dÖkÜmhane cÜrufunun karayolu İnŞaatinda ...ağırlık (astm c127-15, astm c128-15) ve su emme...

DÖKÜMHANE CÜRUFUNUN KARAYOLU İNŞAATINDA

DOLGUDA VE GRANÜLER TABAKALARDA KULLANIM

OLANAKLARININ ARAŞTIRILMASI

INVESTIGATION OF FOUNDRY SLAG UTILIZATION IN FILL AND

GRANULAR BASE APPLICATIONS IN HIGHWAY CONSTRUCTION

Fatih YONAR*1 H. Atilla DİKBAŞ

2 Işıl DOĞAN

3

ABSTRACT

Energy and raw materials consumption in industrial production processes has started to

decrease steadily thanks to researches conducted regarding sustainibility. Alongside the

conventional recycling approaches, waste of an industry has started to be evaluated as the raw

material of another industry.

In line with these developments, in order to reduce the environmental impacts of raw material

production and to lower the consumption of natural resources in Turkey, alternative raw

materials should be taken into consideration. Accordingly in this paper, utilization probability

of foundry slag which is obtained from Bursa region is investigated for fill and granular base

applications in highway construction.

Firstly components of foundry slag sample are analyzed using X-Ray diffraction method.

Physical properties of sample are investigated according to tests defined in Highway

Technical Specifications 2013. Ecological analysis of foundry slag is investigated from eluate

and original material according to Storage of Solid Waste Appendix 2 regulations.

Maximum dry density, optimum water content and California bearing ratio values of mixtures

are obtained. Fill and granular base mixtures are prepared again in order to determine

potential expansion rates of samples according to ASTM D4792 test.

In conclusion, utilization probability of foundry slag as an artificial aggregate in fill and

granular sub-base applications in highway construction is investigated in terms of physical,

ecological and mechanical properties. Obtained test results and suggestions are presented.

Keywords: Foundry slag, granular bases, highway construction, sustainability.

ÖZET

Sürdürülebilirlik kapsamındaki çalışmalar ile endüstriyel üretimde enerji ve hammadde

tüketimi günden güne azalmaktadır. Geleneksel geri dönüşüm yaklaşımlarına ek olarak,

herhangi bir sektörde üretim sonrası ortaya çıkan atıklar, yan ürün olarak farklı bir sektörde

değerlendirilmeye başlanmıştır.

Bu yaklaşımlar doğrultusunda, Türkiye’de de çevresel etkinin ve doğal kaynak tüketiminin

azaltılması için alternatif hammaddelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu çalışma

kapsamında Bursa bölgesinden temin edilen dökümhane cürufunun karayolu inşaatında dolgu

ve granüler tabakalarda kullanım olanakları incelenmiştir.

*1 Dr., TechnoBee Akademik Firması, [email protected] 2 Prof. Dr., Medipol Üniversitesi, [email protected] 3 Çevre Müh., Componenta Dökümcülük Tic. ve San. A. Ş., [email protected]

925

7. Geoteknik Sempozyumu 22-23-24 Kasım 2017, İstanbul

İlk olarak dökümhane cürufunun bileşenleri X-ışını kırınım yöntemi ile incelenmiştir.

Numunenin fiziksel özellikleri, Karayolları Teknik Şartnamesi 2013’te tanımlanan deneyler

uyarınca araştırılmıştır. Dökümhane cürufunun çevresel etkisi, Katı Atıkların Düzenli

Depolanması Ek-2 kapsamında eluattan ve orijinal malzeme üzerinden test edilmiştir.

Karışımların maksimum kuru birim hacim ağırlık, optimum su muhtevası ve California taşıma

oranı değerleri belirlenmiştir. Dolgu ve alttemel karışımları, Agregaların Hidratasyondan

Potansiyel Genleşmesi Deneyi için yeniden hazırlanmış ve deney ASTM D4792 standardı

uyarınca gerçekleştirilmiştir.

Sonuç olarak dökümhane cürufunun yapay agrega olarak karayolu inşaatında dolgu ve

granüler tabakalarda kullanım olanakları; fiziksel, çevresel ve mekanik özellikler bakımından

irdelenmiş ve elde edilen sonuçlar, öneriler ile sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Dökümhane cürufu, granüler tabakalar, karayolu inşaatı,

sürdürülebilirlik

1. GİRİŞ

Bu çalışma kapsamında ele alınmış olan dökümhane cürufu, döküm tesislerinden temin

edilmiştir. Döküm; ergimiş metalin, içerisinde boşluk bulunan bir kalıba dökülüp

katılaştırılmasıyla istenilen şeklin elde edilmesi yöntemi olarak tanımlanmaktadır [1]. Döküm

sanayii; çeşitli pik demir, çelik hurda ve ferro alaşımların endüksiyon, ark veya kupol

ocaklarında ergitilerek kum, seramik veya metal kalıplarda şekillendirilmesiyle, sanayinin

ihtiyacı olan pik, çelik, sfero ve temper döküm ürünlerinin ham veya işlenmiş olarak üretildiği

sektördür [2].

