بخشی از مقاله
تاثیر میکروسیلیس بر مقاومت و تورم پذیری خاک مارن تثبیت شده با آهک
خلاصه
مارن یک اصطلاح برای نهشته هایی هست که از ترکیب رس و کربنات کلسیم تشکیل شده اند.خاک مارن جوانمعمولاًدارای مقاومت وظرفیت باربری کم و مشکلات تورمی است.یکی از راههای مقابله بامشکلات خاک مارن،تثبیت آن می باشد. درتثبیت خاک استفاده ازآهک بسیار متداول است؟ امروزه در کنار آهک از مواد شیمیایی دیگری برای تثبیت خاک استفاده میشود که در این میان استفاده از میکروسیلیس مورد بررسی چندانی قرار نگرفته است. آنچه در این مقاله مورد ارزیابی قرار می گیرد، تاثیر افزودن میکروسیلیس بر خواص مقاومتی و تورمی مخلوط خاک-آهک می باشد. در این تحقیق ، ابتدا خاک مارن با درصدهای مختلف آهک تثبیت شده و درصد مناسب آهک از نظر اقتصادی و مقاومتی که برای خاک مورد آزمایش حدود 4 درصد بود، تعیین گردید. سپس به مخلوط خاک با آهک مناسب ، درصدهای مختلفی از میکروسیلیس اضافه شده و تحت آزمایش حدود اتربرگ، آزمایش مقاومت تک محوری، آزمایش CBR و اندازه گیری تورم قرار گرقت. آزمایش فشاری تک محوری با کنترل کرنش انجام گرفته وآزمایش CBR به دو صورت خشک و اشباع صورت پذیرفت. نتایج آزمایش ها نشان میدهد که اضافه کردن میکروسیلیس باعث کاهش تورم خاک ، افزایش مقاومت فشاری، افزایش CBR خاک و در نهایت موجب بهبود خصوصیات خاک مارن می گردد.
کلمات کلیدی: تثبیت، میکروسیلیس، آهک، مقاومت، تورم.
1. مقدمه
خاک مارنمعمولاً دارای مقاومت و ظرفیت باربری کم و مشکلات تورمی می باشد ؟یکی ازراههای مقابله با مشکلات این نوع خاک، تثبیت خاک است ؟تثبیت خاک شامل فعالیتهایی است که در نتیجه آنها مشخصات مهندسی خاک بهبود یافته و به ویژگیهای مورد نظر نزدیک می شود ؟این اقدامات باعث افزایش مقاومت، کاهش تورم، کاهش نفوذپذیری، افزایش کارایی و اثرات بسیار سودمند دیگر می گردد[1]؟
کشور ما با داشتن معادن غنی آهک می تواند به عنوان یکی از کشورهای صاحب نظر در زمینه تثبیت خاک با این ماده محسوب شود . با اینکهاخیرًا محققین از ترکیبات شیمیایی جدید ی به همراه آهک برای تثبیت خاک استفاده کرده اند، اما هنوز اضافه نمودن میکروسیلیس و تاثیر آن در رفتار خاک، مورد بررسی چندانی قرار نگرفته است. [2] میکروسیلیس از محصولات فرعی درکارخانه های تولید آلیاژ فروسیلیسیم می باشد و در ایران به فراوانی تولید می شود. میکروسیلیس با متراکم کردن گازهای آزاد شده از کوره ها که حجم بسیار زیاد این گازهاSio2 می باشد به صورت ذرات بسیار ریز و گرد تولید می شود. تا چندی پیش این ماده از دودکش کارخانجات خارج و باعث آلودگی هوا می گردید.[3]
در سال 1994 تحقیقات شیمیایی کاملی توسط مک کنون و همکارا نش بر روی واکنش شیمیایی میکروسیلیس با آهک و خاک انجام گرفت. نتایج این تحقیق حاکی از این واقعیت بود که میکروسیلیس به عنوان یک ماده بهبود دهنده خواص شیمایی، در خاک های مورد تثبیت قابل استفاده است. مک کنون((1994، میزان مصرف میکروسیلیس را حدود 0/2 تا 6 در صد وزن خاک خشک عنوان می کند که توصیه کرده است این مقدار در محدوده 0/3 تا 3 در صد باشد.[4]
برای تثبیت خاک از آهک صنعتی و میکروسیلیس استفاده شده است.آهک مورد استفاده که محصول کارخانه آذرشهر می باشد،آهک صنعتی از نوع شکفته می باشد. میکروسیلیس مورد استفاده در این تحقیق، نیز از محصولات شرکت فروسیلیس ایران می باشدمیکروسیلیس. عمدتاً، ذرات شیشه ای گرد مانند با سطح صاف می باشد که از نظر رنگ ، بیشترین رنج از سفید تا خاکستری تیره می باشد و سطح ویژه ذرات آن تقریبا 20000 m2/kg می باشد. اندازه ذرات میکروسیلیس در حدود 0/1 میکرون می باشد که این اندازه در حدود 0/01 اندازه ذرات سیمان می باشد.میکروسیلیس ها معمولا دارای بیش از 90% اکسید سیلیس (Sio2) می باشد. خصوصیات شیمیایی میکروسیلیس و آهک در جداول 1 و 2 آورده شده است.
