بخشی از مقاله
خلاصه
آهک از مصالح قدیمی در صنعت ساختمانسازی است که بعضی مواقع از آن برای افزایش ظرفیت باربری و کاهش پتانسیل تورم خاکهای رسی استفاده میشود. اما در استفاده از آهک مشکلاتی وجود دارد که حائز اهمیت میباشند. در صورت واقع شدن ملات آهکی در محیطهای اشباع، مقاومت ملات کاهش مییابد. از مشکلات دیگر، شکست و فرو ریزش ناگهانی ملات آهکی میباشد، بدلیل این مشکل استفاده از آهک در شیروانیهای خاکی و دیوارهای حائل با وجود سربار دچار محدودیت میشود. در این مطالعه جهت بهبود برخی از مشکلات این ملاتها راهکارهایی ارائه شده است. در نهایت با چند آزمون آزمایشگاهی به بررسی میزان اثرات این تمهیدات پرداخته شده است.
-1 مقدمه
امروزه با پیشرفت جوامع بشری، نیاز به احداث سازههای گوناگون و خاص، بهشدت احساس میشود. از اینرو در جهت احداث این سازهها، مهندسین همواره با مسائل و مشکلاتی روبرو میشوند که جهت مرتفع ساختن آنها، نیازمند ابتکارات و ابداعاتی میباشند. دانشمندان، اساتید و دانشجویان مهندسی عمران با تحقیقات خود سعی به ارائه راهکارهایی علمی همراه با توجیه اقتصادی جهت کمک به اجرا و طراحی مناسب پروژهها دارند
گاهی مواقع در محل پروژههای عمرانی با خاک رس مواجه میشویم که این خاکها دارای خواص مخربی از جمله خاصیت متورم شوندگی زیاد می-باشند. یکی از مصالحی که برای تثبیت این خاکها استفاده می شود آهک میباشد. افزودن آهک باعث کاهش خواص تورمی و افزایش ظرفیت باربری خاک میشود
سال 2005، استفانیدو و پاپایانی تحقیق بر روی تاثیر مقدار سنگدانه بویژه درشتدانه و اندازه سنگدانه بر روی مشخصات ملات آهکی را انجام دادهاند. مطالعات صورت گرفته بر روی 12 نوع ترکیب آهک به سنگدانه و نیز ترکیب آب به آهک نشان داد، درصورتی که در اثر تراکم، حفرههای مویین به مقدار کافی کاهش یابد، توزیع درشتدانه در ملات آهکی تاثیری بر روی مقاومت ملات نخواهد داشت و نیز با کاهش نسبت آهک به سنگدانه با حداکثر اندازه 4 - 0 میلیمتر، بیشترین مقاومت ملات آهکی بدست خواهد آمد.
سال 2006، تحقیقات وسیعی توسط اوسینوبی و نیوایو بر روی تاثیر تاخیر در متراکم کردن ملات آهکی با استفاده از آزمایشات تعیین حداکثر وزن مخصوص نسبی و رطوبت بهینه، ضریب باربری کالیفرنیا و آزمایشات تکمحوری، انجام گرفت. نتایج نشان دهنده کاهش تاثیرات تاخیر در تراکم با افزایش درصد آهک بر روی مقاومت تک محوری میباشد.
سال 2010، تحقیقاتی بر روی تاثیر زمان عملآوری بر روی خواص نرمی و سختی ملاتهای آهکی با درصدهای مختلف آهک توسط پاویا و همکاران صورت پذیرفت. بر طبق آزمایشات، نشان داده شد که عملآوری باعث کاهش مویینگی و افزایش و بهبود خواص مقاومتی ملات آهکی میگردد.[5] چان و بیندیگاناویل با بکارگیری درصدهای مختلف میکرو فایبر پلیپروپیلن درون ملات های آهکی در سال 2010، توانستند ضعف ملات آهک را در انعطافپذیری کاهش داده و نیز باعث افزایش مقاومت برشی آن گردند.[6] توهی و همکاران تاثیر سرعت عملآوری بر روی رفتار تنش، کرنش و مقاومت خاکهای تثبیت شده توسط آهک را در سال 2012، مورد مطالعه قرار دادهاند.
