دانلود پایان نامه ارشد با موضوع درجه حرارت

ي عمراني شده‌اند، يکي از روش‌هاي بهبود خواص خاک‌هاي مسأله‌دار، استفاده از آهک به‌منظور تثبيت خاک است، در صورتي که خاک حاوي يون سولفات باشد يا خاک تثبيت شده در معرض آب سولفاته قرار گيرد، حضور آهک نه‌تنها باعث کاهش تورم لايه تثبيت شده نمي‌شود، بلکه نتيجه عکس داده و سبب افزايش تورم مي‌گردد. اين پديده به علت انجام واکنش‌هاي شيميايي بين کاني‌هاي رس، آهک و سولفات است که منجر به تشکيل کاني‌هاي اترينگايت و تاماسايت شده و اين کاني‌ها با جذب آب به‌شدت متورم مي‌شوند. اخيراً ترکيبات شيميايي جديدي براي تثبيت خاک‌هاي رسي مورد استفاده قرار گرفته است که در اين ميان استفاده از سرباره فولادسازي ( 1(BOSدر افزايش مقاومت خاک رس، روش جديدي محسوب مي‌شود، از آنجا که خاک‌ها‌‌‌‌ از دانه‌‌‌‌‌‌‌ها و کاني‌‌هاي رس تشکيل شده‌اند، در مقابل پديده يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدن‌هاي متوالي دچار مشکل مي‌شوند و در مناطق سردسير، عمق يخ‌بندان ممکن است به خاک لايه بستر راه‌ها نيز برسد که در نهايت منجر به کاهش مقاومت و ظرفيت باربري خاک به علت افزايش رطوبت ناشي از آب شدن يخ مي‌شود، در اين تحقيق تاثير سرباره فولاد ‌ذوب آهن اصفهان بر دوام خاک رس، در دو حالت بدون آلودگي و آلوده به مواد شيميايي (سولفات سديم و منيزيم) به کمک آزمايش تک‌محوري مورد بررسي قرار گرفته است. به‌طور کلي درزمينه استفاده از (BOS) در تثبيت خاک‌هاي رسي تحقيقات کمي انجام شده است، از آنجا که سرباره ماده زائدي در طبيعت به‌حساب مي‌آيد استفاده از اين مواد زائد (در بهبود خواص خاک) از نظر اقتصادي و جنبه‌هاي زيست‌محيطي مي‌تواند از اهميت خاصي برخوردار باشد. اين پايان‌نامه در ادامه تحقيقات پايان‌نامه‌هاي قبلي دانشکده مهندسي دانشگاه بوعليسينا توسط اکرمي (1385)، نادري (1388)، نجاتي (1389) و صفا (1392) انجام شده‌است.
1-3- معرفي فصل‌هاي پايان‌نامه
فصل‌هاي موجود در اين پايان‌نامه به شرح زير است:
* فصل اول: مقدمه
* فصل دوم: تثبيت خاک رس با آهک و سرباره فولادسازي و اثر سولفات بر خاک رس تثبيت شده با آهک
در اين فصل پس از معرفي کلي خاک رس، تاثير آهک و سرباره در تثبيت خاک بررسي شده است. سپس تأثير سولفات بر مقاومت و دوام خاک رس مورد بررسي قرار گرفته است. .
* فصل سوم: دوام خاک در برابر يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدگي
دراين فصل تأثير سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدگي بر مقاومت و دوام خاک بررسي شده‌است.
* فصل چهارم: مصالح و روش‌هاي آزمايش
در اين فصل از پاياننامه، مراحل و روند نمونه سازي و آزمايش‌هاي مربوطه شرح داده شده است..
* فصل پنجم: نتايج آزمايش‌ها و تحليل نتايج
در اين فصل ابتدا نمودارهاي بدست آمده از نتايج آزمايش‌ها ارائه شده است سپس نتايج مورد تحليل قرار گرفته است.
