MERMER ATIĞININ GEOTEKNİK MÜhENDİSLİĞİNDE … · Serbest basınç deneyleri yapılan numuneler taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile incelenerek içyapısındaki değişiklikler

129

ANKARA - TURKIYE

be added into the clay which has a high liquid limit and the changes in microstructure (SEM) will be examined by scanning electron microscopy. Thus, the use of marble waste in the geotechnical engineering and the gains to be achieved as a result of recycling will be discussed.

Keywords: Marble dust, soil improvement, recycling, environmental pollution.

1. Giriş

Dünyadaki nüfusun artışıyla, tüketim artmakta ve tüketimle birlikte dünyadaki ve ülkemizdeki doğal kaynaklar hızla azalmaktadır. Bununla birlikte hızlı ekonomik büyüme, kentleşme, nüfus atışı ve sanayinin gelişmesi giderek artan miktarda atık üretimine yol açmaktadır. Buna bağlı olarak, doğal kaynakların sınırlı olması geri dönüşüm ve sürdürülebilir yapı teknolojilerini oldukça önemli bir konuma getirmiştir. İnşaat sektöründe, yol inşaatlarında, çöp depolama alanlarının inşasında ve beton imalatında kullanılan hammaddenin miktarının fazla olması, inşaat sektöründe geri dönüşüm ve sürdürülebilir malzemelerin kullanılmasını önemli kılmıştır. Mermerin başlıca tüketim alanları, inşaat sektörü, güzel sanatlar alanı ve dekorasyon olsa da, en geniş kullanım alanını inşaat sektörü teşkil etmektedir. Sonuç olarak, bu kadar mermerin işlenmesi ve kesilmesi sırasında çok fazla atık ortaya çıkmaktadır. Bu endüstriyel atıklar hem çevre kirliliğine yol açmakta hem de kullanılmayarak ülke ekonomisine zarar vermektedir (Şekil 1).

MERMER ATIĞININ GEOTEKNİK MÜhENDİSLİĞİNDE KULLANILMASI

UTILIZATION OF MARBLE WASTE IN GEOTEChNICAL ENGINEERING

Arş. Gör. Burak GÖRGÜNa* ve Yrd. Doç. Dr. Nazile URALb

a Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Bilecik, Türkiye, [email protected] b Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Bilecik, Türkiye, [email protected]

Özet

Dünya nüfusunun artışı ile tüketim artmakta ve bu durum doğal kaynakların hızlı bir şekilde azalmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle, etkin maddelerin tüketimini en aza indirmek ve nitelikli atıkları değerlendirmek çok önemli bir konu haline gelmiştir. Günümüzde inşaat sektörünün gelişmesi ve insanların daha iyi yaşama isteğinden dolayı, mermer çok fazla tüketilmeye başlanmıştır. Mermer sektörünün gelişmesi ve hızla işletmelerin artması atık malzemelerin de artmasına ve buna bağlı olarak atıkların değerlendirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu çalışmada mermer tozunun (MT), likit limiti yüksek kilin içyapısında oluşturduğu değişiklikler taramalı elektron mikroskop (SEM) ile incelenecektir. Böylelikle mermer atığının geoteknik mühendisliğinde kullanımı ve geri dönüşüm sonucunda elde edilecek kazanımlar tartışılacaktır.

Anahtar kelimeler: Mermer tozu, zemin iyileştirilmesi, geri dönüşüm, çevre kirliliği.

Abstract

With the increase in world population, consumption is increasing and this leads to rapid decrease on natural resource. Therefore, utilization of resources efficiently by minimizing the consumption of materials and recovering qualified wastes is a very substantial topic. Nowadays, because of the development of the construction industry and the desire for a better life for the people, the marble consumption becomes too high. The development and consumption in the marble cause the lots of waste marble so the increase in the waste material requires the evaluation of waste. In this study, marble dust (MT) will

