DÖKÜMHANE CÜRUFUNUN KARAYOLU İNŞAATINDA DOLGUDA VE GRANÜLER TABAKALARDA KULLANIM OLANAKLARININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 DÖKÜMHANE CÜRUFUNUN KARAYOLU İNŞAATINDA DOLGUDA VE GRANÜLER TABAKALARDA KULLANIM OLANAKLARININ ARAŞTIRILMASI INVESTIGATION OF FOUNDRY SLAG UTILIZATION IN FILL AND GRANULAR BASE APPLICATIONS IN HIGHWAY CONSTRUCTION Fatih YONAR* 1 H. Atilla DİKBAŞ 2 Işıl DOĞAN 3 ABSTRACT Energy and raw materials consumption in industrial production processes has started to decrease steadily thanks to researches conducted regarding sustainibility. Alongside the conventional recycling approaches, waste of an industry has started to be evaluated as the raw material of another industry. In line with these developments, in order to reduce the environmental impacts of raw material production and to lower the consumption of natural resources in Turkey, alternative raw materials should be taken into consideration. Accordingly in this paper, utilization probability of foundry slag which is obtained from Bursa region is investigated for fill and granular base applications in highway construction. Firstly components of foundry slag sample are analyzed using X-Ray diffraction method. Physical properties of sample are investigated according to tests defined in Highway Technical Specifications Ecological analysis of foundry slag is investigated from eluate and original material according to Storage of Solid Waste Appendix 2 regulations. Maximum dry density, optimum water content and California bearing ratio values of mixtures are obtained. Fill and granular base mixtures are prepared again in order to determine potential expansion rates of samples according to ASTM D4792 test. In conclusion, utilization probability of foundry slag as an artificial aggregate in fill and granular sub-base applications in highway construction is investigated in terms of physical, ecological and mechanical properties. Obtained test results and suggestions are presented. Keywords: Foundry slag, granular bases, highway construction, sustainability. ÖZET Sürdürülebilirlik kapsamındaki çalışmalar ile endüstriyel üretimde enerji ve hammadde tüketimi günden güne azalmaktadır. Geleneksel geri dönüşüm yaklaşımlarına ek olarak, herhangi bir sektörde üretim sonrası ortaya çıkan atıklar, yan ürün olarak farklı bir sektörde değerlendirilmeye başlanmıştır. Bu yaklaşımlar doğrultusunda, Türkiye de de çevresel etkinin ve doğal kaynak tüketiminin azaltılması için alternatif hammaddelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında Bursa bölgesinden temin edilen dökümhane cürufunun karayolu inşaatında dolgu ve granüler tabakalarda kullanım olanakları incelenmiştir. * 1 Dr., TechnoBee Akademik Firması, yonarfatih@hotmail.com 2 Prof. Dr., Medipol Üniversitesi, hadikbas@medipol.edu.tr 3 Çevre Müh., Componenta Dökümcülük Tic. ve San. A. Ş., isil.dogan@componenta.com 925

2 İlk olarak dökümhane cürufunun bileşenleri X-ışını kırınım yöntemi ile incelenmiştir. Numunenin fiziksel özellikleri, Karayolları Teknik Şartnamesi 2013 te tanımlanan deneyler uyarınca araştırılmıştır. Dökümhane cürufunun çevresel etkisi, Katı Atıkların Düzenli Depolanması Ek-2 kapsamında eluattan ve orijinal malzeme üzerinden test edilmiştir. Karışımların maksimum kuru birim hacim ağırlık, optimum su muhtevası ve California taşıma oranı değerleri belirlenmiştir. Dolgu ve alttemel karışımları, Agregaların Hidratasyondan Potansiyel Genleşmesi Deneyi için yeniden hazırlanmış ve deney ASTM D4792 standardı uyarınca gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak dökümhane cürufunun yapay agrega olarak karayolu inşaatında dolgu ve granüler tabakalarda kullanım olanakları; fiziksel, çevresel ve mekanik