Bazalt agrega malzemesinin farklı mekanik ve çevresel koşullar etkisinde özelliklerinin incelenmesi
Investigation of basaltic aggregate material properties under different mechanical and environmental conditions
Yazar: EKİN KÖKEN
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZARSLAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRKAN BACAK
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada iki farklı bazaltik kayaçtan (ince ve iri taneli bazaltik kayaçlar) üretilen agregaların farklı mekanik ve çevresel koşullar altındaki özelliklerinin değişimi araştırılmıştır. Öncelikle genel olarak kayaçların ve agregalarının duraylılığına etki eden faktörler özetlenmiş, balast agregası (31.5 ‒ 63.0 mm) ve balast tabakası üzerine gerçekleştirilmiş önemli çalışmalar ifade edilmiştir. Ülkemizde kullanılan balast agregalarının sahip olması gereken teknik özellikleri verilmiş ve balast tabakasında gözlenen önemli sorunlara değinilmiştir. Arazi çalışmalarında agregaların üretildiği kaya kütlelerinin jeoteknik özellikleri belirlenmiş ve sahada farklı ayrışma ‒ bozunma içeren kaya kütleleri ayırt edilerek sınıflandırılmıştır. Farklı ayrışma ‒ bozunma derecelerindeki kaya kütlelerinden elde edilen numuneler kullanılarak bu kayaçlara ait temel fiziksel, mekanik ve agrega özellikleri belirlenmiştir. Farklı boyut grubunda (10 ‒ 14 mm ve 31.5 ‒ 50 mm) gerçekleştirilen agrega deneyleri sonucunda, ayrışmamış (W0) ve az ayrışmış (W1) kaya kütlelerinden üretilen agregaların olası kullanım alanları mevcut yaklaşımlar ışığında belirlenmiştir. Tren hattına serilen balast agregalarının dayanımının belirlenmesi için bir deney yöntemi geliştirilmiş, daha sonra kaya malzemesi ve balast agrega (31.5 ‒ 50.0 mm) özelliklerinin farklı çevresel ve mekanik koşullar altındaki değişimleri araştırılmıştır. Çevresel koşullar farklı döngü sayılarındaki magnezyum sülfat don kaybı deneyleri ile, mekanik koşullar ise sırasıyla tek tane parçalanma ve farklı devir sayılarındaki Los Angeles aşınma kaybı deneyleri ile temsil edilmiştir. Laboratuvar çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre, balast agregasındaki şekilsel özelliğindeki değişimin balast dayanımı ve parçalanma derecesi üzerine önemli etkileri olduğu belirlenmiştir. Farklı döngü ve devir sayılarında gerçekleştirilen Los Angeles aşınma kaybı deneylerine göre, araştırılan balast agregalarının uzun dönem duraylılıkları araştırılmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre, balast agregasındaki parçalanma derecesinin mineralojik değişim ve tane boyutu ile ilgili olduğu söylenebilir. Ayrıca araştırılan balast agregalarının Los Angeles aşınma kaybı ve kirlenme derecelerinin kestirimi için birkaç görgül bağıntı geliştirilmiştir. Balast agregasının yerindeki parçalanma mekanizmasının araştırılması için önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
In this study, the variation in aggregate properties, which are produced from two different basaltic rocks (i.e. fine and coarse grained basaltic rocks), are investigated under different mechanical and environmental conditions. Firstly, effecting factors on rock and aggregate durability are mainly summarized and remarkable studies based on ballast aggregates (31.5 ‒ 63.0 mm) and ballast stratum are expressed. Desired technical properties of ballast aggregates used in our country are given and important problems observed in ballast stratum are referred. During field studies, geotechnical properties of rock masses, from which the aggregates are produced, are determined and they are classified in terms of distinguishing different weathering grades. General physical, mechanical and aggregate properties of the rocks are determined by using the samples obtained from rock masses with different weathering grades. As a result of aggregate tests carried out on different size fractions (i.e. 10 ‒ 14 mm and 31.5 ‒ 50.0 mm) of aggregates, potential usage areas of aggregates produced from unweathered (W0) and slightly weathered (W1) rock masses are determined in terms of present approaches. An experimental procedure are developed to determine the strength of ballast aggregates in the train route and then the variations in rock material and ballast aggregate (31.5 ‒ 50 mm) properties are investigated under different environmental and mechanical conditions. Environmental conditions are represented by magnesium sulfate soundness tests with different cycles and mechanical conditions were represented by single particle breakage and Los Angeles abrasion loss tests with different number of revolutions, respectively. As a result of laboratory studies, the variation in shape properties of ballast aggregates has enormous effects on ballast strength and fragmentation degree. The long-term durability of ballast aggregates are investigated in terms of Los Angeles abrasion loss tests with different cycles and number of revolutions. According to the results obtained from these studies, it can be claimed that the fragmentation degree of ballast aggregates is associated with mineralogical variation and grain size. Furthermore in order to predict Los Angeles abrasion loss and the degree of fouling of ballast aggregates, several empirical formulae are developed. Suggestions are given in order to investigate the actual fragmentation mechanism of ballast aggregate in-situ.