مقاله تاثیر سیکل های تر و خشک بر روی رفتار خاک رس سولفاته تثبیت شده با

بخشی از مقاله

تاثیر سیکل های تر و خشک بر روی رفتار خاک رس سولفاته تثبیت شده با

خلاصه
سیکلهای تر ـ خشک شدن سبب تغییر پارامترهای مقاومتی خاکها میشوند.یکی از خاکهایی که طی این فرآیندها دچار آسیبهایی، همچون افزایش تورم و کاهش

مقاومت میشود، رس سولفاته میباشد. در این پژوهش به منظور کاهش اثرات مخرب این فرآیند طبیعی، خاک رس سولفاته با محلول تبادل یونی تثبیت شده است.
روند کار بدین شرح میباشد که در ابتدا مقاومت CBR خاک تثبیت نشده مورد اندازهگیری قرار گرفت و سپس این خاک تحت سیکلهای مختلف و متوالی تر –خشک
شدن قرار گرفت و تورم و مقاومت آن در هر سیکل اندازهگیری شد. سپس همین مراحل برای نمونههای تثبیتشده با محلول تبادل یونی انجام گرفت.باتوجه به
نتایج مشاهده میشود که این تثبیتکننده منجر به بهبود مشکل تورم و مقاومت خاک رس سولفاته در حین سیکل های تر - خشک شدن میشود.

کلمات کلیدی: رس سولفاته، سیکل تر – خشک، تورم، مقاومت،

.1 مقدمه

محققان زیادی تأثیرات سیکلهای تر – خشک شدن را بر روی خاکهای ریزدانه رسیتثبیتشده بررسی کردهاند.عبدی و طبرسا (1881) به بررسی تأثیر آهک بر مقاومت کائولینیت در سیکلهای تر – خشک شدن پرداخته و مشاهده کردهاند که در اولین سیکل، خاک مقاومت خود را از دست داده اما با افزایش تعداد سیکلها به علت واکنش آهک با سیلیکا و آلومینیوم مقاومت خاک افزایش مییابد.[1]هریچانه و همکاران (0212) به بررسی اثرات سیکلهای تر- خشک شدن بر روی مقاومت فشاری محدود نشده نمونههای رسی تثبیتشده با آهک و پوزلان طبیعی پرداختهاند. در این تحقیق نمونههای تثبیتشده در مقایسه با نمونهی تثبیت نشده در طی سیکلها دچار کاهش مقاومت کمتری شدند و مشخص شده است که درصدهای 4 و 6، درصدهای بهینهی آهک برای مقاومت بیشتر در برابر سیکلها میباشد.[0]سونی و جابن (0228) به بررسی تاثیرسیکل تر – خشک و ذوب – یخبندان بر مقاومت کششی خاک تثبیتشده با آهک و خاکستر بادی پرداختند. نتیجهی پژوهش نشان داد که حداکثر مقاومت کششی زمانی حاصل میشود که نسبت آهک به خاکستر بادی 1 به 8 باشد.[8] پوپسکو (0211) تأثیر سیکلهای تر – خشک شدن را بر روی رفتار تورمی خاک رس تثبیتشده با میکروسیلیس مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان داد که تورم خاک تثبیتشده پس از طی سیکلهای تر – خشک شدن کاهش مییابد. [4] بلوری بزاز (0228) به بررسی رفتار گچهای رسی و اثرات سیکلهای تر – خشک شدنبارگذاری و باربرداری پرداخته است. در این پژوهش نمونههای حاوی درصدهای مختلف گچ تحت سیکلهای تر خشک شدن قرار گرفتند. مشاهده شد که با افزایش تعداد سیکلهای تر – خشک میزان تورم نمونهها نیز افزایشیافته و تر خشک شدن متوالی،مقدار تورم را نه تنها کاهش نمیدهد بلکه افزایش میدهد و به عنوان یک روش بهسازی مفید نخواهد بود.[5]مهرموسوی و همکاران (0214) به بررسی تاثیر دوره های تر – خشک بر روی خواص مکانیکی خاک رس( با خمیرایی کم) تثبیت شده مطالعه و لیانت های آهک ، سیمان و سیمان – آهک با مقادیر مختلف (6-0) درصد وزنی خاک استفاده گردیدنتایج نشان داد که لیانت سبب افزایش مقاومت خاک در برابر سیکل های تر – خشک شدن می شود.[6]نائینی و همکاران (1890) به بررسی خاک رس با نشانههای خمیری مختلف و درصدهای مختلف آهک در آزمایش سی بی آر و سیکلهای تر – خشک شدن پرداختهاند. نتایج نشان میدهد که مقادیر سی بی آر در هر سیکل تر – خشک شدن، در حین مرحله تر کاهش و در حین مرحله خشک افزایش مییابد.[7] ضیایی موید و اله یاری (1891 ) به بررسی اثرات سیکل های تر – خشک و ذوب – یخبندان بر روی خاک رس با شاخصهای خمیری مختلف پرداختند. در اینپژوهش به منظور تثبیت نمونهها از محلول تبادل یونی سی بی آرپلاس استفاده شده است. نتایج نشان داد که مقاومت خاک در هر دو حالت تثبیتشده و تثبیت نشده کاهش مییابد اما این کاهش مقاومت در حالت تثبیت نشده شدیدتر میباشد.[8]

