بخشی از مقاله
خلاصه
دراین پژوهش خواص مکانیکی خاکهای سیلتی به روش تثبیت با استفاده از پلیمر امولسیونی اصلاح شده است. نمونههای خاک با مقادیر متفاوت پلیمر 0 - تا 10 درصد وزنی نسبت به خاک خشک - مخلوط شدند. پس از خشک شدن در بازه های زمانی گوناگون مقاومت فشاری تک محوره و ظرفیت باربری کالیفرنیا - CBR - آن ها بررسی شده است.
نتایج نشان داد که با افزودن پلیمر به خاک چگالی خشک خاک و درصد رطوبت بهینه نسبت به حالت بدون پلیمر کاهش مییابد؛ با افزایش درصد پلیمر، چگالی و درصد رطوبت کاهش بیشتری مییابد. افزودن پلیمر باعث افزایش چشمگیری در مقاومت فشاری خاک بعد از گذشت حدود 2 ساعت - زمان گیرش اولیه پلیمر - گردید، همچنین میزان ضریب باربری کالیفرنیا - CBR - برای خاک با درصدهای مختلف پلیمر - 0 تا 5 درصد - محاسبه گردید. مقاومت فشاری خاک قبل از این زمان کاهش مییابد و این روند کاهشی، با افزایش درصد پلیمر، بیشتر میشود.
1. مقدمه
در شهرها ومناطق حاشیه ی کویرها، معضل غبار و ریزگردها در مناطقی دورتر از محل های تشکیلشان، بر زندگی انسان ها تاثیر می گذارند. خاک های سست که با هر تند بادی از جای خودکنده شده و به سویی پراکنده می گردند، سیلت نامیده می شوند. ذرات این خاک، گرد گوشه بوده و اندازه آنها بین0/075 تا 0/002 میلیمتر متغیرمی باشد. به لحاظ ماهیت ذاتی این خاکها، چسبندگی بین ذرات آن کم است و نیز به علت گرد گوشه بودن، ذرات به راحتی روی هم سر می خورند ویا به وسیله آب و باد جابجا می شوند و مشکلاتی را از قبیل کم بودن ظرفیت باربری و ناپایداری در برابر فرسایش فراهم می کنند. برای جلوگیری از حرکت سیلتها وافزایش توان باربری این خاک ها دو راهکار وجود دارد:
-1افزایش اندازه ذرات و وزن آنها. -2افزایش چسبندگی بین ذرات. استفاده از مصالح چسباننده مانند سیمان،آهک، قیر،الیاف وسرباره ها می تواند هردو خواسته را برآورده نموده ونقیصه و ضعف این خاک ها را تا حدود زیادی برطرف نماید.[1] به این عملیات اتصال ذرات خاک به همدیگر تثبیت خاک گفته می شود
. این عملیات مشخصات ژئوتکنیکی خاک را برای رسیدن به هدفی خاص، بهبود میبخشد. مشخصات ژئوتکنیکی شامل استحکام، شکلپذیری، نفوذپذیری، دوام وپایداری خاک میباشد که بسته به نوع خاک و پروژه، ماده ی تثبیت کننده برای آن مشخص میشود. تحقیقات اولیه انجام شده بر روی تثبیت خاک با مصالح سنتی به زمان جنگ جهانی دوم بازمیگردد. در روشهای سنتی از موادی همچون آهک، سیمان، قیر، سرباره زغال سنگ، خاکستر بادی و الیاف استفاده میشود
کاربرد هریک از مواد فوق برحسب نحوه استفاده تعیین می گردد ومزیت قابل توجهی نسبت به یکدیگر برای آنها نمی توان برشمرد. مثلأ از آهک، بیشتر برای تثبیت خاکهای رسی استفاده میشود؛ چون با افزودن آهک به رس واکنش-های متعددی بسته به نوع کانیهای رسی، خلوص آهک، شرایط و زمان عمل آوری و غیره به وقوع میپیوندد.
