بخشی از مقاله
خلاصه
ماسههای کربناته به ماسههایی گفته میشود که ترکیبات Caco3 و خرده صدف آنها بسیار بالا میباشد. این نوع ماسهها عموما در سواحل و سطح بستر دریا در مناطق کم عمق و همچنین جزایر مربوط به آنها بسیار یافت میشود.
در ایران لایههای ضخیمی از این ماسه در سواحل خلیج فارس و جزایر قشم و هرمز وجود دارد. اهمیت مهندسی این نوع ماسهها اولین بار در ایران در جزیره لاوان - سال - 1968 در اثر فرو رفتن ناگهانی و دفن شدن شمع در هنگام شمع کوبی در این نوع ماسه آشکار شد.
این ماسهها به دلیل ساختار نرم و شکننده خود در حین برش، شکسته شده و کاهش حجم میدهند، مشکل بارز این ماسهها همین موضوع میباشد. از سوی دیگر در سالیان اخیر استفاده از خردهلاستیک و پودرلاستیک تهیه شده از لاستیکهای فرسوده به منظور بهبود خواص ژئوتکنیکی ماسههای سیلیکاته و خاکهای چسبنده توسط محققیق زیادی مورد بررسی قرار گرفته است.
در این تحقیق سعی شده با استفاده از آزمایشهای برش مستقیم و همچنین سه محوری رفتار ماسههای کربناته مخلوط با خرده لاستیک مورد ارزیابی قرار گیرد. برای این منظور از خرده لاستیک با ابعادی بین الک شماره 6 و 10 استفاده شده و تاثیر افزودن %0،%10،%20،%30 خرده لاستیک به نسبت حجمی با ماسههای کربناته مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج نشان داد با افزودن بیشتر خرده لاستیک رفتار نمونهها و ایجاد پدیده خردشدگی دانهها بهبود یافته و همچنین نمونهها خاصیت شکلپذیری بیشتری پیدا میکنند. افزایش مقاومت به مقدار جزیی هم تا درصدی بین 10 تا %20 خرده لاستیک در سربارهای مختلف مشاهده میشود، مقاومت پیک نمونهها همواره با افزایش درصد لاستیک در کرنشهای بالاتری اتفاق میافتد. نتایج کلی بهبود خواص مکانیکی این نوع ماسه با افزودن درصد خرده لاستیک تا درصد بهینه را نشان داد.
1. مقدمه
خاک های کربناتی به خاک هایی اطلاق میشود که دارای ترکیبات کربناتی یا کانی های کربناتی هستند و یا دارای کربنات کلسیم باشند. این خاکها درمناطق حاره ای، به ویژه در سواحل بخش های استوایی و معتدل و نیز در مناطقی که مخازن نفت یا گاز وجود دارد - مانند سواحل خلیج فارس - به وفور یافت می شوند. در ایران طی اولین مطالعات ژئوتکنیکی در سال 1960 در مناطق وسیعی از خلیج فارس وجود این نوع ماسه در ضخامتهای زیادی تایید شده است.
اهمیت مهندسی این ماسه در ساخت و ساز های ساحلی و فرا ساحلی اولین بار در ایران در سال 1968 مشخص شد. که طی ساخت سکوی نفتی در جزیره لاوان ، فرو رفتن ناگهانی و دفن شدن شمعها در عملیات شمع کوبی مشاهده گردید.
این موضوع یعنی قابلیت خرد شدن تحت بارگذاری های متداول از ویژگی های مهم این ماسهها می باشد. این امر منجر به متفاوت بودن رفتار آن ها با دیگر انواع ماسهها - ماسههای سیلیکاته و... - و نیز تفاوت در رفتار این نوع ماسهها قبل و بعد از خرد شدگی میشود.
از دیگر ویژگیهای مهم این خاک نسبت منافذ بالای آن نسبت به دیگر خاکها میباشد، علت این امر وجود حفرات بین دانهای و همچنین درون دانهای می باشد. همچنین به دلیل وجود نسبت منافذ بالاو نیز خرد شدگی دانهها، قابلیت فشردگی این ماسه ها بسیار زیاد است.
تحقیقات گوناگون بر روی ماسه های کربناته نشان داده است که در هنگام برش زهکشی شده این ماسهها انقباض بیشتری نسبت به ماسههای معمولی از خود نشان میدهند.
درسال 1988 هول و همکاران با انجام آزمایش بر روی ماسه کربناته بندر داگ و مقایسه رفتار آن با ماسه سیلیکاته متوجه شدند ماسه های کربناته مقاومت حداکثری بیشتری را در حالت متراکم تجربه می کنند همچنین در فشار های همه جانبه کم کاهش حجم می یابد
برای مقابله با این معضل در این ماسهها راه کار هایی چون سیمانه کردن و تزریق دوغاب سیمان پیشنهاد شده و مطالعات زیادی در این زمینه انجام گرفته ، به عنوان مثال حسنلوراد در سال 1387 آزمایشهای سه محوری زهکشی شده و زهکشی نشده در حالت سیمانه مصنوعی و غیر سیمانه بر روی ماسههای کیش، تنبک، هرمز انجام داد و نتیجه گرفت اضافه کردن دوغاب سیلیکات سدیم سبب بهبود رفتار مقاومتی و کاهش نرخ تغییر حجم نمونه گردید.