* فصل ششم: نتيجهگيري و پيشنهادها
در فصل ششم، نتايج کلي به صورت خلاصه جمع‌بندي شده است و همچنين پيشنهادهاي لازم جهت ادامه دادن مسير اين تحقيق و کار در زمينههاي بعدي آمده است.
تثبيت خاک با آهک، سبب بهبود کيفيت و مشخصات فني خاک و تسريع در انجام عمليات راهسازي مي‌شود. خاک تثبيت شده با آهک در برابر عوامل جوي (رطوبت و يخبندان) بهتر از خاک تثبيت نشده مقاومت کرده و مقاومت و ظرفيت باربري بيشتري دارد [22].
زماني که آهک به‌عنوان تثبيت کننده به خاک اضافه مي‌شود، تشکيل ژل سيليکات کلسيم مي‌دهد که اطراف دانه‌هاي خاک را پوشانده و آن‌ها را به هم متصل مي‌کند و به اين ترتيب حفرات موجود در خاک را پر مي‌کند. واکنش تا زماني که آب در محيط وجود دارد ادامه مي‌يابد و به اين ترتيب يون‌هاي کلسيم و هيدروکسيل به سطح کاني‌هاي رسي انتقال مي‌يابد [46]. تجربه نشان داده است که افزودن آهک به خاک‌هاي ريزدانه مرطوب موجب بروز چندين واکنش شيميايي بين خاک و آهک مي‌شود و باعث مي‌گردد که مخلوط توليد شده داراي ظرفيت باربري بيشتر، قابليت تراکم و جابجايي بهتر، درصد انقباض و خاصيت خميري کمتري نسبت به خاک طبيعي اوليه باشد [15].
تثبيت خاک به کمک آهک ميتواند به يکي از روشهاي زير انجام شود [13]:
الف- مصالح درجا يا مصالح قرضه را ميتوان با مقدار کافي آهک بهصورت درجا مخلوط و پس از افزودن رطوبت لازم آن را متراکم نمود.
ب- در مکان مشخصي خاک را با مقادير مشخص آهک و آب مخلوط نمود و مخلوط حاصل را به محل اجرا برد و متراکم نمود.
ج- دوغاب آهک را بهصورت تحت فشار به عمق 4 تا 5 متر تزريق نمود.
دوره عمل‌آوري پارامتري است که بر روي واکنش‌هاي پوزولاني تاثير‌گذار است [106]. دماي بالا سبب افزايش پيشرفت واکنش و افزايش مقاومت خاک مي‌شود. درحالي‌که دماي پايين منجر به کاهش و يا حتي توقف واکنش‌ها مي‌شود [49].
برخي محققين نشان دادند که مقاومت توسعه يافته خاک‌هاي آهکي در دماي محدود به 25 درجه سانتي‌گراد ناچيز است، درحالي‌که با افزايش دما در محدوده 50 تا 75 درجه سانتي‌گراد مقاومت به‌سرعت افزايش مي‌يابد [42]. نتايج مشابه توسط بل16 براي دو نوع خاک رس که با آهک تثبيت شده بود نيز گزارش شد. بل تاکيد کرد که پيشرفت در مقاومت متناسب با دماي عمل‌آوري از 10 تا 50 درجه سانتي‌گراد است [47].
شکل 2-6 نشان مي‌دهد که دماي زياد در دوره عمل‌آوري تأثير مهمي بر افزايش ميزان مصرف آهک و تسريع واکنش‌هاي پوزولاني دارد، به‌طوري‌که در دماي 50 درجه سانتي‌گراد در دوره عمل‌آوري 28 روزه تمام آهک افزوده شده به خاک مصرف شد درحالي‌که در دماي 20 درجه سانتي‌گراد براي مصرف شدن آهک افزوده شده به خاک، 90 روز دوره عمل‌آوري مورد نياز است [40].