.2 مصالح

. 1-2 خاک

خاک مورد استفاده در این پژوهش، خاک ریزدانه رسی سولفاته منطقهی بوئینزهرا، واقع در استان قزوین میباشد. این خاک دارای حد روانی LL = 28.78 و حد خمیری PL = 14.41است.با استفاده از نتایج آزمایش دانه بندی، هیدرومتری، اتربرگ و موقعیت خاک در نمودار خمیری، نام خاک در سیستم یونیفاید CL میباشد. در شکل 1 نمودار دانهبندی خاک نمایش داده شده است.

شکل . 1 منحنی دانه بندی خاک

.2-2 محلول تبادل یونی

محلولی قهوه ای رنگ با غلظت بالااست که برای تثبیت خاک های ریزدانه مورد استفاده قرار می گیرد و باعث بهبود ظرفیت باربری انواع خاک های رسی و خاک های سیلتی می گردد.این محلول تبادل یونی فقط بر روی رس موجود در خاک تأثیر میگذارد که علت این امر کوچک بودن و زیاد بودن سطح مخصوص رس میباشد.[9]

.3 آزمایش ها

.1-3 آزمایش تراکم

از آنجایی که هدف ساخت نمونهها در وزن مخصوص حداکثر خشک و رطوبت بهینه بود، در ابتدا بر روی خاک آزمایش تراکم طبق استاندارد ASTM D 689-78انجام
شد.میزان رطوبت بهینه ی خاک 13 ٪ و وزن مخصوص حداکثر ⁄ به دست آمد.

.2-3 آزمایش تعیین میزان سولفات موجود در خاک

به منظور تعیین میزان سولفات موجود در خاک، نمونهی خاک در آزمایشگاه شیمی مطابق با استاندارد ASTMC1580-09 مورد آزمایش قرار گرفت. طبق نتیجهی آزمایش، میزان سولفات محلول در خاک 1 درصد میباشد.

.3-3 آزمایش تعیین درصد تبادل یونی خاک و تعیین غلظت مورد نیاز محلول سی بی آرپلاس

جهت تعیین غلظت مورد نیاز محلول سی بی آر پلاس، در ابتدا باید میزان تبادل یونی خاک مشخص شود. این آزمایش با استفاده از معرف صورتی رنگ محلول سی بی آرپلاس و نیز رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک حداکثر به دست آمده از آزمایش تراکم انجام میشود.با استفاده از نتیجه آزمایش میزان غلطت مورد نیاز ، 0.1 به دست آمد.

2
.4-3 آزمایشCBR

آزمایشCBR مطابق با استانداردASTM D 1883-99 بر روی نمونههای ساخته شده با درصد رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک حداکثر در حالت اشباع انجام گرفته است. در نمونههای اشباع، نمونهها بعد از اتمام زمان عملآوری، ابتدا به مدت 96 ساعت جهت اشباع شدن درون آب قرارگرفته و پس از پایان این مدت، تحت آزمایش CBR قرارگرفتهاند.