این واکنشها به ویژه واکنش پوزولانی باعث تغییر بافت کریستالی خاک رس و ترکیب شیمیایی کانیها شده و در نتیجه تغییرات قابل توجهی در خواص فیزیکی و رفتار مکانیکی خاک ایجاد مینمایند. به طور کلی هر خاکی که عاری از مواد شیمیایی نظیر سولفاتها و مواد آلی باشد قابلیت تثبیت شدن با سیمان را دارد. در اکثر فعالیتهای عمرانی از سیمان پرتلند نوع یک استفاده میشود. مکانیزم تثبیت خاک با سیمان شبیه مکانیزم تثبیت خاک با آهک است با این تفاوت که در تثبیت خاک با آهک بخشی از مواد پوزولانی برای فعل و انفعالات شیمیایی خاک با آهک از طریق خاک تامین میشود در صورتی که مواد پوزولانی برای تثبیت خاک با سیمان به صورت بالقوه در سیمان وجود دارد و لزوما نباید از طریق خاک تامین گردد. مقاومت خاکهای تثبیت شده با سیمان به مرور زمان افزایش مییابد. این افزایش مقاومت در روزهای اول با سرعت بیشتری انجام شده و سپس با گذشت زمان از سرعت ازدیاد مقاومت خاک تثبیث شده کاسته میشود.
سرباره یک ماده پوزولانی است که میتوان در تثبیت خاک از آن استفاده کرد. سرباره دارای ترکیبات سیلیکون و آلومینیوم است و زمانی که با آهک و آب مخلوط میشود بهصورت یک توده سخت درمیآید که میتواند مقاومت فشاری بالایی ایجاد نماید. سرباره محصولی از نیروگاههای برق با سوخت زغال سنگ میباشد
دربیشتر موارد، افزودن الیاف به خاک، افزایش قابل توجهی در پایداری خاک در مقابل شرایط مختلف به همراه دارد. مطالعات گذشته نشان می دهد افزودن الیاف بطور قابل توجهی مقدارCBR ماسه و رس مسلح را بدون هیچ نشانی از شکست بعد از آزمایش افزایش داده ونشست ناگهانی خاکهای منبسط شونده را کاهش می دهد. مقاومت کششی ازجمله مهمترین خصوصیات الیاف می باشد که منجر به افزایش مقاومت کششی خاک می شود.
از سال 1980 تا کنون تثبیت خاک با مواد شیمیایی، جایگاه ویژه ای پیدا نموده و اجرای آسان وسرعت بالای بکارگیری آن مزیتی نسبت به مواد تثبیت کننده قدیمی محسوب می شود. اخیرا استفاده از پلیمرهای امولسیونی در تثبیت خاکها مطرح شده که نسبت به سایر مواد تثبیت کننده دارای مزایای زیر میباشد:
1. پلیمر امولسیونی با آب رقیق میشود و با محیط سازگاری بیشتری دارد.
2. در درصد وزنی بسیار کم، نتایج مفید و موثری نسبت به سایر موارد مشابه دارد.
3. روش استفاده از آن آسان است و نیاز به عملیات قبلی و بعدی مانند حرارت دهی ندارد.
4. به دلیل استفاده از آن در درصدهای وزنی بسیار کم در مجموع نسبت به سایر روشها اقتصادیتر است.
لذا در این پژوهش اثر پلیمرامولسونی بر روی خواص سیلت مورد بررسی قرار گرفته است.
2. مواد مصرفی
1 . 2 خاک
خاک سیلت استفاده شده در این پروژه،دارای خاصیت خمیری کم بوده که ازمناطق جنوبی سبزوار، محل تجمع سیلت های بادرفتی استخراج شده و به طور گسترده در سنگ فرش کردن پیاده روها استفاده می شود. چگالی نسبی این خاک Gs=2/7 و چگالی ظاهری آن 1/4 گرم بر سانتیمترمکعبv است. همچنین این خاک دارای حد روانی و نشانه خمیری 16/94 درصد می باشد که با انجام آزمایش پروکتور و بدست آمد. این خاک که از الک شماره 100 گذرانده شده ومورد آزمایش قرار گرفته دارای نمودار دانهبندی مطابق شکل 1 و نحوهی توزیع ذرات مطابق جدول 1 میباشد.
جدول -1 توزیع دانهبندی خاک مورد استفاده
شکل -1 منحنی دانهبندی خاک مورد استفاده در پژوهش
2 . 2 مواد شیمیایی
ماده شیمیایی مورد استفاده برای اصلاح خاک سیلتی در این پژوهش پلیمر پلی وینیل استات با حدود 50 درصد ماده جامد در محیط آب می باشد. پلی وینیل استات یک ماده پلیمری است که از پلیمراسیون رادیکال های آزاد وینیل با منشاء مونومر وینیل استات بدست می آید. این ماده برای اولین بار توسط فریتز کالاته در آلمان در سال 1912 کشف و ساخته شد. این ماده در تجارت و صنعت با نام اختصاری PVAc شناخته می شود که ساختار شیمیایی مونومرهای آن در شکل 2 و مشخصات آن در جدول 2 آمده است.
شکل -2 ساختار شیمیایی منومرهای مورد استفاده در پلیمرامولسیونی
