بخشی از مقاله
چکیده
تثبیت خاک رایج ترین روش بهبود زمین است که برای بهبود خواص مشکل ساز خاک مورد قبول می باشد. این تحقیق نشان می دهد که یک سری تست های آزمایشگاهی برای ارزیابی اثر الیاف تفاله ی نیشکر وآهک هیدراته علاوه بر خواص مهندسی و رفتار انقباض-تورم خاک های متورم شونده ی تثبیت شده انجام می شود. الیاف تفاله ی نیشکر مواد زاید صنعتی است که محصول باقی مانده از له شدن نیشکر برای عصاره گیری می باشد که در این تحقیق به عنوان ترکیبات مسلح کننده برای تثبیت خاک متورم شونده استفاده می شود.
خاک های متورم شونده که در این تحقیق استفاده شد از کوئینلند استرالیا جمع آوری شد. برای بررسی اثر الیاف تفاله ی نیشکر بر رفتار مهندسی خاک متورم شونده، نسبت های توزیع شده ی الیاف تفاله ی نیشکر به طور تصادفی به 0/5، 1 و 2 درصد تغییر کرد که به خاک متورم شونده و خاک های متورم شونده ی آهکی هیدراته مخلوط با نسبت های مختلف الیاف تفاله ی نیشکر اضافه شد، و مورد بررسی قرار گرفت.اگرچه مجموعه ای از تست های آزمایشی بر روی نمونه خاک های متورم شونده ی بهسازی شده و نشده انجام شده است، فقط نتایج انقباض خطی، تست های مقاومت فشاری تک محوری - UCS - پس دوره های مختلف عمل آوری3، 7 و 28روزه در این مقاله ارایه می شود.
سایر نتایج در ادامه ی بررسی مشخص شده است. یافته های این تحقیق نشان می دهد که تقویت الیاف تفاله ی نیشکر مخلوط با آهک هیدراته، مقاومت فشاری خاک متورم شونده را با زیاد شدن زمان عمل آوری و مواد افزودنی افزایش می دهد در حالی که انقباض خطی خاک های متورم شونده ی تثبیت شده، با افزایش آهک هیدراته و نسبت های تفاله ی نیشکر و زمان عمل آوری کاهش می یابد. براساس نتایج تست آزمایشگاهی منطقی ملاحظه می شود که خاک های متورم شونده می تواند با ترکیب آهک هیدراته و الیاف تفاله ی نیشکر تثبیت شود.
-1 مقدمه
خاک های متورم شونده، خاک ریزدانه یا سنگ های تجزیه شده ای هستند که در معرض نوسانات رطوبت تغییر حجم زیادی داده اند. رفتار انقباض-تورم ممکن است در نزدیکی سطح زمین که به طور مستقیم به تغییرات فصلی و محیطی مربوط است، اتفاق بیفتد. خاک های متورم شونده به احتمال زیاد اشباع نشده هستند و مواد معدنی رس مونت موریلونیت را دارند. بسیاری از آسیب های زیاد مربوط به خاک های متورم شونده به مقدار کاتیون های یک ظرفیتی که به مواد رسی جذب می شود، بستگی دارد.
ساخت ساختمان های مسکونی و سایر های سازه های مهندسی عمران از قبیل بزرگراه ها، پل ها، فرودگاه ها و بنادر بر روی خاک های متورم شونده بسیار خطرناک است که چنین خاکی درسیکل خشک و خیس شدن قرار می گیرد و رفتار انقباض و تورم فونداسیون ساختمان را در پی دارد که موجب ترک خوردگی عناصر سازه ای و غیر سازه ای این ساختمان ها می شود. متوسط هزینه ی سالیانه ی آسیب به سازه ها به علت انقباض و تورم 400 میلیون پوند در انگلستان، 15 بیلیون دلار در آمریکا و بیلیون ها دلار در سراسر دنیا برآورد شده است - جونز و جفرسون در سال - 2012 تلاش های بسیاری در عمل برای غلبه بر اثرات نامطلوب خاک متورم شونده شده است که شامل جایگزینی خاک متورم شونده موجود با خاک متورم نشونده، حفظ مقدار رطوبت ثابت، تثبیت خاک متورم شونده و غیره می باشد.