özellikler bakımından irdelenmiş ve elde edilen sonuçlar, öneriler ile sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: Dökümhane cürufu, granüler tabakalar, karayolu inşaatı, sürdürülebilirlik 1. GİRİŞ Bu çalışma kapsamında ele alınmış olan dökümhane cürufu, döküm tesislerinden temin edilmiştir. Döküm; ergimiş metalin, içerisinde boşluk bulunan bir kalıba dökülüp katılaştırılmasıyla istenilen şeklin elde edilmesi yöntemi olarak tanımlanmaktadır [1]. Döküm sanayii; çeşitli pik demir, çelik hurda ve ferro alaşımların endüksiyon, ark veya kupol ocaklarında ergitilerek kum, seramik veya metal kalıplarda şekillendirilmesiyle, sanayinin ihtiyacı olan pik, çelik, sfero ve temper döküm ürünlerinin ham veya işlenmiş olarak üretildiği sektördür [2] yılı döküm sektörü verilerine göre, Türkiye döküm sektöründe toplam 1040 kuruluş yer almaktadır. Bu kuruluşların, 1024'ü özel teşebbüs, 16'sı ise kamu ve askeri tabanlıdır yılı verilerine göre demir-çelik döküm sektöründe 655 kuruluş, demir dışı döküm sektöründe ise 375 kuruluş yer almaktadır. Türk döküm sektörü, 2010 yılı üretim rakamları itibari ile Almanya, Fransa ve İtalya'yı takiben Avrupa'da 4. sıraya yerleşmiş olmakla birlikte, dünyada 13. sırada yer almaktadır. Dünya döküm üretiminin % 1,4'ü Türkiye'de yapılmaktadır. Metal dökümcülüğü, geri dönüşümün en fazla gerçekleştirildiği endüstri dalı olmakla birlikte halen işlenemeyen katı, sıvı ve gaz atıklar ortaya çıkmaktadır. Girdisi büyük miktarlarda kum olan dökümhane atıkları, içerdiği kirlilikler açısından genellikle inorganik karakterlidir [3]. Döküm sektöründe, bir ton döküm malzeme üretiminde ~0,6-0,8 ton arası atık ortaya çıkmakta olup, bu miktarın 0,4-0,6 tonunu kullanılmış kumlar oluşturmaktadır. Örneğin Türkiye'de 2011 yılı üretim rakamlarına göre, ton döküm üretimi yapılmış, buna karşılık proseslerden tahmini ton atık oluşmuştur. Bu miktarın yaklaşık % 65 i döküm kumu, % 10 u cüruf, % 15'i toz-çamur ve % 10 u refrakter, yağ, taş, boya, varil gibi atıklardır [4]. Geleneksel atık yönetimi hiyerarşisindeki sıralamada, atığın en düşük miktarda ortaya çıkması ve en az zararı verecek nitelikte olması tercih edilen seçenek olup diğer bir seçenek, atıkların yeniden kullanım, geri dönüşüm ve enerji/hammadde geri kazanımının sağlanmasıdır. Son seçenek ise atıkların güvenli bir şekilde nihai bertarafının (düzenli depolama, enerji geri kazanımı olmadan yakma) sağlanmasıdır [5]. Atıkların çevre dostu yöntemlerle geri kazanımı ve diğer endüstriler için katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülerek sanayide uygulamaya aktarılması; doğal kaynaklarımızın korunması, hammadde tasarrufunun sağlanması, ekonomiye katkı sağlanması, çevrenin korunması, atık miktarının azaltılması ve gelecek için yatırım olması bağlamında ülkemiz açısından gerekliliktir [6]. 926

3 Son dönemde ülkemizde artan karayolu inşaatları aynı zamanda agrega talebini arttırmıştır. Artan agrega talebine karşılık olarak açılan yeni taş ocakları, doğal kaynaklarımızın tüketim hızını arttırmakta ve olumsuz çevresel etkiler yaratmaktadır. Bu doğrultuda cürufun, karayolu inşaatında yapay agrega olarak kullanılması, doğal agregaya farklı bir alternatif sunmakla birlikte sürdürülebilirlik bakımından ve mali açıdan ülkemize katkı sağlayacaktır [7]. Bu çalışma kapsamında, Bursa bölgesinde üretim yapan bir döküm tesisinden numune alınmış ve numunenin kimyasal, fiziksel, mekanik ve çevresel analizleri yapılmıştır. Kimyasal analizlerde XRD yöntemi esas alınmış, fiziksel ve mekanik özelliklerde ise Karayolları Teknik Şartnamesi 2013 te (KTŞ 2013) tanımlanan deneyler yapılmıştır. Çevresel analiz kapsamında tarihli, sayılı Resmi Gazete de yayınlanmış olan Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik Ek-2 de belirtilen parametreler araştırılmıştır. 