بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
اثر بنتونیت بر نفوذپذیري ماسه بادي
چکیده
مخلوط فشردهاي از بنتونیت با ماسه به شکل حفاظی روان روي خاك طبیعی غیر قابل نفوذ اسـتفاده شده است. در این مقاله هدف اصلی رفتار مخلوط بنتونیت ماسه در برابر نفوذپذیري است. نتایج تحقیقات آزمایشگاهی ارایه شده نشان داد که بنتونیت بر نفوذپذیري ماسه تأثیرگذار اسـت. تحکـیم یـک بعـدي و آزمایش نفوذپذیري بار افتادن براي ارزیابی نفوذپذیري مخلوط بنتونیـت بـا درصـدهاي 2، 4، 6، 8 و 10
وزن ماسه انجام شد،. برخی از این نتایج عبارتند از : ضریب تحکیم در نسبت مخلوط بنتونیت -ماسه کم و با افزایش بنتونیت افزایش مییابد. ضریب تغییر حجم بیشتر با تغییر تـنشهـاي تغییـر کـرده و رابطـه معکوس دارد. نفوذپذیري ماسه بادي با بنتونیت تغییر قابل توجهی دارد و با افزایش بنتونیت کاهش قابـل توجهی دارد. نفوذپذیري مورد بررسی توسط آزمایش نفوذپذیري بار افتان و آزمایش تحکـیم یـک بعـدي تطابق مناسب و خوبی دارند.
واژههاي کلیدي: مخلوط، بنتونیت، ماسه بادي، نفوذپذیري، آزمایش.
مقدمه
نفوذپذیري پارامتر غالب در طراحی و پیادهسـازي امکانـات دفـع ضـایعات شـده اسـت. نفوذپـذیرى پارامتري مهم در میزان رطوبت وارد به مصالح است. به طور کلی خاك رس در میان موادمعمـولاً بـراي این منظور در نظر گرفته می شود. اما مشکل استفاده از رس ترك خوردگی در طول مدت خشـک کـردن است. بنابراین به جاي رس خالص مخلوطهایی از خاك رس به همراه خاك عادي بـا خـواص اسـتحکام بالا به کار میرود. در لوس آلاموس در ایالت نیومکزیکو، غالباً سیلت ماسهاي اسـت (باهامـاس، .(1963 Folk (1954) نشان داد که سیلت رسی خاکی حاوي 50-10 درصد ماسه و نسبت سیلت به رس بزرگتر از 2 به 1 است. این مخلوط با بنتونیت تا حد زیادي کاهش هدایت هیدرولیکی را نشان داد. ماسـه بـادي
نیز با کمی بنتونیت نیز تا حد زیادي کاهش در ضـریب نفوذپـذیري بـه وجـود مـیآورد. بنتونیـت اشـباع سدیم دار آب را تا 5 برابر وزن خود جذب کرده و به شکل ژلهاي در میآید که تا 15 برابرحجم خـود نیـز می شود. مخلوطی از ماسه بادي و بنتونیت داراي حجم کمتري است و ترکهاي مرئی نیز در زمان خشک شدن ندارد.
بنتونیت درون فضاهاي خالی داخلی ذرات ماسه قرار میگیـرد. وقتـی کـه نسـبت تخلخـل کمتـر از ظرفیت تورمی عادي بنتونیت است آن به طور کامل فضاها را پر کرده و فشاري به آرامی به ذرات ماسـه وارد می کند، بنابراین به عنوان یک بخش جزئـی ظرفیـت تحمـل بـار در سـازه را دارد.مخلـوط ایـده آل مخلوطی است که حاوي بنتونیت کافی براي پر کردن تمـام فضـاها و بنتـونیتی اسـت کـه در آن توزیـع نفوذپذیري کل توسط نفوذپذیري بنتونیت کنترل گردد، و ذرات ماسه در ملاط بنتونیت هیدراته غیر قابـل نفوذ هستند. براي به دست آوردن نفوذپذیري کم مخلوط نیاز به محتـواي مناسـبی از بنتونیـت و توزیـع مناسـب بنتونیـت درمخلـوط دارد. Lundgren (1981)، Chapuis (1981)، Kenny et al. (1992)، Abeele (1986) روي مخلوط بنتونیت جهت محافظت مطالعه کردنـد. ایـن مطالعـه تـأثیر بنتونیـت بـر نفوذپذیري ماسه روان را براي استفاده احتمالی جهت حفاظت خاك در برابر دفع مواد زاید را نشان خواهد داد.
موردمصالح استفاده براي مطالعه
خواص مصالح مورد استفاده براي بررسیهاي آزمایشگاهی در زیر آورده شده است :
بنتونیت : بنتونیت مورد استفاده براي پژوهش حاضر بنتونیتهاي سدیم دار بـا تـورم بـالا اسـت کـه
حاوي سدیم مونت موریلونیت بوده و خواص آن در جدول 1 فهرست شدهاند.
جدول -1 خواص بنتونیت
ماسه بادي : توزیع اندازه ذرات ماسه بادي استفاده شده براي تحقیقـات در جـدول 2 فهرسـت شـده است. ضریب نفوذپذیري ماسه 2×10-4 سانتیمتر بر ثانیه است.
اندازه جدول - 2 توزیع ذرات ماسه بادي
مخلوط ماسه بادي- بنتونیت : مخلوطهاي مورد استفاده ماسه - بنتونیت براي تحقیـق در جـدول 3
لیست شدهاند.
