ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ AFŞİN ELBİSTAN TERMİK SANTRALI UÇUCU KÜLÜNÜN ZEMİN STABİLİZASYONUNDA KULLANIMI İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ADANA, 2006

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AFŞİN ELBİSTAN TERMİK SANTRALI UÇUCU KÜLÜNÜN ZEMİN STABİLİZASYONUNDA KULLANIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Bu tez / / 2006 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir. İmza:... İmza:... İmza:... Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ Prof. Dr. Mustafa LAMAN Doç. Dr. Alaettin KILIÇ DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ AFŞİN ELBİSTAN TERMİK SANTRALI UÇUCU KÜLÜNÜN ZEMİN STABİLİZASYONUNDA KULLANIMI ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Danışman : Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ Yıl : 2006, Sayfa : 91 Jüri : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Doç. Dr. Alaettin KILIÇ : Yrd. Doç. Dr. A.Azim YILDIZ Bu çalışmada, çeşitli zemin stabilizasyonu yöntemleri ve kumlu zeminlerin Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu külü ile stabilizasyonu araştırılmıştır. Değişik oranlarda (%0, %5, %10, %15 ve %20) uçucu kül miktarı ve farklı kür sürelerinin (7, 14, 28 ve 56 gün) mukavemete etkileri araştırılmıştır. Gerçekleştirilen serbest basınç deneyleri sonunda, zemine uçucu kül ilavesi neticesinde mukavemet değerlerinde artış sağlanmıştır. Ayrıca, artan kür zamanıyla birlikte daha iyi sonuçlar gözlenmiştir. Sonuç olarak, Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu külünün zemin stabilizasyonunda kullanılabileceği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Uçucu Kül, Zemin Stabilizasyonu, Çimento, Kum ve Serbest Basınç Deneyi I

4 ABSTRACT MSc THESIS THE USE OF FLY ASH OF AFŞİN ELBİSTAN THERMAL POWER PLANT IN SOIL STABILIZATION DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF ÇUKUROVA Supervisor : Assist. Prof. Dr. A.Azim YILDIZ Year : 2006, Page : 91 Jury : Prof. Dr. Mustafa LAMAN : Assoc. Prof. Dr. Alaettin Kılıç : Assist. Prof. Dr. A.Azim YILDIZ In this study, various soil improvement techniques and the stabilization of sand soils with fly ash of Afşin Elbistan Thermal Power were investigated. The effect of various proportions of fly ash (%0, %5, %10, %15 and %20) content and different curing periods (7, 14, 28 and 56 days) strength has been investigated. Approximately increment in strength is reported after unconfined compressive tests, with addition of fly ash in soil. Also, with increasing curing period better results are observed. As a result, it can be concluded that fly ash of Afşin Elbistan Thermal Power plant can be used in soil stabilization. Keywords: Fly Ash, Soil Stabilization, Sand, Cement and Unconfined Compressive Test II

5 TEŞEKKÜR Bu yüksek lisans tezi çalışmalarım sırasında, yardım ve ilgilerini esirgemeyen danışman hocam sayın A.Azim YILDIZ a içtenlikle teşekkür etmeyi bir borç bilirim. Ayrıca, deneyler sırasında ve bu tez aşaması sürecinde değerli teşvik ve yardımlarını gördüğüm araştırma görevlisi arkadaşım sayın Ahmet DEMİR e yardımlarından dolayı çok teşekkür ederim. Benden maddi ve manevi desteklerini hiç esirgemeyen aileme de minnettarım. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT...II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV SİMGELER VE KISALTMALAR...VII ÇİZELGELER DİZİNİ...VIII ŞEKİLLER DİZİNİ... IX 1. GİRİŞ ZEMİN STABİLİZASYONU Giriş Zemin Stabilizasyon Yöntemleri Derin Stabilizasyon Kohezyonsuz Zeminlerde Derin Stabilizasyon Kohezyonlu Zeminlerde Derin Stabilizasyon Yüzeysel Stabilizasyon Katkısız Stabilizasyon Katkılı Stabilizasyon UÇUCU KÜL Uçucu Küllerin Tanımı ve Sınıflandırılması Tanım Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Kimyasal Özelliklerine Göre Sınıflandırılması Elde Edildikleri Kömürün Tipine Göre Sınıflandırılması Uçucu Küllerin Özellikleri Uçucu Küllerin Fiziksel Özellikleri Uçucu Küllerin Kimyasal Özellikleri Uçucu Küllerin Mühendislik Özellikleri Uçucu Küllerin Puzzolanik Özellikleri Uçucu Külün Betona Etkisi IV

7 3.3. Uçucu Küllerin Üretilmesi ve Taşınması Termik Santraller ve Afşin Elbistan Termik Santralı Uçucu Külü Termik Santraller Afşin Elbistan Termik Santralı Uçucu Külü Uçucu Küllerin Kullanıldığı Yerler Çimento ve Beton Üretiminde Kullanılması Geoteknik Uygulamalarda ve Yol Yapımında Kullanılması Boşluklu Beton Üretiminde Kullanılması Tuğla Üretiminde Kullanılması Hafif Agrega Üretiminde Kullanılması Gazbeton Üretiminde Kullanılması Ağırlık Barajlarında Uçucu Küllü Rolkrit Kullanımı ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Uçucu Külün Betonda kullanılması Uçucu Külün Yol Stabilizasyonunda Kullanılması Uçucu Külün Sıkışma Özelliklerine Etkisi Uçucu Külün Şişme Potansiyeline Etkisi Uçucu Külün Geçirgenliğe (Permeabilite) Etkisi Uçucu Külün Mukavemete Etkisi DENEYSEL ÇALIŞMA Giriş Zemin Numunesinin Özellikleri Uçucu Kül Numunesinin Özellikleri Çimento Numunesinin Özellikleri Deney Düzeni Deney Numune Kalıpları Deney Numunelerinin Gruplanması Serbest Basınç Deney Numunelerinin Hazırlanması Deney Numunelerinin Küre Bırakılması Deneyin Yapılışı BULGULAR ve TARTIŞMA V

8 6.1. Kür Süresinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Kül Yüzdesinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi SONUÇLAR ve ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ EKLER VI

9 SİMGELER ve KISALTMALAR ASTM : American Standarts of Testing Materials (A.B.D. Test Standartları) c : Kohezyon (kg/cm 2 ) CBR : California Bearing Ratio Cc : Derecelenme Katsayısı (cm 2 /kg) Cu : Üniformluluk Katsayısı (cm 2 /kg) ф : Kayma Direnci Açısı ( ) Dr : Relatif Sıkılık Derecesi D 10 D 30 D 60 EİE e max e min : Efektif Dane Çapı : Granülometri Eğrisinde %30 a Karşılık Gelen Dane Çapı : Granülometri Eğrisinde %60 a Karşılık Gelen Dane Çapı : Elektrik İşleri Etüt İdaresi : Maksimum Boşluk Oranı : Minimum Boşluk Oranı γ kmax : Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlığı (gr/cm 3 ) γ s : Dane Birim Hacim Ağırlığı (gr/cm 3 ) Gs : Dane Özgül Ağırlığı KK : Kızdırma Kaybı Ö.A : Özgül Ağırlık (gr/cm 3 ) Ö.Y : Özgül Yüzey (cm 2 /gr) q u : Serbest Basınç Mukavemeti ( kn/m 2 ) SP : Kötü Derecelenmiş İnce ve Temiz Kum TS : Türk Standartları UK : Uçucu Kül W opt : Optimum Su Muhtevası (%) VII

10 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 3.1. Çeşitli Uçucu Küllerden Elde Edilen Sonuçlara Göre Uçucu Küllerin Yaklaşık Kimyasal Bileşiklerinin Yüzdesi Çizelge 3.2. Türkiye de Termik Santrallerdeki Yılları Arası Uçucu Kül Üretim Miktarları (1000 ton/yıl) Çizelge 4.1. Arıtma Çamuru Uçucu Kül Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları Çizelge 4.2. Tayvan Kili İle Uçucu Kül ve Cüruf Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları Çizelge 4.3. Uçucu Kül İlaveli Hawaii Killerinin Serbest Basınç Dayanımları Çizelge 4.4. Dispersif Bir Kilin C Tipi Uçucu Kül ile Stabilizasyonu Çizelge 4.5. Uçucu Kül Katkı Oranı ve Kür Süresine Göre Serbest Basınç Mukavemet Değerleri (kn/m 2 ) Çizelge 5.1. Kum Numunesine Ait Elek Analiz Sonuçları Çizelge 5.2. Kum Numunesine Ait Relatif Sıkılık Deney Sonuçları Çizelge 5.3. Kohezyonsuz Zeminlerde Sıkılık Tablosu Çizelge 5.4. D Tipi Uçucu Külün Kimyasal Özellikleri (%) Çizelge 5.5. Çimentoya Ait Kimyasal Özellikler Çizelge 6.1. Numunelerin Serbest Basınç Mukavemeti Değerleri... 80

11 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 2.1. Zemin Stabilizasyon Yöntemlerinin Uygulanabilirliği... 3 Şekil 2.2. Derin Kompaksiyon Yöntemi... 4 Şekil 3.1. Çeşitli Renkteki Uçucu Küller Şekil 3.2. Uçucu Külün Geoteknik Uygulamalarda Kullanılması Şekil 4.1. Uçucu Külün Yol Stabilizasyonunda Kullanılması Şekil 4.2. Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlığının Farklı Uçucu Kül Oranları ile Değişimi Şekil 4.3. Optimum Su Muhtevasının Farklı Uçucu Kül Oranları İle Değişimi Şekil 4.4. Kemerburgaz Kiline Ait Kompaksiyon Karakteristikleri Şekil 4.5. Gecikmenin Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık Değerlerine Etkisi Şekil 4.6. Gecikmenin Optimum Su Muhtevasına Etkisi Şekil 4.7. Volkanik Zeminlerin Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlıklarının Uçucu Kül İlavesi İle Değişimi Şekil 4.8. Volkanik Zeminlerin Optimum Su Muhtevasının Uçucu Kül İlavesi İle Değişimi Şekil 4.9. Zeminin Şişme Potansiyelinde Sağlanan Azalma Şekil Volkanik Kökenli Hawaii Zeminlerinin Şişme Potansiyellerinin Değişimi Şekil F ve C tipi Uçucu Küllerin Permeabilite Katsayıları Şekil Arıtma Çamuru Uçucu Kül Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları Şekil Tayvan Kili İle Uçucu Kül ve Cüruf Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları Şekil %16 Uçucu Kül İlavesi İle CBR Değerlerinin Değişimi Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül İlavesi İle 7 Günlük Mukavemet Değerlerinin Değişimi IX

12 Şekil Uçucu Külün Mukavemete Etkisinde Gecikme İle Gözlenen Değişim Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül Katkısının Zamana Bağlı Olarak Dayanıma Etkisi (%5 çimento + %5 bentonit) Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül Katkısının Zamana Bağlı Olarak Dayanıma Etkisi (%5 çimento + %5 bentonit) Şekil Volkanik kökenli zeminlerin CBR değerlerinin değişimi Şekil Volkanik Kökenli Zeminlerin Serbest Basınç Dayanımlarının Kür Süresine Bağlı Olarak Değişimi Şekil Cadde Zemin Numunesine Ait Serbest Basınç Deneyi Sonuçları Şekil Premont Zemin Numunesine Ait Serbest Basınç Deneyi Sonuçları Şekil Uçucu Kül ve Diğer Malzemelerin Mukavemette Meydana Getirdikleri Zamana Bağlı Artış Şekil 4.24 Tayvan Kili Uçucu Kül Karışımına Ait Kohezyon Şekil Tayvan Kili Uçucu Kül Karışımına Ait Kayma Direnci Açıları Şekil 5.1. Deney Kumunun Granülometri Eğrisi Şekil 5.2. Deney Kumuna Ait Standart Proctor Deney Grafiği Şekil 5.3. Uçucu Kül Numunesine Ait Kompaksiyon Eğrisi Şekil 5.4. Numune Kalıbı Ve Sıkıştırma Tokmağı Şekil 5.5. Serbest Basınç Deney Numunelerinin Hazırlanma Aşamaları Şekil 5.6. Serbest Basınç Deney Numunelerine Kür Uygulanması Şekil 5.7. Numunelerin Deney Sonundaki Kırılmış Halleri Şekil 5.8. Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı Şekil Günlük Kür Süresinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil Günlük Kür Süresinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil Günlük Kür Süresinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil Günlük Kür Süresinin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi X

13 Şekil 6.5. Farklı Kül Yüzdelerinin Kür Süresine Bağlı Olarak Zeminin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil 6.6. Farklı Kür Sürelerinin Kül Yüzdesine Bağlı Olarak Zeminin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil 6.7. %0 Miktarda Uçucu Külün Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil 6.8. %5 Miktarda Uçucu Külün Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil 6.9. %10 Miktarda Uçucu Külün Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil %15 Miktarda Uçucu Külün Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi Şekil %20 Miktarda Uçucu Külün Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi XI

14 1.GİRİŞ 1.GİRİŞ Elektrik enerjisi elde edebilmek amacıyla kullanılan iki önemli üretim kaynağından birisi hidroelektrik enerjisi sağlayan barajlar, diğeri genellikle yakıt olarak pulverize kömürün kullanıldığı termik santrallerdir. Türkiye deki toplam elektrik enerjisi üretiminin yaklaşık yarısı, hatta yarısından biraz daha fazlası, termik santrallerden sağlanmaktadır. Termik santrallerde elektrik enerjisi üretmek amacıyla, yakıt olarak büyük miktarda öğütülerek toz haline getirilmiş düşük kalorili kömürler kullanılmaktadır. Yakma sistemine bağlı olarak baca tarafından çekilen gazlarla birlikte çok ince kül parçacıkları yukarı doğru sürüklenmektedir. Bu ince kül parçacıkları elektro filtrelerde ve silikonlarda yakalanmakta, baca gazları ile atmosfere çıkışları önlenmektedir. Bu şekilde elde edilen çok ince küle uçucu kül (fly ash) adı verilmektedir. Ortaya çıkan bu uçucu küller, gerek taşıma ve gerekse depolama sırasında önemli sorunlar oluştururlar. Uçucu küller kuru olarak atık depolarına atılmakta yada suyla karıştırılmak suretiyle kül barajlarına pompalanmaktadır. Her iki durumda da çevrenin kirlenme riski vardır. Türkiye de bugün halen bol miktarda endüstriyel bir artık madde olarak bulunduğu halde yeterli derecede faydalanılmayan hatta santrallerden atılması büyük bir problem olan ve bunun içinde enerji harcanan uçucu küllerin değerlendirilmesi faydalı olacaktır. Ülkemiz termik santrallerinden üretimin yan ürünü olarak ortaya çıkan uçucu kül miktarı yılda 15 milyon ton olarak tahmin edilmektedir. Ülkenin çimento üretiminin yıllık 25 milyon ton olduğu göz önüne alındığında, uçucu külün depolanması, saklanması ve atılmasının çevreye ve kamuya verdiği zararların boyutu ortaya çıkmaktadır. Uçucu kül, çimentoya göre çok ucuzdur. Termik santrallerde kömürün yanması sonucu meydana çıkan uçucu kül çok değişik ve faydalı alanlarda kullanılmakla beraber dünyada en çok kullanım sahası beton içerisinde çimentonun 1

15 1.GİRİŞ yerine kullanılarak hem tasarruf sağlanmakta hem de betonun bazı fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri iyileştirilmektedir. Ülkemizde ise, değerlendirilemeyen uçucu küllerin santral dışına, genellikle santrallerden oldukça uzak bir yere taşınması ve atılması gerekmektedir. Uçucu küllerin değerlendirilememesi nedeniyle işletmelere yüklenen ek taşıma masrafı ve çevre kirliliği sorunları çok büyük boyutlara ulaşmıştır. Atık olarak elde edilen uçucu küllerin fiziksel ve kimyasal özellikleri incelendiğinde önemli bir miktarının inşaat endüstrisinde kullanılabilirliği, hatta inşaat endüstrisinde malzeme kullanımını teknik yönden daha iyiye götürebildiği ve ayrıca ekonomi sağladığı ortaya çıkmıştır. Özellikle yapı malzemesi sektöründe, çimento üretiminde, hazır beton üretiminde ve hafif yapı malzemesi alanlarında kullanım olanaklarını her geçen gün arttıran uçucu kül, gerçekleştirilen deneysel çalışmalar ışığında geoteknik uygulamalarında da son derece uygun ve ekonomik çözümler sunabilen bir malzeme olduğunu da kanıtlamaya devam etmektedir. Uçucu küller çeşitli dünya ülkelerinde sanayide, teknikte ve inşaat endüstrisinde kullanım alanı bulmuş durumdadır. Ülkemiz inşaat endüstrisinde de uçucu kül kullanımının geliştirilmesi kolay, ucuz temini ve kimyasal özellikleri nedeni ile daha ekonomik çözümler ve çevreye verilen zararın azaltılması imkanını sağlayacaktır. Bu tez çalışmasında, Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu külünün zemin stabilizasyonunda kullanılabilirliği yapılan deneysel çalışmalarla araştırılmıştır. Bunun için zemine (kum) kuru ağırlığının %5, 10, 15, 20 gibi değişen miktarlarda uçucu kül ilave edilerek 7, 14, 28, 56 günlük kür sürelerinde numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan numuneler üzerinde, kür süresi tamamlandığında serbest basınç deneyi yapılarak mukavemet artışları araştırılmıştır. Sonuç olarak, zemine uçucu kül ilavesinin zeminin mukavemetini arttırdığı tespit edilmiştir. 2

16 2.ZEMİN STABİLİZASYONU 2. ZEMİN STABİLİZASYONU 2.1. Giriş Bir alan altındaki zemin, düşünülen yapı vb. için elverişsiz ise (yumuşak kil, gevşek kum veya çakıl vb.), çeşitli seçenekler vardır. Bunlar; elverişsiz zemini uzaklaştırıp, yerine uygun zemin koymak, derin temel yapmak veya mevcut zemini stabilizasyona tabi tutmaktır. Stabilizasyon (ıslah, iyileştirme, sağlamlaştırma vb.); zeminin özelliklerinin çeşitli yöntemlerle iyileştirilmesine verilen genel bir addır. Stabilizasyonda amaç, işin özelliğine göre; taşıma gücünü arttırmak, beklenen oturmaları ve deformasyonları azaltmak, geçirimliliği azaltmak vb. olabilir (Uzuner, 2000). Şekil 2.1. Zemin Stabilizasyon Yöntemlerinin Uygulanabilirliği (Yıldırım, 2002) 2.2. Zemin Stabilizasyon Yöntemleri Derin Stabilizasyon Derin stabilizasyonda, stabilizasyona tabi tutulacak zeminin kalınlığı, birkaç m den, 10m ye kadar değişebilir. Derin stabilizasyon kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerde olmak üzere 2 ye ayrılır. 3