2011 yılı döküm sektörü verilerine göre, Türkiye döküm sektöründe toplam 1040 kuruluş yer

almaktadır. Bu kuruluşların, 1024'ü özel teşebbüs, 16'sı ise kamu ve askeri tabanlıdır. 2011

yılı verilerine göre demir-çelik döküm sektöründe 655 kuruluş, demir dışı döküm sektöründe

ise 375 kuruluş yer almaktadır.

Türk döküm sektörü, 2010 yılı üretim rakamları itibari ile Almanya, Fransa ve İtalya'yı

takiben Avrupa'da 4. sıraya yerleşmiş olmakla birlikte, dünyada 13. sırada yer almaktadır.

Dünya döküm üretiminin % 1,4'ü Türkiye'de yapılmaktadır.

Metal dökümcülüğü, geri dönüşümün en fazla gerçekleştirildiği endüstri dalı olmakla birlikte

halen işlenemeyen katı, sıvı ve gaz atıklar ortaya çıkmaktadır. Girdisi büyük miktarlarda kum

olan dökümhane atıkları, içerdiği kirlilikler açısından genellikle inorganik karakterlidir [3].

Döküm sektöründe, bir ton döküm malzeme üretiminde ~0,6-0,8 ton arası atık ortaya

çıkmakta olup, bu miktarın 0,4-0,6 tonunu kullanılmış kumlar oluşturmaktadır. Örneğin

Türkiye'de 2011 yılı üretim rakamlarına göre, 1.433.050 ton döküm üretimi yapılmış, buna

karşılık proseslerden tahmini 450.000 ton atık oluşmuştur. Bu miktarın yaklaşık % 65’i

döküm kumu, % 10’u cüruf, % 15'i toz-çamur ve % 10’u refrakter, yağ, taş, boya, varil gibi

atıklardır [4].

Geleneksel atık yönetimi hiyerarşisindeki sıralamada, atığın en düşük miktarda ortaya çıkması

ve en az zararı verecek nitelikte olması tercih edilen seçenek olup diğer bir seçenek, atıkların

yeniden kullanım, geri dönüşüm ve enerji/hammadde geri kazanımının sağlanmasıdır. Son

seçenek ise atıkların güvenli bir şekilde nihai bertarafının (düzenli depolama, enerji geri

kazanımı olmadan yakma) sağlanmasıdır [5]. Atıkların çevre dostu yöntemlerle geri kazanımı

ve diğer endüstriler için katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülerek sanayide uygulamaya

aktarılması; doğal kaynaklarımızın korunması, hammadde tasarrufunun sağlanması,

ekonomiye katkı sağlanması, çevrenin korunması, atık miktarının azaltılması ve gelecek için

yatırım olması bağlamında ülkemiz açısından gerekliliktir [6].

926


Son dönemde ülkemizde artan karayolu inşaatları aynı zamanda agrega talebini arttırmıştır.

Artan agrega talebine karşılık olarak açılan yeni taş ocakları, doğal kaynaklarımızın tüketim

hızını arttırmakta ve olumsuz çevresel etkiler yaratmaktadır. Bu doğrultuda cürufun, karayolu

inşaatında yapay agrega olarak kullanılması, doğal agregaya farklı bir alternatif sunmakla

birlikte sürdürülebilirlik bakımından ve mali açıdan ülkemize katkı sağlayacaktır [7].

Bu çalışma kapsamında, Bursa bölgesinde üretim yapan bir döküm tesisinden numune alınmış

ve numunenin kimyasal, fiziksel, mekanik ve çevresel analizleri yapılmıştır. Kimyasal

analizlerde XRD yöntemi esas alınmış, fiziksel ve mekanik özelliklerde ise Karayolları

Teknik Şartnamesi 2013’te (KTŞ 2013) tanımlanan deneyler yapılmıştır. Çevresel analiz

kapsamında 26.03.2010 tarihli, 27533 sayılı Resmi Gazete’de yayınlanmış olan “Atıkların

Düzenli Depolanmasına Dair Yönetmelik Ek-2”de belirtilen parametreler araştırılmıştır.

2. MALZEME VE YÖNTEM

Bu bölüm dahilinde, Malzeme alt bölümünde, ilk olarak alınan numunenin gözlemlenen ve

üretici tarafından aktarılan temel özellikleri açıklanmıştır. Kimyasal Özellikler alt bölümde

dökümhane cürufunun, XRD yöntemi ile belirlenen bileşenleri ve kritik bileşenlere ilişkin

değerlendirmeler verilmiştir. Fiziksel Özellikler alt bölümde, KTŞ 2013’te tanımlanan ve

dökümhane cürufuna uygulanan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak

verilmiş, sonuçlara ilişkin değerlendirmeler yapılmıştır. Mekanik Özellikler alt bölümünde,

dolgu ve granüler tabaka karışımlarına yapılan Proctor ve CBR deneyleri, değerlendirmeler

ile sunulmuştur. Potansiyel Genleşme alt bölümünde, ASTM D4792 standardı uyarınca

karışımların, genleşme olasılıkları incelenmiştir. Çevresel Analiz alt bölümünde, Ek-2

kapsamında gözlemlenen parametreler, atık sınıfı limitleri ile karşılaştırmalı olarak

verilmiştir.