2. MALZEME VE YÖNTEM Bu bölüm dahilinde, Malzeme alt bölümünde, ilk olarak alınan numunenin gözlemlenen ve üretici tarafından aktarılan temel özellikleri açıklanmıştır. Kimyasal Özellikler alt bölümde dökümhane cürufunun, XRD yöntemi ile belirlenen bileşenleri ve kritik bileşenlere ilişkin değerlendirmeler verilmiştir. Fiziksel Özellikler alt bölümde, KTŞ 2013 te tanımlanan ve dökümhane cürufuna uygulanan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak verilmiş, sonuçlara ilişkin değerlendirmeler yapılmıştır. Mekanik Özellikler alt bölümünde, dolgu ve granüler tabaka karışımlarına yapılan Proctor ve CBR deneyleri, değerlendirmeler ile sunulmuştur. Potansiyel Genleşme alt bölümünde, ASTM D4792 standardı uyarınca karışımların, genleşme olasılıkları incelenmiştir. Çevresel Analiz alt bölümünde, Ek-2 kapsamında gözlemlenen parametreler, atık sınıfı limitleri ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir Malzeme Dökümhane cürufu numunelerinin temin edildiği işletme, döküm parça üretimi (motor blok, motor blok muhafazası, volan muhafazası, fren diski, kampana, krank mili, dişli kutusu, aks dingili) alanında faaliyet göstermektedir. İşletme; ergitme, kalıplama, kum rejenerasyon, maça, tamamlama/temizleme ve işleme/talaşlı imalat bölümlerinden oluşmaktadır. Ergitme üretim merkezinde, üretilecek ürünün özelliğine göre pik ve hurda kaporta sacları endüksiyon ocaklarında ergitilmektedir. Bu aşamada ergitme ve saflaştırma işlemleri gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma kapsamında incelenen cüruf, tesisin ergitme üretim merkezinde ortaya çıkmaktadır. Dolayısıyla ergitme üretim merkezindeki hammadde girişi, şarj hazırlama, ergitme ocakları ve tutma ocakları aşamaları aşağıda sunulmuştur: Hammadde Girişi: Pik, hurda sac, yolluk, sakat parça, piklet, ferro alyaj, karbon verici ve çapak ergitme, üretim merkezinin ana girdileri olarak belirtilmektedir. Şarj hazırlama aşamasında hammaddeler, şarj kovalarına doldurulmakta ve ergitme ocaklarına gönderilmektedir. Ergitme ocakları aşamasında şarj kovaları, vibratörlere doldurularak ergitme işlemi gerçekleştirilmektedir. Tutma ocakları (maden hazırlama) aşamasında ergitilmiş sıvı metal, bekletme ocaklarına alınarak istenen kimyasal bileşimi yakalamak için ferro alaşım ve karbon verici ilaveler yapılmakta, cüruf çekme işlemi gerçekleştirilmektedir. Dökme demir özelliğindeki sıvı metal, iyileştirme istasyonuna gitmekte aşılama işlemi yapıldıktan sonra potalar ile döküm hatlarına gönderilmektedir. 927

4 Döküm hatlarına gönderilen tüm potalardan, döküm işlemi öncesinde cüruf çekme işlemi yapılmaktadır. Potadan alınan cüruf, boşaltıldığı alanda hava şartları ile soğumaya bırakılmakta, daha sonra tesis stok sahasına yönlendirilmektedir. Sıvı metalin üzerinden alınan cüruf, bir miktar metalik demir içermektedir. Bu metalik demirin geri kazanılması amacıyla, dökümhane cürufu kırılarak manyetik ayrıştırıcıdan geçirilmektedir. İşlem sonrasında metalinden ayırılmış ve homojen boyutlara getirilmiş bir cüruf ortaya çıkmaktadır. İnceleme için alınan numune, metalik demirin ayrıştırıcı ile çekildiği, maksimum tane boyutu 40 mm olan taze dökümhane cürufudur Kimyasal Özellikler Numunenin kimyasal bileşenleri XRD yöntemi ile incelenmiştir. CaO, Al 2 O 3, SiO 2, MgO, Fe 2 O 3 ve MnO, ana bileşenler olarak kabul edilmiş ve XRD analizinde bu bileşenler araştırılmıştır. Elde edilen oranlar, Tablo 1 de sunulmuştur. Tablo 1. Dökümhane Cürufu Kimyasal Bileşenleri Ana Bileşenler, % CaO Al 2 O 3 SiO 2 MgO Fe 2 O 3 MnO 5,51 14,63 59,06 2,24 11,02 1,38 Tablo 1 de verilen bileşenler arasında, dökümhane cürufunun kullanımı açısından en dikkat çekenleri