17 2.ZEMİN STABİLİZASYONU Kohezyonsuz Zeminlerde Derin Stabilizasyon Kohezyonsuz zeminlerde derin stabilizasyon yöntemleri şunlardır: Derin Kompaksiyon (Dinamik Konsolidasyon): Derin ve gevşek kum-çakıl kütlelerin zemin mühendisliğinde bilinen en önemli problemi titreşimler altında sıvılaşarak büyük hacim düşmeleri göstermesidir. Dinamik konsolidasyonda, ağırlığı 5,40ton olabilen bir ağırlık, 5-40m yükseklikten, bir vinç yardımıyla, birkaç m aralıklarla, zemin yüzüne düşürülür. Ağırlık genellikle, betonarme dikdörtgen bir blok şeklindedir (Uzuner, 2000). Şekil 2.2. Derin Kompaksiyon Yöntemi (Uzuner, 2000) Derin kompaksiyon yöntemleri patlama, sondalama ve tokmaklama olmak üzere üç grupta incelenebilir. Ana işlem tamamlandıktan sonra yüzeyin 1-5 tabaka kaldırılarak vibratörlü silindirle sıkıştırılması gereklidir. Derin Vibrasyon (Vibro-Flotasyon) Yöntemi: Bu yöntem verdiği iyi sonuçlar sayesinde en çok tanınan işlemlerden birisidir. Bu yöntemde; vibroflot denilen 1,5-2,5cm uzunlukta; 0,3-0,5m çapında, silindirik dev bir vibratör kullanılır. Önce vibroflot, bir vincin ucunda asılı olarak istenilen nokta üzerine getirilir. Ucundaki su jeti açılarak, su jeti ve bir miktar titreşim yardımıyla, kendi ağırlığı 4

18 2.ZEMİN STABİLİZASYONU altında zemine indirilir. İstenilen derinliğe indikten sonra; kuyu içi kum, çakıl ile doldurularak, sürekli dolu tutulur ve vibratör çalıştırılır. Sonra uçtaki su jeti kesilir ve üst kısımdan bir miktar su akıtılır. Bu etkiler altında, vibroflot çevresinde sıkıştırılmış bir bölge oluşur. Vibroflot adım adım yukarı çekilerek, uygulamaya devam edilir. Sonuçta 1-2m çapında sıkıştırılmış bir silindirik kütle elde edilir. Bu işlem, planda 1-2m aralıklarla tekrarlanır. Patlayıcılar ile Stabilizasyon: Sıkıştırılacak tabakada belli derinlikte patlayıcılar aralıklarla yerleştirilir. Patlatma ile oluşturulan etkiden dolayı gevşek daneli zemin sıkışır. Patlayıcıları yerleştirmek için, zemine bir boru, çakma, su jeti vb. ile indirilir. Patlayıcı, borunun içinden zemine yerleştirilerek boru yukarı çekilir. Zemin yüzeyinin altı gevşek kalabilir. Bu kısım da vibrasyonlu kompaksiyonla yüzeyden sıkıştırılır. Ancak bu uygulama günümüzde pek yaygınlaşmamıştır. Bu yöntemin bir faydalı tarafı da diğer yöntemlerde mümkün olmayan derinliklere etki edebilmesidir. Derinliği 40m yi bulan noktalarda 30kg lik yüklerle atım yapılmakta ve başarılı sonuçlar alınabilmektedir. Patlamalar dinamit ve TNT ile yapılır. Enjeksiyon ile Stabilizasyon: Enjeksiyon ile zemin iyileştirmesi genellikle zemin içerisinde teşkil edilecek inşaat mühendisliği yapıları ve maden projeleri için kullanılmaktadır. Daneli zemin içerisine, basınçlı enjeksiyon sıvısının gönderilmesi ve bu sıvının taneler arasındaki boşluklarda sertleşerek, (katılaşarak) zemini sağlamlaştırması işlemine enjeksiyon adı verilir. Karışımın cinsi, enjeksiyonun amacı ve ıslah edilecek zeminin dane çapı ile ilgilidir. Çimento, kireç, bentonit gibi daneli karışımlar çakıl dane boyutundan orta kum boyutuna kadar olan zeminlerde kullanılabilmektedir. İnce kum ve siltlerin enjeksiyonunda kimyasal eriyikler kullanılmaktadır. En çok kullanılan kimyasal maddeler silikatlar, kromliglin, reçine akrilamid ve poliüretandır. Kil zeminlerin ise klasik enjeksiyon teknikleri ile ıslahı mümkün değildir. Sadece, kil içerisindeki belli başlı fisürler ve kuruma çatlakları doldurulabilir. Enjeksiyon yöntemlerini şöyle sıralayabiliriz: Daneli Enjeksiyon:Saf çimento ve çimento kil karışımı enjeksiyon sıvıları ucuzluğu nedeniyle en çok kullanılan türdür. Karışımın su, çimento oranı 0,5:1 den 5

19 2.ZEMİN STABİLİZASYONU 6:1 e kadar yükselebilir. Eğer permeabilite-sızıntı uygulaması isteniyorsa karışımın özellikleri, ortamındaki ile çelişmemelidir. Diğer bir deyişle daneli enjeksiyonun boşlukları doldurması isteniyorsa orta irilikteki kumlar ince zeminde çalışmaz. Kimyasal Enjeksiyon: Kimyasal enjeksiyon türlerinin daneli türden üstün yanı daha ince zeminlerde sızıntı ile çalışabilmesidir. Ayrıca pompalama sırasında daha düşük viskozitede oldukları gibi, ortamda donma zamanı da kestirilebilmektedir. Bugün en çok kullanılan kimyasal maddeler silikatlar, lignin, reçine, akrilamid ve üretandır. Kompaksiyon Enjeksiyonu: Bu türde; viskozitesi çok yüksek tutulan kil, çimento gibi enjeksiyon malzemeleri zeminde oluşturdukları yüksek basınçta ampullerle çevredeki zeminin konsolide olmasını ve sıkışmasını sağlarlar. Yöntemde sıkılaşabilirliği yüksek olan, makul bir katman yükü altındaki siltler ve kumlu siltler etkili olur. Enjeksiyon pompası 30kg/cm 2 nin üzerinde basınç sağlaması gerektiğinden pahalı, buna karşın kullanılan enjeksiyon sıvıları en ucuz türdendir. 3 parmak borudan yaklaşık 3m aralıklı deliklere basılan enjeksiyon sıvısıyla 30m derinliğe kadar çalışmak mümkündür. Jet Enjeksiyonu Yöntemi (Jet Grout): Jet enjeksiyonu, zemini bölgesel olarak taşlaştırarak çimento-zemine dönüştüren bir zemin güçlendirme tekniğidir. Jet enjeksiyonu uygulamalarında diğer harç enjeksiyonu yöntemlerine benzer şekilde zemine indirilen borulardan harç, iyileştirmenin yapılacağı zemin bölgelerine püskürtülür. Diğer enjeksiyon yöntemlerine nazaran jetgrouting yöntemi ile kil veya kum-çakıl gibi çeşitli karakter ve farklı türdeki zeminlerin (sınırlı alanlarda dahi) ıslahı mümkün olabilmektedir. Ayrıca, Jet grout yöntemi ile diğer klasik enjeksiyon yöntemleri arasındaki en büyük ve en önemli fark bu yöntemde kullanılacak stabilize malzeme miktarı, elde edilecek mukavemet ve geçirgenlik gibi zemin parametreleri ile maliyetin işin başlangıcında tahmin edilebilmesidir. Jet grout yöntemi 2 aşamada uygulanır. Bunlar delme aşaması ve püskürtme aşamasıdır. Delme Aşaması: Kolonun imal edileceği derinliğe kadar delme borusunun indirilmesi sağlanır. Bunun için borunun dibindeki kesici uç ve boru eksenine dik bir 6

20 2.ZEMİN STABİLİZASYONU veya birden fazla nozula (ağız veya meme) sahip özel bir püskürtme valfından yararlanılır. Delme işleminde su veya bentonit çamuru kullanılır. Püskürtme Aşaması: Delme tijinin ucundaki püskürtme memelerinden 700 bara kadar basınçla enjeksiyon malzemesi püskürtülür. Yüksek basınç altında kontrollü olarak verilen bu enjeksiyon malzemesi ince püskürtme memelerinden büyük bir enerji ile çıkar, karşılaştığı zemini keser, koparır ve karıştırır. Jet grout yönteminin avantajları aşağıda verilmektedir. Yaklaşık olarak her türlü uygulanabilen enjeksiyon metodudur. Diğer inşaat metotlarına kıyasla daha hafif ve küçük ekipmanla gerçekleştirilebilir. Çimento, bentonit ve su karışımı kullanıldığı için kimyevi enjeksiyonlar gibi çevre kirlenmesi yapmaz. Önceden belirlenebilecek geometrik ölçüler çevresinde uygulanacağından ötürü malzeme sarfiyatı büyük yaklaşımla belirlenebilir. İstenilen derinlikte başlatılıp zemin yüzeyi altında istenilen yüzeyde bitirilebilir. Diğer alternatif metotlara göre daha hızlı ve daha güvenlidir. İstenilen mukavemet ve permeabilite tasarlanabilir. Zararlı vibrasyon etkisi yaratmadığı için hassas ve tarihi yapılar yakınından uygulanabilir. Jet grout yönteminin uygulama alanlarını ise şu şekilde sıralamak mümkündür. Yeni inşaatlarda normal temel kazıkları yerine enjeksiyon kolonları koymak, Mevcut inşaatlarda temel yüklerini olduğundan daha derin taşıyıcı zemine aktarmak amacı ile, Geniş temel alanlarında zemin iyileştirmesi, Temel takviyesi, Otoyollarda viyadük ve köprü temelleri altında, Köprü, viyadük, liman temellerinde oyulma etkisine karşı korumak, Geçirimsiz perdeler teşkili, 7

21 2.ZEMİN STABİLİZASYONU Derin harfiyat çukurlarında yanal toprak basıncını alabilecek iksa perdesi olarak, Tünel inşaatlarında zemin stabilitesini arttırmak için yatay ve düşey olarak, Derin harfiyat çukurunda taban izolasyonu sağlamak için dip sızdırmazlık perdesi olarak, Baraj gövdesi altında, Sıvılaşmaya karşı enjeksiyon perdesi olarak, Deforme olan alanların rehabilitasyonu (havaalanı vs.), Dolguların temel takviyesinde, Tarihi yapı temel zemininin takviyesi, Aşırı mertebede oturmuş temellerin yukarı doğru itilerek düzeltilmesinde, Su kaçakları tamirat işleri, Çöp depolama alanları ve kirlenmiş zeminlerde, Şev stabilitesini iyileştirilmesi işlerinde yüksek basınç enjeksiyon yöntemi uygulanmaktadır Kohezyonlu Zeminlerde Derin Stabilizasyon Ön Yükleme Yöntemi: Özellikle suya duygun kohezyonlu zeminlerde; taşıma gücünü arttırmak, muhtemel oturmaları azaltmak için, zemin üzerine yük yerleştirilerek bir süre (3-5 aydan 2 yıla kadar) beklenilir. Böylece zemin konsolidasyona uğratılır. Yük olarak genellikle kum, çakıl dolgu kullanılır. Tipik yükseklik 3-8m olabilir. Bazen de, içi su dolu tanklar veya taban ve yanları geçirimsiz örtü ile kaplı su dolu havuzlar ile yükleme yapılabilir. Belli bir süre sonra dolgu kaldırılarak yerine yapı inşa edilir. Ön yükleme sonucu zemin belirli bir miktar sıkışıp aşırı konsolide hale geleceği için daha az sıkışma gösterecektir (Uzuner, 2000). Elektro Osmoz Yöntemi: Elektro-Osmoz siltli zeminlerin drenajı ve ön konsolidasyonu için Almanya da geliştirilmiş bir yöntemdir. Uygulamanın doygun silt ve siltli killerde normal konsolide olma ve boşluk suyunda eriyik oranının 8

22 2.ZEMİN STABİLİZASYONU düşüklüğü koşullarıyla verimli olacağı bilinmektedir. Bu konunun teorik çözümü başarıyla yapıldığı için stabilizasyon maliyeti proje başlamadan gerçeğe yakın olarak kestirebilmektedir. İnce taneli zeminlerden suyun uzaklaştırılması, diğer yöntemlerle zordur. Çünkü, böyle zeminlerde, daneler arası boşluklardaki su, serbestçe akıp uzaklaşamaz. Böyle zeminlerde su, elektriksel yöntemle uzaklaştırılır (Uzuner, 2000). Isı ile Stabilizasyon: Zeminde açılan kuyularda yakılan akaryakıt hava karışımı, doğalgaz vb. ile yüksek sıcaklıklar ( o C) elde edilir. Bu sıcaklıklarda özellikle kil zeminler, kuyu çevresinde 2-3m çapında silindirler olarak sertleşir. Bu işlem aralıklarla tekrarlanır. Böyle yüksek sıcaklıklarda pişen killer geri dönmez özellik kazanırlar. Isı ile stabilizasyon; yüksek sıcaklıkta stabilizasyon ve dondurma yöntemleri olmak üzere 2 grupta incelenebilir. Kum Drenleri Yöntemi: Bazı çok ince daneli zeminlerde ön yükleme süresi çok uzun olabilir (3-5 yıl). Bu süreyi kısaltmak (konsolidasyonu hızlandırmak) için; zeminde aralıklarla kum drenleri oluşturulur. Bunun için ucu kapalı bir kaplama borusu zemine çakılarak veya ucu açık bir kaplama borusu içi boşaltılarak zemine indirilir. Kaplama borusu çekilirken içine kum, çakıl gibi filtre malzemesi doldurulur. Drenlerin çapı 30-60cm olabilir. Son yıllarda hazır drenler (plastik veya kağıt drenler) kullanılarak bu yöntem yaygınlaştırılmıştır (Uzuner, 2000) Yüzeysel Stabilizasyon Zeminlerin, fazla derinlere inilmeye gerek duymadan yüzeysel olarak ıslah edilmesi işlemine yüzeysel stabilizasyon denir. Yüzeysel stabilizasyon yöntemleri katkılı ve katkısız stabilizasyon olmak üzere 2 grupta incelenir Katkısız Stabilizasyon Mevcut zemine herhangi bir madde katmaksızın yapılan iyileştirmeye katkısız stabilizasyon denir. Mevcut zeminin granülometrisi uygunsa bu yöntem uygulanabilir. Bu yöntem 2 gruba ayrılabilir. 9

23 2.ZEMİN STABİLİZASYONU Kompaksiyon ile Stabilizasyon: Zeminin bir yapı malzemesi olarak kullanıldığı dolgu çalışmalarında, zemini mekanik araçlarla sıkıştırıp boşluklardaki havanın dışarı atılmasına ve böylece boşluk oranının azaltılması işlemine kompaksiyon denir. Kompaksiyonun amacı, zemin kütlesinin mühendislik özelliklerini iyileştirmektir. Zeminin sıkıştırılması sonucu birim hacim ağırlık artmakta ve buna bağlı olarak zeminin mühendislik özellikleri iyileşmektedir. Kompaksiyona etki eden faktörler şunlardır: Zemin Özellikleri: Kompaksiyona etki eden zemin özelliklerini; zeminin granülometrisi, zeminin su muhtevası, zeminin başlangıç sıkılık derecesi ve serilme kalınlığı olarak sıralayabiliriz. Kompaksiyonda Kullanılan Makinenin Özellikleri: Bu özellikler; makinenin toplam ağırlığı ve boyutları, makinenin zemine uyguladığı basınç, titreşimli makinelerde uygulanabilir titreşim frekansı aralığı ve çalışma frekansı, makinenin geçiş hızı, makinenin geçiş sayısı ve titreşim frekansı olarak sıralanabilir. Sıkıştırma Vasıtaları ve Sıkıştırmada Verilen Enerji: bunlar ise; basınçla sıkıştırma, vibrasyonla sıkıştırma ve darbeyle sıkıştırma olarak incelenir. Kompaksiyon işleminde kullanılan makineler şunlardır: Düz Ayaklı Silindirler: Hemen hemen her çeşit zeminin sıkıştırılmasında kullanılan bu makineler zemin yüzeyi ile %100 temas halinde olup zemine 400kPa a kadar basınç uygulayabilir, en yaygın kullanılma alanları sıkıştırılmış dolguların yüzeyinin yeniden sıkıştırılması ve asfalt kaplamaların sıkıştırılmasıdır. Daha çok kohezyonsuz zeminlerde iyi sonuç verir. Lastik Ayaklı Silindirler: Ağırlıkları 30-50ton arasında değişir. Birbirine yakın çok sayıda lastik tekerleği olan bir arabadan oluşan silindirlerdir. Kohezyonlu ve kohezyonsuz zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılırlar. Yüksek hızlıdırlar ve ağırlıkları da ayarlanabilir. Lastik hava basınçları 700kPa a kadar yükseltilebilmekte, zemin yüzeyi ile temas alanı yaklaşık %80 e kadar olabilmektedir. Keçi Ayaklı Silindirler: Çelik bir silindirik gövde üzerinde ayak biçiminde çok sayıda çıkıntıdan (alanları 30-80cm 2 ) oluşan bu silindirlerde temas alanı %8- %12, uygulanan basınç kPa arasında olup sıkıştırma basınç etkisi yanında yoğrulma etkisinden de yararlanarak sağlanır. Geçiş sayısı arttıkça, tabaka kalınlığı 10

