Al3+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ (نسبت به کاتيون‌هاي ديگري که در سيستم آهک‌-رس وجود دارد تعيين مي‌شوند [55]. در اثر وجود سولفات در pH زياد، سيليکا و آلومينا از سطح ذرات رس جدا شده و منجر به تشکيل سيليکات کلسيم هيدارته (C-S-H)و هيدرات آلومينات کلسيم (C4AH13) و هيدرات سيليکات آلوميناي کلسيم (C2ASH8)مي‌شود [56]. تشکيل کربو‌هيدرات آلومينا بستگي به CO2 و يا کربنات در دسترس دارد. در خاک‌هاي کائولينيتي، زماني که گچ در دسترس باشد، منجر به تشکيل (C-A-S-S-H)در سطح صفحات کائولينيت مي‌شود ترکيب کريستال‌هاي بيشتر منجر به تشکيل اترينگايت در سطح صفحات کائولينيت (C3A3CSH32) مي‌شود [71]. از نظر تشکيل، اترينگايت کريستال‌هاي سوزني شکلي است که توانايي جذب آب بالايي دارند و باعث افزايش پتانسيل تورم در خاک‌هاي تثبيت شده با آهک مي‌شوند [94]. محققين اظهار داشتند که توانايي جذب آب تنها در طي مراحل تشکيل اترينگايت به‌وجود مي‌آيد و با کامل شدن کريستال‌هاي اترينگايت متوقف مي‌شود [119].
واکنش‌هاي پوزولاني آهک به محيطي که در ترکيب آن واکنش خاک و آهک انجام مي‌شود، بسيار حساس هستند. تغييرات خيلي کم در ترکيبات شيميايي خاک با مواجه شدن با ترکيبات زيان‌آوري که بعد از سخت شدن رخ مي‌دهند، مي‌توانند اثرات زيادي روي مقاومت مواد تثبيت شده با آهک داشته باشد [23].
در صورتي كه خاك حاوي يون سولفات باشد، يا خاك تثبيت شده در معرض آب سولفاته قرار گيرد، حضور آهك، نه تنها باعث كاهش تورم لايه تثبيت شده نمي‏شود، بلكه نتيجه عكس داده و سبب افزايش تورم و كاهش مقاومت مي‏گردد. اين پديده به‏علت انجام واكنش‌هاي شيميايي بين كاني‌هاي رس، آهك و سولفات است كه منجر به تشكيل كاني‌هاي اترينگايت و تاماسايت شده و اين كاني‌ها با جذب آب به‏شدت متورم مي‏شوند [23] و [45].
تاثير آب سولفاته بر خاک اصلاح شده با آهک و فعل و انفعال شيميايي حاصله که نهايتاً منجر به تشکيل کاني‌هاي اترينگايت و تاماسايت مي‌شود، شباهت زيادي به فرايند تخريب بتن ناشي از تاثير آب سولفاته دارد که از ساليان پيش شناخته شده و تحقيقات بسياري در اين زمينه انجام شده است. اين تحقيقات نشان داده‌اند که ترکيبات سيمان، نفوذپذيري بتن، غلظت سولفات، مدت زمان و ميزان سطح تماس و سولفات پارامترهاي موثر در مقاومت بتن در برابر سولفات هستند. ترکيبات سيمان و نفوذپذيري بتن از پارامترهاي بتن هستند که مي‌توان آنها را کنترل نمود و بهبود بخشيد. در اين ارتباط استفاده از سيمان ضد سولفات يا نوع 5 توصيه مي‌شود. همچنين جايگزيني مواد پوزولاني مثل خاکستر بادي، سيليکافوم و سرباره فولادسازي نيز تاثيرات مثبتي روي کاهش اثرات مخرب سولفات در بتن داشته است. پوزولان‌ها همچنين خلل و فرج بتن را پر کرده و نفوذپذيري آن‌را کاهش مي‌دهند که باعث افزايش مقاومت بتن در برابر حمله سولفات مي‌شود [27].