جدول - 3 مخلوطهاي ماسه بادي - بنتونیت مورد استفاده براي مطالعه
آزمایش نفوذ پذیري
آزمایشهاي نفوذپذیري در آزمایشگاه براي انتخاب مصالح موجـود در مخلـوط سـاخته شـده انجـام می شود. این آزمایشها براي تعیین انتخاب میزان خاك و بنتونیت در مخلوطهـا انجـام مـیشـود، درجـه نفوذناپذیري مخلوط توسط میزان بنتونیت درنظر گرفته شده تعیین میگردد.
هدایت هیدرولیکی مورد نیاز k اغلب کمتـر از 10-6 تـا 10-8 سـانتیمتر بـر ثانیـه بـراي آزمایشـهاي مختلف و ترکیب متفاوت بوده است. آزمایشگاه تست نفوذپذیري را می توان بـا آزمـایش بـار افتـان و یـا تحکیم یک بعدي، انجام داد که هر دوي آنها مزایاي و هم معایبی دارنـد. آزمـایش تحکـیم یـک بعـدي ارزیابی غیر مستقیم از نفوذپذیري خاك اسـت. ضـریب تحکـیم نمونـه خـاك تحـت تـنش و فشـار بـه نفوذپذیري آن مرتبط است .(Olson & Daniel, 1981)
ارزیابی نفوذپـذیري از آزمایشـهاي تحکـیم داراي ایـن مزیـت اسـت کـه سـریعتر از آزمـایشهـاي نفوذپذیري استاندارد به جواب میرسیم. نظریه ترزاقی در تفسیر تغییرات تحکیم از نظر نفوذپذیري، داراي برخی فرضیات است کهضرورتاً مناسب بر رفتار واقعی دقیق خاك بنا نشده است. اما بـا فـرض بـرآورده شدن الزامات، نفوذپذیري ممکن است از معادله تحکیم یک بعدي نیزمشتق شود.
که در این رابطه = c V ضریب نحکـیم، = mV ضـریب قابلیـت فشـردگی حجمـی خـاك و γW وزن
مخصوص آب است.
نمونهاي با قطر60 میلی متر و ارتفاع20 میلی متردرحلقـه فلـزي قـرارداده شـده و بارگـذاري توسـط فشارهاي انتخابی 0/25، 0/50، 1/0، 2/0، 4/0 و 8/0 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع وارد گردید. هر فشـاري به مدت 24 ساعت بر نمونه وارد گردید. از دو وجـه بـالا و پـایین نمونـه در اثـر فشـار زهکشـی آزاد رخ میدهد. نفوذپذیري خاك توسط تئوري ترزاقی در تحکیم یک بعدي تعیین میشود.
ضریب تحکیم ( ( c V را می تـوان بـا اسـتفاده از روش تیلـور یـا روش کاسـاگرانده بـه دسـت آورد. Olson (1986) نشان داده است که مقادیر نفوذپذیري تخمین زده همیشه از مقادیر انـدازهگیـري شـده کمتر است. مقادیر نفوذپذیري برآورد شده از روش تیلور بیشتر نزدیک به مقادیر اندازهگیري شـده توسـط روش کاساگرانده است. در مطالعه حاضر براي محاسبه ضریب نحکیم ( c V )، از روش تیلور استفاده شـده است. نتایج به دست آمده در جدول 4 آمده است.
مقادیر ضریب نفوذپذیري براي مقادیر بنتونیت مختلف از 2 درصد تا 10 درصد یعنی M1 تـا M5 در برابر فشارهاي مختلف در شکل 1 نشان داده شده است.
نفوذپذیريجدول- 4 مقادیر درآزمایش تحکیم یک بعدي در فشارهاي مختلف
فشارشکل - 1 نسبت به ضریب نفوذپذیري براي M1 تا M5
ضریب تحکیم براي مقادیر بنتونیت کم تا 2 درصد در حال کـاهش اسـت، در حـالی کـه در مقـادیر بنتونیت بالاتر و براي مقادیر 4 تا 6 درصد تغییرات در شکل 2 نشان داده شده است.
فشارشکل - 2 ضریبنسبت به تحکیم ( ( c V براي M1تا M5
ضریب قابلیت فشردگی حجمی براي همه مقادیر بنتونیت با افـزایش فشـار در حـال کـاهش اسـت
(شکل .(3
فشارشکل - 3 نسبت به ضریب قابلیت فشردگی حجمبرايی(M1 ( mV تا M5
براي برآورد نفوذپذیري، آزمایش نفوذپذیري بار افتان نیز با اسـتفاده از دسـتگاه نفوذسـنج اسـتاندارد انجام شد. نمونههاي M1 تا M5 براي این آزمایشها در قالب با حداکثر وزن مخصوص خشک و درصـد
دومین سمینار ملی مسائل ژئوتکنیکی شبکههاي آبیاري و زهکشی اردیبهشت 1389
رطوبت بهینه آماده شد. نمونهها براي اشباع به مدت 24 ساعت تا یـک هفتـه نگهـداري و بعـد از آن در ستون آب قرار داده شدند. پس از اتمام آزمایش مشاهده شد که درصد اشباع از 97 تـا 100 درصـد بـراي نمونههاي مختلف متغیراست. مقادیر نفوذپذیري به دست آمده در جدول 5 نشان داده شده است.
جدول - 5 مقادیر نفوذپذیري به دست آمده از آزمایش بار افتان
مقادیر نفوذپذیري مخلوط ماسه بادي- بنتونیت به دست آمده توسط آزمایش بار افتان توافق مناسب و خوبی با نتایج آزمایش تحکیم یک بعدي را نشان میدهد.
