بخشی از مقاله
چکیده
خاکهای ریزدانه رسدار، با فراوانی گسترده در سطح کشور، مشکلات زیادی در پروﮊههای عمرانی ایجاد کردهاند. یکی از روشهای اصلاح یا بهبود خواص این خاکها، تثبیت با آهک و سیمان می باشد.
تاکنون مطالعات نسبتاﹰ زیادی جهت تثبیت خاکهای مسئلهدار با استفاده از آهک و سیمان انجام شدهاست ]١[ و اخیراﹰ نیز در کشورهای توسعهیافته، ترکیبات شیمیایی جدیدی ابداع و مورد استفاده قرار میگیرد. در این میان، استفاده از میکروسیلیکا و تاثیر آن در بهبود رفتار خاک، بجز مطالعات شیمیایی انجام شده در آمریکا McKennon - 1994 - ، مورد بررسی چندانی قرار نگرفته است. طبق گزارشات این محقق، افزودن میکروسیلیس موجب کم کردن تاثیرات مخرب سولفاتها - همچون افزایش حجم و ترک خوردگی - و نیزکاهش کربناسیون در خاک مورد تثبیت با آهک یا سیمان شده و pH مخلوط را افزایش میدهد ]٢.[ آنچه در این مقاله مورد ارزیابی قرار میگیرد، تاثیر افزودن میکروسیلیکا بر خواص ﮊئوتکنیکی مخلوطهای خاک-آهک و نیز خاک-سیمان میباشد، که از طریق آزمایشهای مکانیک خاکی شامل: حدود اتربرگ، مقاومت فشاری محدود نشده و برش مستقیم مورد مطالعه قرار گرفتهاست. نتایج حاصله، بیانگر تاثیر فوقالعاده میکروسیلیس در افزایش مقاومت فشاری و برشی بودهاست که با توجه به درصد پائین مورد استفاده - حدود ٣ درصد وزن خاک خشک - ، از لحاظ اقتصادی در پروﮊههای با اهمیت، مقرون به صرفه میباشد.
١- مقدمه
کشور ما با داشتن معادن غنی آهک و پتانسیل بالای تولید سیمان، میتواند به عنوان یکی از کشورهای صاحب نظر در زمینه تثبیت خاک با این مواد محسوب شود. با اینکه اخیراﹰ محققین از ترکیبات شیمیایی جدیدی به همراه آهک یا سیمان برای تثبیت خاک استفاده کردهاند]١[، اما هنوز اضافه نمودن میکروسیلیکا و تاثیر آن در رفتار خاک، مورد بررسی چندانی قرار نگرفته است. میکروسیلیس از محصولات فرعی درکارخانههای تولید آلیاﮊ فروسیلیسیم میباشد و در ایران به فراوانی تولید میشود. تا چندی پیش این ماده از دودکش کارخانجات خارج و باعث آلودگی هوا می گردید]٣.[ McKennon - 1994 - ، تحقیقات شیمیایی کاملی بر روی واکنشهای شیمیایی میکروسیلیکا با آهک و خاک انجام داد]٢.[ نتایج این مطالعات، حاکی از این واقعیت بود که میکروسیلیس به عنوان یک ماده بهبود دهنده خواص شیمیایی، در خاکهای مورد تثبیت، قابل استفاده است. پارهای از این نتایج به شرح ذیل میباشند:
- افزودن میکروسیلیکا باعث کاهش شدید آلومینیوم محلول میگردد که موجب کنترل رضایتبخش سولفاتها میشود و از تورم لایههای تثبیت شده جلوگیری میکند.
- افزودن میکروسیلیکا تاثیر بسزائی در کاهش تشکیل اترینگایت - - Ettringite در خاکهای رسی دارای سولفات محلول با غلظت بالا، دارد. تشکیل اترینگایت در زمان سخت شدگیِ مخلوط، باعث افزایش حجم گردیده و موجب ترک خوردگی و آسیب دیدگی خاک تثبیت شده می شود.
- کربناسیون یک پدیده نامطلوب است که در نتیجه عدم واکنش خاک با آهک بوجود میآید. به این ترتیب که CO2 هوا یا خاک با CaO آهک ترکیب شده و باعث بوجود آمدن CaCO3 میگردد.
این مسئله زمانی اتفاق میافتد که رس پوزولانی کافی در ترکیب موجود نباشد. CaCO3 یک ماده پلاستیک است که باعث بالا بردن خاصیت پلاستیسیته ترکیب میشود و از انجام واکنش پوزولانی جلوگیری مینماید]٤[، بنابراین افزودن سیلیس میتواند بعنوان یک پوزولان موجب جلوگیری از کربناسیون و افزایش واکنشهای سمنتاسیون گردد.