خاک‌هاي رسي تثبيت شده با آهک، منجر به تشکيل کريستال‌ و يا نيمه کريستال‌هاي سيليکات کلسيم هيدراته و آلوميناي کلسيم هيدراته در خاک مي‌شوند [56]. اما در اثر وجود سولفات که در آب‌هاي زيرزميني وجود دارد، نفوذ کاتيون‌ها به سيستم خاک منجر به خنثي شدن بارهاي منفي در ذرات خاک مي‌شود و ساختار خاک از حالت توده‌اي و درهم به ساختار موازي تبديل مي‌شود. اين پديده منجر به افزايش ميزان آب و افزايش حد رواني در رس مي‌شود که با افزايش غلظت کاتيون‌ها فضاي بين ذره‌اي ذرات خاک زياد شده و منجر به هيدروليز شدن کاتيون‌ها ودر نهايت کاهش حد رواني مي‌شود [70]. وجود يون‌هاي دو‌‌ظرفيتي، سبب افزايش بيشتر مقاومت برشي بين ذرات در مقايسه با يون‌هاي تک ظرفيتي مي‌شود. افزايش غلظت يون‌هاي تک‌ظرفيتي، سبب کاهش ضخامت لايه دوگانه شده و از کاهش بيشتر حد رواني جلوگيري مي‌کند. به‌هرحال تشکيل اترينگايت در خاک‌هاي سرشار از سولفات، بر روي تبادل کاتيون‌ها و خصوصيات تراکم در طي زمان تاثير مي‌گذارد. افزايش گچ و سولفات منيزيم، سبب کاهش حد رواني و نشانه خميري در خاک رس تثبيت شده با آهک مي‌شود. وجود سولفات‌هاي فلزي دوظرفيتي، در مقايسه با سولفات‌هاي تک‌ظرفيتي، سبب کاهش چگالي خشک خاک و افزايش ميزان رطوبت بهينه مي‌شود [105].
مشکلات مختلفي که در خاک‌هاي رسي تثبيت شده با آهک در محيط‌هاي سولفاتي وجود دارد بستگي به نوع، قابليت حل شدن سولفات و مقدار سولفات موجود و ميزان رس دارد [88].
محققان گزارش داده‌اند که وجود سولفات سديم در خاک سبب تبديل شدن آهک به گچ غيرمحلول و هيدروکسيد سديم مي‌شود که وجود هيدروکسيد سديم سبب افزايش مقدار pH و تجزيه سيليکا از خاک مي‌شود [114].
)2-12) CaSO4 + 2NaOH Ca(OH)2+ Na2SO4
تأثير سولفات با غلظت‌هاي مختلف بر مقاومت سيمان ترکيب شده با آهک و پوزولان مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد در طي دوره زماني 3 و 7 روزه مقاومت با افزايش غلظت سولفات سديم به‌صورت خطي افزايش يافت و در دوره زماني 28 و 90 روزه مقاومت با افزايش غلظت سولفات به‌طور قابل توجهي افزايش يافت. در واقع سولفات سديم سبب افزايش مقاومت اوليه و همچنين بهبود مقاومت در ترکيب شد. درصد بهينه سولفات سديم براي اين ترکيب 4 درصد گزارش شد که نتايج آن در شکل 2-18 نمايش داده شده است [114].
شکل 2-18- تاثير غلظت‌هاي مختلف سولفات سديم بر مقاومت فشاري [114]
مطالعات انجام شده بر روي دو نوع خاکستر بادي ترکيب شده با آهک کم ((LFA و آهک زياد (HFA) نشان داد که افزايش مقدار کمي سولفات سديم، سبب افزايش واکنش‌‌هاي پوزولاني در دونوع خاکستر بادي مي‌شود. سولفات سديم به‌عنوان يک فعال کننده، تأثير محسوسي بر فعال کردن خاکستر بادي دارد و در نتيجه سبب بهبود مقاومت نمونه‌ها مي‌شود. تأثير عمده سولفات سديم در سنين اوليه است، به‌طور کلي مقاومت در سنين اوليه با افزايش غلظت سولفات سديم افزايش مي‌يابد. آناليزXRD نشان داد که افزودن سولفات سديم منجر به تشکيل مقداري اترينگايت مي‌شود [112]. در شکل 2-19 تغييرات مقاومت فشاري با غلظت سولفات نشان داده شده است.
