Lubrıcıty test cihazının köpük karakterizasyonu amacıyla kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of the applicability of the lubricity tester for foam characterization
- Tez No: 962311
- Danışmanlar: PROF. DR. HANİFİ ÇOPUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Maden Mühendisliği ve Madencilik, Mining Engineering and Mining
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Maden Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Köpükler, EPB TBM uygulamalarında en yaygın kullanılan zemin şartlandırma katkılarıdır. Zemin şartlandırmada kullanılan köpüklerin karakterizasyonu ve optimizasyonu için günümüzde bir standart bulunmamakla birlikte literatürde de kısıtlı sayıda çalışma yer almaktadır. Tez çalışmasının temel amacı, sondaj çamurlarının kayganlaştırıcı (lubricity) etkilerini ölçmek için yaygın olarak kullanılan lubricity test cihazının köpük karakterizasyonu ve optimizasyonu amacıyla kullanılabilirliğini ortaya koymaktır. Bu amaçla dört farklı kaya ve zemin numuneleri ile farklı firmalara ait dokuz farklı köpük ajanı temin edilmiştir. Temin edilen köpüklerin karakterizasyonu için köpük ajanlarının lubricity katsayıları ve yarı ömür süreleri belirlenmiştir. Temin edilen numuneler üzerinde üretilen farklı köpükler ile, zemin şartlandırma parametreleri aynı tutularak, zemin şartlandırma deneyleri yapılmıştır. Ardından köpüklerin lubricity katsayıları ile köpük ve zemin+köpük karakterizasyon deney sonuçları arasında istatistiksel bir ilişki aranmıştır. Bu sayede köpük karakterizasyonu, seçimi ve optimizasyonu için lubricity test cihazının kullanılabilirliği doğrulanmaya çalışılmıştır. Bu doğrultuda, kazısı devam eden bir tünel projesinden iki farklı formasyona ait kaya numunesi (kiltaşı-silttaşı ve kireçtaşı) ile zemin numunesi (killi siltli kum) ve endüstriyel kullanım amaçlı üretilen bentonit numunesi temin edilmiştir. Deneylerde endüstriyel amaçlı üretilen bentonit numunesinin kullanılmasının nedeni mümkün olduğunca standart bir örnek kullanılmak istenmesidir. Bu sayede zemin şartlandırma deneylerinde, köpükleri karşılaştırabilmek için olabildiğince diğer parametreler sabit tutulmuştur. Öncelikle deneylerde kullanılan numunelerin karakteristiklerini belirlemek amacıyla doğal nem içeriği, tane boyut dağılımı (elek ve hidrometre analizi) ve Atterberg kıvam limitleri (likit ve plastik limit) deneyleri yapılmıştır. Kiltaşı-silttaşı ve kireçtaşı numunesinin şartlandırma deneyleri için iki farklı firmaya ait baz köpük, killi siltli kum numunesinin zemin şartlandırma deneyleri için bir anti-kil özellikli köpük ve bentonit numunesinin zemin şartlandırma deneyleri için ise üç farklı firmanın hem baz hem de anti-kil özellikli köpükleri kullanılmıştır. Şartlandırılmış kiltaşı-silttaşı numunesinin (zemin+köpük) karakterizasyonu amacıyla güç ve yapışma ölçümlü karıştırma deneyi yapılmıştır. Kiltaşı-silttaşı numunesinin (zemin+köpük) şartlandırma deneylerinde sabit köpük konsantrasyonunda (Cf = %2) ve sabit köpük genleşme oranında (FER = 15) üretilen köpükler kullanılmıştır. Şartlandırma deneyleri doğal nem içeriğinde (wn=%22) ve her iki köpük için aynı köpük enjeksiyon (FIR) değerlerinde gerçekleştirilmiştir. Köpük enjeksiyon değerleri %40 ile %100 arasında değiştirilmiştir. Şartlandırılmış kireçtaşı numunesinin karakterizasyonu amacıyla güç ve yapışma ölçümlü karıştırma deneyi, mini slump deneyi ve yayılma tablası deneyi yapılmıştır. Kireçtaşı numunesinin (zemin+köpük) şartlandırma deneylerinde sabit köpük konsantrasyonunda (Cf = %2) ve sabit köpük genleşme oranında (FER = 15) üretilen köpükler kullanılmıştır. Şartlandırma deneyleri doğal nem içeriğinde (wn=%22) ve her iki köpük için aynı köpük enjeksiyon (FIR) değerlerinde yapılmıştır. Köpük enjeksiyon değerleri %30 ile %50 arasında değiştirilmiştir. Şartlandırılmış killi siltli kum numunesinin karakterizasyonu amacıyla güç ve yapışma ölçümlü karıştırma deneyi ve yayılma tablası deneyi yapılmıştır. Killi siltli kum numunesinin şartlandırma deneylerinde sabit köpük konsantrasyonunda (Cf = %2) ve sabit köpük genleşme oranında (FER = 15) üretilen anti-kil özellikli köpükler kullanılmıştır. Şartlandırma deneyleri sabit nem içeriğinde (w=%31) ve köpük enjeksiyon değerleri %40 ile 60 arasında değiştirilerek yapılmıştır. Şartlandırılmış bentonit numunesinin karakterizasyonu amacıyla güç ölçümlü karıştırma deneyi, konik penetrasyon deneyi ve cep tipi kanatlı kesme deneyi yapılmıştır. Bentonit numunesinin şartlandırma deneylerinde sabit köpük konsantrasyonunda (Cf = %3) ve sabit köpük genleşme oranında (FER = 15) üretilen köpükler kullanılmıştır. Şartlandırma