Çimento katkılı silikat enjeksiyonlarının kum zeminlerin statik ve dinamik performansları üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of cement-added silicate grouting on the static and dynamic performance of sandy soils
- Tez No: 1003591
- Danışmanlar: PROF. DR. EYÜBHAN AVCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezi çalışmasında, literatürdeki geleneksel yöntemlerden farklı olarak, düşük oranda çimento katkılı sodyum silikat karışımlarının kum zeminlerin statik ve dinamik davranışları üzerindeki etkinliği incelenmiştir. Tez kapsamında, çimentonun birincil bağlayıcı olarak kullanılması yerine, jelleşme reaksiyonunu başlatan ve reaktant olarak tepkimeye katılan malzeme olması amaçlanmıştır. Düşük oranda çimento kullanma yaklaşımıyla, çimento miktarının literatüre oranla yaklaşık beş kat azaltılması sağlanarak çevresel açıdan sürdürülebilir ve ekonomik bir enjeksiyon malzemesinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Araştırma kapsamında öncelikle reolojik özelliklerin belirlenmesi amacıyla jelleşme süresi, sinerez yüzdesi ve viskozite deneyleri yürütülmüştür. Normal Portland çimentosu ve ince taneli çimento olmak üzere 2 farklı türde çimento kullanılmıştır. Yapılan reoloji deneyleri sonucunda her iki çimento türü için enjeksiyon deneylerinde kullanılacak 3 farklı oran belirlenmiştir. Oranlarda %35, %50 ve %65 sodyum silikat içeriği kullanılmıştır. İnce-orta kum karışımları olmak üzere 5 farklı gradasyon oluşturulmuştur. Çalışmalarda kullanılan ince ve orta kum karışımlarına özgül ağırlık, elek analizi, permeabilite, maksimum ve minimum boşluk oranı belirleme deneyleri yapılmıştır. Oluşturulan gradasyonlar üzerinde belirlenen kimyasal karışım oranlarıyla permeasyon tekniği kullanılarak laboratuvar ortamında enjeksiyon deneyleri yapılmıştır. Enjeksiyonda başarılı olan numuneler üzerinde farklı kür sürelerinde serbest basınç dayanım ve rezonant kolon testi uygulanmıştır. Çimento miktarı arttıkça jelleşme süresi azalırken, sodyum silikat oranının artmasıyla hem jelleşme süresi hem de viskozite artmıştır. İnce taneli çimentonun, yüksek özgül yüzeyi sayesinde jelleşme sürecini daha kontrol edilebilir kıldığı, partikül çökelmesini minimize ederek penetrasyon kabiliyetini artırdığı ve daha stabil bir jel yapısı sunduğu tespit edilmiştir. Serbest basınç dayanım testlerinde, sodyum silikat yüzdesindeki artışın dayanımı arttırma yönünde etkilediği, ancak kür süresinin uzamasıyla dayanımda bir miktar azalma meydana geldiği saptanmıştır. Bu azalımın sebebinin sinerez sonucu ortaya çıkan sudan kaynaklı olduğu tespit edilmiştir. Azalım, 7. güne kadar hızlı sonrasında ise nispeten yavaş bir eğilim sergilemiştir. Rezonant kolon deneyleri sonucunda, çevre basıncı ve sodyum silikat miktarındaki artışın düşük ve orta kayma birim deformasyonlarında (%0,001-%0,1) başlangıç dinamik kayma modülünü arttırdığı görülmüştür. İnce taneli çimento katkılı numunelerde ince kum oranının artışı statik ve dinamik performansı iyileştirirken, NPÇ katkılı numunelerde ince kum oranının artmasıyla tam tersi bir durum gözlenmiştir. İnce taneli çimento normal Portland çimentoya göre sahip olduğu yüksek özgül yüzey ve küçük tane boyutu sayesinde ince kumlara daha kolay ve etkili bir şekilde enjekte edilebilmektedir. Sonuç olarak, geliştirilen düşük çimento katkılı enjeksiyon malzemesinin statik ve dinamik koşullarda kum zeminlerin iyileştirilmesinde etkili bir çözüm olduğu ortaya konmuştur. Çevresel zarar açısından daha sürdürebilir ve ekonomik bir zemin iyileştirme malzemesi alternatifi sunulmuştur. Gelecek çalışmalarda ise malzemenin farklı çevre koşulları altındaki uzun dönem performansı ve farklı rölatif sıkılıklardaki kumlar üzerindeki etkinliğinin araştırılması gerektiği öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
