Kimyasal katkıların uçucu küllü dolgularda etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effects of chemical admixtures on backfill with fly ash
Yazar: İBRAHİM ÇAVUŞOĞLU
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN YILMAZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Akışkanlaştırıcı = Plasticizer ; Priz süresi = Setting time ; Uçucu kül = Fly ash

Özet:
Akışkanlaştırıcılar betonun taze ve sertleşmiş haldeki özellikleri üzerine olumlu etkilerinden dolayı inşaat endüstrisinde son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Dolgu içerisinde de benzer etkiyi göstermesine rağmen madencilik alanında kullanımı oldukça yetersizdir. Bu çalışmada, mekanize uzun ayak işletmesinde uygulanan yeraltı dolgusunda kimyasal katkı kullanımının etkileri incelenmiştir. İlk olarak ağrılıkça %25-75 oranında (1. karışım oranı) çimento-uçucu kül ile birlikte priz hızlandırıcı (sodyum silikat tipi) kullanılan yeraltı dolgusunun karakteristiği yapılan deneysel çalışmalarla ortaya konmuştur. Daha sonra çimento miktarı kademeli olarak %22,5 (2. karışım oranı) ve %20 (3. karışım oranı) oranına düşürülmüştür. Yeni karışım oranlarında normal akışkanlaştırıcı (NA) ve süperakışkanlaştırıcı (SA) tipinde katkılar %1 ve %2 oranında kullanılmıştır. Üç karışım oranında da bağlayıcı olarak iki farklı çimento tipi (CEM I-CEM II) denenmiştir. 20 cm çökme değerine sahip numuneler 5 cm kübik kalıplarda hazırlanmış ve yüksek nem oranına (>%90) ve 20°C (±2) ısı değerine sahip dolap içerisinde 2, 7, 28 ve 90 günlük kür sürelerinde bekletilmiştir. Numunelerin dayanım, priz süresi, mikro yapıları ve ekonomileri incelenmiştir.Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, akışkanlaştırıcı katkıların karışımların sabit kıvamda su miktarlarını %3-7 oranında azalttığı, dayanımlarını ise %8-32 oranında arttırdığı belirlenmiştir. Mikro yapı incelemelerinde akışkanlaştırıcı kullanımının oluşan kılcal boşluk miktarında ve etrenjit jeli oluşumunda azalma sağladığı tespit edilmiştir. Akışkanlaştırıcıların priz süreleri üzerinde bir uzama etkisi, priz hızlandırıcıların ise bir kısalma sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca priz hızlandırıcı katkıların kısa kür sürelerinde dayanımı artırdığı uzun kür sürelerinde ise dayanımı azalttığı belirlenmiştir. 2. karışım oranında akışkanlaştırıcı ve priz hızlandırıcı katkı kullanılan karışımların dayanım ve ekonomik açıdan yeraltı dolgusunda kullanımının uygun olacağı öngörülmüştür.

Abstract:
In recent years, plasticizers have been widely used in construction industry due to having positive effects on properties of fresh and hardened concrete. Although the plasticizers show similar effects on properties of backfill, their usage in the area of mining is quite inadequate. In this study, effects of use of plasticizers in backfill applications of mechanized longwall were investigated. First, characteristics of underground backfill containing cement-fly ash ratio of 25-75% by weight (1st mix ratio) and accelerator (sodium silicate type) were revealed using experimental studies. Then, amount of cement was gradually reduced to 22,5% (2nd mix ratio) and 20% (3rd mix ratio). Addition %1 and %2 of normal plasticizers (NA) and superplasticizers (SA) were used in these new mixing ratios (2nd and 3rd). Two type cements (CEM I and CEM II) were used in all mixing ratios. The backfill samples with 20 cm slump value were molded in 5 cm cubic molds, cured at higher than %90 humidity and temperature 20°C (±2), then pastes were kept for different time intervals 2, 7, 28 and 90 days. Strengths, setting times, micro-structures and economies of samples were studied.Results of experimental studies showed that plasticizers reduced water content of mixtures by %3 to %7 at constant consistency, increased compressive strength of mixtures by %8 to %32. Micro structural investigations identified that the cumulative pore size and formation of ettringite gel of samples was reduced by addition plasticizers. It was also determined that plasticizers delayed in setting time of samples but accelerator declined in setting time of samples. However, it was observed that accelerator additive increased in early strength of samples but adverse effect in ultimate strength of samples. It was foreseen that mixtures prepared with plasticizers and accelerator at 2nd mix ratio can be use in underground mechanized longwall backfill applications in terms of strength and economic.