- میزان کلسیم محلول با اضافه کردن میکروسیلیکا زیاد میشود و لذا فعالیت پوزولانی افزایش خواهد یافت.
- اضافهکردن میکروسیلیکا به صورت قابل توجهی مقدار pH را افزایش میدهد. با بالا رفتن pH ، سیلیکای خاک از ساختمان ورقهای چهاروجهیاش و آلومینای خاک از ساختمان ورقهای هشت وجهیاش آزاد میشود و انجام واکنشهای پوزولانی سرعت میگیرند. طبق نتایج فوق، تاثیر میکروسیلیس بر خواص شیمیایی خاکهای ریزدانه - مخصوصاﹰ خاکهای سولفاته - کاملاﹰ مشهود میباشد. اما همانطور که میدانیم، یکی از مهمترین اهداف تثبیت خاک، افزایش مقاومت فشاری و برشی میباشد و بدلیل اینکه McKennon و همکارانش شیمیدان محض بودند، هیچگونه تحقیقاتی در مورد تاثیر میکروسیلیکا بر مشخصات ﮊئوتکنیکی مخلوطهای مورد تثبیت انجام ندادند. بنابراین تصمیم بر این شد تا یک سری آزمایشهای مکانیک خاکی شامل حدود اتربرگ، مقاومت فشاری محدود نشده و برش مستقیم، بر روی چنین مخلوطهایی انجام گیرد تا بتوان از میکروسیلیس بهمراه آهک یا سیمان در پروﮊههای اجرائی استفاده نمود. هدف از این تحقیق، مقایسه تثبیت خاک بوسیله
آهک و مخلوط آهک-میکروسیلیکا و نیز مقایسه تثبیت خاک بوسیله سیمان و مخلوط سیمان- میکروسیلیکا بوده است. خاک مورد استفاده در این آزمایشها، تحت استاندارد یکنواخت - - Unified، بصورت - CL رس لایدار با خاصیت خمیری کم - طبقهبندی شد. بر روی این خاک آزمایشهای pH، چگالی ذرات، هیدرومتری، حدود اتربرگ و تراکم پروکتور انجام گردید. جهت تثبیت، از آهک هیدراته - کارخانه آهک صنعتی البرز - و سیمان تیپ II - کارخانه سیمان بجنورد - استفاده شد. تمامی آزمایشهای مقاومت فشاری و برش مستقیم بر روی نمونههایی با تراکم ١٠٠ درصد و دارای رطوبت بهینه صورت پذیرفت. برای حصول به این هدف، تمامی مخلوطهای ساختهشده، مورد آزمایش تراکم پروکتور قرارگرفتند تا وزن مخصوص خشک حداکثر و رطوبت بهینه هریک تعیین گردد]٥.[ Brown - 2000 - ، پیشنهاد کرد، برای تثبیت خاکهای رس لایدار، ٢ تا ٤ درصد و برای تثبیت رس سنگین، ٣ تا ٨ درصد آهک هیدراته - بر حسب وزن خشک خاک - استفاده گردد]٦.[
همچنین Das - 1990 - ، مقدار سیمان مورد نیاز جهت تثبیت خاکِ CL را ٨ الی ١٣ درصد وزن خاک خشک عنوان میکند]٧.[ با توجه به این دانستهها، نمونههای استوانهای خاک بهمراه درصدهای مختلف آهک یا سیمان تحت آزمایش مقاومت فشاری محدود نشده قرار گرفت که از آنجا مقدار بهینه آهک و سیمان بهترتیب ٤ و ٨ درصد بر حسب وزن خاک خشک بدست آمد. McKennon - 1994 - ، میزان مصرف میکروسیلیکا را حدود ٢/٠ الی ٦ درصد وزن خاک خشک، عنوان میکند که توصیه کرده است این مقدار در محدوده ٣/٠ الی ٣ درصد باشد]٢.[ لذا در این تحقیق از ١ ، ٣ و ٥ درصد میکروسیلیس برحسب وزن خاک خشک استفاده گردید. توضیحات فوق را میتوان در جدول١ خلاصه نمود.
نمونههای ساختهشده در ٢ کیسه نایلونی قرار گرفته و تا رسیدن به سن مورد نظر مراقبت میشدند. سپس بر روی آنها در سنین مختلف آزمایشهای مقاومت فشاری محدود نشده و برش مستقیم صورت گرفتهاست.
٢-آزمایشهای حد روانی و حد خمیری
