بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از روشهاي اصلاح یا بهبود خواص خاكها تثبیت با آهک است. در صورتی که خاك حاوي یون سولفات باشد یا خاك تثبیت شده در معرض آب سولفاته قرار گیرد، حضور آهک نه تنها باعث کاهش تورم لایه تثبیت شده نمیشود، بلکه نتیجه عکس داده و سبب افزایش تورم 35 mm میگردد.
این پدیده به علت انجام واکنشهاي شیمیایی بین کانیهاي رس، آهک و سولفات است که منجر به تشکیل کانیهاي اترینگایت و تاماسایت شده و این کانیها با جذب آب بهشدت متورم میشوند. در این تحقیق تاثیر سرباره ذوب آهن اصفهان بر دوام خاك رس تثبیت شده با آهک، در آزمایش یخ زدن و آب شدن به کمک آزمایش تکمحوري مورد بررسی قرار گرفته است. نمونهها با ترکیبات مختلف آهک، سرباره وگچ در درصد رطوبت بهینه ترکیب شده و به مدت 28 روز در دماي 45 درجه عملآوري شدند سپس نمونهها بعد از عملآوري و خروج از آون، از قالب خارج شده و در دماي -23 درجه سلسیوس منجمد میشدند و جهت آبشدن در یک محفظه بدون تبادل رطوبتی با محیط آب میشدند.
پس از دوره عملآوري نمونهها، طی 6 سیکل متوالی تحت آزمایشهاي یخ زدن و آب شدن قرار گرفتند. نتایج آزمایشها نشان میدهد سرباره همراه با آهک میتواند در کاهش حساسیت خاك تثبیتشده در مقابل سیکلهاي یخزدن و آبشدن و تر و خشکشدگی مؤثر باشد. باتوجه به این نتایج این تحقیق، استفاده از سرباره که محصول فرعی صنایع ذوبآهن است، میتواند از جنبههاي گوناگون مانند جایگزینی درصدي از آهک با سرباره که یک مادة بیضرر است، مفید باشد.
1. مقدمه
برخی از خاكها به علت مشخصات فنی نامطلوب و یا دارا بودن مقادیر قابل توجهی رس یا لاي، براي عملیات راهسازي نامرغوب محسوب میشوند. اینگونه خاكها به دلیل حساسیت و ناپایداري در برابر رطوبت، مقاومت کم و فشردگیپذیري، مشکلات فراوانی را از نظر اقتصادي در راهسازي ایجاد میکنند. تثبیت خاك به اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آن براي تامین خواص مهندسی مورد لزوم اطلاق میشود. انتخاب روش تثبیت براي خاكها بستگی به نوع و جنس خاك و همچنین هدف از تثبیت خاك دارد
تثبیت خاك با آهک سبب بهبود کیفیت و مشخصات فنی خاك و تسریع در انجام عملیات راهسازي میشود. خاك تثبیت شده با آهک در برابر عوامل جوي - مانند رطوبت و یخبندان - بهتر از خاك تثبیت نشده مقاومت کرده و ظرفیت باربري بیشتري دارد
در صورتیکه خاك حاوي یون سولفات باشد، یا خاك تثبیت شده در معرض آب سولفاته قرار گیرد، حضور آهک نهتنها باعث کاهش تورم لایه تثبیت شده نمیشود، بلکه نتیجه عکس داده وسبب افزایش تورم و کاهش مقاومت میگردد. این پدیده به علت انجام واکنشهاي شیمیایی بین کانیهاي رس، آهک و سولفات است که منجر به تشکیل کانیهاي اترینگایت و تاماسایت شده و این کانیها با جذب آب به شدت متورم میشوند.
