Kükürt enjeksiyonu ile zemin özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of soil properties by sulfur grouts
Yazar: MURAT KARADENİZ
Danışman: PROF. DR. MÜCAHİT OPAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Enjeksiyonlar = Injections ; Kükürt = Sulfur ; Mukavemet hesapları =   ; Zemin iyileştirme = Soil improvement

Özet:
Dünyadaki hızlı nüfus artışı ve kentleşmeyle birlikte enerji ve barınma ihtiyacı da artmaktadır. Enerji ihtiyacının çoğunun karşılandığı fosil yakıtların kullanımındaki artış ile birlikte petrol endüstrisinden yan ürün olarak elde edilen kükürt miktarları da dünya çapında artış göstermektedir. Bu çalışmada artan rezervler sonucu alternatif kullanım alanı olarak inşaat endüstrisinde kullanılmaya başlanan kükürtün,  geleneksel Portland çimentosuna alternatif olarak zemin iyileştirme yöntemlerinde kullanılabilirliğinin incelenmesi ve Portland çimento üretimi sırasında meydana çıkan CO2 salınımını azaltmak amaçlanmıştır. Çalışmada zemin enjeksiyon yönteminde bağlayıcı olarak kullanılan geleneksel su-çimento karışımının yerine petrol endüstrisinden elde edilen kükürt kullanılmıştır. Oda sıcaklığında katı halde bulunan kükürt, rölatif sıkılıkları %25, %50, %75 ve %100 olarak hazırlanmış üniform kum (SP) ve üniform çakıl (GP) sınıfı zemin numunelerine 130-135°C'de sıvı faza getirilerek düşük basınçlı kükürt enjeksiyonu yöntemi ile zemin iyileştirmesi gerçekleştirilmiştir. Numuneler bu çalışma için özel olarak tasarlanan deney düzeneği kullanılarak sıcaklık ve basınç kontrollü olarak hazırlanmıştır. Enjeksiyon uygulanmış numuneler 1, 7 ve 28 günlük kür süreleri sonunda serbest basınç mukavemeti deneylerine tabi tutularak rölatif sıkılık, kür süresi, enjeksiyon basıncı ve zemin sınıfı değişimlerinin serbest basınç mukavemeti üzerindeki etkisi incelenmiştir. En yüksek serbest basınç dayanımı 7 günlük SP numunelerde 20,16 MPa olarak elde edilmiş ve 1 saat sonunda bu değerin yaklaşık %85'ine ulaşabildiği belirlenmiştir. Çalışmada ayrıca literatürde yer alan çimento enjeksiyonu yapılmış aynı zemin sınıflarına ait serbest basınç deneyi sonuçları ile çalışmadan elde edilen deney sonuçları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kükürt enjeksiyonunun hızlı priz alması ve 1 saatte nihai dayanımının yaklaşık %85'ini kazanması nedeniyle çimento enjeksiyonuna göre daha avantajlı olduğu belirlenmiştir. Hızlı priz alma, düşük viskozite ve yüksek dayanım değerleri ile saf kükürtün zemin enjeksiyonunda çimento harçlarına alternatif olarak kullanılmasının uygun olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
The need for energy and housing is increasing worldwide due to the rapid population growth and urbanization. With the increase in the use of fossil fuels, which meet most of the energy needs, the amount of sulfur obtained as a by-product from the petroleum industry is also increasing on a global scale. In this study, it is aimed to examine the usability of sulfur, which has started to be used in the construction industry as an alternative usage area as a result of increasing reserves, in soil improvement methods as an alternative to traditional Portland cement and to reduce the CO2 emission released during Portland cement production. In the study, sulfur obtained from the petroleum industry was used as a binder instead of the traditionally used water-cement mixture in the grouting. Sulfur, which is solid at room temperature, is brought to the liquid phase at 130-135°C and injected into uniform sand (SP) and uniform gravel (GP) class soil samples prepared with relative density of 25%, 50%, 75% and 100% by low pressure injection method to improve the ground properties. The samples were prepared in a temperature and pressure controlled environment with the experimental setup specially designed for this study. Injected samples were subjected to unconfined compressive strength tests at the end of 1, 7 and 28-day curing periods and the effects of relative tightness, curing time, injection pressure and soil class changes on unconfined compressive strength were investigated. The highest unconfined compressive strength was obtained in the 7-day-old SP samples as 20,16 MPa, and it was determined that approximately 85% of this value was reached in just 1 hour. In addition, the results of the unconfined compressive strength of the same soil classes with cement injection in the literature and the test results obtained from the study were examined comparatively. It has been determined that sulfur injection is more advantageous than cement injection as it sets fast and gains approximately 85% of its final strength in just 1 hour. Considering the fast setting, low viscosity and high strength values, it was concluded that pure sulfur could be used as an alternative to cement mortars in grouting.