This doctoral dissertation investigates the effectiveness of low-cement sodium silicate mixtures on the static and dynamic behavior of sandy soils, differing from traditional methods in the literature. Instead of using cement as the primary binder, the aim was to utilize it as a material that initiates the gelation reaction and participates in the reaction as a reactant. By using a low-cement approach, the amount of cement is reduced by approximately five times compared to the literature, aiming for an environmentally sustainable and economical injection material. Initially, gelation time, syneresis percentage, and viscosity tests were conducted to determine rheological properties. Two different types of cement were used: normal Portland cement and fine-grained cement. As a result of the rheological tests, three different ratios were determined for each cement type to be used in injection experiments: 35%, 50%, and 65% sodium silicate content. Five different gradations were created, consisting of fine-to-medium sand mixtures. Specific gravity, sieve analysis, permeability, and maximum and minimum void ratio determination tests were performed on the fine and medium sand mixtures. Injection experiments were conducted in a laboratory setting using the permeation technique with the determined chemical mixing ratios on the created gradations. Unconfined compressive strength and resonant column tests were applied to the successful injection samples at different curing times. While the gelation time decreased as the cement amount increased, both the gelation time and viscosity increased with increasing sodium silicate ratio. It was determined that fine-grained cement, due to its high specific surface area, made the gelation process more controllable, minimized particle settling, increased penetration ability, and provided a more stable gel structure. In unconfined compressive strength tests, it was found that the increase in sodium silicate percentage had a positive effect on increasing strength, but a slight decrease in strength occurred with longer curing times. This decrease was determined to be due to the water produced as a result of syneresis. The decrease showed a rapid trend until the 7th day, and then a relatively slow trend thereafter. Resonant column tests showed that increasing the confining pressure and sodium silicate content increased the initial dynamic shear modulus at low and medium shear strains (0.001%-0.1%). In samples with fine-grained cement admixture, increasing the fine sand ratio improved static and dynamic performance, while the opposite was observed in samples with OPC admixture. Fine-grained cement, due to its high specific surface area and small grain size compared to normal Portland cement, can be injected into fine sands more easily and effectively. In conclusion, the developed low-cement admixture injection material has been shown to be an effective solution for improving sandy soils under static and dynamic conditions. A more sustainable and economical soil improvement material alternative has been presented in terms of environmental damage. Future studies are expected to investigate the long-term performance of the material under different environmental conditions and its effectiveness on sands with different relative densities.
Benzer Tezler
- Nanomalzeme enjeksiyonu ile granüler zeminlerin geoteknik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of geotechnical properties of granular soils by nanomaterials injection
MEHDI JAFARIAN BAROUGH
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEMET ÇELİK
- Jet grout kolonlarının oluşumu ve davranışı üzerinde çok ince taneli çimento ve mikro silika kullanımının araştırılması
The investigation of the use of very fine cement and micro silica on the formati̇on and behavior of jet grout columns
ASKAR KANAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat MühendisliğiSelçuk Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT OLGUN
- Taguchi yöntemi ile uçucu kül ve kalker katkılı zeolit esaslı geopolimer harçların tasarlanması
Design of zeolite based geopolymer mortars with fly ash and limestone additives by Taguchi method
ROBLE IBRAHIM LIBAN
Doktora
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜLKÜ SULTAN KESKİN
- Cam elyaf katkılı geopolimer ile iyileştirilen zeminlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi ve istatistiksel modellemesi
Investigation and statistical modelling of mechanical properties of soils improved with glass fiber reinforced geopolymer
ADNAN NASIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiHarran Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARDA BURAK EKMEN
- Çimento üretiminde kil ham maddesine alternatif olarak metaşistin kullanılabilirliği
Usability of metaschist as alternative clay raw material in cement production
ABDUL VAHAP KORKMAZ
Doktora
Türkçe
2017
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN HACIFAZLIOĞLU