Kireç, Nano-MgO ve Geri Dönüştürülmüş PET Lifleri Kullanarak Kil Zemininin Mekanik ve Kesme Davranışının İyileştirilmesi: Deneysel ve UPV Tabanlı Değerlendirme

Yumuşak Zemine Yapı İnşa Etmek

Birçok şehir, doğal olarak zayıf ve şişme, büzülme ile çatlama eğiliminde olan kil tabakalarının bulunduğu araziler üzerine genişliyor. Bu zeminler zamanla yolların parçalanmasına, boruların sızdırmasına ve bina temellerinin eğilmesine yol açabilir. Bu çalışma, sorunlu kili daha güçlü ve yapılaşmaya daha güvenilir bir tabana dönüştürmenin daha temiz, daha akıllı bir yolunu inceliyor — aynı zamanda karbon emisyonlarını azaltıp atık plastik şişeleri yeniden kullanmayı da hedefliyor.

Daha Güçlü Zemin İçin Yeni Bir Tarif

Araştırmacılar, ıslanınca veya kuruyunca hacim değiştiren, özellikle sorunlu yüksek plastisiteli bir kili ele aldı. Geleneksel olarak mühendisler bu tür zeminleri sertleştirmek ve stabilize etmek için kireç karıştırırlar. Kireç iyi çalışır, ancak üretimi büyük miktarda karbondioksit salımı yapar. Bu ayak izini azaltmak ve performansı artırmak için ekip, üç bileşenli bir karışım geliştirdi: kireç, ultra ince nano-magnezyum oksit (nano-MgO) ve içecek şişelerinde kullanılan polietilen tereftalat (PET) geri dönüşümlü kısa lifleri. Fikir, kireç ve nano-MgO’nun toprak taneciklerini kimyasal olarak “çimento”laştırması; PET liflerinin ise çatlama veya deformasyon sırasında karışımı bir arada tutan küçük takviye iplikleri gibi davranmasıydı.

Zemin Nasıl Test Edildi

Kil numuneleri farklı oranlarda kireç, nano-MgO ve PET lifleri ile karıştırılıp sıkıştırıldı ve 90 güne kadar kürlenmeye bırakıldı. Ekip, her karışımın sıkıştırmaya karşı direncini (bağlı olmayan basınç dayanımı), ayrılmaya karşı direncini (dolaylı çekme dayanımı) ve kaymaya karşı direncini (sürtünme ve kohezyonu ortaya çıkaran doğrudan kesme testleri) ölçtü. Ayrıca ultrasonik darbe hızı (UPV) kullandılar: numunelerin içinden ses dalgaları gönderildi ve seyahat hızı kaydedildi. Daha hızlı dalgalar daha sıkı, daha süreklilik gösteren bir iç yapı anlamına gelir. Geleneksel dayanım testlerinin aksine UPV yıkıcı değildir; bu da numuneleri kırmadan sahada zeminin hızlıca kontrol edilebilmesini mümkün kılar.

Uygun Oranın Bulunması

Deneyler, karışım oranlarında belirgin bir “altın oran” olduğunu gösterdi. Kireç içeriğinin artırılması, kuru zemin ağırlığına göre yaklaşık yüzde 10’a kadar dayanımı iyileştirdi; bundan sonra fazla kireç, zemini aslında daha az dayanıklı hale getiren zayıf kristaller oluşturdu. Bu kirecin küçük bir kısmının — kirecin ağırlığının yaklaşık yüzde 2’sinin — nano-MgO ile ikame edilmesi, dayanımı ve rijitliği daha da artırdı. 90 günün sonunda bu kireç artı nano karışım, işlem görmemiş kile göre basınç dayanımını sekiz katın üzerine çıkarırken, yalnızca kireç kullanıma kıyasla yaklaşık yüzde 40–50 arasınd a ek bir artış sağladı. Toprak ağırlığına göre yüzde 0,9 PET lif eklenmesi ise özellikle çatlama ve çekme kopmasına karşı ekstra bir kazanç sağladı; ancak bundan daha fazla lif eklemek çok az ek fayda verdi ve liflerin topaklanması durumunda zayıf bölgeler oluşturabilirdi.

Zeminin İçini Görmek

Mikroskopik ve yüzey görüntüleme, mekanik testlerin önerdiğini doğruladı. İşlem görmemiş kil gevşek ve gözenekli görünüyordu; tabaka benzeri parçacıklar ve çok sayıda boşluk mevcuttu. Buna karşılık, yüzde 10 kireç ve yüzde 2 nano-MgO içeren numuneler yoğun bir doku sergiledi: kil tanecikleri, gözenekleri dolduran ve parçacıkları bir araya bağlayan jel benzeri reaksiyon ürünleriyle kaplanmış ve bağlanmıştı. PET liflerinin bu matriks içinde iplik gibi geçtiği, yüzeylerine çimentolanmış toprakın yapıştığı ve yükleri dağıtmaya ile çatlakların yayılmasını durdurmaya yardımcı olan üç boyutlu bir ağ oluşturduğu görüldü. UPV ölçümleri bu iç değişimleri yakından izledi. Zemin daha yoğun ve daha iyi bağlandıkça ultrasonik dalgalar daha hızlı ilerledi. Çalışma, dalga hızı ile dayanım, kohezyon ve sürtünme açısı gibi temel özellikler arasında güçlü matematiksel bağlantılar buldu; bu da UPV’nin numuneleri yok etmeden zeminin ne kadar iyi stabilize edildiğini tahmin etmek için kullanılabileceğini gösteriyor.

Bunun Gerçek Dünya Projeleri İçin Önemi

Mühendisler ve planlamacılar için optimize edilmiş karışım — yüzde 10 kireç, yüzde 2 nano-MgO ve yüzde 0,9 geri dönüştürülmüş PET lifleri — performans, maliyet ve sürdürülebilirlik açısından umut verici bir denge sunuyor. Bu karışım, dayanım ve kesme direncini önemli ölçüde artırarak temellerin ve toprak yapıların kil üzerinde daha güvenli oturmasını sağlarken, gereken kireç miktarını azaltıyor ve atık plastiğe faydalı bir ikinci yaşam veriyor. Basit ultrasonik testlerle zemin kalitesinin izlenebilmesi ayrıca şantiye düzeyinde kalite kontrolünü daha hızlı ve daha ucuz hale getirebilir. Çalışma kontrollü laboratuvar koşullarında yapılmış olup gerçek hava koşulları ve yükleme döngülerinde saha ölçeğinde doğrulamaya ihtiyaç duyuyor olsa da, zorlayıcı zeminde daha dayanıklı ve çevre bilincine sahip yapı biçimlerine işaret ediyor.

Atıf: Amiri, A.A., Ranjbar Malidarreh, N., Soleimani Kutanaei, S. et al. Enhancing the mechanical and shear behavior of clay soil using lime, Nano-MgO, and recycled PET fibers: experimental and UPV-based assessment. Sci Rep 16, 7548 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38956-z

Anahtar kelimeler: kil zemin stabilizasyonu, nano-MgO, geri dönüştürülmüş PET lifleri, ultrasonik test, jeoteknik mühendislik