Investigation of short and long term stabilities of boron added bentonite and sand-bentonite mixtures under static and cyclic thermal conditions
Bor katkılı bentonit ve kum-bentonit karışımlarının kısa ve uzun dönem stabilitelerinin statik ve döngüsel termal koşullar altında incelenmesi
- Tez No: 902342
- Danışmanlar: PROF. DR. YELİZ YÜKSELEN AKSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 384
Özet
Sıkıştırılmış bentonit ve bentonit-kum karışımları, düşük hidrolik iletkenlikleri ve yüksek şişme basınçları nedeniyle derin jeolojik depolarda tampon malzeme olarak tercih edilmektedir. Bu malzemeler, yüksek seviyeli radyoaktif atıkların güvenli bir şekilde bertaraf edilmesi, kutuların yeraltı sularından izole edilmesi ve radyonüklid sızıntısının uzun süre önlenmesi için çok önemlidir. Performansları ısıya duyarlıdır ve bütünlüğü sağlamak için sıcaklığın 100 ºC altında kalmasını gerektirir. Yüksek sıcaklıklar tampon malzemenin mühendislik performansını düşürebilir, bu da uzun vadeli performans için bu bariyerlerin termal değişiklikler altında davranışlarının anlaşılmasını gerektirmektedir. Bu tez, literatürdeki boşlukları ele alarak, sıcaklık maruziyet süresinin zemin özellikleri üzerindeki etkileri ve yeterince üzerinde durulmayan termal etkiler altında tampon malzemenin katkı malzemeleriyle iyileştirilmesi üzerinde durmaktadır. Çalışma, özellikle, kompakt bentonit ve bentonit-kum karışımlarının mühendislik parametreleri üzerinde yüksek sıcaklık ve termal döngülerin etkisini, hem kısa hem de uzun vadeli dönemlerde değerlendirmektedir. Düşük termal genleşmesi ve termal şoka karşı yüksek direnci ile bilinen bor minerallerinin bu karışımların yüksek sıcaklık davranışı üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Bu karışımların yüksek sıcaklık davranışı üzerindeki düşük termal genişleme ve yüksek termal şok direnci ile bilinen bor minerallerinin etkisi de incelenmiştir. Bu araştırma, bor katkılı bentonit ve kum-bentonit karışımlarının yüksek sıcaklıklar altında kısa ve uzun vadeli mühendislik özelliklerini inceleyerek, enerji yapılarında, özellikle de nükleer atık bertaraf alanlarında kullanılan geçirimsiz bariyerler için uygun malzemeler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Saha koşullarını simüle etmek için sonlu elemanlar yöntemi ile termal analizler ve yüksek sıcaklık (80 °C) varlığında hidrolik iletkenlik, sıkışabilirlik, emme ve şişme basıncı gibi mühendislik özelliklerini değerlendirmek için laboratuvar deneyleri yapılmıştır. Deneysel sonuçlar, 80 ºC sıcaklığın bor katkılarının kum-bentonit karışımlarının deformasyonunu olumsuz etkilediğini, ancak bentonit karışımlarını olumlu etkileyerek konsolidasyon parametrelerini olumlu yönde etkilemiştir. Yüksek sıcaklıkta kürleme, bentonitin sıkışma deformasyonunu daha da iyileştirmiştir. Artan sıcaklıklar daha yüksek hidrolik iletkenliğe yol açarken, tinkal katkılı karışımlar hidrolik olarak daha kararlı kalmıştır. Kürleme sonrasında, tüm karışımların hidrolik iletkenliği azalarak başlangıç değerlerine yakın hale gelmiştir. Hem yüksek sıcaklıklar hem de bor katkıları emme ve şişme basınç değerlerini azaltmış, bu da sıcaklık ve malzeme katkıları arasındaki karmaşık etkileşimi göstermiştir. Bu tezde kullanılan bor mineralleri, tampon malzemelerin yüksek sıcaklıklar altındaki özellikle konsolidasyon ve hidrolik iletkenlik davranışları üzerinde umut verici etkilere sahiptir. Sıcaklık değişimleri ve yüksek sıcaklığa maruz kalma süresi zemin davranışını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu çalışma, enerji geo-yapılarında etkili uzun vadeli performans için bentonit bazlı malzemelerdeki sıcaklığa bağlı mühendislik parametre değişikliklerini anlamanın önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Compacted bentonite and bentonite-sand mixtures are favored as buffer materials in deep geological repositories due to their low hydraulic conductivity and high swelling pressure. These materials are crucial for the safe disposal of high-level radioactive waste, isolating canisters from groundwater