بخشی از مقاله
خلاصه
عملیات حفاری و تزریق درسنگ یکی از مهمترین و اساسی ترین راهکارهای زیر بنایی در تحکیم، پایداری و آب بندی سازه های هیدرولیکی، خصوصا درسدهای بتنی وخاکی به شمار می آید. هدف از عملیات حفاری وتزریق، پر نمودن درزه ها، شکافها و حفرات ناشی از فعالیتهای تکتونیکی زمین و به منظور جلوگیری از نشت و فرار آب و جلوگیری از فشار بر کنش بر پی سد و سازه های وابسته به آن می باشد.
یکی از روش های متداول در بهسازی ویکپارچه سازی سنگ ها استفاده از روش تزریق دوغاب سیمان با کمک پمپ تزریق می باشد. بطور کلی در دوغاب های پایه سیمانی از موادی مانند سیمان، بنتونیت، میکروسیلیس، روان کننده ها وزودگیر های استفاده می شود.
لازم به ذکر است که جهت استفاده از بنتونیت در دوغاب سیمان، ابتدا آن را با آب میکس نموده - با نسبت - %10 وبا مقدار - %1 وزن بنتونیت - کربنات هیدروژن سدیم به آن می افزایند و به مدت 24 ساعت جهت شکفته شدن بنتونیت در یک محیط نگه داشته وسپس از آن در ترکیبات دوغاب سیمان استفاده می نمایند، که نقش سودا افزایش فعالیت بنتونیت را موجب شده که در نهایت باعث پایداری دوغاب های تزریق را بهمراه خواهد داشت.
-1 مقدمه
بطورکلی تزریق دوغاب سیمان،فرایندی است که دوغاب بوسیله پمپ هایی مخصوص ازطریق گمانه هایی که حفر می شود به درون زمین تزریق می شود. تا روزنه های خاک ویا حفره های موجود در توده های سنگی بوسیله آن پر شود و مقاومت توده سنگ افزایش یابد. یکی از روش های متداول در بهسازی ویکپارچه سازی سنگ ها استفاده از روش تزریق دوغاب سیمان می باشد.برای تهیه دوغاب سیمان باید از مصالح مرغوب استفاده نموده که مطابق با استاندارد آزمایشگاهی مورد تایید قرار گیرد.یکی از مواد مصرفی بسیار مهم در دوغاب تزریق، استفاده از بنتونیت می باشد.
جهت استفاده از بنتونیت در دوغاب ابتدا به آن مقدار %1 وزنی بنتونیت ماده ای به نام سودا یا کربنات هیدروژن سدیم افزوده وپس از شکفته شدن آن در آب - 24 ساعت - از آن در دوغاب سیمان مورد استفاده قرار می دهند. در این جا لازم است که ابتدا به معرفی سودا وبنتونیت پرداخته ودر نهایت نقش سودا در این ماده تزریق را مورد بررسی قرار دهیم.
-2معرفی بیکربنات سدیم
جوش شیرین - بی کربنات سدیم یا کربنات هیدروژن سدیم - با فرمولNaHCO3 یکی از نمکهای سدیم در ترکیب با کربنیک اسید است که تنها یک هیدروژن اسیدی این ترکیب با سدیم جایگزین شدهاست. این ترکیب، بیبو و بیطعم است که کمی دارای خاصیت بازی است و به صورت پودر سفید یا بلورین است.
بیکربنات جاذب رطوبت و بوگیر است. این ترکیب که نام عامیانهاش »جوش شیرین« است، برای متخلخل کردن خمیر نان نیز استفاده میشود.این ماده به طور طبیعی از چشمه های آب معدنی و به صورت مصنوعی با عبور گاز co2 از داخل محلول جوشان کربنات سدیم خالص یا محلول هیدروکسید سدیم به دست می آید. در این فرآیند ، کلرید سدیم با آمونیاک و دی اکسید کربن وارد واکنش می شود و بی کربنات سدیم به صورت رسوب ته نشین می شود که رسوب را بعد از صاف کردن و خشک کردن بر اثر حرارت به کربنات سدیم تبدیل می کنند.جوش شیرین در آب یک آمفوتر است، یعنی در آب میتواند به عنوان اسید یا باز رفتار کند. رفتار اسیدی آن به سبب وجود هیدروژن در ترکیبش می باشد.
