Download - ELEKTRİK ARK FIRINI CÜRUFUNUN KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI ...polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/16040/1/10134191.pdf · İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı ARALIK 2016 FEN BİLİMLERİ

ARALIK 2016

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

ELEKTRİK ARK FIRINI CÜRUFUNUN KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI

AŞINMA VE BİNDER TABAKALARINDA AGREGA OLARAK

KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

Onur DEMİR

İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı

Ulaştırma Mühendisliği Programı

ARALIK 2016

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ




YÜKSEK LİSANS TEZİ

Onur DEMİR

(501151413)

İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı

Ulaştırma Mühendisliği Programı

Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Şükrüye İYİNAM

iii

Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Şükrüye İYİNAM ..............................

İstanbul Teknik Üniversitesi

Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Murat ERGÜN

İstanbul Teknik Üniversitesi

Yrd. Doç. Dr. Mustafa Sinan YARDIM

Yıldız Teknik Üniversitesi

İTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 501151413 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi

Onur DEMİR, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten

sonra hazırladığı “ELEKTRİK ARK FIRINI CÜRUFUNUN KARAYOLU ESNEK

ÜSTYAPI AŞINMA VE BİNDER TABAKALARINDA AGREGA OLARAK

KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI” başlıklı tezini aşağıda imzaları

olan jüri önünde başarı ile sunmuştur.

Teslim Tarihi : 25 Kasım 2016

Savunma Tarihi : 23 Aralık 2016

v

Aileme,

vii

ÖNSÖZ

Yüksek Lisans çalışmalarım süresince çalışmalarıma yön veren, bilgi ve tecrübesini

paylaşan, günlük yaşantısında güler yüzünü hiç eksik etmeyen değerli danışman

hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Şükrüye İYİNAM’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Çalışmalarımın başından beri hiç bir yardımı esirgemeyen, yoğun temposuna rağmen

çok emeği geçen Sayın İnşaat Yüksek Mühendisi Fatih YONAR'a ve Sayın İnşaat

Yüksek Mühendisi Barış YILMAZ’a minnettarlığımı sunarım. Tezin deneysel

kısımlarında katkıları olan değerli laboratuvar teknisyenimiz Murat ŞAHİN’e çok

teşekkür ederim.

Bu günlere gelebilmem için maddi ve manevi hiçbir fedakârlıktan kaçınmayan

annem ve babama, tüm aileme sonsuz şükranlarımı sunarım.

Kasım 2016 Onur DEMİR

İnşaat Mühendisi

ix

İÇİNDEKİLER

Sayfa

ÖNSÖZ…… .............................................................................................................. vii İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... ix KISALTMALAR .................................................................................................... xiii

ÇİZELGE LİSTESİ ................................................................................................. xv ŞEKİL LİSTESİ ..................................................................................................... xvii

ÖZET……… ............................................................................................................ xix SUMMARY ............................................................................................................. xxi 1. GİRİŞ….. ................................................................................................................ 1 2. KARAYOLU İNŞAATI ALTYAPI VE ÜSTYAPI TABAKALARI ................ 3

2.1 Rijit Üstyapı ....................................................................................................... 4

2.1.1 Taban zemini ............................................................................................... 5 2.1.2 Rijit üstyapı kaplama altı tabakası .............................................................. 6

2.1.3 Beton plak ................................................................................................... 6 2.2 Yarı rijit üstyapı (komposit üstyapı) .................................................................. 6 2.3 Esnek Üstyapı ..................................................................................................... 7

2.3.1 Taban zemini ............................................................................................... 8 2.3.2 Alttemel tabakası ......................................................................................... 8

2.3.3 Temel tabakası ............................................................................................ 9 2.3.4 Bitümlü karışım tabakaları .......................................................................... 9

2.3.4.1 Bitümlü temel tabakası ....................................................................... 10 2.3.4.2 Binder tabakası ................................................................................... 10 2.3.4.3 Aşınma tabakası ................................................................................. 10

3. ESNEK ÜSTYAPI TABAKALARINDA KULLANILAN MALZEMELER

VE ÖZELLİKLERİ ............................................................................................ 13 3.1 Bitümlü Bağlayıcılar ........................................................................................ 13 3.2 Agregalar .......................................................................................................... 14

3.2.1 Alttemel tabakasında kullanılan agregalar ................................................ 15 3.2.2 Temel tabakasında kullanılan agregalar .................................................... 17

3.2.3 Kaplama tabakasında kullanılan agregalar ............................................... 21

4. DEMİR ÇELİK ÜRETİMİ ................................................................................. 25 4.1 Demir Çelik Sektörü ......................................................................................... 25 4.2 Demir Çelik Üretimi ......................................................................................... 26

4.2.1 Yüksek fırında üretim ............................................................................... 28

4.2.2 Bazik oksijen fırınında üretim ................................................................... 29 4.2.3 Elektrik ark fırınında üretim ..................................................................... 31

5. CÜRUFLARIN OLUŞUMU ÖZELLİKLERİ VE KULLANIM ALANLARI35 5.1 Cürufların Oluşumu .......................................................................................... 35

5.1.1 Yüksek fırın (YF) cürufu .......................................................................... 35 5.1.2 Bazik oksijen fırını (BOF) cürufu ............................................................. 37 5.1.3 Elektrik ark fırını (EAF) cürufu ................................................................ 37

x

5.2 Cürufların Özellikleri ....................................................................................... 38

5.2.1 Cürufların fiziksel özellikleri .................................................................... 39 5.2.2 Cürufların kimyasal özellikleri.................................................................. 40

5.3 Cürufların Kullanım Alanları ........................................................................... 42

6. MALZEME DENEYLER VE YÖNTEM .......................................................... 45 6.1 Kullanılan Malzemeler ..................................................................................... 45 6.2 Malzemelerin Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesine İlişkin Deneyler ........... 45

6.2.1 Elek analizi ................................................................................................ 45 6.2.2 Özgül ağırlık ve su emme deneyi .............................................................. 46

6.2.2.1 Kaba agregalar için özgül ağırlık ve su emme deneyi ....................... 47 6.2.2.2 İnce agregalar için özgül ağırlık ve su emme deneyi ......................... 48 6.2.2.3 Mineral filler için özgül ağırlık ve su emme deneyi .......................... 49

6.2.3 Los Angeles deneyi ................................................................................... 50 6.2.4 Yassılık indeksi deneyi.............................................................................. 52

6.2.5 Soyulma deneyi ......................................................................................... 53

6.2.6 Cilalanma deneyi ....................................................................................... 53

6.2.7 Organik madde içeriği deneyi ................................................................... 55 6.2.8 Penetrasyon deneyi .................................................................................... 56 6.2.9 Özgül ağırlık deneyi .................................................................................. 57

6.3 Marshall Yöntemi İle Tasarım.......................................................................... 58

6.3.1 Deney numunelerinin hazırlanması ........................................................... 59 6.3.2 Marshall stabilite ve akma deneyi ............................................................. 62

6.3.3 Yoğunluk ve boşluk analizleri................................................................... 64 6.3.3.1 Agrega karışımının tane yoğunluğunun hesaplanması ....................... 64 6.3.3.2 Sıkıştırılmış bitümlü karışımının pratik özgül ağırlığı ....................... 65

6.3.3.3 Bitümlü karışımının maksimum teorik özgül ağırlığı ........................ 65 6.3.3.4 Sıkıştırılmış bitümlü karışımda hava boşluğu yüzdesinin hesaplanması

........................................................................................................................ 66 6.3.3.5 Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki agregalar arası boşluk yüzdesinin

hesaplanması .................................................................................................. 66 6.3.3.6 Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki bitümle dolu boşluk yüzdesinin

hesaplanması .................................................................................................. 66

6.3.4 Optimum bitüm yüzdesinin belirlenmesi .................................................. 67

7. DENEYSEL BULGULAR ................................................................................... 69 7.1 Agregaların Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesine İlişkin Deney Sonuçları .. 69

7.1.1 Elek analizi deney sonuçları ...................................................................... 69 7.1.2 Özgül ağırlık ve su emme deneyi sonuçları .............................................. 70

7.1.3 Los Angeles deneyi sonuçları ................................................................... 72 7.1.4 Yassılık indeksi deneyi sonuçları .............................................................. 72

7.1.5 Soyulma deneyi sonuçları ......................................................................... 72 7.1.6 Cilalanma deneyi sonuçları ....................................................................... 73 7.1.7 Organik madde içeriği deneyi sonuçları.................................................... 73

7.2 Bitüm Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar..................................................... 74 7.3 Marshall Deneyi Sonuçları ............................................................................... 74

7.3.1 EAF cürufu için grafikler .......................................................................... 74 7.3.2 EAF cürufu için optimum bitüm yüzdesi sonuçları .................................. 81

7.3.3 Doğal agrega için grafikler ........................................................................ 82 7.3.4 Doğal agrega için optimum bitüm yüzdesi sonuçları ................................ 88 7.3.5 Grafiklerin karşılaştırılması....................................................................... 89

8. SONUÇ VE ÖNERİLER ..................................................................................... 97

xi

KAYNAKLAR ....................................................................................................... 103

EKLER…… ............................................................................................................ 107 ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................ 113

xiii

KISALTMALAR

ABD : Amerika Birleşik Devletleri

BOF : Bazik oksijen fırını

CBR : California Bearing Ratio

DKY : Doygun Kuru yüzey

Dp : Toplam karışımın özgül ağırlığı

EAF : Elektrik Ark Fırını

KTŞ : Karayolları Teknik Şartnamesi

TS : Türk Standartları

TÜPRAŞ : Türkiye Petrol Rafinerileri A.Ş.

VFA : Bitümle Dolu Boşluk

Vh : Hava Boşluğu

VMA : Agregalar Arası Boşluk

YFC : Yüksek Fırın Cürufu

xv

ÇİZELGE LİSTESİ

Sayfa

Çizelge 3.1 : Alttemel tabakasının granülometri limitleri [20]. ................................. 16 Çizelge 3.2 : Alttemel tabakasının fiziksel özellikleri [20]. ...................................... 16 Çizelge 3.3 : Alttemel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20]. .................................... 17

Çizelge 3.4 : Temel tabakasının kaba agrega fiziksel özellikleri [20]. ...................... 18

Çizelge 3.5 : Temel tabakasının ince agrega fiziksel özellikleri [20]. ....................... 18

Çizelge 3.6 : Granüler temel tabakasının granülometri limitleri [20]. ...................... 19 Çizelge 3.7 : Granüler temel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20]. .......................... 19 Çizelge 3.8 : Plent-miks temel tabakasının granülometri limitleri [20]. ................... 20 Çizelge 3.9 : Plent-miks temel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20]. ....................... 20

Çizelge 3.10 : Çimento bağlayıcılı stabilize temel tabakasının granülometri limitleri21 Çizelge 3.11 : Çimento bağlayıcılı stabilize temel tabakasının sıkıştırma kriterleri . 21

Çizelge 3.12 : Binder tabakası için gradasyon limitleri [20]. .................................... 22 Çizelge 3.13 : Aşınma tabakası için gradasyon limitleri [20]. .................................. 22 Çizelge 3.14 : Kaplama tabakasında kaba agreganın fiziksel özellikleri [20]. .......... 23

Çizelge 3.15 : Kaplama tabakasında ince agreganın fiziksel özellikleri [20]. ........... 23 Çizelge 4.1 : Yıllık ham çelik üretim miktarı [22]. ................................................... 26

Çizelge 4.2 : Ham çelik üretici ülkeler ve üretim miktarları [22]. ............................ 26 Çizelge 5.1 : Cürufların fiziksel özellikleri ............................................................... 40

Çizelge 5.2 : Cürufların mekanik özellikleri ............................................................. 40 Çizelge 5.3 : Cüruf içinde bulunan bileşikler [32] .................................................... 41 Çizelge 6.1 : Elek analizinde kullanılan elekler ........................................................ 46 Çizelge 7.1 : Aşınma tabakası için kullanılan gradasyon limitleri ………………... 96

Çizelge 7.2 : Binder tabakası için kullanılan gradasyon limitleri ………..………. 97

Çizelge 7.3 : Kaba ve ince agrega özgül ağırlık değerleri ……….………………... 99

Çizelge 7.4 : Filler malzemesi özgül ağırlık değerleri ……………………...…… 100

Çizelge 7.5 : Kaba agrega ve ince agrega su emme oranları …………………….. 100

Çizelge 7.6 : Los Angeles aşınma değeri ……..…………………………………. 101

Çizelge 7.7 : Yassılık indeksi deney sonuçları …...……………………………… 101

Çizelge 7.8 : Soyulma mukavemeti deneyi ……..……………………………….. 102

Çizelge 7.9 : Cilalanma deneyi sonuçları ………….…………………………….. 102

Çizelge 7.10 : Bitüm deneylerinden elde edilen sonuçlar ……………………….. 103

Çizelge 7.11 : EAF cürufunun aşınma karışımı için optimum bitüme göre

hesaplanan değerleri ve şartname limitleri …….…………………. 110

Çizelge 7.12 : EAF cürufunun binder karışımı için optimum bitüme göre

hesaplanan değerleri ve şartname limitleri ……….………………. 110

Çizelge 7.13 : Doğal agrega aşınma karışımı için optimum bitüme göre

hesaplanan değerleri ve şartname limitleri………………………... 117

Çizelge 7.14 : Doğal agrega binder karışımı için optimum bitüme göre

hesaplanan değerleri ve şartname limitleri………………………... 118

xvii

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

Şekil 2.1 : Kaplamalara göre yük dağılımı [8]. ........................................................... 5 Şekil 2.2 : Esnek üstyapının enine kesiti [11]. ............................................................ 7 Şekil 4.1 : Bir entegre çelik tesisinde üretim akışı [23]. ............................................ 27 Şekil 4.2 : Yüksek fırın [23] ...................................................................................... 28 Şekil 4.3 : Bazik oksijen fırını [25] ........................................................................... 29

Şekil 4.4 : Yüksek fırından gelen pik demirin BOF'na dökülmesi [25] .................... 30 Şekil 4.5 : Elektrik ark fırını [26] .............................................................................. 32 Şekil 5.1 : Demir ve yüksek fırın cürufunun üretim süreci [27] ................................ 36

Şekil 5.2 : Genleştirilmiş, granule ve öğütülmüş yüksek fırın cürufu ....................... 37 Şekil 5.3 : BOF’da girdi ve çıktılar ........................................................................... 37 Şekil 5.4 : EAF cürufu üretim süreci ......................................................................... 38

Şekil 5.5 : ABD’de cürufun kullanım alanları ........................................................... 43 Şekil 5.6 : Kanada’da cürufun kullanım alanları ....................................................... 43

Şekil 6.1 : Agregaların suda bekletilerek doygun hale getirilmesi ............................ 47 Şekil 6.2 : Vakum makinesi ....................................................................................... 49 Şekil 6.3 : Hassas Terazi ............................................................................................ 50

Şekil 6.4 : Los angeles makinası................................................................................ 51 Şekil 6.5 : Los Angeles deneyi bilyeleri .................................................................... 51

Şekil 6.6 : Yassılık indeksi elekleri ........................................................................... 52 Şekil 6.7 : Cilalanma makinesi .................................................................................. 54 Şekil 6.8 : Sürtünme pandülü .................................................................................... 55

Şekil 6.9 : Suda çözülen NaOH ................................................................................. 56

Şekil 6.10 : Penetrometre ........................................................................................... 57 Şekil 6.11 : Etüv ........................................................................................................ 60 Şekil 6.12 : Hassas tartıda bitüm eklenmesi .............................................................. 60

Şekil 6.13 : Mikser ..................................................................................................... 61 Şekil 6.14 : Marshall tokmağı .................................................................................... 62 Şekil 6.15 : Su havuzu ............................................................................................... 63

Şekil 6.16 : Marshall akma ve stabilite deneyi .......................................................... 63 Şekil 7.1 : Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği ……………………………………... 104

Şekil 7.2 : Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği ……………………………………... 104

Şekil 7.3 : VMA % - bitüm % grafiği …………………...………………………. 105

Şekil 7.4 : VMA % - bitüm % grafiği ……………...……………………………. 105

Şekil 7.5 : VFA % - bitüm % grafiği …………………………………………….. 106

Şekil 7.6 : VFA % - bitüm % grafiği …………………………………………..… 106

Şekil 7.7 : Pratik özgül ağırlık - bitüm % grafiği ………….…………………….. 107

Şekil 7.8 : Pratik özgül ağırlık - bitüm % grafiği …………….………………….. 107

Şekil 7.9 : Stabilite - bitüm % grafiği …………………………….……………… 108

Şekil 7.10 : Stabilite - bitüm % grafiği ……………………………...…………… 108

Şekil 7.11 : Akma - bitüm % grafiği …………………………………...………... 109

Şekil 7.12 : Akma - bitüm % grafiği ……………………………………...……... 109

Şekil 7.13 : Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği ……………………………………. 111

Şekil 7.14 : Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği ……………………………………. 112

xviii

Şekil 7.15 : VMA % - bitüm % grafiği ………………...………………………... 112

Şekil 7.16 : VMA % - bitüm % grafiği …………………...……………………... 113

Şekil 7.17 : VFA % - bitüm % grafiği …………………………………………… 113

Şekil 7.18 : VFA % - bitüm % grafiği …………………………………………… 114

Şekil 7.19 : Pratik özgül ağırlık - bitüm % grafiği ……………….……………… 114

Şekil 7.20 : Pratik özgül ağırlık - bitüm % grafiği ………………….…………… 115

Şekil 7.21 : Stabilite - bitüm % grafiği ………………………………...………… 115

Şekil 7.22 : Stabilite - bitüm % grafiği …………………………………...……… 116

Şekil 7.23: Akma - bitüm % grafiği ………………………………………...…... 116

Şekil 7.24 : Akma - bitüm % grafiği …………………………………………...... 117

Şekil 7.25 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının pratik özgül

ağırlıkları - bitüm yüzdeleri ………………………………………. 118

Şekil 7.26 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının boşluk (Vh) -

bitüm yüzdeleri …………………………………………………….. 119

Şekil 7.27 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının agregalar

arası boşluk (VMA) - bitüm yüzdeleri …………………………….. 119

Şekil 7.28 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının bitümle dolu

boşluk (VFA) - bitüm yüzdeleri ………………………………….. 120

Şekil 7.29 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının akma - bitüm

yüzdeleri ………………………………………...………………… 120

Şekil 7.30 : Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının stabilite - bitüm

yüzdeleri……………………………………………………..……... 121

Şekil 7.31: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının pratik özgül

ağırlık - bitüm yüzdeleri …………………………………………… 121

Şekil 7.32 : Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının boşluk (Vh) -

bitüm yüzdeleri …………………………………...………………. 122

Şekil 7.33 : Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının agregalar arası

boşluk (VMA) - bitüm yüzdeleri …………………….…………..... 122

Şekil 7.34 : Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının bitümle dolu

boşluk (VFA) - bitüm yüzdeleri …………………………………… 123

Şekil 7.35 : Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının akma - bitüm

yüzdeleri …………………………………..………………………. 123

Şekil 7.36 : Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının stabilite - bitüm

yüzdeleri ……………………………………….………………….. 124

xix




ÖZET

Nüfus artışının hızlanması ve teknolojideki gelişmeler, beraberinde tüketim artışını

ve kaynak bulma sıkıntısını getirmektedir. Ortaya çıkan bu tüketim artışı ve kaynak

bulma sıkıntısı, insanoğlununun bilinçsizce ve acımasızca doğayı tahrip etmesine

sebebiyet vermektedir. Doğal kaynakların tükenmesine sebep olan bu tüketim ve

tahribat, endüstriyel yan ürünlerin ve atıkların yeniden kullanımını zorunlu hale

getirmiştir. Yan ürünlerin ve atıkların yeniden kullanımı, hem tüketicinin maliyetini

düşürmekte, hem de doğada oluşacak tahribatın önüne geçmeye ve atıkların meydana

getireceği çevre kirliliğini azaltmaya yardımcı olmaktadır. Son günlerde, diğer

sektörlerde olduğu gibi inşaat sektöründe de atık madde kullanımının yaygınlaştığı

görülmektedir.

Yapılan bu çalışmada, elektrik ark fırını (EAF) kullanılarak hurda çelikte üretim

yapan tesislerde atık madde olarak ortaya çıkan cürufun, karayolu esnek üstyapı

aşınma ve binder tabakalarında agrega olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır.

Cürufların fiziksel ve mekanik özellikleri deneylerle tespit edilmiş ve aynı deneylere

tabi tutularak özellikleri elde edilen doğal agregayla karşılaştırılması yapılmıştır.

Yapılan bu çalışmanın ilk bölümünde, tezin amacı ve kapsamı hakkında kısaca

bilgilendirme yapılmıştır.

İkinci bölümde ise, karayolu üstyapısı hakkında, üstyapı tipleri ve tabakalarına

değinilerek genel bir bilgilendirme yapılmıştır.

Çalışmanın üçüncü bölümünde, çalışmanın konusu olan esnek üstyapı tabaklarında

kullanılan malzemeler ve bu malzemelerin özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir.

Bu bölümde ayrıca bu malzemelerin şartname özellikleri verilmiştir.

Dördüncü bölümde, demir çelik sektörü hakkında bilgiler verilmiştir. Ülkemizde ve

dünya da demir çeliğin yeri ve önemi anlatılmış ve sayısal verilerle desteklenmiştir.

Bu bölümde ayrıca demir çelik üretimi ve üretim yöntemleri açıklanmıştır.

Beşinci bölümde ise, demir çelik sektöründe atık madde olarak nitelendirilen cürufun

oluşum şekilleri ve oluşan bu cürufların fiziksel ve kimyasal özelliklerine yer

verilmiştir. Bu bölümde son olarak, cürufların kullanım alanlarına değinilmiştir.

Çalışmanın altıncı ve yedinci bölümünde, elektrik ark fırını cürufu ve doğal

agregayla yapılan laboratuvar çalışmaları ve bu çalışmaların sonuçları anlatılmıştır.

Laboratuvarda kullanılan malzemeler, yapılan deneyler ve kullanılan yöntemler

anlatılmıştır. Bu bölümlerde, cürufun ve agreganın fiziksel özelliklerinin

belirlenmesine yardımcı olan elek analizi, özgül ağırlık ve su emme deneyi, Los

Angeles deneyi, yassılık indeksi deneyi, soyulma deneyi, cilalanma deneyi, organik

madde içeriği deneyinin yanı sıra; bitümün özelliklerini belirlemeye yardımcı olan

xx

penetrasyon deneyi ve özgül ağırlık deneyleri anlatılmıştır. Ayrıca Marshall yöntemi

ile tasarım hakkında bilgiler verilip deney aşamaları anlatılmış ve sonuçları

karşılaştırılmalı olarak gösterilmiştir.

Çalışmanın son bölümünde, deney sonuçları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş

ve önerilerde bulunulmuştur.

xxi

INVESTIGATION OF USAGE OF ELECTRIC ARC FURNACE SLAG AS

AGGREGATE IN WEARING COURSE AND IN BINDER COURSE OF

FLEXIBLE PAVEMENTS

SUMMARY

After the industrial revolution, there are so many development in the world. Increase

in population and technological developments has caused speed up and that has made

way for consumption growth and resource shortage. This consumption growth has

drived people to destroy the nature to satisfy the needs of consumption. Development

in numerous fields has caused the environmental values to be neglected in many

times. At first, these environmental issues were discounted by people and

governments. People just want to come up in the world, increase the quality of their

life without considering about the future. They were using up all the facilites, all the

natural resources to enhence their quality of life. But, nowadays, these issues are the

most important problems for people and governments. Nowadays, this is not a

problem for a region, this is a problem for all world. That is why there are so many

researches about the environmental pollution or recycling methods in these days.

People are more conscious than the past. People care about the environment because

they all have learnt the natural resources are not endless.

There are so much consumption in construction industry. Recycling in construction

industry is the necessity for the nature. Concrete, asphalt, iron-steel are the mostly

consumpted materials in construciton industry. These materials have got an

important percentage in recycling operations.

The materials which are used in asphalt plank wearing surface mostly consists of

agregates. Aggregates are the 95 percent of these materials. The stone pits around the

construciton area are the fund for these aggregates. When these stone pits drain

away, there is a need of another drain pits and for this reason earth surface has

damaged day by day.

Agregates which are the main material of asphalt plank wearing surface has a big

percentage of a pavement design. There must be different properties of aggregates

for each layer of the pavement. The wearing course is the most important layer for

the road safety. The aggregates which are used for wearing course must have a high

coefficient of friction and they must have a high polishing strength. In order to do

that the aggregates which are used for wearing course must has good mechanical

properties.

To supply aggregates which have good mechanical properties is too hard in these

days. There are some new regulations for stone pits and it is harder than past to build

a stone pit and to manage it. Also there is another problem which is wasting stone

pits around the construction sites. The construciton firms go towards another stone

pits which are a long way off from the construction sites. This situation causes

increasing of the manifacturing costs.

xxii

Increasing of the amount of the slag with the increasing of the industrialization can

help decreasing manifacturing costs and environmental pollution with being used in

road construciton.

In this study, the usage of electric arc furnace slag as aggregate in wearing course

and binder course of flexible pavements was searched and compared with natural

aggregate.

The electric arc furnace slags are supplied from Ekinciler Demir ve Çelik Sanayi

A.Ş. in Iskenderun, the natural aggregates are supplied from Omerli-Alyans stone pit

in this study.

In the first section of this study, there is a briefing about purpose of the thesis and

scope of the thesis.

The second part of this thesis is about flexible pavement and the courses of these

flexible pavements.

The next section of the study, a general information about the materials which are

used in each courses of flexible pavements and these materials’ properties were

given. In additon, the spefication infromations were given in this chapter.

In the fourth chapter of the thesis, a general infromation about the iron-steel sector

has been given. The place and importance of iron-steel in our country and also in the

world were given with numeric datas. In addition to that, there is some information

about the production of the iron-steel and its production methods.