2.1. Malzeme

Dökümhane cürufu numunelerinin temin edildiği işletme, “döküm parça üretimi” (motor blok,

motor blok muhafazası, volan muhafazası, fren diski, kampana, krank mili, dişli kutusu, aks

dingili) alanında faaliyet göstermektedir. İşletme; ergitme, kalıplama, kum rejenerasyon,

maça, tamamlama/temizleme ve işleme/talaşlı imalat bölümlerinden oluşmaktadır.

Ergitme üretim merkezinde, üretilecek ürünün özelliğine göre pik ve hurda kaporta sacları

endüksiyon ocaklarında ergitilmektedir. Bu aşamada ergitme ve saflaştırma işlemleri

gerçekleştirilmektedir.

Bu çalışma kapsamında incelenen cüruf, tesisin ergitme üretim merkezinde ortaya

çıkmaktadır. Dolayısıyla ergitme üretim merkezindeki hammadde girişi, şarj hazırlama,

ergitme ocakları ve tutma ocakları aşamaları aşağıda sunulmuştur:

Hammadde Girişi: Pik, hurda sac, yolluk, sakat parça, piklet, ferro alyaj, karbon verici ve

çapak ergitme, üretim merkezinin ana girdileri olarak belirtilmektedir. Şarj hazırlama

aşamasında hammaddeler, şarj kovalarına doldurulmakta ve ergitme ocaklarına

gönderilmektedir. Ergitme ocakları aşamasında şarj kovaları, vibratörlere doldurularak

ergitme işlemi gerçekleştirilmektedir. Tutma ocakları (maden hazırlama) aşamasında

ergitilmiş sıvı metal, bekletme ocaklarına alınarak istenen kimyasal bileşimi yakalamak için

ferro alaşım ve karbon verici ilaveler yapılmakta, cüruf çekme işlemi gerçekleştirilmektedir.

Dökme demir özelliğindeki sıvı metal, iyileştirme istasyonuna gitmekte aşılama işlemi

yapıldıktan sonra potalar ile döküm hatlarına gönderilmektedir.

927


Döküm hatlarına gönderilen tüm potalardan, döküm işlemi öncesinde cüruf çekme işlemi

yapılmaktadır. Potadan alınan cüruf, boşaltıldığı alanda hava şartları ile soğumaya

bırakılmakta, daha sonra tesis stok sahasına yönlendirilmektedir.

Sıvı metalin üzerinden alınan cüruf, bir miktar metalik demir içermektedir. Bu metalik

demirin geri kazanılması amacıyla, dökümhane cürufu kırılarak manyetik ayrıştırıcıdan

geçirilmektedir. İşlem sonrasında metalinden ayırılmış ve homojen boyutlara getirilmiş bir

cüruf ortaya çıkmaktadır.

İnceleme için alınan numune, metalik demirin ayrıştırıcı ile çekildiği, maksimum tane boyutu

40 mm olan taze dökümhane cürufudur.

2.2. Kimyasal Özellikler

Numunenin kimyasal bileşenleri XRD yöntemi ile incelenmiştir. CaO, Al2O3, SiO2, MgO,

Fe2O3 ve MnO, ana bileşenler olarak kabul edilmiş ve XRD analizinde bu bileşenler

araştırılmıştır. Elde edilen oranlar, Tablo 1’de sunulmuştur.

Tablo 1. Dökümhane Cürufu Kimyasal Bileşenleri Ana Bileşenler, %

CaO Al2O3 SiO2 MgO Fe2O3 MnO

5,51 14,63 59,06 2,24 11,02 1,38

Tablo 1’de verilen bileşenler arasında, dökümhane cürufunun kullanımı açısından en dikkat

çekenleri CaO ve MgO’dur. Çelikhane cürufları bünyesinde de bulunan CaO ve MgO’nun,

bağlayıcısız karışımlarda genleşmeye neden olduğu, bitümlü sıcak karışımlarda ise suya

hassasiyeti arttırdığı belirlenmiştir. Genleşmenin önüne geçmek amacıyla çelikhane cürufu

için 12 ila 18 ay yaşlandırma süreci tavsiye edilmektedir [8]. Fakat çelikhane cürufundaki

CaO içeriği % 25 ila 50 arasında MgO içeriği ise % 4 ila 15 arasında değişmektedir [9].

Dökümhane cürufundaki CaO ve MgO içeriğinin düşük olmasına karşın, bu iki bileşenin su

etkisi ile hidrate olarak genleşme ihtimalleri vardır. Bu doğrultuda dökümhane cürufu ile

üretilen bağlayıcısız karışımlara genleşme deneyi uygulanmıştır.