این روش های کنترل خاک متورم شونده مزایا و معایبی دارد که بر اساس شرایط مختلف مکانی است. با این حال این تحقیق به طور عمده به روش تثبیت شیمیایی با استفاده از آهک و الیاف طبیعی در بهسازی خاک متورم شونده مربوط می شود. تثبیت آهک عمدتا روش مورد استفاده برای کنترل رفتار انقباض -تورم خاک متورم شونده به علت تغییرات فصلی می باشد. آهک با رس متورم شونده در حضور آب واکنش می دهد و خواص فیزیکی و شیمیایی خاک متورم شونده را تغییر می دهد که به نوبه ی خود خواص مهندسی خاک بهسازی شده را عوض می کند.
به علاوه بهسازی خاک با استفاده محصولات زاید صنعتی متشکل از خاکستر بادی، خاکستر تفاله ی نیشکر، خاکستر سبوس برنج، الیاف نارگیل، الیاف پلی پروپیلن، الیاف فرش بازیافتی و الیاف تفاله ی نیشکر، مورد علاقه ی پژوهشی در سال های اخیر قرار گرفته است. الیاف تفاله ی نیشکر محصول زاید الیافی از صنعت نیشکر است که پس از له کردن نیشکر برای عصاره گیری باقی می ماند. الیاف تفاله ی نیشکر برای بسیاری مقاصد به عنوان مواد قابل احتراق برای تامین انرژی در کارخانه های نیشکر، مواد اولیه ی خمیری در صنایع کاغذ و مصالح ساختمانی مانند مواد مرکب باگاس سیمان، الیاف تفاله ی نیشکر بهسازی شده ومواد زیست تخریب پذیر مورد استفاده قرار گرفته است.
چون الیاف تفاله ی نیشکر، مواد تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر، سازگار با محیط زیست، دارای چگالی کم و کم هزینه ای هستند که خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه سایر الیاف طبیعی مانند کنف، سیسال، آناناس، الیاف نارگیل، الیاف تفاله ی نیشکر دارند، کاربرد بسیار بالقوه ای درحوزه ی ساخت وساز مانند مصالح ساختمانی و مسلح کردن عناصر تقویت خاک در بستر زیر روسازی ها و جاده ها دارند. با این حال، تا کنون مطالعات اندکی روی الیاف تفاله ی نیشکر که خاک مشکل ساز را تقویت می کند، انجام شده است.
در مطالعه حاضر، مجموعه ای از تست های آزمایشگاهی شامل انقباض خطی، آزمایش های UCS روی نمونه خاک های متورم شونده ی بهسازی شده با مواد آهکی هیدراته ی مختلف با نسبت های متفاوت الیاف تفاله ی نیشکر توزیع شده به صورت تصادفی، پس از دوره ی عمل آوری 3، 7 و 28 روزه انجام شد. یافته های این تحقیق آزمایشی برای درک بهتر اثر الیاف تفاله ی نیشکر به تنهایی یا ترکیب الیاف تفاله ی نیشکر با آهک بر روی خواص مهندسی و انقباض بالقوه ی خاک های متورم شونده ی بهسازی شده، تجزیه تحلیل شد و مورد بحث قرار گرفت.
-2 مواد
1-2 خاک متورم شونده
نمونه های خاک مورد استفاده در این مطالعه برای تست های آزمایشی از کویینلند استرلیا جمع آوری شد. خاک در معرض هوا خشک شد و به ذرات ریز در آزمایشگاه شکسته شد. خواص فیزیکی خاک متورم شونده مورد استفاده در این تحقیق، به جزئیات مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت. بر اساس اندازه ی ذرات خاک طبق سیستم طبقه بندی خاک یونیفاید - - uscs وASTM D2487-2011 ، رس با پلاستیسیته ی بالا - - CH طبقه بندی شد.