In the fifth chapter of the study, some information about the slag which is called a

waste material in iron-steel sector were given. Also there are some information about

the chemical and physical properties of these slags. Finally, the areas of usage of

these slags were given in this chapter.

In the sixth part of the study, laboratory studies of the electric arc furnace slag and

natural aggregate were given. The materials which are used in labratory, the tests

which were done, and the methods have been given in this chapter. There is some

information about the tests which help for identification of the physical and

mechanical properties of the slag and natural aggregetas. These tests are sieve

analysis, specific bulk density and water absorbtion experiment, abrasion (Los

Angles) experiment, flatness index test, peel strength test, consisting of organic

matter experiment, polishing test. Also there are two bitumen experiments which are

specific bulk density and penetration test. After these tests, test phases of Marshall

experiment and calculation methods are described.

In the seventh part of the study, results of the aggregate tests, bitümen and marshall

experiment which were described in sixth chapter, were given. In this part, given

some graph and calculate about natural aggregate and electic ark furnace slag.

Useage of electic ark furnace slag and natural aggregate’s graph, find optimum

bitumen for each of them. And compare electric ark furnace slag’s graph and natural

aggregate’s graph. The optimum percentage of bitumen of asphalt mixture was

determined by Marshall Stability tests using bitumen content of %4,0, %4,5, %5,0,

%5,5, %6,0. All the experimantal studies are conducted as per Republic of Turkey

General Directorate of Highways Technical Specification. Addition to that, the

comparison of the results with the spesification limits has been given in this chapter.

Charts and graphics with optimum percentage of bitumen of asphalt mixture help for

xxiii

determining of the physical and mechanical properties of slags and natural

aggregates.

In the last section of this study as conclusion, there are some evaluation about the

usage of electric arc furnace slag as aggregate in wearing course and binder course of

flexible pavements. Additionally, there are some suggestions according to

evaluations of the results of the all study.

1

1. GİRİŞ

Sanayi devriminin gerçekleşmesi ile birlikte dünya büyük gelişmelere sahne

olmuştur. Nüfusun hızla artması ve teknolojik gelişmeler, üretimin artmasına ve

kaynakların daha çok kullanılmasına sebep olmuştur. İnsanoğlu ise artan tüketim ve

üretim ihtiyacını karşılamak amacıyla sınırsız bir kaynak olarak gördüğü doğayı

kontrolsüzce kullanmış ve tahrip etmiştir. Ekonomik, sosyal, teknolojik vb.

alanlardaki kalkınma çabaları da çevresel değerlerin çoğu kez ihmal edilmesine

neden olmuştur. Özellikle ikinci dünya savaşından sonra başlayan kalkınma çabaları,

birçok ülkeyi ekonomik olarak gelişmiş ülke statüsüne sokarken aynı zamanda

insanlığı tehdit eder boyutta çevre sorunlarıyla baş başa bırakmıştır. Başlangıçta

kalkınma için mazur görülen çevre sorunları giderek bölgesellikten çıkarak, küresel

boyuta ulaşmıştır. 1970’lerden itibaren kalkınma ve doğal çevre arasında denge

kurulması için arayışlar hız kazanmıştır [1].

Asfalt kaplamalı yollarda kullanılan malzemelerin ortalama % 95’i agregalardan

oluşmaktadır. Yol inşaatında tüketilen bu agregalar, civardaki agrega ocaklarından

veya doğal agrega kaynaklarından temin edilmektedir. Dolayısıyla her geçen gün

yeni agrega ocaklarına olan talep giderek artmakta ve bu ocaklar sebebiyle

yeryüzünün genel yapısı bozulmakta, çevremizde hoş olmayan görüntüler

oluşmaktadır [2].

Esnek kaplamaların ana malzemelerinden biri olan agregalar, yolun tasarımında

büyük rol oynarlar. Farklı yol tabakalarında farklı agrega özellikleri aranır.

Yollardaki aşınma tabakası (en üst tabaka) yol güvenliği açısından en önemli

tabakadır. Yolun hizmet ömrünü güvenli bir şekilde tamamlaması için, kullanılan

agregaların, sürtünme katsayılarının yüksek olması ve hizmet ömrü boyunca

cilalanmaya karşı yüksek dayanım sağlaması istenir. Bunu sağlamak için asfalt

karışımlarda kullanılan agregaların mekanik özellikleri oldukça iyi olmalıdır [2].

Karayolu tabakalarının yapımı için gerekli olan kaliteli doğal agregaların temini

giderek zorlaşmaktadır. Yeni düzenlemeler getirilmesi nedeniyle ve yerel

2

yönetimlerin daha bilinçli davranması neticesinde taş ocaklarının açılması ve

işletilmesi giderek daha sıkı kurallara tabi tutulmaktadır. Ayrıca, yerleşim birimlerine

yakın olan mevcut ocaklarda ve dere yataklarında kaliteli malzemenin tükenmeye

başlaması nedeniyle, yerleşim birimlerine daha uzak bölgelere yönelme söz konusu

olmaktadır. Bu durum, nakliye maliyetlerinin giderek artmasına neden olmakta ve

yol yapım maliyetlerini de etkilemektedir [3]. Bütün bu doğa tahribatını azaltacak ve

maliyet artışını engelleyecek bir atık olan cüruf birçok alanda geri kazanım

malzemesi olarak kullanılmaktadır.

Cüruflar pirometalurjik işlemler sırasında oldukça fazla miktarda açığa çıkmakta ve

eğer uygun şekilde geri kazanılamaz ve kullanılamazsa atık olarak kalmaktadır.

Dünya çapında sanayileşmedeki hızlı gelişme ile büyük miktarlardaki metalurjik

cürufların depolanması için uygun alanlar dünya çapında giderek azalmakta ve buna

paralel olarak cüruf tasfiye maliyetleri sürekli olarak artmaktadır. Ek olarak atık

malzemelerle doldurulan alanlar ciddi bir hava, su ve toprak kirliliği kaynağı olmakta

ve bu durum canlı sağlığını önemli ölçüde etkilemektedir. Metalurjik atık üretimini

azaltmak için en ekonomik ve verimli seçenek cürufların yeniden kullanılmasıdır [4].

Sanayileşmenin yoğunlaşmasıyla artan cüruf miktarının, yol inşaatında kullanımıyla

geri kazanımı, doğal kaynakları korumayla birlikte atık malzemelerin sebep olduğu

çevre kirliliği ve stok sahası masrafı gibi problemlere de çözüm getirmektedir.

Bu çalışmada, elektrik ark fırını (EAF) kullanarak hurda demirden üretim yapan

işletmelerde atık madde olarak açığa çıkan EAF cüruflarının karayolu inşaatı aşınma

ve binder tabakasında yapay agrega olarak kullanılabilirliği incelenmiştir. Ayrıca,

EAF cürufu için yapılan incelemeler, Ömerli-Alyans taş ocağından temin edilen

doğal agregalar için de yapılarak karşılaştırma yapılmıştır. Araştırma, İskenderun

Körfezi’nde bulunan Ekinciler Demir ve Çelik Sanayi A.Ş. tesislerinden temin edilen

EAF cürufları kullanılarak yapılmıştır.

3

2. KARAYOLU İNŞAATI ALTYAPI VE ÜSTYAPI TABAKALARI

Karayolu, önceden belirlenen geometrik standartlara uygun olarak saptanmış bir

güzergah boyunca, doğal zeminin istenilen yükseltilere getirilmesi ve üzerinde

motorlu taşıtların istenilen hız, güvenlik ve konfor koşullarında hareketlerinin

sağlanabilmesi amacıyla inşa edilen yapıların tümü olarak tanımlanabilir. Karayolu,

altyapı ve üstyapı olmak üzere iki ayrı bölümde incelenebilir [5].

Yolun boykesitinde belirlenmiş kırmızı çizgiye uygun olarak, toprak tesviyesi ve

sanat yapıları işleri bitirildikten sonra elde edilen kısma altyapı adı verilir. Yolda esas

taşıyıcı kısım altyapıdır. Ancak, altyapıyı oluşturan zeminler, genellikle, üzerlerine

gelecek tekerlek yüklerini büyük deformasyonlara uğramadan taşıyamazlar. Bu

nedenle, altyapı üzerine bir üstyapının inşası zorunludur [6].

Altyapının işlevi; istenilen kotta düzgün bir satıh sağlamak, üstyapı tarafından

iletilen yükleri daha geniş bir alana yaymak ve az da olsa, yolu dış etkenlere karşı

korumaktır. Bu işlevi yerine getirebilmesi için, altyapının trafik yükleri, don ve su

etkilerine karşı dayanıklı olması gerekir. Altyapı oluşturulurken bitkisel toprak,

çürük zemin ve sıkıştırmaya elverişli olmayan zeminler kullanılmamalıdır. Bu

nedenle, altyapıyı oluşturan zemin özelliklerinin çok iyi incelenmesi gerekmektedir

[5].

Yolun, trafik yüklerini taşımak ve bu yükü taban zemininin taşıma gücünü

aşmayacak şekilde taban yüzeyine dağıtmak üzere altyapı üzerine inşa edilen ve

temel altı (alt temel), temel ve kaplama tabakalarından oluşan kısmına ise üstyapı adı

verilir [7].

Yolun, trafiğin aşındırıcı etkileri ile doğrudan doğruya maruz kalan kısmı kaplama

tabakasıdır. Bu tabaka, üzerinden geçen taşıtların etkisine bozulmadan karşı

koyabilmeli ve düzgün yüzeyli olmalıdır.

4

Altyapının yük taşıma kapasitesini artırmak ve kaplamanın daha sağlam bir yüzeye

dayanmasını sağlamak amacıyla kaplama ile altyapı arasına temel ve temel altı

tabakaları yapılır. Böylelikle iyi inşa edilmiş bir üstyapı;

Düzgün yüzeyi sayesinde üzerinden geçen trafiğe seyir kolaylığı sağlar.

Tekerlek yüklerinin doğurduğu gerilmeleri yayarak altyapıda büyük

deformasyonların oluşmasını önler.

Altyapıdaki zeminleri su etkisiyle yumuşamaktan korur [6].

Üstyapılar, kaplama tabakasında kullanılan malzemelerin türlerine, özelliklerine ve

yapım yöntemlerine göre rijit, yarı rijit ve esnek üstyapı olarak üç ana gruba

ayrılmaktadır.

2.1 Rijit Üstyapı

Çimento betonuyla yapılan kaplamalarla oluşturulan üstyapıya rijit üstyapı veya

beton yol denir. Yol kaplaması olarak betonun görevi, trafik yüklerini tabana iletmek

ve bu sırada tabanın deforme olmamasını sağlamaktır. Bir beton kaplamanın

davranışı, dökülen beton tabakaların özelliklerinin yanı sıra, kaplama altına serilen

temel ve alttemel tabakalarının ve taban zemininin özelliklerine bağlı olarak değişir.

Beton yollar, genellikle, enine ve boyuna derzlerle birbirinden ayrılmış 20-25 m2

alana sahip plakalar halindedir. Beton plağın rijitliğinin yüksek olması nedeniyle

taban zemininde oluşan gerilmeler geniş bir alana yayılır [5].

Don, pompaj, şişme-büzülme olaylarına karşı ise beton kaplama ile taban zemini

arasına kaplama altı tabakası yapılır. Beton plağın elastisite modülü taban

zemininkinden çok büyüktür. Bu sebeple, beton yol, elastik zemine oturan bir kiriş

şeklinde çalışır ve trafik yüklerini, esnek üstyapıya göre daha geniş bir alana yayarak

taban zeminine iletir. Rijit beton plak, taban zemini ile sürekli temas halinde olduğu

sürece taşıyıcı bir eleman olarak rol oynar.

Üst kaplama tabakası trafikte sürüş güvenliği ve konforunu sağlayacak yüzeyi

oluşturmakta olup, trafik yükü ve çevre koşullarına doğrudan maruz kaldığı için

yeterli dayanım ve dayanıklılıkta olmalıdır. Rijit üstyapılarda beton kaplama betonun

yüksek dayanımı ve elastisite modülü dolayısıyla rijit bir plak gibi çalışır. Esnek ve

5

rijit üstyapılarda trafik yüklerinin üst kaplama tabakasından zemine iletilmesi

şekil 2.1’de görüldüğü gibi birbirinden farklıdır [8].

Şekil 2.1 : Kaplamalara göre yük dağılımı [8].

Taban zemini ile sürekli temas halindeyken, beton yol elastik zemine oturan kiriş

gibi çalışması sebebiyle, taşıma gücü taban zemininin direncine bağlı değildir. Bu

nedenle, rijit üstyapılar, zayıf taban zeminleri üzerinde, esnek üstyapılara göre daha

iyi sonuçlar verir [9].

2.1.1 Taban zemini

Rijit bir üstyapının davranışı taban zeminin fizikel özellikleri ve taşıma gücü ile

doğrudan doğruya ilgilidir. Bazı taban zeminleri rijit kaplamaların davranışlarına

zarar verecek özelliktedir. Bu zararlı etkileri çoğu zaman plak kalınlığını arttırarak

gidermek mümkün değildir. Düzeltici tedbirleri gerektiren problemlerin daha henüz

proje aşamasında iken teşhis edilmesi ve çözümlerin plan ve şartnamelerde dikkate

alınması gerekir [9].

Taban zemininin iyice sıkıştırılması zorunludur. İyi sıkıştırılmaması durumunda

taneli zeminlerde ağır trafik titreşimiyle oluşan ilave sıkışmalar ve bu nedenle

meydana gelen oturmalar söz konusu olabilmektedir. Yüzey sularının taban zemini

üzerinde birikmemesi için de düzen kurulmalıdır. Serbest su bulunması, plak

6

hareketleri esnasında pompa olayına sebep olur ve aşınma durumu söz konusu

olabilir [9].

2.1.2 Rijit üstyapı kaplama altı tabakası

Beton kaplamaya zarar verecek aşağıdaki hallerden biri veya birkaçının mevcut

bulunduğu hallerde, kaplama ile taban zemini arasına kaplama altı tabakası konur:

Donma etkisi

Yüksek hacim değişmesi gösteren topraklarda şişme ve büzülme etkisi

İnce taneli topraklarda pompa etkisi

Kaplama altı tabakalarının, yalnızca plak kalınlığını azaltmak için, tabanın taşıma

gücünün artırılması amacıyla kullanılmaları bazen yerinde olmaktadır [6].

Kaplama altı tabakası en çok 15 cm’lik tabakalar halinde serilir [6].

2.1.3 Beton plak

Beton yolların yüzeyleri kayma sakıncası göstermediği ve tutucu, pürüzlü olduğu

için, bu yüzeylerde %7'ye kadar boyuna eğim uygulanabilir. Daha fazla eğimli veya

daha pürüzlü bir beton yol isteniyorsa yüzeyin özel olarak pürüzlendirilmesi gerekir.

Betonun tek tabaka olarak dökülmesi halinde plak kalınlığı en fazla 25 cm, en düşük

12 cm olabilmektedir.

Çelik donatı olarak tek çubuklar veya kaynak ile birbirine kaynatılan çubukların

oluşturduğu çelik hasırlar kullanılmaktadır. Hasırların gözleri kare veya

dikdörtgendir.

Sıcaklık ve nem miktarındaki değişmeler betonun genleşip büzülmesine sebep olur.

Bu hareketler nedeniyle yük altındaki beton plakta gerilmeler oluşur ve bu hareket

sonucu çatlamalar meydana gelir. Uygun aralıklarla derzlerin yapılması ve derzlerin

çelik donatı ile güçlendirilmesi geniş çatlakların oluşmasını bir dereceye kadar

önlemektedir.

2.2 Yarı rijit üstyapı (komposit üstyapı)

Komposit üstyapı, mevcut üstyapı üzerine bir veya birden fazla bitümlü sıcak

karışım katmanı serilmesi ile elde edilen üstyapı türüdür. Bitümlü sıcak karışım

7

doğrudan tamir görmüş rijit üstyapı üzerine veya çatlayarak kırılmış rijit üstyapı

tabakası üzerine serilebilmektedir.

Rijit üstyapı üzerindeki esnek üstyapının tasarımı farklı etkilerin göz önünde

bulundurulmasını gerektirmektedir. Bozulmuş bir yolun üzerine takviye tabakası

getirilmesi halinde eski kaplamada yer alan çatlak bölgeleri yeni kaplamada zayıflık

bölgesi oluşturmaktadır. Trafik ve çevre koşulları nedeniyle takviye tabakası altında

yer alan bu çatlaklar boyunca gerilme yoğunlaşması meydana gelmekte ve eski

üstyapıdaki çatlaklar kısa sürede yüzeye çıkarak takviye tabakasının bozulmasına

sebep olmaktadır. Bu çatlaklar yansıma çatlağı olarak bilinmektedir. Yansıma

çatlakları uygulanacak kaplamanın tasarımı ile beraber geosentetik malzemelerin

uygulanması ile de önlenebilmektedir [10].

2.3 Esnek Üstyapı

Taban yüzeyi ile sürekli olarak her noktada sıkı temas sağlayan ve yükleri taban

yüzeyine dağıtan bir üstyapı şekli olarak tanımlanmaktadır. Esnek üstyapıların

stabilitesi, agrega kenetlenmesine, taneler arasındaki sürtünmeye ve kohezyona

bağlıdır [6].

Bir esnek üstyapı, kaplama tabakası, temel tabakası ve alt temel tabakalarından

oluşur ve üstyapının üst kısmından taban zeminine inildikçe, tabakalarda kullanılan

malzemelerin fizik ve mekanik özellikleri, kaliteleri düşer. Bu tabakaların

kalınlıklarını belirleyen ölçütler hizmet ömrü, trafik hacmi, mevcut malzeme

özellikleri ve taban zemini taşıma gücüdür [6].

Bitümlü sıcak karışımlar çok tabakalı olup bu katmanlara ait şema Şekil 2.2’de

verilmiştir [11].

Şekil 2.2 : Esnek üstyapının enine kesiti [11].

8

2.3.1 Taban zemini

Yarma ve dolgularda ve dolgu temellerinde taban yüzeyi altında kalan ve üstyapının

taşıma gücüne etkisi olabilecek bir derinliğe kadar uzanan kısma taban zemini denir

[6].

Bir esnek üstyapının davranışı taban zemininin taşıma gücü ile doğrudan ilgili

olduğu için, taban zemininin şartnamelere uygun olarak hazırlanması üstyapı

projelendirmesinde çok önemlidir. Taban zeminlerinde yeraltı su seviyesi tesviye

yüzeyinin en az 150 cm altında tutulmalı, bunun sağlanması için, uygun yeraltı

drenajı yapılmalıdır. Ayrıca uygun drenaj sistemi ile yüzey suyunun yol gövdesini

etkilemesi önlenmelidir. Yol gövdesinin, yapım sırasında ve yolun ömrü boyunca

stabil kalabilmesi için, etkili ve kalıcı uygun drenaj sistemleri ile sudan korunması

sağlanmalıdır. Yol üstyapıları, aşırı don kabarması ve tabanın donma çözülme

mevsiminde taşıma gücünün azalması ile zarar görebilir. Don olayının yol

üstyapısına olan etkisinin azaltılabilmesi için aşağıdaki faktörlerin incelenmesi

gerekir [5].

Taban zemininin dona karşı hassasiyeti

Üstyapının toplam kalınlığı

Donma indeksi

Yeraltı su seviyesinin üstyapı seviyesinden ölçülen derinliği

Güzergahtaki yarma ve dolgu yükseklikleri

2.3.2 Alttemel tabakası

Temel tabakasını taşımak üzere taban yüzeyine yerleştirilen ve taneli malzeme veya

belirli koşullara uygun malzemeden oluşmuş, belirli kalınlığa sahip olan tabaka veya

tabakalara alttemel tabakası denir [6].

Alttemel tabakası taban zeminin taşıma gücünü aşabilecek yüksek gerilmeleri ve

tabanda oluşacak don etkisinin üstyapıya yansımasını önleyecek niteliklere sahip

olması gerekir. Alttemel tabakasının kalınlığı üstyapı projelendirmesi sonunda

belirlenmeli ve şartnameye uygun olarak hazırlanmış olan tesviye yüzeyi üzerine

serilip sıkıştırılmalıdır. Minimum alttemel kalınlığı 20 cm olmalıdır. Alttemel

tabakası ekonomik faktörler göz önünde tutularak bölgede bulunan ve şartname

9

kriterlerine uygun yuvarlak malzeme ile teşkil edilmeli, eğer uygun yuvarlak

malzeme yoksa kırma taş kullanılmalıdır [12].

2.3.3 Temel tabakası

Kaplama tabakasını taşımak üzere alttemel veya taban yüzeyi üzerine yerleştirilen ve

taneli malzeme veya belirli koşullara uygun malzemeden oluşmuş, belirli hesap

kalınlığına sahip tabaka veya tabakalara temel tabakası denir [6].

Temel tabakasının ana görevi, üstyapının yük taşıma kabiliyetini arttırmaktır. Temel

tabakası ayrıca, trafik hareketlerinden doğan yüksek kayma gerilmelerine karşı

koyabilecek, drenaja yardımcı olabilecek ve don olaylarına karşı koruma

sağlayabilecek özelliklere sahip olmalıdır [5]. Karayollarında üç farklı temel tipi

uygulanmaktadır;

Granüler temel

Plent-miks temel

Çimento bağlayıcılı granüler temel

2.3.4 Bitümlü karışım tabakaları

Bitümlü karışımlar sıcak ve soğuk olmak üzere iki farklı şekilde imal edilmektedir.

Yaygın olarak kullanılan bitümlü sıcak karışımlar, asfalt ve agreganın ısıtılıp plentte

karışımı ile elde edilerek sıcak olarak sıkıştırılmakta ve esnek üstyapı kaplamalarının

üst tabakalarında kullanılmaktadır. Bitümlü soğuk karışımlar, sıvı asfaltlar (katbek

veya emülsiyon) ile agreganın soğuk olarak yolda veya plentde karıştırılması ile elde

edilmekte ve soğuk olarak sıkıştırılmaktadır [13].

Bitümlü sıcak karışım tabakaları aşınma, binder ve bitümlü temel olmak üzere 3

gruba ayrılır. Sıcak asfalt karışımlar ile yapılan aşınma, binder ve bitümlü temel gibi

kaplama tabakalarının kaliteleri aşağıdaki özelliklere bağlıdır;

Stabilite

Rijitlik

Dayanıklılık

Yorulma mukavemeti

Fleksibilite

10

Geçirimsizlik

Kayma direnci

İşlenebilirlik

Bu fiziksel ve mekanik özelliklerin tümünü ideal olarak sağlayabilecek sıcak asfalt

karışımları elde etmek bugün için hemen hemen mümkün değildir. Ancak optimum

karışım tasarımlarının yapılabilmesi için bu özelliklerin çok iyi bilinmesi gerekir

[13].

2.3.4.1 Bitümlü temel tabakası

Bitümlü temel tabakası, belirli granülometri limitleri içindeki kırılmış ve elenmiş

kaba agrega, ince agrega ve mineral fillerin plentte sıcak bitümlü bağlayıcı ile

karıştırılması ile elde edilmektedir. Bitümlü temel tabakası, granüler temel ve alt

temele gelen yükleri büyük ölçüde azaltmaktadır. Bu nedenle orta ve yüksek trafikli

yollarda, kaplama ile granüler temel arasında bir veya birden fazla tabakalar halinde

kullanılmaktadır [13].

2.3.4.2 Binder tabakası

Binder tabakası, aşınma tabakası ile temel tabakası arasına serilen ve esnek üstyapı

tabakasının yapısal bileşenidir. Binder terimi, aşınma tabakasını granüler temel ile

birleştirerek bağlayan tabakayı ifade etmektedir. Binder tabakasının amacı, aşınma

tabakasından iletilen trafik yükünü temel tabakasının taşıma kapasitesini aşmayacak

şekilde iletmek ve tekrarlı yüklerin etkilerine karşı direnç göstererek kalıcı

deformasyonun ve çatlamaların meydana gelmesini engellemektir. Binder tabakası

ayrıca tabakalar arasındaki sıcaklık farklarının oluşturduğu kuvvetlere karşı dayanıklı

olması gerekmektedir. Binder tabakasının serilmesi aşınma tabakasının serilmesi için

uygun yüzey oluşturmakta, ancak trafik yükünün az olduğu bölgelerde binder

tabakası uygulanmayabilmektedir [14], [15].

2.3.4.3 Aşınma tabakası

Aşınma tabakası, üstyapının trafik yüklerine doğrudan maruz kalan en üst

tabakasıdır. Trafik yükleri nedeniyle meydana gelen basınç ve çekme gerilmelerinin

en üst seviyede olması nedeniyle kaplama tabakası, üstyapının diğer tabakalarına

göre daha yüksek elastisite modülüne sahip olmalıdır. Aşınma tabakasının, yeterli

11

sürtünme katsayısına sahip olması, taşıtlar için düzgün yüzey sağlaması, gürültünün

kontrolü, tekerlek izi direncine sahip olması ve geçirimsiz bir yüzey oluşturularak

drenaj sağlaması gibi özellikleri nedeniyle diğer tabakalara göre en yüksek kalitedeki

malzemeler ile yapılmaktadır ve diğer tabakalara göre maliyeti fazladır. Bu nedenle

aşınma tabakası altında kalan tabakaların kalitesi, aşınma tabakasında

gereksinimlerin sağlanması için ihtiyaç duyulan tabaka kalınlığını belirlemekte ve

yolun üretim maliyetini etkilemektedir. Ülkemizde bitümlü temel ve binder

tabakaları tek tip uygulamaya sahiptir. Aşınma tabakası ise yoldan beklenen

performans özellikleri, iklim koşulları ve trafik durumu göz önüne alınarak

değişkenlik arz eder. Ülkemiz karayollarında en çok kullanılan aşınma tabakası,

geleneksel asfalt betonu aşıma tabakasıdır. Bunun dışında taş mastik asfalt ve poroz

asfalt da bir aşınma tabakası tipidir [14], [16], [17].