در این تحقیقات نمونههای ملات آهکی در دو حالت 7 روز در دمای 41 درجه سانتیگراد و 28 روز در دمای 23 درجه سانتیگراد تهیه و تحت آزمایش تک محوری فشاری قرار گرفتند. پاسخها نشان دهنده بیشتر بودن مقاومت تکمحوری نمونهها تحت شرایط 7 روزه در دمای 41 درجه سانتیگراد از نمونه های 28 روزه در دمای 23 درجه سانتیگراد میباشد
سال 2012، یانگ و همکاران یک دیوار حائل با خاکریزی از نوع خاک های چسبنده و مسئلهدار که توسط آهک تثبیت و بوسیله ژئوگرید مسلح شده است، بکار بردند. دیوار حائل مدلسازی شده برابر 6 متر ارتفاع دارد. ترکیب ژئوگرید در خاکریز تثبیت شده توسط آهک در پشت دیوار حائل باعث افزایش مقاومت دیوار در برابر بارهای ثقلی اعمال شده بر روی خاکریز میگردد.
در نهایت محققان به این نتیجه رسیدند که در اینگونه از سازهها آهک مهمترین نقش را در افزایش مقاومت دیوار حائل در اثر بارهای ثقلی دارد و ژئوگرید در هنگام زمین لرزه میتواند به خوبی به پایداری دیوار کمک نماید
با توجه به تاریخچه و مباحث مطرح شده توسط دانشمندان و محققین، میتوان نتیجه گرفت با وجود آنکه آهک یکی از قدیمیترین مصالحی است که برای بشر در صنعت ساختمان و ایجاد سازههای مختلف کاربرد دارد، همچنان رفتار و واکنشهایی که آهک با خاک و دیگر مصالح انجام میدهد، مجهول میباشد. از آنجا که آهک همچنان یکی از مصالح پرکاربرد و به فراوانی در دسترس میباشد، نیاز به درک دقیق تر رفتار آن میباشد. چراکه با توجه به نتایج برداشت شده از تحقیقات، با وجود بهبود در خواص خاکها بویژه خاکهای مسئلهدار، نقاط ضعفی نیز مشاهده گردید که محققیقن را به مرتفع ساختن اینگونه مشکلات تشویق مینماید.
از سوی دیگر با ورود مصالح مصنوعی و پلیمری به صنعت ساختمان و بررسیهای صورت گرفته از رفتار آنها و نیز پاسخ های مناسبی که اینگونه مواد در احداث سازه های گوناگون دادهاند میتوان نتیجه گرفت که بکارگیری مصالح پلیمری در مصالح سنتی و شیمیایی، امروزه مورد توجه دانشمندان میباشد. با بررسی نتایج بدست آمده از مباحث فوق نشان میدهد که آهک با وجود تاثیرات فراوان بویژه در افزایش ظرفیت باربری خاکها و نیز مرتفع ساختن مشکلات خاک های مسئلهدار، باعث افزایش تردی مصالح ملات آهکی میگردد.
میتوان گفت این عامل در ایجاد دیوارهای حائل و نیز شیروانیهای ساخته شده از ملات آهکی، بسیار مضر میباشد. زیرا هنگامیکه خاک و پایداری دیوار به حالت گسیختگی برسد، از خود نشانهای مبنی بر گسیختگی نشان نمیدهد و باعث ریزش ناگهانی دیوار حائل و شیروانیها میگردد. در این تحقیق، مشکل تردشکنی، با بکارگیری ژئوگرید درون ملات تا حد زیادی بهبود یافت. تعدادی از نمونهها بعد از گذشت مدت زمان عملآوری در محیط اشباع قرار گرفتند و تاثیر رطوبت اشباع بر مقاومت نمونهها سنجیده شد.
-2 آزمایشات انجام شده و مشخصات نمونهها
در این تحقیق، جهت ساخت کلیهی نمونهها از خاک رس کائولینیت با خاصیت خمیری کم استفاده شده است. آزمایشاتی جهت تعیین خصوصیات خاک انجام شد که نتایج آن در جدول - - 1 ارائه شده است. لازم به ذکر است آزمایش حدود اتربرگ بر طبق استاندارد [9] ASTM D 423 و [10] ASTM D 424 انجام شد. وزن مخصوص ویژه بر طبق استاندارد [11] ASTM D 854-02 اندازهگیری گردید. آزمایش تراکم اصلاح شده طبق استاندارد [13] AASHTO T180 انجام شد و چون خاک ریزدانه بود، بر طبق روش C استاندارد عمل گردید، نتایج آزمایشات تراکم در جدول - - 2 ارائه شده است.
