Sülfat içeriği ve sıkıştırma su muhtevasının killi zeminlerin kireç stabilizasyonuna etkisi

Zeminlerin, kireç ve çimento gibi kalsiyum esaslı malzemeler ile kimyasal olarak stabilize edilmesi uzun yıllardır uygulanmaktadır. Özellikle şişme potansiyeli yüksek zeminlerin bu malzemeler ile stabilize edilmesi, kısa süreli etki olarak şişme basınçlarında ve şişme potansiyellerinde azalış, uzun süreli etki olarak ise mukavemetlerinde artış sağlamaktadır. Mukavemette meydana gelen artış miktarı kullanılan kireç-çimento yüzdesi, kür süresi, ortam sıcaklığı gibi parametrelere bağlı olarak değişmektedir. Zeminlerin kireç veya çimento ile stabilizasyonunda karşılaşılan problemlerden birisi, zeminin sülfat içermesidir. Sülfat içeren zeminlerin kireç ve çimento gibi kalsiyum içeren malzemeler ile stabilizasyonu sırasında, etrinjit-taumasit adı verilen bileşikler oluşmaktadır. Meydana gelen bu bileşikler, zeminde olumlu etki (mukavemette artış) oluşturabileceği gibi, zeminde aşırı miktarda şişme, kırılma veya kabarma gibi olumsuz etkiler de oluşturabilmektedir. Bu nedenle zeminin kireç veya çimento ile stabilizasyonu öncesi, zeminde mevcut olan sülfat kaynağı ve miktarı mutlaka belirlenmesi gerekmektedir. Bu tez kapsamında, yüksek plastisiteli bir kilin kireç ile stabilizasyonu ve kireç ile stabilizasyonuna sülfatın etkileri incelenmiştir. Çalışmalarda kullanılan zemin İstanbul İli, Avrupa Yakası, Üçüncü Havalimanına yakın bir bölgeden alınmıştır. Çalışma kapsamında yapılan deneyler; kıvam limitleri, kompaksiyon, serbest basınç ve şişme deneyleridir. Ayrıca İstanbul Üniversitesi Merkez Laboratuvarı'nda serbest basınç ve şişme deneyleri yapılan numunelerden bazıları üzerinde XRD ve ICP-MS analizleri yapılmıştır. Zemine kireç ilavesi ile kıvam limitleri değerlerinde değişiklikler olmuştur. Zeminin plastik limitinde artma ve plastisite indisinde azalma meydana gelmiştir. Bunun sonucunda zemin sınıfının değiştiği elde edilmiştir. Sülfatın kıvam limitleri üzerinde çok fazla etkisi olmadığı belirlenmiştir. Kireç ilave edilerek yapılan kompaksiyon deneyleri sonucunda tabii zemine kıyasla, zeminin maksimum kuru birim hacim ağırlığında azalma ve optimum su muhtevasında artma olduğu elde edilmiştir. Zemine kireç ilave edilmesi ile zeminin mukavemetinde artma ve göçme deformasyonu değerinde azalma meydana geldiği saptanmıştır. Sadece kürde bekletilip, daha sonra serbest basınç deneyi yapılan sülfatlı ve sülfatsız numunelerin mukavemetleri oldukça yakın olduğu belirlenmiştir. Sülfatın, sadece kürde bekletme ile mukavemete çok fazla etkisi olmadığı görülmüştür. Sülfatlı ve sülfatsız numuneler ile yapılan şişme deneyleri sonunda, beklenilen seviyede şişme meydana gelmemiştir. 7 gün kür uygulandıktan sonra 20 gün tam doygun ortamda kalan numunelerde ortadan kırılma, dağılma ve düşük seviyede şişme gibi durumlar ortaya çıkmıştır. Ayrıca bu numunelerde sadece kürde bekleyen numunelere kıyasla ciddi mukavemet kayıpları elde edilmiştir. 28 gün kür uygulandıktan sonra 20 gün tam doygun ortamda kalan numunelerde ise şişme, dağılma veya kırılma gibi durumlar meydana gelmemiş; ancak sadece kürde bekleyen numunelere göre ciddi mukavemet artışı olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sülfatlı numunelerin, sülfatsızlar ile karşılaştırıldığında oldukça yüksek mukavemetleri olduğu elde edilmiştir. Sülfatlı numunelerde elde edilen en yüksek mukavemet değeri 1,30 MPa olurken, aynı koşullardaki sülfatsız numunelerde elde edilen en yüksek mukavemet değeri yaklaşık olarak 770 kPa olmuştur. Sülfatlı numunenin mukavemetinin, aynı su muhtevasındaki tabii zeminin mukavemetinin 5 katından daha fazla olduğu görülmektedir. XRD analizi ile çalışma kapsamındaki deneylerde kullanılan kilin minerolojik yapısı ve etrinjit veya taumasitin oluşup oluşmadığı incelenmiştir. XRD sonuçları doğrultusunda kilin minerolojik yapısının montmorillonit-muskovit-klorit-kuvars şeklinde olduğu ve etrinjit veya taumasitin meydana gelmediği görülmüştür. Mukavemet artışını sağlayan puzolanik reaksiyonların gerçekleşmesi sırasında aluminyum, silisyum ve kalsiyum kullanılmaktadır. ICP-MS analizi ile reaktif aluminyum, silisyum ve kalsiyum miktarları ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar, 28 gün kür uygulandıktan sonra 20 gün tam doygun ortamda bekleyen sülfatlı ve sülfatsız numuneler arasındaki mukavemet farkını desteklemektedir.