130

2nd International Sustainable Buildings Symposium

aşırı oturmaya ve düşük dayanıma sahip killi zeminler ise her ne kadar mühendislik yapısı iyi projelendirilmiş olsa da yapılar için sorun oluşturmaktadır. Bu problemlerin azaltılmasında, katkı maddeleri ile zemin iyileştirme yoluna gidilebilir. Zemin iyileştirilmesinde çimento, uçucu kül, kireç, bitüm, mermer atığı gibi maddeler kullanılabilir. Katkı maddeleri tek başına zemin iyileştirmesinde kullanıldığı gibi [2,3] katkı maddelerine atık maddeler de ilave edilerek zemin iyileştirmesi sağlanabilir [4]. Buna ilave olarak mermer tozu kullanılarak zeminlerin gerek dayanımını arttırmada [5] gerekse de zeminlerin şişmesinin azaltılmasında [6,7] kullanılmıştır. Ayrıca mermer toz atıkları da kullanılarak yol inşaatlarında temel ve alt temel malzemesi olarak atıklar değerlendirilmiştir [8,9]. Bu çalışma kapsamında ticari amaçla kullanılan, kile %10 ve %20 oranlarında atık mermer tozu ilave edilerek, kompaksiyon deneyi ile optimum su muhtevaları ve kuru birim hacim ağırlıkları bulunmuştur. Optimum su muhtevasında hazırlanan numuneler 0 ve 7 günlük küre bırakılmıştır. Serbest basınç deneyleri yapılan numuneler taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile incelenerek içyapısındaki değişiklikler tespit edilmiştir.

2. Materyal ve Metot

Bu çalışmada kullanılan esas zemin malzemesi olarak likit limiti 103 olan kil kullanılmıştır (Çizelge 1).

Çizelge 1. Kilin İndeks Özellikleri

Zemin Cinsi LL Ip Gs

Kil 103 65 2.66

Kil zemine katkı olarak %10 ve %20 oranlarında mermer tozu kullanılmıştır. Kil, %10 ve %20 oranlarında azaltılarak yerine aynı miktarda mermer tozu (MT) katılmıştır. Numunelere kompaksiyon deneyleri yapılarak optimum su muhvetaları tespit edilmiştir. Kompaksiyon deneyleri TS-1900/1’de anlatıldığı gibi standartlara uygun bir şekilde yapılmıştır [10]. Elde edilen optimum su muhtevasında numunelere su katılarak maksimum sıkışmaları sağlanmıştır. Numuneler 0 günlük ve 7 günlük kür sonucu TS1900-2’ye göre serbest basınç deneylerine tabi tutulmuştur [11] (Şekil 2). Hiçbir işleme tabi tutulmadan, 0 ve 7 günlük numuneler 24 saat, 105 C’de etüvde bırakılmıştır. Daha sonra numuneler taramalı elektron mikroskopu ile incelenerek içyapılarına bakılmıştır. SEM deneyi Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Merkez Araştırma Laboratuvarında yapılmıştır. Bu çalışmada SEM fotoğrafları x10000 büyüklüğünde verilmiştir (Şekil 3).

Şekil 1: Mermer atıklarının doğaya bırakılması sonucu çevrenin kirletilmesi.

