Çimento ile stabilize edilmiş yumuşak killi zeminlerde zeolit ve polipropilen elyaf ilavesinin etkisi

Abstract

Yumuşak killi zeminler genellikle düşük dayanıma ve yüksek oturma potansiyeline sahiptir. Bu tür zeminlerin bulundukları konumlar itibariyle değerlendirilip, mevcut bölge koşulları ile stabilizasyon yapılması gerekliliği ekonomik açıdan öne çıkmaktadır. Çimento zemin özelliklerini geliştirmek için son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak çimentonun hamurunun gevrek yapısı, yüksek üretim maliyeti ve üretim sırasında sera gazlarının salınımı gibi dezavantajları vardır. Bu nedenle çimentonun tamamen veya en azından kısmen yerini alabilecek çevre dostu, uygun maliyetli ve sürdürülebilir yeni malzemeler bulmak günümüzde büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada Bartın kenti yerleşim alanında yer alan düşük dayanım ve düşük taşıma kapasitesine sahip yumuşak killi zeminlerin güçlendirilmesi için yüksek performanslı, maliyeti geleneksel harca göre düşük, çevre dostu ve daha esnek bağlayıcı bir harç geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu hedefe ulaşmak için Portland çimentosu ile birlikte doğal zeolit ve polipropilen elyaf kullanılmıştır. Bu hedefe doğrultusunda doğal zemine ağırlıkça %0, %2.5, %5, %7.5 ve %10 oranlarında Portland çimentosu eklenmiş ve çimento ağırlığının %0, %20, %40, %60 ve %80 oranlarında zeolit ile yer değiştirilmiştir. Zemin–çimento-zeolit karışımlarına ağırlıkça %0, %0.25, %0.50, %0.75 ve %1 oranlarında polipropilen elyaf eklenerek yapay zemin karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımların Standart proktor deneyi ile maksimum kuru birim hacim ağırlıkları ve optimum su muhtevaları belirlenmiştir. Elde edilen karışımlar, belirlenen maksimum kuru birim hacim ağırlıklarda sıkıştırılarak deney numuneleri hazırlanmıştır. Deney numuneleri 3, 7 ve 28 gün süre ile 23±1°C sıcaklığında nemli ortamda kür edildikten sonra üzerinde serbest basınç ve dolaylı çekme deneyleri uygulanmıştır. Aynı koşullarda ve oranlarda Portland çimentosu kullanılarak referans numuneleri hazırlanmıştır. Elde edilen deney sonuçları referans numunelerinin deney sonuçları ile karşılaştırılarak katkı oranı ve kür süresine bağlı olarak dayanım gelişmeleri incelenmiş ve stabilize edilmiş zemin matrisinde optimal katkı oranları belirlenmiştir. Ayrıca üretilen numunelerden seçilen serilerde SEM analizi yapılarak mikro yapıdaki değişim ve mekanik davranışı ilişkilendirilmiştir. Sonuç olarak %20 zeolit ve %0.25 polipropilen elyaf içeren numunelerinin çimentolu karışımlara kıyasla az miktarda deformasyona karşı direnç ve mukavemetin en yüksek düzeyde olduğu tespit edilmiştir.

Soft clayey soils generally have low bearing capacity and high settlement potential. Evaluating these types of soils in terms of their location and the stabilization of the existing conditions is economically important. Cement has been widely used in recent years to improve soil properties. However, cement has disadvantages such as its brittle structure, high production costs, and greenhouse gas emissions during production. Therefore, finding environmentally friendly, cost-effective, and sustainable new materials that can completely or at least partially replace cement is of great importance today. In this study, a high-performance, cost-effective, environmentally friendly, and more flexible binder was developed to strengthen soft clayey soils with low strength and low bearing capacity in the residential area of Bartın city. To achieve this goal, natural zeolite and polypropylene fibers were used in combination with Portland cement. In line with this objective, Portland cement was added to the natural soil at weight percentages of 0%, 2.5%, 5%, 7.5% and 10%, and the cement weight was replaced with zeolite at percentages of 0%, 20%, 40%, 60% and 80%. Artificial soil mixtures were prepared by adding polypropylene fibers at weight percentages of 0%, 0.25%, 0.50%, 0.75% and 1% to the soil-cement-zeolite mixtures. The maximum dry unit weights and optimum water contents of the prepared mixtures were determined using the Standard Proctor test. The obtained mixtures were compacted at the determined maximum dry unit weights to prepare the test specimens. The specimens were cured in a moist environment at 23±1°C for 3, 7, and 28 days, after which unconfined compression and indirect tensile tests were performed. Reference specimens were prepared using Portland cement under the same conditions and proportions. The obtained test results were compared with the results of the reference specimens to examine the strength improvements depending on the additive ratio and curing period, and optimal additive ratios were determined in the stabilized soil matrix. Additionally, selected series of specimens were subjected to SEM analysis to correlate microstructural changes with mechanical behavior. As a result, it was determined that the specimens containing 20% zeolite and 0.25% polypropylene fibers exhibited the highest resistance and strength against slight deformation compared to the cementitious mixtures.