24 2.ZEMİN STABİLİZASYONU boyunca aşağıdan yukarıya doğru sıkışma gerçekleşir. Keçi ayaklı silindirler özellikle kohezyonlu zeminlerin sıkıştırılmasında kullanılır. Titreşimli Silindirler: Kohezyonsuz zeminlerin en iyi titreşimli yükler altında sıkıştığı laboratuarda ve arazide deneysel olarak gösterilmiştir. Bu gerçekten hareketle silindirlerin üzerine titreşim yaratan makineler yerleştirilerek basınç ve titreşim etkisinden birlikte yararlanılmak yoluna başvurulmaktadır. Titreşimli silindirler arazide kohezyonsuz zemin tabakalarının sıkıştırılmasında en etkili makineleri oluşturur. Vibratörler: Büyük kompaksiyon makinelerinin kolaylıkla giremediği yerlerde (örneğin münferit temel altı dolgularında) elle çalıştırılan titreşimli sıkıştırıcılar kullanılır. Motoru üzerine monte edilmiş bu vibratörlerin boyutları genellikle (25 25cm) ile ( cm) arasındadır. Ayrıca düz veya keçi ayaklı silindirlere eksantrik bir mil eklenip, vibrasyonlu sıkıştırma yapılabilir (Özaydın, 1989). Drenaj ile Stabilizasyon: Drenaj; genel olarak zeminden suyun uzaklaştırılması işlemidir. Yüzeysel drenajda, açılan hendeklerle, sular toplanarak uzaklaştırılır. Hendekler, suların akıp gitmesi için eğimli yapılır ve hendek tabanları suyun akışını sağlayacak şekilde düzenlenir (delikli borular, geotekstiller vb.). Ayrıca hendekler ileri uygun filtre malzemesi ile (kum, çakıl) doldurularak oluşturulur. Zemin kitlesi iç drenaja tabi tutulabilir. Yer altı su düzeyi çeşitli yöntemlerle indirilebilir, yer altı suyu uzaklaştırılabilir, dondurulabilir (Uzuner, 2000) Katkılı Stabilizasyon Zeminlerin değişik katkı maddeleri karıştırarak bazı fiziksel özelliklerini değiştirmek ve buna bağlı olarak belirli mühendislik özelliklerini iyileştirmek mümkün olmaktadır. Yaygın olarak kullanılan katkı maddeleri arasında kireç, çimento, uçucu küller, asfalt ve bazı kimyasal maddeler sayılabilir. Bu stabilize edici maddeler şişen zemine ilave edilerek zeminin özelikleri iyileştirilebilir. Şişen zeminkireç, şişen zemin-çimento, şişen zemin-c sınıfı uçucu kül ve şişen zemin-f sınıfı 11

25 2.ZEMİN STABİLİZASYONU uçucu kül sistemlerin şişen zeminin şişme basıncının azaltılması için kullanılması değerlendirilmektedir. Kireç-çimento şişen zemine %8 oranına kadar, C ve F sınıfı uçucu küller ise %25 oranına kadar ilave edilmişlerdir. Şişen zemin-uçucu kül karışımları 7 gün süre ile küre tabii tutulmuşlardır. Dane dağılımı, kıvam limitler, kimyasal ve mineralojik kompaksiyonlar, şişme basınçları elde edilmiştir. C ve F sınıfı uçucu küllerin şişen zeminin şişme basıncını azalttığı görülmüştür. Katkı maddeleri ile stabilizasyon yöntemleri şunlardır: Kireç ile Stabilizasyon: İnce daneli zeminlerde kireç karıştırılması, zeminin plastisitesinin azalmasına, ayrıca kil mineralleri ile kireç arasında ortaya çıkan puzzolanik reaksiyon sonucu meydana gelen bir çeşit çimentolanma nedeni ile zeminin mukavemetinin artmasına yol açmaktadır. Söz konusu kimyasal reaksiyonlar çevre koşullarının etkisi (nemlilik ve ısı gibi) altında zamana bağlı olarak geliştiği için zeminin mukavemeti de zamanla artmaktadır. Kireç ile stabilizasyon yöntemi özellikle karayolları ve hava meydanları alt yapıları için uzun zamandır başarı ile uygulanmaktadır. Toprak dolgular, kayan şevler, köprü ve istinat duvarları arka dolguları ve temel altı zemin iyileştirmesi içinde yaygın olarak kullanılan bu uygulamanın başarı derecesini belirleyen etkenlerin en önemlileri; zeminin mineralojik yapısı, ortamın ısı ve nemlilik derecesi, ilave edilecek bağlayıcı malzemenin tipi ve miktarı, uygulama yöntemi, ortamın ısısı ve nemlilik derecesi, katkı malzemesi tip ve oranları, kür süreleri ve ekonomik kaygılar olarak sıralanabilir. Ayrıca katkılı zemin üzerinde yük ve zaman etkisi, zeminde meydana gelebilecek iyileşmenin yönü ve miktarını belirleyecektir. Belirli bir zemin cinsinde meydana gelecek iyileşmenin hangi parametrelerde ve hangi miktarlarda olacağının tayin edilmesi önemlidir (Özaydın, 1989). Genel olarak, kireç stabilizasyonu zeminin mukavemetinin ve şekil değiştirme modülünün artmasını, kabarma potansiyelinin ve şişme basınçlarının azalmasını ve dayanıklılığın artmasını sağlamaktadır. Ayrıca, plastisitenin azalmasına yol açtığı için arazi çalışma koşullarının iyileşmesi sonucunu doğurmaktadır (Özaydın, 1989). Kireç stabilizasyonunda; zemine kuru ağırlığının %5-10 u oranında kireç katılır. Kireç stabilizasyonu daha yaygın olarak kohezyonlu zeminlerde kullanılır ve 12

26 2.ZEMİN STABİLİZASYONU daneler arasında bağlar oluşturur, zeminin plastisitesi indisini azaltır. Katılacak kireç miktarı, serbest basınç deneyi ile belirlenir (Uzuner, 2000). Çimento ile Stabilizasyon: Çimento içinde mevcut silika, stabilizasyon için gerekli puzzolanik maddeyi oluşturmaktadır. Dolayısıyla içinde puzzolanik malzeme içermeyen kil mineralleri olmayan zeminler içinde etkili olmaktadır. Zemine, kuru ağırlığının %5-15 i kadar çimento karıştırılarak kompaksiyon uygulanır. Kohezyonlu ve organik zeminler dışındaki zeminler, bu yöntem için uygundur. Çimento, daneler arasında bağlar oluşturur. Genellikle portland çimentosu kullanılır. Uygun çimento miktarı, serbest basınç ve diğer dayanıklılık deneyleri ile belirlenir. Çimento katılarak iyice karıştırılmış zemine kompaksiyon uygulanır. Katılan su, çimentonun sertleşmesi için de yeterli olmalıdır. Çimento katılarak sıkıştırılan zemin, aynen beton gibi, bir süre ıslatılır. Çimento ile birlikte, çimento miktarını azaltmak için, bazen başka katkı maddeleri de zemine katılabilir (Uzuner, 2000). Çimento stabilizasyonunda; beton hazırlamada olduğu gibi, çimento; zemin daneleri arasında bağlayıcı bir işlev görmektedir. Betondan en önemli farkı çok düşük çimento oranları kullanılmasıdır. Zemin mukavemetindeki artışlar, çimento oranına bağlı olmakta ve zaman mukavemet artış ilişkisi betondakine benzemektedir (Özaydın, 1989). Arazi uygulaması için başlıca 3 yöntem vardır. Bunlardan yerinde karıştırma yönteminde; hazırlanan tabaka üzerine, hesaplanan miktarda çimento düzgün yayılarak, karıştırılır ve sıkıştırılır. Gezici santral yönteminde; gezen bir sistem ile yüzeyden alınan zemin, çimento ve su katılarak, karıştırılır, tekrar yüzeye bırakılır, yayılır ve sıkıştırılır. Sabit santral yönteminde, zemin sabit bir santrale taşınır, burada çimento ve su katılır, karıştırılır ve tekrar yerine taşınır, yayılır ve sıkıştırılır (Uzuner, 2000). Asfalt ile Stabilizasyon: Kireç ve çimento stabilizasyonu puzzolanik reaksiyonlar sonucu zeminin mukavemetini arttırırken, asfalt stabilizasyonu ise zeminin, suyun zararlı etkilerinden korunması ve daneleri birleştirici yönde bir rol oynamaktadır. Danelerin yüzeyini kaplayan asfalt, ince daneli zeminlerin su etkisi ile yumuşamasını önleyici bir etki gösterirken iri danelerden oluşan zeminlerin ise, kohezyon kazanmasına yol açmaktadır. Ayrıca, danelerin birbirine yapışmasını 13

27 2.ZEMİN STABİLİZASYONU sağlayarak su ve rüzgar erozyonuna karşı direnci arttırmaktadır (Örneğin, yol yüzeylerinde tozlanmayı önlemektedir). Asfalt stabilizasyonunun en yaygın olarak karayollarında kullanıldığı bilinmektedir (Özaydın, 1989). Bitüm ile Stabilizasyon: Kırma taş, çakıl, kum gibi taneli zeminler, sıcak sıvı bitümlü madde katılıp, karıştırılarak, serilerek, kompaksiyon uygulanır. Bitümlü maddelerin, daneler arasında bağlayıcılık ile geçirimsizlik sağlama işlevleri vardır. Bitüm, asfalt vb. petrolden elde edilen siyah, yapışkan, sıcakken sıvı olan üründür. Bitümlü madde, zemin ile birleştiğinde ya daneleri birbirine yapıştırır ya da zemini su geçirmez hale getirerek daneler arasındaki su filmlerinin birbirleriyle olan bağını muhafaza eder veya her iki tesiri aynı anda meydana getirir. Kullanılacak malzemenin, kil ve organik maddelerden arınmış olması gerekir. Bitümlü maddeler miktar olarak %5-10 oranında katılır. Bitümlü stabilizasyon, özellikle yollarda, yüzey kaplamasında kullanılırlar (Uzuner, 2000). Uçucu Kül ile Stabilizasyon: Üretim yan ürünü olarak ortaya çıkan uçucu kül miktarı yılda 15 milyon ton olarak tahmin edilmektedir. Ülkenin çimento üretiminin 25 milyon ton civarında olduğu göz önüne alındığında, uçucu külün depolanması, saklanması veya atılmasının çevreye ve kamuya verdiği zararların önemi ortaya çıkmaktadır (Çakır, 1999). Uçucu küller; kimyasal ve fiziksel özelliklerinin verdiği imkanlar nedeni ile çeşitli dünya ülkelerinde sanayide, teknikte ve inşaat endüstrisinde kullanılmaktadır. Uçucu küllerin bu şekilde kullanımı, endüstride daha ekonomik uygulamalara ulaşılması imkanı verecektir. Uçucu küllerin Türkiye de yıllık tüketimi ise üretimin %1 inden daha az seviyededir. Termik santrallerde enerji üretmek için yakıt olarak kullanılan kömürden, değişik özelliklerde kül ve cüruf, katı atık yan ürünü olarak ortaya çıkmaktadır. İleri teknolojiye sahip olan santrallerde, pulverize durumda yakılan kömürden arta kalan %12-%15 kadar külün büyük bir kısmını çok ince taneli kül oluşturur. Baca gazları ile birlikte çekilen ve filtrelerde tutulan çok ince taneli kül, uçucu nitelikli olduğundan uçucu kül olarak anılır. 14

28 3.UÇUCU KÜL 3. UÇUCU KÜL 3.1. Uçucu Küllerin Tanımı ve Sınıflandırılması Tanım Uçucu kül; toz halinde veya öğütülmüş taş kömürü ile yakıldığı zaman standartta belirtilen bileşimde kül bırakan yüksek özelliklerde linyit kömürlerinin, kazanlarda yanması sonucunda meydana gelen ve baca gazları ile sürüklenen, çok ince silis ve alüminosilisli bir yanma kalıntısıdır (TS 639, 1975). Uçucu küller camsal, içi boşluklu tanecikler ile süngerimsi mineral parçacıklar ve yanmamış taneciklerden meydana gelir. Uçucu küllerin kimyasal kompozisyonları santralde kullanılan kömürün içerdiği mineral safsızlıkların tipi ve miktarına bağlıdır. Genellikle uçucu küllerin %85 ini SiO 2, Al 2 O 3, CaO, ve MgO oluşturur (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). Termik santralin tipine göre o C sıcaklıkta yakılan kömürlerin %10-20 si kazan altına düşerek su ile uzaklaştırılır. Buna kazan altı cürufu denir. Bunların tane çapları 20mikron 3mm arasındadır. Geri kalan daha ince partiküller baca çekimi ile taşınarak siklon veya elektro filtrelerde toplanırlar. Bu uçucu küller, baca gazları ile sürüklenir ve hava ile temas ederek ani soğuma ile puzzolanik özellik kazanırlar (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). Uçucu küllerin puzzolanik özellikleri, 1930 lu yılların başında ABD de fark edilmiş ve takip eden yıllarda bu malzeme, özellikle kütle beton elde edilmesinde kullanılmıştır. Puzzolanik bir malzeme olan uçucu küller, bağlayıcılık özellik kazanabilmek için, gerekli olan kalsiyum hidroksiti beton içerisindeki portland çimentosunun hidratasyonu sonucunda açığa çıkan üründen bulabilmekte ve yeni kalsiyum-silikat hidrat jellerinin oluşmasına neden olabilmektedir. Puzzolan; içerisindeki silisli ve alüminli bileşikler bulunan tek başına bağlayıcı olmayan ancak su ve kireçle birleştiğinde bağlayıcılık özelliği kazanan malzemelerdir. Uçucu kül bir suni puzzolandır (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). 15

29 3.UÇUCU KÜL Uçucu Küllerin Sınıflandırılması Kimyasal Özelliklerine Göre Sınıflandırılması Uçucu küller kimyasal kompozisyonlarına göre değişik şekillerde sınıflandırılmaktadır: Kireç ve SO 3 Miktarına Göre Sınıflandırılması: Bu sınıflandırmaya göre; Esas yapısı silikoalüminatlardan meydana gelen ve genellikle taş kömüründen elde edilen uçucu küllere silikoaluminöz uçucu küller, Genellikle linyit kömüründen elde edilen ve diğerlerine oranla yüksek miktarda SO 3 ve CaO içeren küllere sülfokalsik uçucu küller, Ayrıca linyit kömürlerinden elde edilen kireç ve silika miktarı yüksek uçucu küllere ise silikokalsik uçucu küller adı verilir (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). CaO Miktarına Göre Sınıflandırılması: Son yıllarda oldukça geniş kabul gören bir başka sınıflandırma ise uçucu külün içerdiği analitik CaO miktarına dayanmaktadır. Buna göre, CaO miktarı %10 un altında olan uçucu küller düşük kireçli veya düşük kalsiyumlu, %10 un üstünde olanlar ise yüksek kireçli veya yüksek kalsiyumlu uçucu küller olarak adlandırılırlar. ASTM C 618 Sınıflandırması: ASTM C 618 (standart Specification of Fly Ash and Raw or Calcined Puzzolan For Use As a Mineral Admixture in Portland Cement Concrete) e göre uçucu küller iki kategoriye ayrılırlar: F sınıfı uçucu küller bitümlü kömürlerden elde edilip SiO 2 + AlO 3 + Fe 2 O 3 > %70 şartını sağlayan uçucu küllerdir. C sınıfı uçucu küller ise genelde linyitler veya yarı bitümlü kömürlerden elde edilip SiO 2 + AlO 3 + Fe 2 O 3 > %50 şartını sağlayan uçucu küllerdir. Yukarıda sözü edilen silikoaluminöz küller F sınıfına dahildir. Silikokalsik uçucu küllerin kimi F sınıfına kimi C sınıfına; sülfokalsik uçucu küllerin birçoğu ise C sınıfına girerler (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). ENV Sınıflandırması: Avrupa Çimento Standardı ENV e göre uçucu küllü çimentolarda kullanılabilecek uçucu küller silisli uçucu küller (V) ve kalkerli uçucu küller (W) olarak iki gruba ayrılmaktadır. V sınıfı küller esas 16

30 3.UÇUCU KÜL itibariyle reaktif silika ve aluminadan meydana gelmiş olan, reaktif CaO miktarı %5 in altında, reaktif SiO 2 miktarı ise %25 in üstünde olan uçucu küllerdir. W sınıfı uçucu küller ise esas itibariyle reaktif CaO, reaktif SiO 2 ve aluminadan oluşan, reaktif CaO miktarı %5 in üstünde olan uçucu küllerdir (Tokyay ve Erdoğdu, 1998). Yukarıda belirlenenlerin dışında, Polonya da benimsenmiş olan iki sınıflandırma da ilginçtir. Her iki sınıflandırmada da uçucu küller dört gruba ayrılmaktadır. Birinci sınıflandırma SiO 2, Al 2 O 3, ve SO 3 miktarları ve oranlarına göre yapılmıştır. Buna göre; Grup 1: İçerdikleri SiO 2 miktarı, Al 2 O 3 miktarından yüksektir. CaO miktarı %15 in altındadır. Grup 2: SiO 2 miktarı Al 2 O 3 miktarından düşüktür. CaO miktarı yine %15 in altında, SO 3 miktarı ise %3 ün altındadır. Grup 3: Sülfokalsik uçucu küller niteliğinde olan bu grupta CaO %15 in, SO 3 %3 ün üzerindedir. Grup 4: Bu grupta CaO yine %15 in üstünde iken, SO 3 %3 ün altındadır. İkinci sınıflandırma ise küllerin yalnızca içeriklerine bağlı olarak yapılmaktadır. Buna göre; CaO < %3,5 olan küller çok düşük aktiviteli, %3.5 < CaO <%7 olan küller düşük aktiviteli, %7 < CaO < %14 olan küller aktif, CaO > %14 olan küller çok aktif uçucu küller olarak sınıflandırılmaktadır (Tokyay ve Erdoğdu: DEÜ, 1984 den) Elde Edildikleri Kömürün Tipine Göre Sınıflandırılması Uçucu küller elde edildikleri kömürün tipine göre ikiye ayrılırlar: Linyit uçucu külü: Uçucu maddesi fazla ve genel olarak esmerdir. Bu uçucu küllerin kullanılma imkanları tamamen fiziksel ve kimyasal yapılarına bağlıdır. Etkili fiziksel özellikleri, su absorbsiyonu, görünen yoğunluk, spesifik yüzey olarak tanımlanabilir. Spesifik yüzey ve granülometri kömürün ezilme durumuna göre her ülkede ve santralde farklıdır. 17

