بخشی از مقاله
خلاصه
بهبود کیفیت خاكها از دیرباز مورد توجه مهندسان عمران قرار گرفته است. ازجمله راهکارهاي جدید براي بهبود خواص مقاومتی خاك، افزودن پلیمرهاي مایع براي تثبیت آن میباشد. مقاله حاضر به بررسی و اندازهگیري تاثیر متغیرهایی نظیر نوع دانهبندي خاك، درصدهاي متفاوت پلیمر و رطوبت و طول زمان بر رفتار مقاومتی خاك تثبیت شده با پلیمر پلیوینیلاکریلیک پرداخته است. نتیجه شاخص این آزمایشها تاثیر پارامترهاي ذکر شده بر مقاومت خاك تثبیت شده میباشد. نمونههاي آزمایشگاهی، از استوانههایی با قطر 3/5 و ارتفاع 7 سانتیمتر ساخته شدهاند. آزمایشها نشان داد افزودن پلیمر به خاك سبب افزایش خواص مقاومتی خاك مورد نظر میشود.
1. مقدمه
خاكهاي دانهاي خصوصاً رسوبات ماسه بادي که از مهمترین رسوبات محیطهاي کویري هستند، از جمله خاكهاي مسألهداري میباشند که در نقاط زیادي از ایران و و سایر نقاط جهان مشاهده میشوند. خصوصیات مقاومتی کم، ظرفیت باربري پایین و نفوذپذیري بالاي آنها باعث شده است که این خاكها گزینه مناسبی به عنوان تکیهگاه براي سازهها یا به عنوان زیراساس براي راهها نباشد
. به دلیل پراکندگی زیاد این خاكها، استفاده از آن یا جایگزینی با مصالح بهتر گزینههاي مطرحشده میباشند، لذا در چنین شرایطی تثبیت این خاكها با استفاده از روشهاي متفاوت مورد بررسی و ارزیابی قرار میگیرد، که در صورتیکه مصالح مناسب در فواصل نزدیک به محل موجود نباشد، موجب صرفه جوئی اقتصادي در این پروژهها میگردد.
1-1 مروري بر سوابق تحقیق
استفاده از پلیمرهاي آلی طی سالهاي اخیر اهمیت فراوانی یافته است و این پلیمرها توانایی خود را براي آنکه به عنوان مادهي افزوده براي تثبیت خاك استفاده شوند، نشان دادهاند. افزایندههاي خاك گوناگونی براي فراهم آوردن افزایش مقاومت خاك، تثبیت دانههاي خاك، نفوذپذیري خاك و همینطور با هدف محدود نمودن جذب آب، فرسایش خاك، از دست دادن رطوبت و نشت آب به وجود آمده است.
با مروري بر تحقیقات میبینیم که بررسیهاي صورتگرفته بر روي پایدارهاي سنتی مانند آهک، سیمان، خاکسترکوره و... در برابر بررسیهاي انجام شده در رابطه با پایدارسازهاي نوین بسیار بیشتر است. اثر تعدادي از این افزاینده و اصلاحکنندهها بر روي مقاومت فشاري ماسه بادي بررسی و مطالعه شده است. خاكهاي ماسهاي با رزین اوره فرمالدهید - ًس - به همراه عامل اتصال عرضی که براي جلوگیري از شسته شدن رزین - ًس - در میان خاك ماسهاي که با کاهش حلالیت آن به صفر صورت میگیرد، تحکیم شدند. براي مثال لایههاي ماسه با رزین - ًس - و به همراه مقادیر متغیري از اسید کلریدریک، آلومینیوم و اسید سولفونیک به عنوان عامل اتصال عرضی تحکیم و سخت شدند
تزریق رزینهاي - ًس - به همراه محلول اسید سولفوریک به عنوان عامل اتصال عرضی در خاكهاي ماسهاي مقاومت فشاري برابر با لععَش 2/5 را فراهم آورد .[2] به طور مشابه تیمار خاكهاي ماسهاي با رزینهاي - ًس - با غلظت معین 9 درصد نسبت به وزن خاك خشک به همراه منوهیدرات فسفات هیدروژن کلسیم به عنوان عامل اتصال عرضی، مقاومت فشاري تک محوري برابر با لععَش 11/4 تا لععَش 12/0 را فراهم ساخت .[3] رزینهاي آبی - ًس - با ئهل و ئهخدش مقاومت فشاري برابر با لععَش 1/86 را فراهم نمود .