2.3. Fiziksel Özellikler

Fiziksel özellikler kapsamında ilk olarak numuneye elek analizi (ASTM C136-06)

yapılmıştır. Devamında dökümhane cürufuna KTŞ 2013’te granüler tabakalarda kullanılacak

doğal agrega için tanımlanmış olan Yassılık İndeksi (BS 812), Hava Tesirlerine Karşı

Dayanıklılık (ASTM C88-05), Los Angeles Aşınma Kaybı (ASTM C535-12), Atterberg

Limitleri Tayini (ASTM D4318), Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı (ASTM C142),

Organik Madde Tayini (AASHTO T-21), Metilen Mavisi (ASTM C837), Birim Hacim

Ağırlık (ASTM C127-15, ASTM C128-15) ve Su Emme (ASTM C127-12, ASTM C128-12)

deneyleri yapılmıştır [10].

Şekil 1’de alınan numuneye yapılan elek analizinin grafiği sunulmuştur.

Tablo 2’de, boyut gruplarına göre numunenin birim hacim ağrılık ve su emme değerleri

verilmiştir.

Tablo 2’de görüldüğü üzere, tane boyutu küçüldükçe su emme değerleri düşmektedir. Bunun

temel nedeni, iri tanelerin daha gözenekli yapıda olmasıdır.

928


Şekil 1. Dökümhane Cürufu Elek Analizi

Tablo 2. Birim Hacim Ağrılık ve Su Emme Değerleri

Boyut Grubu ρa ρssd ρrd Su Emme, %

75-37,5 mm 2,443 2,299 2,199 4,55

37,5-25 mm 2,552 2,427 2,347 3,43

25-19 mm 2,541 2,423 2,346 3,27

19-9,5 mm 2,778 2,678 2,622 2,14

9,5-4,75 mm 2,531 2,441 2,382 2,49

4,75-2 mm 2,819 2,715 2,659 2,14

2-0,425 mm 2,840 2,741 2,688 1,99

0,425-0,075 mm 2,782 2,690 2,638 1,96

Filler 2,630 - - -

Tablo 3’te, KTŞ 2013 Kısım 206’da Dolgular kapsamında tanımlanan Dolgu Malzemesi,

Dona Hassas Olmayan Taban Malzemesi ve Koruyucu Tabaka Seçme Malzeme için

belirtilmiş olan deneyler, KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Tablo 3’te görüldüğü üzere; dökümhane cürufu, Dona Hassas Olmayan Taban Malzemesi için

KTŞ 2013’te belirtilmiş olan % 3 su emme limiti dışında tüm koşulları sağlamaktadır. % 3,11

su emme değeri karışımdaki kaba tanelerin oranlarına göre hesaplanmış olup, karışımdaki

kaba agreganın su emme ortalamasını vermektedir.

Tablo 3. Dolgu Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri

Tabaka Deney Şartname

Limiti

Deney

Sonucu

Dolgu Likit Limit, % < 60 -

Plastisite İndeksi % < 35 -

Dona Hassas

Olmayan Taban

Malzemesi

0,075mm'den geçen, % < 12 1,1

Likit Limit, % < 25 -


Kaba Agrega Su Emme, % < 3 3,11

Koruyucu Tabaka

Seçme Malzeme

0,075mm'den geçen, % < 50 1,1

Likit Limit, % < 40 -


Tablo 4’te, KTŞ 2013 Kısım 401’de alttemel malzemesi için belirtilmiş olan deneyler, KTŞ

2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

929


Tablo 4’te görüldüğü üzere, dökümhane cürufu KTŞ 2013’te Alttemel malzemesi için

belirtilmiş olan tüm koşulları sağlamaktadır. % 2,69 su emme değeri karışımdaki tanelerin

oranlarına göre hesaplanmış olup, karışımdaki tanelerin su emme ortalamasını vermektedir.

Tablo 4’te dikkat edilmesi gereken bir diğer sonuç da Aşınma Kaybı değeridir. Dökümhane

cürufu, % 43,6 parçalanma oranı ile KTŞ 2013 limitine son derece yakındır. Numunenin bu

denli narin davranması, gözenekli yapısından kaynaklanmaktadır.

Tablo 4. Alttemel Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri Deney Şartname Limiti Deney Sonucu

Hava Tesirlerine Karşı Dayanıklılık, % ≤ 25 4,3

Aşınma Kaybı, % ≤ 45 43,6

Likit Limit, % ≤ 25 -

Plastisite İndeksi % ≤ 6 -

Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı, % ≤ 2 0,11

Organik Madde, % ≤ 1 0

Yassılık İndeksi, % ≤ 35 5,4

Metilen Mavisi, g/kg ≤ 4 0,5

Su Emme, % ≤ 3,5 2,69

Tablo 5’te, KTŞ 2013 Kısım 402’de Granüler Temel malzemesi için belirtilmiş olan deneyler,

KTŞ 2013 limitleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.

