Zemin enjeksiyon uygulamalarında karşılaşılan en büyük operasyonel hatalardan biri, her zemin profiline standart bir çimento-su karışımı basılmasıdır. Yüksek basınçlı enjeksiyonda şerbet, sadece boşluk dolduran bir dolgu malzemesi değil; zeminin mineralojik yapısıyla reaksiyona giren kimyasal bir ajandır. Sahada hedeflediğimiz tek eksenli basınç mukavemetine ($q_u$) ve durabiliteye ulaşmak, doğru çimento tipinin seçilmesine ve su/çimento ($w/c$) oranının zemin reolojisine göre anlık olarak kalibre edilmesine bağlıdır.
1. Çimento Tiplerinin Geoteknik Karakteristiğe Göre Seçimi
Şantiyelerde genellikle lojistik kolaylığı nedeniyle standart portland çimentoları (CEM I 42.5 R) tercih edilse de, yeraltı suyu kimyası ve zemin mineralojisi bu seçimi doğrudan geçersiz kılabilir.
- Sülfat Atığı ve Agresif Çevreler: Deniz kenarı projelerinde veya endüstriyel atık sahalarında yeraltı suyundaki yüksek sülfat iyonları, çimento matrisindeki trikalsiyum alüminat ($C_3A$) ile reaksiyona girerek etrenjit oluşumuna yol açar. Bu hacimsel genleşme, kolonun birkaç yıl içinde içten çatlayarak un ufak olmasına neden olur. Bu tür zeminlerde $C_3A$ oranı %5’in altında olan sülfata dayanıklı çimentolar (CEM I 42.5 R – SR5) kullanılmalıdır.
- Killi Zeminlerde Bağlayıcılık: Yüksek plastisiteli killerde kalsiyum silikat hidrat ($C-S-H$) jellerinin oluşumu yavaştır. Kil minerallerinin negatif yüzey yüklerini nötralize etmek ve puzolanik reaksiyonu hızlandırmak için yüksek fırın cüruflu çimentolar (CEM III) kimyasal kararlılık açısından daha iyi sonuç verir.
2. Su/Çimento ($w/c$) Oranının Reolojik Sınırları
Şerbetin vizkozitesi ve akışkanlığı, yüksek basınçlı sistemlerde kuyu dibindeki hidrolik basınç kayıplarını doğrudan etkiler. Literatürde ve saha pratiklerinde bu oran genellikle ağırlıkça $0.8$ ile $1.2$ arasında değişir.
$$\text{Şerbet Yoğunluğu } (\rho) = \frac{1 + w/c}{\frac{1}{\rho_{çimento}} + w/c}$$
Formülden de anlaşılacağı üzere, su oranı arttıkça şerbet yoğunluğu düşer.
Temiz, yüksek permeabiliteli kumlu zeminlerde $w/c$ oranını $1.0 – 1.2$ gibi yüksek değerlerde tutmak, şerbetin zemin partikülleri arasında kontrolsüzce kaçmasına ($bleeding$) ve kolon merkezinde mukavemet kaybına yol açar. Bu tip granüler zeminlerde karışım $0.8 – 0.9$ bandına çekilerek daha rijit bir matris hedeflenmelidir. Tam aksine, jetin erozyon gücünü zorlayan sert killi zeminlerde ise kesme etkisini artırmak ve spoil (geri dönüş) çıkışını rahatlatmak adına akışkanlığı yüksek ($w/c = 1.1 – 1.2$) karışımlar tercih edilir.
3. Akışkanlaştırıcı ve Bentonit Katkılarının Mekanik Etkisi
Şerbet hazırlama (batching) esnasında karışıma dahil edilen modifiyerlerin görevleri şunlardır:
- Bentonit Entegrasyonu: Özellikle geçirgenliği yüksek kumlarda veya çakıllı zeminlerde, şerbetin faz ayrışmasına uğramasını engellemek (stabilite sağlamak) için karışıma ağırlıkça %1 ila %3 oranında sodyum bentoniti eklenir. Bentonit, suyun çimentodan ayrılıp çevre zemine kaçmasını önler. Ancak aşırı kullanım nihai mukavemeti düşüreceğinden dozaj hassas ayarlanmalıdır.
- Hiper Akışkanlaştırıcılar (Polikarboksilat Esaslı): Su/çimento oranını artırmadan (yani mukavemetten ödün vermeden) şerbetin vizkozitesini düşürmenin tek yolu yeni nesil akışkanlaştırıcılardır. Bu katkılar, yüksek basınç hortumlarındaki sürtünme kayıplarını azaltarak nozul çıkışındaki kinetik enerjinin maksimum seviyede kalmasını sağlar.
4. Kimyasal Katkılarda Kritik Saha Göstergeleri
Saha denetimlerinde mikser operatörlerinin gözden kaçırdığı en büyük detay karışım suyudur. Şantiyede kullanılan kuyu suyunun $pH$ değeri, sertliği ve organik madde miktarı analiz edilmeden hazırlanan şerbet, priz süresinde beklenmedik sapmalara yol açar. Özellikle $pH$ değerinin 6’nın altında olduğu asidik sularda çimentonun hidrasyon reaksiyonu gecikir; bu da kuyu başında günlerce sertleşmeyen, çamur kıvamında kalan jet grout kolonları demektir. Karışım suyunun sıcaklığı da 30 derecenin üzerindeyse taze şerbet mikser içinde topaklanmaya başlar ve nozulları tıkar.
Kaynakça
- Jefferis, S. A. (1982). Effects of mixing on the properties of cement grouts. ACI Journal.
- Taylor, H. F. W. (1997). Cement Chemistry. Thomas Telford.
- Croce, P., Flora, A., & Modoni, G. (2014). Jet Grouting: Technology, Design and Control. CRC Press.
Bir yanıt yazın