CaO ve MgO dur. Çelikhane cürufları bünyesinde de bulunan CaO ve MgO nun, bağlayıcısız karışımlarda genleşmeye neden olduğu, bitümlü sıcak karışımlarda ise suya hassasiyeti arttırdığı belirlenmiştir. Genleşmenin önüne geçmek amacıyla çelikhane cürufu için 12 ila 18 ay yaşlandırma süreci tavsiye edilmektedir [8]. Fakat çelikhane cürufundaki CaO içeriği % 25 ila 50 arasında MgO içeriği ise % 4 ila 15 arasında değişmektedir [9]. Dökümhane cürufundaki CaO ve MgO içeriğinin düşük olmasına karşın, bu iki bileşenin su etkisi ile hidrate olarak genleşme ihtimalleri vardır. Bu doğrultuda dökümhane cürufu ile üretilen bağlayıcısız karışımlara genleşme deneyi uygulanmıştır Fiziksel Özellikler Fiziksel özellikler kapsamında ilk olarak numuneye elek analizi (ASTM C136-06) yapılmıştır. Devamında dökümhane cürufuna KTŞ 2013 te granüler tabakalarda kullanılacak doğal agrega için tanımlanmış olan Yassılık İndeksi (BS 812), Hava Tesirlerine Karşı Dayanıklılık (ASTM C88-05), Los Angeles Aşınma Kaybı (ASTM C535-12), Atterberg Limitleri Tayini (ASTM D4318), Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı (ASTM C142), Organik Madde Tayini (AASHTO T-21), Metilen Mavisi (ASTM C837), Birim Hacim Ağırlık (ASTM C127-15, ASTM C128-15) ve Su Emme (ASTM C127-12, ASTM C128-12) deneyleri yapılmıştır [10]. Şekil 1 de alınan numuneye yapılan elek analizinin grafiği sunulmuştur. Tablo 2 de, boyut gruplarına göre numunenin birim hacim ağrılık ve su emme değerleri verilmiştir. Tablo 2 de görüldüğü üzere, tane boyutu küçüldükçe su emme değerleri düşmektedir. Bunun temel nedeni, iri tanelerin daha gözenekli yapıda olmasıdır. 928

5 Şekil 1. Dökümhane Cürufu Elek Analizi Tablo 2. Birim Hacim Ağrılık ve Su Emme Değerleri Boyut Grubu ρ a ρ ssd ρ rd Su Emme, % 75-37,5 mm 2,443 2,299 2,199 4,55 37,5-25 mm 2,552 2,427 2,347 3, mm 2,541 2,423 2,346 3, ,5 mm 2,778 2,678 2,622 2,14 9,5-4,75 mm 2,531 2,441 2,382 2,49 4,75-2 mm 2,819 2,715 2,659 2,14 2-0,425 mm 2,840 2,741 2,688 1,99 0,425-0,075 mm 2,782 2,690 2,638 1,96 Filler 2, Tablo 3 te, KTŞ 2013 Kısım 206 da Dolgular kapsamında tanımlanan Dolgu Malzemesi, Dona Hassas Olmayan Taban Malzemesi ve Koruyucu Tabaka Seçme Malzeme için belirtilmiş olan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Tablo 3 te görüldüğü üzere; dökümhane cürufu, Dona Hassas Olmayan Taban Malzemesi için KTŞ 2013 te belirtilmiş olan % 3 su emme limiti dışında tüm koşulları sağlamaktadır. % 3,11 su emme değeri karışımdaki kaba tanelerin oranlarına göre hesaplanmış olup, karışımdaki kaba agreganın su emme ortalamasını vermektedir. Tablo 3. Dolgu Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri Tabaka Dolgu Dona Hassas Olmayan Taban Malzemesi Koruyucu Tabaka Seçme Malzeme Deney Şartname Deney Limiti Sonucu Likit Limit, % < 60 - Plastisite İndeksi % < 35-0,075mm'den geçen, % < 12 1,1 Likit Limit, % < 25 - Plastisite İndeksi % < 6 - Kaba Agrega Su Emme, % < 3 3,11 0,075mm'den geçen, % < 50 1,1 Likit Limit, % < 40 - Plastisite İndeksi % < 15 - Tablo 4 te, KTŞ 2013 Kısım 401 de alttemel malzemesi için belirtilmiş olan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. 929

6 Tablo 4 te görüldüğü üzere, dökümhane cürufu KTŞ 2013 te Alttemel malzemesi için belirtilmiş olan tüm koşulları sağlamaktadır. % 2,69 su emme değeri karışımdaki tanelerin oranlarına göre hesaplanmış olup, karışımdaki tanelerin su emme ortalamasını vermektedir. Tablo 4 te dikkat edilmesi gereken bir diğer sonuç da Aşınma Kaybı değeridir. Dökümhane cürufu, % 43,6 parçalanma oranı ile KTŞ 2013 limitine son derece yakındır. Numunenin bu denli narin davranması, gözenekli yapısından kaynaklanmaktadır. Tablo 4. Alttemel Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri Deney Şartname Limiti