شکل-1 نمایش فضایی وخطی مولکول کربنات هیدروژن سدیم
جدول -1 مشخصات فیزیکی وشیمیایی کربنات هیدروژن سدیم
-3بنتونیت
ترکیب تشکیل دهنده بنتونیت کانی های رسی مانند مونت موریونیت ،کائولینیت،ایلیت،کلریت،کوارتز وشیشه های ولکانیکی می تواند باشد.بعبارت دیگر می توان گفت که بنتونیت مورد استفاده در تزریق تقریبا" بطور کامل از مونت موریونیت ودرصد بسیار ناچیزی از سایر موارد دیگر تشکیل شده است.از خصوصیات فیزیکی وشیمیایی کانی های رسی بخصوص مونت موریونیت در این نکته مهم است که توانایی تبادل کاتیونی وجذب آب بالاکه باعث تورم وافزایش حجم آن می باشد. بدین جهت این ماده گزینه مناسبی برای پایدار کردن دوغاب ها بشمار می رود.
در این جا لازم است که در مورد شاخص ترین کانی های رسی بخصوص مونت موریونیت که اصلی ترین کانی سازنده بنتونیت می باشد شرح مختصری داشته باشیم.
-1-3کانی های رس
کانی های رسی طبق تعریف گرانولومتری به ذرات کوچکتر از 1 میکرون وازنظر مینرالوژیکی به کانی های سیلیکاته آبدارگفته می شود که جزء کانی های سیلیکاته ورقه ای یا فیلوسیلیکات ها می باشدوبرای شناسایی آنها از اشعه X کمک گرفته می شود.
-2-3منشاء کانی های رسی
کانی های رسی منشاء متفاوتی دارند که در ذیل بطور کلی به آنها اشاره شده است.
-1 کانی رسی از تجزیه فلدسپات ها وکانی های مافیک - آهن ومنیزیم دار - بوجود می آید.
-2کانی های رسی در اثر تخریب وفرسایش سنگ های رس دار قدیمی وآزاد شدن کانی رسی موجود در آن حاصل می شود.
-3خاکستر های آتشفشانی قدیمی در محیط دریای با از دست دادن بعضی از عناصر وجذب آب وعناصر دیگر به کانی رسی بخصوص مونت موریونیت تبدیل می شوند.
-3-3آنالیز ترکیب شیمیایی کانی های رسی:
در ترکیب کانی های رسی AL,SI بصورت عناصر اصلی وMg ،Na، K و Ca بصورت عناصر فرعی می تواند وجود داشته باشد.بطور کلی کانی رسی ازیک اکسید سه ظرفیتی مانند Al2O3یا Fe2O3ویک اکسید چهار ظرفیتی مانند SiO2وتعداد زیادی مولکول آب تشکیل شده است.نمایش ترکیب مولکولی مونت موریونیت بصورت ترکیب زیر میباشد.
AL4 - SI4O10 - 2 - OH - 4.nH2O,Ca/Na/K/Mg/Fe
-4-3آب های موجود در کانی رسی:
مولکول های آب در کانی های رسی به دو شکل دیده می شود:
-1آب مولکولی :در بین طبقات تمرکز یافته وقابل جداشدن می باشد.
-2آب یونیزه : بصورت یون های H+ و- OH در داخل ساختمان کانی رسی وجود دارد.
-5-3خصوصیات کانی های رسی
-1دارای ذرات صفحه ای شکل هستند.
-2سطح ویژه بالای دارند.
-3دارای بار الکتریکی منفی می باشند.
-4 بعلت اینکه آخرین سیکل هوازدگی در خاک می باشند، مقاومت زیادی را در مقابل هوازدگی شیمیایی وفیزیکی ازخود نشان می دهند.
-5رس ها دارای خاصیت تامپون یا بافر - Buffer - می باشند،یعنی با تغییرات سریع درجهPH مقاومت می کنند بعبارت دیگر رس ها اسید های ضعیفی هستند که در مقابل اسید ها و باز ها بصورت زیر تجزیه می شوند:
- خاک رس - A=
الف - با افزایش یون OH-یا بازی نمودن محیط باعث پراکنده وشکفته شدن ذرات رس می شود. بعبارت دیگر رس ها در PH بالا باعث جداشدن ذرات نسبت به هم می شود. - در حالت رفت واکنش -
ب - با افزایش یون H+یا اسیدی نمودن محیط باعث فولکوله شدن ذرات رس می شود. بعبارت دیگر رس ها در PH پایین باعث توده ای شدن می شوند.
