Mixture of expansive soil and sand can be efficiently used in semi-arid climates, with
improved hydro-mechanical properties, as a landfill barrier material or road-base. The
soil mixture can further be enhanced with industrial waste by-products, also creating
an area for waste recycling. In this study, sand and expansive soil were selected from
abundantly found local resources. The testing program consisted of determination of
an optimum mixture of sand-expansive soil-additive, which would not experience
formation of macropores due to swell-shrink behavior with the climatic effects and
would possess low hydraulic conductivity, as well as improved strength. The additives
were selected from the by-products of the materials used in the local construction
industry, and included polymeric fiber (PF) and marble waste. The first stage of this
study focused on the volume change and strength properties of sand stabilized
expansive soil reinforced with polymeric fiber. Zeolite was also used as an alternative
material to sand, mixing it in 1:1 ratio with the expansive soil forming a stable structure
with improved properties. PF inclusions of 1%, 2% and 3% by dry mass indicated that
hydro-mechanical properties were improved with an optimum amount of 2%.
The second phase of this study assesses the suitability of expansive soil mixed with
zeolite, readily obtained from natural reserves in Turkey, to be proposed as a landfill
liner in a semi-arid climate. The choice of zeolite is due to its already well understood
high adsorption capacity for heavy metals as well as its pozzolanicity. The volume
change, strength, and hydraulic conductivity characteristics were studied with the
effect of durability through aging. The results illustrated that expansive soil-zeolite
mixture when used in 1:1 ratio attained improved strength characteristics with time
iv
over a curing period of 90 days. Therefore, it was concluded that a locally available
expansive soil mixed with zeolite could be a good alternative to sand-Na-bentonite.
In the third stage of the experimental program, marble waste, abundantly found as
a by-product of construction industry, was evaluated as a secondary material to be
utilized as potential stabilizer to improve the volume change and
strength characteristics of sand-amended expansive soil. Marble waste obtained from
two different sources with different gradations, denoted as marble powder (MP) and
marble dust (MD) was also assessed for possible recycling by inclusion in stabilized
soil mixtures. Volume change and strength tests were conducted on expansive soilsand
mixtures with 5%, 10% and 20% waste marble inclusions over curing periods of
7, 28 and 90 days. The results indicated that 10% MP and 5% MD were the optimum
amounts giving the best results. However, the soil mixtures displayed brittle behavior
after marble addition, hence utilization of this waste is recommended for soils exposed
to lower flexural loads only. Linear correlations of swell potential with flexural
strength were obtained which could be potential empirical approaches to predict
flexural strength based on swell-shrinkage behavior or vice versa for the soils studied.
Keywords: Polymeric fiber, marble powder, zeolite, volume change, flexural strength,
unconfined compressive strength.
ÖZ:
Yarı kurak iklimlerde şişen zeminlerin iklimsel nedenlerle şişme-büzülmesinden
kaynaklanan binalardaki yapısal zararı ve çatlakların oluşmasını önlemek için
iyileştirilmesi gerekmektedir. Şişen zeminlerin kum ile iyileştirilmesi, bu karışımın
katı atık şiltesi veya yol tabanı olarak kullanılmasında etkili bir yöntemdir. Ayrıca bu
karışım endüstride kullanılan atık malzemelerin de eklenmesiyle hem güçlendirilebilir
hem de geri dönüşüm için bir fırsat yaratılabilir. Bu çalışmada, yerel kaynaklardan
uniform kum ve şişen silt seçilmiştir. Deneysel programın amacı uygun kum, silt ve
ek bir malzemenin oranlarının seçimidir. Sıkıştırılarak hazırlanan malzemenin katı atık
depolama şiltesi olarak kullanılması, dolayısıyla iklimsel nedenlerle şişmebüzülmenin
yaratacağı çatlakların oluşmaması ve hidrolik iletkenliğin düşük olması
amaçlanmıştır. Ek malzeme olarak inşaat sektöründe kullanılan malzemelerin atıkları
olan PVC boru kırpıntıları (fiber polimer) ve mermer tozu seçilmiştir. Çalışmanın
birinci aşamasında kum-şişen zemin ve ek malzeme olarak fiber polimer karışımının
mukavemeti ve hacimsel değişimi irdelenmiştir. Bununla birlikte kuma alternatif
malzeme olarak zeolit kullanılmıştır. Kum ve zeolit, şişen zemin ile 1:1 oranında
karıştırılmıştır. Kuru ağırlığın %1, %2 ve %3 oranında katılan fiber polimer
oranlarından %2 katkının serbest basınç ve eğilme dayanımlarını artırdığı ve hacimsel
değişimi iyileştirdiği gözlemlenmiştir.
Araştırmanın ikinci aşamasında ise kum yerine zeolit kullanılmış ve yarı kurak bir
iklimde katı atık depolama şiltesi olabilecek bir malzeme yaratılmıştır. Zeolit ağır
metal filtrasyon kapasitesinden dolayı ve iyi bir pozzolan olması nedeniyle seçilmiştir.
Hacim değişimleri, mukavemet ve hidrolik iletkenlik özellikleri çalışılmış ve zamana
bağlı olarak dayanıklılık çalışmaları da irdelenmiştir. Sonuçlar, bu malzemelerin 1:1
oranında kullanılırsa etkili olacağını göstermiştir. Çatlaklar nedeniyle tercihli akış
kanallarının oluşması hidrolik iletkenliğin artmasına neden olur ancak bu malzeme
karışımında böyle bir durum gözlemlenmemiştir. Ayrıca mukavemet zaman içerisinde
artış göstermiş ve bu artışın da çalışılan süre içinde sürdürülebilir olduğu sonucuna
varılmıştır. Dolayısıyla, şişen zeminin zeolit ile karışımının kum-bentonit karışımına,
özellikle gelişmekte olan ve nüfus artışı görülen bölgelerde, iyi bir alternatif olduğu
sonucuna varılmıştır.
Deneysel çalışmanın üçüncü aşamasında ek atık malzeme olarak inşaat sektöründe çok
fazla kullanılan mermer tozu seçilmiştir. Katı atık alanlarına veya doğaya atılan bu
malzemenin geri dönüşümü, fazla birikimini ve tuttuğu büyük hacmi önleyecektir.
Atık mermer tozu, iki değişik kaynaktan elde edilmiş ve dane boyutuna göre iki şekilde
(MP ve MD) isimlendirilmiştir. Atık mermer tozu %5, %10 ve %20 oranlarında farklı
kür süreleriyle (7, 28 ve 90 gün) birlikte kullanılarak, hacimsel değişim, mukavemet
ve çimentolaşma özellikleri araştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre %10 MP ve %5
MD katkının optimum miktarlar olduğu ve karışımın özelliklerinin iyileştiği sonucuna
varılmıştır. Bununla birlikte, mermer tozu katkısının daha kırılgan bir malzemenin
oluşmasına neden olduğu ve eğilme dayanımının biraz azaldığı da gözlemlenmiştir.
Dolayısıyla bu malzemenin eğilmeye neden olabilecek yüksek yükler altında değil de
hafif trafik altındaki yollarda kullanımının daha uygun olacağı kanaatine varılmıştır.
Anahtar kelimeler: Fiber polimer, zeolit, mermer tozu, hacimsel değişim, eğilme
dayanımı, serbest basınç dayanımı.