and preventing radionuclide leakage for extended periods. Their performance is heat-sensitive, requiring that temperature remains below 100 ºC to ensure integrity. High temperatures may degrade buffer performance, making it essential to understand how these barriers are affected by thermal changes for long-term performance. This doctoral thesis addresses the gaps in the literature by examining the poorly documented effects of temperature exposure time on soil properties and the lack of emphasis on soil improvement with additives under thermal effects. Specifically, the study investigates the impact of high temperature and thermal cycles on the engineering parameters of compacted bentonite and sand-bentonite mixtures, evaluating both short-term and long-term periods. The influence of boron minerals, known for their low thermal expansion and high resistance to thermal shocks, on the high-temperature behavior of these mixtures was also examined. By investigating the short and long-term static stability of boron-added bentonite and sand-bentonite mixtures under high temperatures, this research seeks to develop materials suitable for use in energy structures, particularly in impermeable barriers at nuclear waste disposal areas. Laboratory experiments and FEM analyses were conducted to simulate field conditions and evaluate properties such as hydraulic conductivity, compressibility, suction, and swelling pressure in the presence of high temperature (80 °C). Experimental results showed that at 80 ºC, boron additives negatively impacted the deformation of sand-bentonite mixtures but positively affected bentonite mixtures, enhancing consolidation parameters. High-temperature curing further improved the compression deformation of bentonite. Increased temperatures led to higher hydraulic conductivity, although tincal-added mixtures remained more stable hydraulically. Following post-curing, the hydraulic conductivity of all mixtures decreased, reaching their initial values. Both high temperatures and boron additives reduced suction and swelling pressure values, indicating a complex interaction between temperature and material additives on soil behavior. The boron minerals used in this thesis have promising effects on the consolidation and hydraulic conductivity behavior of buffer materials under high temperatures. Temperature changes and exposure time significantly impacted soil behavior. This study underscores the importance of understanding temperature-dependent changes in engineering parameters in bentonite-based materials for effective long-term performance in energy geo-structures.
Benzer Tezler
- Poli(allil guanidin.HCl)'ün sentezi, karakterizasyonu ve antimikrobiyal özelliğinin incelenmesi
Synthesis and characterization of poly(allyl guanidine.HCl) and investigation of its antimicrobial property
UFUK YILDIZ
- Investigation of the electrochromic properties of monophthalocyanine complexes bearing electrochromic substituents
Elektrokromik substitüentler içeren monoftalosiyanin komplekslerinin elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
DUYGU ARICAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ATIF KOCA
- Investigation of sensor characteristics of some chromoionophore structures in polymer and sol-gel matrices
Bazi kromoiyonofor yapilarin polimer ve sol jel matrikslerde sensör özelliklerinin incelenmesi
ÖZLEM ÖTER
Doktora
İngilizce
2007
KimyaDokuz Eylül ÜniversitesiAnalitik Kimya Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. KADRİYE ERTEKİN
- Tünellerde ön araştırma zemin iyileştirmesi ve stabilite analizleri
Preliminary investigations, ground treatment and stability analysis for tunnels
MUSA ALPHAN BAHAR
- Nanokil/SBS/bitüm nanokompozit için en uygun modifikasyon koşullarının geleneksel ve superpave bağlayıcı deneyleri ile araştırılması
Investigation of the optimum modification conditions for nanoclay/SBS/bitumen nanocomposite by conventional and superpave binder tests
HASAN DENİZ ALTUNTAŞ
Doktora
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL İSKENDER