13

3. ESNEK ÜSTYAPI TABAKALARINDA KULLANILAN MALZEMELER

VE ÖZELLİKLERİ

Esnek yol üstyapılarında taşıyıcı kısmın iskeletini sağlamak üzere agregalar, bunların

birbirine bağlantısını sağlamak üzere de hidrokarbonlu bağlayıcılar kullanılmaktadır.

Doğal olarak agregalar ve bağlayıcı malzemeler için kalite kontrol yöntemleri

olacağı gibi, bunların sıcak veya soğuk ortamda karıştırılmasıyla elde edilecek

karışımların da kalite kontrol yöntemleri bulunmaktadır. Günümüzde esnek yol

üstyapılarında, hidrokarbonlu bağlayıcı olarak çoğunlukla bitümler kullanılmaktadır

[18].

3.1 Bitümlü Bağlayıcılar

Yol yapımında kullanılan bitümlü malzeme esas olarak bitümden oluşur. Bir bitümlü

malzemenin yol yapımındaki değeri, içinde bulunan bitümün miktar ve özelliğine

bağlıdır.

Doğal veya pirojen orijinli hidrokarbonların veya bunların her ikisinin bir araya

gelmiş şeklinin, çoğunlukla metal olmayan bileşenleri ile birlikte ve gaz, sıvı yarı

katı veya katı halinde bulunan ve karbon sülfürde tamamen eriyen karışımlarına

bitüm denir.

Hidrokarbonlu bağlayıcılar, katranlar ve asfaltlar olmak üzere iki ana gruba

ayrılmaktadır. Katran ve asfalt fiziksel özellikleri sebebiyle esnek yol kaplamalarının

yapımında büyük ölçüde kullanılmaktadır.

Hidrokarbonlu bağlayıcılar, sıcaklığa bağlı olarak sıvı, yarı katı veya katı halde

bulunurlar. Isıtma veya özel hazırlama yolu ile sıvı hale getirilerek kullanılmaları

mümkün olup sıvı halden tekrar derhal yapışkan hale gelerek kohezyon ve adezyon

gibi 2 önemli özellik gösterirler. Kozhezyon, çatlama ve ayrılma olmaksızın

geçirimsiz ve plastik filmler meydana getirerek şekil değiştirme özelliğidir. Adezyon

ise, mineral agregalara yapışma özelliğidir [6].

14

3.2 Agregalar

Agrega, yol esnek kaplamasının stabilitesini önemli ölçüde etkilediği kadar miktar

olarak da büyük bir paya sahiptir. Çünkü bağlayıcısız temel ve alttemel tabakalarının

tamamı, sıcak asfalt karışımların ağırlıkça %90-95’i ve hacimce %80-85’i agrega

tarafından sağlanmaktadır. Hem kaplamanın stabilitesine olan büyük katkısı hem de

çok büyük miktarda gereksinim duyulması nedeniyle, agrega önemli bir kaplama

malzemesidir [13].

Bitümlü kaplamalarda kullanılacak agreganın kökeni ne olursa olsun, her kaplama

tipi için, şartnamelerde verilen fiziksel özellikleri sağlaması gerekir. Ancak istenen

bütün koşulları sağlayan bir agrega, yol yapımında kullanılabilir. Agrealar

boyutlarına göre üç grupta incelenir;

Kaba (iri) agrega 4# (4,76 mm) elek üzerinde kalan

İnce agrega 4# (4,76 mm) – 200

# (0,074 mm) arası

Mineral filler 200# (0,074 mm) den geçen

Bu üç grup malzemenin herbiri bitümlü karışımın ayrı ayrı özelliklerini kontrol

etmektedir.

Bitümlü karışımdaki iri agrega yüzdesi %40-50’ye çıkarılırsa, iri agrega mekanik bir

sistem, iskelet oluşturur ve karışımın akmaya direncinde önemli bir artış oluşmaya

başlar. Bu tip bir iskeletin sağlanması için gerekli iri agrega oranı, kullanılacak

agreganın tane şekli ve dokusu ile ilgilidir. Beton asfalt kaplamalarda, %55 oranında

iri agrega içeren karışımların, %25 oranında iri agrega içeren karışımlardan daha az

deformasyona uğradığı görülmüştür.

İnce agrega ise, iri agreganın oluşturduğu iskeletin boşluklarını doldurarak daha

yoğun bir karışımın elde edilmesini sağlamaktadır. Bu arada ince agregaın yüzey

dokusu da önemlidir. Örneğin bir çakıl kumu, kırma malzeme veya cürufa nazaran

daha düşük deformasyon direnci sağlar.

Mneral filler, toplam agreganın çok küçük yüzdesini oluşturmasına karşılık,

karışımın özelliklerinin düzenlenmesinde önemli derecede rol oynar.

Agregaların özelliklerinin yeterli olup olmadığını saptamak için kullanılabilecek en

önemli deneyler,

15

Tane boyutu

Aşınmaya direnç

Hava tesirlerine karşı dayanıklılık

Cilalanma direnci

Özgül ağırlık ve su emme

Su tesirine karşı dayanıklılık

şeklinde sıralanabilmektedir.

Belli bir yapı için bunların hepsi aynı derecede önemli olmayabilir. Örneğin, temel

tabakasında kullanılacak agrega için yüksek bir aşınma veya cilalanma direnci

aranmaz [6].

3.2.1 Alttemel tabakasında kullanılan agregalar

Tesviye yüzeyi üzerine serilen ve taban yüzeyi ile temel tabakası arasında yer alan

genellikle belli bir granülometrisi olan ve incesi az, kum, çakıl, yüksek fırın cürufu

gibi taneli granüler malzemeden oluşan tabakadır. Kaplama ve temel tabakasından

gelen trafik yükü etkisini taban zemini üzerine yayılmasında temel tabakasına

yardımcı eleman olarak yer almakta ayrıca su ve don tesirlerine karşı tampon bölge

vazifesi görmektedir [19].

Alttemel malzemesi, Karayolları Teknik Şartnamesinde verilen ve AASHTO T-27,

T-11 veya TS 1900 standartlarında belirtilen yöntemler ile bulunan granülometri,

Çizelge 3.1'de verilen granülometri limitleri dahilinde ve iyi derecelenmiş olacaktır.

Alt temel malzemesi fiziksel özellikleri Çizelge 3.2’de gösterilmiştir [20].

16

Çizelge 3.1 : Alttemel tabakasının granülometri limitleri [20].

Elek açıklığı Geçen %

(mm) Tip - A Tip - B

75 100 -

50 - 100

37,5 85-100 80-100

25 - 60-90

19 70-100 -

9,5 45-80 30-70

4,75 30-75 25-60

2 - 15-40

0,425 10-25 10-20

0,075 0-12 0-12

Çizelge 3.2 : Alttemel tabakasının fiziksel özellikleri [20].

Deney

Limit

Değer Deney Standardı

Hava tesirine karşı dayanıklılık (donma) 20 TS - 3655, AASHTO T-104

deneyi ile maksimum kayıp %

Aşınma kaybı (Los Angeles) maksimum

% 50 TS – 3694, AASHTO T-96

Likit Limit maksimum % 25 TS – 3655, AASHTO T-89

Plastite indeksi maksimum % 6 TS – 1900, AASHTO T-90

Kil topakları ve dağılabilen tane oranı

maksimum % 2 ASTM C-142

Organik madde % 1 AASHTO T-194

17

Alttemelin sıkıştırma kriterleri Çizelge 3.3‘te gösterilmiştir. Sıkıştırmada, çalışma

ağırlığı en az 11.000 kg, statik çizgisel yükü 30 kg/cm den büyük, iki frekanaslı

vibrasyon düz bandajlı silindirler veya lastik başına düşen yükü, en az 3.500 kg olan

lastik tekerlekli sıkıştırıcılar kullanılacaktır. Kullanılan malzeme ve serilen tabaka

kalınlığına uygun olan sıkıştırma tekniği işin başında bir deneme kesimi yapılarak

belirlenecektir. Deneme kesimi en az üç silindirme kesitinden oluşacak ve 100 m’den

az olmayacaktır.

Sıkıştırma yolun eksenine paralel olarak yapılacak, düşük kotlu kenardan başlayarak

eksene doğru kayacaktır. Yatay kurblarda, kurbun içinden başlayacak ve dışına

doğru devam edecektir. Her geçişte bir önceki kısma, silindir geçişinde %10

bindirme yapılacaktır [20].

Çizelge 3.3 : Alttemel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20].

3.2.2 Temel tabakasında kullanılan agregalar

Temel tabakası;

Granüler temel

Plent-miks temel

Çimento bağlayıcılı stabilize temel

olmak üzere üç farklı şekilde inşa edilmektedir.

Temel tabakasının, Karayolları Teknik Şartnamesinde verilen kaba agrega için

fiziksel özellikleri ve ince agrega için fiziksel özellikleri sırasıyla çizelge 3.4’te ve

çizelge 3.5’te gösterilmiştir.

Tip - A Sıkıştırma Maksimum % 95 Modifiye Proktor TS

Optimum Su İçeriği % Wopt ± 2 1900, AASHTO T-180

Tip - B Sıkıştırma Maksimum % 97 Modifiye Proktor TS

Optimum Su İçeriği % (Wopt ± 2) - Wopt 1900, AASHTO T-180

18

Çizelge 3.4 : Temel tabakasının kaba agrega fiziksel özellikleri [20].

Deney adı Şartname Limitleri

Deney

Standardı

Hava Tesirine Karşı Dayanıklılık < 20 TS EN 1367-2 (Donma) Deneyinde MgSO4 ile kayıp

%

Aşınma Kaybı (Los Angeles) % < 35 TS EN 1097-2

Kil Topağı ve Dağılabilen Tane oranı

% < 1 ASTM C-142

Organik Madde % Negatif TS EN 1744-1

Su Emme Oranı % < 3,0 TS EN 1097-6

Yassılık indeksi % < 30 BS 812

Çizelge 3.5 : Temel tabakasının ince agrega fiziksel özellikleri [20].

Deney adı Şartname Limitleri

Deney

Standardı

Likit Limit % Normal Performans TS EN 1900-1

Plastisite İndeksi % Normal Performans TS EN 1900-1

Organik Madde % Negatif TS EN 1744-1

Metilen Mavisi < 4,5 TS EN 933-3

Granüler temel, Karayolları Teknik Şartnamesinde verilen granülometri, Çizelge

3.6'da verilen granülometri limitleri dahilinde ve iyi derecelenmiş olacaktır.

19

Çizelge 3.6 : Granüler temel tabakasının granülometri limitleri [20].

Granüler temelin sıkıştırma kriterleri Çizelge 3.7‘de gösterilmiştir. Sıkıştırmada,

çalışma ağırlığı en az 11.000 kg, statik çizgisel yükü 30 kg/cm den büyük, iki

frekanaslı vibrasyondüz bandajlı silindirler veya lastik başına düşen yükü, en az

3.500 kg olan lastik tekerlekli sıkıştırıcılar kullanılacaktır. Kullanılan malzeme ve

serilen tabaka kalınlığına uygun olan sıkıştırma tekniği işin başında bir deneme

kesimi yapılarak belirlenecektir. Deneme kesimi en az üç silindirme kesitinden

oluşacak ve 100 m’den az olmayacaktır.



doğru devam edecektir. Her geçişte bir önceki kısma, silindir geçişinde %10

bindirme yapılacaktır [20].

Çizelge 3.7 : Granüler temel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20].

Minimum Sıkıştırma % 95 TS EN 1900-1

Optimum Su İçeriği % (Wopt ± 2) - Wopt Modifiye Proctor,

Titreşimli Tokmak

Elek Açıklığı Geçen %

(mm) Tip-A Tip-B Tip-C

50 100 - -

37,5 80 - 100 100 -

25 60 - 90 70 - 100 100

19 45 - 80 60 - 92 75 - 100

9,5 30 - 70 40 - 75 50 - 85

4,75 25 - 55 30 - 60 35 - 65

2 15 - 40 20 - 45 25 - 50

0,425 8 - 20 10 - 25 12 - 30

0,075 2 - 8 0 - 12 0 - 12

20

Plent-miks temel, Karayolları Teknik Şartnamesi'nde verilen granülometri, Çizelge

3.8'de verilen granülometri limitleri dahilinde ve iyi derecelenmiş olacaktır.

Çizelge 3.8 : Plent-miks temel tabakasının granülometri limitleri [20].


(mm) Tip-I Tip-II

37,5 100 -

25 72 - 100 100

19 60 - 92 80 - 100

9,5 40 - 75 50 - 82

4,75 30 - 60 35 - 65

2 20 - 45 23 - 50

0,425 8 - 25 12 - 30

0,075 0 - 10 2 - 12

Plent-miks temelin sıkıştırma kriterleri Çizelge 3.9’da gösterilmiştir. Sıkıştırmada,

çalışma ağırlığı en az 11.000 kg, statik çizgisel yükü 30 kg/cm den büyük, iki

frekanaslı vibrasyondüz bandajlı silindirler veya lastik başına düşen yükü, en az

3.500 kg olan lastik tekerlekli sıkıştırıcılar kullanılacaktır.



doğru devam edecektir [20].

Çizelge 3.9 : Plent-miks temel tabakasının sıkıştırma kriterleri [20].



Titreşimli Tokmak

Çimento bağlayıcılı stabilize temel, Karayolları Teknik Şartnamesinde verilen

granülometri, Çizelge 3.10'de verilen granülometri limitleri dahilinde ve iyi

derecelenmiş olacaktır.

21

Çizelge 3.10 : Çimento bağlayıcılı stabilize temel tabakasının granülometri limitleri


(mm)

37,5 100

25 72 - 100

19 60 - 92

9,5 40 - 75

4,75 30 - 60

2 20 - 45

0,425 8 - 25

0,075 0 - 10

Çimento bağlayıcılı stabilize temelin sıkıştırma kriterleri Çizelge 3.11’de

gösterilmiştir. Sıkıştırmada, çalışma ağırlığı en az 11.000 kg, statik çizgisel yükü 30

kg/cm den büyük, iki frekanaslı vibrasyonlu düz bandajlı silindirler veya lastik

başına düşen yükü, en az 3.500 kg olan lastik tekerlekli sıkıştırıcılar kullanılacaktır.

Sıkıştırılmış çimento bağlayıcılı granüler temel kalınlığı projede gösterilen kalınlığın

%10’unda farklı olursa gerekli düzenleme aşağıdaki şekilde yapılacaktır.

Ilk olarak söz konusu düzenleme, karışımın hazırlanmasından sonra 2 saat

içerisinde yapılacaksa, malzeme yüzeyi en az 5 cm kabartılacak ve gerekli

azaltma veya gerekli karışımlar eklenerek sıkıştırılacak.

Daha sonrasında, eğer düzenleme 2 saati aşan bir süre sonunda yapılacaksa,

mevcut malzeme tüm tabaka kalınlığı boyunca kaldırılıp, yeni bir karışımla

projede gösterilen kalınlığın %10’unu aşmıyacak şekilde tekrar serilip

sıkıştırılır [20].

Çizelge 3.11 : Çimento bağlayıcılı stabilize temel tabakasının sıkıştırma kriterleri



Titreşimli Tokmak

3.2.3 Kaplama tabakasında kullanılan agregalar

Binder tabakası için gradasyon limitleri Çizelge 3.12’de gösterilmiştir. Aşınma

tabakası için gradasyon limitleri Çizelge 3.13’de gösterilmiştir.

22

Çizelge 3.12 : Binder tabakası için gradasyon limitleri [20].


(mm)

25 100

19 80 - 100

12,5 58 - 80

9,5 48 - 70

4,75 30 - 52

2,000 20 - 40

0,425 8 - 22

0,180 5 - 14

0,075 2 - 7

Çizelge 3.13 : Aşınma tabakası için gradasyon limitleri [20].


(mm) Tip-A Tip-B Tip-C

19 100 - -

12,5 88 - 100 100 100

9,5 72 - 90 80 - 100 90 - 100

6 - - 25 - 33

4,75 42 - 52 55 - 72 23 - 31

2,00 25 - 35 35 - 53 20 - 27

0,425 10 - 20 16 - 28 12 - 18

0,180 7 - 14 8 - 16 -

0,075 3 - 8 4 - 8 7 - 11

Kaplama tabakası için kaba ve ince agreganın fiziksel özellikleri sırasıyla Çizelge

3.14 ve Çizelge 3.15’te gösterilmiştir.

Kaplamanın sıkıştırılması yol serildikten hemen sonra sıkıştırma işlemine

başlanacaktır. Silindiraj başladığında karışımın sıcaklığı 130 ⁰C’nin altında

olmayacak ve karışımın sıcaklığı 80 ⁰C’nin altına düşmeden sıkıştırma işlemi

tamamlanmış olacaktır.

Karıştırma işleminde statik ağırlığı 8 – 12 ton arasında demir bandajlı silindirler ile

lastik basıncı ayarlanabilen kendinden yürür lastik tekerlekli silindirilen

kullanılacaktır.

23

Silindiraj sonunda yol yüzeyinde taş kırılmaları, kaymalar, çatlamalar ve yırtılmalar

olmayacaktır [20].

Çizelge 3.14 : Kaplama tabakasında kaba agreganın fiziksel özellikleri [20].

Deney Adı Şartname Limitleri Deney

Standardı Binder Aşınma

Aşınma Kaybı (Los Angeles) % < 30 < 27 TS EN 1097-2

Hava Tesirine Karşı Dayanıklılık < 25 < 20 TS EN 1367-2

(Donma) %

Kırılmışlık, Ağırlıkça % > 95 > 95 TS EN 933-5

Yassılık İndeksi % < 30 < 25 BS 812

Cilalanma Değeri % > 35 > 50 TS EN 1097-8

Su emme Oranı % < 2,5 < 2,0 TS EN 1097-6

Soyulma Mukavemeti % > 60 > 60 TS EN 12697-11

Kil Topağı ve Dağılabilen Tane < 0,3 < 0,3 ASTM C-142

Oranı %

Çizelge 3.15 : Kaplama tabakasında ince agreganın fiziksel özellikleri [20].

Deney Adı Şartname Limitleri Deney

Standardı Binder Aşınma

Plastisite İndeksi % Normal

Performans

Normal

Performans TS EN 1900-1

Organik Madde % Negatif Negatif TS EN 1744-1

Su Emme % < 2,5 < 2,0 TS EN 1097-6

Metilen Mavisi < 3,0 < 3,0 TS EN 933-6

25

4. DEMİR ÇELİK ÜRETİMİ

4.1 Demir Çelik Sektörü

Sanayileşme sürecinde Demir-Çelik sektörünün yadsınamaz bir önemi

bulunmaktadır. Metal eşya sanayii, tarımsal makine sanayii, deniz ve motorlu kara

ulaşım araçları sanayii, inşaat sanayii, elektrikli ve elektriksiz makine sanayii gibi

pek çok sanayi dalı Demir-Çelik sektöründen hammadde temin etmektedir.

Dünya ülkelerinin zaman içerisinde gelişmesi ve teknolojinin ilerlemesi ile Demir-

Çelik kullannımı tüm dünyada artmış, bununla birlikte sektör de gelişmiş ve

büyümüştür. Ekonomik büyümeye bağlı olan sektör, ekonomik büyümenin az olduğu

yıllarda daha az gelişme göstermiş, fakat büyümenin yüksek olduğu yıllarda daha da

büyümüş ve gelişmiştir. Zaman içerisinde teknolojinin sağladığı avantaları da

kullanarak Demir-Çelik sektörü daha verimli ve üretken hale gelmiştir [21].

Dünya ham çelik üretimi sürekli bir artış eğilimi içinde bulunmaktadır. Çizelge

4.1'de 2002-2014 döneminde Dünya'daki ve Türkiye'deki ham çelik üretim miktarları

görülmektedir. Çizelgede görüldüğü üzere, dünyada ham çelik üretimi 2014 yılında,

2010 yılına göre yaklaşık %14,5'lik bir artış göstermiştir. Türkiye'de ise aynı

dönemde %17,2'lük bir artış görülmüştür.

Çizelge 4.2'de ise, 2014 yılına göre, dünya ham çelik üretiminde ilk 10 sırayı alan

ülkeler gösterilmiştir. Ayrıca, bu ülkelerin 2010 ve 2014 yıllarına ait ham çelik

üretimleri ve bu yıllar arasındaki değişim oranları gösterilmiştir.

Türkiye, 2014 yılının ilk on ayında 34 milyon ton ham çelik üretimiyle dünyanın en

büyük ham çelik üreticileri arasında 8'inci sırada yer almıştır. Ayrıca, Türkiye, dünya

ham çelik üretiminin %2,4'lük bölümünü gerçekleştirmekte olup, 2010 - 2014 yılları

arasında ilk 10 ülke içinde en büyük üretim artışını gerçekleştiren 4’üncü ülke

olmuştur [22].

26

Çizelge 4.1 : Yıllık ham çelik üretim miktarı [22].

Yıl Dünya Üretim

(Milyon Ton)

Türkiye Üretim

(Milyon Ton)

2002 904 16

2003 970 18

2004 1071 20

2005 1144 21

2006 1247 23

2007 1347 26

2008 1329 27

2009 1232 25

2010 1428 29

2011 1490 34

2012 1510 36

2013 1649 35

2014 1636 34

Çizelge 4.2 : Ham çelik üretici ülkeler ve üretim miktarları [22].

Sıra Ülkeler

Üretim (Milyon

Ton) Değişim %

2010 2014

1 Çin Halk Cumhuriyeti 637,4 822,7 29,07

2 Japonya 109,6 110,7 1,01

3 A.B.D. 80,5 88,3 9,69

4 Hindistan 68,3 83,2 21,81

5 Rusya 66,9 70,6 5,53

6 G.Kore 58,9 71,1 20,71

7 Almanya 43,8 42,9 -2,05

8 Türkiye 29,1 34 17,18

9 Brezilya 32,9 33,9 3,04

10 Ukrayna 33,4 27,2 -18,56

4.2 Demir Çelik Üretimi

İnsanoğlu demir ve çelik elde etmek için günümüze gelinceye dek pek çok yöntem

geliştirmiştir. Kullanılan ilk yöntemde, odun kömürünün yakılması ile oluşan

redükleyici karbonmonoksit gazı aşağıdaki reaksiyonda görüldüğü gibi, demir

cevheri ile tepkimeye girerek sonuçta demir elde edilmiştir. Bu reaksiyon:

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

denklemi ile gösterilebilir.

27

Günümüzde demir-çelik üretimi için kullanılan birçok sistem bulunmakla birlikte en

yaygın iki sistemden biri demir cevherinden ham demir ve ham demirden çelik

üretimi yöntemi, bir diğeri ise, çelik hurdasından çelik üretimi yöntemidir. Entegre

tesislerde demir-çelik üretim süreci, demir cevherinin kırma, eleme işlemleri

sonucunda hazırlanması veya parça cevherin doğrudan doğruya yüksek fırın şarjı ile

başlamaktadır. Yüksek fırında kok kömürünün yardımıyla demir oksit haline gelen

cevherin oksijeni alınarak indirgenmekte ve sıvı ham demir elde edilmektedir. Bunun

için farklı çelik üretim metotları bulunmaktadır. Bessemer – Thomas çelik üretim

metodu ve Siemens – Martin çelik üretim metodunun yanı sıra en çok kullanılanları;

Yüksek fırın ile demir – Bazik oksijen fırını ile cevher bazlı çelik üretimi

(BOF)

Elektrik ark fırını ile hurda bazlı çelik üretimi (EAF) [22]

Şekil 4.1 : Bir entegre çelik tesisinde üretim akışı [23].

28

4.2.1 Yüksek fırında üretim

Demir içerikli hammadelerin kok ve kireç taşı ile bir arada ergitilmesinde kullanılan

ve kapasitelerine göre yükseklikleri 30 ile 90 m arasında değişebilen, içerisinde

reaksiyonlar sonucu oluşan C ve CO’ in cevherin redüklediği (indirgenme

reaksiyonuna uğradığı), oluşan ısı ile demirin eritildiği fırınlara yüksek fırın denir.

Dünya çelik üretiminin yaklaşık %60’ı yüksek fırınlar ve çelikhane ile, %40’ı

hurdaların ergitilmesiyle yapılır. Bu hurdaların kaynakları da yüksek fırın olduğu için

dünya çelik üretiminin %99’unda yüksek fırınların varlığı söz konusudur [24].

Yüksek fırına üst bölümden metalurjik kok, dolomit, limonit, hematit, manyetit, kireç

taşı, vüslit, siderit ilave edilir. Hava, körük vasıtasıyla 1000 – 1100 oC’ye ısıtılarak

tüyerlerden fırın içine püskürtülür ve bu hava kok ile reaksiyona girerek koku yakar.

Kok içindeki karbonların (C) yanması ile karbonmonoksit (CO) oluşur. Oluşan CO

demir cevherinin indirgenmesini sağlar. Yüksek fırından alınan ham demir, çelik

üretimi için çelikhaneye gönderilir. Yan ürünler cüruf ve fırın gazıdır.

Fırın çalışırken şarj malzemeleri fırına, fırın içinde bellirli bir yüksekliği muhafaza

edilecek şekilde verilir. Fırın ergitme bölgesinde katı şarj malzemeleri ergiyip sıvı

haldeki pik demir ve cüruf meydana gelirken bir yandan da şarj işlemi sürekli devam

eder [24].

Şekil 4.2 : Yüksek fırın [23]

29

4.2.2 Bazik oksijen fırınında üretim

Bazik oksijen fırını, Bessemer konvertörünün modernleştirilmiş halidir. Ham demire

oksijen üflenerek empüritelerin giderildiği fırınlardır. Adını üflenen oksijenden ve

çeperlerindeki bazik refrakterlerden alır.