جهت ساخت نمونههای تثبیتشده با سی بی آرپلاس، ابتدا محلول سی بی آر پلاس را با غلظت به دست آمده در آزمایش تبادل یونی،در آب مورد نیاز برای رطوبت بهینه ریخته

æ بر روی خاک اسپری شد، سپس خاک مرطوب شده را درون کیسهای ریخته و به مدت 72 ساعت درون محیط آزمایشگاه قرار داده شد. پس از آن خاک را در قالب کوبیده

æ بدون هیچ پوششی جهت عملآوریدر محیط آزمایشگاه قرار داده شد. عملآوری زمانی کامل میشود که نمونهی خاک نیمی از رطوبت خود را از دست بدهد.این فرآیند نیازمند مدت زمانی طولانی میباشد که در بسیاری از پروژهها صرف این وقت امکانپذیر نیست و میتوان در زمان کمتری آن را انجام داد. در این پژوهش نمونههای تثبیتشده با محلول سی بی آر پلاس با عملآوری کامل مورد آزمایش قرار گرفتند

در نمودار شماره 2 مقاومت CBR خاک رس سولفاته تثبیت نشده نشان داده شده است.

شکل . 2 مقاومت CBR خاک رس سولفاته تثبیت نشده

CBR خاک 6/6 می باشد که طبق رده بندی خاک ها بر اساس مقادیر CBR در جداول روسازی [10]، در گروه بد قرار گرفته و نیازمندتثبیت می باشد.

.5-3 آزمایش تورم

همانطور که در ابتدا ذکر شد مهمترین مشکل رسهای سولفاته بحث تورم آنها میباشد و این که تثبیت این خاکها با تثبیتکنندههای با پایهی کلسیم نه تنها نمیتواند مشکل تورم آنها را حل کند، بلکه منجر به افزایش بیش از حد تورم نیز میشود. در این پژوهش تورم کلیهی نمونههای اشباع تثبیت نشده و تثبیتشده با سی بی آرپلاس مورد بررسی قرار گرفت. بدین صورت که طبق استانداردASTM D 1883-99هنگام اشباع سازی، بر روی نمونهها گیجی جهت بررسی تغییرات تورم قرار گرفت. هم چنین در کلیهی سیکلهای تر – خشک شدن نیز میزان تورم نمونهها اندازهگیری شد.

3

.1-5-3 تورم خاک رس سولفاته تثبیت نشده

شکل . 3 تورم خاک رس سولفاته تثبیت نشده

.2-5-3 تورم خاک رس سولفاته تثبیت شده با آهک

شکل . 4 تورم خاک رس سولفاته تثبیت شده با آهک

مشاهده می شود که میزان تورم خاک پس از تثبیت با آهک به شدت افزایش یافته و خاک طبق جداول رده بندی خاک براساس تورم[11] در محدوده ی خاک با قابلیت تورم شدید قرار می گیرد که نشان می دهد آهک تثبیت کننده ی مناسبی برای خاک رس سولفاته نبوده و نیازمند تثبیت کننده ی مناسب دیگری می باشیم.

4

.3-5-3 تورم خاک رس سولفاته تثیت شده با

شکل . 5 تورم خاک رس سولفاته تثبیت شده با محلول تبادل یونی

مشاهده می شود که میزان تورم خاک کاهش یافته و نشان می دهد که این ماده تثبیت کننده ی مناسبی برای خاک رس سولفاته می باشد.

