kullanımında ise biyopolimerin zemin iyileştirmede kirecin etkinliğini artırdığı mukavemet deneyleri ve donma çözülme döngüleri sonucunda belirlenebilmiştir. Sonuç olarak çevre dostu bir biyopolimer olan sodyum aljinatın kil zeminlerin iyileştirilmesindeki mühendislik uygulamalarına olumlu katkılarının olabileceği değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Yüksek plastisiteli kil, Sodyum aljinat, Biyopolimer, Kireç, Donma çözülme

Investigation of Freeze-Thaw Properties of High Plasticity Clay Soil Improved with Lime and Sodium Alginate Biopolymer

Öz

In this study, the effect of sodium alginate biopolymer and the effectiveness of sodium alginate biopolymer combined with lime in improving a high-plasticity clay soil were investigated. For this purpose, 0%, 0.5%, 1%, and 1.5% biopolymers and 0%, 2%, 4%, and 6% lime were added to the clay soil. At the end of the 7 and 28 day curing period, the strength results were evaluated with unconfined compressive strength tests. In order to examine the effects of environmental factors, the improved soil samples were exposed to freeze-thaw cycles for 5 and 10 cycles. As a result, it was observed that sodium alginate biopolymers had higher unconfined compressive strengths compared to pure samples at the end of the curing periods. As a result of freeze-thaw cycles, it was determined that the biopolymer additive improved the strength results. When using biopolymer with lime, it was determined as a result of strength tests and freeze-thaw cycles that biopolymer increased the effectiveness of lime in soil improvement. As a result, it has been evaluated that sodium alginate, an environmentally friendly biopolymer, may have positive contributions to engineering applications in the improvement of clay soils.

Anahtar Kelimeler

High plasticity clay, Sodium alginate, Biopolymer, Lime, Freeze-thaw

Kaynakça

• Bagherinia, M. (2024). Mechanical, durability, and microstructure of soft clay stabilised with anionic biopolymer. Construction and Building Materials, 417, 135343.
• Bozyigit, I., Zingil, H. O., & Altun, S. (2023). Performance of eco-friendly polymers for soil stabilization and their resistance to freeze–thaw action. Construction and Building Materials, 379, 131133.
• Bakhshizadeh, A., Khayat, N., & Horpibulsuk, S. (2022). Surface stabilization of clay using sodium alginate. Case Studies in Construction Materials, 16, e01006.
• Chang, I., Im, J., Prasidhi, A. K., & Cho, G. C. (2015). Effects of Xanthan gum biopolymer on soil strengthening. Construction and Building Materials, 74, 65-72.
• Chen, Z., Liu, J., Wang, Y., Qi, C., Ma, X., Che, W., & Ma, K. (2024). Wetting–drying effects on the mechanical performance of xanthan gum biopolymer-stabilized soil. Environmental Earth Sciences, 83(7), 197.
• Cheng, Z., Geng, X., 2023. Investigation of unconfined compressive strength for biopolymer treated clay. Constr Build Mater 385, 131458. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131458
• Fatehi, H., Ong, D. E., Yu, J., & Chang, I. (2024). Sustainable soil treatment: Investigating the efficacy of carrageenan biopolymer on the geotechnical properties of soil. Construction and Building Materials, 411, 134627.
• Ghazavi, M., Roustaie, M., 2010. The influence of freeze–thaw cycles on the unconfined compressive strength of fiber-reinforced clay. Cold Reg Sci Technol 61, 125–131. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2009.12.005
• Ghorbani, A., Hasanzadehshooiili, H., Mohammadi, M., Sianati, F., Salimi, M., Sadowski, L., Szymanowski, J., 2019. Effect of Selected Nanospheres on the Mechanical Strength of Lime-Stabilized High-Plasticity Clay Soils. Advances in Civil Engineering 2019, 4257530. https://doi.org/10.1155/2019/4257530
• Günek, Ş., 2024. LİF İLE GÜÇLENDİRİLMİŞ BİYOPOLİMER KATKILI YÜKSEK PLASTİSİTELİ BİR KİLİN DONMA-ÇÖZÜLME ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI (Yüksek Lisans Tezi). Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
• Güven, B., Günek, Ş., & Kurt Albayrak, Z. N. (2023). KİLİN MUKAVEMETİ VE DONMA-ÇÖZÜLME SONRASI MUKAVEMETİ ÜZERİNDE BİYOPOLİMER VE LİF KATKISININ ORTAK ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(4), 951-961.
• Hamza, M., Nie, Z., Aziz, M., Ijaz, N., Akram, O., Fang, C., Ghani, M.U., Ijaz, Z., Noshin, S., Madni, M.F., 2023. Geotechnical behavior of high-plastic clays treated with biopolymer: macro–micro-study. Environ Earth Sci 82, 91. https://doi.org/10.1007/s12665-023-10760-2
• Jiang, P., Zhou, L., Zhang, W., Wang, W., Li, N., 2022. Unconfined compressive strength and splitting tensile strength of lime soil modified by nano clay and polypropylene fiber. Crystals (Basel) 12, 285. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/cryst12020285
• Keskin, S.N., SUNGUR, A., Recep, A., UZUNDURUKAN, S., 2017. İnce Daneli Zeminlerde Katki Maddelerinin ve Donma-Çözülme Çevriminin Serbest Basınç Dayanımına Etkisi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi 5, 473–478. https://doi.org/https://doi.org/10.21923/jesd.321924
• Kurt Albayrak, Z.N., Altun, B., 2021. Strength properties of biopolymer treated clay/marble powder mixtures. Challenge Journal Of Concrete Research Letters 12, 131–137. https://doi.org/https://doi.org/10.20528/cjcrl.2021.04.003
• Liu, S., Du, K., Wen, K., Armwood-Gordon, C., Li, Y., Navarro, I., & Li, L. (2023). Stabilization of Expansive Clayey Soil Through Hydrogel for Mechanical Improvements. Int J Civ Eng 21, 1423–1431 (2023). https://doi.org/10.1007/s40999-023-00835-3
• Ok, B., Bağrıaçık, B., 2022. Guar Gum ile İyileştirilen Kil Zeminlerin Donma Çözülme Etkisinde Mukavemet ve Şişme Basınçlarının Araştırılması. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi 37, 589–600. https://doi.org/https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1189181
• Onah, H.N., Nwonu, D.C. & Ikeagwuani, C.C. Feasibility of lime and biopolymer treatment for soft clay improvement: a comparative and complementary approach. Arab J Geosci 15, 337 (2022). https://doi.org/10.1007/s12517-022-09552-y
• Pavithra, P., Srinivasula Reddy, M., Dinakar, P., Hanumantha Rao, B., Satpathy, B.K., Mohanty, A.N., 2016. Effect of the Na2SiO3/NaOH ratio and NaOH molarity on the synthesis of fly ash-based geopolymer mortar, in: Geo-Chicago 2016. pp. 336–344. https://doi.org/https://doi.org/10.1061/9780784480151.034
• Prusinski, J.R., Bhattacharja, S., 1999. Effectiveness of Portland Cement and Lime in Stabilizing Clay Soils. Transp Res Rec 1652, 215–227. https://doi.org/10.3141/1652-28
• Taşçı, G., 2011. Problemli Kil Zeminin Geoteknik Özelliklerine Silis Dumanı ve Kireç Katkısının Etkisi (Yüksek Lisans Tezi). Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği. Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
• Tunç, U., Bağrıaçık, B., Aslan, H., Altay, G., et al. (2022). Arabik Gam Katkılı Doğal Kil Zeminin Konsolidasyon Sonuçlarının Değerlendirilmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(3), 731-740. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1190348.
• Yuliia, B., Viktor, D., Pavlo, T. and Andrii, B. (2023). ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF LIME AND XANTHAN GUM USE IN THE SOFT SOIL FOUNDATION OF TRANSPORTATION STRUCTURES. Proceedings of I International Scientific and Practical Conference (pp. 62-66). Chicago, USA.