Yüksek fırından alınan sıvı ham demirin bileşiminde %93.5-95 Demir (Fe), %0.30-

0.90 Silisyum (Si), %0.025-0.050 Sülfür (Kükürt,S), %0.55-0.75 Mangan (Mn),

%0.03-0.09 Fosfor (P), %0.02-0.06 Titanyum (Ti) ve %4.1-4.4 Karbon (C)

bulunmaktadır. Bu ise malzemenin gerek mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi, gerek

istenilen kaliteye getirilmesi, gerekse kolay işlenebilmesi açısından istenilmeyen bir

durumdur. Sıvı ham demiri mühendislik malzemesi olarak kullanabilmek için

yabancı elementlerden ve özellikle karbondan belirli seviyelere kadar arındırmak

gerekir. Bu arındırma işlemi günümüzde bazik oksijen fırınlarında yapılmaktadır

[25].

Şekil 4.3 : Bazik oksijen fırını [25]

Yüksek fırından alınan sıvı ham demir BOF’a konulur. Genellikle Bakır (Cu) bir

borudan içeri, sıvı ham demirin yüzeyine saf Oksijen gönderilir. Dikkat edilmesi

gereken konu, buradaki oksijenin saflığıdır. Oksijen ne kadar saf olursa işlem o kadar

başarılı gerçekleşmektedir.

30

Şekil 4.4 : Yüksek fırından gelen pik demirin BOF'na dökülmesi

[25]

Karbon (C) oranı %2.1’den az olan malzemeler çelik olarak nitelendirilmektedir.

Bunu sağlamak için fırına üflenen Oksijen ile bir takım reaksiyonlar gerçekleşir.

Yüksek sıcaklık sebebiyle, Demir içinde oldukça aktif hale gelen Karbon, Oksijen ile

temasa geçtiği anda reaksiyon verir.

2C + O2 → 2CO

Daha sonra oluşan Karbonmonoksit (CO) tekrar Oksijen ile reaksiyon verir ve

karbondioksit oluşturur.

2CO + O2 → 2CO2

Oluşan bu Karbondioksit gazı ortamdan uzaklaşır. Bu reaksiyonlar Karbon oranı

istenilen seviyeye gelinceye kadar devam eder. Bu sırada Sülfür de Oksijen ile

tepkime vererek yanar ve Kükürtdioksit oluşturur.

S + O2 → SO2

Ametal oksitler genelde asidik oksitlerdir. Bu asidik oksitler bazik olan fırın

çeperiyle reaksiyon verir ve çeperlerde aşınma olabilir. Bu bakımdan işlemin kontrol

altında tutulması gerekmektedir.

31

Ham demirin içindeki Demir de Oksijen ile reaksiyon verecek ve az da olsa Demir

kaybı olacaktır.

2Fe + O2 → 2FeO

Bu işlemlerde sıvı ham demir içerisinde bulunan diğer metaller veya empüriteler de

Oksijen ile reaksiyon vermeye devam ederler.

Si + O2 → SiO2

4P + 5O2 → 2P2O5

2Mn + O2 → 2MnO

Fırına şarj yapılırken fırına bir miktar hurda da ilave edilebilir. Bunun yanı sıra fırına

verilen Oksijen, Kükürtü tamamen gidermekte veya istenilen seviyeye getirmekte

yetersiz kaldığından fırına bir miktar flux (akı) da ilave edilir. Bu yardımcı

maddelerin en önemlisi Kireç Taşı (CaCO2)’dır. Kireç Taşı önce parçalanarak:

CaCO2 → CaO + CO reaksiyonunu verir. Ayrılan CO, O2 ile yanarak tekrar CO2

oluşturur.

CaO ise yapıda kalan Kükürt (S) ile tepkimeye girer ve sıvı ham demirden daha fazla

miktarda kükürt uzaklaştırılmış olur.

BOF’larda bu işlemler bileşim istenilen düzeye getirilene kadar devam eder ve

içerideki malzemeye sürekli bileşim kontrolleri yapılır. BOF’larda sıvı ham demiri

çelikleştirme işlemi ortalama 18 dakika sürer ve 40 dakikada bir döküm yapılabilir.

Elde edilen sıvı çelik üzerinde kalan oksitli ve sülfürlü yapılar fırının yan tarafındaki

deliklerden alınarak ayrılır ve sıvı çelik döküm işlemine hazır hale getirilir [25].

4.2.3 Elektrik ark fırınında üretim

Yüksek fırınlardan alınan demire ham demir, bu demirin katılaşmış haline ise pik

demir denir. Genel anlamda çelik olarak anılan malzemenin ana bileşeni demir

metalidir. Yüksek fırınlardan alıan bu metal ile hurdaların ergitilmesinin ve istenilen

bileşim aralığı için arıtmanın yapıldığı fırınlardan biri de elektrik ark fırınlarıdır.

Elektrik ark fırını, genellikle iki grafit elektrot arasında düşük gerilim ve yüksek

akım uygulanarak açığa çıkan ısı ile metalin ergitildiği fırınlardır. Bu cihazlarda

sıcaklık 3000 oC’ye kadar çıkabilmekte ve kapasiteleri de 150 kg ile 200 ton

arasında değişmektedir.

32

Bu fırınlar endüstride kütle halinde üretilen, yüksek kaliteli ve alaşımlı çeliklerin

üretiminde kullanılırlar. Ark voltajının ani düşüşü söz konusu olduğundan yüksek ısı

için yüksek akıma gereksinim duyulur. Bu fırınlar, elektrot düzeni bakımından

indirekt ısıtmalı, direkt ısıtmalı ve örtülü ark fırını olmak üzere üçe ayrılır.

Şekil 4.5 : Elektrik ark fırını [26]

Elektrik ark fırınına hurda, pik demir, cüruf yapıcılar, kok tozu, sıvı oksijen verilir.

Cüruf, toz, baca gazları ve sıvı çelik elde edilir.

İlave edilecek hurdaya ön ısıtma yapılması fırının iç sıcaklığını daha az

değiştireceğinden tasarruf açısından önemlidir. Bu ısıtma, baca gazlarıyla beraber

fırından dışarı çıkan ısı ile yapılır.

Elektrotlar fırın içinden kaldırılır ve fırının üst kapağı açılır. Cüruf yapıcı olarak

kireç, kireç taşı ve fluşpat; tamir malzemesi olarak dolomit, ve magnezit; alaşımlama

ve deoksidasyon için Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Cr, vb; karbon vermek için koktozu; ergimeyi

hızlandırmak için sıvı oksijen ve karbon tavsiyesi için de hematit fırına verilir. Hurda

yığınının 20-30 mm üzerinden, ark oluşacak şekilde elektrotlar konumlandırılır. Elde

edilen ark, elektrotlardan şarja elektrik akımının iletilmesini sağlar ve bu akımdan

kaynaklı ısı ile metal ergimesi başlar.

Hurdalar kademe kademe şarj edilir. Her hurdanın ergimesinden sonra bir sonraki

hurda fırına verilir. Bu aşama ergitme aşamasıdır. Bu aşamada fırın yüksek güç ile

33

çalıştırılır. Ergitme tamamlandıktan sonra güç düşürülerek sonraki aşama olan

arıtmaya geçilir.

Arıtmada amaç ergiyiğin içerisindeki istenmeyen yapıları uzaklaştırmaktır. Arıtma,

oksidasyon ve redüksiyon olmak üzere iki kademede yapılır. Oksidasyon kademesi

bazik oksijen fırın (BOF)’lara benzer sistemle işler. Burada ergiyik içine cüruf-metal

arayüzeyinden oksijen verilerek daha çok empüritenin cürufa çıkması sağlanır.

Reaksiyonlar sonucu oluşan oksitli yapıların özkütlesi ergiyik metalden az olduğu

için cüruf üstte toplanır ve hidrolik sistem ile fırın yan yatırılarak alınır.

Redüksiyon işlemleri demir bileşenlerini bozarak demiri serbest hale getirmektir.

İlave edilen hematit ile C veya CO reaksiyona girer ve

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Fe3O4 + 2C → 3Fe + 2CO2

2FeO + C → 2Fe + CO2

yapılarını oluşturur.

Bu işlemlerden sonra kimyasal kompozisyon analizi yapılır. Eğer istenilen

aralıklarda bileşen bileşim yüzdesi mevcutsa hidrolik sistemle fırın yan yatırılır ve

sıvı çelik potaya alınır. Yine potada istenilen alaşım ilaveleri yapılabilir [26].

35

5. CÜRUFLARIN OLUŞUMU ÖZELLİKLERİ VE KULLANIM ALANLARI

Çıkarma ve inceltme ve metalurjik işlemler sırasında oluşan katı atıklara cüruf denir.

Ayrıca, ağırlıklı olarak demir oksit ve magnezyum, kalsiyum, alüminyum silikatlar

oluşmaktadır. Cürufların soğutulma şekilleri farklı olduğu için, sahip oldukları

özellikler de farklıdır. Havada yavaş soğutuldukları takdirde kristal bir yapıya sahip

olurlar. Bu haliyle cüruf, yüksek mekanik özellik gösterir ve çoğunlukla agrega

olarak kullanılır. Yol yapımında cüruf kullanımının geçmişi çok eski zamanlara,

Roma imparatorluğu dönemine kadar gitmektedir. Demir cürufu M.Ö. 4.yy

başlarında meşhur Appia yolunun yapımında bazı katmanlarda kullanılmıştır. İlk

demir cürufu üretimi ise 1848’de Avustralya’da Mittagong şehrinde yapılmıştır.

Daha yakın zamanlara bakılacak olursa modern demir cürufunun, yaklaşık kırk yıldır

yol yapımında kullanıldığı görülecektir. Hız yollarında ve ağır trafikli yollarda dahi

cüruf kullanımı başarılı sonuçlar vermiştir [3].

5.1 Cürufların Oluşumu

5.1.1 Yüksek fırın (YF) cürufu

Yüksek fırın (YF) cürufu, demir-çelik tesislerindeki yüksek fırınlarda demir üretimi

sırasında açığa çıkan bir yan üründür. Demir üretiminde hammadde olarak demir

cevheri, kireçtaşı ve kok kömürü kullanılmaktadır. Demir cevheri demir oksit ile

birlikte silis, kükürt alüminyum gibi demir dışı maddeleri de içermektedir. Yüksek

fırındaki işlem sonucu bu maddeler ayrışır. Kireçtaşı bu süreçte yardımcı bir

hammadde olarak görev yapar. Kok kömürü ise gerekli yakıtı sağlar.

Hammadelerle sürekli olarak beslenen yüksek fırınlarda sıcaklık 1600 oC’lere

ulaşmaktadır. Yüksek sıcaklık sonucu ergiyen malzemeler üstte cüruf ve altta pik

demir olacak şekilde fırının alt kısmında toplanır. Ergimiş cüruf ve demir ayrı ayrı

tahliye edilir. Yaklaşık 1500 oC’de olan yüksek fırın cürufunun tahliye edilmesinden

36

sonra uygulanacak soğutma yöntemi, oluşacak ürünün özelliklerini ve kullanım

yerini belirler.

Yüksek fırın cürufu, havada soğutma yöntemi ile atmosferik koşullarda yavaş bir

şekilde soğutulur ve mineralojik olarak iri kristalli bir malzeme oluşturur. Camsı fazı

düşük olan bu malzeme kırılarak beton veya asfalt agregası ya da stabilizasyon

malzemesi olarak kullanılabilir.

Yüksek fırın cürufu, kontrollü miktarda su, basınçlı hava ve buhar etkisiyle

soğutulduğu takdirde gözenekli yapıda, iri kristal taneli bir malzeme oluşur. Bu

malzeme hafifliği nedeniyle hafif beton üretiminde kullanılabilir.

Genleştirmeye oranla daha fazla miktarda su kullanılarak yapılan ani soğutma işlemi

sonucunda, kuma benzer amorf (camsı) yapıda, hidrolik özelliği olan taneli bir

malzeme oluşur. Bu malzeme değirmende öğütülerek öğütülmüş taneli yüksek fırın

cürufu elde edilir. 1 ton taneli yüksek fırın cürufu elde etmek için 10 ton suyun

harcandığı bu yöntem en verimli yol olsa da ekonomik değildir. Son yıllarda bunun

yerine paletleme yöntemi tercih edilmektedir. Paletleme sonucu elde edilen

malzemenin 4 mm’den küçük olan kısmı camsı yapıda olup öğütülerek yüksek fırın

cürufu elde edilir [27].

Şekil 5.1 : Demir ve yüksek fırın cürufunun üretim süreci [27]

37

Şekil 5.2 : Genleştirilmiş, granule ve öğütülmüş yüksek fırın cürufu

5.1.2 Bazik oksijen fırını (BOF) cürufu

Çelikhane cürufu, bazik oksijen fırınlarında (BOF) yan ürün olarak ortaya

çıkmaktadır. Bazik oksijen işleminde sıcak maden, hurda ve cüruf yapıcılar (kireç,

dolomitik kireç) konvertöre şarj edilmekte ve daha sonra konvertör içerisine

daldırılan bir lans aracılığı ile yüksek basınçta oksijen üflenmektedir. Üflenen

oksijen şarjdaki empüritelerle birleşmektedir. Bu empüriteler karbon (CO gazı

olarak), Si, Mn, P ve bir miktar Fe’dir (Sıvı oksitler halinde). Kimyasal reaksiyonlar

sonucu oluşan bu oksitlerden sıvı halde olanlar, kireç ve dolomitik kireç ile

birleşerek cürufu oluşturmaktadır. İşlem bitiminde sıvı çelik bir potaya dökülürken,

oluşan cüruf sıvı halde, yaklaşık olarak 1100–1500 °C’de özel cüruf potalarına

boşaltılarak taşınmakta ve stok sahalarında soğumaya bırakılmaktadır. 1 ton çelik

üretiminde yaklaşık 100–150 kg (% 10–15) cüruf oluşmaktadır [28].

Şekil 5.3 : BOF’da girdi ve çıktılar

5.1.3 Elektrik ark fırını (EAF) cürufu

Elektrik ark fırını işleminde, çeliğin ergimesi ve saflaştırılması için gereken ısı

yanma yerine elektrik enerjisi ile sağlanmaktadır. Hurda metal ve kireçle doldurulan

fırın içerisine fırın kapağında yer alan elektrotlar indirilir. Elektrotlardan geçen

elektrik akımı, hurda metal ve elektrotlar arasında ark yaparak hurda metalin

38

ergimesi için gereken yüksek ısıyı ortaya çıkarır. Hurda metaldeki karbon, silisyum,

manganez gibi yapıları oksitlemek için sisteme oksijen verilir. Oksit formundaki bu

yapılar kireçle birleşerek cürufu meydana getirmektedir [28].

Elde edilen eriyik cüruf soğutulur. Soğutmak için kullanılan hava, su veya hava-su

karışımı, soğutma hızı, soğutma süresi ve yaşlandırma işlemi olarak adlandırılan

soğutulmuş cürufların açık havada uzun süreler bekletilmesi uygulamaları, cürufun

fiziksel özelliklerinde oldukça etkilidir. Cüruflara uygulanan soğutma işlemlerinde

gözlenen en önemli değişiklikler, cürufun gözenek ve boşluk yapısı, hızlı soğutmada

gözlenen camsı özellik ve dolayısıyla camsı geçiş sıcaklığı ve serbest kalsiyum veya

serbest magnezyum oksit miktarındaki değişikliklerdir. Soğutma işlemleri sonucunda

elde edilen cüruflar kırıcı ve öğütücülerden geçirilerek istenilen boyutlara indirgenir

[29].

Şekil 5.4 : EAF cürufu üretim süreci

5.2 Cürufların Özellikleri

Cürufların soğutulma şekilleri farklı olduğu için sahip oldukları özellikler de

farklıdır. Havada yavaş soğutuldukları takdirde kristal bir yapıya sahip olurlar. Bu

haliyle cüruf yüksek mekanik özellik gösterir ve çoğunlukla agrega olarak kullanılır.

39

Yüksek fırından çıktığında eriyik halinde olan cüruf hızlı olarak soğutulduğu

takdirde ise akışkanlığındaki ani azalma kristalleşmeyi engeller ve camsı yapıda bir

katı madde elde edilmesini sağlar. Bu yarı-kararlı camsı malzeme, bir miktar hidrolik

özelliğe sahiptir. Bu tür cüruflar daha çok çimentolu sistemlerde, çimento ve beton

üretiminde kullanılır.

5.2.1 Cürufların fiziksel özellikleri

Kendi halinde soğumaya bırakılan cürufun tane dağılımı çok düzensizdir. Ancak,

eleme ve kırma işlemine tabii tutulduğunda istenilen granülometriye getirilebilir.

Havada soğutulan yüksek fırın cürufu kırılıp elendiği zaman fiziksel özellikleri genel

olarak diğer agregalara nazaran özel avantajlar göstermektedir. Bünyesinde kil ve silt

bulunmaması, iyi bir sürtünme özelliğine ve pürüzlü bir yüzeye ve dolayısıyla iyi bir

adhezyona sahip olması üstün özellikleridir.

Sıvı haldeki cürufa belirli miktarda su, buhar ve hava püskürtülerek gözenekli bir

yapıya sahip olan genleştirilmiş yüksek fırın cürufu elde edilebilir. Bu cürufun,

özgül ağırlığı 1100-2200 kg/m3’tür. Bu değer, normal agregalara nazaran oldukça

düşüktür.

Yüksek fırın cürufunun rengi oldukça açık, krem renginde iken, çelikhane cürufunun

içindeki yüksek miktardaki demir ve magnezyum sebebiyle renk koyu gridir.

Cürufların türlerine göre, yoğunlukları ve fiziksel özellikleri değişikler gösterebilir.

Cürufun, donma-çözülmeye karşı gösterdiği mukavemet oldukça büyüktür. Ayrıca

çelik cürufunun sahip olduğu yüksek soyulma direnci ve yüksek yoğunluğu, düşük

su emme yüzdesi gibi avantajları, bu cürufun bitümlü karışımlarda kullanılabilirliği

açısından önem taşımaktadır.

Cürufun ısı izolasyonu yapabilme özelliğinin yanısıra işlenme kolaylığı, ısıya ve

donma - çözülmeye karşı yüksek dayanıklılık özellikleri de bulunmaktadır. Bu

avantajlar sayesinde, yapı türüne bağlı olarak toplam maliyette % 10 - % 15 oranında

tasarruf sağlanabilmektedir [30].

Yüksek fırın cüruflarının ve çelikhane cüruflarının özgül ağırlıkları, birim hacim

ağırlıkları ve su emme yüzdeleri, (ASTM C 127) çeşitlerine göre Çizelge 5.1'de

verilmiştir [31].

40

Çizelge 5.1 : Cürufların fiziksel özellikleri

Özellikler Hava

Soğutmalı Genleşmiş

Toz Haline

Getirilmiş Çelikhane Cürufu

Özgül

Ağırlık

(gr/cm3)

(kN/m3)

2,0-2,5 (20-25) - - 3,2-3,6 (32-36)

Birim

Hacim

Ağırlık

(kN/m3)

11,2-13,6 8,0-10,4 8,4 16,0-19,2

Su Emme

Yüzdesi

(%)

1-6 - - < 3

Çizelge 5.2 : Cürufların mekanik özellikleri

Özellikler Havada Soğutulmuş

Yüksek Fırın Cürufu

Çelikhane

Cürufu

Los Angeles

Aşınma

Değeri (%)

35-45 20-25

Donma

Kaybı (%) 12 12'den küçük

Sürtünme

Açısı (o)

40-45 40-50

Sertlik 5-6 6-7

CBR 250'ye kadar 300'e kadar

5.2.2 Cürufların kimyasal özellikleri

Demir cevherleri doğada esas olarak içerdikleri demir oksit bileşimlerinin yanı sıra

silis, alümin, kükürt, fosfor ve mangan gibi bazı elementleri de bünyesinde

bulundurmaktadır. Cürufun kimyasal yapısı, demir cevherinin kimyasal yapısını

yansıtmasına karşın, cürufu oluşturan kireç, silis, aliminyum yüzdeleri önemli

şekilde değişiklikler göstermektedir. Bu değişikler sadece demir cevherinin

yapısından değil, kok kömüründen, ekonomi sağlamak için farklı demir cevherleri ile

hazırlanan karışımlardan ve yüksek fırındaki yüksek dereceli sıcaklıklardan meydana

gelmektedir.

41

Puzzolanik bir yapıya sahip olan cüruf, kimyasal yapı olarak çimento klinkerine

benzemekle birlikte, daha az CaO (sönmüş kireç) içerir. Çelikhane cüruflarının

kimyasal bileşiminde başlıca CaO, MgO, SiO2 ve FeO bulunmaktadır. Çizelge 5.3’te

cüruf içinde bulunan fazların ortalama miktarları gösterilmektedir [32].

Çizelge 5.3 : Cüruf içinde bulunan bileşikler [32]

Bileşen %

CaO 45-60

SiO2 10-15

Al2O3 1-5

MgO 3-13

Fe2O3 3-9

FeO 7-20

P2O5 1-4

Belirtilen cüruf kimyasal kompozisyonu işletmeden işletmeye farklı olabileceği gibi

üretilen çelik cinsine ve o sıradaki işlem şartlarına da bağlıdır.

Çelik üretimi; bazik oksijen fırınlarında lans vasıtasıyla sıcak madene üflenen saf

oksijenin, kısmen kimyasal kısmen de banyoyu karıştırıcı etkisi ile

gerçekleşmektedir. Oksijen üflemesi ile banyodaki C, Mn, P, Si gibi elementler

yakılmakta ve bu elementlerin banyo içerisindeki yüzdeleri belirli bir seviyeye

getirilmektedir. Gerekenden fazla oluşan ısı ise hurda eritmede kullanılmaktadır.

Kimyasal reaksiyonlar sonucu meydana gelen oksitlerden gaz halinde olanlar,

banyodan uzaklaşarak gaz toplama tanklarında toplanmaktadır. Sıvı halde olanlar ise,

ilave edilen katkı malzemeleri ile birleşerek cürufu oluştururlar. Kısaca, çelikhane

cürufu, çelik üretimi esnasında çelik içerisindeki empüritelerin oksidasyonu sonucu

oluşan oksit ve silikatların oluşturduğu kompleks bir kimyasal yapıya sahip, metalik

olmayan yan üründür. Cürufun yaklaşık yarısı kireç (CaO) olup, geri kalanı sıcak

metal ve hurdadaki elementlerin oksitlerinden meydana gelmektedir [32].

42

5.3 Cürufların Kullanım Alanları

Demir çelik endüstrisinde yılda yaklaşık 1.3 milyar ton çelik üretilirken, 500 milyon

ton yan ürün, katı atık ve çamurun ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. Entegre demir

çelik tesisleri büyük miktarlarda katı atık üretirler. Bu alanda yapılan bir çok

çalışmanın da gösterdiği gibi, bir ton çelik üretimi sırasında yaklaşık 400-450 kg katı

atık üretilmektedir. Bu katı atıklar genelde yüksek fırın ve çelikhane cürufları,

tozları, çamurları, haddehane tufalı, kullanılmış refrakterler vs. dir. Günümüzün ilk

eğilimi, çelikhane cürufunun maksimum oranda kullanılmasıdır. Yüksek fırın

cürufuyla kıyasladığımızda çelikhane cürufunun kullanımı çok daha fazla

geliştirilebilir [32].

Çelikhane cürufuna uygulanan çeşitli işlemlerden sonra metalikleri ayıklanmış çeşitli

ebatlarda cüruflar;

Karayollarında asfalt kaplama malzemesi olarak

Tarım toprağını iyileştirme malzemesi olarak

Çimento klinkeri için hammadde olarak

Betonarme için ince agrega olarak (Cürufun hızlı soğutulması halinde)

Çeşitli amaçlarla dolgu malzemesi olarak

kullanılmaktadır.

Geri kazanım (değerlendirilebilir atıkların geri dönüşümü) atıkların kaynağında ayrı

toplanmasını ve cinslerine göre sınıflandırılmasını gerekli kılar. Bu nedenle,

cürufların kimyasal ve diğer analiz yöntemlerinden sonra nerede

kullanılabileceklerine karar verilebilir. Çelik, yüzyıllardan beri değişik yöntemlerle

üretilmiştir. Buralarda oluşan çelikhane cürufları, yüksek fırın cürufları ile beraber

demir çelik cürufları olarak adlandırılır. Günümüzde bir çok ülkede yüksek fırın

cüruflarının tamamı, çelikhane cüruflarının ise % 75-80’i farklı uygulama alanlarında

kullanılmaktadır [32].

Cüruf ayrıca demiryolu balastı, beton agregası, çimento sanayii, briket ve tuğla yapı,

prefabrik eleman ve blokların yapımı, asfalt agregası, dolgu malzemesi, beton

agregası, demiryolu, yalıtımı, cam üretimi, yem sanayii, tarım ve çevre uygulamaları

gibi geniş bir alanda kullanılabilmektedir. Cürufu etkin şekilde kullanan Amerika

43

Birleşik Devletleri ve Kanada’nın cürufu hangi oranlarda ve nerelerde kullandıkları

Şekil 5.5 ve şekil 5.6’da gösterilmiştir [30].

Şekil 5.5 : ABD’de cürufun kullanım alanları

Şekil 5.6 : Kanada’da cürufun kullanım alanları

Cüruflar doğrudan veya elenmiş olarak kullanlanılabilir. Genel olarak dağılım şu

şekildedir:

Doğrudan kullanılan alanlar;

Beton agregası

Hafif beton

Hafif dolgu malzemesi

44

Yalıtım

Öğütülmüş olarak kullanılan alanlar;

Çimento yapımı

Beton agregası

Cam sanayi

Harç enjeksiyonu

Zemin stabilizasyonu

Özellikle yüksek fırın cürufu çok aranılan ve çok iyi derecede verim alınabilen bir

malzemedir. Yüksek fırın cürufu, yüksek durağanlık, geçirimsizlik, yüksek

mukavemet, ateşe dayanıklılık, ekstra sertlik, yalıtkanlık, hafiflik özellikleri

sebebiyle tercih edilir. Yüksek fırın cürufu, taze betondaki işlenebilmeyi

arttırmaktadır, terlemeyi azaltmaktadır. Hidratasyon ısısını azaltarak, priz süresini

uzatmaktadır. Sertleşmiş betonun su geçirimliliğini azaltmaktadır ve sülfata

dayanıklılığını artırmaktadır [30].