Tablo 5. Granüler Temel Malzemesi Deney Sonuçları ve KTŞ 2013 Limitleri Deney Şartname Limiti Deney Sonucu

Hava Tesirlerine Karşı Dayanıklılık, % ≤ 20 4,3

Aşınma Kaybı, % ≤ 35 43,6

Kil Topağı ve Dağılabilen Tane Oranı, % ≤ 1 0,11

Yassılık İndeksi, % ≤ 30 5,4

Su Emme, % ≤ 3,0 2,48

Organik Madde, % 0 0

Likit Limit, % NP NP

Plastisite İndeksi % NP NP

Metilen Mavisi, g/kg ≤ 3 0,5

Tablo 5’te görüldüğü üzere, dökümhane cürufu KTŞ 2013’te Granüler Temel malzemesi için

belirtilmiş olan tüm koşulları, aşınma kaybı haricinde sağlamaktadır. % 2,48 su emme değeri

karışımdaki tanelerin oranlarına göre hesaplanmış olup karışımdaki tanelerin su emme

ortalamasını vermektedir. Tablo 5’te dikkati çeken sonuç aşınma kaybı değeridir. Dökümhane

cürufu, % 43,6 parçalanma oranı ile KTŞ 2013 limitini karşılamamaktadır.

2.4. Mekanik Özellikler

Mekanik özellikler kapsamında ilk olarak malzemenin tabii halde dolguda kullanılma

olanaklarının belirlenebilmesi için karışıma standart Proctor (ASTM D698) ve standart yaş

CBR (ASTM D1883-7) deneyleri uygulanmıştır. Karışıma ait standart Proctor grafiği Şekil

2’de sunulmuştur.

Şekil 2’de çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 20,28 kN/m3, optimum su

muhtevası ise % 5,53 olarak belirlenmiştir. Ağırlıkça % 5,53 su katılarak hazırlanan karışıma

standart yaş CBR deneyi uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda şişme

gözlemlenmemiştir. KTŞ 2013 Kısım 206’da dolgu olarak kullanılacak malzemenin

maksimum kuru birim hacim ağırlığının en az 14,22 kN/m3 olması istenmektedir [10].

Dökümhane cürufu dolgu karışımı, istenen değeri sağlamaktadır. CBR deneyi uygulanan yaş

numuneye ait deplasman-kuvvet grafiği Şekil 3’te sunulmuştur.

930


Şekil 3’teki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 64,6 olarak hesaplanmıştır.

KTŞ 2013 Kısım 206’da Koruyucu Tabaka Seçme Malzemenin standart yaş CBR değerinin

en az % 10 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu dolgu karışımı, istenen değeri

sağlamaktadır.

Şekil 2. Dolgu Malzemesi Standart Proctor Grafiği

Şekil 3. Dolgu Malzemesi Standart Yaş CBR Grafiği

Dökümhane cürufunun ürün konumunda olmaması ve kırma-eleme işleminin KTŞ 2013’te

tanımlanan boyutlara göre yapılmaması nedeniyle Alttemel Tip-A ve Tip-B tabakalarında,

karışımlar ideal tane dağılımına göre hazırlanmıştır. Alttemel Tip-A karışımına ait modifiye

Proctor (ASTM D1157) grafiği Şekil 4’te sunulmuştur.

Şekil 4. Alttemel Tip-A Modifiye Proctor Grafiği

931


Şekil 4’te çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 19,68 kN/m3, optimum su


modifiye yaş CBR (ASTM D1883-7) deneyi uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda

şişme gözlemlenmemiştir. CBR deneyi uygulanan yaş numuneye ait deplasman-kuvvet

grafiği Şekil 5’te sunulmuştur.

Şekil 5. Alttemel Tip-A Karışımı Modifiye Yaş CBR Grafiği

Şekil 5’teki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 107,5 olarak

hesaplanmıştır. KTŞ 2013 Kısım 401’de Alttemel Tip-A karışımının modifiye yaş CBR

değerinin en az % 30 olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu Alttemel Tip-A karışımı,

istenen değeri sağlamaktadır.

Alttemel Tip-B karışımına ait modifiye Proctor (ASTM D1157) grafiği Şekil 6’da

sunulmuştur.

Şekil 6. Alttemel Tip-B Modifiye Proctor Grafiği

Şekil 6’da çizilen eğriden maksimum kuru birim hacim ağırlık 19,66 kN/m3, optimum su


modifiye yaş CBR deneyi (ASTM D1883-7) uygulanmıştır. 96 saat suda bekletilen karışımda

şişme gözlemlenmemiştir. CBR deneyi uygulanan yaş numuneye ait deplasman-kuvvet

grafiği Şekil 7’de sunulmuştur.

932


Şekil 7’deki eğilim çizgisi kullanılarak, düzeltilmiş CBR değeri % 111 olarak hesaplanmıştır.

KTŞ 2013 Kısım 401’de Alttemel Tip-B karışımının modifiye yaş CBR değerinin en az % 50

olması istenmektedir [10]. Dökümhane cürufu Alttemel Tip-B karışımı, istenen değeri

sağlamaktadır.

