Thesis (MSc) - Cyprus International University. Institute of Graduate Studies and Research Environmental Engineering Department

Includes bibliography (sheets 62-75)

ABSTRACT
Soil stabilization is to make the soil structure suitable by improving the soil properties
in cases where the engineering properties of the soil are not sufficient for any structure.
Chemical stabilization of a soil is a technique in which the soil is mixed with
cementitious material to improve its mechanical behavior. The chemical stabilization
depends on a wide variety of parameters, being soil and cementitious material
properties. However, in order to obtain a material with the best properties of
nanoparticles added to a stabilized soil and maximize it, which is very important to
overcome the problems associated with soil particle bonding.
In this thesis study, cement and multi-wall carbon nanotube is discussed within the
scope of soil stabilization, focused on the application of carbon nanotubes to stabilized
soil.
Nanoparticles (multi-wall carbon nanotube, MWCNT) are not a cementitious material
which is added to the soil and they are expected to reduce the interparticle spaces which
together with the cementitious material improves the mechanical properties of a
stabilized soil.
First of all, sieve analysis, hydrometer test, specific gravity and Atterberg limit tests
were performed on the soil taken from Famagusta-Tuzla region of TRNC and it was
found as clayey sand according to the soil classification. Stabilization of cementitious
soils have been appeared to increases the compressive strength (UCS) and there is a
decreasing in optimum moisture content (OMC) as cement is added. Addition of more
than 10% by weight of cement caused decreasing in compressive strength and an
increase in optimum moisture content. Therefore, and then 10% cement and preparing
in the chemical laboratory 0.001, 0.01 and 0.1 gr proportions of multi-wall carbon
nanotube were added to the soil and test samples were prepared. The Unconfined
compressive strength, direct shear strength and water absorption tests were performed
on 7 and 28 days prepared specimens. At the last stage of the study, scanning electron
microscope (SEM) imaging was performed on stabilized soil samples to observe the
stabilization products and changes in microstructure.
As a result, cement and multi-walled carbon nanotube added to the natural soil
improved the engineering properties and it observed to increase the strength.

ÖZET
Zemin stabilizasyonu, zeminin mühendislik özelliklerinin herhangi bir yapı için yeterli
olmadığı durumlarda zemin özelliklerini iyileştirerek zemin yapısını uygun hale
getirmektir. Bir zeminin kimyasal stabilizasyonu, mekanik davranışını iyileştirmek
için zeminin çimentolu malzeme ile karıştırıldığı bir tekniktir. Kimyasal stabilizasyon,
zemin ve çimentolu malzeme özellikleri olmak üzere çok çeşitli parametrelere
bağlıdır. Bununla birlikte, stabilize edilmiş bir toprağa eklenen nanoparçacıkların en
iyi özelliklerine sahip bir malzeme elde etmek ve bunu en üst düzeye çıkarmak için,
toprak partikül bağlanması ile ilgili sorunların üstesinden gelmek çok önemlidir.
Bu tez çalışmasında, çimento ve Çok duvarlı karbon nanotüp toprak stabilizasyonu
kapsamında ele alınmış, karbon nanotüplerin stabilize edilmiş toprağa uygulanmasına
odaklanılmıştır.
Nanopartiküller (çok duvarlı karbon nanotüp, MWCNT) toprağa eklenen çimentolu
bir malzeme değildir ve çimentolu malzeme ile birlikte stabilize bir toprağın mekanik
özelliklerini iyileştiren partiküller arası boşlukları azaltmaları beklenir.
KKTC'nin Gazimağusa-Tuzla bölgesinden alınan toprak üzerinde öncelikle elek
analizi, hidrometre testi, özgül ağırlık ve Atterberg limit testleri yapılmış ve toprak
sınıflandırmasına göre killi kum olarak bulunmuştur. Çimentolu zeminlerin
stabilizasyonunun basınç dayanımını arttırdığı ve çimento ilave edildikçe optimum
nem içeriğinde bir azalma olduğu görülmüştür. Ağırlıkça %10'dan fazla çimento
eklenmesi, basınç dayanımında azalmaya ve optimum nem içeriğinde bir artışa neden
olmuştur. Bu nedenle, daha sonra %10 çimento ve kimya laboratuvarında hazırlanan
0,001, 0,01 ve 0,1 gr oranlarında çok duvarlı karbon nanotüp toprağa ilave edilerek
test numuneleri hazırlanmıştır. 7 ve 28 günlük hazırlanan numuneler üzerinde serbest
basınç dayanımı, direkt kesme dayanımı ve su emme testleri yapılmıştır. Çalışmanın
son aşamasında, stabilizasyon ürünlerini ve mikroyapıdaki değişiklikleri gözlemlemek
için stabilize toprak numuneleri üzerinde taramalı elektron mikroskobu (SEM)
görüntülemesi yapılmıştır.
Sonuç olarak, doğal toprağa eklenen çimento ve çok duvarlı karbon nanotüpün
mühendislik özelliklerini iyileştirdiği ve mukavemeti arttırdığı gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Çimento, Karbon Nanotüp, Kil, Mukavemet, Zemin İyileştirme.