Bentonit, uçucu kül ve silis dumanı katkılı çimento enjeksiyonu karşımlarında fiziksel ve mekanik özelliklerin Taguchi yöntemi ile incelenmesi
Investigation of physical and mechanical properties of cement injection blended with bentonite, fly ash and silica fume by Taguchi method
Yazar: AHMET ŞAHİN ZAİMOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZCAN TAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bentonit = Bentonite ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Silis dumanı = Silica fume ; Taguchi yöntemi = Taguchi method ; Uçucu kül = Fly ash ; Zemin iyileştirme = Soil improvement ; Çimento enjeksiyon yöntemi = Cement grouting method

Özet:
Çimento enjeksiyonlarında maliyeti düşürmek veya karışımın bazı özelliklerim iyileştirmek için çimento ile birlikte bazı katkı malzemeleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada farklı oranlardaki bentonit, uçucu kül ve silis dumanı ile birlikte hazırlanan enjeksiyon karışımlarının serbest basınç mukavemeti, dinamik viskozite, çökelme, priz süreleri ve akma özellikleri araştırılmıştır. Deneyler için Taguchi Yöntemine göre 3 parametreli 4 seviyeli L16 deney tasarım tablosu seçilmiştir. Enjeksiyon karışımlarının hazırlanmasında, kullanılan katı ağırlığının %0, %0.5, %1 ve %3' ü oranlarında bentonit, %10, %20, %30 ve %40' ı oranlarında uçucu kül ve %0, %5, %10 ve %20' i oranlarında silis dumanı kullanılmıştır. Hazırlanan enjeksiyon karışımları için laboratuarda serbest basmç (7, 14 ve 28 günlük), çökelme, Marsh Hunisi, Vicat iğnesi ve dönmeli viskozimetre deneyleri yapılmıştır. Deneyler üç farklı su/katı (S/K) oranlarında (0.75, 1.00 ve 1.25) yapılmış olup deney sonuçlan Taguchi Yöntemine göre ay rı ayrı değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda; enjeksiyon karışım örneklerinin serbest basınç mukavemeti değişimi üzerinde en çok etkili parametrenin uçucu kül, en az etkili parametrenin ise bentonit olduğu belirlenmiştir. Priz başlama süresi üzerindeki en etkili parametreler silis dumanı ve uçucu kül olurken, priz bitiş süresi üzerinde ise bentonit ve uçucu kül etkili olmuştur. Akma süresi ve çökelme miktarı üzerinde ise en etkili parametrenin silis dumanı olduğu belirlenmiştir. Enjeksiyon karışımlarının incelenen özellikleri için optimum karışım oranlan Taguchi Yöntemi ile belirlenmiş ve bu oranlar için doğrulama deneyleri yapılmıştır. Ayrca %10 uçucu kül, %20 silis dumanı ve %3 bentonit, %10 uçucu kül, %20 silis dumanı kullanılarak hazırlanan enjeksiyon karışımları; rölatif sıkılığı 0.70, tane çapı aralığı 2-10 mm olan kalıp içerisindeki çakıl örneklerine 1 atmosfer basınç altında enjekte edilmiştir. Bu örneklerin 7,14 ve 28 günlük serbest basınç mukavemetleri belirlenerek, sadece çimento ile hazırlanan enjeksiyon karışımı ile enjekte edilmiş örneklerin deney sonuçlan ile karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: bentonit, çimento enjeksiyonu, silis dumanı, TaguchiYöntemi, uçucu kül, zemin iyileştirmesi

Abstract:
In order to reduce the cost or improve some of the properties of the mixture in the cement injections some supplementary materials are used with the cement. In this study it was investigated the unconfined compressive strength, dynamic viscosity, sedimentation, setting times and flow properties of the mixtures of the injections containing bentonite, fly ash and silica fume, which were prepared in different ratios. L16 orthogonal array with three parameters and four levels was selected using Taguchi Design of Experiment Method. In the preparation of the injection mixtures the used percentages of bentonite, fly ash and silica fume (by weight of solid) are 0%, 0.5%, 1%, 3%, 10%, 20%, 30%, 40%, and 0%, 5%, 10%, 20%, respectively. For the prepared injection mixtures the unconfined compressive strength (7, 14 and 28 days), precipitation, Marsh Funnel, Vicat needle and rotational viscosimetry experiments were performed in the laboratory. The experiments were performed for three different water to solid ratios, (W/S) of 0.75, 1.00 and 1.25 and the experimental results were evaluated separately using Taguchi method. As a result of the evaluations; it was determined that the most effective parameter on the variation of the unconfined compressive strength of the samples of the injection mixtures was the fly ash while the least effective parameter was the bentonite. It was also determined that while the most effective parameters on the initial setting time was fly ash and silica fume, on the final setting time the most effective parameters were bentonite and fly ash. The most effective parameter on the flowing time (viscosity) and die amount of precipitation was determined to be silica fume. For the investigated properties of the injection mixtures the optimum mixing ratios were determined with the Taguchi method and for these ratios the confirmation experiments were performed. In addition, the injection mixtures prepared by using 10% fly ash, 20% silica fume and 3% bentonite, 10% fly ash, 20% silica fume were injected under 1 atmospheric pressure into the aggregate samples placed in the mould which has a relative density of 0.70 and grain diameter of in between 2 and 10 mm. By determining the unconfined compressive strength of these samples for 7, 14 and 28 days, the experimental results of the injected samples and the injection mixtures which were prepared by using only cement were compared. Keywords: bentonite, cement injection, silica fume,Taguchi method, fly ash, soil improvement