31 3.UÇUCU KÜL Taş kömürü uçucu külü: Taş kömürü uçucu külü genel olarak mikron incelikte ve 200 no lu elekte %16 20 kalacak şekilde elde edilir. Bunlar tamamen kuru olarak elde edilirler (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). Ancak, belirtilen tüm bu sınıflandırmalar sorunu gerçektekinden daha basitleştirmektedir. Uçucu küllerin kimyasal kompozisyonlarının elde edildikleri kömürün jeolojik geçmişiyle, kül toplama sisteminin termik santraldeki yanma sıcaklığıyla, üretilen enerji miktarıyla, kül toplama sisteminin özellikleriyle, v.b doğrudan ilişkili olması her türlü sınıflandırma çabasını yetersiz kılmaktadır. Yukarıda da görüldüğü gibi, geniş sınıflandırmalar yapmak mümkündür ancak, bazı uçucu küller birden fazla sınıfın özelliklerini taşırken bazıları da neredeyse kendileri bir sınıf yaratacak kadar özel niteliklere sahip olabilirler. Bazı araştırmacılar uçucu küllerin sınıflandırılması çabalarına oldukça radikal bir biçimde yaklaşarak her uçucu külün bizzat kendi sınıfını meydana getirdiğini belirtmektedirler Uçucu Küllerin Özellikleri Uçucu Küllerin Fiziksel Özellikleri Uçucu küller fiziksel özellikleri bakımından şu şekilde sıralayabiliriz: Dane Şekli ve Boyutu: Uçucu kül çoğunlukla katı, biraz boşluklu ve küresel şekle sahip taneleri içerir. Boşluklu taneler cenosphere olarak adlandırılır ve muhtevası %5 ile %20 arasındadır. Uçucu küllerin tane boyutları 1 ile 150µ arasında değişir. %75 ten büyük kısmı 45µ elekten geçer (Sevim, 2003). İncelik: Uçucu külün inceliği puzzolanik aktiviteyi ve taze betonun işlenebilirliğini etkiler. Betonun su ihtiyacını ve hava sürükleyici katkı dozajını etkileyebilir. Genel olarak uçucu kül kullanımı betonun su ihtiyacını düşürür ve işlenebilirliğini arttırır (Sevim, 2003). Yoğunluk: Normalde uçucu külün yoğunluğu 2,1 ile 2,7gr/cm 3 civarındadır. Uçucu külün yoğunluğu beton özellikleri üzerinde çok az etkiye sahiptir. Yoğunluğun yüksekliği uçucu külün inceliği ile ilgilidir. İnce küller kabaya göre daha fazla yoğunluk verirler (Sevim, 2003). 18

32 3.UÇUCU KÜL Renk: Değişik kaynaklardan elde edilen uçucu küller değişik renklerde olabilir; ancak bu genellikle gri tonlarındadır. Bu renk, kullanılan fırınların işletilmesine ve kömürün kalitesine bağlıdır. Uçucu kül içerisinde yanmamış karbon oranı arttıkça rengi koyulaşır. Bunun yanı sıra demiroksit de uçucu külün rengini etkiler. Yüksek demiroksit içeriği siyaha yakın bir renk verir. Genelde uçucu küller çimento rengine benzer yada daha koyu bir renktedir. Uçucu külün rengi bu külle elde edilen betonun mühendislik özelliklerini etkilemez (Sevim, 2003). Şekil 3.1. Çeşitli Renkteki Uçucu Küller (Edil, Dayanım Aktivite İndisi: Dayanım aktivite indisi uçucu külün puzzolanik reaksiyon ve dayanım kazandırma kapasitesini gösterir. Dayanım aktivite indisi ASTM C 311 e göre belirlenir. Uçucu kül için bu değer 28 günde %75 ten daha az olmamalıdır (Sevim, 2003). Su İhtiyacı: Uçucu külün su ihtiyacı inceliği tarafından etkilenmektedir. Çok ince küllerle yapılan çimento hamuru, kaba olan uçucu küllerle yapılan çimento hamuruna göre oldukça fazla su ihtiyacı gösterir (Sevim, 2003). Genleşme: Pratikte zararlı olacak hacim genişlemeleri ve büzülmeleri gibi bozucu etkilerin uçucu kül karışımında görülmesi istenmez. ASTM C 618 (1994), hacim genişlemesi ve büzülme yüzdesini 0,8 olarak sınırlandırmış ve yapılacak deneyin ise ASTM C 311 (1994) e göre yapılması istenmiştir (Sevim, 2003). 19

33 3.UÇUCU KÜL Üniformluluk (Homojenlik): Uçucu kül danelerinin boyutları ve dağılımı belli bir üniformluluğa sahip olmalıdır. Uçucu külün üniformluluğu inceliğinin ve yoğunluğunun belirlenmesi ile kontrol edilir (Sevim, 2003) Uçucu Küllerin Kimyasal Özellikleri Uçucu külün %85 inden fazlası SiO 2, Al 2 O 3, CaO, ve Fe 2 O 3 den oluşmuştur. Bu oksitlere ilaveten düşük oranda MgO ve SO 3 ve alkaliler de bulunur. Uçucu kül bacadan toplanırken; içinde bazı yanmamış karbon partikülleri de uçucu külün önemli bir bileşenini oluştururlar. Çizelge 3.1 de F sınıfı ve C sınıfı uçucu küllerin kimyasal bileşenleri yüzdelerinin hangi sınırlar civarında olabileceği gösterilmektedir. Uçucu külün kimyasal bileşeni yanan kömürün tipine, bu kömür içinde bulunan yanıcı olmayan maddelerin miktarına, yanmanın ne kadar etkili olduğuna ve sürekliliğine bağlıdır. Genelde linyit kömürünün yanmasıyla elde edilen uçucu külün CaO bileşeni fazla, Fe 2 O 3 bileşeni ise taş kömürünün yanmasıyla elde edilen külün Fe 2 O 3 bileşeninden azdır. Linyitten elde edilen uçucu külün yanmamış karbon içeriği çok azdır. Uçucu küllerin kimyasal özellikleri ve bileşenleri, katılaşmış betonun dayanımını ve sülfata karşı dayanımını etkiler. Uçucu külün bileşenleri: SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 İçeriği CaO İçeriği MgO İçeriği SO 3 İçeriği Alkali İçeriği Su Muhtevası Karbon İçeriği ve Kızdırma Kaybı 20

34 3.UÇUCU KÜL Çizelge 3.1. Çeşitli Uçucu Küllerden Elde Edilen Sonuçlara Göre Uçucu Küllerin Yaklaşık Kimyasal Bileşiklerinin Yüzdesi (Çakır, 1999) Kimyasal Özellik F Sınıfı C Sınıfı SiO 2 43,6 64,4 23,1 50,5 Al 2 O 3 19,6 30,1 13,3 21,8 Fe 2 O 3 3,8 30,1 3,7 22,5 CaO, 0,7 6,7 11,5 29,0 MgO 0,9 1,7 1,5 7,5 Na 2 O 0 2,8 0,4 1,9 Kızdırma Kaybı 0,4 7,2 0,3 1, Uçucu Küllerin Mühendislik Özellikleri Uçucu küllerin mühendislik özellikleri genellikle oldukça dar bir aralıkta değişir. Optimum su muhtevası, silt ve siltli killere nazaran daha geniş bir aralıktadır. Çatalağzı ve Soma B uçucu külleri için farklı (standart proktor, modifiye proktor ve titreşimli tokmak ) sıkıştırma yöntemleri yakın sonuçlar vermiştir ve muhtemelen genelleme mümkündür. Düşük kalsiyumlu veya F tipi kuru veya suya doygun uçucu küller kohezyonsuz zeminler gibi davranır (c'=0 ) ve tipik ф' değerlerinin sıkılığa bağlı olarak C arasında değişmesi beklenir. Uçucu küller suya doygun olmadığı zaman, suyun yüzeysel geriliminden dolayı görünen kohezyon oluşur ve serbest basınç deneyi uygulanabilir. Yüksek kalsiyumlu veya C tipi ıslak küllerde kendi kendine, zamana bağlı sertleşme olduğu için kohezyon ve serbest basınç dayanımında önemli artışlar gözlenir. Uçucu küllerin oldukça düşük geçirgenliği ve sıkışabilirliği vardır. Kısıtlı bilgiler arazide sıkışabilirliğin daha da düşük olduğunu göstermektedir. Oturmalar kile nazaran çok daha hızlı oluşur (Çakır, 1999) Uçucu Küllerin Puzzolanik Özellikleri Siliko alüminöz bir uçucu kül, kireç ile sulu ortamda reaksiyona girer. Buna puzzolanik özellik denir. Belirli oranlarda birleşen kireç uçucu kül su belirli bir süre sonra su altında dayanım kazanır. Ancak, uçucu külün kireç olmadan bağlayıcı 21

35 3.UÇUCU KÜL özelliğinin olmayacağı da bilinmelidir. Çok nadir olarak bazı siliko alüminöz uçucu küller su ile sertleşebilirlerse de genel olarak su ile priz yapmazlar. Puzzolanik özellik çok yavaş ortaya çıkar. Oda sıcaklığında uçucu kül kireç kum karışımı ancak 2 3 günde belirli bir mekanik dayanıma erişir. Fakat aynı şartlar altında kireç kum karışımı sıfır dayanım gösterir. Uçucu külle ise belli dayanım için belli sürelerde beklemek gerekir. Uçucu külün inceliği ve sıcaklığı, reaksiyon hızına pozitif yönde etkir. Aynı şekilde beton yapılırken kullanılan çimentonun bir kısmı yerine uçucu kül katıldığında, ileriki günlerde sadece çimento ile yapılan betonlara nazaran daha yüksek mukavemetler elde edildiği bilinmekte ve bundan ise bilhassa hidrolik yapılarda faydalanılmaktadır (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). Uçucu kül kullanmadan önce fiziksel ve kimyasal özelliklerinin yanı sıra puzzolanik özelliğini tespit etmek üzere puzzolanik aktivite deneyi TS 639 a uygun olarak yapılmalıdır. Bu aktivite çimento ve uçucu külle harç dökülerek tayin edilir. Bir uçucu külün puzzolanik özelliğinin var sayılması için uçucu küllü karışımın yalnız çimento ile yapılan karışımın verdiği dayanımın en az %70 ini vermesi gerekmektedir (Alataş, 1996: TS 639, 1975 den) Uçucu Külün Betona Etkisi Yakılan kömürün cinsi, uçucu külün inceliği gibi uçucu külün kalitesine etki eden birçok faktöre göre her uçucu kül aynı sonucu vermemektedir. Bir uçucu kül çimento karışımında, uçucu kül miktarı arttıkça, karışımın stabilitesi artar, akıcılığı azalır. Şerbet prizini aldıktan sonra ise, 90 günde mukavemetini daha çok arttırır, rötreyi azaltır, korozif sulara karşı dayanıklılığını arttırır ve permeabiliteyi azaltır (Alataş, 1996: Şentürk ve Sayman, 1972 den). Uçucu külün permeabilite yönünden de pozitif etkileri görülmüştür. Davis, altı aylık betonlarda betonun permeabilite katsayısını karşılaştırmış, netice olarak %30 oranında uçucu kül kullanıldığında uçucu külsüzlere göre permeabilite katsayısının 1/5 i olduğunu, eğer bu kullanılan uçucu kül %50 oranını bulursa katsayısının 1/12 olduğunu tespit etmiştir. 22

36 3.UÇUCU KÜL Uygun oranda iyi kaliteli bir uçucu kül kullanımı işlenebilmeyi arttırmakta, yerleşme anında suyun azalmasına sebep olarak su çimento oranı azaldığı için ileriki günlerde mukavemetin artmasına pozitif yönde etkili olmaktadır. Beton harcında, uçucu külün çimentoya katkı maddesi olarak katılması halinde beton özelliklerinde görülen belli başlı etkiler aşağıda açıklanmıştır (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). Çimentodan tasarruf sağlanır. İşlenebilirlik ve kıvam artar. Dayanım kazanma süresini uzatır. İleri yaşlardaki betonun dayanımını arttırır. Eşit dayanıma uçucu kül cinsine göre 1 6 ay içinde erişilir ve bundan sonra uçucu küllü betonların dayanımı katkısız betonları geçer. Yoğunlukta bir miktar azalma olur. Fakat iyi sıkıştırılmış betonlarda bu azalma fark edilmeyecek boyuttadır. Uçucu küllü betonların hidratasyon ısısının düşük ve beton ısı yükselmesinin az olması nedeniyle termal rötre normal betona göre çok azdır. Özellikle kütle betonlarında uçucu külün kullanılması faydalıdır. Taze betonun kalıp içine yerleşmesinden kısa bir süre sonra daha ağır olan beton bileşenlerinin çökelmesi nedeniyle beton yüzeyinde bir su tabakası toplanır. Uçucu kül ise; betonun görünüş, homojenlik, dayanım ve dayanıklılığı için zararlı olan bu kusma olayını azaltmaktadır. Uçucu kül betonda kusmayı azalttığı ve taneler arasındaki yapışma kuvvetini arttırdığı için ayrışmayı da azaltır. Uçucu külün kullanılmasıyla betonda hidratasyon ısısı azalmakta, bundan dolayı da kılcal çatlak oluşma ihtimali uçucu külsüzlere göre çok az olmaktadır Uçucu Küllerin Üretilmesi ve Taşınması Külün tam süspansiyon halinde taşınması, kompresörlü yüksek basınç sistemleri gerektirir. Pahalı olan bu sistem yerine külün alçak basınçlı hava ile kabartılarak pompalanması geliştirilmiş ve uygulanmaya başlanmıştır. Uçucu külün 23

37 3.UÇUCU KÜL düşük yoğunluğu, depolanmasında güçlükler çıkartır. Depolanan kül sıkışarak topaklanabilir. Bu nedenle depolarda akmaya yardımcı yöntemler kullanılmalıdır. Boşaltma sistemleri çimento teknolojisindeki gibi olmalıdır. Külün ticari amaçla kullanılabilmesi için kuru olarak elde edilmesi gerekir. Santral yakınında büyük bir tüketim merkezi bulunması halinde kül pnömatik olarak taşınabilir. Uzak tüketim yerlerine kara ve demiryolu ile özel tankerlerle, küçük tüketim bölgelerine ise torbalama yoluyla taşınabilir (Alataş, 1996: Bayazıt, 1980 den). Türkiye de mevcut termik santrallerden oldukça büyük miktarlarda uçucu kül elde edilmekte olup kurulmakta olanlarla bu değerlerin daha da artacağı açıktır. Türkiye deki termik santrallerden elde edilen kül miktarları Çizelge 3.2 de gösterilmiştir. 24

38 3.UÇUCU KÜL Çizelge 3.2. Türkiye de Termik Santrallerdeki Yılları Arası Uçucu Kül Üretim Miktarları (1000 ton/yıl)(alataş, 1996: Tuğal, 1989 dan) Santral Adı Yıl Tunç bilek Seyit ömer Çatal ağzı Soma A Soma B Yata ğan Çayır han Yeni köy Afşin- Elbis tan Kan gal Top lam _ _ _ _ 1750 _ _

39 3.UÇUCU KÜL 3.4. Termik Santraller ve Afşin Elbistan Termik Santralı Uçucu Külü Termik Santraller Elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan iki önemli üretim kaynağından birisi hidroelektrik enerjisi sağlayan barajlar, diğeri genellikle yakıt olarak pulverize kömürün kullanıldığı termik santrallerdir. Türkiye deki toplam elektrik enerjisi üretiminin yaklaşık olarak yarısı, hatta yarıdan biraz daha fazlası, termik santrallerden sağlanmaktadır (Erdoğan, 1993). Yetmişli yıllarda birkaç kez yaşanan ve zaman zaman ortaya çıkan enerji krizleri, gelişen endüstrinin giderek artan elektrik ihtiyacı, Türkiye de yeni santrallerin yapılması gereğini ortaya çıkarmıştır. Bilindiği gibi, hidroelektrik potansiyel yönünden, ülkemiz Norveç in ardından, Avrupa da ikinci sırada bulunmasına rağmen, bu potansiyelimizin ancak küçük bir kısmını değerlendirebilmekteyiz. Hidroelektrik santrallerin, yapımı uzun süre alan ve çok büyük mali kaynaklara gerek duyulan yatırımlarla gerçekleşebilmesine karşılık, termik santraller çok daha kısa sürede inşaa edilebilmektedir (Özbayoğlu, 1993). Ülkemizde yaygın linyit yatakları bulunmaktadır. Linyitin Türkiye nin enerji üretimindeki payı 1975 de %9,5 iken, 1985 de %19,1 e çıkmıştır. Linyit rezervinin yarısına yakın bölümü K.Maraş Elbistan yöresinde bulunmakta ve kalitesi düşük olup, kül oranı da yüksektir. Son yıllarda yapılan termik santrallerle bu düşük kaliteli kömürlerin değerlendirilmesine çalışılmaktadır (Tuğal, 1989). Türkiye deki bütün termik santrallerde yıllık toplam kömür tüketimi 55 milyon ton civarında olup, elde edilen kül miktarı 13,5 milyon ton kadardır (Tokyay, 1993). Termik santrallerde enerji üretiminde yakıt olarak kullanılan pulverize kömür artık olarak değişik özellikte küllerin ve cürufun ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Modern termik santrallerde en önemli artık malzeme, yanma nedeniyle baca tarafından çekilen gazlarla birlikte yukarıya sürüklenen çok ince kül tanecikleridir. Bu ince kül tanecikleri elektro filtrelerde ve siklonlarda yakalanmakta, baca gazları ile atmosfere çıkışları önlenmektir. Artık malzeme olarak elde edilen küllerin 26