Şekil 7. Alttemel Tip-B Karışımı Modifiye Yaş CBR Grafiği

Dökümhane cürufunun aşınma kaybı değerinin % 43,6 olması ve KTŞ 2013 Kısım 402

Granüler Temel için kullanılacak olan malzemede maksimum aşınma kaybı % 35

istendiğinden, Granüler Temel ve Plent-Miks Temel tasarımları yapılmamıştır.

2.5. Potansiyel Genleşme

Dünya çapında bu konuya ilişkin iki temel yöntem öne çıkmaktadır. Bunlardan ilki, sıcak su

ile cürufun genleşmesini sağlamaktadır. Bu kapsamda tanımlanmış ASTM D4792 ve JIS A

5011 standartları mevcuttur. İkincisi ise su buharı ile genleşmenin desteklendiği, EN 1744-1

standardında tanımlanmış olan yöntemdir [11].

Bu çalışma kapsamında ASTM D4792 standardı, dökümhane cürufunun genleşmesinin

ölçülmesi için esas alınmıştır. Standart deney süresi 7 gün olarak tanımlanmıştır. Fakat

genleşme eğiliminin devam etmesi durumunda deney süresinin, eğilim sona erene kadar

uzatılması tavsiye edilmektedir [12].

Potansiyel genleşme deneyi, dolgu ve alttemel karışımına uygulanmıştır. Alttemel

karışımında en kötü senaryonun göz önüne alınabilmesi amacıyla ASTM D4792 deneyi için

minimum boşluk – maksimum kuru birim hacim ağırlık değerine sahip Alttemel Tip-A

karışımı tercih edilmiştir. Genleşme limiti olarak, ASTM D4792 standardında çelikhane

cürufunun kullanımı için önerilen % 0,5 değeri kabul edilmiştir.

Dolgu ve Alttemel Tip-A karışımına ait genleşme grafiği Şekil 8’de sunulmuştur.

Şekil 8. Dolgu ve Alttemel Tip-A Karışımı Genleşme Grafiği

933


Şekil 8’de görüldüğü üzere, genleşmenin artma eğilimi göstermemesi üzerine ASTM

D4792’de belirtildiği gibi deney yedinci günde sonlandırılmıştır. Dolgu karışımının

maksimum genleşmesi % 0,19, Alttemel Tip-A karışımının maksimum genleşmesi % 0,45

olarak belirlenmiştir. Bu değerler, ASTM D4792 standardında önerilen % 0,5 limitini

sağlamaktadır.

2.6. Çevresel Analiz

Çevresel analizde, numunenin orijinalinde ve numune ile üretilen eluatta 26.03.2010 tarihli,

27533 sayılı Resmi Gazete’de yayınlanmış olan “Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair

Yönetmelik Ek-2”de belirtilen parametreler araştırılmıştır. Numuneden elde edilen sonuçlar,

Ek-2 limitleri ile birlikte Tablo 6’da sunulmuştur.

Tablo 6. Numune Analiz Sonuçları ve Ek-2 Limitleri

Parametre Birim Numune Sınır Değerler

Sınıf 1 Sınıf 2 Sınıf 3

Florür mg/L 0,7 50 15 1

Sülfat mg/L 5 5000 2000 100

Toplam Çözünmüş Madde (180 oC) mg/L 18 10000 6000 400

Çözünmüş Organik Karbon (DOC) mg/L ≤ 1 100 80 50

Toplam Organik Karbon mg/kg 26000 - - 30000

Klorür mg/L 4 2500 1500 80

Bakır mg/L ≤ 0,01 10 5 0,2

Baryum mg/L 0,04 30 10 2

Civa mg/L ≤ 0,0002 0.2 0.02 0.001

Nikel mg/L ≤ 0,001 4 1 0.04

Antimon mg/L ≤ 0,0005 0,5 0,07 0,006

Arsenik mg/L 0,002 2,5 0,2 0,05

Kadmiyum mg/L ≤ 0,0005 0,5 0,1 0,004

Toplam Krom mg/L 0,03 7 1 0,05

Kurşun mg/L ≤ 0,0005 5 1 0,05

Selenyum mg/L ≤ 0,001 0,7 0,05 0,01

Molibden mg/L 0,002 3 1 0,05

Çinko mg/L 0,03 20 5 0,4

Fenol Indeksi mg/L ≤ 0,03 - - 0.1

pH (25 oC) - 8,22 - - -

LOI (Yanma Kaybı), (550 oC) % ≤ 0,1 10 - -

BTEX (Benzen, Toluen, Etil benzen, Ksilen) mg/kg ≤ 0,25 - - 6

Mineral Yağ ve Türevleri mg/kg ≤ 100 - - 500

PCBs (toplam) mg/kg ≤ 0,1 - - 1

Tablo 6’da görüldüğü üzere, dökümhane cürufu, 3. sınıf bir başka deyişle durağan (inert) atık

olarak kabul edilmektedir. 27533 sayılı Resmi Gazete’de yayınlanmış olan “Atıkların Düzenli

