Tabakalı zemin ortamında imal edilen zeolit katkılı derin karıştırma kolonu davranışlarının model deneylerle araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında; kil ve kum zeminden oluşan tabakalı zemin ortamında, doğal bir puzolanik malzeme olan zeolit kullanılarak oluşturulan derin karıştırma kolonlarının (DKK) davranışları küçük ve büyük ölçekli deney numuneleri üzerinde araştırılmıştır. Küçük ölçekli DKK numunelerinin hazırlanmasında; enjeksiyon karışımını oluşturan 4 parametre olan çimento, zeolit ve akışkanlaştırıcı katkı maddesi miktarları ile su/bağlayıcı oranı için Yanıt Yüzey Yöntemi kullanılarak 17 adet tasarımı içeren bir deney tasarım tablosu oluşturulmuştur. Tasarımda; çimento için %9-30, zeolit için %0-40, akışkanlaştırıcı katkı maddesi için %0.5-4 ve su/bağlayıcı oranı için 0.9-2.5 sınır değerleri seçilmiştir. Her bir tasarım için enjeksiyon karışımları üzerinde Marsh Hunisi Deneyleri yapılarak enjeksiyonların akışkanlığı kontrol edilmiştir. Tüm tasarımlar için hem kil hem de kum zemin kullanılarak hazırlanan küçük ölçekli numuneler üzerinde 28 ve 56 günlük kür sürelerinin ardından Serbest Basınç ve Permeabilite Deneyleri yapılmıştır. Tasarımları temsil edebilecek 7 adet numunenin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri alınmıştır. Deneysel sonuçların optimizasyonu ile elde edilen optimum tasarımlar için tabakalı zemin yerleşimi de dikkate alınarak model tanklar içerisinde büyük ölçekli DKK imal edilmiştir. Hazırlanan kolonlar 28 günlük kür süresinin ardından kademeli kazık yükleme deneylerine tabii tutulmuş ve oluşan kolonlardan karot numuneleri alınmıştır. Küçük ölçekli DKK'nda optimum tasarımlar için 28 günlük kür süresi sonunda yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar ile tahmin edilen sonuçlar arasında Serbest Basınç Deneylerinde killi zeminde %92 ve kumlu zeminde %83, Permeabilite Deneylerinde ise sırasıyla %71 ve %57 uygunluk değerlerine ulaşılmıştır. Zeolitin ikame şeklinde çimento ile yer değiştirmesi sonucu mukavemet değerlerinde düşük seviyede azalma olmuş ancak elde edilen değerler DKK için kabul edilebilir sınır değerler arasında kalmıştır. Zeolit miktarının artması ile permeabilite katsayısında çok az miktarda artışlar görülmüştür ancak maksimum zeolit ikameli durumda bile permeabilite katsayısı istenilen sınır değerler içerisinde kalmıştır. SEM analizi sonuçları da belli bir miktara kadar zeolitin kullanımının uygun olduğunu, ancak çimento miktarının çok düşük olması durumunda C-H ve C-S-H jellerinin miktarının azaldığını göstermektedir. Büyük ölçekli DKK'nın yükleme deney sonuçları, tabakalı zemin ortamında oluşturulan DKK'nın taşıma gücü ve oturma kriterleri açısından yeterli olduğunu göstermiş ve kolonlardan alınan karot numunelerinin serbest basınç mukavemeti küçük ölçekli DKK'nın mukavemetinin %90'ı olmuştur.

The aim of conducting this study is to investigate the behavior of deep mixing columns (DMC) created by using zeolite, which is a natural pozzolanic material in a layered soil environment consisting of clay and sand soil. Small- and large-scale test samples were applied in this study to gain reliable results. In preparing small-scale DMC samples, an experimental design table including seventeen designs was created using the Response Surface Method for the cement, zeolite, and plasticizer additive amounts and water/binder ratio, the four parameters that make up the injection mixture. The applied structural design in this study consists of 9-30% for cement, 0-40% for zeolite, 0.5-4% for plasticizer additive and 0.9-2.5 for water/binder ratio. For each design, Marsh Funnel Viscosity Tests were performed on the injection mixtures, and the fluidity of the injections were checked. Unconfined Compressive Strength and Permeability Tests were carried out on small scale samples prepared using both clay and sand soil for all designs after twenty-eight- and fifty-six-days experiment. Scanning electron microscope (SEM) images of seven samples that can represent the designs were taken. For optimum designs obtained by optimizing experimental results, large-scale DMC was employed within model tanks, taking into account the layered soil layout. After twenty-eight days of experiment period, the prepared columns were subjected to staged pile loading tests, and core samples were taken from the formed columns. For optimum designs in small scale DMC, the estimated results at the end of the twenty-six days of experimenting were 92% on clayey soil and 83% on sandy soil in Unconfined Compressive Strength Tests, and 71% and 57% in Permeability Tests, respectively. The results of replacing the zeolite with cement indicate a slight decrease in the strength value; as these results are considered within the acceptable limits, they are considered satisfactory DMC values. The results revealed that increasing the amount of zeolite leads to a slight increase in the permeability coefficient, and even if the zeolite is used in the maximum possible replacement, the permeability coefficient will remain within the required limit values. Furthermore, the SEM analysis results indicated that the possibility of utilizing zeolite up to a certain amount as a replacement with cement. However, the small amount of cement leads to a decrease in C-H and C-S-H gels. The load test results of large-scale DMC have shown the DMC's sufficiency formed in the layered soil environment in terms of bearing capacity and settlement criteria, and the unconfined compressive strength of the core samples taken from the columns was 90% of the strength of the small-scale DMC.