Çimentolu macun dolgularda atık ve bağlayıcının kısmi ikamesi olarak kireçtaşı ve mineral katkıların kullanılabilirliği

Ülke ekonomileri için son derece önemli bir yere sahip olan madencilik sektöründe her yıl milyarlarca ton atık üretilmektedir. Değerli minerallerin elde edilmesi kadar potansiyel olarak ekonomik katkı sağlayabilecek bu devasa miktarlardaki atıkların da iyi yönetilmesi gerekmektedir. Hali hazırda atıkların etkin ve sürdürülebilir bir şekilde bertaraf edilmesi için kullanılan en yaygın yöntem çimentolu macun dolgudur (ÇMD). Ancak atıklarının bertarafıyla bağlantılı sorunlar, çimento üretimiyle ilgili ekonomik ve ekolojik kaygılar ÇMD içinde kullanılan malzemelere alternatif olarak düşük maliyetli ve etkin çözümler bulmayı zorunla hale getirmiştir. Tez çalışması kapsamında ÇMD'lerin gradasyon kaynaklı performans sorunlarını azaltmak, çimento maliyetlerini düşürmek ve atıkların farklı amaçlar için potansiyel kullanımı göz önüne alındığında kullanım miktarlarını sınırlandırmak amacıyla farklı mineral katkıların kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Bu amaçla atık ikamesi olarak kırılmış kalkerli kum (KK) ve çimento ikamesi olarak yüksek fırın cürufu veya uçucu kül (YFC veya UK) kullanılarak kısa/uzun vadeli ÇMD performansının arttırılması ve çimento ile ilgili maliyetlerin düşürülmesi planlanmıştır. ÇMD'lerin kalite ve performansının değerlendirilmesi amacıyla mekanik (UCS, gerilim-şekil değiştirme ve elastisite modülü), ultrasonik (UPV, ultrasonik darbe hızı) ve mikroyapısal (MIP, XRD, TG/DTG ve SEM) karakterizasyon testleri deneysel olarak incelenmiştir. Numuneler kısa/uzun kürleme sürelerinde (3-180 gün), sabit katı (ağırlıkça %72) ve çimento (ağırlıkça %5) içeriklerinde hazırlanmıştır. ÇMD'lerde proses atık (agrega) ikamesi olarak beş farklı oranda kum içeriği (atık/kum: 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 ve 50/50) ve çimento ikamesi olarak beş farklı oranda mineral katkı içeriği (PÇ/YFC-UK: 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 ve 50/50) seçilmiştir. Ayrıca KK ile YFC ve UK farklı oranlarda (KK-YFC: %10 ve %30 ve KK/UK: %10 ve %30) ÇMD karışımlarında kullanılarak yapılan testler/analizler tekrar edilmiştir. Sonuçlar, atık ikamesi olarak KK kullanımının ÇMD'lerin mukavemetini 2,74 MPa'ya kadar iyileştirdiğini göstermiştir. Bu, KK'nın ÇMD'lerin iskelet yapısını iyileştirerek daha kompakt bir yapı oluşumunu desteklendiğinin ve ince atıklardan kaynaklı gradasyon sorunlarının azalttığının bir göstergesidir. Ayrıca, yüksek CaO içeriği (ağırlıkça %54) nedeniyle KK, çimentonun hidratasyon reaksiyonlarına katkıda bulunarak uzun kür sürelerinde meydana gelebilecek asit/sızıntı oluşumlarını önlemektedir. Yapılan çalışmalarda %30 kum esaslı ÇMD'lerin (KK30) en iyi dayanımı değerlerine ulaştığı görülmüştür. ÇMD'lerin basınç dayanım sonuçları incelendiğinde, 90 günlük kürlenme süresine kadar kademeli bir artış gözlemlenirken, 90. günden sonra tüm dolgu numunelerinin dayanımlarında önemli azalmalar meydana gelmiştir. Ancak, özellikle uzun dönemde KK ve YFC katkılı ÇMD'lerin diğer numunelere kıyasla dayanım kayıpları oldukça azdı. Bu, KK'ya ek olarak YF'C'nin de yüksek CaO içeriği (YFC: ağırlıkça %32) nedeniyle hidratasyon reaksiyonlarını desteklediği ve uzun vadede dolgunun asitlenmesini önlediği şeklinde yorumlanmaktadır. Mikroyapı testleri göz önüne alındığında, optimum oranlarda kullanılan mineral katkıların (özellikle KK) ÇMD'lerin gradasyonunu iyileştirdiği ve çimento hidratasyonu için önemli kimyasal/mineralojik bileşenlere katkı sağladığı görülmektedir. Dahası, farklı mineral katkı türlerine bağlı olarak UCS ve UPV sonuçları arasında mükemmel uyumlu korelasyonlar elde edildi. UPV ve UCS arasındaki ilişki değerlendirildiğinde, regresyon analizinin tüm ÇMD örnekleri için UCS sonuçlarını tahmin etmede başarılı olduğu görülmüştür. Sonuç olarak bu tez çalışması ile atıklara alternatif olarak kullanılacak malzemelerin ÇMD teknolojisine katkısını ve aralarındaki bağlantıyı ortaya koyarak, yeraltı metal madenleri için operasyonel olarak düşük maliyetli, kolay ve uygulanabilir bir dolgu tasarımına olanak tanıyacaktır.