بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه اثر دما بر رفتار خاکها از جنبههای گوناگون مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مواردی که لزوم بررسی دقیق رفتار خاکها را در دماهای بالا شدت میبخشد، دفن زبالههای هستهای میباشد که حرارت ایجاد شده توسط زبالههای هستهای به مرور زمان و طی چندین سال روی مخلوط بافر اطراف مدفنها تاثیر میگذارد و رس موجود در بافر تبدیل به رس دارای ساختار میشود و خصوصیات ترمومکانیکی بافر تغییر میکند. در این تحقیق مقاومت تک محوری مخلوط ماسه-بنتونیت با نسبت ترکیبی 50-50 تحت اثر عملآوری حرارتی در دماهای 40، 60 و 80 درجه سانتیگراد به مدت زمانهای 1، 2، 3 و 4 هفته، مورد بررسی قرارگرفته است که از نتایج این تحقیق میتوان به افزایش مقاومت اوج و نرمشوندگی پس از مقاومت اوج تحت تاثیر دما اشاره کرد. همچنن بر اساس نتایج بدست آمده، هر چه زمان عملآوری حرارتی بیشتر باشد، مقاومت تک محوری و تردی نمونه بیشتر خواهد بود.
کلمات کلیدی: عملآوری، درجه حرارت، رس دارای ساختار، مقاومت تکمحوری
1. مقدمه
در چندین دهه گذشته تاثیر دما بر رفتار خاکها از زوایای گوناگون، مورد توجه قرار گرفته که دلیل اصلی آن رشد صنعتی جوامع، افزایش تجهیزات هستهای و جستجوی منابع تازه بهمنظور تولید انرژی جایگزین بودهاست. ساختارهای ضخیم رسی که نفوذپذیری پایینی دارند بهعنوان مدفن زبالههای هستهای سطح بالا یا سوخت هستهای مصرفشده، پیشنهاد شدهاند. دفن اینگونه زبالهها اغلب در صدها متر زیر زمین صورت میگیرد. گرمایی که توسط زباله هستهای یا هر منبع تولید گرمای دیگر، مانند کابلهای ولتاژ قوی بهوجود میآید باید در مدفن رسی اطراف منبع تولید گرما زایل شود. این موضوع به میزان قابل توجهی بر خواص فیزیکی و شیمیایی رس اثر میگذارد. خاکهای رسی موجود در بافر مدفنهای زبالههای هستهای طی سالیان دراز تحت حرارت قرار میگیرند و این حرارت به مرور زمان در این خاکها ایجاد ساختار میکند. در نتیجه به آن خاکها، خاکهای رسی دارای ساختار گفته میشود که دارای خواص متفاوتی از خاکهای رسی معمولی دارند. بدینترتیب، بررسی آثار دما بر خصوصیات خاکها و بخصوص خاکهای رسی، از اهمیت زیادی برخوردار است.
هماکنون مخلوط ماسه- بنتونیت بهترین مخلوط بافر برای ایجاد مخازن زبالههای هستهای با رادیواکتیو بالا در اعماق زمین میباشد. محققینی مثل [1-6] به این مهم اشاره کردهاند. از شرایطی که مخلوط بافر مدفن زبالههای هستهای باید داشته باشد میتوان به ضریب انتشار جرم کم، ثبات در حرارت بالا و آب زیرزمینی شور [7]، جذب یونهای رادیواکتیویته و عدم انقباض حرارتی از سنگ بستر و کانتینر زباله هستهای اشاره کرد. همچنین مخلوط بافر باید ظرفیت باربری مناسبی برای نگهداری کانتینرها و به حداقل رساندن نشست و یا تغییرشکل خزشی درازمدت داشته باشد. چگالی خشک خاک رس بهتنهایی زمانی که در محل متراکم میشود ممکن است به اندازه 1300 کیلوگرم بر متر مکعب باشد که مقدار کمی است. اضافه کردن ماسه به بنتونیت میتواند وزن مخصوص خشک این مخلوط را افزایش دهد. همچنین افزودن ماسه به بنتونیت خالص موجب کاهش پتانسیل خزش مواد، بهبود خصوصیات مقاومتی خاک [8] و کاهش هدایت هیدرولیکی [9] میشود.
2. مواد مورد استفاده در نمونههای مورد آزمایش
همانطور که در بخش قبل بیان شد نمونههای مورد آزمایش مخلوطی از ماسه و بنتونیت میباشند که نسبت ترکیبی آنها 50-50 میباشد. این مخلوط در رطوبت بهینه خود که توسط آزمایش تراکم بدست آمد، در قالبی به ارتفاع 20 و قطر 10 سانتیمتر متراکم شد. رس موجود در مخلوط از نوع سدیم بنتونیت کارخانه درین کاشان میباشد که خصوصیات آن در جدول 1 آمده است. همچنین توزیع اندازه دانه های آن نیز در شکل 1 مشخص است.
ماسه موجود در مخلوط نیز از فرآوردههای سیلیسی کارخانه تاوان سیلیس گرمسار میباشد که خصوصیات، عناصر تشکیل دهنده و منحنی دانهبندی آن به ترتیب در جدول 2، جدول 3 و شکل 2 مشاهده میشود. و در انتها خصوصیات مخلوط ماسه- بنتونیت با نسبت ترکیبی 50-50 از قبیل حد روانی، حد خمیری، نشانه خمیری، چگالی خشک حداکثر و درصد رطوبت بهینه در جدول 4 مشخص شده است.
3. نتایج آزمایشات
تعداد 12 سری آزمایش تکمحوری روی نمونههای ماسه- بنتونیت با نسبت ترکیبی 50-50 در شرایط مختلف - دماها و زمانهای عملآوری متفاوت - انجام شد. به این ترتیب که در دماهای 40، 60 و 80 درجه سانتیگراد به ازای هر دما یک نمونه در گرمخانه به مدت یک هفته نگهداری شد. این کار برای زمانهای 2، 3 و 4 هفته نیز انجام شد. بعد از عملآوری حرارتی، نمونهها تحت آزمایش تکمحوری قرار گرفتند. نتایج آن به صورت نمودارهای تنش- کرنش، تنش اوج- دما و تنش اوج- زمان عملآوری به ترتیب در شکلهای 3، 4 و 6 نشان داده شده-است.