Deney Sonucu Hava Tesirlerine Karşı Dayanıklılık, % 25 4,3 Aşınma Kaybı, % 45 43,6 Likit Limit, % 25 - Plastisite İndeksi % 6 - Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı, % 2 0,11 Organik Madde, % 1 0 Yassılık İndeksi, % 35 5,4 Metilen Mavisi, g/kg 4 0,5 Su Emme, % 3,5 2,69 Tablo 5 te, KTŞ 2013 Kısım 402 de Granüler Temel malzemesi için belirtilmiş olan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Tablo 5. Granüler Temel Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri Deney Şartname Limiti Deney Sonucu Hava Tesirlerine Karşı Dayanıklılık, % 20 4,3 Aşınma Kaybı, % 35 43,6 Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı, % 1 0,11 Yassılık İndeksi, % 30 5,4 Su Emme, % 3,0 2,48 Organik Madde, % 0 0 Likit Limit, % NP NP Plastisite İndeksi % NP NP Metilen Mavisi, g/kg 3 0,5 Tablo 5 te görüldüğü üzere, dökümhane cürufu KTŞ 2013 te Granüler Temel malzemesi için belirtilmiş olan tüm koşulları, aşınma kaybı haricinde sağlamaktadır. % 2,48 su emme değeri karışımdaki tanelerin oranlarına göre hesaplanmış olup karışımdaki tanelerin su emme ortalamasını vermektedir. Tablo 5 te dikkati çeken sonuç aşınma kaybı değeridir. Dökümhane cürufu, % 43,6 parçalanma oranı ile KTŞ 2013 limitini karşılamamaktadır Mekanik Özellikler Mekanik özellikler kapsamında ilk olarak malzemenin tabii halde dolguda kullanılma olanaklarının belirlenebilmesi için karışıma standart Proctor (ASTM D698) ve standart yaş CBR (ASTM D1883-7) deneyleri uygulanmıştır. Karışıma ait standart Proctor grafiği Şekil 2 de sunulmuştur. Şekil 2 de çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 20,28 kn/m 3, optimum su muhtevası ise % 5,53 olarak belirlenmiştir. Ağırlıkça % 5,53 su katılarak hazırlanan karışıma standart yaş CBR deneyi uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda şişme gözlemlenmemiştir. KTŞ 2013 Kısım 206 da dolgu olarak kullanılacak malzemenin maksimum kuru birim hacim ağırlığının en az 14,22 kn/m 3 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu dolgu karışımı, istenen değeri sağlamaktadır. CBR deneyi uygulanan yaş numuneye ait deplasman-kuvvet grafiği Şekil 3 te sunulmuştur. 930

7 Şekil 3 teki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 64,6 olarak hesaplanmıştır. KTŞ 2013 Kısım 206 da Koruyucu Tabaka Seçme Malzemenin standart yaş CBR değerinin en az % 10 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu dolgu karışımı, istenen değeri sağlamaktadır. Şekil 2. Dolgu Malzemesi Standart Proctor Grafiği Şekil 3. Dolgu Malzemesi Standart Yaş CBR Grafiği Dökümhane cürufunun ürün konumunda olmaması ve kırma-eleme işleminin KTŞ 2013 te tanımlanan boyutlara göre yapılmaması nedeniyle Alttemel Tip-A ve Tip-B tabakalarında, karışımlar ideal tane dağılımına göre hazırlanmıştır. Alttemel Tip-A karışımına ait modifiye Proctor (ASTM D1157) grafiği Şekil 4 te sunulmuştur. Şekil 4. Alttemel Tip-A Modifiye Proctor Grafiği 931

8 Şekil 4 te çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 19,68 kn/m 3, optimum su muhtevası ise % 6,93 olarak belirlenmiştir. Ağırlıkça % 6,93 su katılarak hazırlanan karışıma modifiye yaş CBR (ASTM D1883-7) deneyi uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda şişme gözlemlenmemiştir. CBR deneyi uygulanan yaş numuneye ait deplasman-kuvvet grafiği Şekil 5 te sunulmuştur. Şekil 5. Alttemel Tip-A Karışımı Modifiye Yaş CBR Grafiği Şekil 5 teki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 107,5 olarak hesaplanmıştır. KTŞ 2013 Kısım 401 de Alttemel Tip-A karışımının modifiye yaş CBR değerinin en az % 30 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu Alttemel Tip-A karışımı, istenen değeri sağlamaktadır. Alttemel Tip-B karışımına ait modifiye Proctor (ASTM D1157) grafiği Şekil 6 da sunulmuştur. Şekil 6. Alttemel Tip-B Modifiye Proctor Grafiği Şekil 6 da çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 19,66 kn/m 3, optimum su muhtevası ise % 5,55 olarak belirlenmiştir. Ağırlıkça % 5,55 su katılarak hazırlanan karışıma modifiye yaş CBR deneyi (ASTM D1883-7) uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda şişme gözlemlenmemiştir. CBR deneyi uygulanan yaş numuneye ait deplasman-kuvvet grafiği Şekil 7 de sunulmuştur. 932