شکل2-6- رابطه دما و زمان عمل‌آوري با ميزان مصرف آهک [40]
2-6-1- خاک‌هاي مناسب جهت تثبيت با آهک
آهک اصولاً براي تثبيت خاک‌هاي ريزدانه که نشانه خميري آن‌ها بزرگتر از 10 و خاک‌هاي رسي خيلي خميري (PI35) مناسب است [15].
خاک‌هايي که داراي نشانه خميري کمتر از 10 هستند، براي انجام واکنش با آهک به پوزولا‌ن‌هايي نظير خاکستر بادي، سرباره کوره ذوب آهن و شيل منبسط شده نياز دارند [46].
آهک براي تثبيت خاک‌هايي که حاوي مقدار بيش از دو درصد مواد آلي و همچنين حاوي مقدار بيش از نيم‌درصد سولفات قابل حل در آب هستند مناسب نيست. وجود مواد آلي در خاک باعث جلوگيري از افزايش pH خاک مي‌شود [15].
2-6-2- ويژگي‌هاي خاک تثبيت شده با آهک در مقايسه با خاک تثبيت نشده
* کاهش حداکثر وزن مخصوص خشک خاک،
* افزايش درصد رطوبت بهينه،
* کاهش قابليت تورم،
* افزايش مقاومت،
* افزايش دوام (افزايش مقاومت در برابر سيکل‌هاي يخ‌زدن و آب شدن) [16].
2-6-3- تعيين درصد آهک مناسب
هدف از طراحي مخلوط، مشخص نمودن مقدار آهک مناسب براي تثبيت رضايت‌بخش است. از آنجائي که خواص ذاتي و خصوصيات خاک در اصل ثابت و معين هستند، مقدار آهک متغير مهمي است که ميتواند تغيير نمايد [15].
منظور از طرح خاک تثبيت شده با آهک، تعيين درصد آهک مناسب، براي خاک با مشخصات معين است که در شرايط مشخصي بايد به‌کار رود. قاعده کلي طرح اين است که مصالح تثبيت شده بايد طوري طراحي شود که عملکرد خوبي به‌عنوان خاک بستر يا مصالح روسازي داشته باشد. تعيين درصد آهک مناسب معمولاً پس از بررسي تأثير درصدهاي مختلف آهک بر مشخصات فني مورد نظر مصالح تثبيت شده انجام ميشود. مشخصات فني که معمولاً در نظر گرفته ميشود، بستگي به هدف از تثبيت خاک دارد و معمولاً عبارت از حدود اتربرگ، قابليت تورم و مقاومت مصالح قبل و بعد از تثبيت و عمل آمدن است. مقاومت مصالح تثبيت شده معمولاً با انجام آزمايش CBR و يا آزمايش مقاومت فشاري تک‌محوري تعيين ميگردد. طرح خاک تثبيت شده با آهک معمولاً شامل آماده کردن نمونهها، عملآوردن آن‌ها، انجام آزمايشهاي لازم و انتخاب معيار طرح و بالاخره تعيين درصد آهک مناسب است. ميزان آهک خاکهاي تثبيت شده معمولاً بر حسب درصد وزني خاک خشک تعيين ميشود. آماده کردن مخلوط خاک و آهک به اين ترتيب انجام ميشود که ابتدا مقدار معين خاک و آهک به‌صورت خشک با يکديگر مخلوط شده و سپس مقدار آب لازم به آن اضافه شده و به‌خوبي مخلوط ميشود. در اغلب روشها، مخلوطهاي خاک و آهک در درصد رطوبت بهينه تهيه و اجرا ميگردند. نمونههاي تثبيت شده با آهک قبل از انجام آزمايشها، عمل آورده ميشوند. عمل آوردن نمونهها معمولاً به مدت معيني در گرماي محيط آزمايشگاه و يا در درجه حرارتهاي بالاتر (مثلاً 50 درجه سانتيگراد) انجام ميگردد. چون نحوه عمل آوردن نمونهها در نتايج آزمايشها تأثير زيادي دارد، از اين رو نبايد مقايسه نتايج آزمايشهائي که در آنها نحوه عمل آوردن نمونهها متفاوت است، به‌طور دلخواه انجام شود.
