بخشی از مقاله
ساختار کلي ديواره هاي آب بند بنتونيتي
چکيده :
در سالهاي اخير تلاشهاي زيادي بر روي موضوعاتي چون مسائل آلودگي و پساب ها و رعايت مسائل زيست محيطي خاک انجام گرفته است . نياز به پاکسازي زمين ها وتخليه و دفع زباله ها و نصب تجهيزات مطمئن تر باعث تطابق يافتن معيارهاي مهندسي با مسائل زيست محيطي گرديده است که يک روش ، استفاده از ديوارهاي بتن پلاستيک با نفوذپذيري کم است . استفاده اوليه از ديواره هاي بتن پلاستيک در جلوگيري از نشت آب زيرزميني به داخل حفاري ها انجام شده است . ديوارهاي بنتونيت پايدار شده به مدت ۵۰ سال در ايالات متحده استفاده مي شود و روش هاي ساخت و ارزيابي مرتبط با چنين پروژه هايي با پيشرفت تکنولوژي به روز مي شود . ديواره هاي بتني به طور کامل نفوذ ناپذير نيستند و مقداري نشتي دارند که اجتناب ناپذير است .
در اين مقاله انواع مختلف ديوار آب بند بنتونيتي معرفي شده و خصوصيات اين ديوارها و پارامترهاي تاثير گذار در اين ديوارها بحث و بررسي شده اند.
کلمات کليدي :مانع هيدروليکي ، ديوار آب بند بنتونيتي، کنترل آلودگي،کنترل نشت
۱-مقدمه :
يکي از مصالح طبيعي که از حدود يک قرن پيش درحرفه مهندسي عمران جاي خود را باز کرده است بنتونيت مي باشد، بنتونيت رسي با خواص خميري و تورم بالا از گروه اسمکتايت ها با کاني اصلي مونت موريلونيت مي باشد. بنتونيت در اهداف مختلفي مورد استفاده قرار مي گيرد بطوري که به آن ها رس هزار کاره لقب نهاده اند.
خاصيت نفوذپذيري کم آن از مدتها پيش مد نظر بوده است و از آن بصورت منفرد وترکيبي با ساير مصالح نظير خاکستر ، سيمان ، ماسه ، خاک رس به عنوان مانع هيدروليکي استفاده شده است . مطالعات زيادي در رابطه با خواص هيدروليکي و ژتوتکنيکي آن صورت گرفته و اکنون به عنوان يک گزينه مطرح در طراحي هاي مانع هيدروليکي بشمار مي رود . اما از معايب اصلي آن مي توان به مقاومت برشي بسيار کم آن اشاره کرد مقاومت برشي پايين آن باعث ناپايداري آن در شيبها شده و استفاده آن را محدود مي کند . اين مشکل باعث گرديده همراه با ساير مصالح بصورت ترکيبي استفاده گردد. درصورت استفاده همراه با ساير مصالح بايد درصد مناسب اختلاط به کار برده شود و خواص ژئوتکنيکي آن استخراج گردد[۱]. خصوصاً وقتي در ايزوله کردن زائدات مدفون هسته اي بکار مي رود در آوردن اين خواص از اهميت بسزايي برخوردار مي باشد .
مقادير نفوذپذيري کمتر از براي ديوار خاک -بنتونيت (soil bentonite) خوب طراحي شده تا براي ديواره هاي بنتونيت سيماني (cement bentonite) متفاوت است . به همين علت و به خاطر اينکه کم هزينه تر است ديواره هاي SB بيشتر در زمينهاي دفن زباله استفاده مي شوند. اغلب ديواره هاي بتني که براي کنترل آلودگي استفاده شده اند ، زمان نصب آنها کوتاه بوده اند و در بيشتر موارد ، شرکتهايي که اين ديواره ها را نصب مي کنند مايل نيستند داده هاي کنترل شده اي را که براي ارزيابي عملکرد ديواره ها در کنترل آلودگي لازم است را تهيه و ارائه نمايند. بهترين نشانگر ديواره هاي بتني براي مقاومت در برابر فرسايش شيم اييي در طول زمان از مطالعات آزمايشگاهي نتيجه گرفته شده است . اين مطالعات براي تعريف بهتر محدوده مقاومت شيم اييي ديواره ها انجام شده ولي نمي تواند جايگزين نياز به مطالعات محلي و صحرايي و کنترل دراز مدت شوند . مقاومت ديواره هاي بتن پلاستيک در مقابل نفوذ وتخريب آلاينده ها در حال حاضر مورد تحقيق و بررسي است . بنتونيت در مقابل فرسايش بعضي مواد مقاوم است اما ساير موارد ، موجب آب زدايي و انقباض ذرات مونت موريلونيت مي شوند. عملکرد ديواره SB مي تواند به وسيله تماس مواد شيم اييي در آلاينده ها مختل شوند[۲] .