9 Şekil 7 deki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 111 olarak hesaplanmıştır. KTŞ 2013 Kısım 401 de Alttemel Tip-B karışımının modifiye yaş CBR değerinin en az % 50 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu Alttemel Tip-B karışımı, istenen değeri sağlamaktadır. Şekil 7. Alttemel Tip-B Karışımı Modifiye Yaş CBR Grafiği Dökümhane cürufunun aşınma kaybı değerinin % 43,6 olması ve KTŞ 2013 Kısım 402 Granüler Temel için kullanılacak olan malzemede maksimum aşınma kaybı % 35 istendiğinden, Granüler Temel ve Plent-Miks Temel tasarımları yapılmamıştır Potansiyel Genleşme Dünya çapında bu konuya ilişkin iki temel yöntem öne çıkmaktadır. Bunlardan ilki, sıcak su ile cürufun genleşmesini sağlamaktadır. Bu kapsamda tanımlanmış ASTM D4792 ve JIS A 5011 standartları mevcuttur. İkincisi ise su buharı ile genleşmenin desteklendiği, EN standardında tanımlanmış olan yöntemdir [11]. Bu çalışma kapsamında ASTM D4792 standardı, dökümhane cürufunun genleşmesinin ölçülmesi için esas alınmıştır. Standart deney süresi 7 gün olarak tanımlanmıştır. Fakat genleşme eğiliminin devam etmesi durumunda deney süresinin, eğilim sona erene kadar uzatılması tavsiye edilmektedir [12]. Potansiyel genleşme deneyi, dolgu ve alttemel karışımına uygulanmıştır. Alttemel karışımında en kötü senaryonun göz önüne alınabilmesi amacıyla ASTM D4792 deneyi için minimum boşluk maksimum kuru birim hacim ağırlık değerine sahip Alttemel Tip-A karışımı tercih edilmiştir. Genleşme limiti olarak, ASTM D4792 standardında çelikhane cürufunun kullanımı için önerilen % 0,5 değeri kabul edilmiştir. Dolgu ve Alttemel Tip-A karışımına ait genleşme grafiği Şekil 8 de sunulmuştur. Şekil 8. Dolgu ve Alttemel Tip-A Karışımı Genleşme Grafiği 933

10 Şekil 8 de görüldüğü üzere, genleşmenin artma eğilimi göstermemesi üzerine ASTM D4792 de belirtildiği gibi deney yedinci günde sonlandırılmıştır. Dolgu karışımının maksimum genleşmesi % 0,19, Alttemel Tip-A karışımının maksimum genleşmesi % 0,45 olarak belirlenmiştir. Bu değerler, ASTM D4792 standardında önerilen % 0,5 limitini sağlamaktadır Çevresel Analiz Çevresel analizde, numunenin orijinalinde ve numune ile üretilen eluatta tarihli, sayılı Resmi Gazete de yayınlanmış olan Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik Ek-2 de belirtilen parametreler araştırılmıştır. Numuneden elde edilen sonuçlar, Ek-2 limitleri ile birlikte Tablo 6 da sunulmuştur. Tablo 6. Numune Analiz Sonuçları ve Ek-2 Limitleri Parametre Sınır Değerler Birim Numune Sınıf 1 Sınıf 2 Sınıf 3 Florür mg/l 0, Sülfat mg/l Toplam Çözünmüş Madde (180 o C) mg/l Çözünmüş Organik Karbon (DOC) mg/l Toplam Organik Karbon mg/kg Klorür mg/l Bakır mg/l 0, ,2 Baryum mg/l 0, Civa mg/l 0, Nikel mg/l 0, Antimon mg/l 0,0005 0,5 0,07 0,006 Arsenik mg/l 0,002 2,5 0,2 0,05 Kadmiyum mg/l 0,0005 0,5 0,1 0,004 Toplam Krom mg/l 0, ,05 Kurşun mg/l 0, ,05 Selenyum mg/l 0,001 0,7 0,05 0,01 Molibden mg/l 0, ,05 Çinko mg/l 0, ,4 Fenol Indeksi mg/l 0, ph (25 o C) - 8, LOI (Yanma Kaybı), (550 o C) % 0, BTEX (Benzen, Toluen, Etil benzen, Ksilen) mg/kg 0, Mineral Yağ ve Türevleri mg/kg PCBs (toplam) mg/kg 0, Tablo 6 da görüldüğü üzere, dökümhane cürufu, 3. sınıf bir başka deyişle durağan (inert) atık olarak kabul edilmektedir sayılı Resmi Gazete