Çevreye doğrudan atık malzeme bırakmak çevre sorunlarına neden olabilir. Bu nedenle pek çok ülkede hala atık malzemelerin yeniden kazanımı sayesinde, çevreye daha az zarar vermek için çalışmalar yapılmaktadır. Gelişmekte olan birçok ülkede atıklara karşı çevreyi korumak için hemen hemen hiçbir kural yok ise de gelişmiş ülkelerde çevreyi korumak için katı kurallar vardır. Atıklar yeni ürünler üretmek için ya da doğal kaynakların tekrar kullanımı için dönüştürülür böylece çevre atıklarla kirletilmekten korunur. Türkiye’de mermer tozu ve mermer parçalarının atık hale gelmesi doğrudan tarım ürünleri için tehlike oluşturduğu gibi insan ve hayvan sağlığı için de tehlike oluşturmaktadır. Ayrıca çevreye atılan atık maddeler görüntü kirliliğine sebep olmaktadırlar. Mermer atıklarının çevreyi olumsuz etkilediği beş alan bulunmaktadır. Bunlar; topografyanın değişikliğe uğraması, toprak işgaline neden olması, yüzey ve yeraltı suyunun bozulmasına, hava kirliliği oluşturması ve görüntü kirliliği oluşturmasıdır. Bu nedenle, farklı sektörlerde mermer tozu ve mermer parçalarının kullanımı çevrenin korunmasına yardımcı olacaktır. Bir taşıyıcı olarak zemin, üzerine yapılacak yapı için uygun özelliklere sahip olmayabilir. Bu durumda çözüm yapı yerini değiştirmek veya zemin özelliklerini iyileştirmekle elde edilebilir. Birinci çözüm her zaman mümkün olamamaktadır. Bu durumda zemin özelliklerinin iyileştirilmesi yoluna gidilmektedir. Zemine katkı maddeleri katarak yapılan iyileştirme yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Son zamanlarda ise, katkı maddeleri olarak atık malzemelerin kullanımı söz konusu olmaktadır. Bu durum, zeminlere istenen özellikleri kazandırırken atık malzemelerin de değerlendirilmesini ortaya çıkarmaktadır. Mermerin işlenmesi esnasında oluşan ve çökeltme havuzlarında biriken mermer tozu bu malzemelerden biridir. Mermerin kimyasal bileşiminin kireçle büyük benzerlik göstermesi ve mermer tozu taneciklerinin çok küçük boyutlu olması, ince taneli zeminlerin iyileştirilmesi için kireç yerine mermer tozunun kullanılabileceği fikrine neden olmuştur [1]. Artan şehirleşmeyle birlikte yeni yollara, konut binalarına ve hizmet binalarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu durum taşıma gücü yüksek olmayan zeminler üzerine de yollar ve binalar inşa edilmesi durumunu ortaya çıkarmaktadır. Yüksek şişme/büzülme potansiyeline,

131

28 - 30th May 2015 | Ankara - TURKIYE

Şekil 3: Numunelerin taramalı elektron mikroskopu ile incelenmesi

Şekil 4: %100 kil SEM (taramalı elektron mikroskopu) görüntüsü

Genel olarak bu çalışmada mermer tozunun (MT) kilde katkı maddesi olarak kullanılması serbest basınç mukavemetini arttırmıştır. Ayrıca 7 gün kürde bekletilen zemin numuneleri, kürsüz zemin numunelerinden daha yüksek serbest basınç mukavemeti değeri verdiği görülmektedir. Şekil 5 ve 7’de mermer tozunun (MT) artmasıyla topaklanma oluştuğu görülmektedir. Şekil 6 ve 8’de ise kürün etkisiyle bu topaklanmanın daha da belirginleştiği görülmektedir.

Şekil 5: %90 kil + %10 mermer atığı SEM (taramalı elek-tron mikroskopu) görüntüsü (Kürsüz)

Şekil 2: Numuneler üzerinde serbest basınç deneyi yapılması

3. Deney Sonuçları

Deney kapsamında kil ile mermer tozu katılan zemin numunelerine kompaksiyon deneyi yapılarak su muhtevası ve kuru birim hacim ağırlıkları tespit edilmiştir. Mermer tozu (MT) yüzdesi arttığında optimum su muhtevası azalmış, maksimum kuru birim hacim ağırlık artmıştır (Çizelge 2).

Çizelge 2. Zemin numunelerinin optimum su muhtevalarına (wopt) karşılık gelen maksimum kuru birim

hacim ağırlıkları (γk max)

Zemin CinsiOptimum Su muhtevası (wopt) (%)

Maksimum Kuru birim hacim ağırlık

(γk max) (kN/m3)

%100Kil 36 13,10

%90Kil+%10MT 28 13,60

%80Kil+%20MT 24 13,80

Yapılan deney sonucunda en düşük serbest basınç mukavemetini %100 kil zemin vermiştir. Şekil 4’te verilen %100 kil zeminin SEM fotoğraflarında boşluklu bir yapı görülmektedir. En yüksek serbest basınç mukavemeti ise %20 mermer tozu katkılı, 7 gün küre tabi tutulmuş numunede görülmektedir (Çizelge 3).