شکل 2-19- تاثير سولفات با غلظت‌هاي متفاوت بر مقاومت فشاري [112]
به منظور بررسي اثر نمک‌هاي معدني بر مقاومت خاک رس تثبيت شده با سيمان، نمونه خاک رسي در بزرگراهي در چين که شامل CL- ,Mg2+و SO2-4 بود مورد بررسي قرار گرفت. نمونه خاک پس از سه مرتبه پاکسازي و زدودن نمک‌ها از خاک، کاملاً خشک و آسياب شد. سپس مقادير معيني ازMg(OH)2 ,NaCl و Na2SO4 به خاک اضافه شد. در جدول 2-2 مقادير نمک‌هاي معدني اضافه شده به خاک نشان داده شده است. در شکل شماره 2-20 نتايج ميزانC-S-H+C-A-H در زمان‌هاي عمل‌آوري متفاوت توسط اشعه ايکس نشان داده شده است. در واقع محتواي نمک قابل حل از توليد شدن C-S-H+C-A-H جلوگيري مي‌کند و مقاومت خاک تثبيت شده با سيمان کاهش مي‌‌يابد، در شکل 2-21 نيز تصوير SEM نمونه‌هاي تثبيت شده با سيمان، پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه نشان داده شده است [123].
شکل 2-20- تغييرات ميزان C-S-H+C-A-H در نمونه‌هاي تثبيت شده با سيمان [123]
جدول2-2- ميزان نمک‌هاي معدني در نمونه‌هاي آزمايشگاهي [123]
شکل 2-21- تصوير SEM نمونه‌هاي تثبيت شده با سيمان پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه [123]
شکل 2-21 نشان مي‌دهد که نمونه شماره 1 از ترکيب C-S-H+C-A-H پوشيده شده است در حالي‌که در نمونه شماره 3 ميزان کمتري از اين ترکيب وجود دارد، بنابراين مقاومت نمونه شماره 3 از نمونه شماره 1 کمتر است. در نمونه شماره 5 ورقه‌هاي رسي از ترکيبات Ca2Al(OH)6Cl(H2O)2 تشکيل شده‌اند که مقاومت خاک تثبيت شده با سيمان را کاهش مي‌دهند. نمونه شماره 7 حاوي مقادير زيادي از ترکيبات سوزني شکل Ca6Al2(SO4)3(OH)226H2O به دليل حضور سولفات در خاک است. همانطور که در شکل2-22 نشان داده شده نمونه شماره 3 داراي مقدار کمي C-S-H و مقدار جديد Mg-S-H است، با توجه به جايگزيني منيزيم و تشکيل ترکيب جديد Mg-S-H مقاومت نمونه تثبيت شده با سيمان کاهش مي‌يابد [123].