de yayınlanmış olan Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik kapsamında durağan (inert) atıklar; fiziksel, kimyasal veya biyolojik olarak önemli derecede herhangi bir değişime uğramayan, çözünmeyen, yanmayan, fiziksel veya kimyasal olarak reaksiyona girmeyen, biyolojik bozunmaya uğramayan veya temas ettiği maddeleri çevreye veya insan hayatına zarar verecek şekilde etkilemeyen ve toplam sızıntı kabiliyeti ve ekotoksisitesi önemsiz miktarda olan, özellikle yüzeysel su ve yeraltı suyu kirliliği tehlikesi yaratmayan atıklar olarak tanımlanmaktadır. Kanserojen, toksik, patlayıcı, tutuşabilen, korozif, tahriş edici vb. özelliklerinden dolayı insan sağlığı ve çevre bakımından risk teşkil eden atıklar, tehlikeli atık sınıfına girmektedir. Tehlikesiz atıklar ise kısaca tehlikeli atık sınıfına girmeyen atıklar olarak tanımlanmışlardır. 934

11 Dökümhane cürufunun durağan atık sınıfına girdiğine ilişkin deney sonuçlarına ek olarak; 1998 de yapılan bir risk değerlendirme çalışmasında, demir-çelik menşeili cürufların, pek çok uygulama alanında ekoloji ve insan sağlığı üzerinde herhangi bir olumsuz etkisinin bulunmadığı belirlenmiştir [13]. Bu çalışmaya göre makul maksimum maruz kalma ve en makul maruz kalma durumları Environmental Pollution Agency (EPA) kıstaslarında incelenmiştir. Bu değerlendirme kapsamında tüm yol ve senaryolardan maruz kalınabilecek ortalama dozlar hesaplanmıştır [13]. Berilyum, kadmiyum ve nikelin farklı formları potansiyel kanserojen olarak dikkate alınmıştır. Cürufun farklı kullanımlarından oluşabilecek potansiyel sağlık etkilerini tanımlayan risk karakterizasyonunun oluşturulabilmesi için maruz kalma ve toksisite durumları birlikte ele alınmıştır. Makul maksimum maruz kalma durumuna göre teorik kanser riski on milyarda 2 ila on milyarda 8 aralığında hesaplanmıştır. Bu da milyonda 1 ila on binde 1 aralığından küçük olduğundan, EPA tarafından göz ardı edilebilir olarak kabul edilmektedir [14]. 3.SONUÇLAR Bu çalışma kapsamında, dökümhane cüruf numunesinin, karayolu inşaatında dolgu ve granüler tabakalarda kullanım olanakları incelenmiş ve elde edilen sonuçlara ilişkin değerlendirmeler aşağıda sunulmuştur. Kimyasal bileşenler incelendiğinde, dökümhane cürufunun da çelikhane cürufuna benzer şekilde fakat daha düşük oranlarda CaO ve MgO içerdiği belirlenmiştir. Bu bileşenlerin genleşmeye neden olduğu bilinmektedir. Bu nedenle dökümhane cürufu ile hazırlanan karışımların inşaat uygulamalarında kullanılmadan önce genleşme olasılıklarının tespit edilmesi gerekmektedir. Fiziksel ve mekanik özellikler bakımından, dökümhane cürufunun, herhangi bir ek işleme gerek kalmadan dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Fakat bu çalışmada kullanılan dökümhane cürufunun, dona hassas olmayan taban malzemesi için KTŞ 2013 te tanımlanan % 3 su absorbsiyonu limitine uymadığı belirlenmiştir. Malzemenin su absorbsiyonu değerleri, tane boyutu küçüldükçe azaldığı için, dona hassas olmayan taban malzemesi olarak kullanılabilmesi amacıyla maksimum tane boyutunun 19 mm olarak düzenlenmesi gerekmektedir. Dökümhane cürufunun, gerekli tane dağılımı sağlandığı takdirde, alttemel malzemesi olarak kullanımının, fiziksel ve mekanik özellikler açısından herhangi bir sorun teşkil etmediği belirlenmiştir. Dökümhane cürufu, aşınma değeri bakımından granüler temel uygulamalarında (temel ve plent-miks temel) kullanılamamaktadır. Bu durum, dolgu ve alttemel karışımlarında elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlıklarla da desteklenmektedir. Dolgu karışımının maksimum kuru birim hacim ağrılığı 20,28 kn/m 3 iken alttemel karışımlarında bu değerler 19,68 kn/m 3 ve 19,66 kn/m 3 tür. Dökümhane cürufu narin yapısı nedeniyle modifiye kompaksiyon