Borik asit-sodyum silikat enjeksiyonlu kumların mühendislik özellikleri

Abstract

Bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, borik asit ve sodyum silikat içerikli solüsyon türü kimyasal enjeksiyon malzemesi geliştirilmiş, reolojik özellikleri ve farklı rölatif sıkılık ve gradasyondaki ince ve orta kum numunelere enjekte edilebilirlikleri ile, enjeksiyon sonrası numunelerin zaman ve saklama koşullarına bağlı olarak değişen mukavemet ve permeabilite özellikleri araştırılmıştır. Enjeksiyonlarda kullanılan borik asit – sodyum silikat yoğunluklarının belirlenmesine yönelik 49 farklı karışım oranı irdelenmiş ve jelleşme süreleri ile zamana bağlı sinerez ölçümleri alınmıştır. Elde edilen veriler neticesinde 6 farklı kimyasal karışımın enjeksiyon deneylerinde kullanılmasına karar verilmiş ve viskoziteleri de belirlenmiştir. Enjeksiyonu gerçekleştirilen kum numunelerde 3 farklı rölatif sıkılık ve 6 farklı gradasyon kullanılmış, numuneler laboratuvarda açık havada ve su altında kür tankında bekletilerek 2 farklı bekleme koşulu modellenmiştir. Ayrıca, kum numunelere enjeksiyonunun gerçekleştirilmesi aşamasında minimum enjeksiyon basıncı değerleri de tespit edilmiştir. Enjeksiyonu tamamlanan numuneler çeşitli zaman aralıklarında serbest basınç ve permeabilite deneylerine tabi tutulmuş ve zamana bağlı davranışları belirlenmiştir. Gerçekleştirilen deneyler sonucunda borik asit ve sodyum silikat oranının artması ile enjekte edilmiş zemin numunelerinde mukavemetin arttığı gözlenmiş, 150. güne kadar her iki kür ortamında bekletilen numunelerde dayanımının 56. gün itibariyle nihai değere ulaştığı ve sabitleştiği gözlenmiştir. Enjeksiyon sonrası jelleşme süreleri tamamlanan numuneler moldlardan çıkarılmadan düşen seviyeli permeabilite deney düzeneğine bağlanmış, 7, 28 ve 56. günlerde düşen seviyeli permeabilite testleri gerçekleştirilerek permeabilite katsayıları (k) tespit edilmiştir. Zemine sodyum silikat ve borik asit karışımı solüsyon enjeksiyonu yapılması, permeabilite katsayısını yaklaşık 300 ile 10000 kat arasında azaltmıştır.

In the scope of this thesis, boric acid and sodium silicate mixtures were devoloped as a chemical grouting material. The rheological properties of chemical mixtures and their penetrability into fine and medium grained sand samples having a wide range of gradation and relative density were investigated. In addition, the permability and strenght properties of grouted sand specimens taking into account curing time and storage condition were determined. Gel time and syneresis of 49 different mixtures of sodium silicate and boric acid mixtures were examined to optimize the volume of chemical contents. From the results, six different mixtures were found suitable for the injection purpose. The initial viscosities of the chosen mixtures were also determined. Sand samples with six different gradation were prepared at three different relative densities and grouted. The minimum required pressures for injection were also investigated. Both wet and air cured samples were subjected to unconfined compressive strength and permability tests to determine their time dependent permeability and strength characteristics. The results show that increase in both boric acid and sodium silicate content in mixtures increased the strength of injected sand samples. The test specimens reached their ultimate strength after 56 days curing period and stabilized. Grouted sand specimens were also subjected to falling head permability tests on 7, 28 and 56 days curing period and their coefficent of permability values were evaluated. The sodium silicate based boric acid mixtures caused the permeability coefficients of sand specimens to decrease about 300 and 1000 times.