Use of sewage sludge ash for soil improvement

Abstract

Bu çalışma yakılmış arıtma çamuru küllünün (SSA) zeminlerde stabilize edici katkı maddesi olarak kullanımını sunmaktadır. Çalışmada kullanılan kül, Gaziantep atıksu arıtma tesisinden temin edilmiş olup, 0.425 mm elekten geçebilecek büyüklüğe sahiptir. Farklı yüzdelerde SSA (%0, %5, %10, %15, %20 ve %30) kille karıştırılmış ve kapsamlı bir laboratuvar çalışması yapılmıştır. Arıtma çamuru küllüyle hazırlanmış olan numuneler üzerinde Atterberg kıvam, standart Proktor, tek eksenli basınç dayanımı (UCS), Kaliforniya taşıma oranı (CBR), laboratuvar tipi kanatlı kesici (vane deneyi), konsolidasyon, düşen koni, düşen seviyeli permeabilite, ve plaka yükleme deneyleri yapılmıştır. Deney sonuçları, SSA yüzdesi arttıkça kilin likit limit ve plastisite indeksindeki artışın yaklaşık %30 civarında olduğunu göstermiştir. Arıtma çamuru kül içeriği %5'ten %30'a yükseltildiğinde kil için kuru birim hacim ağırlığın yaklaşık %2 oranında azalma gösterdiği görülmüştür. Kül oranı %30'a kadar yükseltildiğinde kil-kül karışımları için optimum su muhtevasının yaklaşık %40 arttığı görülmüştür. Suda bekletilmemiş CBR numunelerinin performansı katkısız kil numunelerinden 6 kat daha fazla arttığı, suda bekletilmiş numunelerin ise katkısız kile göre 4 kata kadar arttığı görülmüştür. Kür sürelerinin, UCS ve CBR deney sonuçları üzerinde değişen bir etkiye sahip olduğu gözlemlenmiştir. UCS değerlerinin katkısız kil numunelerine göre 3 kat daha fazla arttığı gözlenmiştir. Plaka yükleme deneylerinde, SSA ilavesi kilin taşıma kapasitesini yaklaşık %75'e kadar arttırmıştır. Kül-kil karışımlarının ödometre özellikleri kül içeriğinin karışımdaki miktarı ile kontrol edildiği görülmüştür. Plaka yükleme deneylerinin yapılması ve taşıma kapasitesinin araştırılması için 2.0 m çapında, 1.5 m derinliğinde ve 40 ton yükleme kapasitesine sahip çelik çerçeveli betonarme bir dairesel model kutu inşa edilmiştir. Plaka yükleme deneylerinin sonuçları, SSA ilavesinin taşıma kapasitesini artırdığını ve SSA katkılı numunelerin, katkısız kil numunelerine göre daha az oturmaya sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bu araştırmada sunulan laboratuvar deney sonuçları, SSA'nın alternatif bir zemin stabilize edici katkı maddesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Arıtma çamuru külü, kil, geoteknik özelliklerThis study presents the application of incinerated sewage sludge ash (SSA) as a soil stabilizing agent. The ash used in this study was obtained from Gaziantep wastewater treatment plant, and had fine particles passing through 0.425 mm sieve. The SSA was mixed with a clay at different percentages (0%, 5%, 10%, 15%, 20%, and %30), and an extensive laboratory study was employed including Atterberg's limits, standard Proctor, unconfined compressive strength (UCS), California bearing ratio (CBR), vane shear, consolidation, fall cone, falling head permeability, and plate load tests. The testing results showed about 30% increment in liquid limit and plasticity index of clay as the SSA percentage increased. A decrease about 2% in maximum dry unit weight for the clay was observed by increasing SSA content up to 30%. An increment about 40% in optimum water content for clay was observed by increasing the SSA percentages up to 30%. The CBR performance of the unsoaked samples was found to be increased up to 6 times greater than the untreated clay, while those of the soaked samples was found to be increased up to 4 times greater than the clean clay. Curing periods have a varying effect on the UCS as well as the CBR testing results. The UCS values was observed to be increased up to 3 times higher than the clean clay samples. In the plate loading tests, the SSA addition increased bearing capacity of clay up to about 75%. The oedometer characteristics of SSA-clay mixtures were controlled mainly by the SSA content. A reinforced circular model box, which has a diameter of 2.0 m and a depth of 1.50 m and a 40 t loading capacity frame, was also constructed to perform plate loading tests in order to investigate bearing capacity of the samples. The results of the plate loading tests showed that the SSA addition increased the bearing capacity, and that the mixtures with SSA had a less settlement than the untreated clay. The laboratory testing results reported in this research showed that the SSA can be used as an alternative soil stabilizing agent. Keywords: Sewage sludge ash, clay, geotechnical properties