ساختارهاي بر پایه الکیل اکریلات1 وقتی بر تودهاي از ماسه افشانیده شد، مقاومت فشاري برابر با لععَش 18/0 فراهم ساخت .[5] پلی وینیل استات، پلیمرهاي وینیل و پلیمرهاي اکریلیک به ترتیب مقاومتهاي 0/3792، 0/2758و لععَش 0/3310 زمانیکه به ترتیب به میزان 1/2 درصد، 1/44 درصد و 1/57 درصد به نسبت وزن ماسه افزوده شده بود، را فراهم کردند .[6] اوره فرمالدهید و پلی وینیل الکل همراه با یک اسید به خاك زیر سطح در محل، همانند دوغاب به نسبت 3/57 درصد نسبت به وزن خاك تزریق شد، که مقاومت فشاري لععَش 0/67 تا لععَش 1/04 فراهم کرد .
بیان آنکه مقاومت فشاري محدود نشده براي ساخت زیرسازي راه لععَش 1/75 میباشد، گزارش شده است .[8] یک تجربه آزمایشگاهی براي ارزیابی اثر دو ماده که براي تسریع افزایش مقاومت فشاري خاك ماسه لاي دار که با تثبیتگرهاي نوین پایدار شد. نمونههاي خاك ماسه لاي دار با تثبیتگرها مخلوط شدند و بعد از یک و هفت روز عملآوري تحت شرایط خشک و تر آزمایش شدند .
تاثیر تعدادي مواد پلیمري در افزایش مقاومت خاك ماسهاي در برابر فرسایش ناشی از باد و آب مطالعه شد، که این پلیمرها بوتادین- استیرن، پلیوینیلاستات و پلیمرهاي اکریلیک بودند .
مطالعه بر روي دو نوع فرمالدهید که براي مقایسه به میزان 0 تا 5 درصد وزن ماسه به آن اضافه شد، انجام گرفت، که نشان داد حتی استفاده از مقادیر کم نیز جواب بسیار خوبی میدهد. بهطوريکه مقاومت فشاري غیر محصور براي افزودن پلیمر 2 درصد، لععَش 2/4 میدهد
در این مطالعه میزان تأثیر آنزیم بر پایه اندازهگیريهاي آماري روي تغییر در مقاومت لBه، صلبیت خاك و مدول خاك ارزیابی میشود، تستهاي آزمایگاهی تحت استاندارد آشتو صورت می گیرد. مقاومت خاك با درصد زیادي ریزدانه تغییر چندانی نکرد، ولی خاك با 30 درصد ریزدانه، 140 درصد افزایش مقاومت داشت.
افزایش در شرایط خشک بیشتر از شرایط تر بوده است .[12] جهت پایدارسازي خاك لاي براي کاربري راهها یک تثبیت گر جدید بهکار برده شد. تا کارایی این خاك را افزایش دهد. که به میزان 4درصد وزن خاك به آن اضافه شد. براي آزمایش از تست فشاري غیرمحصور استفاده شد. آزمایش در محل انجام گرفته، درستی نتایج را اثبات نمود. ماده مورد نظر مقاومت اولیه، سختی و نگهدارندگی آب را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد و تغییر شکل انقباضی را کاهش میدهد .
آزمایشهایی بر روي عملکرد برخی مواد پلیمري از جمله پلی وینیل اکریلیک به عنوان تثبیت کننده بر روي خاك ماسهاي انجام گرفت. اساس این تحقیقات روي مقاومت فشاري نمونههاي تثبیت شده بود. نتایج نشان داد که با کاربرد پلی وینیل اکریلیک مقاومت فشاري افزایش مییابد، بهطوريکه با کاربرد 1/57 درصد پلیمر نسبت به وزن ماسه، مقاومت فشاري از لععَش 0/016 به لععَش 0/331 میس رسد .
مقاومت گسیختگی و مقاومت در برابر فرسایش باد براي چهار نوع تثبیتکننده ماسه ارزیابی شد. این تثبیتگرها عبارت از امولسیون پلی وینیلل الکل، امولسیون پلی وینیل استات، مخلوط کلرید سدیم با شیشه مایع و مخلوط اوره و شیشه مایع بودند. در آزمایشهاي میدانی پوسته سخت شده توسط پلیوینیلاستات، الاستیک است، در صورتیکه پوسته سخت شده با مخلوط کلرید سدیم و شیشه مایع، سخت و شکننده می باشد
مهمترین هدف این مقاله ارائه و بحث در مورد ارزیابی کارآیی یکی از افزودنیهاي خاکی نوین، با توجه به اثر آن روي مقاومت فشاري ماسه بادي است.
2. مواد مصرفی و شیوه آزمایش
در ابتدا مشخصات پلیمر و سپس خاكهاي مورد استفاده در تحقیق حاضر، به منظور بررسی اثر پلیمر بر روي خاكهاي معرفی شده ذکر خواهد شد.