جدول -1 در صد ترکیبات شیمیایی موجود در میکروسیلیس
جدول -2 در صد ترکیبات شیمیایی موجود در آهک
با انجام آزمایشهای شناسایی اولیه، خاک طبیعی در سیستم یونیفاید به صورت CH طبقه بندی شد . بر روی نمونه های ساخته شده از مخلوط خاک - آهک - میکروسیلیس، یک سری آزمایشهای مکانیک خاک شامل آزمایش تراکم استاندارد،آزمایش حدود اتربرگ، آزمایش PH، مقاومت تک محوری، آزمایش CBR و اندازه گیری تورم انجام گرفت تا بتوان استفاده از میکروسیلیس بهمراه آهک در پروژه های اجرائی رامورد ارزیابی قرار داد .تمام آزمایشهای مقاومت تک محوری و CBR بر روی نمونه هایی با تراکم 100 درصد و دارای رطوبت بهینه صورت پذیرفت . برای حصول به این هدف، تمامی مخلوط های ساخته شده، مورد آزمایش تراکم پروکتور قرارگرفتند تا وزن مخصوص خشک حداکثر و رطوبت بهینه هریک تعیین گردد.
در این تحقیق به خاک مارن، آهک و میکروسیلیس اضافه شده است. ابتدا خاک مورد نظر به صورت خشک با درصدهای مختلف آهک، مخلوط شده و درصد بهینه آهک را بدست آوردیم، درصدهای آهک استفاده شده برابر4 درصد، 6 درصد و 8 درصد آهک می باشد که 4 درصد آهک به عنوان درصد آهک بهینه تعیین گردید. سپس در صدهای مختلف میکروسیلس به مخلوط خاک طبیعی-درصد آهک بهینه اضافه شده است، درصدهای میکروسیلیس اضافه شده به مخلوط خاک طبیعی-درصد آهک بهینه برابر با 1 درصد، 3 درصد و 5 درصد میکروسیلیس می باشد. درصد مواد موجود درهر ترکیب و مشخصات نمونه های آزمایش با یک علامت اختصاری مشخص شده است که در جدول 3 آورده شده است.
نمونه های ساخته شده در 2 کیسه نایلونی قرار گرفته و تا رسیدن به سن مورد نظر عمل آوری شدند .سپس بر روی آنها در سنین مختلف آزمایشهای مقاومت فشاری تک محوری، آزمایش CBR و اندازه گیری تورم صورت گرفته است.
جدول-3 مشخصات و علامت اختصاری نمونه های آزمایش
2. آزمایش حد خمیری و حد روانی
نحوه انجام آزمایش به این ترتیب است که ابتدا خاک و آهک و یا میکروسیلیس با یکدیگر به خوبی مخلوط شده و به آن آب اضافه می شود، پس از آن مخلوط حاصل به مدت 1 ساعت به همان حالت شل به حال خود رها گردیده تا واکنش های آنی به وقوع بپیوندند، سپس تحت آزمایش حدود اتربرگ قرار می گیرد.[5] در این آزمایش برای تهیه نمونه ها از درصدهای مختلف آهک و میکروسیلیس استفاده شده و برای هر نوع مخلوط 3 بار آزمایش حد روانی و حد خمیری انجام گرفت.
در اشکال1 تا 4 ، تاثیر افرودن آهک و میکروسیلیس بر حدروانی ونشانه خمیری نشان داده شده است. نتایج بیانگر این است که با افزایش میکروسیلیس و آهک، حد روانی و نشانه خمیری کاهش می یابد و موجب بهبود خصوصیات خمیری خاک میگردد.علت کاهش پلاستیسیته خاک پس از اختلاط با آهک و میکروسیلیس، تبادل کاتیونها و درشت دانه شدن بافت آن می باشد.
4. آزمایش مقاومت فشاری تک محوری
برای آزمایش مقاومت فشاری تک محوری، نمونه ها با ترکیبات مختلفی که در جدول شماره 3 آورده شده است، در زمان های 2 روزه، 7 روزه و 28 روزه، عمل آوری شده وتحت آزمایش قرار گرفتند. سرعت حرکت دستگاه 1/6میلیمتر بر دقیقه انتخاب گردید . تمامی نمونه های مورد آزمایش به حالت مورب گسیخته شدند .برای کنترل نتایج از هر ترکیب 2 نمونه استوانه ای ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفت.
معمولا بلافاصله بعد از افزودن آهک به خاکهای واکنش دار، مقاومت آنها به میزان محسوسی افزایش می یابد . با افزودن آهک به خاک، یون های کلسیم آهک جایگزین یون های با ظرفیت کمتر موجود در خاک می شوند ، این تبادل یونی منجر به اصلاح خواص خمیری خاک می گردد. PH بالای محیط خاک تثبیت شده با آهک، قابلیت حل شدن و واکنش پذیری سیلیکات و آلومینات موجود در ذرات رس را افزایش می دهد و با انجام واکنش پوزلانی بین یونهای کلسیم و سیلیکاتها عناصر پایداری نظیر سیلیکاتهای کلسیم و آلومیناتهای کلسیم تشکیل می شود . این ژل های هیدراته تولید شده ، همانند چسب طبیعی عمل نموده و باعث افزایش مقاومت و دوام خاک تثبیت شده با آهک می شود. [6] همچنین میزان کلسیم محلول با اضافه شدن میکروسیلیس به خاک زیاد شده ولذا باعث افزایش فعالیت پوزولانی می گردد، به همین دلیل افزودن میکروسیلیس به عنوان یک پوزولان، باعث افزایش مقاومت فشاری خاک تثبیت شده می گردد.[2]