40 3.UÇUCU KÜL yaklaşık %75 80 ini uçucu kül oluşturmaktadır. Günümüzde, enerji açığının kısa sürede karşılanması amacıyla yapılan yeni termik santraller çevreyi kirleten uçucu kül sorununu da beraberinde getirmiştir. Bu küller değişik ortamları kirletme potansiyeline sahiptir. Ekonomi ve çevre kirliliği açısından değerlendirilmesi önem arz eden bu ürün birçok araştırmaya konu olmaktadır Afşin Elbistan Termik Santralı Uçucu Külü Kahramanmaraş ilinin Afşin ve Elbistan ilçelerinin sınırları içinde 120 km 2 lik bir alanda elde edilen linyit kömürü yakılmaktadır. Halen işletme faaliyetleri devam etmekte olan havzanın kışlaköy açık işletmesi, Afşin ilçe merkezine 15km ve Elbistan ilçe merkezine ise 26km mesafede bulunmaktadır. Kışlaköy işletmesinde tesis edilmekte olan NW gücündeki termik santral için 18,6 milyon ton/yıl ve çevre illerin yakıt ihtiyacı için 1,4 milyon ton/yıl olmak üzere 20 milyon ton/yıl linyit üretimi öngörülmüştür. Yılda 4 milyon ton civarında uçucu kül üretmektedir. Afşin Elbistan termik santralı, havzanın düşük kaliteli linyit rezervini değerlendirerek, elektrik enerjisi üretmek amacıyla kurulmuştur. Yıllık üretim kapasitesi 8,1 milyar kwh dır (Tuğal, 1989). Linyit rezervi, günümüzde mevcut maden üretim teknolojisine göre 1,7 milyar tonu ekonomik olarak işlenebilir nitelikte olmak üzere 3,4 milyar ton olup, Türkiye nin en büyük linyit rezervidir. Kömürün kül ve rutubet yüzdesinin yüksek ve ısıl değerinin düşük olmasına rağmen rezervin topluca bulunması ve yüksek üretimli bir işletmeye imkan vermesi büyük termik santraller kurulmasını mümkün kılmaktadır. Afşin Elbistan termik santralı bu santrallerden ilkidir. Linyit, bantlar vasıtasıyla 1 milyon ton kapasiteli stok sahasına gönderilmektedir. Stok sahası santralın 15 günlük ihtiyacını karşılayabilmektedir. Değişik ısıl değerdeki tabakalardan alınmış olan linyit burada harmanlanmakta ve 1050 kcal/kg lık ortalama değerdeki linyit ihtiyacı saatte 3000 tondur. Açık işletmeden alınan linyit kömürü 4900t/h kapasiteli iki adet konveyör vasıtasıyla ana kömür bunkerine depolanır. Bunlar 6 vibrasyonlu 4 adet çıkarıcılar 27

41 3.UÇUCU KÜL vasıtasıyla kırıcılara gelen 0 60mm ebatlara kadar kırılır. Bu arada içerisinde bulunan taş, tahta vs. gibi yabancı maddeler ayrılır. Yine kömür içerisine karışmış olabilecek metal malzemeler magnetik separatörler vasıtasıyla ayrılır. Buraya kadar olan kısım kömür kırma binasında olan işlemlerdir. Kömür kırma binasında ayrıca kömürün karakteristiklerini tespit etmeye yarayan numune alma sistemi de mevcuttur. Alınan numuneler laboratuarda incelenerek kömürün nemi, CaO, kalori ve kül oranı tespit edilir. Kömür kırma işleminden sonra, yine kömür 4000t/h kaba sistemli iki konveyör vasıtasıyla ünitelerin bunkerlerine gönderilir. 4 ünite mevcut olması nedeniyle her ünitede, her biri 495m 3 kapasiteli 6 adet bunker mevcuttur. Bunker altındaki blendomat ismi ile tabir edilen kollu çıkarıcılar vasıtasıyla kömür çıkarılır. Konveyörlere yüklenerek kömürü öğütmede kullanılan değirmenlere gelir. Burada 0 2mm ebatlara kadar öğütülür. Öğütme esnasında kömür aynı zamanda içerisindeki nemi ayrıştırmak için kurulur. Değirmen çıkışındaki fan vasıtasıyla ana kömür yakıcıları ve brüden sistemlerine gelir. Burada kömür tozları elektrostatik olarak tutulur. Buhar kısmı ise fan vasıtasıyla atmosfere atılır. Brüden bunkerlerinde toplana kömür, çıkarıcılar ve bir hat vasıtasıyla kazana gönderilir. Kömürün içindeki nemin alınmasıyla kalorisi de zenginleştirilmiş olur. Kazanda kömürün yanması için gerekli olan hava, hava fanları ile sağlanır. Kazanda kömür yakılmaya başlamadan önce kazan sıvı yakıtla ateşlenir. Kazanda yanan kömürün cüruf kısmı kazan altı ızgaralarda toplanır. Hareketli ızgaralardan içi su dolu cüruf teknesine dökülür. Paletli tip cüruf çıkarıcısıyla alınan cüruf konveyörler ile bunkerlere gönderilir. Kömürün yanması sonucu açığa çıkan uçucu kül partikülleri ise baca gazı ile birlikte elektro filtrelere gelir. Yine buradan Brüden sisteminde olduğu gibi kül elektrostatik olarak tutulur. Baca gazı çekme fanlarıyla bacadan atmosfere atılır. Elektro filtrede tutulan küller, kül bunkerlerinde toplanır. Burada kül çıkarıcıları vasıtasıyla ara bunkerde toplanır. Ara bunkerde toplanan küller pnömatik olarak ana kül bunkerinde depolanır. Çıkarıcılar vasıtasıyla kül çıkarılır. Suyla %15 25 oranında nemlendirilir. Nemlendirilen kül ve cüruf 28

42 3.UÇUCU KÜL bunkerinde toplanan cüruflar ara konveyörlere yüklenir. Burada 1900t/h kapasiteli iki adet cüruf konveyörü mevcuttur. Bunlarla döküm sahasına sevk edilir. Santralde yakılan linyitten elde edilen buharın sıcaklığı 535 o C ve basıncı 197,5kg/cm 2 g olup, her kazanda saatte 1020 ton buhar elde edilmektedir. Bu buharla çalıştırılan buhar türbinine jeneratörlerde enerji üretilmekte, jeneratör çıkışında volt olan gerilim transformatörle volta yükseltilerek enterkonnekte sisteme verilmektedir. Külün bacaya giden bölümü elektrostatik tutucularda %99 oranında tutulmakta ve 145m baca yüksekliği ile meteorolojik ve coğrafi şartların da etkisi ile çıkan kül çevreye zarar vermeyecek mertebeye indirilmektedir Uçucu Küllerin Kullanıldığı Yerler Çimento ve Beton Üretiminde Kullanılması Portland çimentosu üretilirken, klinkere uçucu kül katılarak birlikte öğütülmesiyle, çimento sınıflamasında Puzzolanik Portland Çimentosu olarak adlandırılan özel tipte çimentolar üretilir (Alataş, 1996: TS640, 1975 den). Bu tip çimento üretiminde, klinkere pulverize (öğütülmüş) uçucu kül katıldığından klinkerin öğütülmesi kolaylaşmakta, üretim kapasitesi ve rantabilite artmaktadır. Uçucu küller öğütülmüş kömürün yakılmasıyla elde edildiklerinden kendileri de öğütülmüş durumdadır. Bundan dolayı çimento üretiminde bir ön öğütme işlemine gerek kalmadan doğrudan fırına verilebilirler ve böylece öğütme işleminden tasarruf sağlanır. Uçucu külün doğrudan çimentoya katılmasıyla da uçucu küllü çimentolar elde edilebilir. Bu durumda uçucu külün klinkere katılmasıyla aynı sonuçlar elde edilmektedir. Beton üretiminde bağlayıcı madde olarak kullanılan Portland çimentosunun bir kısmı yerine mineral katkı maddesi olarak uçucu kül kullanılabilmekte, böylece uçucu kül katkılı beton elde edilebilmektedir. Ayrıca beton üretiminde kullanılan ince agreganın bir kısmı yerine de uçucu kül kullanılabilmektedir. 29

43 3.UÇUCU KÜL Geoteknik Uygulamalarda ve Yol Yapımında Kullanılması Uçucu küller aşağıda listelenen alanlarda da değerlendirilmektedir: Dolguların stabilizasyonunda Altyapı ve taban malzemesi olarak Alt drenaj tabakası olarak İri stabilize malzemelerin boşluklarının doldurulmasında Zemin enjeksiyonlarında kireçle birlikte Şekil 3.2. Uçucu Külün Geoteknik Uygulamalarda Kullanılması (Edil, Boşluklu Beton Üretiminde Kullanılması Boşluklu beton, çimento veya kireç ile uçucu kül karışımından hava yada başka bir gaz geçirilmesi ile elde edilen hafif betondur. Boşluklu beton hafif olmasından dolayı taşımada kolaylık sağlar. Ayrıca ucuz olması, binanın hafifliği ve inşaat sırasında işçi giderlerinde avantaj sağlamasından dolayı tercih edilmektedir. Uçucu küllü boşluklu betonlarda ısı iletkenliği kum kireç çimento karışımından daha düşük olmakta, mukavemet ise daha yüksek olmaktadır (Sevim, 2003) Tuğla Üretiminde Kullanılması Uçucu kül tuğla imalatında iki şekilde kullanılır: 30

44 3.UÇUCU KÜL Yardımcı ve düzeltme malzemesi olarak: Çok rutubetli killerin fazla suyunu emer, plastik kilerin çatlamasını ve şişmesini önler, çiçeklenme olayını önler. Esas malzeme olarak: Killerle karıştırılıp basınç altında kalıplara yerleştirilen karışım ısıl işleme tabi tutulur. Uçucu kül puzzolanik özelliği ve inceliği sebebiyle pişmiş malzemede mukavemetin önemli miktarda artmasını sağlamaktadır (Sevim, 2003) Hafif Agrega Üretiminde Kullanılması Hafif betonun inşaat mühendisliğinde kullanılmasıyla birlikte, hafif agrega ile beton üretme çalışmaları da başlamıştır. Bu amaçla uçucu kül belirli oranlarda su ile karıştırılarak, istenilen irilikte ve doğal agregaya göre hafif bir malzeme elde edilmektedir. Bu şekilde elde edilen agregalarla üretilen betonlar, doğal agregalarla üretilen betonlar kadar dayanıklı olmakta, ayrıca hafif olması sebebiyle çok katlı binalarda işçilik ve temel masrafların azaltılmasında, ısı ve ses yalıtımı sağlanmasında, ateşe karşı dayanımda bazı üstünlükler sağlamaktadır (Sevim, 2003) Gazbeton Üretiminde Kullanılması Gazbeton, ince öğütülmüş silisli bir malzemenin kireç veya çimento ile birleştirilmesi, gözenekli bir madde ile hafifletilmesi ve sertleşmesi ile elde edilen, birbirinden bağımsız hava hücreleri içeren hafif bir betondur. Elde edilen uçucu küllü gazbeton, hafif ve ısı iletkenliği düşük olacağında yapılarda kullanılması duvar kalınlıklarını azaltacak, böylece binaların yükü azalacaktır. Uçucu kül kullanılarak elde edilen gazbeton kuvars kullanılarak elde edilen gazbetondan daha dayanıklıdır. Bunun nedeni uçucu kül ile kireç arasındaki reaksiyondur (Sevim, 2003) Ağırlık Barajlarında Uçucu Küllü Rolkrit Kullanımı Rolkrit, Roller Compacted Concrete (RCC), silindirle sıkıştırılmış beton deyiminin kısaltılmış şeklidir. Rolkritler çok düşük çimento dozajı ile hiç çökme 31

45 3.UÇUCU KÜL vermeyen ve titreşimli yol silindirlerini taşıyacak kadar nemlenen betonlardır. Yol alt tabakalarında ve baraj yapımında kullanılmaktadır. Bu betonlarda bağlayıcı dozajı seçilen yapım sistemine göre kg/m 3 ten başlamaktadır. Bağlayıcı içindeki puzzolan yüzdesi ise yine yapım sistemine göre %20-%80 arasında değişebilmektedir. Puzzolan olarak özellikle uçucu kül kullanılmaktadır (Sevim, 2003). 32

46 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 4. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 4.1. Uçucu Külün Betonda Kullanılması Kaynaklara göre Türkiye de uçucu külle ilgili ilk önemli çalışmalar 1964 yılında Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü Araştırma Dairesi kimya laboratuarlarında yapılmıştır. Buradaki çalışmalarda, özellikle uçucu külün çimento ve betonda katkı maddesi olarak kullanılması üzerinde incelemeler yapılmıştır. Tunçbilek Termik Santralından alınan uçucu külün betonda katkı malzemesi olarak kullanılmaya uygun olduğu görülmüştür. Değişik miktarlarda kül katılan çimento harcı ve beton karışımları üzerinde yapılan deneyler sonucu kül katkısının hidratasyon ısısını düşürdüğü, çimento içinde %20 ye kadar katılan külün 90 gün sonra, normal beton dayanımlarından daha yüksek sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Bu verilere dayanarak Gökçekaya barajı inşaatında uçucu kül, beton katkı malzemesi olarak başarıyla kullanılmıştır (Alataş, 1996). Karayolları Genel Müdürlüğü laboratuarlarında da 4. Bölge Pazar Köprüsü inşaatıyla ilgili olarak uçucu küllü betonlar üzerinde bir araştırma yapılmıştır. Kısmen çimento yerine kullanılan külün erken sürelerdeki basınç dayanımını düşürdüğü, kısmen ince kum yerine kullanılan külün ise dayanımı her zaman olumlu bir şekilde etkilediği bildirilmiştir. Orta Doğu Teknik Üniversitesi nde 1968 yılında Soma Termik Santralı külünün beton briket yapımında kullanılması ve betonun donma dayanımına etkileri konusunda çalışmalar yapılmış ve belirli oranlarda katılacak kül ile olumlu sonuçlar alınabileceği belirtilmiştir. Aynı yıl, Türk Standartları Enstitüsü, uçucu külün çimento ve betonda katkı malzemesi olarak kullanılmasına ilişkin standartları yayınlamıştır. Kasım 1970 de Ankara da Birleşmiş Milletler Avrupa Ekonomik Komisyonu ve Devlet Su İşleri tarafından bir uluslararası kül sempozyumu düzenlenmiş, araştırmacılar çalışmalarının sonuçlarını bu sempozyumda belirtmişlerdir. Bu çalışmalar aşağıda verilmiştir: 33

47 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR İnceliği en az 3000cm 2 /gr olan Tunçbilek uçucu külü beton karışımına %25 oranında katıldığında standartlara uygun basınç dayanımlarının elde edildiği, hidratasyon ısısının azaldığı, işlenebilme ve su geçirimsizlik niteliklerinin geliştirildiği görülmüştür. Uçucu külün, betonun çekme dayanımına etkisi, çimento içindeki yüzdesi olarak uçucu kül miktarı %15 den %30 a kadar değiştirilerek incelenmiştir. Sonuç olarak, uçucu kül katılmış betonun katkısız betona kıyasla daha uzun zamanda sertleştiği, katkılı betonda külün olumlu etkisinin 60 gün sonra ortaya çıktığı ve optimum kül yüzdesinin %15 20 arasında olduğu tespit edilmiştir. Uçucu kül katılmış harç numuneleri üzerinde ilk 24 saat içinde sıcaklığın etkileri incelenmiştir. Özellikle kısa priz süresi ve yüksek kül katkı oranı gerektiren çalışmalar için en uygun sıcaklık araştırılmıştır. Bu araştırmada Tunçbilek Termik Santralı uçucu külü ve normal portland çimentosu kullanılmış ve sıcaklığın arttırılması ile priz süresinin kısaltılabileceği görülmüştür. Yüksek dayanım için 30 o C, erken priz için ise 50 o C en uygun sıcaklıklar olarak tespit edilmiştir. Gökçekaya barajında, uçucu kül katılmış beton kullanılması dolayısıyla sağlanacak yararlar incelenmiş, külün maliyetinin çimento maliyetinin %5 i civarında olduğu göz önüne alınarak bu inşaata %25 oranında kül kullanılmasıyla önemli miktarda tasarruf sağlanacağı görülmüştür. Betonların sülfatlı sulara karşı dayanımlarının incelendiği bir çalışmada %20 uçucu kül katılmış betonlarda sülfatlı sulara karşı dayanımın arttığı görülmüştür. Değişik dozajlarda ve değişik uçucu kül oranlarında çalışılarak uçucu külün betonun geçirgenliği üzerindeki etkisi incelenmiş, dozaj ve uçucu kül yüzdesinin arttırılmasının betonun geçirgenliğini azalttığı, özellikle düşük dozajlarda uçucu külün olumlu katkısının daha belirgin olduğu görülmüştür. Porsuk barajı inşaatında uçucu kül kullanılmasına ilişkin çalışmada Tunçbilek uçucu külü kullanılmış ve %25 30 oranında uçucu kül katılmasının kütle betonlarında hidratasyon ısısını düşürdüğü ve betonun nihai dayanımının katkısız betona kıyasla daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu nun da konuyla ilgili bazı araştırma ve incelemeleri bulunmaktadır. Bu çalışmalarda da özellikle Tunçbilek, 34

48 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çatalağzı ve Soma elektro filtrelerinden elde edilen kül numunelerinin incelik, kimyasal bileşim ve puzzolanik özellikleri bakımından çimento ve beton katkı maddesi olarak kullanılmaya uygun oldukları, ayrıca tuğla imalinde uçucu kül katkısının tuğla kalitesinde uçucu kül katılmamış tuğlalara kıyasla bazı üstünlükler sağladığı belirtilmiştir. Elektrik İşleri Etüd İdaresi tarafından 1979 da yapılan bir çalışma, Çatalağzı, Tunçbilek, Soma ve Seyitömer termik santrallerinden elde edilen uçucu küllerin hafif agrega yapımına tamamen uygun olduğunu göstermiştir. Tokyay ve ark. (1989) yaptığı çalışmada termik santrallerimizden çıkan küllerin kimyasal ve mineralojik analizi yapılarak bunların diğer ülkelerdeki küllerle aynı vasıfta oldukları görülmüştür yılında, EİE nin koordinatörlüğünde, DSİ, TCK, Çitosan, çeşitli bakanlıklar ve üniversitelerin temsilcilerinden oluşan bir çalışma grubu Türkiye uçucu küllerinin üretimi, kullanım olanakları, karşılaşılan sorunlar ve çözüm önerileri hakkında kapsamlı bir rapor hazırlamıştır(tokyay, 1993). Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği nin Ankara daki laboratuarlarında, Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu küllerini doğrudan, bir miktar kil ve kalkerle karıştırılarak çimento hammaddesi şeklinde kullanılması yapılmıştır (Toros, 1987). Erdoğan (1993), yaptığı deneylerde, çimentonun %20 si yerine uçucu kül kullanarak elde edilen betonların 7 günlük basınç dayanımlarını, aynı yaştaki uçucu külsüz betonun basınç dayanımının %81,1 i olarak elde etmişlerdir. Uçucu küllü ve kül kullanılmayan betonların basınç dayanımları arasındaki farkın 28 gün sonunda çok daha az olduğu görülmektedir. %20 ve %40 yüksek kireçli uçucu kül kullanılarak yapılan betonların basınç dayanımları külsüz betonların dayanımlarının %102,8 ve %97,9 u olarak bulunmuştur. %20 yüksek kireçli uçucu kül ile yapılan betonların basınç dayanımı, külsüz betonların basınç dayanımını geçmiştir. Yine, Erdoğan (1993), yaptığı deneylerde, aynı yaşlardaki yüksek kireçli uçucu kül ile yapılan bütün beton numunelerinin basınç dayanımlarının, düşük kireçli uçucu kül ile yapılanlarınkinden daha yüksek olduğunu tespit etmişlerdir. Yüksek kireçli uçucu kül ile yapılan betonların daha yüksek dayanıma sahip olmaları bu tip uçucu küllerin bir miktar hidrolik bağlayıcılık özelliğine sahip olmaları ile 35