45

6. MALZEME DENEYLER VE YÖNTEM

6.1 Kullanılan Malzemeler

Esnek üstyapıların aşınma ve binder tabakalarında elektrik ark fırını cürufunun

agrega olarak kullanılabilirliğinin araştırıldığı bu çalışmada, İskenderun Körfezi’nde

bulunan Ekinciler Demir ve Çelik Sanayi A.Ş. tesislerinden temin edilen elektrik ark

fırını (EAF) cürufu, Ömerli Alyans Taş Ocağı’ndan temin edilen doğal agrega ve

TÜPRAŞ’tan alınan B 50/70 bitüm kullanılmıştır.

6.2 Malzemelerin Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesine İlişkin Deneyler

Bu çalışmada, esnek üstyapıların aşınma ve binder tabakaları için asfalt briket

numuneleri üretilmeden önce, seçilen elektrik ark fırını cürufu ve doğal agrega

malzemesinin fiziksel özelliklerini belirlemek amacıyla İstanbul Teknik Üniversitesi

İnşaat Fakültesi Ulaştırma Mühendisliği Yol Labaratuarı’nda çalışmalar yapılmıştır.

Bu çalışma kapsamında, elek analizi, özgül ağırlık ve su emme deneyi, Los Angeles

deneyi, yassılık indeksi deneyi, soyulma deneyi, cilalanma deneyi, organik madde

içeriği deneyi ve penetrasyon deneyi gibi standart agrega ve bitüm deneyleri

yapılmıştır.

6.2.1 Elek analizi

Agrega numunesi içerisindeki tanelerin büyüklüklerine göre dağılımına

granülometri, numune içerisindeki agrega tanelerinin boyutlarına göre dağılımını

gösteren eğriye de granülometri eğrisi denir. Elek analizi yöntemi, standartlarda

nitelikleri verilmiş olan elekleri kullanarak agreganın tane büyüklüğü dağılımının

saptanmasını amaçlamaktadır. Eleme işlemi elle ya da makinasıyla yapılmaktadır.

Deneye başlamadan önce eleme yöntemi, (kuru, yaş ya da her ikisi) kullanılan

eleklerin numaraları ve göz açıklığı belirlenmelidir. Elek serisi içerisindeki elek

sayısı, malzeme hakkında gerekli bilgiyi vermeye yetecek kadar olmalıdır [5].

46

Elek analizi ASTM C-136’ya (AASHTO T-11, T-27) göre yapılarak agreganın tane

büyüklüğü dağılımı belirlenmiştir. Agregalar boyutlarına göre,

4 No’lu (4.75 mm) elek üzerinde kalan agregalar için kaba agrega

4 No’lu elekten geçen fakat 200 No’lu elek üzerinde kalan agregalar için ince

agrega

200 No’lu elekten geçenler için mineral filler

olmak üzere 3 grupta incelenmiştir.

Eleme işlemi elle yapılmıştır. Agregalar ilk olarak 4 no’lu elekten elenip iri ve ince

agrega olarak 2’ye ayrılmıştır. Daha sonra 4 no’lu eleğin üzerinde kalan iri malzeme,

1, 3/4, 1/2, 3/8 nolu kare delikli eleklerden elenmiştir. Eleme işlemi bittikten sonra

elekler tel fırçayla temizlenip her bir elek üzerinde kalan malzemeler tartılmıştır. 4

no’lu eleğin altına geçen ince malzeme 10, 40, 80, 200 no’lu eleklerden elenip her

elek üzerinde kalan malzeme tartılmıştır. Son olarak bu tartımlar toplam malzeme

ağırlığına oranlanarak kalan % miktarlar hesaplanmıştır. Çizelge 6.1’de bu deneyde

kullanılan elekler verilmiştir.

Çizelge 6.1 : Elek analizinde kullanılan elekler

Elek Aralıkları

Elek No Boyut (mm)

1" 25

3/4" 19

1/2" 12,5

3/8" 9,5

No.4 4,75

No.10 2,00

No.40 0,425

No.80 0,180

No.200 0,075

6.2.2 Özgül ağırlık ve su emme deneyi

Belirli hacim ve sıcaklıktaki bir malzemenin havadaki ağırlığının aynı hacim ve

sıcaklıktaki damıtık suyun havadaki ağırlığına oranına özgül ağırlık denir. Bu

bitümlü karışımda boşluk yüzdesini hesaplamak ve agreganın hacim-ağırlık

ilişkilerini saptamaktır [5].

47

6.2.2.1 Kaba agregalar için özgül ağırlık ve su emme deneyi

ASTM C 127 metodu kullanılarak kaba agrega su emme ve özgül ağırlığı

belirlenmiştir. Malzemenin 4,0 mm’lik elek üzerinde kalan kısmından 1 kg alınıp

yıkanmıştır. Yıkanan malzeme 24 saat suda bekletildikten sonra, emici özelliğe sahip

bir bez yardımıyla yüzeyleri kurulanmıştır. Malzeme doygun kuru yüzey (DKY) hale

getirildikten sonra tartılmıştır (B). Daha sonra aynı malzeme tel sepete konularak 25

± 1oC sıcaklıktaki suda tartılmıştır (C). Son olarak da sudan çıkarılan malzeme 110 ±

5 oC sıcaklıktaki etüvde 24 saat süreyle kurutulmuştur. Etüvden alınan malzemenin

oda sıcaklığına gelmesi beklendikten sonra kuru ağırlığı tartılmıştır (A).

Zahiri Özgül Ağırlık = 𝑘𝑁

𝑐𝑚3 = 𝐴

𝐴−𝐶

Hacim Özgül Ağırlık = 𝑘𝑁

𝑐𝑚3 =

𝐴

𝐵−𝐶

Su Emme Yüzdesi = 𝐵−𝐴

𝐵 × 100

Burada;

A = Kuru ağırlık (g)

B = Doygun kuru yüzey ağırlık (g)

C = Sudaki ağırlık (g)

Şekil 6.1 : Agregaların suda bekletilerek doygun hale getirilmesi

48

6.2.2.2 İnce agregalar için özgül ağırlık ve su emme deneyi

İnce agreganın özgül ağırlığı ve su emme oranı deneyi ASTM C 128 standardına

göre belirtilen karışım granülometrisinden hazırlanan yıkanmış ve kurutulmuş 1000

gr numune ile yapılmıştır yapılmıştır.

İnce agrega piknometreye konulup tartılmıştır. Daha sonra piknometre yarısına kadar

suyla doldurularak 24 saat bekletilmiştir. Bu sürenin sonunda piknometre 15 dakika

vakuma bağlanarak havası emdirilmiştir. Daha sonra vakumla ilişkisi kesilerek kendi

halinde iyice çökmesi beklenmiştir. Üst kısımda tamamen berrak su oluşunca,

piknometre taşıncaya kadar suyla doldurulmuştur. 25oC’lik su banyosunda 1-1,5 saat

bekletildikten sonra piknometre havluyla tamamen kurutulup hassas terazide

tartılmıştır.

Zahiri Özgül Ağırlık = 𝑐−𝑎

(𝑏−𝑎)−(𝑑−𝑐)

a = Piknometre boş ağırlığı (g)

b = Piknometre suyla dolu ağırlığı (g)

c = Piknometre içinde kuru numuneyle birlikte ağırlığı (g)

d = İçinde numune olan piknometrenin, numune üzerinde kalan kısmı suyla

doldurulduktan sonraki ağırlığı (g)

İnce agreganın su emme yüzdesi, numunenin doygun yüzey kuru durumundaki

ağırlığıyla kuru ağırlığı arasındaki farkın numunenin kuru ağırlığına bölünmesiyle

bulunmuştur. Doygun yüzey kuru hali, ince agreganın koyu (ıslak) renkten açık

(kuru) renge geçtiği anıdır. Doygun yüzey kuru halinin gözle anlaışlması deney

yapanın deneyimine bağlıdır. Numunenin çok kurumamasına özen gösterilmelidir.

Doygun yüzey kuru haline erişiliğ eririşilmediğine gözle karar verilemiyorsa kesik

koni yöntemi uygulanır. Bu çalışmada kesik koni yöntemiyle numunenin doygun

yüzey kuru hale geldiği tespit edilmiştir. Kesik koni yönteminde, ince agrega konik

kaba yerleştirilerek yüzü 25 kez tokmaklanır. Kalıp dik olarak kaldırıldığında nem

fazlaysa ince agrega konik şeklini muhafaza eder. Bu durumda kurutma işlemi

devam ettirilir. Konikliğin serbestçe bozulmasu agreganın doygun yüzey kuru hale

geldiğini ifade eder ve anında tartıldığı zaman doygun yüzey kuru ağırlığı elde edilir.

49

Şekil 6.2 : Vakum makinesi

6.2.2.3 Mineral filler için özgül ağırlık ve su emme deneyi

Mineral fillerin özgül ağırlığı ve su emme oranı deneyi ASTM C 128 standardına

göre yapılmıştır. 200 no’lu eleğin altında kalan malzeme etüvde 110 ± 5 oC’de 24

saat bekletildikten sonra piknometreye boşaltılıp hassas tartıda tartılmıştır (A). Boş

piknometre referans çizgisine kadar suyla doldurulduktan sonra oda sıcaklığına

ulaştığında tekrar hassas tartıda tartılmıştır (B). Daha sonra içinde filler malzeme

bulunan piknometreye numunenin üstünü geçecek kadar su doldurulup hava

boşluklarından kurtulmak için vakum makinasına bağlanmıştır. Numune içerisindeki

boşluklardan arındıktan sonra referans çizgisine kadar su eklenip oda sıcaklığında

hassas tartıda tartılmıştır (C). Mineral filler malzemenin özgül ağırlığı aşağıdaki

bağıntıyla hesaplanmıştır.

Özgül ağırlık = 𝐴

𝐴 + 𝐵 − 𝐶

A = Kuru ağırlık (g)

B = Referans çizgisine kadar su dolu piknometre ağırlığı (g)

C = Referans çizgisine kadar su dolu ve numune konmuş olan piknometre ağırlığı (g)

50

Şekil 6.3 : Hassas Terazi

6.2.3 Los Angeles deneyi

ASTM C131 standardına göre yapılan bu deneyde cüruf ve doğal agreganın

aşınmaya karşı dayanıklılığı belirlenmiştir. Bu deney, agregaların aşınmaya karşı

dayanıklılığını göstermektedir ve Los Angeles makinasıyla gerçekleştirilmektedir

(Şekil 6.4). Los Angeles makinası iki ucu kapalı iç çapı 71 cm ve iç uzunluğu 51 cm

olan içi boş çelik bir silindirden oluşmaktadır. Aşındırma yükleri ise 4,68 cm çapında

410 g ağırlığında dökme demir veya çelik kürelerdir (Şekil 6.5). Yapılan deneyde

standartlara göre B sınıfı numune seçilmiştir. 19 – 12,5 mm elekleri arasında kalan

malzemeden 2500 g, 12,5 – 9,5 mm elekleri arasında kalan malzemeden 2500 g

olmak üzere toplam 5000 g malzeme üzerindeki toz parçacıklarından kurtulmak için

yıkanıp, 110 ± 5 oC’lik etüvde 24 saat bekletilmiştir. Daha sonra B sınıfına göre

seçilmiş olan bu numune etüvden alınarak Los Angeles makinasına yerleştirilip, şekil

6.5’te gösterilen çelik bilyelerden 11 tanesi alınarak makinaya yerleştirilmiştir.

Makinanın kapağı kapatılıp mandallarıyla sabitlendikten sonra dakikada 30 – 33

devir yapacak şekilde döndürülerek 500 devir yapması sağlanmıştır. 15 dk süren bu

işlemin ardından makinanın kapak kısmındaki açıklık makinanın altındaki tepsi

hizasına getirilerek malzeme kaybı olmadan bütün malzeme dışarı alınmıştır. Daha

sonra bu malzeme 1,68 mm’lik elekten elenmiştir. Bu işlemde elek üzerinde kalan

malzeme üzerindeki toz parçacıklarından kurtulmak için bir kez daha yıkanıp 110 ±

5 oC’lik etüvde 24 saat boyunca kurutulmuştur. Malzeme etüvden çıkarıldıktan sonra

51

tekrar tartılmıştır. Aşağıdaki bağıntı kullanılarak kaba agreganın aşınma değeri yüzde

cinsinden hesaplanmıştır.

Aşınma Kaybı (%) = 𝐴−𝐵

𝐴

A = İlk kuru ağırlık (g)

B = Son kuru ağırlık (g)

Şekil 6.4 : Los angeles makinası

Şekil 6.5 : Los Angeles deneyi bilyeleri

52

6.2.4 Yassılık indeksi deneyi

Yassı malzemenin miktarca fazla olması, yolun dayanım özelliklerinin düşük

olmasına sebep olmaktadır. Bu sebeple karayolu inşaatında kullanılan agreganın

belirli bir değeri aşmması istenmektedir.

Yassılık indeksi deneyinde BS 812-105.2 standardı kullanılarak agregalardaki yassı

madde oranını belirlemek için yapılmıştır. Agreganın ait olduğu elek aralığı

sınıfında, agrega kalınlığı elek aralığı açıklığının %60’ından az ise, o agrega yassı

agrega olarak sınıflandırılmaktadır. Yassılık indeksi, agreganın yassılık eleklerinden

elenerek elekten geçen numune ağırlığının, deneye alınan numune ağırlığına oranı ile

bulunmaktadır.

Kullanılacak deney numunesi 110 ± 5 oC’lik etüvde kurutulup, tane büyüklüğü

sınıflandırılacak şekilde tartılmıştır (B). Daha sonra numune, bulunduğu sınıfa göre

silindirik çubuklu eleklerde elenip, çubuklu elekten geçen her tane tekrar tartılmıştır

(A). Bu ağırlığın ilk ölçülen ağırlığa oranı malzemenin yassılık oranını vermektedir.

Ölçülen ağırlıklar arasındaki oran, 0,6’dan küçük ise malzeme yassı olarak kabul

edilmektedir. Aşağıda yassılık indeksinin hesaplandığı bağıntı verilmiştir.

Yassılık İndeksi (%) = 𝐴

𝐵× 100

A = Elekten geçen malzemenin ağırlığı (g)

B = Toplam malzeme ağırlığı (g)

Şekil 6.6 : Yassılık indeksi elekleri

53

6.2.5 Soyulma deneyi

Bir asfalt kaplamanın ömrü, genel olarak agreganın suyun etkisine karşı yapışma

kabiliyetine bağlıdır. Soyulma suyun ve trafiğin bir arada etkimesiyle bağlayıcı

maddenin agrega üzerinden ayrılması demektir [5].

Soyulma deneyine, kırılmış agrega numunesinin 9,5 – 6,3 mm’lik elekler arasında

kalan kısmından yaklaşık olarak 200 g alarak başlanmıştır. Alınan bu numune iyice

yıkanıp saf suyla birkaç kez çalkalandıktan sonra 110oC’lik etüvde bekletilmiştir.

Yakanıp kurutlmuş malzemeden 100 ± 0,5 g numune beher içinde tartılıp 140oC’lik

etüvde 1 saat bekletilmiştir. Bir diğer yandan kullanılacak olan bitümlü malzemeden

5,0 ± 0,1 g miktarda alınıp, 250 cm3 beher içinde 110 oC’lik kum banyosuna

yerleştirilerek ısıtılmıştır. Bitümlü malzeme eriyince etüvde ısıtılmış agrega behere

dökülüp, bir cam bagetle bütün agrega tanelerinin üzeri uniform bir şekilde

kaplanıncaya kadar kum banyosu üzerinde iyice karıştırılmıştır. 10 cm çapında bir

petri kabına alınan numune üzerine soğuduktan sonra üzerine soyulma olayının

gözlenebilmesi için saf su eklenmiştir. Daha sonra 24 saat bekletilmek üzere

60oC’lik etüve konmuştur. Bu sürenin sonunda petri kabı dışarı alınıp suyu

değiştirilmiştir. Yandan tutulan ışık yardımıyla karışımın özellikle üst yüzü gözle

incelenmiş ve deney sonunda soyulmamış tanelerin bütün tanelere oranı

hesaplanarak soyulmaya karşı dayanıklılık olarak verilmiştir.

6.2.6 Cilalanma deneyi

Cilalanma deneyinin amacı, çeşitli yol agregalarının trafik yükü altında sürtünmeyle

aşınarak ne dereceye kadar cilalanacaklarını laboratuar ortamında kısa bir zaman

içerisinde saptamaktır. Agreganın cilalanma değeriyle kaymaya karşı olan direnci

arasındaki ilişki, trafik koşulları, kaplamanın tipi gibi unsurlara bağlı olarak

değişmektedir [5].

Bu deneyde, hızlandırılmış bir cilalanma makinasıyla kayma direncini ölçme cihazı

kullanılmıştır. Böylece yoldaki koşullara benzeyen; ancak hızlandırılmış bir

cilalanma elde edilir. Şekil 6.7’de gösterilen hızlandırılmış cilalanma makinesi,

çevresinde 14 adet numunenin yerleştirilebileceği, dakikada 315 – 325 devir hızla

dnen 40,6 cm çapında bir demir tekerlekle, numunenin üzerinde dönen 20,3 cm

çapında, 5 cm genişliğinde 3,16 kg/cm2 basınçla şişirilmiş ve numunelerin yerleştiği

demir tekerleğeyük uygulayan bir lastik tekerlekten oluşmaktadır.

54

Şekil 6.7 : Cilalanma makinesi

Kayma direncini ölçme cihazı ise, bir ucunda ağırlık olan bir pandül, bunun altında

numuneye sürtünen ve belirli özellikleri bulunan lastik bir pabuçla göstergeden

oluşmaktadır.

Deney TS EN 1097-8 standardına göre yapılmıştır. Cilalanma numunesinin

hazırlanması için 10 mm elekten geçen ve 10 – 14 mm yassılık eleği üzerinde kalan

agrega numesi ayrılmış ve yıkanarak sıcaklığı 110 ± 5˚C etüvde kurutulmuştur.

Tozdan ve nemden arındırılmış numuneler bir kalıpta 36 ile 46 agrega tanesi

bulunacak şekilde yerleştirilmiş ve boşlukları ince bir kum tabakası ile

doldurulduktan sonra üzerine belirli bir kür uygulanarak kalıp oluşturulmuştur.

Bu şekilde hazırlanan numuneler cilalanma makinasına yerleştirilmiştir. Cilalanma

test makinasında numunelere su ile 3 saat ince zımpara tozu, 3 saat kalın zımpara

tozu akışı sağlanarak cilalanma işlemi yapılmıştır. Cilalanması tamamlanmış

numuneler tekerlekten ayrılarak sürtünme test cihazında okunmuştur.

Sürtünme testi, sarkaçın yere paralel olacak şekilde sabit bir noktadan serbest düşüş

yapması ve ölçme skalasında yükseldiği değer okunarak yapılmaktadır. Cilalanma

55

değeri her numunenin iki yönünden 5 kez okuma yapılarak elde edilen değerlerden

birbirine en yakın 3 okumanın ortalamasının hesaplanması ile bulunmaktadır [33].

Şekil 6.8 : Sürtünme pandülü

6.2.7 Organik madde içeriği deneyi

Agrega içerisindeki bitki artıkları ve humus gibi bazı zararlı maddelere organik

maddeler denir. Organik maddeler, çoğu zaman, ince agreganın içerisinde yer

almaktadır. İri agreganın arasında bulunan organik maddeler, agreganın yıkanması

işleminde kolayca temizlenmiş olmaktadır. Bu organik maddeler, yol üstyapısında

çatlaklara yol açabilmektedir. Bu sebeple, kullanılan agregalarda bulunan organik

madde miktarının sodyum hidroksit (NaOH) ile tayini son derece önem teşkil

etektedir.

Organik madde içeriği deneyi TS EN 1744-1’e göre yapılmıştır [34]. Bu standarda

göre numune sodyum hidroksit çözeltisine konulup çalkalandığında oluşan renk ile

agrega içerisinde organik madde içeriği olup olmadığı tayin edilmiştir. 8 mm’lik

elekten elenen agrega malzemesinin 50 – 60oC’lik etüvde kurutulmuştur. Daha sonra

malzeme ince silindirik uzun bir şişe içersine 130 ml seviyesine kadar konulmuştur.

Bu sırada 1 lt su içerisinde %3 oranında çözülerek hazırlanan çözelti 200 ml

seviyesine kadar eklenmiştir. Hava kabarcıklarının çıkması için ağzı tıpayla kapatılan

cam şişe iyice çalkalanıp 24 saat süreyle dinlenmeye bırakılmıştır.

56

Bu deney, organik maddelerin NaOH ile reaksiyona girmesi ile ortaya çıkan rengin

yorumlanmasına dayanmaktadır. Rengin yoğunluğu organik madde miktarına

bağlıdır. Çözelti berraksa veya hafif bir renklenme meydana gelirse kayda değer

miktarda organik madde bulunmadığı kabul edilmektedir. Güçlü bir renk değişiminin

meydana gelmesi ise, zararlı miktarda organik madde bulunduğunun göstergesi

olmaktadır [34].

Şekil 6.9 : Suda çözülen NaOH

6.2.8 Penetrasyon deneyi

Bu deneyde kullanılan Penetrasyon aletine penetrometre denir. Kullanılan

penetrometre şekil 6.10’da gösterilmiştir. Penetrasyon değeri, standart bir iğnenin

belirli bir belirli bir yük altında ve belirli bir süre içinde numune içerisine dikey

olarak batma mesafesidir. Bitümlü bağlayıcının, sertlik veya kıvamlıkları belirlemek

için yapılan bu deneyde TS EN 1426 veya ASTM D5 standartları kullanılmaktadır

[35],[36]. Deneye, ağırlığı genellikle 100 g olan bir iğnenin, 25oC’de, numune

yüzeyine değecek şekilde konumlandırılmasıyla başlanmıştır. Numunenin içerisine

girinim yapması için serbest bırakılan bu iğnenin, 5 sn’lik süre sonunda numune

57

içine dikey olarak battığı mesafe mm cinsinden okunmuştur. Bu işlem 3 farklı

noktadan okuma alınacak şekilde tekrarlanmıştır. Kullanılan iğne her okumadan

sonra temizlenmiştir. Deney sonunda okunan değer 100 ise, asfaltın penetrasyonu

100 demektir; yani iğne asfaltın içerisine 1 cm girmiş demektir.

Penetrasyon değeri kıvamlılıkla ters orantılıdır. Penetrasyon yükseldikçe bitüm

yumuşar. Kıvamlılık artıkça bitüm sertleşmektedir [36].

Şekil 6.10 : Penetrometre

6.2.9 Özgül ağırlık deneyi

Bitümlü malzemenin özgül ağırlığı 25oC sıcaklıktaki, hacminin havadaki ağırlığının

aynı sıcaklık ve aynı hacimdeki havası alınmış destile suyun ağırlığına oranıdır.

Genellikle piknometre yöntemi ile özgül ağırlık belirlenmektedir. Bu deneyde TS EN

15326 standardı kullanılmıştır. Deney 25 ˚C ortamda piknometre ile birlikte, su ve

bitüm kullanılarak yapılmaktadır.

Deneyde kullanılacak piknometre temiz ve kuru halde tartılmıştır (A). Daha sonra

piknometre referans çizgisine kadar su ile doldurulmuş ve tartılmıştır (B). Su ile

tartımı yapılan piknometre boşaltılmış, kurutulmuş ve referans çizgisinin üçte ikisine

kadar bitüm ile doldurularak tartılmıştır (C). Piknometre içerisinde bitüm konurken

bitüm içerisinde hava kabarcığı kalmamasına dikkat edilmiştir. Bitüm konulmuş

piknometre, kalibrasyon çizgisine kadar distile su ile doldurulmuş ve tartılarak

58

toplam ağırlık kayıt edilmiştir (D). Bitümün özgül ağırlığı aşağıda verilen bağıntı ile

hesaplanmıştır [37].

Özgül ağırlık = 𝑘𝑁

𝑐𝑚3 = 𝐶−𝐴

(𝐵−𝐴)−(𝐷−𝐶)

Burada;

A = Piknometre boş ağırlığı (g)

B = Referans çizgisine kadar su dolu piknometre ağırlığı (g)

C = Referans çizgisinin 2/3’üne kadar bitüm dolu piknometre ağırlığı (g)

D = Piknometre, bitüm ve su ağırlığı (g)

6.3 Marshall Yöntemi İle Tasarım

Marshall yöntemi, Amerikan Ordusu Mühendisler Birliği tarafından II. Dünya Savaşı

sırasında, havaalanı kaplamaları için karışım tasarım yöntemi geliştirmeleri sonucu

ortaya çıkımış ve sonradan modifikasyonlar yapılmıştır.yöntem yayınlandığı zaman,

Amerikan Ordusu Mühendisler Birliği tarafından askeri havaalanı kaplamaları ve

Federal Havacılık İdaresi tarafından da hem ticari hem de genel uçuş amaçlı

havaalanlarında kullanılmıştır. Yöntem, Asfalt Enstitüsü tarafından karayolu

kaplamalarının karışım tasarımlarına değiştirilerek adapte edilmiştir. Bu yöntem

1990’lara kadar hem Amerika Birleşik Devletleri’nde hem de diğer ülkelerin birçok

karayolu organizasyonları tarafından kullanılmıştır. Çoğu organizasyonlar, yöntemde

küçük değişiklikler yaparak kendi kriterlerini geliştirmişlerdir.

Marshall Tasarım Yöntemi,

Sağlam (durabil) bir üstyapı elde etmek için gerekli bitüm miktarını

belirlemek

Trafik yükleri altında deformasyon göstermeyecek yeterli dayanımı

oluşturmak

Sıkıştırılmış tabakada, trafik altında oluşabilecek çok az miktarda sıkışmaya;

kusma, akma ve stabilite düşüklüğü olmadan sağlayacak, ancak tabakanın

içinde rutubet ve fazla hava barındırmayacak ölçüde boşluğu sağlamak

59

Segregasyona uğramadan uygun serimi sağlayacak bir işlenebilirliğine sahip

ekonomik bir karışım ve agrega gradasyonunun belirlenmesi

amaçları ile kullanılmaktadır [38].