Depolanmasına Dair Yönetmelik” kapsamında durağan (inert) atıklar; fiziksel, kimyasal veya

biyolojik olarak önemli derecede herhangi bir değişime uğramayan, çözünmeyen, yanmayan,

fiziksel veya kimyasal olarak reaksiyona girmeyen, biyolojik bozunmaya uğramayan veya

temas ettiği maddeleri çevreye veya insan hayatına zarar verecek şekilde etkilemeyen ve

toplam sızıntı kabiliyeti ve ekotoksisitesi önemsiz miktarda olan, özellikle yüzeysel su ve

yeraltı suyu kirliliği tehlikesi yaratmayan atıklar olarak tanımlanmaktadır. Kanserojen, toksik,

patlayıcı, tutuşabilen, korozif, tahriş edici vb. özelliklerinden dolayı insan sağlığı ve çevre

bakımından risk teşkil eden atıklar, tehlikeli atık sınıfına girmektedir. Tehlikesiz atıklar ise

kısaca tehlikeli atık sınıfına girmeyen atıklar olarak tanımlanmışlardır.

934


Dökümhane cürufunun durağan atık sınıfına girdiğine ilişkin deney sonuçlarına ek olarak;

1998’de yapılan bir risk değerlendirme çalışmasında, demir-çelik menşeili cürufların, pek çok

uygulama alanında ekoloji ve insan sağlığı üzerinde herhangi bir olumsuz etkisinin

bulunmadığı belirlenmiştir [13]. Bu çalışmaya göre “makul maksimum maruz kalma” ve “en

makul maruz kalma” durumları Environmental Pollution Agency (EPA) kıstaslarında

incelenmiştir. Bu değerlendirme kapsamında tüm yol ve senaryolardan maruz kalınabilecek

ortalama dozlar hesaplanmıştır [13]. Berilyum, kadmiyum ve nikelin farklı formları

potansiyel kanserojen olarak dikkate alınmıştır. Cürufun farklı kullanımlarından oluşabilecek

potansiyel sağlık etkilerini tanımlayan risk karakterizasyonunun oluşturulabilmesi için maruz

kalma ve toksisite durumları birlikte ele alınmıştır. Makul maksimum maruz kalma durumuna

göre teorik kanser riski on milyarda 2 ila on milyarda 8 aralığında hesaplanmıştır. Bu da

milyonda 1 ila on binde 1 aralığından küçük olduğundan, EPA tarafından göz ardı edilebilir

olarak kabul edilmektedir [14].

3.SONUÇLAR

Bu çalışma kapsamında, dökümhane cüruf numunesinin, karayolu inşaatında dolgu ve

granüler tabakalarda kullanım olanakları incelenmiş ve elde edilen sonuçlara ilişkin

değerlendirmeler aşağıda sunulmuştur.

Kimyasal bileşenler incelendiğinde, dökümhane cürufunun da çelikhane cürufuna

benzer şekilde fakat daha düşük oranlarda CaO ve MgO içerdiği belirlenmiştir. Bu

bileşenlerin genleşmeye neden olduğu bilinmektedir. Bu nedenle dökümhane cürufu

ile hazırlanan karışımların inşaat uygulamalarında kullanılmadan önce genleşme

olasılıklarının tespit edilmesi gerekmektedir.

Fiziksel ve mekanik özellikler bakımından, dökümhane cürufunun, herhangi bir ek

işleme gerek kalmadan dolgu malzemesi olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Fakat

bu çalışmada kullanılan dökümhane cürufunun, dona hassas olmayan taban malzemesi

için KTŞ 2013’te tanımlanan % 3 su absorbsiyonu limitine uymadığı belirlenmiştir.

Malzemenin su absorbsiyonu değerleri, tane boyutu küçüldükçe azaldığı için, dona

hassas olmayan taban malzemesi olarak kullanılabilmesi amacıyla maksimum tane

boyutunun 19 mm olarak düzenlenmesi gerekmektedir.

Dökümhane cürufunun, gerekli tane dağılımı sağlandığı takdirde, alttemel malzemesi

olarak kullanımının, fiziksel ve mekanik özellikler açısından herhangi bir sorun teşkil

etmediği belirlenmiştir.

Dökümhane cürufu, aşınma değeri bakımından granüler temel uygulamalarında (temel

ve plent-miks temel) kullanılamamaktadır. Bu durum, dolgu ve alttemel

karışımlarında elde edilen maksimum kuru birim hacim ağırlıklarla da

desteklenmektedir. Dolgu karışımının maksimum kuru birim hacim ağrılığı 20,28

kN/m3 iken alttemel karışımlarında bu değerler 19,68 kN/m

3 ve 19,66 kN/m

3tür.