49 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR açıklanabilmektedir. Yüksek kireçli uçucu kül ile yapılan betonların 28 ve 90 günlere kadar dayanım kazanma hızında, düşük kireçli uçucu kül ile yapılanlara göre herhangi bir olumsuz etkiye rastlanmamıştır. Başka bir araştırmada ise, kireç veya çimentonun bir kısmı veya tamamı yerine kullanılan ASTM sınıflandırmasına göre C sınıfı uçucu külünün, kumlar ve killerin modifikasyonu ve stabilizasyonuna etkileri incelenmiştir. Basınç ve durabilite testleri göstermiştir ki, C sınıfı uçucu külleri çimentonun bir kısmı yerine kullanılabilmektedir (McManis ve Arman, 1989). Atiş (2001), uçucu kül içeren, silindirle sıkıştırılabilen betonun özelliklerini ölçmüştür. Uygun uçucu kül kullanımı ile ağırlıkça %50 yer değiştirme oranında normal beton dayanımına eşdeğer dayanım geliştiren beton üretebileceği ve ağırlıkça %70 yer değiştirme oranında ise oldukça doyurucu dayanım elde edilebileceği sonucuna varmıştır Uçucu Külün Yol Stabilizasyonunda Kullanılması 1970 de yol stabilizasyonu çalışmalarında düşük kaliteli agregaların ıslahı için uçucu kül çimento karışımının gerek laboratuar deneylerinde gerekse Kütahya Tavşanlı yolunun 700m lik bir kesiminde başarıyla kullanıldığı bildirilmiştir. İzmir Turgutlu Nif dere malzemesinin inşaat yerine yakın oluşu nedeniyle stabilizasyonda kullanılması uygun görülmüştür. Yapılan uçucu kül çimento stabilizasyonunda Soma Termik Santralı uçucu külü kullanılmıştır. Karışımlarda çimento yüzdeleri %2, 3, 4 olarak, uçucu kül yüzdeleri ise %4, 6, 8 olarak alınmıştır. Standart Proktor Deneyi sonuçlarına göre, malzemeye çimento ve uçucu kül ilave edildiğinde karışımın maksimum kuru birim hacim ağırlığında düşüş, optimum su içeriklerinde ise artışlar meydana gelmiştir. Hazırlanan numuneler 7, 14, 28 ve 60 günlük kürlerden sonra serbest basınç mukavemeti deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerde %8 uçucu kül oranında maksimum mukavemet değeri elde edilmiştir. %4 çimento, %8 uçucu kül için 28 günlük mukavemet 38,2 kg/cm 2 bulunmuştur. Islatma kurutma ve donma çözülme deneyleri ise, uçucu kül oranları %4, 6 ve 8 olarak arttıkça, ağırlık kayıplarında azalmalar görülmüştür (Atanur, 1971). 36

50 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yine benzer bir çalışma Kütahya Çamlık malzemesi üzerinde yapılmıştır. Bu malzemenin aşınma ve dona karşı mukavemeti düşük olduğu belirtilmektedir. Bu malzeme, Kütahya Azot Sanayi nin artık malzemesi olan uçucu külün çimento ile stabilizasyonu ile ıslah edilmesi uygun görülmüştür. Karışımlarda %2, 3, 4 çimento ve %5, 10, 15, 20 uçucu kül oranları kullanılmıştır. Yapılan Standart Proctor deneylerinde maksimum kuru birim hacim ağırlıklarında artış meydana gelmiştir. Serbest basınç mukavemeti deneylerinde ise maksimum mukavemetler %5 ve %10 değerlerinde elde edilmiştir. %4 çimento, %10 uçucu kül için 28 günlük mukavemet 68kg/cm 2 bulunmuştur. Yine bu oranlarda, ıslatma kurutma ve donma çözülme deneylerindeki ağırlık kayıpları en az olmuştur (Atanur, 1971). Soma Bergama dere ocağı malzemesi üzerinde de Soma Termik Santralı uçucu külü ve çimento ile yol stabilizasyonu çalışması yapılmıştır. Malzemeye %10, 20, 30 uçucu kül ve %2, 3, 4 çimento ilavesiyle deneyler yapılmıştır. Standart Proktor deneyinde uçucu kül oranları arttıkça maksimum kuru birim hacim ağırlıklar azalmış, optimum su içerikleri ise artmıştır. Serbest basınç mukavemeti değerlerinde de, %10 uçucu kül oranında maksimum mukavemetler elde edilmiştir. % 4 çimento, %10 uçucu kül için 28 günlük mukavemet 29,3kg/cm 2 bulunmuştur. Islatma kurutma ve donma çözülme deneylerinde ise yine %10 uçucu kül oranında ağırlık kayıpları en az olmuştur (Atanur, 1971). Bursa Dede ocağı malzemesi üzerinde de aynı çalışma yapılmıştır. Burada Tunçbilek Termik Santralı uçucu külü kullanılmıştır. Yapılan deneylerde, maksimum kuru birim hacim ağırlıklarında düşüş, optimum su içeriklerinde artış olmuştur. Serbest basınç mukavemet değerleri birbirine yakın çıkmıştır. %4 çimento, %10 uçucu kül için 28 günlük mukavemet 62,8kg/cm 2 bulunmuştur. Islatma kurutma ve donma çözülme deneylerinde ise ağırlık kayıplar yine azalmıştır (Atanur, 1971). Genellikle karayolu inşaatlarında olmak üzere, büyük dolgu inşaatlarında uçucu külün kullanabilirliği araştırılmıştır. Bu konuda harçların hazırlanması, dizayn metotları, yapım özellikleri ve kalite kontrolü hakkında bilgiler verilmektedir. Arazi ve laboratuar test metotları hakkında açıklamalar yapılmaktadır (Anon, 1986). Wasti (1990), uçucu küllerin geoteknik özelliklerini (indeks, kompaksiyon, kayma mukavemeti ve kompressibilite) incelemiş, uçucu küllerin toprak dolgu 37

51 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR malzemesi yerine ve yüksek plastisiteli killerin iyileştirilmesinde kullanılarak değerlendirilebileceği sonucuna varmıştır. Alataş (1996), Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu külünün yol stabilizasyonunda çeşitli malzemelerle birlikte kullanımı üzerine bir araştırma yapmıştır. Sonuçta, Afşin Elbistan Termik Santralı uçucu külünün, yol stabilizasyonunda, diğer esas bağlayıcılarla birlikte kullanılabileceği belirtmiştir. Böylece hem diğer bağlayıcıların daha az kullanılmasına imkan vererek, bu malzemelerden tasarruf sağlanacağı ve hem de uçucu külün kullanım alanının genişleyeceği sonucuna varmıştır. Şekil 4.1. Uçucu Külün Yol Stabilizasyonunda Kullanılması (Edil, 38

52 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 4.3. Uçucu Külün Sıkışma Özelliklerine Etkisi Özbayoğlu (1993), kumlu zemin örneklerinin, belirli oranlarda bentonit katkısı yanında, %5, 10, 15 ve %20 oranında uygulanan uçucu kül ve %5 ve %10 çimento katkısıyla ıslahını araştırmıştır. Deneysel çalışma neticesinde, uçucu kül katkı oranının, sıkışma parametrelerini fazla etkilememekle beraber, artan uçucu kül katkı oranları ile birlikte, maksimum kuru yoğunluğun biraz azalması ve buna karşın optimum su muhtevası değerinde belirgin artışların oluştuğu gözlemlenmiştir (Şekil 4.2 ve Şekil 4.3). Araştırmacı, maksimum yoğunluk değerlerinde gözlenen azalmanın, uçucu külleri oluşturan içi boş küresel taneciklerden kaynaklandığını savunmaktadır. Şekil 4.2. Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlığının Farklı Uçucu Kül Oranları İle Değişimi (Özbayoğlu, 1993) 39

53 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil 4.3. Optimum Su Muhtevasının Farklı Uçucu Kül Oranları İle Değişimi (Özbayoğlu, 1993) Wasti (1993), yaptığı deneyler neticesinde F tipi, C tipi ve Türkiye den Çatalağzı ve Soma B uçucu küllerinin, maksimum kuru birim hacim ağırlık ve optimum su muhtevası değerlerini araştırmıştır. Araştırmacı, uçucu küllerin bu özelliklerinden dolayı yapay dolguların teşkilinde kullanılabileceğini ifade etmektedir. Uçucu kül, hafif olması nedeniyle, özellikle zayıf taban zemini durumunda, kullanışlı bir çözüm olabilmektedir. Çalışmada uçucu kül dolgusuna ait bir tasarım çalışmasına da yer verilmiştir. Uçucu külün büyük miktarlarda kullanımına imkan veren bu tarz çalışmalar, termik santrallerde yaşanan depolama ve saklama sorunlarının çözümüne önemli bir katkı sağlayabilecektir. Günal (1996), araştırmasında İstanbul Kemerburgaz kilinin, %20 Seyitömer uçucu külü ilavesi ile değişen kompaksiyon özelliklerini incelemiştir. Araştırma neticesinde, kil ve uçucu kül karışımının kompaksiyon eğrisinin, kil ve uçucu kül numunelerine ait kompaksiyon eğrilerinin arasında yer aldığı ve beklendiği üzere karışımın optimum su muhtevasının, kil numunesinin optimum su muhtevasından büyük olduğu ve karışımın maksimum kuru birim hacim ağırlığında kil numunesine göre bir azalma meydana geldiği gözlemlenmiştir (Şekil 4.4). 40

54 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil 4.4. Kemerburgaz Kiline Ait Kompaksiyon Karakteristikleri (Günal, 1996) Ferguson (1993), Topeka Heartland park yarış pistinin iyileştirilmesi projesinde 6 farklı zemin cinsi üzerinde gerçekleştirdiği deneysel çalışmalarda, değişik sonuçlar elde etmiştir. Örneğin killi şist zemin numunesi üzerinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, Şekil 4.5 ve Şekil 4.6 da görüldüğü üzere 2 saat gecikme ile gerçekleştirilen Standart Proktor deneyi sonucunda, maksimum birim hacim ağırlıkta azalma ve optimum su muhtevasında artış gözlemlenirken, gecikme olmadan gerçekleştirilen deneylerde ise maksimum kuru birim hacim ağırlık değerinde az da olsa bir artışla beraber, optimum su muhtevası değerinde azalma meydana geldiği gözlemlenmiştir. 41

55 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil 4.5. Gecikmenin Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık Değerlerine Etkisi (Ferguson, 1993) Şekil 4.6. Gecikmenin Optimum Su Muhtevasına Etkisi (Ferguson, 1993) 42

56 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nicholson ve Kashyap (1993), volkanik kayaların ayrışması ile oluşmuş ve yüksek plastisiteli, kompaksiyonu zor olan tropik Hawaii killi zeminlerinin uçucu kül ile stabilizasyonunu incelemişlerdir. Deneyler neticesinde %15 ve %25 oranlarındaki uçucu kül ilavesinin, 6 farklı zemin tipinde de maksimum kuru birim hacim ağırlığı azalttığı ve de optimum su muhtevasını arttırdığını tespit etmişlerdir (Şekil 4.7 ve Şekil 4.8). Araştırmacılar, uçucu kül ilavesinin optimum su muhtevası değerinden yüksek olan tropikal zeminlerin ıslahında önemli bir avantaj teşkil ettiğini de belirtmektedirler. Şekil 4.7. Volkanik Zeminlerin Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlıklarının Uçucu Kül İlavesi İle Değişimi (Nicholson ve Kashyap, 1993) 43

57 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil 4.8. Volkanik Zeminlerin Optimum Su Muhtevasının Uçucu Kül İlavesi İle Değişimi (Nicholson ve Kashyap, 1993) Keshawarz ve Dutta (1993), şişme potansiyeli yüksek olan Teksas zeminlerinin, %20 F sınıfı uçucu kül, %6 kireç ve %10 portland çimentosu ile stabilizasyonlarını karşılaştırmak üzere yaptıkları araştırmalar neticesinde, diğer araştırmacılar gibi, uçucu külün kompaksiyona olumlu etkisinin olduğunu saptamışlardır. Araştırmacılar, sıkışma değerlerinde gözlemlenen bu gelişmenin, uçucu külün zemini plastisite indisini ve zemin içerisindeki kil boyutundaki dane oranını düşürmesi neticesinde oluştuğunu düşünmektedir. Khan ve Sarker (1993), uçucu kül ile zemin stabilizasyonu çalışmalarında enzim kullanımının etkilerini kaolin kili üzerinde incelemişlerdir. Araştırmada kullanılan enzim, organik kökenli, toksit olmayan ve çevreye zararsız olup, biyolojik yöntemlerle elde edilmiştir. F sınıfı uçucu kül kullanılması sebebiyle, puzzolanik aktivite yaratmak maksadıyla, zemine ayrıca bir miktar kireç ilavesi de yapılmıştır. Araştırmacılar deneysel çalışmalar neticesinde, zemin - uçucu kül karışımına enzim ilavesinin optimum su muhtevası ve maksimum kuru birim hacim ağırlık değerlerinde belirgin bir değişime sebep olmadığı sonucuna varmışlardır. 44

58 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Maher ve ark. (1993), su arıtma tesislerinde büyük oranda ortaya çıkan, yüksek su muhtevası ve ince daneli madde içeriği sebebiyle, atık olarak depolanma durumunda dahi, yüksek kurutma maliyeti yaratan, arıtma çamurunun uçucu kül ilavesi ile iyileştirilmesi amacıyla, bir dizi deneysel çalışma gerçekleştirmişlerdir. Arıtma çamuru ve F sınıfı uçucu kül ile üç farklı karışım hazırlanarak, modifiye proktor yöntemi ile kompaksiyon deneylerine tabi tutulmuştur.deneyler neticesinde, kompaksiyon eğrisinde tepe noktası bulunmayan arıtma çamurunun, uçucu kül ile karıştırıldığında normal kompaksiyon eğrileri verdiği görülmüştür. Diğer çalışmalardan farklı olarak, arıtma çamuru uçucu kül karışımlarında, artan uçucu kül oranı ile hem maksimum kuru birim hacim ağırlık hem de optimum su muhtevası değerlerinde azalma meydana geldiği de tespit edilmiştir. Chu ve Kao (1993), düşük plastisiteli Tayvan kili ile faklı oranlarda uçucu kül ve cüruf karıştırarak, kompaksiyon karakteristiklerinde meydana gelen değişimleri deneysel olarak gözlemlemişlerdir. Elde edilen sonuçlara göre, kil numunesine uçucu kül ilavesi ile maksimum kuru birim hacim ağırlık değeri azalmakta iken, optimum su muhtevasında meydana gelen artış nispeten daha az olmaktadır. Bu karışıma ayrıca cüruf ilave edildiğinde ise farklı oranlardaki karışımlarda dahi, maksimum kuru birim hacim ağırlığı yaklaşık aynı değeri alırken, optimum su muhtevası artışını sürdürmektedir Uçucu Külün Şişme Potansiyeline Etkisi Ferguson (1993), Topeka Heartland Park yarış pistinin iyileştirilmesi projesinde, 6 farklı zemin cinsi üzerinde gerçekleştirdiği deneysel çalışmalarda, zemine uçucu kül ilavesinin, zeminin şişme potansiyelini düşürdüğü sonucuna varmıştır. Şekil 4.9 da görüldüğü üzere, örneğin ayrışmış killi şiştin %14,7 olan şişme potansiyeli, %16 uçucu kül ilavesi sonucunda % 0,8 seviyelerine kadar inebilmektedir. Araştırmacı, bu azalmanın büyük bir ihtimalle, uçucu külün hidratasyonu esnasında zemin daneciklerinin çimentovari partiküllerle kurduğu bağlardan ve zemin daneciklerinin flokülleşmesinden kaynaklandığını öne sürmekte ve bu yöntemin, kireçle stabilizasyona göre, hem maliyetinin düşük olması hem de 45

59 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR uçucu külün, kireç gibi işlemden önce sulandırılmaya gereksinim duymaması nedeniyle, para ve zaman tasarrufu sağladığını belirtmektedir. Şekil 4.9. Zeminin Şişme Potansiyelinde Sağlanan Azalma (Ferguson, 1993) Nicholson ve Kashyap (1993), yüksek şişme potansiyeline sahip, volkanik kökenli Hawaii zeminlerinin şişme potansiyellerinin, uçucu kül ilavesi ile değişimlerini incelemişlerdir. Kaneohe kili ve Kailua siltli kilinin CBR şişme testinde, şişme potansiyeli değerlerinin %10 mertebesinden, %1 seviyesine indiğini gözlemlemişlerdir. 5 tip zemin üzerinde ayrıca gerçekleştirilen serbest şişme testlerinde, her zemin tipi için uçucu kül ilavesinin şişme potansiyelini azalttığını belirlemişlerdir (Şekil 4.10). 46

60 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Volkanik Kökenli Hawaii Zeminlerinin Şişme Potansiyellerinin Değişimi (Nicholson ve Kashyap, 1993) Türker (2000), şişen zeminlerin uçucu kül ve kum ile stabilizasyonunu araştırmıştır. C ve F tipi uçucu külü kum ile beraber şişen zeminlerin stabilizasyonunda kullanmış ve şişme basıncı deneyleri yapmıştır. Uçucu kül içeren numunelerin şişme yüzdesi ve şişme basıncında azalma meydana geldiğini gözlemlemiştir. Kumun uçucu külün yerini aldıkça azalmanın devam ettiğini ve 28 günlük kürlü %15 C tipi uçucu kül ve %10 kum içeren numunenin en iyi performansı gösterdiğini tespit etmiştir Uçucu Külün Geçirgenliğe (Permeabilite) Etkisi Uçucu külün özelliklerine ve miktarına bağlı olarak, yeterli sıkışma ile, A.B.D. şartnamelerinde istenen 10-7 cm/sn den daha düşük permeabiliteler elde edilebilmektedir. C tipi uçucu külün sertleşme özelliğinden dolayı, arazide sıkıştırmanın su ile karıştırdıktan sonra süratle gerçekleştirilmesi (veya sertleşmeyi geciktirici katkı malzemesi kullanılması ) sıkıştırma enerjisi ve su muhtevasının sıkı 47