Marshall yönteminde öncelikle deney numuneleri hazırlanır. Deney numunelerinin

hazırlanmasında kullanılacak malzemeler için aşağıdaki işlemlerin yapılması gerekir:

Karışımda kullanılacak malzemeler proje şartnamelerinde istenen özelliği

sağlamalıdır.

Agrega karışım granülometrisinin şartname granülometrisine uygun olması

sağlanmalıdır.

Kullanılacak malzemelerin yoğunluk ve boşluk analizleri, karışımda

kullanılacak agregaların hacim özgül ağırlıkları ve asfalt çimentosunun özgül

ağırlıkları tespit edilir [39].

6.3.1 Deney numunelerinin hazırlanması

Deney numuneleri hazırlanırken tasarım için Karayolları Teknik Şartnamesi'nde

aşınma tabakası için belirlenen Tip-1 granülometri limitleri kullanılmıştır. Bu

deneyde doğal agrega ile hazırlanan briketlerde 1200 g numune, Ekinciler EAF

cürufu ile hazırlanan briketlerde 1400 g numune hazırlanmıştır. Marshall Tasarım

Yöntemi optimum bitüm yüzdesinin bulunmasını içermektedir. Optimum bitüm

yüzdesinin tayini karışım agrega kütlesine göre değişen yüzdelerde bitüm eklenerek

hazırlanan farklı numunelerden elde edilen sonuçlara göre yapılmıştır. Genel olarak

yapılan çalışmalarda bitüm yüzdesi 0,5 oranında arttırılmıştır. Bu çalışmada optimum

bitüm yüzdesinin tayini için karışımlarda, karışım kütlelerine göre %4,0, %4,5, %5,0,

%5,5, %6,0 oranlarında bitüm eklenerek briketler hazırlanmıştır. Her bitüm yüzdesi

için 3’er tane biriket numunesi hazırlanmıştır. Doğal agrega ve cüruf agregası ile 5

farklı bitüm yüzdesi için 15’er briket, toplamda 60 briket hazırlanmıştır.

Deneye başlamadan önce, deneyde kullanılacak malzemeler; karışım kovası, mikser

paleti ve briket kalıpları karışım sırasında yapışma sebebiyle malzeme kaybını

önlemek için gres yağı kullanılarak yağlanmıştır. Daha sonra doğal agrega için 1200

g, cüruf agregası için 1400 g olan karışımlar ayrı ayrı kaplarda hazırlanıp etüvde 160

– 170oC’ye gelene kadar ısıtılmıştır. Karışımın iyi sağlanabilmesi için kullanılan

60

karışım kovası ve bitüm de aynı şekilde etüv içerisinde ısıtılmıştır. Malzeme ve

ekipman istenilen ısılara ulaştıktan sonra karışım işlemine başlanmıştır.

Şekil 6.11 : Etüv

İlk olarak sıcak agrega karışım kovasına eklenip ve hassas tartı üzerinde darası

alınmıştır. Daha sonra gerekli miktarda bitüm, hassas tartıdan gözlenerek karışım

kovasına eklenmiştir.

Şekil 6.12 : Hassas tartıda bitüm eklenmesi

61

Bu işlemden sonra karışım kovası direkt olarak miksere konulup, agregalar tamamen

bitümle kaplanana kadar karıştırılmıştır. Bu işlemler sırasında ısı kaybı olduğu için

karışım işleminden sonra bir tüp üzerinde, karışım kovası 145oC’ye kadar ısıtılır. Bu

işlem lazer termometre ile takip edilmiştir. İstenilen sıcaklığa gelen numune önceden

hazırlanmış briket kalıbı içine ilk başta karışımın 1/3’ü kadar konularak briket kalıbı

içindeki karışım 25 kere şişlenmiştir. Daha sonra karışım kovasındaki karışımın diğer

1/3 lük kısmı briket kalıbına dökülerek tekrar 25 kez şişlenmiştir. Son olarak

karışımın kalan kısmı Son olarak karışım kovasında kalan numunenin tamamı kalıba

dökülerek 25 kez şişlendikten sonra sıcaklık kaybını azaltmak için hızlı bir şekilde

457,2 mm yükseklikten düşen 4536 g ağırlığındaki Marshall tokmağı düzeneğine

yerleştirilerek, briketin her bir yüzüne 75’er darbe vurulmuştur. Son olarak oda

sıcaklığında 24 saat bekletilip soğutulduktan sonra kalıplardan çıkarılmıştır.

Şekil 6.13 : Mikser

62

Oda sıcaklığına ulaşan numuneler, kalıplardan çıkarıldıktan sonra, elektronik kumpas

yardımıyla briketin üç farklı yerinden (göz kararı 120o olacak şekilde) yükseklikleri

okunmuştur. Daha sonra bu numunelerin havadaki ağırlıkları ölçülüp sudaki ve

doygun kuru yüzey ağırlıkları ölçülebilmesi için suya doyurmak amacıyla su içinde

bekletilmiştir. Suya doyan numuneler sepetin içine konularak sudaki ağırlığı daha

sonrasında ise emici bir bez yardımıyla yüzeyi kurutularak doygun kuru yüzey

ağırlığı ölçülmüştür.

Şekil 6.14 : Marshall tokmağı

6.3.2 Marshall stabilite ve akma deneyi

Marshall stabilite ve akma okumaları 50,80 mm/dk’lık hızla yükleme yapılan test

cihazı ile yapılmaktadır. Ilk olarak oda sıcaklığındaki briketler, 60oC sıcaklıktaki su

havuzuna konularak 30 dk bekletilmiştir. Sırayla sudan çıkartılan birketler, daha

önce yağlanmış olan sıkıştırma kalıbına yerleştirilmiştir. Sıkıştırma kalıbı üzerine

akma ölçer yerleştirilerek kalıp, test makinasında dakikada 50,80 mm yükleme

yapılarak sıkıştırılmış ve basıncın okunduğu stabilometrede kırılma noktasına kadar

olan maksimum değer okunmuştur. Kırılma noktası, stabilometrede okunan basınç

değerinin azaldığı an olarak değerlendirilmektedir. Bu esnada numune parçalanmakta

63

ve dayanımı azalmaktadır. Yükleme sırasında basınç stabilometreden, deformasyon

ise akma ölçerden okunmaktadır. Stabilometrede okunan değere Marshall Stabilitesi,

akma ölçerde okunan değere Akma denilmektedir.

Şekil 6.15 : Su havuzu

Şekil 6.16 : Marshall akma ve stabilite deneyi

64

6.3.3 Yoğunluk ve boşluk analizleri

6.3.3.1 Agrega karışımının tane yoğunluğunun hesaplanması

Agrega özgül ağırlık deneyleri ile kaba agrega, ince agrega ve filler malzeme için

özgül ağırlık değerleri ayrı ayrı elde edilmektedir. Agrega karışım tane yoğunluğu,

farklı boyutlardaki agregalar ile hazırlanmış karışımın yoğunluğunu ifade etmektedir.

Çalışmada kullanılan Marshall briketleri, Karayolları Teknik Şartnamesi’nde

belirtilen aşınma ve binder tabakası gradasyon limitlerine göre hazırlanmıştır.

Hazırlanmış agrega karışımlarına ait hacim ve görünen özgül ağırlık değerleri TS

3720’de belirtilen aşağıdaki eşitliklerle bulunmuştur [40].

𝑞ℎ.𝑘 =𝑃𝑘𝑎𝑏𝑎 + 𝑃𝑖𝑛𝑐𝑒 + 𝑃𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

𝑃𝑘𝑎𝑏𝑎

𝑞ℎ.𝑘𝑎𝑏𝑎+

𝑃𝑖𝑛𝑐𝑒

𝑞ℎ.𝑖𝑛𝑐𝑒+

𝑃𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

𝑞ℎ.𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

𝑞𝑧.𝑘 =𝑝𝑘𝑎𝑏𝑎 + 𝑝𝑖𝑛𝑐𝑒 + 𝑝𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

𝑝𝑘𝑎𝑏𝑎

𝑞𝑧.𝑘𝑎𝑏𝑎+

𝑝𝑖𝑛𝑐𝑒

𝑞𝑧.𝑖𝑛𝑐𝑒+

𝑝𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

𝑞𝑧.𝑓𝑖𝑙𝑙𝑒𝑟

Burada;

qh.k = Agrega karışımının hacim özgül ağırlığı (kN/cm³)

qz.k = Agrega karışımının görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

Pkaba = Karışım içerisindeki kaba agreganın ağırlıkça yüzdesi

Pince = Karışım içerisindeki ince agreganın ağırlıkça yüzdesi

Pfiller = Karışım içerisindeki filler malzemenin ağırlıkça yüzdesi

qh.kaba = Kaba agreganın hacim özgül ağırlığı (kN/cm³)

qh.ince = İnce agreganın hacim özgül ağırlığı (kN/cm³)

qh.filler = Filler malzemenin hacim özgül ağırlığı (kN/cm³)

qz.kaba = Kaba agreganın görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

qz.ince = İnce agreganın görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

qz.filler = Filler malzemenin görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

65

6.3.3.2 Sıkıştırılmış bitümlü karışımının pratik özgül ağırlığı

Bitümlü karışımın özgül ağırlığı, numunenin birim ağırlığının aynı koşullarda birim

distile suyun ağırlığına oranı olarak ifade edilmektedir. Her bir numunenin özgül

ağırlığı, o numunenin havadaki, sudaki ve doygun kuru yüzey durumundaki

ağırlıkları kullanılarak elde edilmiştir. Bitümlü karışımların özgül ağırlıkları

aşağıdaki bağıntı kullanılarak hesaplanmıştır [40].

qpratik = 𝐴

𝐵−𝐶

Burada;

qpratik = Sıkıştırılmış bitümlü karışımının pratik özgül ağırlığı (kN/cm³)

A = Numunenin kuru ağırlığı (g)

B = Numunenin doygun kuru yüzey durumdaki ağırlığı (g)

C = Numunenin sudaki ağırlığı (g)

6.3.3.3 Bitümlü karışımının maksimum teorik özgül ağırlığı

Deney için hazırlanan bitümlü karışımların içerisinde, sıvı maddelerin ulaşamadığı

sıkışmış hava boşlukları bulunmaktadır. Maksimum teorik özgül ağırlık, hazırlanmış

karışım içerisinde hiç hava boşluğu bulunmayan, sadece bitüm ve agrega karışımının

özgül ağırlığını ifade etmektedir. Maksimum teorik ağırlık aşağıdaki bağıntılar

kullanılarak hesaplanmıştır [40].

qmax = 100+ 𝑃𝑏𝑖𝑡ü𝑚100

𝐺𝑒𝑓+

𝑃𝑏𝑖𝑡ü𝑚𝑞𝑏𝑖𝑡ü𝑚

Gef = 𝑞ℎ.𝑘+𝑞𝑧.𝑘

2

Burada;

qmax = Karışımının maksimum teorik özgül ağırlığı (kN/cm³)

Gef = Bitümlü karışım içerisindeki agreganın görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

Pbitüm = Bitümlü karışım içerisindeki bitümün ağırlıkça yüzdesi

qbitüm = Bitümlü karışım içerisindeki bitümün özgül ağırlığı (kN/cm³)


qz.k = Agrega karışımının görünen özgül ağırlığı (kN/cm³)

66

6.3.3.4 Sıkıştırılmış bitümlü karışımda hava boşluğu yüzdesinin hesaplanması

Sıkıştırılmış bitümlü karışımda hava boşluğu, hazırlanmış bitümlü karışımın

sıkıştırma işlemi karışım içerisinde sıkışmış hava boşluklarını ifade etmektedir. Bu

boşluklar TS 3720 standardına göre aşağıdaki bağıntı kullanılarak hesaplanmıştır

[40].

Vh = 𝑞𝑚−𝑞𝑝

𝑞𝑚× 100

Burada;

Vh = Sıkıştırılmış bitümlü karışımda hava boşluğu yüzdesi

qm = Bitümlü karışımının maksimum teorik özgül ağırlığı

qp = Bitümlü karışımının pratik özgül ağırlığı

6.3.3.5 Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki agregalar arası boşluk yüzdesinin

hesaplanması

Agregalar arası boşluk, sıkıştırılmış karışım içerisindeki agrega taneleri arasındaki

hava ve efektif bitüm içeren boşluklar olarak tanımlanmaktadır. Agregalar arası

boşluk toplam hacimin yüzdesi olarak ifade edilmektedir ve agrega karışım hacim

özgül ağırlığından yararlanılarak sıkıştırılmış karışımın hacimi yüzdesi cinsinden

hesaplanmaktadır. Agregalar arası boşluk yüzdesi TS 3720 standardına göre

aşağıdaki bağıntı kullanılarak hesaplanmıştır [40].

VMA = 100 - 𝑞𝑝×𝑃𝑘

𝑞ℎ.𝑘× 100

Burada;

VMA = Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki mineral agregalar arası boşluk yüzdesi

qp = Sıkıştırılmış bitümlü karışımının pratik özgül ağırlığı (kN/cm³)

Pk = Bitümlü karışım içerisindeki agreganın ağırlıkça yüzdesi


6.3.3.6 Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki bitümle dolu boşluk yüzdesinin

hesaplanması

Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki bitümle dolu boşluk yüzdesi, sıkıştırılmış karışım

içerisinde agregalar arası boşlukların bitüm ile doldurulmuş miktarını belirtmektedir

67

ancak agregalar tarafından emilen bitüm miktarını içermemektedir. Bitümle dolu

boşluk yüzdesi TS 3720 standardına göre aşağıdaki bağıntı kullanılarak

hesaplanmıştır [40].

Vf = 𝑉𝑀𝐴−𝑉ℎ

𝑉𝑀𝐴× 100

Burada;

Vf = Bitümle dolu boşluk yüzdesi

VMA = Sıkıştırılmış bitümlü karışımdaki mineral agregalar arası boşluk yüzdesi

Vh = Sıkıştırılmış bitümlü karışımda hava boşluğu yüzdesi

6.3.4 Optimum bitüm yüzdesinin belirlenmesi

Optimüm bitüm yüzdesi, farklı bitüm miktarları ile hazırlanmış numunelerden elde

edilen sonuçların değerlendirilmesi ile hesaplanan değerdir. Numunelere ait

yoğunluk ve boşluk analizleri ve Marshall stabilite ve akma okumaları ile bu

değerlerin ait olduğu bitüm yüzdeleri grafik olarak çizilmektedir. Çizilen grafikler,

optimum bitüm yüzdesi belirlenmesinde kullanılmaktadır. Optimum bitüm yüzdesi,

tasarlanan karışımın, gerek duyulan koşulları sağlayacağı şekilde belirlenmelidir. TS

3720 standardına göre, optimum bitüm yüzdesi olarak karışımın şartnamede

belirtilen hava boşluğu sınırının orta noktasına karşılık gelen bitüm içeriğinin

seçilmesi önerilmektedir. Bu bitüm yüzdesinde hesaplanmış ve deneyle tayin edilmiş

karışım özellikleri grafikten bulunmaktadır. Bulunan değerler karışımın şartnamede

belirtilen gereksinimlerini karşılıyorsa, bu bitüm oranı optimum bitüm olarak

belirlenmektedir. Aksi taktirde, bitüm içeriğinde bazı değişiklikler yapılması veya

karışımın yeniden tasarlanması gerekmektedir [40].

Optimum bitüm miktarı, çizilen grafiklerde şartname limitlerini sağlayan agregalar

arası boşluk miktarı,bitümle dolu boşluk miktarı, hava boşluğu miktarı ve stabilite

değerlerinin kesişim aralıkları belirlenerek de hesaplanabilmektedir. Her grafikte

şartname limiti içerisinde kalan aralığın ortalaması alınarak optimum bitüm yüzdesi

miktarı elde edilmektedir.

69

7. DENEYSEL BULGULAR

Bu bölüm, çalışmanın konusunu oluşturan elektrik ark fırını cürufunun aşınma ve

binder tabakalarında agrega olarak kullanılabilirliğini belirleyebilmek için yapılmış

olan deneylerin sonuçlarını içermektedir. Ayrıca kıyaslama için kulanılan doğal

agrega ve bitüm ile ilgili elde edilen deney sonuçları da bu bölümde verilmiştir.

7.1 Agregaların Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesine İlişkin Deney Sonuçları

7.1.1 Elek analizi deney sonuçları

Elektrik ark fırını cürufu atık olarak stoklanması sebebiyle tane dağılımı belirsiz

halde laboratuvarımıza ulaşmıştır. Elektrik ark fırını cürufu ve İstanbul Ömerli

bölgesinden temin edilen doğal agrega deney çalışmalarında ve Marshall tasarım

yönteminde kullanılmak üzere Karayolları Teknik Şartnamesi’nde belirtilen aşınma

ve binder tabakası Tip-I gradasyon limitleri çizelgesine göre sınıflandırılmıştır.

Çalışmada kullanılan granülometri limitleri, şartname alt ve üst limitlerinin

ortalaması olarak kullanılmıştır. Bu granülometriler Çizelge 7.1 ve Çizelge 7.2’de

gösterilmektedir.

Çizelge 7.1: Aşınma tabakası için kullanılan gradasyon limitleri

Elek Açıklığı

(mm)

% geçen

Minimum Maksimum Kullanılan

19 100,0 100,0 100,0

12,5 88,0 100,0 94,0

9,5 72,0 90,0 81,0

4,75 42,0 52,0 47,0

2 25,0 35,0 30,0

0,425 10,0 20,0 15,0

0,180 7,0 14,0 10,5

0,075 3,0 8,0 5,5

70

Çizelge 7.2: Binder tabakası için kullanılan gradasyon limitleri

Elek Açıklığı

(mm)

% geçen

Minimum Maksimum Kullanılan

25 100,0 100,0 100,0

19 80,0 100,0 90,0

12,5 58,0 80,0 69,0

9,5 48,0 70,0 59,0

4,75 30,0 52,0 41,0

2 20,0 40,0 30,0

0,425 8,0 22,0 15,0

0,18 5,0 14,0 9,5

0,075 2,0 7,0 4,5

7.1.2 Özgül ağırlık ve su emme deneyi sonuçları

Özgül ağırlık tayini kaba agrega, ince agrega ve filler malzemesi için yapılmıştır.

Kaba agrega ve ince agrega için elde edilen sonuçlar ve deney standartları Çizelge

7.3’te verilmiştir.

Çizelge 7.3: Kaba ve ince agrega özgül ağırlık değerleri

Kaba Agrega İnce Agrega

Standart Hacim özgül

ağırlık g/cm3

Zahiri

özgül

ağırlık

g/cm3

Standart

Hacim

özgül

ağırlık

g/cm3

Zahiri

özgül

ağırlık

g/cm3

Doğal agrega ASTM C127 2,86 2,89 ASTM

C128 2,85 2,88

EAF cürufu ASTM C127 3,45 3,61 ASTM

C128 3,61 3,78

Filler malzemesi için yapılan özgül ağırlık deneyi sonucu ve standardı Çizelge 7.4’te

verilmiştir. EAF cürufu oluşumu sebebiyle içerisinde fazla miktarda hava boşlukları

bulundurmaktadır. Tane boyutlarının küçülmesi ile cüruf yapısında sıkışmış hava

kabarcıkları azalmakta, dolayısıyla cüruf agregasının özgül ağırlığı artmaktadır.

71

Çizelge 7.4: Filler malzemesi özgül ağırlık değerleri

Standart Hacim özgül

ağırlık g/cm3

Doğal agrega ASTM C128 2,868

EAF cürufu ASTM C128 3,231

Su emme oranı, agrega içerisindeki sıvı emilimi ile dolabilen boşlukları ifade

etmektedir. Yüksek su emme oranına sahip agregalar, boşluklu yapıya sahiptir.

Agregada boşlukların fazla olması agreganın donma ve çevre etkilerine karşı

dayanıklılığını azaltmaktadır. Agrega bünyesine emilen su, bitümlü kaplamalarda

agrega ile bitüm bağının zayıflamasına neden olmaktadır.

Kaba agrega için belirlenen maksimum su emme oranı %2,5 olarak belirtilmiştir.

Yapılan deneyler sonucunda elektrik ark fırını cürufunun kaba tanelerinin su emme

oranı %1,26 olarak belirlenmiştir. Doğal agreganın kaba tanelerinin su emme oranı

ise %0,36 olarak belirlenmiştir. Sonuçlardan da görüldüğü gibi elektrik ark fırı

cürufu ve doğal agreganın iri tanelerinin su emme oranı belirtilen limitlerin altında

kalmıştır.

İnce agrega için belirlenen maksimum su emme oranı da %2,5 olarak belirtilmiştir.

Yapılan deneyler sonucunda elektrik ark fırını cürufunun ince tanelerinin su emme

oranı %1,18 olarak belirlenmiştir. Doğal agreganın ince tanelerinin su emme oranı

ise %0,39 olarak belirlenmiştir. Sonuçlardan da görüldüğü gibi elektrik ark fırı

cürufu ve doğal agreganın ince tanelerinin su emme oranı belirtilen limitlerin altında

kalmıştır. Kaba agrega ve ince agrega için su emme yüzdeleri ve deney standartları

Çizelge 7.5’te verilmiştir.

Çizelge 7.5: Kaba agrega ve ince agrega su emme oranları

Kaba Agrega İnce Agrega

Standart Şartname

limiti %

Su

emme % Standart

Şartname

limiti %

Su

emme %

Doğal

agrega

ASTM

C127 ≤ 2,5 0,36

ASTM

C128 ≤ 2,5 0,39

EAF cürufu ASTM

C127 ≤ 2,5 1,26

ASTM

C128 ≤ 2,5 1,18

72

7.1.3 Los Angeles deneyi sonuçları

Yol üstyapısında, dışarıdan gelecek mekanik etkiler karşısında agreganın dayanımını

inceleyen bu deneyin sonuçları Çizelge 7.6’da gösterilmiştir. Bu deney ASTM C131

standardına göre yapılmıştır. KTŞ 2013’te aşınma ve binder tabakları için Los

Angeles parçalanma kayıbı değerinin % 30’un altında olması gerektiği belirtilmiştir.

Çizelge 7.6: Los Angeles aşınma değeri

Kaba Agrega

Standart Şartname

limiti %

Parçalanma

kaybı %

Doğal agrega ASTM

C131 ≤ 30 18

EAF cürufu ASTM

C131 ≤ 30 18

7.1.4 Yassılık indeksi deneyi sonuçları

Yassı malzemenin miktarca fazla olması, yolun dayanım özelliklerinin düşük

olmasına sebep olmaktadır. Yassı malzeme trafik yükü altında diğerlerine göre daha

kolay kırılmaktadır. Karayolları Teknik Şartnamesi'nde aşınma ve binder tabakaları

için belirlenen değer maks. % 30'dur. Yani agregalardaki yassılık indeksi değerinin

% 30'dan yüksek olmaması istenmektedir [41]. Kullandığımız malzemenin yassılık

oranı şartname değerini sağladığı Çizelge 7.7’de görülmektedir.

Çizelge 7.7: Yassılık indeksi deney sonuçları

Numune Yassılık İndeksi

% Şartname Limiti %

Doğal agrega 17 ≤ 30

EAF cürufu 8,45 ≤ 30

7.1.5 Soyulma deneyi sonuçları

Suyun ve trafiğin bir arada etkimesiyle bağlayıcı maddenin agrega üzerinden

ayrılması, soyulmaya sebep olmaktadır. Aşınma tabakası için Karayolları Teknik

Şartnamesi'nde verilen değere göre, soyulma mukavemetinin minimum % 50, binder

tabakası için şartnamede verilen değere göre minimum % 60 olması istenmektedir.

Deneyler, soyulma mukavemetini artırıcı katkı kullanılarak ve katkı kullanılmadan

iki şekilde yapılmıştır. Soyulmaya karşı eklenen katkı maddeleri ile hazırlanan

73

bitüme DOP’lu bitüm, herhangi bir katkı maddesi bulunmayan bitüme DOP’suz

bitüm denilmektedir. KTŞ 2013 şartname limiti ve deney sonuçları Çizelge 7.8’de

verilmiştir.

Çizelge 7.8: Soyulma mukavemeti deneyi

DOP'lu bitüm numunesi DOP'suz bitüm numunesi

Standart

Şartname

limiti %

Soyulma

mukavemeti

%

Standart Şartname

limiti %

Soyulma

mukavemeti

%

Doğal

agrega

TS EN

12697-

11

≥ 50-60 90 – 100

TS EN

12697-

11

≥ 50- 60 60 - 70

EAF

cürufu

TS EN

12697-

11

≥ 50-60 90 - 100

TS EN

12697-

11

≥ 50 -60 60 - 70

7.1.6 Cilalanma deneyi sonuçları

Cilalanma deneyi, çeşitli yol agregalarının trafik yükü altında sürtünmeyle aşınması

nedeniyle oluşan cilalanmayı belirlemek için yapılmaktadır. Agregaların cilalanması

yüzey sürtünme katsayısının azalmasına neden olmakta ve taşıt ile yüzey arasındaki

sürtünme kuvvetinin azalmasına neden olmakta, bu durum da sürüş güvenliğini

tehlikeye sokmaktadır. Cilalanma değeri deneyi TS EN 1097-8 standardına göre

yapılmıştır Aşınma tabakası için Karayolları Teknik Şartnamesi'nde verilen değere

göre, cilalanma değerinin minimum %50 olması istenmektedir. Binder tabakası için

ise Karayolları Teknik Şartnamesi'nde verilen değere göre, minimum %35 olması

istenmektedir. Çizelge 7.9’da cilalanma deneyi standardı ve sonuçları verilmiştir.