توده ی ویژه - 2/62 -2/65 - Gs بود. توزیع اندازه دانه نشان داد که 0/1درصد از ذرات در محدوده ی شن، 18/3 درصد ماسه و 81/6 درصد مواد ریزدانه - رس و سیلت - بودند. حدود اتربرگ مواد این گونه بود: حد روانی - 86 - LL درصد، حد خمیری - 37 - PL درصد و نشانه ی خمیری - 30/8 - PL به دست آمد. متوسط انقباض خطی و مقدار رطوبت طبیعی نمونه ها به ترتیب 21/7 و 30/8 درصد بود. بر اساس انقباض خطی و نشانه ی خمیری بالا، خاک می تواند به عنوان خاک بسیار متورم شونده طبقه بندی شود.
2-2 آهک هیدراته
آهک هیدراته دارای 85-95 درصد کلسیم هیدروکسید در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت. آهک هیدراته به صورت محلی از سیدنی - عرضه کننده ی سیمان استرالیا - که به طور گسترده برای مصالح ساختمانی در استرالیا مورد استفاده قرار می گیرد، خریداری شد.
3-2 الیاف تفاله ی نیشکر
الیاف تفاله ی نیشکر مورد استفاده در این تحقیق از شرکت مرکزی آسیاب شکر کویینلند استرلیا به دست آمد. الیاف تفاله ی نیشکر مقدار رطوبت متوسط 99/84درصد، قطری از 0/3 تا 3/1 میلی متر و طولی از 0/3 تا 13/8 میلی متر داشتند. وزن مخصوص الیاف تفاله ی نیشکر - - 1/55 - Gfال سونی و کالیر در سال - 1996 و متوسط مقاومت کششی 96/24 ± 29/95 - ویلای در سال - 2008 بود. الیاف به دست آمده در یک اتاق کنترل در دمای محیطی 25 درجه ی سانتی گراد و رطوبت نسبی 80 درصد در معرض هوا خشک شدند تا جرمشان ثابت بماند. سپس الیاف خشک شده به دقت الک شدند و از الک 9/5 میلی متر گذشتند و روی الک 300 میکرومتر ماندند که برای این تحقیق انتخاب شدند.
-3 برنامه ی آزمایشی
1-3 مخلوط کردن مواد
نمونه های خاک با اندازه ی ذرات کوچک تر از 2/36 میلی متر با مخلوط کردن الیاف تفاله ی نیشکر یا آهک هیدراته که با الیاف تفاله ی نیشکر ترکیب شده به طوری که در جدول1 نشان داده شده است، آماده شد. طبق این آماده سازی، نمونه ها کاملا مخلوط شدند. یک مخلوط کن مکانیکی برای مخلوط کردن خاک متورم شونده با آهک هیدراته و الیاف تفاله ی نیشکر مورد استفاده قرار گرفت. پس از مخلوط کردن مواد، نمونه ها برای آزمایش های ژئوتکنیکی مرسوم که شامل آزمون های فشردگی و مقاومت فشاری تک محوری برای تعیین مقدار رطوبت بهینه، حداکثر دانسیته ی خشک مخلوط های انتخاب شده، مقاومت و سختی و مشاهده ی رفتار تنش کرنش نمونه خاک های بهسازی شده و بهسازی نشده، آماده شدند.
2-3 انقباض خطی
در این تحقیق بخشی از یک نمونه خاک، حداقل 250گرم از الک 425 میکرومتر عبور داده شد و با روش خشک کردن در معرض هوا، به اندازه ی کافی خشک گردید، تا زمانی دانه های خاک خرد شودکه طبق روش تعیین شده در AS 1289-2001 برای آماده سازی نمونه خاک های توزیع شده برای حدود اتربرگ و انقباض خطی، تهیه شده است.سپس مقدار انقباض خطی نمونه خاک های متورم شونده ی بهسازی شده و نشده همان طور که در AS 1289-2001 مشخص شده است، تعیین گردید.