معيارهاي لازم براي طراحي مخلوط خاک-آهک، بهوسيله کميته تثبيت با آهک17 تعيين شده است. روش طراحي مخلوط خاک-آهک، که به‌وسيله AASHTO T-220 پيشنهاد شده، بر اساس تعيين مقاومت فشاري تک‌محوري مخلوط خاک-آهک است. براين اساس، مقاومت N/mm2 346/0 براي قشر زير اساس يا بستر و مقاومت N/mm2 69/0 براي لايه اساس پيشنهاد شده است [19].
روش‌هاي متعددي براي طرح مخلوط‌هاي خاک و آهک وجود دارد که از نظر هدف و منظور از تثبيت خاک مي‌توان آن‌ها را به دو گروه تقسيم کرد. گروه اول شامل روش‌هايي است که هدف از تثبيت خاک کاهش خواص خميري، کاهش تورم و افزايش مقاومت آني است. گروه دوم شامل روش‌هايي است که هدف اصلي از تثبيت خاک، افزايش مقاومت و دوام مصالح است [22].
روش‌هاي مختلفي براي تعيين درصد بهينه آهک وجود دارد که از جمله آن‌ها ميتوان به اين موارد اشاره نمود:
1) روش اشتو،
2) استفاده از آزمايش CBR،
3) استفاده از آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده،
4) روش نشانه خميري،
5) روش pH.
2-6-3-1- روش اشتو
در اين روش درصد آهک مناسب با استفاده از نموگرام داده شده در شکل 2-7 به‌دست ميآيد. نحوه استفاده از اين نموگرام به اين ترتيب است که ابتدا نمونه خاک تحت آزمايشهاي دانهبندي و حدود اتربرگ قرار گرفته و سپس با در دست داشتن درصد وزني مواد رد شده از الک شماره 40 و دامنه خميري خاک، درصد وزني آهک شکفته (بر اساس وزن خاک خشک) به‌دست ميآيد. با وجود اين‌که اشتو روش سريع و ساده‌اي براي تعيين درصد آهک مناسب براي تثبيت خاک است، ليکن در اين روش نشانهاي از مقاومت خاک تثبيت شده با آهک به‌دست نميآيد [22].
شکل 2-7- نمودار تعيين درصد بهينه آهک در روش اشتو [17]
2-6-3-2- استفاده از آزمايش CBR
اين روش بر اساس اندازهگيري CBR خاک تثبيت شده با آهک استوار است. نحوه انجام اين آزمايش به اين ترتيب است که ابتدا خاک و آهک و آب با يکديگر به‌خوبي مخلوط شده و با روش تراکم اشتو، نمونه‌هاي استوانه‌اي ساخته مي‌شود. پس از آنکه نمونه‌ها به مدت معين در شرايط مشخصي (شرايط اشباع يا رطوبت طبيعي) عمل آورده شد، مورد آزمايش CBR قرار ميگيرد. اين آزمايش با درصدهاي مختلف آهک تکرار ميشود و سپس منحني CBR بر حسب درصد آهک در درصد رطوبتهاي مختلف رسم ميشود. درصد آهک مناسب مقدار آهکي است که در ميزان رطوبت مورد نظر (معمولاً رطوبت بهينه يا رطوبت طبيعي) CBR خاک را به مقدار معيني افزايش دهد. هرگاه هدف از تثبيت خاک با آهک کاهش قابليت تورم خاک باشد، درصد آهک مناسب بايد طوري انتخاب شود که ميزان تورم خاک اصلاح شده با آهک به مقدار مجاز کاهش داده شود [98]. حداقل CBR قابل قبول براي لايه خاک تثبيت شده با آهک 30 درصد است [17].
2-6-3-3- استفاده از آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده
اين روش بر اساس نتايج حاصل از انجام آزمايش مقاومت فشاري تک‌محوري بر روي نمونههاي خاک تثبيت شده