Çizelge 7.9: Cilalanma deneyi sonuçları

Standart Şartname

Limiti %

Sonuç değeri

%

Doğal

agrega

TS EN

1097 – 8 ≥ 50 54,0

EAF cürufu TS EN

1097 – 8 ≥ 50 59,0

7.1.7 Organik madde içeriği deneyi sonuçları

Agrega içerisindeki bitki artıkları ve humus gibi organik maddeler, yol üstyapısında

çatlaklara yol açabilmektedir. Bu çatlaklar dayanımın düşmesine sebep olmaktadır.

74

Şartname değerlerine göre binder tabakasında maksimum %0,5 değerine izin

verilmekte, aşınma tabakası için ise, bu maddelerin agregada hiç bulunmaması

istenmektedir. Yapılan deney sonucunda kullanılan agregalarda herhangi bir organik

madde bulunmamıştır.

7.2 Bitüm Deneylerinden Elde Edilen Sonuçlar

Bu çalışmada TÜPRAŞ’tan temin edilen B 50/70 sınıfı bitüm kullanılmıştır.

Kullanılan bitümün penetrasyon değeri kontrol edilmiş ve Marshall tasarım yöntemi

hesapları için ihtiyaç duyulan bitümün özgül ağırlığı tespit edilmiştir. Deneyler

Karayolları Teknik Şartnamesi’nde belirtilen standartlara göre yapılmıştır. Bitümün

özelliklerini belirlemek için yapılan deneylerde Çizelge 7.10’daki sonuçlar elde

edilmiştir.

Çizelge 7.10: Bitüm deneylerinden elde edilen sonuçlar

Deneyin Adı Deneyin Sonucu

Penetrasyon (mm) 63

Özgül Ağırlık (g/cm3) 1,023

7.3 Marshall Deneyi Sonuçları

7.3.1 EAF cürufu için grafikler

EAF cürufu için yapılan deneyler sonucu aşınma ve binder tabakaları için elde edilen

grafikler aşağıda verilmiştir. Sonuçlara göre, aşınma ve binder tabakası için ayrı ayrı

% boşluk (Vh) - % bitüm, % agregalar arası boşluk (VMA) - % bitüm, % bitümle

dolu boşluk (VFA) - % bitüm, pratik özgül ağırlık - % bitüm, stabilite - % bitüm,

akma - % bitüm; grafikleri çizilmiştir. Optimum bitüm oranı buradaki grafiklerden

yararlanarak bulunacaktır.

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, aşınma tabakası için boşluk oranının limit

değerleri %3 ile %5 arasındadır. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu

bu limit değerlerini, %4,93 bitüm ile %5,70 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil

7.1’de elektrik ark fırını cürufuyla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait

% boşluk - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

75

Şekil 7.1: Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, binder tabakası için boşluk oranının limit

değerleri %4 ile %6 arasındadır. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu

bu limit değerlerini, %4,37 bitüm ile %5,35 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil

7.2’de elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait %

boşluk - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için agregalar arası boşluk

oranının limit değerleri %14 ile %16 arasındadır. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan

deneyler sonucu bu limit değerlerini, hiçbir bitüm oranı sağlamamıştır. Şekil 7.3’te

0,00

3,00

6,00

9,00

12,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Vh

Pb

Pb-Vh

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Vh

Pb

Pb-Vh

76

elektrik ark fırını cürufuyla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait % VMA

- % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

Şekil 7.3: VMA % - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için agregalar arası boşluk


deneyler sonucu bu limit değerlerini, hiçbir bitüm oranı sağlamamıştır. Şekil 7.4’te

elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait % VMA



13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

77

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için bitüm ile dolu boşluk


deneyler sonucu bu limit değerlerini, %4,55 bitüm ile %5,17 bitüm oranları arası

sağlamıştır. Şekil 7.5’te elektrik ark fırını cürufuyla aşınma tabakası için hazırlanmış

numunelere ait % VFA - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

Şekil 7.5: VFA % - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için bitüm ile dolu boşluk


deneyler sonucu bu limit değerlerini, %4,18 bitüm ile %5,08 bitüm oranları arası

sağlamıştır. Şekil 7.6’da elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için hazırlanmış

numunelere ait % VFA - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.


40,00

60,00

80,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VFA

Pb

Pb-VFA

40,00

60,00

80,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VFA

Pb

Pb-VFA

78

Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu, aşınma numunelerinin

yoğunluğunun artan bitüm miktarıyla birlikte artış gösterdiği görülmektedir. Şekil


yoğunluk - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

Şekil 7.7: Pratik özgül ağırlık - bitüm % grafiği

Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu, binder numunelerinin

yoğunluğunun, bitüm miktarının %4,87 olduğu değerde maksimuma ulaştığı

görülmüştür. Şekil 7.8’de elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için

hazırlanmış numunelere ait yoğunluk - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.


2,870

2,930

2,990

3,050

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Dp

Pb

Pb-Dp

2,900

2,925

2,950

2,975

3,000

3,025

3,050

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Dp

Pb

Pb-Dp

79

Karayolları Teknik Şartnamesi, aşınma tabakası için minimum stabilite değerinin

minimum 900 kgf olması gerektiğini belirtmiştir. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan

deneyler sonucu bu limit değerinin üstünde kalındığı görülmüştür. Şekil 7.9’da

elektrik ark fırını cürufuyla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait stabilite


Şekil 7.9: Stabilite - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi, binder tabakası için minimum stabilite değerinin

minimum 750 kgf olması gerektiğini belirtmiştir. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan

deneyler sonucu bu limit değerinin üstünde kalındığı görülmüştür. Şekil 7.10’da

elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait stabilite -

% bitüm oranı grafiği verilmiştir.


800

1200

1600

2000

2400

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

700

1100

1500

1900

2300

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

80

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için akma limit değerleri 2

mm ile 4 mm arasındadır. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu bu

limit değerlerini, %4,0 bitüm ile %5,66 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil


akma - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

Şekil 7.11: Akma - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için akma limit değerleri 2

mm ile 4 mm arasındadır. Elektrik ark fırını cürufuyla yapılan deneyler sonucu bu

limit değerlerini, %4,0 bitüm ile %6,0 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil 7.12’de

elektrik ark fırını cürufuyla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait akma - %

bitüm oranı grafiği verilmiştir.


1,75

2,00

2,25

2,50

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

81

7.3.2 EAF cürufu için optimum bitüm yüzdesi sonuçları

Optimum bitüm yüzdesi, yapılan karışımlardan elde edilen farklı sonuçlar içerisinde

tüm kriterler için en ideal değerdir. Bu çalışmada optimum bitüm yüzdesinin

belirlenmesi TS 3720’de belirtilen, şartname hava boşluğu sınırlarının ortalamasına

karşılık gelen bitüm yüzdesi miktarı olarak seçilmiştir. Bu değerler, EAF agregası

aşınma karışımı için Şekil 7.1’deki grafik, EAF cürufu agregası binder karışımı için

Şekil 7.2’deki grafik kullanılarak hesaplanmıştır. Sıkıştırılmış karışımların %4 ve %5

hava boşluğuna göre optimum bitüm miktarları, EAF cürufu agregası aşınma

karışımı için %5,29, binder karışımı için ise %4,68 olarak bulunmuştur. EAF

cürufunun aşınma karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan değerleri çizelge

7.11’de, binder karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan değerleri ise çizelge

7.12’de, gösterilmiştir.

Çizelge 7.11: EAF cürufunun aşınma karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan

değerleri ve şartname limitleri

Parametreler Optimum

Bitüm (%) Değer

Şartname

Aralığı

Pratik Özgül Ağırlık (g/cm3) 5,29 3,01 -

Marshall Stabilitesi (kgf) 5,29 2014,51 > 900

Bitümle Dolu Boşluk (VFA), % 5,29 76,87 65 - 75

Boşluk (Vh), % 5,29 4,00 3 - 5

Agregalar Arası Boşluk (VMA),

% 5,29 17,38 14 - 16

Akma (mm) 5,29 2,12 2 - 4

Çizelge 7.12: EAF cürufunun binder karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan



Bitüm (%) Değer

Şartname

Aralığı



Bitümle Dolu Boşluk (VFA), % 4,68 70.16 60 - 75

Boşluk (Vh), % 4,68 5,00 4 - 6


% 4,68 16,60 13 - 15

Akma (mm) 4,68 2,45 2 - 4

82

7.3.3 Doğal agrega için grafikler

Doğal agrega için yapılan deneyler sonucu aşınma ve binder tabakaları için elde

edilen grafikler aşağıda verilmiştir. Sonuçlara göre, aşınma ve binder tabakası için

ayrı ayrı % boşluk (Vh) - % bitüm, % agregalar arası boşluk (VMA) - % bitüm, %

bitümle dolu boşluk (VFA) - % bitüm, pratik özgül ağırlık - % bitüm, stabilite - %

bitüm, akma - % bitüm; grafikleri çizilmiştir. Optimum bitüm oranı buradaki

grafiklerden yararlanarak bulunacaktır.

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, aşınma tabakası için boşluk oranının limit

değerleri %3 ile %5 arasındadır. Doğal agrega ile yapılan deneyler sonucu bu limit

değerlerini, %4,45 bitüm ile %5,23 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil 7.13’te

doğal agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait % boşluk - % bitüm

oranı grafiği verilmiştir.


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, binder tabakası için boşluk oranının limit

değerleri %4 ile %6 arasındadır. Doğal agrega ile yapılan deneyler sonucu bu limit

değerlerini, %4,43 bitüm ile %6 bitüm oranları arası sağlamıştır. Şekil 7.14’te doğal

agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait % boşluk - % bitüm oranı

grafiği verilmiştir.

1,00

3,00

5,00

7,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VA

Pb

Pb-VA

83

Şekil 7. 14: Boşluk % (Vh) - bitüm % grafiği

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için agregalar arası boşluk

oranının limit değerleri %14 ile %16 arasındadır. Doğal agregayla yapılan deneyler

sonucu bu limit değerlerini, %4,0 bitüm ile %6,0 bitüm oranları arası sağlamıştır.

Şekil 7.15’te doğal agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait %

VMA - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için agregalar arası boşluk


sonucu bu limit değerlerini, hiçbir bitüm oranı sağlamamıştır. Şekil 7.16’da doğal

agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait % VMA - % bitüm oranı


3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VA

Pb

Pb-VA

13,50

14,50

15,50

16,50

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

84


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için bitüm ile dolu boşluk



Şekil 7.17’de doğal agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait %

VFA - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için bitüm ile dolu boşluk



Şekil 7.18’de doğal agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait %

VFA - % bitüm oranı grafiği verilmiştir.

12,00

14,00

16,00

18,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VFA

Pb

Pb-VFA

85


Doğal agregayla yapılan deneyler sonucu, aşınma numunelerinin yoğunluğunun,

bitüm miktarının %5,58 olduğu değerde maksimuma ulaştığı görülmüştür. Şekil

7.19’da doğal agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait yoğunluk -



Doğal agregayla yapılan deneyler sonucu, binder numunelerinin yoğunluğunun,

bitüm miktarının %5,03 olduğu değerde maksimuma ulaştığı görülmüştür. Şekil

7.20’de doğal agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait yoğunluk -


50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VF

A

Pb

Pb-VFA

2,500

2,525

2,550

2,575

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Dp

Pb

Pb-Dp

86


Karayolları Teknik Şartnamesi, aşınma tabakası için minimum stabilite değerinin

minimum 900 kgf olması gerektiğini belirtmiştir. Doğal agregayla yapılan deneyler

sonucu bu limit değerinin üstünde kalındığı görülmüştür. Şekil 7.21’de doğal

agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait stabilite - % bitüm oranı



Karayolları Teknik Şartnamesi, binder tabakası için minimum stabilite değerinin

minimum 750 kgf olması gerektiğini belirtmiştir. Doğal agregayla yapılan deneyler

sonucu bu limit değerinin üstünde kalındığı görülmüştür. Şekil 7.22’de doğal

agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait stabilite - % bitüm oranı


2,450

2,475

2,500

2,525

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Dp

Pb

Pb-Dp

750

900

1050

1200

1350

1500

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

87


Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma tabakası için akma limit değerleri 2

mm ile 4 mm arasındadır. Doğal agregayla yapılan deneyler sonucu bu limit


doğal agregayla aşınma tabakası için hazırlanmış numunelere ait akma - % bitüm



Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre binder tabakası için akma limit değerleri 2

mm ile 4 mm arasındadır. Doğal agregayla yapılan deneyler sonucu bu limit


doğal agregayla binder tabakası için hazırlanmış numunelere ait akma - % bitüm


700,00

900,00

1100,00

1300,00

1500,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

88


7.3.4 Doğal agrega için optimum bitüm yüzdesi sonuçları

Optimum bitüm yüzdesi, yapılan karışımlardan elde edilen farklı sonuçlar içerisinde

tüm kriterler için en ideal değerdir. Bu çalışmada optimum bitüm yüzdesinin

belirlenmesi TS 3720’de belirtilen, şartname hava boşluğu sınırlarının ortalamasına

karşılık gelen bitüm yüzdesi miktarı olarak seçilmiştir. Bu değerler, doğal agrega

aşınma karışımı için Şekil 7.13’teki grafik, doğal agrega binder karışımı için Şekil

7.4’teki grafik kullanılarak hesaplanmıştır. Sıkıştırılmış karışımların %4 ve %5 hava

boşluğuna göre optimum bitüm miktarları, doğal agrega aşınma karışımı için %4,79,

binder karışımı için ise %4,85 olarak bulunmuştur. Doğal aggrega aşınma karışımı

için optimum bitüme göre, akma değeri şartname aralığında çıkmadığı için optimum

bitüm oranı 4,92 olarak alınmıştır. Hesaplanan değerleri çizelge 7.13’te, binder

karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan değerleri ise çizelge 7.14’te,

gösterilmiştir.

Çizelge 7.13: Doğal agrega aşınma karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan



Bitüm (%) Değer

Şartname

Aralığı




Boşluk (Vh), % 4,92 3,68 3 - 5


% 4,92 14,93 14 - 16

Akma (mm) 4,92 2,00 2 - 4

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

89

Çizelge 7.14: Doğal agrega binder karışımı için optimum bitüme göre hesaplanan



Bitüm (%) Değer

Şartname

Aralığı




Boşluk (Vh), % 4,85 5,00 4 - 6


% 4,85 15,94 13 - 15

Akma (mm) 4,85 2,55 2 - 4

7.3.5 Grafiklerin karşılaştırılması

Şekil 7.25: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının pratik özgül

ağırlıkları – bitüm yüzdeleri

Şekil 7.25’te görüldüğü gibi elektrik ark fırını cürufunun özgül ağırlığı doğal

agregadan fazladır.

Doğal Doğal Doğal Doğal Doğal

EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu

2,200

2,400

2,600

2,800

3,000

3,200

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Gm

b

Pb

Pb-Gmb

90

Şekil 7.26: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının boşluk (Vh) –

bitüm yüzdeleri

Şekil 7.26’da görüldüğü gibi elektrik ark fırını cürufunun boşluk yüzdesi doğal

agregadan daha fazladır.

Şekil 7.27: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının agregalar arası

boşluk (VMA)– bitüm yüzdeleri

Şekil 7.27’de görüldüğü gibi elektrik ark fırını cürufunun agregalar arası boşluk

yüzdesi doğal agregadan daha fazladır.

Doğal

Doğal

Doğal

Doğal Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

1,00

3,00

5,00

7,00

9,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VA

Pb

Pb-VA

Doğal Doğal

Doğal Doğal

Doğal

EAF cürufu EAF cürufu

EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

91

Şekil 7.28: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının bitümle dolu

boşluk (VFA) – bitüm yüzdeleri

Şekil 7.28’de görüldüğü gibi doğal agreganın asfaltla dolu boşluk yüzdesi EAF

cürufundan daha fazladır.

Şekil 7.29: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının akma – bitüm

yüzdeleri

Doğal

Doğal

Doğal

Doğal Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VFA

Pb

Pb-VFA

EAF cürufu



Doğal

Doğal

Doğal

Doğal

Doğal

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

92

Şekil 7.30: Doğal agrega ile EAF cürufunun aşınma karışımlarının stabilite – bitüm

yüzdeleri

Şekil 7.30’da görüldüğü gibi elektrik ark fırını cürufunun stabilite değeri doğal

agregadan daha fazladır.

Şekil 7.31: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının pratik özgül

ağırlıkları – bitüm yüzdeleri

Doğal Doğal Doğal

Doğal

Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

1200

1350

1500

1650

1800

1950

2100

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

doğal agrega doğal agrega doğal agrega doğal agrega doğal agrega

EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu EAF cürufu

EAF cürufu

2,300

2,500

2,700

2,900

3,100

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Gm

b

Pb

Pb-Dp

93

Şekil 7.32: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının boşluk (Vh) –

bitüm yüzdeleri

Şekil 7.33: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının agregalar arası

boşluk (VMA)– bitüm yüzdeleri

Doğal

Doğal Doğal

Doğal

Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VA

Pb

Pb-VA

Doğal

Doğal

Doğal

Doğal

Doğal EAF cürufu EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VM

A

Pb

Pb-VMA

94

Şekil 7.34: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının bitümle dolu

boşluk (VFA) – bitüm yüzdeleri

Şekil 7.35: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının akma – bitüm

yüzdeleri

Doğal

Doğal

Doğal Doğal

Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

EAF cürufu

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

VF

A

Pb

Pb-VFA

Doğal

Doğal

Doğal Doğal

Doğal

EAF cürufu

EAF cürufu


EAF cürufu

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Akm

a

Pb

Pb-Akma

95

Şekil 7.36: Doğal agrega ile EAF cürufunun binder karışımlarının stabilite – bitüm

yüzdeleri

Doğal

Doğal Doğal

Doğal Doğal

EAF cürufu


EAF cürufu

EAF cürufu

1200

1350

1500

1650

1800

1950

2100

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

Sta

bil

ite

Pb

Pb-Stabilite

97

8. SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu çalışmada, İskenderun Körfezi’nde bulunan Ekinciler Demir ve Çelik Sanayi A.Ş.

tesislerinden temin edilen elektrik ark fırını cüruflarının, esnek üstyapıların aşınma

ve binder tabakalarında agrega olarak kullanılabilirliği incelenmiştir. İstanbul Ömerli

Alyans Taş Ocağı'ndan temin edilen agrega ile birlikte bu elektrik ark fırını

cüruflarının, öncelikle fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Fiziksel özellikleri belirlenen

bu malzemelerle Marshall tasarımı yapılarak doğal agrega ile elektrik ark fırını

cürufu arasında kıyas yapılmıştır. Yapılan deneylerin sonuçları aşağıda

değerlendirilmiştir.

Özgül ağırlık deneylerinin sonucunda, kaba taneli elektrik ark fırını

cürufunun zahiri özgül ağırlığı 3,61 g/cm3, ince taneli elektrik ark fırını

cürufunun zahiri özgül ağırlığı ise 3,78 g/cm3 bulunmuştur. Doğal agregada

ise, kaba tanede 2,89 g/cm3 çıkan zahiri özgül ağırlık, ince tanede 2,88 g/cm

3

bulunmuştur. Elektrik ark fırını cürufunun, doğal agregaya göre daha yüksek

özgül ağırlığa sahip olmasının sebebi, içinde yüksek oranda demir

bulunmasıdır.

Kaba taneli elektrik ark fırını cürufunun su emme oranı %1,26 olarak

bulunurken, ince taneli elektrik ark fırını cürufunda bu oran %1,18 olarak

bulunmuştur. Doğal agregada kaba tanelerin su emme oranı %0,36, ince

tanelerde ise bu oran %0,39 olarak bulunmuştur. Bu değerler Karayolları

Teknik Şartnamesi’nde bulunan limit değerlerle karşılaştırıldığında bir sorun

olmadığı görülmüştür. EAF cürufunun, doğal agregaya göre yüksek oranda su

emmesinin sebebi, EAF cürufunun gözenekli bir yüzeye sahip olmasıdır.

Elektrik ark fırını cürufu için Los Angeles aşınma oranı, doğal agrega için

hesaplanan Los Angeles oranıyla aynı olmakla beraber, %18 olarak

bulunmuştur. Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre aşınma ve binder

98

tabakları için Los Angeles parçalanma kaybı değerinin %30’un altında olması

gerekmektedir. Her iki malzeme de, hem aşınma hem de binder tabakası için

şartname limitlerini sağlamıştır.

Yüksek miktarda yassı malzeme içeriği, yolun dayanım özelliklerinin

düşmesine sebebiyet vermektedir. Bu nedenle, Karayolları Teknik

Şartnamesi, yassı agrega oranının, hem aşınma hem de binder tabakasında,

%30 dan düşük olması gerektiğini belirtmiştir. EAF cürufu için yassılık

indeksi deneyinin sonucu % 8,45 bulunurken doğal agregada bulunan değer

%17’dir. Her iki malzeme, hem aşınma hem de binder tabakasında şartname

limitlerini sağlamıştır.

Agrega ile bitüm adezyonunun tespit edilmesini sağlayan soyulma deneyinin

sonuçları; EAF cürufunda katkı maddesi kullanılmadan yapılan deneyde,

%60-70, katkı maddesi kullanılarak yapılan deneyde %90-100 bulunmuştur.

Doğal agrega için yapılan deneylerde, EAF cürufu için bulunan değerlerle

aynı sonuçlara ulaşılmıştır. Şartname limiti soyulma mukavemetinin %50-60

değerlerinden yüksek olması gerektiğini belirtmektedir. Her iki malzeme de

bu limitleri sağlamıştır.

Yapılan agrega deneyleri arasında bir diğer önemli olanı da cilalanma

deneyidir. EAF cürufuna uygulanan deney sonucunda bulunan cilalanma

değeri %59 iken, doğal agrega için bulunan değer % 54’tür. Karayolları

Teknik Şartnamesi’nde verilen limit değerleri aşınma ve binder tabakası için

sırasıyla %50 ve %35’tir. Bu sonuçlara göre her iki malzeme, iki tabaka için

de şartname limitlerini sağlamıştır.

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, aşınma tabakasında agregalar

üzerinde hiç organik madde bulunmasına izin verilmezken, binder

tabakasında organik madde için limit değer %0,5 olarak belirtilmiştir.

Yapılan deneyler sonucu kullanılan agregalarda herhangi bir organik

maddeye rastlanmamıştır.

Karayolları Teknik Şartnamesi’ne göre, aşınma tabakası için boşluk oranının

limit değerleri %3 ile %5 arasında iken, binder tabakası için verilen bu limit

değerleri %4 ile %6 arasındadır. EAF cürufu ile hazırlanan karışımlar, aşınma

99

tabakası için verilen limitleri, %4,93 ile %5,7 bitüm oranları arasında

sağlarken, binder tabakası için verilen limitleri ise, %4,37 ile %5,35 bitüm

oranları arasında sağlamaktadır. Doğal agrega ile hazırlanan karışımlar,

aşınma tabakası için verilen limitleri, %4,45 ile %5,23 bitüm oranları

arasında sağlarken, binder tabakaı için verilen limitleri ise %4,43 ile %6

bitüm oranları arasında karşılamaktadır. Aşınma tabakası için yapılan

karışımlar sonucu, EAF cürufu daha fazla bitüme ihtiyaç duyduğu

görülürken, binder tabakası için yapılan karışımlarda doğal agrega daha fazla

bitüme ihtiyaç duymuştur.

Karayolları Teknik Şartnamesi, aşınma tabakası için, agregalar arası boşluk

oranının limit değerlerini %14 ile %16 arasında, binder tabakası için

agregalar arası boşluk oranının limit değerlerini ise, %13 ile %15 arasında

olması gerektiğini belirtmiştir. EAF cürufu ile yapılan karışımlarda, hem

aşınma hem de binder tabakası için verilen bu limit değerlerini, hiçbir bitüm

oranı sağlayamamıştır. Doğal agrega ile yapılan karışımlarda, binder tabakası

için verilen limit değerleri hiçbir bitüm oranında sağlanamazken, aşınma

tabakası için verilen limit değerleri, %4 ile %6 bitüm oranları arasında

sağlanmıştır.

Bitüm ile dolu boşluk oranı için, KTŞ’de aşınma tabakasında verilen limit

değerleri %65 ile %75 arasında, binder tabakasında verilen limit değerleri ise

%60 ile %75 arasındadır. EAF cürufu ile yapılan karışımlar sonucu, aşınma

tabakasında bu limit değerlerini, %4,55 ile %5,17 bitüm oranları arasında

sağlamıştır. EAF cürufu karışımları binder tabakasında verilen limitleri ise

%4,18 ile %5,08 bitüm oranları arasında sağlamıştır. Doğal agregada aşınma

ve binder limitlerini sırasıyla %4,34 ile %4,89 bitüm oranları ile %4,28 ile

%5,9 bitüm oranları arası sağlamıştır.

EAF cürufu kullanılarak hazırlanan karışımalarda, aşınma tabakası için

hazırlanan numunelerin özgül ağırlığı 2,96 g/cm3 ile 3,02 g/cm

3 arasında;

artan bitüm miktarıyla artış eğilimi gösterirken, binder tabakası için

hazırlanan numunelerde, 2,95 g/cm3 ile 3,04 g/cm

3 arasında önce artan daha

sonra azalan bir eğilim göstermektedir. Bu numunelerin bitüm miktarı %4,8

iken maksimum özgül ağırlık değerine ulaşmaktadır. Doğal agrega

100

kullanılarak hazırlanan karışımlarda ise, aşınma tabakası için hazırlanan

numunelerin 2,51 g/cm3 ile 2,56 g/cm

3 arasında önce artan sonra azalan,

binder tabakası için hazırlanan numunelerin, 2,47 g/cm3 ile 2,52 g/cm

3

arasında önce artıp sonra azalan bir eğilim gösterdiği tespit edilmiştir. Bu

numuneler aşınma tabakasında, bitüm miktarı %5,58 iken, binder tabakasında

bitüm miktarı %5,03 iken maksimum özgül ağırlığa ulaşmıştır.