همچنین دیگر محققین نشان دادند که مسیر تنش ، شرایط زهکشی، مقاومت پیوندها و فشار همه جانبه، بر روی مقاومت حداکثر خاک سیمانه شده تاثیر گذار می باشد.
بکارگیری لاستیکهای فرسوده به دلیل داشتن مقاومت کششی زیاد در داخل خاک به منظور تسلیح، یکی از ایده هایی بود که توسط ویدال برای پیدا کردن راه حلی جهت استفاده از لاستیک های مستعمل مطرح گردید. در دهه اخیر محققان زیادی همچون فوس ، بستون و بوسچر، لی و همکاران، وو، بندا و ... اثر خرده لاستیک روی ماسه های سیلیکاته را با انجام آزمایش های مختلفی همچون برش مستقیم، سه محوری و ... رفتار استاتیکی و دینامیکی این مخلوط ها را بررسی کردند.
به عنوان مثال لاک جهت بررسی امکان استفاده از مخلوط ماسه بد دانه بندی شده و تکیههای لاستیک به ابعاد 3 میلیمتر ، آزمایشهای سه محوری CD و CU بر روی مخلوط های %0 تا %50 لاستیک و ماسه که به صورت وزنی با هم مخلوط شده بودند را انجام داد. وی به این نتیجه رسید درصد لاستیک تاثیر قابل ملاحظهای بر روی مقاومت مخلوط دارد. و درصد بهینه لاستیک را حدود %40 بدست آورد. و بیان کرد در این درصد کمترین نسبت تخلخل ایجاد شده و زاویه اصطکاک بیشینه است.
مسعد و همکاران نیز در سال 1996 ماسه و تکیه های لاستیک با حداکثر ابعاد 4.75 میلیمتر را به صورت مخلوط % 50 وزنی با تراکم 90 درصد تحت سربار های مختلف مورد آزمایش قرار دادند آنها گزارش دادند در منحنی تنش-کرنش ماسه خالص نقطه اوج وجود دارد و در لاستیک خالص سخت شوندگی کرنشی ایجاد شده و تنش انحرافی با افزایش کرنش رو به رشد است.
نیاذ شیخ و همکاران در سال 2013 با بررسی اثر ابعاد خرده لاستیک به این نتیجه رسیدند که افزایش خرده لاستیک بر خلاف نظریه دیگر محققان باعث کاهش مقاومت پیک میشود ولی مقدار این کاهش با بزرگ شدن ابعاد خرده لاستیک کمتر میشود.
در تحقیق پیش رو، با این ایده سعی شد رفتار مقاومتی و تغییر حجم ماسه های کربناته را با افزودن درصدهای خرده لاستیک مختلف بررسی کنیم، هدف اصلی، بررسی میزان شکستی دانهها - Crushing - با افزودن درصد های مختلف خرده لاستیک می باشد. و پیدا کردن بهینه ترین حالت به منظور بهبود این رفتار ماسههای مسئلهدار است.
2. مصالح مصرفی
.1-2ماسه کربناته
در این تحقیق از ماسه کربناته جزیرهی قشم، واقع در منطقه درگهان استفاده شده است. پارامتر های شاخص این ماسه، هماننددرصد کربنات کلسیم - CaCo3 - ، چگالی دانهها - Gs - ، وزن مخصوص بیشینه - max - ، وزن مخصوص کمینه - - min در جدول 1 آورده شده است. نمودار دانهبندی این ماسه نیز در شکل 1 نشان داده شده است. در همهی آزمایشها مقدار خاک مورد نیاز از همین دانهبندی طبعیت می کند.
جدول -1 پارامتر های شاخص ماسه کربناته
شکل -1 نمودار دانهبندی ماسه کربناته مورد آزمایش
.2-2 خرده لاستیک
در این تحقیق از خرده لاستیک حاصل از خرد و آسیاب کردن تایرهای فرسوده استفاده شده است، ذرات لاستیک استفاده شده در آزمایشها عبوری از الک شماره 6 و مانده روی الک 10 می باشند. پارامتر های شاخص این ذرات در جدول شماره 2 آورده شده است. تصویر لاستیک و خاک مصرفی در آزمایشها در شکل 2 آمده است.
جدول -2 پارامترهای شاخص خرده لاستیک
شکل -2 تصویر ماسه کربناته - سمت راست - و خرده لاستیک مصرفی - سمت چپ -