deneyleri sabit nem içeriğinde (w=%195) ve her köpük için aynı köpük enjeksiyon değerlerinde, %60 ile 100 arasında değiştirilerek yapılmıştır. Deneylerden elde edilen veriler ışığında, köpük ajanlarının lubricity katsayıları ile köpüklerin yarı ömür süreleri arasında bir ilişkiye rastlanmamıştır. Kiltaşı-silttaşı ve kireçtaşı numunelerinin zemin şartlandırma deneylerinde iki farklı köpük kullanılmıştır. Zemin şartlandırma deneylerinde sadece iki köpük kullanıldığı için regresyon analizi yapılamamıştır. Fakat kullanılan köpüklerden lubricity katsayısı yüksek olan köpük, yapılan zemin şartlandırma deneylerinde daha düşük köpük enjeksiyon oranlarında optimum aralığa ulaşmıştır. Bentonit numunesi ile yapılan zemin şartlandırma deneyleri sonucunda köpük ajanlarının lubricity katsayısı ile güç tüketimi arasında, özellikle %100 köpük enjeksiyon oranında güçlü istatiksel ilişki (r2 =0,83) elde edilmiştir. Farklı köpük enjeksiyon oranlarında, köpük ajanlarının lubricity katsayıları arttıkça güç tüketimi artmıştır. Köpük ajanlarının lubricity katsayıları artışıyla, düşen konik penetrasyon deneyinden elde edilen penetrasyon değeri azalmıştır. Fakat istatistiksel ilişki yakalanamamıştır. Kanatlı kesme deneyinden elde edilen şartlandırılmış bentonit numunesinin kesme dayanımı, lubricity katsayısının artışıyla %60 ve %80 köpük enjeksiyon değerlerinde düşmüş fakat %100 köpük enjeksiyon değerinde artmıştır. Elde edilen veriler ışığında, köpük ajanlarının lubricity katsayıları kullanılarak, şartlandırılmış zeminin güç tüketiminin tahmin edilebileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Foams are the most commonly used soil conditioning additives in EPB TBM applications. Although there is currently no standard for the characterization and optimization of foams used in soil conditioning, there are only a limited number of studies in the literature. The main objective of this thesis is to demonstrate the applicability of the lubricity test device, which is commonly used to measure the lubricity effects of drilling muds, for the characterization and optimization of foams. For this purpose, four different rock and soil samples and nine different foam agents from different companies were obtained. For the characterization of the foams, the lubricity coefficients of foam agents and half-life of the foams were determined. Soil conditioning experiments were conducted on obtained samples using different foams, while keeping the soil conditioning parameters constant. Then, a statistical relationship was sought between the lubricity coefficients of the foam agents and the results of the foam and soil+foam characterization experiments. In this way, the usability of the lubricity test device for foam characterization, selection, and optimization was attempted to be verified. In this context, rock samples (claystone-siltstone and limestone) from two different formations, a soil sample (clayey silt sand) from a tunnel project and a bentonite sample produced for industrial use were obtained. The reason for using the industrially produced bentonite sample in the experiments was to use a standard sample as much as possible. In this way, other parameters were kept constant as much as possible in the soil conditioning experiments to compare the foams. Firstly, tests were conducted to determine the characteristics of the samples used in the experiments, including natural moisture content, particle size distribution (sieve and hydrometer analysis), and Atterberg consistency limits (liquid and plastic limits). For the conditioning tests of the claystone-siltstone and limestone samples, base foam from two different companies was used; for the soil conditioning tests of the clayey silt sand sample, anti-clay foam was used; and for the soil conditioning tests of the bentonite sample, both base and anti-clay foams from three different companies were used. A mixing test with power and adhesion measurements was conducted to characterize the conditioned claystone-siltstone sample (soil+foam). Foams produced at a constant foam concentration (Cf = 2%) and a constant foam expansion ratio (FER = 15) were used in the conditioning tests of the claystone-siltstone sample (soil + foam). Conditioning tests were performed at natural moisture content (wn = 22%) and the same foam injection (FIR) values for both foams. Foam injection values were varied between 40% and 100%. To characterize the conditioned limestone sample, a mixing test with power and adhesion measurements, a mini slump test, and a flow table test were performed. Foams produced at a constant foam