61 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR kontrolü gerekmektedir. Uçucu kül karışımlarının, ıslanma / kuruma ve donma / çözülme dayanımı, inorganik sıvıların geçirimsizliği olumsuz etkilemesi ve çevre açısından kimyasal etkileşim gibi özelliklerinin de olumlu olduğu tespit edilmiştir (Wasti, 1993). Araştırmacı, uçucu küllerin geçirgenliği azaltıcı etkisi nedeniyle, çevre geoteknolojisi alanında; zararlı atık veya çöp depolanan sahalarda sızdırmazlık tabakası olarak, katı atık sahalarındaki düşey geçirimsizlik perdelerinin geçirimsizliğinin azaltılmasında büyük faydalar sağlayacağını belirtmektedir. Şekil 4.11 de araştırmacının deneysel çalışma neticesinde elde ettiği F ve C tipi uçucu küllere ait permeabilite değerleri görülmektedir. Şekil F ve C tipi Uçucu Küllerin Permeabilite Katsayıları (Wasti, 1993) Günal (1996), Kemerburgaz kilinin %20 oranında Seyitömer uçucu külü ile karıştırılması neticesinde elde edilen karışımın permeabilite katsayısının 1,8x10-7 cm/sn olduğunu da belirtmektedir. Araştırmacı elde edilen bu değerin, Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Örgütü (US EPA) nün katı atık ve çöp depolama sahalarının sızdırmazlık tabakaları için belirlediği, permeabilite katsayı sınırına uygun olduğunu da belirtmektedir. 48

62 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Maher ve diğerleri (1993), su arıtma tesislerinde atık olarak büyük oranda ortaya çıkan, yüksek su muhtevası ve ince daneli madde içeriği sebebiyle, depolanma durumunda dahi, yüksek kurutma maliyeti yaratan arıtma çamurunun uçucu kül ilavesi ile iyileştirilmesi amacıyla, bir dizi deneysel çalışma gerçekleştirmişlerdir. Araştırmacıların, farklı oranlardaki arıtma çamuru ve uçucu kül karışımları üzerinde gerçekleştirdikleri permeabilite deneylerine ait sonuçlar, Çizelge 4.1 de görülmektedir. Şekil 4.12 yardımı ile de karşılaştırmalarını yapmak mümkün olmaktadır. Elde edilen sonuçlardan, karışımların 10-7 cm/sn civarında permeabilite katsayılarına sahip olduğu ve artan arıtma çamuru ile permeabilite katsayılarında bir miktar azalma meydana getirdiği sonuçları çıkarılmaktadır. Araştırmacılar bu sonuçlar ışığında, arıtma çamuru ve uçucu kül karışımlarının geçirimsiz tabaka ve perdelerin teşkilinde kullanılabileceğini belirtmektedirler. Çizelge 4.1. Arıtma Çamuru Uçucu Kül Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları (Maher, 1993) Karışım Uçucu kül : Arıtma çamuru oranı 2 : : 1 3 : 1 Permeabilite katsayısı (cm/sn) 1,56x10-7 2,19x10-7 4,32x10-7 Şekil Arıtma Çamuru Uçucu Kül Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları (Maher, 1993) 49

63 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Chu ve Kao (1993), düşük permeabiliteli gri Tayvan kilinin, uçucu kül ve cüruf ile iyileştirilmesi ne yönelik deneysel çalışmalarında, karışımlara ait permeabilite katsayılarını da belirlemişlerdir. Araştırmalarında uçucu kül olarak F sınıfı uçucu kül kullanmışlar ve puzzolanik reaksiyon yaratabilmek amacıyla kireç ihtiva eden cüruf kullanmışlardır. Çeşitli oranlardaki karışımlar 10-8 cm/sn mertebesinde permeabilite katsayıları vermişlerdir. Çizelge 4.2 ve Şekil 4.13 de deneysel çalışmalara ait sonuçlar görülmektedir. Çizelge 4.2. Tayvan Kili İle Uçucu Kül ve Cüruf Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları (Chu ve Kao, 1993) Karışım no A1 B1 B2 B3 Kil oranı (%) ,5 80 Uçucu kül oranı(%) Cüruf oranı (%) 0 5 7,5 10 Permeabilite katsayısı 8,3x ,6x10-8 7,5x10-8 6,1x10-8 k (cm/sn) Şekil Tayvan Kili İle Uçucu Kül ve Cüruf Karışımlarına Ait Permeabilite Katsayıları (Chu ve Kao, 1993) 50

64 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 4.6. Uçucu Külün Mukavemete Etkisi Tan ve İyisan (1996), %20 uçucu kül ilavesinin, Kemerburgaz kilinin mukavemet karakteristikleri üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Gerçekleştirdikleri üç eksenli basınç deneyleri, bir günlük kür neticesinde dahi, zeminin kayma direncinde önemli derecede artış meydana geldiğini göstermektedir. Araştırmacılar, kil ve uçucu kül karışımının kayma direnci açısında gözlemledikleri dikkat çekici artışın, büyük bir ihtimalle uçucu külün küresel daneciklerinden kaynaklandığını düşünmektedirler. Ferguson (1993), çok amaçlı bir yarış pistinin çok katmanlı ve düşük mukavemetli zemininin, uçucu kül kullanarak stabilizasyonunu sağlamak üzere, bir çalışma gerçekleştirmiştir. Çalışmasında, iki farklı termik santralden elde edilen, %28-33 oranında kalsiyum oksit ihtiva eden C sınıfı uçucu kül kullanılmıştır. Zemine uçucu kül ilavesi ile, altı farklı zemin tipine ait arasında değişen CBR değerlerinin aralığına kadar yükseldiği görülmüştür (Şekil 4.14). Aynı artış Şekil 4.15 de görüldüğü üzere, 7 günlük maksimum mukavemet değerlerinde de artış sağlanmıştır. Şekil %16 Uçucu Kül İlavesi İle CBR Değerlerinin Değişimi (Ferguson, 1993) 51

65 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül İlavesi İle 7 Günlük Mukavemet Değerlerinin Değişimi (Ferguson, 1993) Araştırmacı, uçucu kül ilavesinin zeminde meydana getireceği mukavemet artışından en iyi şekilde faydalanmak için, gecikme olarak tabir edilen, karışımın hazırlanması ve sıkıştırma işleminin uygulanması arasındaki sürenin 0-2 saat arasında olması gerektiğini de belirtmiştir. Şekil 4.16 da da görüldüğü üzere, çeşitli zemin tiplerine %14-18 oranında uçucu kül ilavesi ile 7 günlük mukavemet değerlerinde, gecikme meydana gelmemesi durumunda 10 kata yakın bir artış sağlanabilmektedir. 2 saatlik bir gecikme olması durumunda ise 7 günlük maksimum mukavemete sağlanan artış ancak 3 kat civarında olabilmektedir. Araştırmacı yaptığı çalışmalar neticesinde, C sınıfı uçucu külü çok etkili ve ekonomik bir stabilizasyon malzemesi olarak değerlendirmektedir. 52

66 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Uçucu Külün Mukavemete Etkisinde Gecikme İle Gözlenen Değişim (Ferguson, 1993) Özbayoğlu (1993), kumlu zemin örneklerinin, belirli oranlarda bentonit katkısı yanında, %5, 10, 15 ve %20 oranında uygulanan uçucu kül ve %5 ve %10 çimento katkısı ile mukavemetlerinde meydana gelen değişimi incelemiştir. Şekil 4.17 ve Şekil 4.18 de farklı uçucu kül oranlarının %5 bentonit katkısı yanında ayrıca %5 kireç ve %5 çimento katkısı ile kumlu zemin örneğinin, serbest basınç dayanımında meydana gelen değişimler görülmektedir. Deneyler neticesinde, zemine uçucu kül ilavesi ile mukavemet değerlerinde belirgin artışlar elde edilebildiğini fakat uçucu kül oranının artışının, belirli bir değerden sonra olumlu bir katkı sağlamadığı neticesine ulaşılmıştır. Araştırmacı, atık madde konumundaki uçucu küllerin yol dolgularında kullanılmasının ülke ekonomisi için yararlı olacağını belirtmektedir. 53

67 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül Katkısının Zamana Bağlı Olarak Dayanıma Etkisi (%5 çimento + %5 bentonit) (Özbayoğlu, 1993) Kür Süresi (gün) Şekil Farklı Oranlarda Uçucu Kül Katkısının Zamana Bağlı Olarak Dayanıma Etkisi (%5 çimento + %5 bentonit) (Özbayoğlu, 1993) 54

68 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nicholson ve Kashyap (1993), volkanik kökenli Hawaii zeminlerinin mukavemet değerlerinin uçucu kül ilavesi ile değişimlerini incelemişlerdir. %3 kireç ve %15 uçucu kül ilave edilen zeminlerden, Kaneohe siltinin CBR değerinin 2,4 ten 22 ye ve Kailua siltli kilinin 1 olan CBR değerinin de 14 e sıçradığını belirlemişlerdir (Şekil 4.19). Araştırmacıların üzerinde durdukları 5 farklı zemin numunesine ait serbest basınç dayanımları ve bunların kür süresine bağlı olarak değişimleri Çizelge 4.3 de görülmektedir. Araştırmacılar, uçucu külün mukavemete etkisinin her zemin tipi için farklı karakteristikleri olduğunu belirtmektedirler. Öyle ki, bazı zemin cinslerinde uçucu kül ilavesi ile 1 günlük kür sonunda mukavemet neredeyse yarı yarıya düşmekte fakat ilerleyen kür süresinde ilk mukavemet değerini biraz aşabilmekte iken (Palolo kili gibi), bazı tip zeminlerde (Kapolei siltli kili gibi ) tam tersine 1 günlük kür sonunda dahi mukavemet iki kadar artabilmektedir (Şekil 4.20). Çizelge 4.3. Uçucu Kül İlaveli Hawaii Killerinin Serbest Basınç Dayanımları (kpa) (Nicholson ve Kashyap, 1993) 55

69 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Volkanik kökenli zeminlerin CBR değerlerinin değişimi (Nicholson ve Kashyap, 1993) Şekil Volkanik Kökenli Zeminlerin Serbest Basınç Dayanımlarının Kür Süresine Bağlı Olarak Değişimi (Nicholson ve Kashyap, 1993) 56

70 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Keshawarz ve Dutta (1993), şişme potansiyeli yüksek olan ve alışılagelmiş olarak çimento ve kireç ile ıslah edilen Teksas zeminlerinin, bir alternatif olarak %20 F sınıfı uçucu kül kullanarak iyileştirilmesini araştırmışlardır. Ayrıca bir karşılaştırmaya olanak sağlamak üzere, aynı zeminler %6 kireç ve %10 portland çimentosu ilavesi ile hazırlanan karışımlarda hazırlanmıştır. Araştırmada, Teksas kökenli iki ayrı tip doğal zeminden yararlanılmıştır. Hazırlanan doğal zemin ve karışımlara ait numuneler, 28 günlük kür süresi sonunda mukavemet değerlerinin belirlenmesi amacıyla, serbest basınç deneyi ile kesilmişlerdir. Şekil 4.21 ve Şekil 4.22 de yer alan serbest basınç deneyi sonuçlarından da anlaşıldığı üzere uçucu kül ilavesinin zemin mukavemetinde ortaya çıkarttığı artış, kireç ve çimento ile ıslah edilenlere göre daha düşük bir seviyede kalmaktadır. Fakat uçucu külün ucuz maliyeti göz önüne alındığında önemli bir alternatif olduğu da aşikardır. Şekil Cadde Zemin Numunesine Ait Serbest Basınç Deneyi Sonuçları (Keshawarz ve Dutta, 1993) 57

71 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Premont Zemin Numunesine Ait Serbest Basınç Deneyi Sonuçları (Keshawarz ve Dutta, 1993) Araştırmacılar diğer stabilizasyon malzemeleri gibi uçucu külün de her zemin tipi için farklı bir etkisi olduğunu, bu sebeple, uçucu kül katkı oranının iyileştirme yapılacak zemin için ıslah işleminden önce deneysel çalışmalar ile belirlenmesi gerekliliğini de belirtmektedirler. Smith (1993), diğer araştırmacılardan farklı olarak uçucu külün tek başına endüstriyel atıkların stabilizasyonunda kullanılabilirliğini araştırmıştır. Netice olarak birçok uygulamada kullanılan, fiyatı yüksek olan ve üretimi kısıtlı olan taban külü, kireç tozu ve çimento tozu karşısında uçucu külün, kolay elde edilebilirliği ve ucuzluğu sebebiyle endüstriyel atık stabilizasyonunda kullanılabilir olduğu sonucuna varmıştır. Şekil 4.23 de uçucu kül ve diğer malzemelerin mukavemette meydana getirdikleri zamana bağlı artış gösterilmektedir. 58

72 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Uçucu Kül ve Diğer Malzemelerin Mukavemette Meydana Getirdikleri Zamana Bağlı Artış (Smith, 1993) Maher ve ark. (1993), su arıtma tesislerinde büyük oranda ortaya çıkan, su muhtevası ve ince daneli madde içeriği yüksek olan arıtma çamurunun, uçucu kül ilavesi ile iyileştirilmesi amacıyla bir dizi deneysel çalışma gerçekleştirmişlerdir. Chu ve Kao (1993), düşük plastisiteli gri Tayvan kilinin, uçucu kül ve cüruf ile iyileştirilmesini deneysel olarak incelemişlerdir. Uçucu kül olarak F sınıfı uçucu kül kullanılmış ve puzzolanik reaksiyon meydana getirebilmek amacıyla da %20 civarında kireç ihtiva eden cüruf ilave edilmiştir. Serbest basınç deneyi sonuçlarına göre zemine sadece uçucu kül ilavesi ile mukavemette gözlemlenen artışlar çok kısıtlı olmakta iken karışıma ayrıca cüruf ilavesi ile daha yüksek mukavemet artışları elde edilmiş görünmekle beraber zamana bağlı olarak mukavemet değerlerinin azalma durumu da gözlemlenmiştir. Ayrıca gerçekleştirilen üç eksenli basınç deneylerinden elde edilen c ve f değerlerinin değişimi de Şekil 4.24 ve Şekil 4.25 de görülmektedir. 59

73 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Şekil Tayvan Kili Uçucu Kül Karışımına Ait Kohezyon (Chu ve Kao, 1993) Şekil Tayvan Kili Uçucu Kül Karışımına Ait Kayma Direnci Açıları (Chu ve Kao, 1993) 60

74 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çakır (1999), Kemerburgaz Kilinin, %10 ve %20 oranlarda Seyitömer Uçucu Külü ilavesi ile iyileştirilmesini araştırmıştır. Gerçekleştirdiği Standart Proctor Deneyleri neticesinde zemine uçucu kül ilavesi ile optimum su muhtevası değerinin yükseldiğini ve maksimum kuru birim hacim ağırlık değerinin azaldığını tespit etmiştir. Ayrıca zemine uçucu kül ilavesinin mukavemette meydana getirdiği değişimi belirlemek üzere de üç eksenli basınç deneyleri yapmıştır. Bu değişimin zamana bağımlılığını belirlemek üzere deneyleri, 1 günlük, 7 günlük, 33 günlük ve 195 günlük, 4 farklı kür süresinde gerçekleştirmiştir. Deneyler neticesinde zemine uçucu kül ilavesinin mukavemeti %100 arttırdığını tespit etmiştir. Dayanımda meydana gelen artışın zamana bağlı olarak devam ettiğini tespit etmiştir. Mukavemetin 1 günlük kür süresinde dahi %50 arttığını, artışın büyük bir bölümünün 33 günlük kür süresinde tamamlandığını; fakat artışın hızını azaltarak zamana bağlı olarak devam ettiğini belirlemiştir. Artan uçucu kül miktarının mukavemette büyük bir değişim meydana getirmediğini gözlemlemiştir. Bu durumun belirli bir uçucu kül oranından itibaren artık mukavemette bir artış olmayacağına hatta azalmanın bile olabileceğine bir işaret olduğunu belirtmiştir. Çokça ve Toktaş (2002), dispersif bir kilin C tipi uçucu kül ile stabilizasyonunu araştırmışlardır. Değişik oranlarda ( %0, 3, 5, 7, 10, ve 13 ) C tipi uçucu külü dispersif zemin numunesine katarak, uçucu kül ilavesinin indeks, mukavemet ve konsolidasyon özelliklerine etkisine bakmışlardır. Sonuç olarak, uçucu kül miktarının artmasıyla numunenin optimum su içeriklerinin arttığını ve maksimum kuru birim hacim ağırlıklarının azaldığını bulmuşlardır. Numunenin içerisindeki uçucu kül miktarının artmasıyla numunenin sıkışabilirliğinin azaldığını tespit etmişlerdir. Ayrıca numune içindeki uçucu kül miktarının %7 ye arttıkça numunenin serbest basınç dayanımının arttığını, fakat daha fazla uçucu kül katkısının serbest basınç dayanımında düşüşe yol açtığını belirtmişlerdir (Çizelge 4.4). Savran (1988), kohezyonlu zeminlerin uçucu kül ile stabilizasyonunu incelemiştir. Yüksek plastisiteli Eymir Gölü Kili üzerinde, değişik miktarlarda kül kullanarak deneyler gerçekleştirmiştir. Uçucu kül miktarı, kür süresi ve sıkıştırma enerjisinin, mukavemet ve sıkışabilirliğe etkisini araştırmıştır. Deneyler sonucunda, puzzolanik uçucu külün katılmasıyla, zeminin geçirgenliğinin ve sıkışabilirliğinin 61