sırasında parçalanmakta ve karışımın tane dağılımı değişmektedir. Alttemel karışımlarında yeterli CBR değerleri gözlemlense de diğer granüler tabaka tiplerinin uygulanmasında taşıma gücüne ilişkin sorunlar yaşanacağı açıktır. Alttemel uygulamalarında ise kompaksiyon ile parçalanabilen taneler dikkate alınarak kompaksiyon kalınlığının, gerekli incelemeler yapılarak mümkün olduğunca büyük alınması tavsiye edilmektedir. Dökümhane cürufunun, çelikhane cüruflarına oranla düşük CaO ve MgO içeriği, karışımların genleşme miktarlarını limitler altında tutmuştur. Bu çalışmada kullanılan 935

12 dökümhane cürufu, CaO ve MgO nun hidratasyonu için yaşlandırma işlemine gerek kalmadan kullanılabilmektedir. Yapılan Ek-2 analizi ve taranan literatür doğrultusunda dökümhane cürufunun yapay agrega olarak kullanımının çevre ve insan sağlığı üzerinde bir etkisi olmayacağı kanaatine varılmıştır. Sonuç olarak; bu çalışmada ele alınan dökümhane cürufunun, karayolu inşaatında herhangi bir işlemden geçirilmeden dolgu ve koruyucu tabaka seçme malzemesi, maksimum tane boyutu belirtilerek dona hassas olmayan taban malzemesi ve gerekli kırma ve eleme işlemlerinden geçirilerek, KTŞ 2013 Kısım 401 de tanımlanan granülometriye uygun hale getirilerek, alttemel malzemesi olarak kullanımının teknik açıdan uygun olduğu belirlenmiş ve dökümhane cürufunun çevre ve insan sağlığına bir etkisi olmayacağı kanaatine varılmıştır. KAYNAKLAR [1] Sylvia J.G., (1972). Cast Metals Technology, Addison-Wesley. [2] Kepez Ü., (2007). Türkiye'de Döküm Sektörü-Demir Döküm, TÜBİTAK Metal Teknoloji Platformu Oluşturma Çalıştayı, Şubat 2007, Kocaeli. [3] Yerlikaya C., (2001). Dökümhane Atık Kumlarındaki İnorganik ve Organik Kirleticilerin Karakterizasyonu, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, [4] HAWAMAN, (2009). Türkiye'de Sanayiden Kaynaklanan Tehlikeli Atıkların Yönetiminin İyileştirilmesi, Döküm Sektörü Rehber Döküman, LIFE HAWAMAN Projesi, LIFE06 TCY/TR/000292, ÇOB, Ankara. [5] EU, (2008). Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19 November 2008 on Waste and Repealing Certain Directives, Official Journal of EU, L 312, , [6] Çevre ve Orman Bakanlığı, (2008). Atık Yönetimi Genel Esaslarına İlişkin Yönetmelik, tarih sayılı Resmi Gazete. [7] Pasetto M., Baldo N., (2010). Experimental Evaluation of High Performance Base Course and Road Base Asphalt Concrete with Electric Arc Furnace Slags, Journal of Hazardous Materials, 181, [8] Huang, Y., Bird, R. N., Heidrich, O. (2007). A Review of the Use of Recycled Solid Waste Materials in Asphalt Pavement, Science Direct, Resources, Conservation and Recycling, 52, [9] Motz H., Geiseler J. (2001). Products of Steel Slags an Opportunity to Save Natural Resources. Waste Management, 21, [10] Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM), (2013). Karayolları Teknik Şartnamesi [11] Yonar, F., (2017). Elektrik Ark Ocağı Çelikhane Cürufunun Karayolu Esnek Üstyapı Tabakalarında Kullanımının Ve Karışım Performansının Araştırılması, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, [12] ASTM, (2013). Standard Test Method for Potential Expansion of Aggregates from Hydration Reactions, (ASTM D4792 / D4792M-13). [13] Chaurand, P., Rose, J., Briois, V., Olivi, L., Hazemann, J., Proux, O., Domas, J., and Bottero, J. (2007). Environmental Impacts of Steel Slag Reused in Road Construction: A Crystallographic and Molecular Approach, Journal of Hazardous Materials, Vol. 139, No.3, pp [14] Kneller, A.W., Gupta, J., Borkowski, L.M., and Dollimore, D. (1994). Determination of Original Free Lime Content of Weathered Iron and Steel Slag by Thermogravimetric Analysis, Transportation Research Record 1434, Transportation Research Board, Washington, D.C., pp