Hem EAF cürufu ile yapılan karışımlarda, hem de doğal agrega ile yapılan

karışımlarda, Karayolları Teknik Şartnamesi’nde verilen aşınma ve binder

tabakaları için sırasıyla 900 kgf ve 750 kgf olan limitler, her iki tabaka için de

sağlanmıştır. Her iki malzeme için de, aşınma ve binder karışımlarının

stabiliteleri artan bitüm miktarıyla önce artan daha sonra azalan bir eğilim

göstermiştir. EAF cürufunun, hem aşınma tabakasında hem de binder

tabakasında doğal agregaya kıyasla daha iyi stabilite sonuçları verdiği

gözlenmiştir.

EAF cürufu ile hazırlanan numunelerin akma değerleri, aşınma tabakasında

artan bitüm miktarıyla önce artan sonra azalan bir eğilim gösterirken, binder

tabakasında artan bitüm miktarıyla artan bir eğilim gösterdiği tespit

edilmiştir. Aşınma tabakası numuneleri KTŞ’de belirtilen limit değerlerini

%4,0 ile %5,66 bitüm değerleri arasında sağlarken, binder tabakası

numuneleri %4,0 ile %6,0 bitüm oranları arasında sağlamıştır. Doğal agrega

ile hazırlanan numunelerde ise, her iki tabakada da artan bitüm miktarıyla

artış eğilimi gösteren akma değerleri bulunmuştur. Aşınma tabakası

numuneleri, KTŞ limitlerini %4,91 ile %6,0 bitüm oranları arasında

sağlarken, binder tabakası numuneleri, bu limit değerlerini %4,15 ile %6

bitüm oranları arasında sağlamıştır.

Yapılan bütün deneyler göz önünde bulundurulduğunda, elektrik ark fırını

cürufunun, Karayolları Teknik Şartnamesi’nde doğal agrega için sunulan limit

değerlerini büyük ölçüde sağladığı görülmüştür. Ekinciler Demir ve Çelik Sanayi

A.Ş. tesislerinden temin edilen elektrik ark fırını cüruflarının, yapay agrega olarak

esnek üstyapı aşınma ve binder tabakalarında kullanımının uygun olduğu

söylenebilir. Yalnızca şartnamede agregalar arası boşluk limitlerinin çok üstünde

kaldığı görülmüştür.

101

EAF cürufunun, esnek üstyapı aşınma ve binder tabakasında kullanımına ilişkin

öneriler aşağıda verilmiştir;

EAF cürufunun, cilalanma deneyi sonuçlarının doğal agregaya kıyasla daha

iyi çıkması, bu cürufla yapılacak olan kaplamanın, doğal agregayla yapılacak

kaplamaya kıyasla daha yüksek hizmet ömrünü sağlayacağı söylenebilir.

Binder tabakasında EAF cürufu, doğal agregaya kıyasla daha yüksek stabilite

ve daha düşük akma miktarı göstermiştir. Bu durum, temel tabakasına iletilen

trafik yüklerinin, daha geniş bir alanda iletilmesini sağlamaktadır ve

böylelikle bu tabakaların kalınlıklarının değişebileceği göz önünde

bulundurulmalıdır.

Yapılan deney sonuçlarında görülmüş olan, EAF cürufu kullanılarak

hazırlanan karışımların, özgül ağırlıklarının, doğal agrega kullanılarak

hazırlanan karışımların özgül ağırlıklarına kıyasla daha yüksek olmasının,

üretim yapılan plent ile inşaat sahası arasındaki taşıma maliyetlerini

arttırabileceği unutulmamalıdır.

Elde edilen deney sonuçlarının yanında, EAF cürufunun esnek üstyapı

aşınma ve binder tabakalarında agrega olarak kullanılmasının, çevresel

etkilerinin de göz önünde bulundurulması halinde, olumlu sonuçlar vereceği

yönünde yorumlanabilir. Ülkemizde ve dünyada demir-çelik sektörünün

gelişmesiyle, atık olarak nitelendirilen cürufun oluşumu artmaktadır. Bu atık

cürufun, inşaat sektöründe kullanımıyla hem çevrede oluşan atık kirliliğinin

azaltılması, hem de daha az doğal kaynak tüketimi sağlanacaktır. Diğer

yandan, aşınma tabakasında agrega yerine cüruf kullanılması durumunda,

optimum bitüm oranlarından da farkedileceği üzere daha fazla bitüm

kullanılması gerekmektedir, bu durumun yapım maliyetini arttıracağı göz

önünde bulundurulmalıdır.

EAF cürufu karışımlarının, yorulma dayanımı, tekerlek izi oluşumu, sünme

gibi özelliklerinin ayrıntılı bir şekilde incelenmesi, yararlı olacaktır.

Her geçen gün sanayileşmenin hızlanmasıyla artış gösteren, ve atık olarak

nitelendirilen cürufun üretimi, çevreye zarar vermektedir. Bu atıkların inşaat

102

sektöründe kullanımını yaygınlaştırmak için bir yasal düzenleme ve yönetmelik

hazırlanmalıdır. Böylelikle, stoklanan ve çevre kirliliği yaratan atıkların, daha

fazla katma değer yaratacak şekilde kullanım imkanları ortaya çıkacaktır.

103

KAYNAKLAR

[1] Tıraş, H.,H. (2012). Sürdürülebilir Kalkınma ve Çevre: Teorik Bir İnceleme.

(Cilt 2, Sayı 2, ss.57-73).

[2] Akbulut, H., Gürer, C. (2006). Atık mermerlerin Asfalt Kaplmalarda Agrega

Olarak Değerlendirilmesi, İMO Teknik Dergisi, 3943-3960, Yazı 261.

[3] Yılmaz, A. ve Sütaş, İ., (2008). Ferrokrom Cürufunun Yol Temel Malzemesi

Olarak Kullanımı. İMO Teknik Dergi.

[4] Reuter, M., Xiao, Y., and Boin U. (2004). Recycling and environmental issues

of metallurgical slags and salt fluxes, VII International Conference on Molten

Slags Fluxes and Salts,South Africa.

[5] Ilıcalı, kg, Tayfur, S., Özen, H., Sönmez, İ., Eren, K. (2001). Asfalt ve

Uygulamaları, İSFALT Bilimsel Yayın No 1, İstanbul.

[6] Umar,F., Ağar, E., 1991. Yol Üstyapısı, ITÜ İnşaat Fakültesi Matbaası.

[7] Umar, F. Ve Yayla, N., (1994). Yolİnşaatı. İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat

Fakültesi, İstanbul.

[8] Yeğinobalı, A., (2009), Niçin Beton Yol, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği,

Ankara

[9] Ağar, E., Sutas, İ. ve Öztaş, G. (1998). Beton Yollar (Rijit Yol Üstyapıları),

İTÜ İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul.

[10] Khazanovich, L., Lederle, R., Tompkins, D., Harvey ve Signore, J., (t.y.).

Guidelines for the Rehabilitation of Concrete Pavements Using Asphalt

Overlays, University of Minnesota, University of California, USA.

[11] Dikbaş, A., Yonar F., (2013), EAF Çelik İzabe Cürufunun Karayolu İnşaatında

Dolgu, Temel ve Alttemel Malzemesi Olarak Kullanımı, İstanbul.

[12] Arık, A., 1998. Balıkesir İli Çevresindeki Karayollarında Esnek Üstyapı

Bozulmalarının Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi,

Balıkesir, 86s.

[13] Tunç, A. (2004). Esnek Kaplama Malzemeleri El Kitabı. Asil Yayın Dağıtım,

Ankara.

[14] National Asphalt Pavement Association and Federal Highways

Administration, (2001). HMA Pavement Mix Type Selection Guide.

104

[15] Lavin, P., (2003). Asphalt Pavements: A Practical Guide to Design, Production

and Maintenance for Engineers and Architects. CRC Press

[16] Morova, N., Serin, S. ve Terzi, S., (2011). Bitüm Miktarının Asfalt Betonu

Dayanımına Etkisinin Bulanık Mantık Yaklaşımıyla Değerlendirilmesi. 6th

International Advanced Technologies Symposium, Elazığ.

[17] Özay, O., (2011). Farklı Modifiye Katkılarla Hazırlanan Poroz Asfalt

Karışımların Performansının İncelenmesi (Yüksek lisans tezi). Gazi

Üniversitesi, Ankara.

[18] Dündar, G. (1998). Esnek Üstyapı Tasarım Yöntemlerinin Karşılaştırılması

(Yüksek Lisans Tezi). İTÜ, İstanbul.

[19] Çetin, S., (2007), Afyonkarahisar Bölgesi Volkanik Kayaçların Sıcak Karışım

Asfalt Kaplamalarında Agrega Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması,

Yüksek Lisans Tezi, AKÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyon.

[20] Karayolu Teknik Şartnamesi. (2013), KGM Yayını, Ankara

[21] T.C. Doğu Akdeniz Kalkınma Ajansı. (2014). Demir Çelik Sektör Raporu.

Hatay

[22] International Iron And Steel Instutie. Alındığı tarih: 04.11.2016. (Adres:

www.worldsteel.org)

[23] Demir-Çelik Sektörü Raporu, (2013) T.C. Bilim, Sanayi Ve Teknoloji

Bakanlığı.

[24] Erişir, E. (2013). Çeliklerde Malzeme Bilimi ve Son Gelişmeler. Metalurji ve

Malzeme Mühendisliği Bölümü Ders Notları. Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli.

[25] Ekici, H., (2014), Yüksek Fırınlar ile Ham Demir Üretimi (Ders Notu).İstanbul

Üniversitesi, İstanbul.

[26] Ekici, H., (2014), Bazik Oksijen Fırınları ile Sıvı Ham Demirden Çelik Üretimi

(Ders Notu).İstanbul Üniversitesi, İstanbul.

[27] Ekici, H., (2014), Elektrik Arg Ergitme Fırınları ile Demirden Çelik Üretimi

(Ders Notu).İstanbul Üniversitesi, İstanbul.

[28] [Yüksek Fırın Cürufu ve Yüksek Fırın Cüruflu Çimento] Alındığı Tarih:

20.10.2016. Adres: http://www.betonvecimento.com

[29] Bilen, M. (2010). Çelikhane Cüruflarında Liç-Karbonatlaştırma Prosesi ile

Klasiyum Karbonat Kazanılması, Yüksek Lisans Tezi, Bahçeşehir

Üniversitesi, İstanbul

[30] Eren, E., Derun, E. ve Pişkin, S. (2010). Çelikhane Cüruflarının Beton

Üretiminde Agrega Olarak Kullanılabilirliğinin İncelenmesi, Türkiye Hazır

Beton Birliği, İstanbul

http://www.worldsteel.org/

105

[31] Ulusal Katı Atık Yönetim Kongresi (2010). Mersin Üniversitesi, Mersin.

[32] Ata, M.M. (1987). Esnek Üstyapıların Projelendirme ve İnşaat Yöntemlerinin

Araştırılması ve Cüruflu Asfalt Betonu, (Yüksek Lisans Tezi). YTÜ.

[33] TS EN 1097-8, (2010). Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler

bölüm 8: Taş parlatma değerinin tayini, Türk Standartları Enstitüsü,

Ankara.

[34] TS EN 1744-1:2009+A1 (2013). Agregaların Kimyasal Özellikleri İçin

Deneyler - Bölüm 1: Kimyasal Analiz, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

[35] TS EN 1426, (2008). Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-İğne batma derinliği tayini,

Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

[36] ASTM D5-97, (1997), Standard Test Method for Penetration of Bituminous

Materials, American Society for Testing and Materials, ABD.

[37] TS EN 15326+A1, (2010). Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-Yoğunluk ve özgül

kütle tayini-Kapiler kapaklı piknometre yöntemi, Türk Standartları Enstitüsü,

Ankara.

[38] Orhan, F., (2012). Bitümlü Karışımlar Laboratuvarı Çalışmaları. Karayolları

Genel Müdürlüğü Araştırma Geliştirme Dairesi Başkanlığı Üstyapı

Geliştirme Şubesi Müdürlüğü, Ankara.

[39] Öksüz, B. (2011), Asfalt Betonu Kaplamalarda Volkanik Cüruf Ve Cam

Atıklarının Filler Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması (Yüksek Lisans

Tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta.

[40] TS 3720, 2010. Bitümlü karışımlar - Asfalt betonu - Karışım tasarımı hesap

esasları - Marshall yöntemi, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

[41] TS EN 933-3, 2012. Agregaların geometrik özellikleri için deneyler bölüm 3:

Tane şekli tayini yassılık endeksi, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.

107

EKLER

EK 1: Aşınma tabakası için doğal agregadan elde edilen veri tablosu

EK 2 : Binder tabakası için doğal agregadan elde edilen veri tablosu

EK 3 : Aşınma tabakası için EAF cürufundan elde edilen veri tablosu

EK 4 : Binder tabakası için EAF cürufundan elde edilen veri tablosu

108

Briket No

Bitüm

Yüzdesi

Briket

Yükeskliği

Havadaki

Ağırlık

Sudaki

Ağırlık

Doygun

Kuru

Yüzey

Ağırlık

Hacim

Pratik

Özgül

Ağırlık

Boşluk (Vh)

% VMA %

Bitümle

Dolu

Boşluk

Akma Stabilite Düzeltme

Faktörü

Düzeltilmiş

Stabilite

Wa gr Ort. gr (A) gr (C) gr (B) cm3 (V=B-

C) Dp (A/V) Vh VMA VFA mm kgf kgf

1

4,0

48 62,4 1243,6 754,1 1247,5 493,4 2,520 6,05 15,10 59,91 1,68 1670,5 1,028 1717,3

2 48 63,4 1247,0 752,6 1251,9 499,3 2,497 6,91 15,88 56,47 1,56 1583,0 1,001 1584,6

3 48 63,1 1244,9 752,7 1248,1 495,4 2,513 6,34 15,36 58,74 1,84 1193,2 1,010 1205,1

2,510 6,43 15,45 58,37 1,69 1482,2 1502,3

4

4,5

54 62,9 1257,2 762,9 1259,3 496,4 2,533 4,87 15,10 67,76 1,49 1219,7 1,013 1235,6

5 54 62,5 1246,8 755,6 1247,8 492,2 2,533 4,85 15,08 67,85 1,74 1575,1 1,024 1612,9

6 54 63,5 1248,3 754,1 1251,4 497,3 2,510 5,71 15,85 63,97 2,35 1214,4 0,998 1212,0

2,525 5,14 15,34 66,53 1,86 1336,4 1353,5

7

5,0

60 62,3 1258,2 767,0 1258,8 491,8 2,558 3,17 14,65 78,37 1,84 1209,1 1,031 1246,6

8 60 62,9 1259,0 767,4 1259,8 492,4 2,557 3,23 14,70 78,06 2,44 1503,5 1,015 1526,1

9 60 62,4 1254,2 761,9 1255,4 493,5 2,541 3,81 15,21 74,96 2,03 1238,3 1,028 1273,0

2,552 3,40 14,85 77,13 2,10 1317,0 1348,5

10

5,5

66 62,7 1266,2 771,6 1266,6 495,0 2,558 2,46 15,06 83,69 2,39 1238,3 1,020 1263,1

11 66 61,9 1263,3 770,0 1263,7 493,7 2,559 2,42 15,04 83,88 2,02 1259,5 1,041 1311,1

12 66 61,8 1261,9 770,5 1262,3 491,8 2,566 2,16 14,80 85,44 2,27 1309,9 1,045 1368,8

2,561 2,35 14,97 84,34 2,23 1269,2 1314,4

13

6,0

72 62,2 1271,3 773,4 1271,7 498,3 2,551 1,99 15,69 87,28 3,05 1267,5 1,032 1308,1

14 72 62,4 1269,1 771,0 1269,5 498,5 2,546 2,20 15,87 86,11 2,43 1140,2 1,028 1172,1

15 72 62,4 1266,2 770,4 1266,5 496,1 2,552 1,96 15,65 87,51 2,76 1198,5 1,027 1230,9

2,550 2,05 15,74 86,97 2,75 1202,1 1237,0

EK 1: Aşınma tabakası için doğal agregadan elde edilen veri tablosu

109

Briket No

Bitüm

Yüzdesi

Briket

Yükeskliği

Havadaki

Ağırlık

Sudaki

Ağırlık

Doygun

Kuru

Yüzey

Ağırlık

Hacim

Pratik

Özgül

Ağırlık

Boşluk

(Vh) % VMA %

Bitümle

Dolu

Boşluk


Faktörü

Düzeltilmiş

Stabilite



1

4,0

48 62,4 1243,0 759,3 1245,9 486,6 2,554 7,69 16,58 53,60 1,87 1291,3 1,027 1325,9

2 48 62,5 1243,2 760,1 1246,7 486,6 2,555 7,69 16,58 53,60 1,85 1282,1 1,025 1314,1

3 48 62,6 1243,4 760,8 1247,4 486,6 2,555 7,69 16,58 53,60 1,84 1272,8 1,023 1302,3

2,555 7,69 16,58 53,60 1,85 1282,1 1314,1

4

4,5

54 61,9 1246,4 765,0 1249,3 484,3 2,574 5,40 15,57 65,32 2,39 1246,3 1,043 1299,4

5 54 61,8 1251,3 767,0 1252,7 485,7 2,576 5,40 15,57 65,32 2,32 1389,4 1,046 1452,7

6 54 61,5 1249,9 767,1 1252,1 485,0 2,577 5,40 15,57 65,32 2,03 1450,4 1,052 1526,3

2,576 5,40 15,57 65,32 2,25 1362,0414 1426,2

7

5,0

60 61,4 1257,6 772,6 1258,4 485,8 2,589 4,82 16,10 70,04 2,98 1431,9 1,057 1513,9

8 60 61,8 1258,9 773,3 1259,9 486,6 2,6 4,82 16,10 70,04 3,40 1378,8 1,046 1441,6

9 60 61,4 1258,1 772,9 1259,2 486,3 2,6 4,82 16,10 70,04 1,99 1246,3 1,057 1317,6

2,6 4,82 16,10 70,04 2,79 1352,3 1424,4

10

5,5

66 61,8 1265,0 772,6 1265,3 492,7 2,567 4,60 16,93 72,80 2,93 1238,3 1,044 1292,3

11 66 61,9 1264,9 773,3 1265,7 492,4 2,569 4,60 16,93 72,80 2,64 1182,6 1,043 1233,1

12 66 61,5 1262,6 772,9 1263,4 490,5 2,574 4,60 16,93 72,80 2,55 1126,9 1,052 1185,9

2,570 4,60 16,93 72,80 2,71 1182,6 1237,1

13

6,0

72 62,0 1269,4 772,7 1270,1 497,4 2,552 4,33 17,69 75,51 3,09 1349,7 1,038 1400,9

14 72 62,0 1268,6 772,6 1269,3 496,7 2,554 4,33 17,69 75,51 3,02 1187,9 1,038 1233,0

15 72 62,0 1267,7 772,4 1268,4 496,0 2,556 4,33 17,69 75,51 2,95 1026,2 1,038 1065,1

2,554 4,33 17,69 75,51 3,02 1187,9 1233,0

EK 2 : Binder tabakası için doğal agregadan elde edilen veri tablosu

110

Briket No

Bitüm

Yüzdesi

Briket

Yükeskliği

Havadaki

Ağırlık

Sudaki

Ağırlık

Doygun

Kuru

Yüzey

Ağırlık

Hacim

Pratik

Özgül

Ağırlık

Boşluk

(Vh) % VMA %

Bitümle

Dolu

Boşluk


Faktörü

Düzeltilmiş

Stabilite



1

4,0

56 63,0 1447,3 970,7 1457,4 486,7 2,974 7,71 17,46 55,86 2,74 1423,9 1,012 1440,6

2 56 63,8 1448,4 974,1 1462,9 488,8 2,963 8,03 17,75 54,75 1,52 1776,6 0,993 1763,3

3 56 63,2 1451,9 977,1 1466,9 489,8 2,964 8,00 17,72 54,86 1,83 1890,6 1,007 1904,6

2,967 7,91 17,64 55,16 2,03 1697,0 1702,8

4

4,5

63 63,0 1455,8 983,5 1469,7 486,2 2,994 6,11 17,29 64,64 1,57 1994,0 1,013 2019,1

5 63 62,4 1457,0 980,5 1467,5 487,0 2,992 6,19 17,35 64,33 2,63 2100,1 1,028 2158,3

6 63 62,8 1458,9 978,3 1468,8 490,5 2,974 6,74 17,84 62,23 2,51 2023,2 1,017 2057,4

2,987 6,35 17,49 63,73 2,24 2039,1 2078,3

7

5,0

70 62,6 1463,2 980,2 1469,1 488,9 2,993 5,21 17,72 70,59 2,60 2007,3 1,022 2052,0

8 70 61,7 1464,3 984,6 1468,8 484,2 3,0 4,22 16,86 74,97 1,82 1938,3 1,047 2028,5

9 70 62,0 1464,2 986,4 1471,6 485,2 3,0 4,42 17,04 74,04 2,10 1848,2 1,038 1918,3

3,0 4,62 17,20 73,20 2,17 1931,3 1999,6

10

5,5

77 62,4 1470,6 985,9 1475,0 489,1 3,007 3,83 17,73 78,40 1,41 1750,1 1,027 1797,0

11 77 62,1 1470,3 983,5 1472,7 489,2 3,006 3,87 17,76 78,22 2,46 1850,8 1,035 1915,8

12 77 61,7 1468,3 985,2 1470,5 485,3 3,026 3,23 17,21 81,25 2,13 1866,7 1,047 1953,6

3,013 3,64 17,57 79,29 2,00 1822,5 1888,8

13

6,0

84 62,0 1475,6 989,3 1477,0 487,7 3,026 2,29 17,60 87,01 1,26 1697,0 1,038 1761,4

14 84 62,0 1471,7 985,1 1473,8 488,7 3,011 2,74 17,99 84,75 2,25 1911,8 1,039 1986,1

15 84 61,8 1482,8 996,7 1484,8 488,1 3,038 1,89 17,27 89,06 2,07 1821,7 1,044 1901,1

3,025 2,31 17,62 86,94 1,86 1810,2 1882,9

EK 3 : Aşınma tabakası için EAF cürufundan elde edilen veri tablosu

111

Briket No

Bitüm

Yüzdesi

Briket

Yükeskliği

Havadaki

Ağırlık

Sudaki

Ağırlık

Doygun

Kuru

Yüzey

Ağırlık

Hacim

Pratik

Özgül

Ağırlık

Boşluk

(Vh) % VMA %

Bitümle

Dolu

Boşluk


Faktörü

Düzeltilmiş

Stabilite

Wa gr Ort. gr (A) gr (C) gr (B) cm3 (V=B-C) Dp (A/V) Vh VMA VFA mm kgf kgf

1

4,0

56 62,5 1453,70 981,90 1460,90 479,0 3,035 6,30 16,02 60,69 2,15 1697,0 1,026 1741,0

2 56 63,2 1450,00 973,80 1459,40 485,6 2,986 7,81 17,38 55,07 2,35 2047,0 1,007 2060,5

3 56 63,4 1448,30 973,20 1459,80 486,6 2,976 8,10 17,64 54,06 2,21 1909,2 1,002 1913,6

2,999 7,40 17,01 56,61 2,24 1884,4 1905,0

4

4,5

63 61,4 1459,30 984,80 1463,10 478,3 3,051 4,82 15,98 69,82 2,58 2060,3 1,057 2178,3

5 63 63,0 1458,70 973,40 1464,00 490,6 2,973 7,25 18,12 60,00 2,10 1935,7 1,012 1958,3

6 63 62,5 1458,10 977,10 1465,30 488,2 2,987 6,83 17,75 61,52 2,86 1869,4 1,024 1914,4

3,004 6,30 17,28 63,78 2,51 1955,1 2017,0

7

5,0

70 61,2 1465,20 986,10 1466,70 480,6 3,049 3,93 16,44 76,10 2,48 2068,3 1,061 2194,89996

8 70 60,7 1466,60 988,60 1468,10 479,5 3,1 3,62 16,17 77,63 2,48 1935,7 1,078 2087,5

9 70 62,0 1467,80 984,70 1470,30 485,6 3,0 4,75 17,16 72,31 2,58 1829,6 1,039 1900,7

3,0 4,10 16,59 75,35 2,51 1944,5 2061,1

10

5,5

77 62,3 1471,30 983,70 1472,70 489,0 3,009 4,24 17,93 76,34 2,59 1797,8 1,030 1852,6

11 77 61,9 1475,40 989,90 1476,60 486,7 3,031 3,52 17,31 79,66 2,36 1715,6 1,041 1785,5

12 77 61,5 1474,50 989,70 1475,50 485,8 3,035 3,40 17,21 80,23 2,68 2094,8 1,054 2208,5

3,025 3,72 17,48 78,74 2,54 1869,4 1948,9

13

6,0

84 62,3 1455,10 973,70 1456,90 483,2 3,011 5,20 19,92 73,88 2,76 1617,5 1,030 1666,8

14 84 62,4 1482,20 990,50 1483,10 492,6 3,009 5,20 19,92 73,88 2,53 1628,1 1,029 1674,7

15 84 62,1 1469,20 982,60 1470,80 488,2 3,009 5,20 19,92 73,88 3,01 1471,6 1,035 1523,3

3,010 5,20 19,92 73,88 2,76 1572,4 1621,6

EK 4 : Binder tabakası için EAF cürufundan elde edilen veri tablosu

113

ÖZGEÇMİŞ

Ad-Soyad : Onur DEMİR

Doğum Tarihi ve Yeri : 27/05/1991 Mersin

E-posta : [email protected]

ÖĞRENİM DURUMU:

Lisans : 2015, İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat

Mühendisliği

Download - ELEKTRİK ARK FIRINI CÜRUFUNUN KARAYOLU ESNEK ÜSTYAPI ...polen.itu.edu.tr/bitstream/11527/16040/1/10134191.pdf · İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı ARALIK 2016 FEN BİLİMLERİ

Top Related