Çizelge 3. Zemin numunelerinin serbest basınç mu-kavemetleri

Zemin Cinsi Kür Miktarı (Gün)

Serbest Basınç Mukavemeti (kPa)

%100Kil 0 112

%90Kil+%10MT 0 140%80Kil+%20MT 0 173

%90Kil+%10MT 7 273

%80Kil+%20MT 7 321

132

2nd International Sustainable Buildings Symposium

için büyük tehdit unsuru olan mermer atıklarının inşaat sektöründe kullanılabilirliği üzerine yapılacak çalışmaların geri dönüşüm mekanizmaları oluşturma açısından önemli olduğu görülmüştür. Türkiye’de kullanılamayan mermer atıkları önemli ekonomik kayıp oluşturmaktadır. Bu malzemelerin ekonomiye kazandırılması gerekmektedir. Kullanılan mermer atıklarıyla sadece enerji tasarrufu olarak değil, büyük oranda çevreye ve tarım arazilerine verilen zararlarının da minimuma indirilmesi gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında kile atık madde halindeki mermer tozu ilave edilerek kilin içyapısı incelenmiştir. Yapılan deneyler ve analizler sonucunda artan mermer tozu ile zeminin dayanımı artmaktadır. Ayrıca, zemin numunesine kür uygulanması dayanıma olumlu yönde etki etmiştir. SEM fotoğrafları da, bu olumlu etkiyi göstermektedir.

kaynaklar[1]. Mustafa Arıkan, Türkiye’de Mermercilik, 12 Mart 2012（ erişim, http://

www.maden.org.tr[2]. Misra, A. K., Mathur, R., Rao, Y. V., Singh, A. P., & Goel, P., “A New

Technology Of Marble Slurry Waste Utilization İn Roads.” J Sci Ind Res, 69, 67-72., (2010).

[3]. Zorluer, I., & Usta, M., “Zeminlerin atık mermer tozu ile iyileştirilmesi.”, (2003).

[4]. Cömert, A. T., Fırat, S., & Sümer, G. Y. M. “Uçucu Kül, Mermer Tozu Ve Atık Kumun Yol Alt Temel Dolgusunda Kullanımı.”, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Onüçüncü Ulusal Kongresi, İstanbul Kültür Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, (2010).

[5]. Ural, N., Karakurt, C., & Cömert, A. T., “Influence of marble wastes on soil improvement and concrete production.” Journal of Material Cycles and Waste Management, 16(3), 500-508., (2014).

[6]. Başer, O., Çokça, E., “Şişen Zeminlerin Atık Mermer Tozu Kullanarak İyileştirilmesi”, Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Onüçüncü Ulusal Kongresi, İstanbul, Türkiye, (2003).

[7]. Gandhi, K. S., “Stabilization of Expansive Soil of Surat Region using Rice Husk Ash & Marble Dust.” International Journal of Current Engineering and Technology, 3(4), 1516-1521, (2013).

[8]. Okagbue, C.O., Onyeobi, T.U.S., “Potensial of marble dust to stabilise red tropical soils for road construction”, Engineering Geology, Elsevier Science, Vol:53, pp 371-380, (1999).

[9]. Çelik, M.Y., “Mermer Atıklarının (Parça-Tozlarının) Değerlendirilmesi”, Y Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (1996).

[10]. Türk Standardları Enstitüsü (TSE), “İnşaat Mühendisliğinde Zemin Lâboratuvar Deneyleri - Bölüm 1: Fiziksel Özelliklerin Tayini”, TS 1900-1, Ankara, Türkiye, (2006)

[11]. Türk Standardları Enstitüsü (TSE), “İnşaat Mühendisliğinde Zemin Lâboratuvar Deneyleri – Bölüm 2: Mekanik Özelliklerin Tayini”, TS 1900-2, Ankara, Türkiye, (2006)

Şekil 6: %90 kil + %10 mermer atığı SEM (taramalı elek-tron mikroskopu) görüntüsü (7 Günlük Kür)

Şekil 7: %80 kil + %20 mermer atığı SEM (taramalı elek-tron mikroskopu) görüntüsü (Kürsüz)

Şekil 8: %80 kil + %20 mermer atığı SEM (taramalı elek-tron mikroskopu) görüntüsü (7 Günlük Kür)

4. Sonuçlar

Sanayinin gelişmesi ile mermer kullanılması artmıştır. Mermer ocak işletmeciliği ve üretim tesislerinde ortaya çıkan parça ve toz boyutundaki, atıkların miktarı oldukça fazladır. Büyük oranlardaki bu atıkların geri kazanımı ve yeniden kullanımı hem çevrenin hem de doğal kaynakların korunması bakımından önem taşımaktadır. Yapılan araştırmalarda çevre