concentration (Cf = 2%) and a constant foam expansion ratio (FER = 15) were used in the conditioning tests of the limestone sample (soil + foam). Conditioning tests were performed at natural moisture content (wn = 22%) and the same foam injection (FIR) values for both foams. Foam injection values were varied between 30% and 50%. A mixing test with strength and adhesion measurements and a flow table test were conducted to characterize the conditioned clayey silty sand sample. In the conditioning tests of the clayey silty sand sample, anti-clay foams produced at a constant foam concentration (Cf = 2%) and a constant foam expansion ratio (FER = 15) were used. Conditioning tests were performed at a constant moisture content (w = 31%) and by varying the foam injection values between 40% and 60%. To characterize the conditioned bentonite sample, a power measured mixing test, a fall cone penetration test, and a pocket-type vane shear test were conducted. Foams produced at a constant foam concentration (Cf = 3%) and a constant foam expansion ratio (FER = 15) were used in the conditioning experiments of the bentonite sample. Conditioning experiments were conducted at a constant moisture content (w = 195%) and by varying the foam injection values between 60% and 100% for each foam. Based on the data obtained from the experiments, no relationship was found between the lubricity coefficients of the foam agents and the half-life durations of the foams. Two different foams were used in the soil conditioning experiments on the claystone- siltstone and limestone samples. Since only two foams were used in the soil conditioning experiments, regression analysis could not be performed. However, the foam with the higher lubricity coefficient among the foams used reached the optimal range at lower foam injection rates in the soil conditioning experiments. As a result of the soil conditioning experiments conducted with bentonite samples, a strong statistical relationship (r2 = 0,83) was obtained between the lubricity coefficient of the foam agents and power consumption, especially at a 100% foam injection rate. At different foam injection rates, power consumption increased as the lubricity coefficients of the foam agents increased. As the lubricity coefficient of the foam agents increased, the penetration value obtained from the fall cone penetration test decreased. However, no statistical relationship was detected. The shear strength of the conditioned bentonite sample obtained from the vane shear test decreased at 60% and 80% foam injection values as the lubricity coefficient increased, but increased at 100% foam injection value. Based on the obtained data, it was concluded that the power consumption of the conditioned soil can be estimated using the lubricity coefficients of the foam agents.
Benzer Tezler
- A performance analysis of different types of liquid lubricants in weighted and unweighted water based drilling fluid by differential sticking tester parallel with lubricity tester
Farklı tipteki sıvı kayganlaştırıcıların performansının yüksek ve düşük yoğunluklu su bazlı çamurda lubricity tester'a paralel olarak diferansiyel yapışma cihazında belirlenmesi
MEHMET UĞUR ANADUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT PARLAKTUNA
- Al12Si matrisli SiCp takviyeli kompozit kaplamaların soğuk gaz dinamik püskürtme yöntemi ile üretilmesi ve sulu ortamdaki tribolojik davranışının incelenmesi
Production of Al12Si matrix with SiCp reinforced composite coatings by cold gas dynamic spray coating method and investigation of tribological behaviour of the coatings in water
ÖZDE DEPREM
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- 2-etilhekzil esterlerinin yeni geliştirilen yöntemle sentezi, yapısal karakterizasyonu, yağlayıcılık özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of 2-ethyl hexyl esters by a new developed method, structural characterization, investigation of lubrication properties
EMİNE DEMİR
- Investigation of wear protection properties of different fatty acid esters used as additives in lubricants and evaluation of the lubricity performance of the lubricant
Yağlama yağlarında yağ asidi esterlerinin katkı maddesi olarak kullanımının yağlayıcının aşınma önleme özelliklerine ve yağlayıcılık performansına etkisinin incelenmesi
AYŞEGÜL SÜER
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYDA ATALAY
- Effect of bentonite slurry injection on pipe jacking forces
Bentonit enjeksiyonunun boru itme kuvvetlerine etkisi
MÜCAHİT NAMLI
Doktora
İngilizce
2011
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EROL GÜLER