مشخصات ژئوگرید مصرفی در جدول - - 3 ارائه شده است. آهک استفاده شده آرتیمان آهک نوع A میباشد. برای تعیین درصد بهینه آهک طبق استاندارد [14] ASTM D 6276 آزمایشات انجام شد و بر طبق نتایج این آزمایش که در شکل - 1 - آمده است، درصد بهینه آهک 8% میباشد. قالب استفاده شده برای ساخت نمونهها استوانهای شکل با قطر 70 میلیمتر و ارتفاع 140 میلیمتر بود. برای تراکم یکنواخت نمونهها، یک چکش با مقطع دایرهای با قطر تقریبی برابر قطر قالب ساخته شد - مشابه با چکش مارشال - . برای ساخت نمونهها پس از اختلاط کامل مصالح خشک با آب، در 5 لایه داخل قالب ریخته و با تعداد ضربات مشخص متراکم شد. پس از بیرون آوردن نمونه از قالب و وزن کردن، داخل نایلون قرار داده شد تا رطوبت نمونه در زمان عملآوری کاهش نیابد.
سپس نمونه به محل عملآوری منتقل شدند. در نمونههای مسلح، ژئوگرید در مرز لایهها بکار گرفته شد. برای هر درصد آهک 3 نمونه ساخته شد و بعد از انجام آزمایش میانگین 3 جواب اندازه گیری و در شکلهای 2 تا 7 ارائه گردیده است. کلیه نمونه ها با درصد تراکم برابر 100 ساخته شدند. در این تحقیق سرعت بارگذاری دستگاه برابر 1 میلیمتر در دقیقه تنظیم و کنترل شد. نمونههای ملات آهک ساخته شده در این تحقیق به دو دسته کلی نمونههای مسلح شده با ژئوگرید و نمونههای غیرمسلح تقسیم میشوند. نمونههای مسلح شده با ژئوگرید بعد از 28 روز[15] عملآوری شدن در محل آزمایشگاه و درون نایلون، تحت آزمایش فشاری محصور نشده قرار گرفتند.
نتایج نشان داد با مسلح نمودن ملات آهکی مشکل تردشکنی تا حد بسیار زیادی مرتفع شد. همچنین از شکلهای 2 تا 7 - شکل نمودارهای تنش-کرنش - کاملا مشخص است که با مسلح سازی، ظرفیت باربری، مدول الاستیسیته و بار الاستیک نمونهها افزایش و ضریب شکنندگی کاهش یافته است. تعدادی از نمونههای غیر مسلح بعد از گذشت مدت 28 روز که عملآوری شدند تحت آزمایش تک محوری فشاری قرار گرفتند و مقاومت آنها سنجیده شد،
نتایج این آزمایشات در شکلهای 2 تا 7 ارائه شده است. تعدادی دیگر پس از گذشت مدت زمان 28 روز عملآوری، از نایلون خارج شدند و درون آب قرار گرفتند تا تاثیر رطوبت اشباع بر مقاومت سنجیده شود. کلیه نمونههایی که درون آب قرار گرفتند بعد از گذشت مدت زمان تقریبا 30 دقیقه کاملا متلاشی شدند و امکان اندازهگیری مقاومت برای آنها وجود نداشت.
بعد از مشاهدهی این اتفاق، ابتدا تصور این بود که رطوبت اولیه نمونهها باعث این پدیده شده است چون نمونهها بعد از بیرون آمدن از قالب، درون نایلون عملآوری شده بودند و امکان از دست دادن رطوبت برای آنها وجود نداشت. به این دلیل نمونههای دیگری با همین مشخصات، بعد از گذشت مدت زمان عملآوری 28 روز درون نایلون، نمونهها از نایلون خارج شدند و برای خشک شدن و از دست دادن رطوبت به مدت 62 روز در مجاورت هوای آزاد کاملا خشک شدند. این نمونهها پس از گذشت 90 روز از زمان ساخت درون آب قرار گرفتند تا تاثیر رطوبت اشباع بر مقاومت سنجیده شود. پس از گذشت مدت زمان تقریبا 30 دقیقه قسمتهایی از این نمونهها نیز متلاشی شدند و امکان اندازهگیری مقاومت برای آنها وجود نداشت.
جدول - . - 1 مشخصات بدست آمده برای خاک
جدول . - 2 - مقایسه وزن مخصوص خشک و رطوبت بهینه مصالح
جدول - . - 3 مشخصات ژئوگرید