75 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR azaldığını; serbest basınç dayanımı ve drenajlı kayma dayanımının arttığını bulmuştur. Çizelge 4.4. Dispersif Bir Kilin C Tipi Uçucu Kül İle Stabilizasyonu (Çokça ve Toktaş, 2002) Uçucu Kül (%) Serbest Basınç Dayanımı ( kn/m 2 ) 0 456, , , , , ,81 Cömert, Koyuncu, Fırat ve Sümer (2006) uçucu kül ile stabilize edilmiş zeminlerde kür süresinin taşıma gücü üzerindeki etkilerini araştırmışlardır. Bunun içinde taze ve 28 günlük kür etkilerini incelemişlerdir. Yaptıkları deneyler sonucunda, 28 gün kür edilen karışımların CBR değerinin, geleneksel CBR deneyi sonuçlarına göre elde edilen CBR deneyinden %4 - %160 daha yüksek olduğunu belirlemişlerdir. Sonuç olarak puzzolanik reaksiyon içeren zemin stabilizasyonlarında, CBR deneyinin 28 gün kür edilmiş örnekler üzerinde yapılmasının daha uygun olacağı sonucuna varmışlardır. Aksoy, Yılmaz ve Akarsu (2006), killi bir zeminin C tipi uçucu kül kullanılarak stabilizasyonunu araştırmışlardır. Killi zemine %0, 3, 5 ve 10 gibi oranlarda C tipi uçucu kül katılarak optimum su muhtevalarında elde edilen numuneler üzerinde 1 günlük ve 7 günlük kür süresine tabi serbest basınç deneyleri yapmışlardır. Sonuçta serbest basınç mukavemetinin artan kül miktarı ile arttığını tespit etmişlerdir. Alkaya, İmançlı, Alyanak, Erken ve Çobanoğlu (2006), Yatağan Termik Santralı uçucu küllerinin zemin iyileştirilmesinde kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Uçucu külün zemin üzerindeki etkilerini belirlemek için zemine %5, 10, 15, 20 ve 25 oranlarında uçucu kül ilave etmişlerdir. Hazırladıkları numuneler üzerinde birtakım 62

76 4.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR deneyler (kıvam limitleri, proktor ve serbest basınç deneyi) yapmışlardır. Uçucu kül ilavesi ile g kmax değerinin azaldığını ve optimum su muhtevasının da azaldığını tespit etmişlerdir. Serbest basınç deneyleri sonucunda ise; zeminin kayma mukavemetinin artan kül oranı ile birlikte arttığını belirlemişlerdir. İlk 3 aylık kür süresi boyunca doğrusal bir artış meydana geldiğini ancak; 3 aydan sonra artışın daha yavaş bir hızla devam ettiğini bulmuşlardır. Bu sonuçlar Çizelge 4.5. de verilmiştir. Çizelge 4.5. Uçucu Kül Katkı Oranı ve Kür Süresine Göre Serbest Basınç Mukavemet Değerleri (kn/m 2 ) (Alkaya, İmançlı, Alyanak, Erken ve Çobanoğlu (2006) Karışım /Kür süresi Hemen 1 Hafta 1 Ay 3 Ay Zemin 103,2 %5 UK Katkılı Zemin 128, %10 UK Katkılı Zemin 131, ,7 235,1 %15 UK Katkılı Zemin 142,5 156,7 176,7 327 %20 UK Katkılı Zemin 135,8 160,3 195,9 334,4 %25 UK Katkılı Zemin ,3 215,1 377,7 63

77 5.DENEYSEL ÇALIŞMA 5. DENEYSEL ÇALIŞMA 5.1. Giriş Deneysel çalışma, zemin (kum), uçucu kül, çimento ve su karışımından oluşan silindir şeklindeki numunelerin serbest basınç deneylerini içermektedir. Deneylerde, zemine sabit miktarda çimento ilavesi ile uçucu külün miktarı ve kür süresi bakımından zeminin dayanımına etkisi araştırılmıştır. Çimento miktarı bütün numunelerde kuru ağırlığın %5 i, uçucu kül miktarı ise kuru ağırlığın %0, %5, %10, %15 ve %20 si olarak alınmıştır. Ayrıca hazırlanan numuneler 7, 14, 28 ve 56 günlük küre tabi tutulmuştur. Bu bölümde öncelikle deney düzeni, deneylerde kullanılan zemin (kum), uçucu kül ve çimento özellikleri ile bu çalışmada izlenen deney programı açıklanmıştır. Daha sonra, deneylerden elde edilen sonuçlar sunulmuştur Zemin Numunesinin (Kum) Özellikleri Deneysel çalışmalarda, Çukurova bölgesi, Seyhan nehir yatağından getirilen kum numuneler kullanılmıştır. Kum numuneler, ASTM standartlarına göre sırasıyla 18 no lu (1mm çaplı) ve 200 no lu (0,074mm çaplı) eleklerden yıkanarak elenmiştir. Bu işlem sonunda No.18 ile No.200 arasında kalan kumlar, 105 o C de etüvde kurutulduktan sonra, geniş bir alana serilerek oda sıcaklığında bekletilerek havalandırılmıştır (Yıldız, 2002). Deney kumunun endeks ve kayma mukavemeti özelliklerini belirlemek üzere Çukurova Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Zemin Mekaniği Laboratuarında bir seri deney yapılmıştır. Deney kumu üzerinde, ilk önce ASTM standartlarına göre elek analizi deneyi yapılarak dane çapı dağılımı bulunmuştur (Şekil 5.2). Deney kumunun %97 sinin dane çapı, 1mm (No 18) ile 0,25mm (No 60) arasında yer almaktadır. Zemin sınıfı ise, kötü derecelenmiş ince ve temiz kumdur (SP). Elek analizi deney sonuçları toplu olarak Çizelge 5.1 de verilmiştir. Sonra deney kumunun dane birim hacim ağırlığını 64

78 5.DENEYSEL ÇALIŞMA belirlemek için yapılan piknometre deneyinden γ s =26,8 kn/m 3 olarak bulunmuştur. Deney kumunun minimum ve maksimum kuru birim hacim ağırlığını bulmak için yapılan Relatif sıkılık deneyinden elde edilen sonuçlar Çizelge 5.2 de verilmektedir. Relatif sıkılığın çeşitli değerlerine göre kohezyonsuz zeminlerde sıkılık derecesi Çizelge 5.3 de verilmektedir. Son olarak deney kumu üzerinde yapılan kesme kutusu deneyi sonuçlarından, deney kumunun kayma mukavemeti açısı ф=41 o ve kohezyonu ise c=0 kpa olarak bulunmuştur (Yıldız, 2002). Ayrıca laboratuarda, numunelerde kullanılan deney kumu üzerinde Standart Proktor deneyi yapılmıştır. Bu deney sonucunda kullanılan kumun optimum su muhtevası %5,8 ve buna karşılık gelen maksimum birim hacim ağırlık 1,64gr/cm 3 olarak elde edilmiştir (Şekil 5.1). 1,64 Kuru Birim Hacim Ağ. (gr/cm 3 ) 1,63 1,62 1,61 1,60 1,59 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 Su İçeriği (%) Şekil 5.1. Deney Kumuna Ait Standart Proktor Deney Grafiği Çizelge 5.1 Kum Numunesine Ait Elek Analiz Sonuçları 65

79 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Granülometri Parametreleri Birim Değer Kaba Kum Yüzdesi % 0 Orta Kum Yüzdesi % 34 İnce Kum Yüzdesi % 66 Efektif Dane Çapı, D 10 mm 0,26 D 30 mm 0,30 D 60 mm 0,40 Üniformluluk Katsayısı, C u - 1,53 Derecelenme Katsayısı, C c - 0,87 Zemin Sınıfı - SP Çizelge 5.2. Kum Numunesine Ait Relatif Sıkılık Deney Sonuçları Relatif Sıkılık Parametreleri Birim Değer Dane Özgül Ağırlık, G s - 2,68 Maksimum Kuru Birim Hacim Ağırlık kn/m 3 17,8 Minimum Kuru Birim Hacim Ağırlık kn/m 3 15,9 Maksimum Boşluk Oranı, e max - 0,686 Minimum Boşluk Oranı, e min - 0,506 Çizelge 5.3. Kohezyonsuz Zeminlerde Sıkılık Tablosu Relatif Sıkılık, D r Sıkılık Derecesi 0-15 Çok Gevşek Gevşek Orta Sıkı Sıkı Çok Sıkı 66

80 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Şekil 5.2. Deney Kumunun Granülometri Eğrisi (Yıldız, 2002) 67

81 5.DENEYSEL ÇALIŞMA 5.3. Uçucu Kül Numunesinin Özellikleri Bu çalışmada Kahramanmaraş Afşin Elbistan Termik Santralından getirtilen uçucu kül kullanılmıştır. Kullanılan bu külün kimyasal özellikleri Çizelge 5.4 te verilmiştir. Kullanılan bu kül, kızdırma kaybı (%0,64), MgO (%1,70), serbest kireç (%1,08) miktarları bakımından standartları sağlamaktadır. Ancak, SO 3 (%8,50) ve SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 (%30,70) miktarları bakımından standartlara uymamaktadır. Bu yüzden kullanılan kül kimyasal kompozisyon bakımından standart dışı bir küldür (Sevim, 2003). Ayrıca kullanılan külün özgül ağırlığı (Ö.A) 2,92gr/cm 3, özgül yüzeyi (Ö.Y) ise 1820cm 2 /gr dır. Çizelge 5.4. Uçucu Külün Kimyasal Özellikleri (%) (Sevim, 2003) Oksit SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 SAF CaO MgO SO 3 SCaO KK Kül 18,96 8,04 3,79 30,79 53,23 1,7 8,5 1,08 0,64 Ayrıca laboratuarda uçucu kül numunesi üzerinde birtakım deneyler yapışmıştır. Yapılan Standart Proktor deneyi sonucunda uçucu külün maksimum kuru birim hacim ağırlığı (γ kmax ) 1,71gr/cm 3, optimum su muhtevası (W opt ) ise yaklaşık olarak %14 bulunmuştur (Şekil 5.3). 68

82 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Kuru Birim Hacim Ağ. (gr/cm 3 ) 1,75 1,70 1,65 1,60 1,55 1,50 1,45 1,40 0,00 7,00 14,00 21,00 28,00 Su İçeriği (%) Şekil 5.3. Uçucu Kül Numunesine Ait Kompaksiyon Eğrisi 5.4. Çimento Numunesinin Özellikleri Deneysel çalışmalarda, Adana Çimento Sanayi T.A.Ş. fabrikasında üretilen CEM II / B-M 42,5R Portland kompoze çimento kullanılmıştır. Kullanılan çimentoya ait kimyasal özellikler Çizelge 5.5 te verilmiştir. Ayrıca çimentoya ait analiz sonuçları da ekler kısmında verilmiştir. Portland kompoze çimento, çeşitli oranlarda portland çimentosu klinkeri ve katkı malzemelerinin, priz düzenleyici olarak da kalsiyum sülfatın katılarak öğütülmesi sonucunda elde edilen hidrolik bağlayıcıdır. Çizelge 5.5. Çimentoya Ait Kimyasal Özellikler Oksit SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 K 2 O Na 2 O KK CEM II 25,70 6,95 4,07 53,33 3,87 1,90 1,21 0,48 1,10 69

83 5.DENEYSEL ÇALIŞMA 5.5. Deney Düzeni Bu bölümde, yapılan deneysel çalışmalarda kullanılan deney numunelerinin neler olduğu, hazırlanmaları esnasında hangi yöntemlerin izlendiği, hangi esaslara uyulduğu gibi konular açıklanmaya çalışılmıştır Deney Numunesi Kalıpları Bu çalışmada ortalama, çapı 3,60cm ve boyu 7,20cm, ağırlığı 24-25gr arasında olan silindir şeklindeki plastik kalıplar kullanılmıştır. Ayrıca sıkıştırma işleminde 16,2cm boyunda, 3,25cm çapında ve 43,097gr ağırlığında tahta tokmak kullanılmıştır (Şekil 5.3). Şekil 5.4. Numune Kalıbı ve Sıkıştırma Tokmağı Deney Numunelerinin Gruplanması Bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, zemin numunesine sabit miktarda çimento ve değişen yüzdelerde uçucu kül eklenmesinin, zemin özelliklerine etkisini inceleyebilmek için 5 ayrı deney grubu oluşturulmuştur. Bu deney gruplarının tamamında, bağlayıcı etkisi nedeniyle %5 çimento sabit tutulmuştur. Sadece uçucu kül numunesinin oranları %0 dan başlayarak, %5 artımlarla %20 ye kadar arttırılmıştır. Deney grupları; 70

84 5.DENEYSEL ÇALIŞMA 1. %95 Zemin Numunesi + %5 Çimento + %0 Uçucu Kül + %6 Su (UK-0) 2. %90 Zemin Numunesi + %5 Çimento + %5 Uçucu Kül + %7 Su (UK-5) 3. %85 Zemin Numunesi + %5 Çimento + %10 Uçucu Kül + %8 Su (UK-10) 4. %80 Zemin Numunesi + %5 Çimento + %15 Uçucu Kül + %9 Su (UK-15) 5. %75 Zemin Numunesi + %5 Çimento + %20 Uçucu Kül + %10 Su (UK-20) şeklindedir. Uçucu külün zeminde gerçekleştireceği varsayılan iyileştirmenin zamana bağımlılığı veya zamanla değişiminin gözlemlenebilmesi amacıyla, içerisinde %0, %5, %10, %15, %20 oranında uçucu kül ihtiva eden deney gruplarına ait 7 günlük, 14 günlük, 28 günlük ve 56 günlük alt deney grupları oluşturulmuştur. Son deney grupları da şu şekilde oluşturulmuştur: 1. UK-0-7 (%0 Uçucu Kül 7 Günlük) 2. UK-0-14 (%0 Uçucu Kül 14 Günlük) 3. UK-0-28 (%0 Uçucu Kül 28 Günlük 4. UK-0-56 (%0 Uçucu Kül 56 Günlük 5. UK-5-7 (%5 Uçucu Kül 7 Günlük) 6. UK-5-14 (%5 Uçucu Kül 14 Günlük) 7. UK-5-28 (%5 Uçucu Kül 28 Günlük) 8. UK-5-56 (%5 Uçucu Kül 56 Günlük) 9. UK-10-7 (%10 Uçucu Kül 7 Günlük) 10. UK (%10 Uçucu Kül 14 Günlük) 11. UK (%10 Uçucu Kül 28 Günlük) 12. UK (%10 Uçucu Kül 56 Günlük) 13. UK-15-7 (%15 Uçucu Kül 7 Günlük) 14. UK (%15 Uçucu Kül 14 Günlük) 15. UK (%15 Uçucu Kül 28 Günlük) 16. UK (%15 Uçucu Kül 56 Günlük) 17. UK-20-7 (%20 Uçucu Kül 7 Günlük) 18. UK (%20 Uçucu Kül 14 Günlük) 19. UK (%20 Uçucu Kül 28 Günlük) 20. UK (%20 Uçucu Kül 56 Günlük) 71

85 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Serbest Basınç Deney Numunelerinin Hazırlanması Serbest basınç deney numunelerinin hazırlanmasında, bütün deney grupları için izlenen yöntem aynı olduğundan, her grup için ayrı ayrı açıklanmasına gerek görülmemiştir. İzlenen yöntem şöyledir: Zemin numunesinden belirli bir ağırlıkta alınan zemin, geniş bir metal tepside, o deney grubuna ait oranda uçucu kül ve %5 oranında çimento ile homojen bir görünüm elde edilene kadar iyice karıştırılır. Deney gruplarına ait, daha önceden belirlenen optimum su muhtevasını sağlayacak miktardaki su, karışımın üzerine gezdirilerek ilave edilir. Daha sonra tekrar homojen olana kadar iyice karıştırılır. Daha sonra da önceden hazırlanmış olan plastik ve 7,2cm boyunda 3,6cm çapında olan silindir kalıplar içerisine konulur. Kalıplara koyma işlemi 3 tabaka halinde olur ve her tabaka için 50 vuruş olacak şekilde, özel olarak hazırlanmış tahta tokmakla sıkıştırılır. Daha sonra yüzeyleri düzlenerek küre bırakılır. Şekil 5.5. Serbest Basınç Deney Numunelerinin Hazırlanma Aşamaları 72

86 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Deney Numunelerinin Küre Bırakılması Serbest basınç deneyinde kullanılacak olan numunelerin büyük bir kısmı, uçucu külün zemin özelliklerine etkisinin zamana bağımlılığının ölçülebilmesi için belirli sürelerde bekletilmesi gerektiğinden, hazırlanan numunelerin saklanma koşulları, çeşitli dış faktörlerin deney sonuçlarını etkilememesi için büyük önem arz etmektedir. Numunelerin saklanmasında en önemli unsur numunelerin sürekli su ile kür edilmesidir. Bu sebeple numuneler hazırlandıktan sonra düz bir kaba dizilerek üzerleri ıslak bez ile örtülmüş ve oda sıcaklığında muhafaza edilmiştir. 2 günde bir bu bezler sürekli olarak ıslatılarak deney yapılana kadar bu ortamda muhafaza edilmiştir. İyi bir kür için bu çok önemlidir. Şekil 5.6. Serbest Basınç Deney Numunelerine Kür Uygulanması Deneyin Yapılışı 1. İlk olarak kür halindeki numunelerden zamanı gelen numuneler kürden çıkarılır. Daha sonra çıkarılan numunelerin su muhtevaları fazla olacağından bir saat kadar oda sıcaklığında bekletilir. 73

87 5.DENEYSEL ÇALIŞMA 2. Bir saat sonra numuneler maket bıçağı yardımıyla kalıplardan çıkarılır ve bir saat daha oda sıcaklığında bırakılır. 3. Daha sonra numune serbest basınç cihazına yerleştirilir. 3,6cm çapında ve 7,2cm boyundaki numune presin alt platformuna merkezlenerek (simetrik) oturtulur. Alt ve üst başlıklar numuneye tam değecek şekilde yerleştirilir. Alt ve üst başlıklara yerleştirilen boy değişimini ölçen saatler sıfırlanarak yüklemeye başlanır. Yüklemenin eksenel bir şekilde olmasına dikkat edilmelidir. 4. Yükleme 0,6mm/sn hızla yapılmıştır. Deneyde kullanılan yük halkasının kalibrasyon katsayısı 0,30 kgf/div dir. Deneyde kullanılan yük halkasının kapasitesi 10kN dur. Yük ve boy değiştirme okumaları deney föyüne kaydedilmiştir. 5. Deneye, numunelerin yük alması bitene kadar devam edilmiştir. Numunelerin büyük bir çoğunluğu ani patlama şeklinde kırılmıştır (Şekil 5.6). Şekil 5.7. Numunelerin Deney Sonundaki Kırılmış Halleri 74

88 5.DENEYSEL ÇALIŞMA Şekil 5.8. Serbest Basınç Deneyinin Yapılışı 75