بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از انجام اين پژوهش بررسي امکان استفاده از الياف ضايعاتي لاستيک جهت تسليح خاک همراه با تثبيت با آهک جهت بهسازي خاک است . در پژوهش حاضر از نوعي خاکرسي با خواص خميري کم استفاده شده زيرا اين نوع خاک به دليل مقاومت کم همواره معضلي در برابر ساخت پروژه هاي عمراني از جمله جاده ها بوده است . به منظور بررسي تغييرات خواص خاک بعد از تسليح و تثبيت از آزمايش هاي تراکم و تک - محوري استفاده شد. نتايج نشان دهنده افزايش قابل توجه مقاومت فشاري خاک تسليح و تثبيت شده ميباشد. همچنين نتايج نشان ميدهد استفاده از الياف در خاک تثبيت شده با آهک موجب کاهش خاصيت تردي خاک ميشود.
کلمات کليدي: خاک رسي، تثبيت و تسليح ، الياف ، آهک ، مقاومت فشاري، مقاومت کششي
١. مقدمه
خاک موجود در محل ساختگاه در بعضي موارد براي استفاده مورد نظر مناسب نميباشد و خصوصيات لازم را ندارد[١]. در سال هاي اخير محققان توجه زيادي به استفاده از مواد بازيافتي, ضايعات صنعتي و کشاورزي جهت بهبود خواص مهندسي خاک کرده اند. دليل اين امر هزينه پايين ، فراواني اين مواد و همچنين مشکلات زيست محيطي حاصل از رهاسازي برخي از ضايعات صنعتي در طبيعت مي باشد.
از جمله موادي که براي تثبيت و بهبود خواص خاک مورد استفاده قرار ميگيرد تايرهاي فرسوده مي باشد. در ايران سالانه ٣٥٠ هزار تن لاستيک مصرف مي شود. که مقدار بسيار اندکي (حدود ٧%) از آن بازيافت مي شود و بقيه به صورت زباله وارد محيط زيست ميشود. اين مواد ماندگاري بسيار زيادي در طبيعت دارند. انتظار ميرود با استفاده از الياف استحصال شده از بازيافت تايرهاي فرسوده و همچنين الياف ضايعاتي کارخانه لاستيک سازي علاوه بر بهبود خواص مکانيکي خاک راهي براي دفن اين مواد ضايعاتي که در طبيعت مدت ماندگاري بسيار طولاني دارند پيدا شود.
در پژوهش حاضر تأثير الياف ضايعاتي کارخانه لاستيک سازي بر روي تسليح خاک رسي که پهنه وسيعي از سطح کشور را پوشش داده و به دليل مقاومت و ظرفيت باربري کم معضلي در برابر ساخت پروژه هاي عمراني از جمله جاده ها ميباشد، مورد بررسي قرارگرفته است .
٢. مروري بر تحقيقات گذشته
گسترش صنعت حمل ونقل مانند ساير صنايع ، علاوه بر مزيت هاي فراوان ، همواره با مشکلاتي همراه بوده است که از جمله مهم ترين آن ها، مشکلات ناشي از توليد روزافزون مقادير بسيار بالاي لاستيک و معضل دفع لاستيک هاي فرسوده ميباشد که اين مسئله مشکلات زيست محيطي مهم و قابل توجهي را به همراه داشته است [٣]. استفاده ي مجدد از تايرهاي زائد براي جلوگيري از رشد منبع عظيمي از لاستيک هاي دورريز ضروري ميباشد. اخيرا روش هايي جديد براي بازيافت تايرهاي فرسوده اتومبيل ها ارائه شده است . از آن جمله ميتوان به دستگاه هايي اشاره کرد که قادرند کف و کناره تايرها را از الياف نخي و سيم هاي فلزي به کاررفته در آن جدا نموده و آن ها را به صورت تکه هايي با اندازه هاي مختلف تبديل کنند[٣].