۲-خصوصيات ديوارهاي آب بند بنتونيتي :
ديوار آب بند بنتونيتي با طراحي و اجراي مناسب داراي خصوصيات زير است :
۱- نفوذ پذيري کم
۲- مقاومت در مقابل فشار هيدروليکي و عوامل شيم اييي
۳- مقاومت کم و پلاستيسيته بالا
نفوذپذيري اين ديوارهادرحدود ميباشد .نوعاً نفوذپذيري در ديوارهاي با مصالح درشت دانه از ودر ديوارها با مصالح ريزدانه تا کاهش مييابد ( حاوي ۶۰% رس ).
به علت پايين بودن نفوذ پذيري ديوار توانايي جلوگيري از جريان رو به پايين را خواهد داشت . اين پديده باعث بروز گراديان هيدروليکي بالا بر ديواره هاي آب بند مي شود. به همين دليل استفاده از زهکش ها و چاهک هاي تخليه معمول مي باشد. با وجود اين ، ديوارهاي آب بند بايد براي تحمل گراديان هيدروليکي خاصي طراحي شوند. همچنين بايد مقاومت ديوارهاي آب بند در مقابل آلاينده هاي شي ايم يي در دراز مدت مورد ارزيابي قرار گيرد و قبل از ساخت بايد آزمايشات گسترده اي به منظور مطالعه اثر شيرابه بر روي مصالح مصرفي در آب بندها صورت گيرد[۳] .
عموماً مصالح مصرفي بامقدار رس بالاتر براي استفاده در ديوارهاي آب بند قابليت کنترل آلودگي بيشتري دارند. مقاومت ديوارهاي آب بند بنتونيتي اهميت چنداني درطراحي ندارد. معيارطراحي مقاومت بطورکلي براي اين ديوارها متناسب مقاومت اين مصالح با مصالح اطراف بوده بطوري که اختلاف چنداني نداشته باشند. اگر مصالح بامقاومت بالاترمورد نياز باشد بايداز مصالح درشت دانه تراستفاده شود،که البته حاصل آن افزايش در نفوذپذيري خواهد بود . در هر حال ، مقاومت ديوارهاي آب بند به جز مواردي که مصالح بايد بار ترافيکي را متحمل شوند مورد نظر نيست . رفتار ديوارهاي آب بند وپاسخ آنها به فشار جانبي و حرکت نيرومند زمين معيارهاي بسيار مهمي در طراحي اين ديوارها هستند . اگر ديوار رفتار تردي از خود بروز دهد ، ماشين آلات سنگين باعث ايجادترکهايي درديوارها شده ، تراوش به آبهاي زيرزميني افزايش مي يابد.خوشبختانه ، رفتار پلاستيک اين ديوارها باعث عملکرد مناسبشان شده و اين مصالح بيشترکرنشهاي پلاستيک را به راحتي متحمل ميشوند، تا اينکه ترک در آنهاايجادشود.
در مقابل ديوارهاي آب بند بنتونيتي سيماني رفتاري ترد داشته و مقاومت بيشتري از خود بروز ميدهند[۳].
عواملي که بر عملکرد ديوارهاي آب بند بنتونيتي موثر است عبارتند از :
۱- معيارهاي طراحي
۲- اختلاط مصالح و خصوصيات آنها
۳- شرايط بعد از ساخت در محل
معيارهاي طراحي که بر عملکرد ديوارهاي آب بند بنتونيتي موثر است ، عرض و عمق ديوار مي باشد .
انتخاب شکل ديوار بر مبناي محاسبات اوليه و شکل توپوگرافي حائز اهميت است . براي دستيابي به ديوار آب -بند با نفوذ پذيري کم حتي الامکان بايد مقدار قابل توجهي مصالح ريزدانه ( رسها) و مينيمم مقدار مصالح درشت دانه و به مقدار مناسب بنتونيت و آب به کار برده شود . آلودگي در آب و خاک مورد استفاده در ساخت نيز مي تواند بر عملکرد ديوار موثر باشد . نياز اوليه براي مصالح خاکريز طرح اختلاط مناسب آنهاست . بطوريکه براي حصول نفوذپذيري کم بين ۴۰%~۲۰% در مصالح ريزدانه ، ترجيحاً با پلاستيسيته بالا( کوچکتراز يا گذرنده از الک شماره ۲۰۰) بايد مورد استفاده قرار گيرد . تاثير قابل ملاحظه اين طرح اختلاط وتاثير مقدار بنتونيت در نفوذپذيري در شکل (۱) مشهود است [۳]. با افزايش مقدار بنتونيت نفوذپذيري کاهش مي يابد و مقدار بنتونيت مورد استفاده نبايد کمتر از ۱% باشدو مصالح با قطر بيشتر از ۶ اينچ براي ساخت اين ديوارها توصيه نشده اند
تحقيقات نشان داده که مصالح با پلاستيسيته بالا بيشتر از ديگر مصالح نفوذ پذيري و در نتيجه انتشار آلودگي را کاهش مي دهند . به نظر مي رسد علت آن کوچک بودن اندازه مصالح با پلاستيسيته بالا نسبت به ساير مصالح است [٢٣] . (شکل ۲) تاثير مصالح با پلاستيسيته بالا بر نفوذ پذيري را نشان ميدهد.
