Endüstriyel katı atık ikameli çimentolu macun dolguların karakteristik özelliklerinin tahribatlı ve tahribatsız testler kullanılarak değerlendirilmesi
Evaluation of characteristic features of industrial solid waste substituted cemented paste backfills using destructive and non-destructive tests
Yazar: TUĞBA KESKİN
Danışman: PROF. DR. EROL YILMAZ
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: İnşaat mühendisliği = Civil engineering

Özet:
Madencilik sektöründe sıklıkla kullanılan çimentolu macun dolgu (ÇMD), geleneksel olarak maden atıkları, hidrolik bağlayıcılar ve karışım suyundan elde edilir. ÇMD'nin gözeneklilik/gözenek bağlantısı ve mukavemet özelliklerini anlamak, onun nihai tasarımı için esastır. ÇMD'nin kalitesini ve performansını etraflıca değerlendirebilmek için daha kolay ve az maliyetli teknik ve uygulamalara yönelim artmıştır. Performans değerlendirme uygulamalarından bir tanesi ultrasonik darbe hızı (UPV) yöntemidir. UPV basitçe malzemelerin içyapısını ve bütünlüğünü değerlendirmek için kullanılan bir yöntemdir. Ultrasonik dalgalar, malzeme içine gönderilir ve yansıyan dalgaların hızı ölçülerek malzemenin yoğunluğu, elastik modülü ve mukavemeti hakkında bilgi elde edilir. ÇMD gibi kompozit malzemelerde, bu yöntem sayesinde boşluklar, çatlaklar ve diğer iç hasarlar tespit edilebilir. Bu çalışmada UPV tekniği kullanılarak ÇMD'nin mukavemet gelişimi ve gözenek yapısındaki değişimin değerlendirilmesi ve ayrıca tahribatlı bir yöntem olan tek eksenli basınç dayanımı (UCS) testi ile UPV arasında bir korelasyon oluşturulması amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak iki tip atık (düşük pH, DPA ve yüksek pH, YPA) sabit katı içeriği (ağırlıkça %72) ve bağlayıcı oranlarında (ağırlıkça %4-6-8) hazırlanmıştır. Dolgunun mikro yapı, mekanik ve ultrasonik özellikleri arasındaki bağlantıyı araştırmak için çimento (OPC) ikamesi olarak sabit oranda uçucu kül (UK)-cüruf (YFC) (OPC/YFC-UK: 70/30) kullanılmıştır. Oluşturulan bu numuneler farklı kür süreleri (3-90 gün) sonunda deneylere tabii tutulmuştur. Yapılan bu deneyler sonucunda YPA içeren dolgu numunelerindeki toplam gözenekliliğinin, DPA içeren numunelere kıyasla daha düşük (%56'ya kadar) olduğu gözlemlenmiştir.  Ayrıca DPA'ların ÇMD'lerin mukavemetini olumsuz yönde etkileyerek mikro yapısını bozduğu tespit edilmiştir. Düşük pH değerinden kaynaklı mikro yapıdaki bu bozulmaların bağlayıcı dozajının arttırılması ve cüruf ikamesi ile azaldığı gözlemlenmiştir. Dolgu numunelerinde artan bağlayıcı oranı ve yaşla birlikte toplam gözenekliliğin azaldığı tespit edilmiştir. Farklı atık ve mineral katkı türüne bağlı olarak UPV ve UCS arasında mükemmel korelasyon eğrileri bulunmuştur. Hem ölçülen hem de beklenen mukavemet değerleri büyük ölçüde tutarlı olup çoğu veri % 95 güven aralığında yer almıştır. Sonuç olarak, bu tez çalışmasının yeraltı madenlerinde başarıyla kullanılan ÇMD'nin daha etkin, hızlı ve az maliyetli bir şekilde performansının tespit edilmesine imkan sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Cemented paste backfills (CPB), frequently employed in the mining industry, is traditionally obtained from mine tailings, hydraulic binders and mixing water. Understanding CPB's porosity/pore connection and strength features is essential for its ultimate design. To thoroughly assess CPB's quality and performance, the trend towards easier and less costly techniques and applications has increased in recent years. One of the performance evaluation applications is the ultrasonic pulse velocity (UPV) method. It is simply a method employed to evaluate the internal structure and integrity of materials. Ultrasonic waves are sent into the material and by measuring the speed of the reflected waves, information about the density, elastic modulus and strength of the material is obtained. In composite materials such as CPB, voids, cracks and other internal damages can be detected thanks to this method. In this study, it was aimed to assess the strength development and change in pore structure of CPB by using the UPV technique, and also to establish a correlation between uniaxial compressive strength (UCS) test, which is a destructive method, and UPV. For this purpose, two types of tailings (low pH, LPT and high pH, HPT) were made with constant solid content (72% by weight) and binder ratios (4-6-8wt% by weight). A fixed ratio of fly ash (FA)-slag (GBFS) (OPC/GBFS-FA:70/30) was used as cement (OPC) substitute to explore the link between microstructure, mechanical and ultrasonic properties of backfilling. These specimens were subjected to experiments after different curing periods (3-90 days). As a result of these experiments, it was observed that the total porosity of the backfill samples containing HPT was lower (up to 56%) compared to the samples containing LPT. Besides, it has been determined that LPT negatively affects the strength of CPBs and disrupts their microstructure. It was observed that these deteriorations in the microstructure caused by low pH value decreased by increasing the binder dosage and slag substitution. It was determined that the total porosity decreased with increasing binder ratio and age in the fill specimens. Excellent correlation curves were found between UPV and UCS depending on different types of tailings and mineral additives. Both measured and expected strength values were largely consistent, with most data falling within the 95% confidence interval. As a result, it is thought that this thesis study will enable the determination of CPB performance, which is used successfully in underground mines, in a more effective, faster and less costly way.