.6-3 آزمایش سیکلهای تر – خشک شدن

نمونه ها مطابق با استاندارد ASTM D 1883-99 در وزن مخصوص حداکثر و رطوبت بهینه ساخته شدند.سپس جهت اشباع سازی، به مدت 96 ساعت درون آب قرار گرفتند.برای ساخت نمونه های تثبیت شده،اشباع سازی پس از اتمام زمان عمل آوری انجام گرفت.در ادامه نمونه ها به مدت 04 ساعت خارج از آب و 04 ساعت درون آب قرار گرفتند.این دو 04 ساعت متوالی تشکیل 1 سیکل تر – خشک شدن را می دهد. نمونه ها تحت 1تا 4 سیکل متوالی تر – خشک قرار گرفتند.در هر مرحله ترسازی، میزان تورم نیز مورد اندازه گیری قرار می گرفت.پس از آخرین مرحله ی ترسازی، به نمونه 15 دقیقه اجازه ی خروج آب داده شده و درانتها تحت آزمایش CBR قرار گرفت.این آزمایش بر روی نمونه های تثبیت نشده و نمونه های تثبیت شده با

انجام گرفت.

.1-6-3آزمایش CBR نمونههای تثبیت نشده

در ابتدا به بررسی تأثیر سیکلهای تر – خشک شدن بر روی مقاومت نمونههای تثبیت نشده پرداخته شده است.نتایج حاصل از آزمایش ها در جدول آورده شده است.

جدول شماره . 1 مقاومت نمونههای تثبیت نشده در سیکلهای تر – خشک شدن

تعداد سیکل بدون سیکل 1 سیکل 2 سیکل 3 سیکل 4 سیکل
CBR 6.6 6 5.8 5.5 5

مشاهده میشودکه با افزایش تعداد سیکلهای تر– خشک شدن،میزان مقاومت نمونههای تثبیت نشده خاک کاهش یافته است ونیز همچنین مشاهده میشود که میزان مقاومت خاک در این سیکلها بسیارکم بوده و خاک در ردهی ضعیف قرار میگیرد.

.2-6-3 آزمایش CBR نمونههای تثبیتشده با محلول تبادل یونی
در جدول زیر به بررسی تأثیر سیکلهای تر – خشک شدن بر روی نمونههای تثبیتشده با محلول تبادل یونی پرداخته شده است.
جدول شماره .2 میزان مقاومت نمونههای تثبیتشده با محلول تبادل یونی در سیکلهای تر – خشک شدن

تعداد سیکل بدون سیکل 1 سیکل 2 سیکل 3 سیکل 4 سیکل
CBR 26.6 15 14.3 12.1 11.6

مشاهده میشود که با افزایش تعداد سیکلهای تر– خشک شدن،مقاومت نمونههای تثبیت شده با محلول تبادل یونی سی بی آرپلاس با روند ملایمی کاهش یافته است. همچنین مشاهده میشود که میزان مقاومت خاک در هر یک از سیکلها بیشتر از مقاومت نمونهی تثبیت نشده هست،که نشانگر اثر بهبودبخشی این محلول در اثر سیکل تر– خشک شدن است.

.3-6-3 تورم سیکلهای تر – خشک شدن نمونه های تثبیت شده و تثبیت نشده

در نمودار شکل 6 به بررسی تأثیر سیکلهای تر – خشک شدن بر روی تورم نمونههای تثبیت نشده و تثبیتشده با محلول تبادل یونی سی بی آرپلاس پرداخته شده است.

شکل . 6 نمودار آزمایش تورم نمونه های تثبیت نشده ی تثبیت شده تحت سیکلهای تر – خشک شدن

در این نمودار مشاهده میشود که روند افزایش تورم در نمونه های تثبیت نشده، با افزایش تعدادسیکلهای تر – خشک شدن، بسیار شدید بوده و این روند در همهی سیکلها صعودی میباشد.در نمونههای تثبیتشده با محلول تبادل یونی سی بی آرپلاس، با افزایش سیکلهای تر – خشک شدن، میزان تورم نیز افزایش یافته است؛اما این روند افزایش در مقایسه با نمونهی تثبیت نشده بسیار کمتر و نیز روند افزایش ملایم تر میباشد. هم چنین در کلیهی سیکلهای تر – خشک شدن میزان تورم نمونههای تثبیت نشده بیشتر از نمونههای تثبیتشده با سی بی آرپلاس میباشد و این اختلاف به خصوص در سیکلهای بالاتر کاملاً مشهود میباشد.

.4-6-3 مقایسه تغییرات مقاومت CBR نمونه های تثبیت نشده و تثبیت شده با تحت سیکل های تر – خشک شدن

6