شکل 2-22- جايگزيني Mg2+ درترکيب C-S-H نمونه‌ تثبيت شده با سيمان پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه [123]
در شکل 2-23 تصاوير نمونه خاک رس تثبيت شده با آهک و خاکستر بادي نشان داده شده است. تصوير a مربوط به نمونه خاک رس طبيعي محل است و تصوير b خاک رس تثبيت شده با 5/4 درصد آهک را نشان مي‌دهد دراين حالت ترکيبات سيماني (سيليکات کلسيم هيدراته و سيليکات آلومينيوم هيدراته)، اطراف ذرات رس را پوشانده‌اند واکنش آهک با ذرات رس منجر به تشکيل دانه‌هاي با اندازه‌هاي مختلف در خاک مي‌شود که تخلخل خاک را افزايش مي‌دهد. تصوير شماره c بيانگر خاک رس تثبيت شده با 16 درصد خاکستر بادي پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه است. تصاوير ريزساختاري نشان مي‌دهد که خاکستر بادي سبب درهم شدن ساختار خاک و سيماني شدن ذرات خاک مي‌شود. در تصوير شماره e خاک رس تثبيت شده با 16 درصد خاکستر بادي پس از دوره عمل‌آوري 180 روزه نشان داده شده است. دوره عمل‌آوري طولاني، باعث به‌وجود آمدن ترکيبات سيماني جديد در خاک شد که علت اين پديده واکنش‌هاي پوزولاني خاک با خاکستر بادي است. در نتيجه به‌وجود آمدن اين کريستال‌ها، فضاهاي خالي در خاک کاهش و مقاومت خاک افزايش مي‌يابد. در تصوير شماره f تصاوير ريزساختاري خاک رس تثبيت شده با 5/2 درصد آهک و 16 درصد خاکستر بادي در دوره عمل‌آوري 28 روزه نشان داده شده است که در مقايسه با تصوير شماره g مشخص است که با افزايش دوره عمل‌آوري، ضريب نفوذپذيري و فضاهاي خالي در خاک کاهش و مقاومت خاک افزايش يافته است [35].
وجود سولفات در زمين يا آب بر روي کاتيون‌هاي قابل تبادل و واکنش‌هاي پوزولاني خاک‌هاي تثبيت شده با سيمان و آهک تاثير مي‌گذارد. ماهيت اين واکنش‌ها بستگي به نوع و غلظت يون‌هاي فلزي و ميزان در دسترس بودن آلومينا و سيليکاي موجود در خاک دارد که بر رفتارهاي مهندسي خاک در طي زمان تاثير مي‌گذارد. سولفات‌ها مخصوصاً در نواحي پربارش به صورت سديم، پتاسيم کلسيم و منيزيم در سطح رسوبات يافت مي‌شوند [69].
شکل 2-23- تصاوير SEM و تغييرات ريز ساختاري در نمونه خاک رسي و خاک رس تثبيت شده با خاکستر بادي و آهک [35]
سولفات‌ها به‌صورت سولفات کلسيم (گچ)، سولفات منيزيم و سولفات سديم در خاک‌ها يافت مي‌شوند. همچنين در زباله‌ها و محصولات فرعي مانند خاکستر نرمه پودرشده و تفاله‌هاي زغال‌سنگ نيز پيدا مي‌شود [109] و[7].
اگرچه سولفات کلسيم قابليت حل شدن کمتري نسبت به ساير سولفات‌ها دارد، ليکن رايج‌ترين آن‌ها در خاک است. اين سولفات به‌تنهايي در خاک خطر تورمي چنداني ندارد. اکسيد شدن سولفيدهايي نظير پيريت و ترکيب آن با کربنات‌هاي موجود در خاک از قبيل کلسيت، باعث تشکيل سولفات کلسيم مي‌شود. اين واکنش به‌علت جذب دو مولکول آب خود تورم‌زا است. نبودن سولفات‌ها در لايه‌هاي سطحي زمين مي‌تواند ناشي از شسته شدن آن‌ها توسط آب باران باشد. در نتيجه درصد سولفات‌ها در لايه‌هاي پايين‌تر حدود 2 متر از سطح زمين بيشتر مي‌شود 101]، 109 ،7].
سولفات‌ها هيچ اثر مضري بر روي بهبود خواص خميري خاک‌هاي تثبيت‌شده با آهک ندارند، ليکن بر اثر وجود آب اضافي، سولفات‌هاي موجود موجب تورم و انبساط خاک‌هاي تثبيت‌شده با آهک مي‌شوند [85] و [109]. البته مقادير کم سولفات در خاک ممکن است که باعث افزايش قابل توجهي در مقاومت بعضي خاک‌ها شود [66].
2-8-2- تاثير سولفات بر حدود اتربرگ
شکل 2-24 aتا d تغييرات ميزان سولفات را بر حدود اتربرگ در خاک رس تثبيت شده با 6 درصد آهک نشان مي‌دهد. همانطور

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید