Zemin İyileştirmesinde Kullanılan Jet Grout Yönteminde Çimento Yerine İkame Edilen Atık Malzemelerin Mekanik ve Reolojik Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi: Literatür Araştırması

Yıl 2023, Cilt: 6 Sayı: 2, 1742 - 1767, 05.07.2023

Muhammet Çınar , Kübra Erbaşı

Öz

Enerji ve doğal kaynakların kullanımı sonucu artan endüstriyel ve fabrika atıkları, büyük miktarda ekolojik ve ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Atık malzemelerin geri dönüşümü, hem maliyet hem de çevre kirliliği açısından önem arz etmektedir. Yapılan araştırmalara göre çimento üretimi sırasında, karbonat içerikli hammaddelerin yüksek ısı ile reaksiyona girmesi sonucu açığa çıkan CO2 emisyonu, antropojenik sera gazı emisyonlarının %5’ini oluşturduğu raporlanmıştır. Çimento ana hammaddesi olan klinkerin üretimi aşamasında açığa çıkan yüksek CO2 gazı hava kirliliği, küresel ısınma, iklim değişikliği gibi sorunlara yol açmaktadır. İnşaat sektörünün büyümesi ve nüfusun artması, ekonomik göstergelerin yükselmesi ve kentleşmenin sonucunda, şehir içinde yapılaşma artmış, yüksek katlı binalar inşa edilmeye başlanmıştır. Aynı zamanda problemli zeminlere de inşaat yapma zorunluluğu gündeme gelmiştir. Taşıma gücü düşük olan, sıkışabilirliği fazla olan ya da sıvılaşabilen zeminler problemli zeminlerdir. Günümüzde en çok tercih edilen zemin iyileştirme yöntemlerinden birisi olan Jet Grout uygulaması, su ve çimento karışımının sabit basınç, sabit çekme hızı ve sabit dönme hızı ile zemine delgi makinesi ile enjekte edilmesidir. Bu çalışmada Jet Grout’ta kullanılan çimentonun, çeşitli endüstriyel ve fabrika atıklarının çimento yerine farklı oranlarda ikamesi incelenmiştir. Çimento yerine uçucu kül, silis dumanı, yüksek fırın cürufu, kazan altı taban külü, pirinç kabuğu külü ve mermer tozu belli oranlarda ikame edilerek yapılan deneylerde reolojik ve mekanik özellikler incelenmiştir. Yapılan deney sonuçlarına göre çimento yerine endüstriyel ve fabrika atıklarının kullanılması sonucu, zemin iyileştirme uygulamaları için yeterli dayanımı sağladığı görülmüştür. Sonuç olarak atık kullanımı çevresel kirliliğin, çimento kullanımının, CO2 gazı emisyonunun ve maaliyetin azaltarak hem ekolojik hem ekonomik faydaların sağlandığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Atık Malzeme, Çimento İkamesi, Jet Grout, Zemin İyileştirme

Investigation of the Mechanical and Rheological Properties of the Effects of Waste Materials Replacement for Cement in the Jet Grout Method Used in Soil Improvement : Literature Review

Öz

Increasing industrial and factory wastes as a result of energy and naturel resources use cause a large amount of ecological and economic losses. Recycling of waste materials is important both in terms of cost and environmental pollution. According to the researches, it has been reported that the CO2 emission that is released as a result of the reaction of carbonate-containing raw materials with high temperature during cement production constitutes 5% of anthropogenic greenhouse gas emissions. High CO2 gas released during the production of clinker, the main raw material of cement causes problems such as air pollution, global warming and climate change. As a result of the growth of the construction sector, the increase in the population, the increase in economic indicators and urbanization, the construction increased and high-rise buildings began to be built and the obligation to build on problematic soils has come to the fore. Soils with low bearing capacity, high compressibility or liquefiable soils are problematic. Jet Grout application, which is one of the most preferred soil improvement methods today, is the injection of a water and cement mixture into the ground with a drilling machine with constant pressure, drawing speed and rotation speed. In this study, the replacement of cement used in Jet Grout and various industrial and factory wastes at different rates for cement was investigated. Rheological and mechanical properties were investigated in the experiments performed replacement by fly ash, silica fume, blast furnace slag, bottom ash, rice husk ash and marble dust in certain proportions instead of cement. According to the test results, it has been observed that the use of industrial and factory wastes instead of cement provides sufficient strength for soil improvement applications. As a result, it has been seen that both ecological and economic benefits are provided by reducing waste use, environmental pollution, cement use, CO2 gas emission and cost.

Anahtar Kelimeler

Waste Material, Cement Substitute, Jet Grout, Soil Improvement

Kaynakça

• Akçuru, O., Jet-grout enjeksiyon uygulamalarında kazan altı taban külü katkılı çimento bazlı harçların reolojik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Niğde, Türkiye, 2020 Asteris, P., Investigation of the mechanical behaviour of metakaolin-based sandcrete mixtures, gerassimos konstantakatos Computational Mechanics Laboratory, School of Pedagogical & Technological Education , Heraklion, Greece 2019: 23(3): 300-324
• Battal, H., Mikro taneli çimento ve uçucu kül karışımlarının jet grout kolonlarında enjekte edilebilirliğinin araştırılması, Konya Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, sayfa no 132, Konya, Türkiye, 2019
• Battal, H., Uçucu kül ve mikro daneli çimento karışımlarının jet grout kolonlarının dayanımına etkisinin incelenmesi, Selçuk-Teknik Dergisi 2018, 17(3) Burke, G.K., Peterson, J.H. And Smith, M. L. Superjet grouting and the qualility of its product, ASCE Geotechnical Special Publication 2000 104, 111-125.
• Çalı, Y. Mineral katkı malzemeleri ile çimento karışımların jet grout kolonlarında mekanik özelliklerinin araştırılması. Konya Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, 110 s., Konya, Türkiye, 2020
• Çelik, F., Çanakcı, H., Çınar, M. Çimento katkılı grout'un reolojik ve akışkanlık özelliklerine pirinç kabuğu külünün etkisi, 6. Geoteknik Sempozyumu 2015, Adana
• Çelik, F., Akçuru, O. Rheological and workability effects of bottom ash usage as a mineral additive on the cement based permeation grouting method, Construction And Building Materials, 2020; 263 (120186)
• Çınar, M., Zemin iyileştirilmesinde jet grout yöntemi ve uygulamaya yönelik proje çalışmaları. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 154 s., Kayseri, Türkiye, 2014
• Çınar, M., Karpuzcu M., Çanakcı, H. The measurement of fresh properties of cement-based grout containing waste marble powder, Measurement 2019 150.
• Çınar, M., An investigation of fresh and hardened properties of cementitious grout made with combined use of waste marble powder and fly ash. Hasan Kalyoncu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü 190s. Gaziantep, Türkiye, 2019
• Güllü, H. Agha, A.A. The rheological, fresh and strength effects of cold-bonded geopolymer made with metakaolin and slag for grouting, Construction And Building Materials, 2021; 274
• Gürleyik, N.A. İnce daneli zeminlerde tekil jet grout kolon tasarımı. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 115 s. Niğde, Türkiye, 2018
• Kalapathy U, Proctor A, Shultz J. A simple method for production of pure silica from rice hull ash. Bioresource Technology 2000, 73(3) p 257-262.
• Kanat, A., Jet grout kolonlarının oluşumu ve davranışı üzerinde çok ince taneli çimento ve mikro silika kullanımının araştırılması. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 107 s. Konya, Türkiye, 2018
• Karahan, G.N. Kumlu zeminlerde tekil jet grout kolon tasarımı. Ömer Halisdemir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 215 s. Niğde, Türkiye, 2016.
• Kara, G., İbiç, A., Yağcıoğlu, E. Çimento sektöründen kaynaklanan sera gazı emisyonları. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi 2018, Sayı 1(2): 87-90
• Keller, An efficient and versatile method for soil treatment, United Kingdom, 2019.
• Küsin, C.C. Jet grout yöntemi ile iyileştirilen zeminlerin sonlu elemanlar yöntemiyle sayısal analizi. Yüksek Lisans Tezi Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Üniversitesi 171 s. Adana, Türkiye, 2009
• Jalal, M., Comparative study on effects of class f fly ash, nano silica and silica fume on properties of high performance self compacting concrete. Construction And Building Materials 2019, 94 p 90-104.
• Mahmud HB, Majuar E, Zain MFM, Hamid NBAA. Mechanical properties and durability of high strength concrete containing rice husk ash. Special Publication 2004 p 751-767 Las Vegas, Nevada, USA
• Mehta, P.K.A.M. and Monteiro, P. Concrete: microstructure, properties, and materials. New York Chicago San Francisco: McGraw-Hill Education; 2014.
• Nagataki S. Mineral admixtures in concrete: state of the art and trends. SP-144: Concrete Technology: Past, Present, and Future, 1994, USA: University of California, Berkeley.
• Olgun, M., Investigating the properties of jet grouting columns with fine-grained cement and silica fume. Construction and Building Materials 2021; 267(2021)
• Panagiotis, K., Properties of sandcrete mixtures modified with metakaolin. European Journal of Environmental and Civil Engineering 2016; 20(S1):18-37
• Rana, A., Sustainable use of marble slurry ın concrete. Journal of Cleaner Production 2015; 94(2015):304-311
• Rodrigues, R, Mechanical properties of structural concrete containing very fine aggregates from marble cutting sludge. Construction and Building Materials 2015; 77(15.02.2015):349-356
• Safiuddin MD. Development of self-consolidating high performance concrete incorporating rice husk ash [Ph.D. thesis]. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Waterloo Thesis of Doctor ;Waterloo, Ontario, Canada, 2008
• Siddique, R., Kalus, J.,Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: a review. Applied Clay Science 2009; 43( 3–4):392-400
• Yazıcı, Ş., Metakaolin kullaniminin harçlarin mekanik özellikleri üzerine etkisi. Selçuk Üniversitesi Müh.‐Mim. Fak. Derg. 2010; 25(2)
• Zhang, S., Rheologıcal and mechanıcal propertıes of mıcrofıne-cement-based grouts mıxed wıth mıcrofıne fly ash, colloıdal nanosılıca and superplastıcızer. Advances in Materials Science and Engineering 2019, Volume 2019: 10 s
• Zhu, H., Liang G., Partial replacement of metakaolin with thermally treated rice husk ash ın metakaolin-based geopolymer. Construction and Building Materials 2019 Volume 221: 527-538
• Zhang MH, Malhotra VM. High-performance concrete incorporating rice husk ash as a supplementary cementing material. ACI Mater Journal, 1996; 93(6):629-636
• Zaki, A., Sola Ö., Pirinç kabuğu külü katkılı harçların dayanım ve dayanıklılık özelliklerin araştırılması, ALKU Journal of Science, 2020; 2(2): 54-61