بخشی از مقاله
خلاصه
فرآیند تثبیت خاک های مسئله دار به عنوان روشی برای اصلاح مصالح نامناسب جهت ارضاء نیازهای طراحی در برخی پروژه های عمرانی بکار می رود. تثبیت خاک ها به منظور دستیابی به افزایش مقاومت برشی و یا کاهش نشست و جابجایی افقی انجام می شود. با استفاده از فن آوری نانو، محصولی ساخته شده که مانند یک لایه روغنی روی ذرات خاک رس را می پوشاند.
این محصول حرکت پذیری و مبادله یونی را کاهش داده و همزمان باعث حذف تمایل جذب سطحی آب توسط ذرات خاک شده، خاک رس را آب گریز می نماید. در این تحقیق پس از تهیه نمونه مناسب خاک و تعیین مشخصات آن، با افزودن مقادیر مختلفی از ماده نانو پلیمر سوپر جاذب CBR PLUS به خاک مورد نظر تغییرات مقادیر رطوبت بهینه، حداکثر وزن مخصوص خشک و مقاومت برشی سه محوری مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس افزودنی سی بی آر پلاس موجب افزایش حداکثر وزن مخصوص خشک حداکثر، افزایش ملایم رطوبت بهینه و افزایش مقاومت برشی خاک با افزایش فشار همه جانبه شده است.
.1 مقدمه
در بسیاری از نواحی، خاک های معینی وجود دارد که کار ساخت پی ها را بسیار دشوار می سازند. خاک های رسی از نقطه نظر ظرفیت باربری و نشست همواره جزء خاک های مسئله دار محسوب می شوند. خاک های رسی چسبنده به علت میل شدید به جذب آب و نگه داشتن آن مشکلات فراوانی در پروژه های عمرانی و به خصوص راه سازی به همراه دارند. بهسازی و تثبیت خاک، روشی است که به منظور بهبود کیفیت مصالح به کار می رود تا مصالحی با مشخصات فنیمناسب به دست آید. برخی خاک ها به علت مشخصات فنی نامطلوب از نوع بد یا نامرغوب محسوب شده و مشکلات زیادی از نقطه نظر فنی و اقتصادی ایجاد می کنند
بررسی ها نشان داده اند که تثبیت خاک های مسئله دار با پلیمرها سبب کاهش شدید در خواص خمیری و افزایش پارامتر چسبندگی می شود. ماده تثبیت کننده استفاده شده دراین تحقیق، یک نوع نانوپلیمر سوپر جاذب به نام CBR PLUS است که درپژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران تهیه میشود. این ماده یک اسید سولفونیک ارگانیک است که پایهی گیاهی از چغندر قند داشته و به تأیید سازمانهای بین المللی فعال در زمینه سلامتی انسان و محیط زیست رسیده است.
این ماده که به صورت مایع غلیظ به رنگ شکلاتی است، دارای مولکولهای پیچیده بوده که از دو جزء سر و دم تشکیل شده اند که سر آن آب دوست و دم آن آب گریز است. برای استفاده، این ماده درمقدار زیادی آب حل شده و با خاک مخلوط میشود
این ماده کارآیی خاک را بالا برده، و وزن مخصوص و مقاومت برشی طیف گسترده ای از رس ها و نیز خاک های سیلتی را افزایش داده و میزان گرد و غبار را در جاده های فاقد روسازی کاهش می دهد
ذرات این نانو پلیمر با استفاده از خاصیت نانوی اعمال شده بر روی آنها به شدت آب دوست میگردند. نانو پلیمر سی بی آر پلاس، بر روی ذرات رس موجود در خاک تأثیر میگذارد و این تأثیر به دلیل کوچک بودن و سطح زیاد ذرات رس است. خاک رس بعد از مخلوط شدن با این پلیمر، لایه هایی تشکیل می دهد که این لایه ها را می توان مانند برگه های کتاب دانستCBR PLUS .[4]، محصولی ترکیبی از مشتقات سنتزی - thio - بوده و یک لایه حفاظتی روغنی روی سطح خاک و ذرات خاک رس را می پوشاند.
این محصول حرکت پذیر یون ها و مبادله آنها را کاهش داده و همزمان با جذب نمودن آب، این مواد را آب گریز می نماید. در نتیجه ماده خاکی کمتر به رطوبت حساس بوده و باعث کارآیی بیشتر و توان فشردگی و به هم پیوستن بهتر ذرات توسط تجهیزات و ماشین آلات عبوری می گردد. بهم پیوستن ذرات به معنی سایش بیشتر داخلی و بهبود ظرفیت باربری است. CBR PLUS، موادی در محدوده ای از خاک رس تا ماسه بادی و مقداری شن را تحت تأثیر قرار می دهد. مواد غیر چسبنده از قبیل ماسه، تنها زمانی می توانند تحت تأثیر قرار گیرند که آنها را با مواد مناسب با خاک رس مخلوط نمود. در هم رفتن بهتر ذرات به معنی اصطکاک داخلی بیشتر، افزایش مقاومت خاک و موفقیت فرآیندی است که قراراست در آن، خاک با ماده سی بی آر پلاس تثبیت شود.