سولفاتها بهصورت سولفات کلسیم - گچ - ، سولفات منیزیم و سولفات سدیم در خاكها یافت میشوند. همچنین در زبالههاو محصولات فرعی مانند خاکستر نرمه پودر شده و تفالههاي ذغال سنگ نیز پیدا میشود
کلسیم موجود در آهک با سیلیکا و آلومیناي موجود در خاك رس براي تشکیل ترکیبات سمنتاسیون واکنش انجام میدهند. این واکنشهامعمولاً مقاومت را افزایش و خواص خمیري را بهبود و پتانسیل تورم را کاهش میدهند، ولی در اثر وجود سولفاتها در خاك یا آب حفره اي، یونهاي سولفات نیز در واکنشها شرکت میکنند و واکنشهاي پوزولانی درازمدت را قطع میکنند. درعوض کانیهایی نظیر اترینگایت و تاماسایت شکل میگیرند که هردو این کانیها در طبیعت توانایی زیادي در جذب آب دارند و به محض جذب آب، منبسط شده و باعث تورم میشوند
مک کنون تحقیقات شیمیایی کاملی بر روي واکنشهاي شیمیایی میکروسیلیس و آهک انجام داد که نتایج بهدست آمده نشان دادکه افزودن میکروسیلیس سبب بهبود خواص شیمیایی خاك تثبیت شده میشود. که از جمله میتوان به کنترل سولفاتهاي موجود در خاك وجلوگیري از تورم خاك، کاهش تشکیل کانیهاي اترینگایت در خاكهاي رسی حاوي سولفات، جلوگیري از کربناتاسیون و افزایش واکنشهاي سمنتاسیون، افزایشpH خاك اشاره کرد
خاك مورد استفاده در این پژوهش رس با خاصیت خمیري کم است که با درصدهاي مختلف آهک، گچ و سرباره در درصد رطوبت بهینه مخلوط شده و پس از متراکم شدن، آزمایشهاي یخزدن و آبشدن، تر و خشکشدگی در آب شرب، تر وخشک شدگی در محلول سولفات سدیم و سولفات منیزم و تکمحوري انجام پذیرفته است. علت استفاده از رس با خاصیت خمیري کم در این تحقیق، ادامه بررسی تثبیت رس کائولینیت بوده که در تحقیقات گذشته این دانشگاه استفاده شده است.
.2مواد وروشها
.1-2 مصالح
خاك مورد استفاده در این تحقیق خاك رس کائولینیت است، براي تثبیت خاك نیز از آهک صنعتی و سرباره ذوب آهن اصفهان GGBS - ١ - استفاده شده است. همچنین از سولفات کلسیم - گچ - نیز در نمونهها استفاده شده است. خاك و آهک مورد استفاده عبوري از الک 200 و سرباره مصرفی عبوري از الک 8 است. مشخصات مصالح مصرفی در این تحقیق بهشرح جداول1 و 2 است. منحنی دانهبندي خاك رس، در شکل 1 نمایش داده شده است.
جدول :1 خواص مهندسی خاك رس
جدول :2 ترکیب شیمیایی مواد بهکار رفته در این تحقیق
شکل -1 منحنی دانهبندي خاك رس کائولینیت
در جدول 5نسبتهاي اختلاط مواد با خاك رس کائولینیت آمده است.
جدول :5 نتایج بهدست آمده از آزمایش تراکم
همانطور که مشاهده میگردد، افزودن آهک سبب کاهش وزن مخصوص خشک حداکثر و افزایش رطوبت بهینه خاك میشود. با اضافه کردن آهک به خاك، واکنشهاي آنی به شکل تبادل کاتیون صورت میگیرد و سبب لخته شدن ذرات رس میگردد. لغزاندن لختهها در اثر اعمال انرژي بر روي هم سختتر میشود و بین لختهها قدري فضاي خالی باقی میماند.
بنابراین براي تراکم نیاز به انرژي بیشتري احساس میشود و در یک سطح انرژي ثابت تراکم، وزن مخصوص کمتري حاصل میآید. از طرفی چگالی ویژه ذرات آهک در مقایسه با خاك مصرفی کمتر است و جایگزینی خاك با آن نیز سبب کاهش وزن مخصوص میشود. علاوه بر آنچه گفته شد، جهت لغزاندن ذرات لخته شده بر روي هم و پر کردن فضاي خالی ناشی از لخته شدن ذرات، آب بیشتري مورد نیاز است. در نتیجه افزایش رطوبت بهینه با افزودن آهک مشاهده میشود.
.2 -2آمادهسازي و تهیه نمونهها
جهت ساخت هر نمونه، میزان خاك، آهک، گچ، سرباره و آب لازم توزین میشد. درصد رطوبتی که به خاك افزوده میشد، همان درصد رطوبت بهینه بهدست آمده از آزمایش تراکم استاندارد بود. خاك مورد استفاده که ابتدابهصورت گلوله بود، جهت ایجاد نمونههاي همگن و اندرکنش بهتر با آهک و آب، خرد شد تا از الک 40عبور کندهک.آ و گچ و سرباره با خاك به صورت خشک مخلوط و کاملاً هم زده شد تا رنگ مخلوط در سرتاسر آن یکنواخت شودسپس. آب تدریجاً اضافه شد و از آنجا که جذب آب مخلوط زیاد بود، بعضی نقاط با جذب آب بیشتر تبدیل به گلوله می-گردد.