Dökümhane cürufu narin yapısı nedeniyle modifiye kompaksiyon sırasında

parçalanmakta ve karışımın tane dağılımı değişmektedir. Alttemel karışımlarında

yeterli CBR değerleri gözlemlense de diğer granüler tabaka tiplerinin uygulanmasında

taşıma gücüne ilişkin sorunlar yaşanacağı açıktır. Alttemel uygulamalarında ise

kompaksiyon ile parçalanabilen taneler dikkate alınarak kompaksiyon kalınlığının,

gerekli incelemeler yapılarak mümkün olduğunca büyük alınması tavsiye

edilmektedir.

Dökümhane cürufunun, çelikhane cüruflarına oranla düşük CaO ve MgO içeriği,

karışımların genleşme miktarlarını limitler altında tutmuştur. Bu çalışmada kullanılan

935


dökümhane cürufu, CaO ve MgO’nun hidratasyonu için yaşlandırma işlemine gerek

kalmadan kullanılabilmektedir.

Yapılan Ek-2 analizi ve taranan literatür doğrultusunda dökümhane cürufunun yapay

agrega olarak kullanımının çevre ve insan sağlığı üzerinde bir etkisi olmayacağı

kanaatine varılmıştır.

Sonuç olarak; bu çalışmada ele alınan dökümhane cürufunun, karayolu inşaatında herhangi

bir işlemden geçirilmeden dolgu ve koruyucu tabaka seçme malzemesi, maksimum tane

boyutu belirtilerek dona hassas olmayan taban malzemesi ve gerekli kırma ve eleme

işlemlerinden geçirilerek, KTŞ 2013 Kısım 401’de tanımlanan granülometriye uygun hale

getirilerek, alttemel malzemesi olarak kullanımının teknik açıdan uygun olduğu belirlenmiş ve

dökümhane cürufunun çevre ve insan sağlığına bir etkisi olmayacağı kanaatine varılmıştır.

KAYNAKLAR

[1] Sylvia J.G., (1972). “Cast Metals Technology”, Addison-Wesley.

[2] Kepez Ü., (2007). “Türkiye'de Döküm Sektörü-Demir Döküm”, TÜBİTAK Metal

Teknoloji Platformu Oluşturma Çalıştayı, 23-24 Şubat 2007, Kocaeli.

[3] Yerlikaya C., (2001). “Dökümhane Atık Kumlarındaki İnorganik ve Organik Kirleticilerin

Karakterizasyonu”, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2001.

[4] HAWAMAN, (2009). “Türkiye'de Sanayiden Kaynaklanan Tehlikeli Atıkların

Yönetiminin İyileştirilmesi”, Döküm Sektörü Rehber Döküman, LIFE HAWAMAN

Projesi, LIFE06 TCY/TR/000292, ÇOB, Ankara.

[5] EU, (2008). “Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19

November 2008 on Waste and Repealing Certain Directives”, Official Journal of EU,

L 312, 29.11.2008, 3-30.

[6] Çevre ve Orman Bakanlığı, (2008). “Atık Yönetimi Genel Esaslarına İlişkin Yönetmelik”,

05.07.2008 tarih 26927 sayılı Resmi Gazete.

[7] Pasetto M., Baldo N., (2010). “Experimental Evaluation of High Performance Base

Course and Road Base Asphalt Concrete with Electric Arc Furnace Slags”, Journal of

Hazardous Materials, 181, 938-948

[8] Huang, Y., Bird, R. N., Heidrich, O. (2007). “A Review of the Use of Recycled Solid

Waste Materials in Asphalt Pavement”, Science Direct, Resources, Conservation and

Recycling, 52, 58-73.

[9] Motz H., Geiseler J. (2001). “Products of Steel Slags an Opportunity to Save Natural

Resources”. Waste Management, 21, 285-293.

[10] Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM), (2013). “Karayolları Teknik Şartnamesi 2013”.

[11] Yonar, F., (2017). “Elektrik Ark Ocağı Çelikhane Cürufunun Karayolu Esnek Üstyapı

Tabakalarında Kullanımının Ve Karışım Performansının Araştırılması”, Doktora

Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2017.

[12] ASTM, (2013). “Standard Test Method for Potential Expansion of Aggregates from

Hydration Reactions”, (ASTM D4792 / D4792M-13).

[13] Chaurand, P., Rose, J., Briois, V., Olivi, L., Hazemann, J., Proux, O., Domas, J., and

Bottero, J. (2007). “Environmental Impacts of Steel Slag Reused in Road

Construction: A Crystallographic and Molecular Approach”, Journal of Hazardous

Materials, Vol. 139, No.3, pp. 537-542.

[14] Kneller, A.W., Gupta, J., Borkowski, L.M., and Dollimore, D. (1994). “Determination of

Original Free Lime Content of Weathered Iron and Steel Slag by Thermogravimetric

Analysis”, Transportation Research Record 1434, Transportation Research Board,

Washington, D.C., pp. 17-22.

936


dÖkÜmhane cÜrufunun karayolu İnŞaatinda ...ağırlık (astm c127-15, astm c128-15) ve su emme...

Documents