اخيرا تحقيقات گسترده اي در مورد استفاده از قطعات لاستيک هاي فرسوده و الياف تاير در پروژه هاي ژئوتکنيکي انجام گرفته است . شريعتمداري و زرگرباشي (١٣٨١) به بررسي کاربرد خرده تايرهاي فرسوده در تسليح خاکريز ماسه اي پشت ديوار حايل پرداختند. نتايج نشان دادند که افزايش ميزان لاستيک ها به طور قابل توجهي فشارهاي جانبي روي ديوار را کاهش و مقاومت برشي ماسه را افزايش مي دهد[٤]. قضاوي و برمکي (١٣٨٤) به بررسي اثر اختلاط دانه هاي لاستيک با بنتونيت در خواص پتانسيل انقباضي و مقايسه آن با ماسه با دانه بندي يکسان با دانه هاي لاستيک پرداختند. نتايج نشان داد که با افزايش درصد دانه هاي لاستيک حد انقباض مخلوط بنتونيت دانه هاي لاستيک افزايش مييابد، و ترکهاي ايجاد شده حاصل از انقباض از نظر طول و عرض کاهش مييابند و در مقايسه با مخلوط مشابه بنتونيت ماسه ملاحظه کردند از لحاظ اثرگذاري بر حد انقباض ، داراي درصد اختلاف جزئي و يکسان مي باشد[٥]. مهران نيا، کوشا و وفائيان (١٣٨٥) در تحقيق خود به ارزيابي رفتار تنش -کرنش ، مقاومت برشي ، شکل پذيري ، تراکم و نفوذپذيري ماسه ريزدانه مخلوط شده با پودر و خرده لاستيک هاي فرسوده پرداختند. نتايج اين تحقيق نشان داد که افزودن خرده لاستيک هاي فرسوده به ماسه ريزدانه باعث افزايش مقاومت برشي شده و اتساع نمونه ها را نيز افزايش ميدهد ولي با افزودن پودر لاستيک به ماسه ريزدانه ، اتساع نمونه ها و درصد رطوبت بهينه براي رسيدن به تراکم بيشتر افزايش يافته و مقاومت برشي، چگالي نمونه ها در حالت شل ، نفوذپذيري نمونه ها در چگالي ثابت کاهش مي يابد[٦]. مهران نيا و وفائيان (١٣٨٥) نوعي خاک مسلح را که از اضافه نمودن الياف کارخانه لاستيک سازي به ماسه ريز، ماسه درشت و ماسه رس دار به دست مي آيد مورد مطالعه قراردادند. نتايج اين آزمايش ها نشان داد که افزودن الياف به خاک، مقاومت برشي و شکل پذيري نمونه ها را افزايش مي دهد ولي افزايش مقاومت برشي خاک در اثر افزودن الياف تا ٣ درصد وزني ادامه دارد و پس از آن تغييرات مقاومت برشي روند کاهشي مي يابد[٧].
اکوبولوت و همکاران (٢٠٠٧) طي تحقيقات و آزمايش ها خود دريافتند که براده هاي تاير, پلياتيلن و پليپروپيلن ميتوانند مقاومت برشي و خواص ديناميکي خاک رسي را بهبود بخشند[٨]. لي و همکاران (٢٠٠٨) طي تحقيقات خود دريافتند که افزودن الياف باعث افزايش چسبندگي و زاويه اصطکاک داخلي خاک رسي مي شود[٩].
در تحقيقاتي که تاکنون انجام گرفته اکثرا از پودر لاستيک براي بهسازي خاک استفاده شده است ، خاک مسلح شده بيشتر از نوع ماسه اي بوده و تحقيقات کمتري روي خاکهاي چسبنده انجام گرفته است . در پژوهش حاضر از الياف ضايعاتي کارخانه لاستيک سازي براي تسليح و از آهک براي تثبيت خاک رسي استفاده شده و پارامتر مقاومت فشاري بعد از تسليح و تثبيت مقايسه شده ، درصد بهينه الياف و ميزان بهبود خواص خاک بررسي شده است .
٣. مصالح مورد استفاده
٣. ١. خاک
در اين پژوهش از نوعي خاک رسي استفاده شده است . اين نوع خاک در طبقه بندي يونيفايد جزء کلاس CL قرار ميگيرند. اين خاکها از اطراف شهر يزد تهيه شده اند. مشخصات اين خاک در جدول ١ و نمودار دانه بندي آن در شکل ١ نشان داده شده است .
٣. ٢. الياف
در اين پژوهش از نوعي الياف پليمري استفاده شده است . جنس اين الياف پلي استر مي باشد. اين الياف به صورت ضايعات کارخانه لاستيک سازي از شرکت فرآورايساتيس وابسته به صنايع لاستيک سازي يزد تهيه شده است . مشخصات اين الياف در جدول ٢ قابل مشاهده است .
٣. ٣. آهک
آهک استفاده شده در اين پژوهش از نوع آهک زنده بود که با اضافه کردن آب به صورت شکفته درآمده سپس براي حذف ضايعات از الک شماره ٢٠٠ عبور داده شد. براي سهولت کار در نمودارها از حرف F به جاي الياف و از حرف L به جاي آهک استفاده شده است .
٤. آزمايش ها
٤ . ١. آزمايش تراکم
در اين تحقيق به منظور تراکم خاک از روش پروکتور استاندارد استفاده شده است . اين آزمايش طبق استاندارد ٦٩٨ ASTM D انجام گرفته است .
در اين پژوهش براي جلوگيري از گلوله شدن خاک و غيريکنواختي رطوبت آب به خاک اسپري ميشود زيرا در اين روش اگر دانه هاي مانده روي الک ٢ ميليمتر از ٣٠% کل نمونه بيشتر باشد آزمايش خطاي قابل توجهي دارد. نحوه افزايش رطوبت خاک به ابن ترتيب بود که آب مورد نياز در چند مرحله به خاک اضافه شده و در هر نوبت نمونه خاک مخلوط شد.