با توجه به نوین بودن استفاده از مواد نانو، تأثیر ماده CBR PLUS بر پارامترهای مقاومتی خاک های تثبیت شده با آن چندان مورد توجه نبوده و بررسی هایی در این زمینه انجام نگرفته است. در این زمینه تنها دو تحقیق، در مقاله هایی تحت عناوین " بررسی استفاده از ماده تثبیت کننده نانو پلیمر CBR PLUS برای ساخت لایه های روسازی راه " و همچنین " تأثیر ماده نانو پلیمر CBR PLUS بر خواص خاک های چسبنده " در ادبیات فنی موضوع منتشر شده است که در آنها نمونه های تهیه شده از منبع قرضه با درصد های مختلفی از این ماده افزودنی، با انجام آزمایش های حدود اتربرگ، تراکم، مقاومت تک محوری، نسبت باربری کالیفرنیا و نفوذپذیری مورد مطالعه قرار گرفته اند
در این مقاله، اثر ماده سی بی آر پلاس بر روی ویژگی ها و خواص مکانیکی یک نوع خاک رس CL با انجام آزمایش های تراکم استاندارد و فشاری سه محوری مورد بررسی قرار می گیرد.
.2 مصالح و روش تهیه نمونه ها
در تحقیق پیش روی، خاک مسئله دار رسی از معدن خاک رس محمود آباد واقع در منطقه خاورشهر در جنوب شرق استان تهران تهیه گردید، که پس ازانجام آزمایشهای شناسایی فیزیکی و مکانیکی بر نمونه خاک شاهد در آزمایشگاه مکانیک خاک دانشکده فنی- مهندسی دانشگاه آزاد تهران مرکزی و همچنین آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک استان تهران، مشخصات کلی آن از نظر پلاستیسیته و دامنه خمیری برای استفاده در این تحقیق، مناسب تشخیص داده شد. این خاکدارای حد روانی %36 و نشانه خمیری %21 می باشد و بر مبنای سیستم طبقه بندی یکنواخت - یونیفاید - در گروه CL - رس با خاصیت خمیری کم - قرار دارد.
همچنین چگالی دانه ها با استفاده از آزمایش توده ویژه برابر 2/76 حاصل شد. مشخصات مهندسی خاک بکر شاهد در جدول 1 نشان داده شده است. از ماده نانو پلیمر CBR PLUS نیز به عنوان ماده تثبیت کننده استفاده گردید، با توجه به اینکه معمولاٌ این ماده در مقادیر کمتر از 10 درصد استفاده می شودو همچنین با توجه به ملاحظات فنی و اقتصادی، مقادیر 3 cc، 4 cc و 5 cc امولسیون نانو در 1000 میلی لیتر آب حل می شود، سپس به ازای هر کیلوگرم از خاک خشک طبیعی، 10 cc از محلول به دست آمده به خاک شاهد به منظور تثبیت اضافه شد.
به منظور فراهم کردن شرایط عمل آوری کافی در آزمایش تراکم استاندارد، بعد از افزودن ماده نانو پلیمر به خاک، نمونه ها به مدت 24 ساعت داخل کیسه پلاستیکی سر بسته نگه داشته شده و سپس به مدت 72 ساعت در هوای آزاد قرار داده شد. پس از این مرحله رطوبت خاک به % 10 رسانده و مخلوط همزده شد. سپس نمونه ها را در قالب ریخته و در 3 لایه با 25 ضربه یکنواخت بوسیله چکش 2/5 کیلوگرمی سطح خاک متراکم میگردد - ارتفاع سقوط چکش 30 سانتیمتر است - .
جدول - 1 مشخصات مهندسی خاک بکر شاهد
.3 برنامه آزمایش ها
آزمایش های تراکم استاندارد و سه محوری بر روی رس CL خالص و رس تثبیت شده با مقادیر مختلف افزودنی نانو پلیمر CBR PLUS انجام گرفتند. جهت تعیین وزن مخصوص خشک حداکثر و رطوبت بهینه، آزمایش تراکم پروکتور استاندارد بر روی نمونه های تهیه شده خاک شاهد عبوری از الک نمره 4 و همچنین نمونه های تثبیت یافته با مقادیر متفاوت نانوپلیمر 3cc/1000cc - ، 4cc/1000cc و - 5cc/1000cc انجام شد