1-2 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پلی وینیل اکریلیک و کاربرد آن
پلیوینیلاکریلیک به دلیل ساختار شیمیایی متشکل از مولکولهاي آرایش یافته در یک زنجیره نسبتاً مستقیم که از عرض داراي پیوندهاي جانبی با زنجیرهاي مجاور میباشند و تشکیل یک شبکه مولکولی را میدهند؛ در مقایسه با ساختارهاي مولکولی روغنها، قیر امولسیونی و ... داراي ساختار شیمیایی یکنواختتري است. امولسیون پلیمر پلیوینیلاکریلیک سطح خاك را به صورت یک غشاء چسبنده در میآورد، که به وجود آمدن گرد و غبار و همینطور فرسایش خاك را به تاخیر میاندازد و از آن جلوگیري میکند. این پلیمر در صنایع، استخراج معادن براي کنترل گرد و غبار و جلوگیري از فرسایش و بهبود رفتار خاك در راههاي حمل مصالح تا کارگاه و دپوها و زیر اساس راهها مورد استفاده قرار میگیرد.
2-2 معرفی خاكهاي مصرفی
در این تحقیق خاك ماسه بادي مورد نظر از منطقه کویري از اطراف کاشان، خاك ماسه مصنوعی از ماسه ریختهگري و ماسههاي درشت از دانههاي ماسه شکسته موجود در آزمایشگاه تهیه شده است. براي شناخت بیشتر نحوه دانهبندي این خاكها، آزمایش دانهبندي طبق استانداردانجام شد و نتایج آن در شکل 1 مشخص است. همانطور که در شکل میبینیم اکثر ذرات تشکیل دهنده این خاكها هماندازه بوده - توزیع دانهبندي یکنواخت بوده است - و ذرات ریزدانه در آنها بسیار کم است، به همین دلیل این نوع خاكها داراي خاصیت خمیري نیستند و نیازي به انجام آزمایشس هاي تعیین حدود اتربرگ ندارند.
شکل –1 منحنیهاي توزیع دانهبندي خاكهاي مصرفی
3. شیوه آزمایش
هدف از انجام عملیات تثبیت، اصلاح خواص فیزیکی و مکانیکی خاكهاي ماسهاي با افزودن پلیمر مورد نظر میباشد. اصلاح این وضعیت در تحقیق حاضر طی آزمایشهاي زیر مورد بررسی قرار گرفته است.
1. تعیین دانسیته خشک حداکثر، با توجه به غلظتهاي مختلف محلولهاي ساخته شده و مقایسه با حالت بدون پلیمر
2. تعیین زمان گیرش بهینه پلیمر مورد نظر با توجه به مقاومت فشاري حداکثر بهدست آمده
3. مقایسه مقاومت فشاري حداکثر بهدست آمده بر اساس دماي اتاق و دماي گرمخانه
4. تعیین مقدار رطوبت بهینه با توجه به مقاومت فشاري حداکثر بهدست آمده
1-3 روش آمادهسازي و عملآوري نمونه
آمادهسازي نمونهها به ترتیب -1 آمادهکردن خاك، -2 ترکیب پلیمر مایع با خاك، -3 آماده کردن نمونهي استوانهاي در داخل قالب -4 دادن فرصت کافی براي گیرش - قرارگیري به همراه قالب در محیط اتاق و سپس بدون قالب در تماس با هوا و همچنین قرارگیري به همراه قالب در گرمخانه 60
درجه - ، پلیمر مورد استفاده براي ترکیب با خاك نیاز به رقیق سازي، قبل از اختلاط با خاك دارد. آزمایشهاي ذکر شده با نمونههایی به قطر داخلی 3/5 و ارتفاع 7 سانتیمتر - نسبت ارتفاع به قطر - 2 مطابق با استاندارد زنسخخذلخ ق1حA با درصدهاي مختلف پلیمر انجام شد. قالب نمونهها از استوانهاي از جنس پلیکا ساخته شد. نمونههاي تک محوري با ابعاد ذکر شده ساخته و آماده شدند. براي افزایش دقت در نتایج، نمونهها با تکرارپذیري 3 مرتبه، ساخته و مورد آزمایش قرار گرفتند.
در این روش خاك مورد نظر در سه لایه با ضخامت یکسان در قالبهاي مورد نظر ریخته شده و با توجه به نتایج حاصل از نوع شکست در دستگاه تک محوري ترتیب 30، 40 و 50 ضربه به ترتیب براي لایه هاي اول تا سوم در نظر گرفته شد؛ بدینگونه که بعد از بررسی کلیه تراکمهاي مختلف که از نظر شکست صورت گرفت. نمونهاي که در هر سه لایه با 30 ضربه متراکم شد، منجر به شکست تنها در لایه بالایی شد، که احتمال تراکم ضعیفتر در این لایه را نشان میداد
