Geri dönüştürülmüş beton agregasının yol üst yapısında kullanılabilirliğinin deneysel olarak araştırılması

Abstract

Gelişmiş ülkelerde doğal kaynakların bilinçli bir şekilde kullanılabilmesi ve sürdürülebilirliğe katkı sağlamak amacıyla, inşaat yapım ve yıkım atıklarından olan geri dönüştürülmüş beton agregasının (GDBA), granüler yol temel (GYT) ve granüler yol alttemel (GYAT) tabakasında kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır. Ülkemizde mevcut durumda GDBA'lar, GYT ve GYAT'de kullanılmamaktadır. Bunun en önemli nedeni Karayolu Teknik Şartnamesi'nde (2013) (KTŞ) GDBA'ların yol üst yapısında kullanımı ile ilgili düzenleyici kural ve şartların bulunmamasıdır. Ülkemizde devam eden ve bundan sonra uzun yıllar boyunca devam edecek olan kentsel dönüşüm uygulamalarında ortaya çıkacak GDBA'nın sürdürülebilirliğe katkı sağlaması açısından kullanılması büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla, bu tez çalışmasında GDBA'ların kırmataş agrega (KA) ve doğal agrega (DA) ile birlikte GYT ve GYAT'de kullanılabilirliği incelenmiştir. GDBA'lar beton dayanımları farklı 3 farklı binanın yıkıntısından elde edilmiştir. 3 farklı GDBA, KA, DA'ların saf halleri ile GDBA'ların DA ve KA ile %25 - %50 - %75 oranlarındaki karışımları üzerinde bir dizi laboratuvar deneyleri gerçekleştirilmiştir. Karışım ve saf malzemelerden oluşan 23 farklı tasarım için yapılan laboratuvar deneylerinin sonucunda KTŞ'deki (2013) GYT ve GYAT malzemelerinin sağlaması gereken şartlara uygun tasarımlar belirlenmiştir. Buna göre dayanım ve hidrolik özellikler bakımından GYT ve GYAT'de kullanılmak için yeterli özelliklere sahip olan saf haldeki GDBA'ların, dayanıklılık özellikleri bakımından yetersiz olabileceği belirlenmiştir. Fakat karışım tasarımlarında bu olumsuz özelliklerin çok büyük bir kısmının ortadan kalktığı gözlemlenmiştir. Laboratuvar deneylerinin ardından görüntü analizleri yapılmıştır. Bunun için malzemelerin saf halleri için taramalı elektron mikroskubu (SEM) ve fraktal boyut analizi yapılmıştır. GDBA'larda ikincil çimentolanmanın etkisini araştırmak için, 1 - 7 - 28 gün kür edilmiş numunelerde SEM analizi yapılmış; fakat ikincil çimentolanma gözlenememiştir. Fraktal boyut analizi kullanılarak, malzemelerin pürüzlülüğü ve köşeliliği araştırılmıştır. Yüksek fraktal boyut değerinin dayanım özelliklerini olumlu yönde etkilediği ve GDBA'ların fraktal boyutlarının yüksek olduğu bulunmuştur. GYT ve GYAT'de kullanılmaya en elverişli olduğu belirlenen GDBA'nın saf halinin, aynı GDBA'nın KA ile %50 oranda karıştırılmış halinin ve saf KA'nın kullanılması durumları için esnek üstyapı tasarımları yapılmıştır. Bu tasarımlarda GYT'de, seçilen malzemelerin kullanılması durumunda üst yapı kalınlıkları belirlenmiştir. Kalınlık hesabı sonrası, bu kalınlıklara göre oluşturulacak 1 km uzunluğunda bir esnek üstyapı için maliyet analizleri yapılmıştır. Bu durumda saf KA kullanılması halinde GYT kalınlığının daha az olmasına rağmen, KA'nın taşıma ve taş ocağında hazırlanma bedelinin yüksek olması nedeniyle GDBA'lı yol tasarımının daha ekonomik olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, bazı olumsuz dayanıklılık özelliklerine karşın yeterli dayanıma sahip olması, ekonomik olması ve geleneksel agrega ile karıştırıldığında dayanıklılık anlamındaki olumsuzluklarının büyük ölçüde giderilebilmesi nedeniyle GDBA'ların esnek üstyapının GYT'sinde kullanılmasının mümkün olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle ülkemizde bu malzemelerin kullanılması acil olarak teşvik edilmelidir. Böylelikle kentsel dönüşüm uygulamalarında atık olarak ortaya çıkan GDBA'nın yol üst yapısı inşaat faaliyetlerinin ekonomik sürdürülebilirliğini sağlamada çok önemli bir katkısı olacaktır.

In developed countries, the use of recycled concrete aggregate (RCA) from construction and demolition wastes in granular road base (GRB) and granular road sub-base layer (GRSB) has become widespread in order to consciously use natural resources and contribute to sustainability. In our country, RCAs do not find use in GRB and GRSB. The most important reason for this is that there are no regulatory rules and conditions regarding the use of RCAs in road superstructures in the Highway Technical Specification (2013) (HTS). It is of great importance that the use of RCA which will emerge from the ongoing urban transformation practices that will continue for many years to come, will contribute to sustainability. For this purpose, in this thesis, the usability of RCAs in GRB and GRSB was investigated together with crushed aggregate (CA) and natural aggregate (NA). The RCAs were obtained from the debris of 3 buildings with different concrete strengths. A series of laboratory tests have been conducted on pure forms of the RCAs, CA, NA and mixtures of the RCAs with NA and CA at 25% - 50% - 75% ratios respectively. As a result of the laboratory tests for 23 different designs consisting of mixtures and pure materials, suitable designs were determined according to the requirements in HTS (2013) of GRB and GRSB materials. According to this, RCAs, which are found to be sufficient to be used in GRB and GRSB in terms of strength and hydraulic properties, were found to be insufficient at some points in terms of their durability characteristics. However, it was observed that a large part of these negative properties disappeared in the mixture designs. After laboratory tests, image analyzes were performed. For this purpose, Scanning electron microscopy (SEM) and fractal dimension analyzes were performed for pure form of the materials. SEM analysis was carried out for 1 - 7 - 28 days cured samples in order to investigate the effect of secondary cementation in RCAs. But secondary cementation was not observed. By using fractal dimension analysis, roughness and angularity of the materials were investigated. It was found that the high fractal dimension value had a positive effect on the strength characteristics and the fractal dimensions of RCAs were high. Flexible pavement designs were made for the pure state of RCA which was determined to be the most suitable for use in GRB and GRSB, 50% of the same RCA mixed with CA. and the use of pure CA. In these designs, superstructure thicknesses were determined in GRB in case of using selected materials. After the thickness determination, the cost analysis was performed for a 1 km long flexible pavement to be constructed according to these thicknesses. In this case, although the GRB thickness is less if pure CA is used, it was determined that pavement design with RCA is more economical because of the high transportation cost of CA and the high cost of preparation CA in quarry. As a result, it was determined that RCAs can be used in the GRB of flexible superstructure, because they have sufficient strength in spite of some negative durability properties, they are economical and their negativity in terms of durability can be greatly reduced when mixed with traditional aggregate. Therefore, the use of these materials in our country should be urgently encouraged. Thus, RCA, which emerged as waste in urban transformation applications, will have a very important contribution in ensuring the economic sustainability of road superstructure construction activities.