قابل ذکر است که براي آزمايش هاي انجام شده روي خاک همراه با آهک قبل از اضافه کردن رطوبت خاک و آهک به صورت خشک باهم مخلوط شدند. همچنين در آزمايش هايي که الياف به خاک اضافه شده ابتدا مقداري آب به خاک اضافه شد سپس الياف با خاک مخلوط گرديده و به صورت کاملا يکنواخت در مي آيد. بعد از مخلوط شدن کاملا خاک با الياف بقيه آب به آن اضافه شد. اين کار باعث ميشود تا الياف در يک نقطه تجمع نداشته باشند و به صورت يکنواخت در کل مخلوط پخش شوند. آزمايش ها با چهار مقدار ٠، ٢، ٤و ٦ درصد آهک و شش مقدار ٠، ٠,٥، ١، ١.٥، ٢و ٣ درصد الياف نسبت به وزن خاک خشک انجام شد. با توجه به نمودارهاي تراکم که در شکل ٢ آورده شده ، مشاهده ميشود که با افزايش الياف ميزان رطوبت بهينه خاک افزايش مييابد که اين امر به دليل افزايش خلل و فرج خاک در حضور الياف مي باشد. همچنين با افزايش مقدار الياف در خاک وزن مخصوص خشک خاک کاهش مييابد که دليل آن کمتر بودن وزن مخصوص خشک الياف نسبت به خاک ميباشد و با جايگزين شدن هرچه بيشتر الياف با دانه هاي خاک افت بيشتر وزن مخصوص خشک خاک قابل مشاهده است . ميزان افزايش رطوبت بهينه به ازاي اضافه کردن هر ٠.٥ درصد الياف براي هر نمونه خاک به طور متوسط ٠.٣% ميباشد و ميزان کاهش وزن مخصوص خشک به ازاي اضافه کردن هر ٠.٥ درصد الياف به خاک حدودا ٠.٢٥ کيلو نيوتون بر مترمکعب مي باشد. همچنين با توجه به نمودارهاي شکل ٢ مشاهده ميشود که با افزايش آهک به خاک رطوبت بهينه خاک افزايش مي يابد. با افزايش ٢% آهک به خاک ، ١.٧ درصد به رطوبت بهينه خاک اضافه ميشود و وزن مخصوص خشک آن ٠.٦ کيلو نيوتون بر مترمکعب کاهش مييابد، با افزايش ٤% آهک به خاک حدودا ٣.١ درصد به رطوبت بهينه خاک خالص اضافه ميشود و وزن مخصوص خشک آن ١.٢٥ کيلو نيوتون بر مترمکعب کاهش مييابد، همچنين افزودن ٦% آهک به خاک موجب اضافه شدن ٤.١ درصد به رطوبت بهينه اوليه خاک و کاهش ١.٤ کيلو نيوتون بر مترمکعب از وزن مخصوص خشک خاک مي شود. کاهش وزن مخصوص خشک خاک با اضافه کردن آهک به دليل وزن مخصوص کمتر آهک نسبت به خاک و توليد مواد سيماني در خاک ميباشد.
٤ .٢. آزمايش تک محوري
طبق استاندارد ٥١٠٢ ASTM D براي تهيه ي نمونه هاي آزمايش تک محوري بايستي از قالبي با نسبت طول به قطر بين ٢ تا ٣ استفاده کرد.
قالب مورد استفاده در تحقيق حاضر داراي قطر ٣.٨ سانتيمتر و ارتفاع ٧.٦ سانتيمتر ميباشد و نمونه ي رسي جهت انجام آزمايش تک محوري در سه لايه درون اين قالب متراکم ميشود. براي تهيه نمونه ابتدا خاک به صورت خشک با آهک مخلوط مي شود. سپس در نمونه هاي بدون الياف نحوه افزايش رطوبت خاک به ابن ترتيب بود که آب مورد نياز در چند مرحله به خاک اضافه شده و در هر نوبت نمونه خاک مخلوط شد. در نمونه هايي که از الياف استفاده شده است به منظور پخش شدن يکنواخت الياف و جلوگيري از تجمع الياف ، ابتدا نيمي از آب به خاک اضافه شده ، بعد از آن الياف به خاک اضافه شده و کاملا به صورت يکنواخت در خاک پخش ميشود سپس بقيه آب به مخلوط خاک و الياف اضافه ميشود.
در ساخت نمونه ها از روش تراکم کاهش يافته استفاده شده است زيرا به دليل کوچک بودن ابعاد نمونه ها يکنواختي تراکم در نمونه ها مهم مي - باشد. در اين روش نمونه در چند لايه و با کوبيدن متراکم ميشود. وقتي خاک در چند لايه متراکم ميشود تراکم هر لايه باعث تراکم بيشتر لايه هاي قبلي مي شود که براي رفع اين مشکل از روش تراکم کاهش يافته استفاده ميشود. در اين روش هر لايه با وزن مخصوص کمتري از آنچه در نهايت مدنظر است کوبيده مي شود. اين روش توسط لد١(١٩٨٧) ارائه شده است .
نمونه ها با چهار مقدار ٠، ٢، ٤و ٦% آهک و شش مقدار ٠، ٠,٥، ١، ١.٥، ٢و ٣ درصد الياف نسبت به وزن خاک خشک ساخته شد و از هر نمونه ٣ عدد براي آزمايش تک محوري ساخته شد.
