با آهک است. نحوه انجام آزمايش به اين ترتيب است که ابتدا خاک، آهک و آب به‌خوبي با يکديگر مخلوط شده و سپس با استفاده از روش تراکم اشتو نمونههاي استوانه‌اي شکل ساخته ميشود. ميزان آبي که براي ساختن نمونهها به‌کار ميرود، برابر با درصد رطوبت بهينه است. نمونههاي به‌دست آمده به‌مدت 48 ساعت در گرماي 50 درجه سانتيگراد (يا هر شرايط ديگري که تعيين شده باشد) عمل آورده شده و سپس تحت آزمايش مقاومت فشاري تک‌محوري قرار ميگيرد. اين آزمايش با درصدهاي مختلف آهک تکرار ميشود. درصد آهک مناسب، درصد آهکي است که مقدار مقاومت فشاري مصالح تثبيت شده را به حد مورد نظر افزايش دهد [115]. حداقل مقاومت فشاري مطلوب براي خاکهاي تثبيت شده با آهک به عوامل زيادي از قبيل هدف از انجام تثبيت خاک، موقعيت مصالح در روسازي، شرايط جوي منطقه و ميزان آمد و شد وسايل نقليه سنگين بستگي دارد. اغلب آئيننامهها مقرر ميدارند که براي آنکه خاک تثبيت شده با آهک قابل استفاده به‌عنوان لايه اساس روسازيها باشد، بايد مقاومت فشاري تک‌‌‌محوري مصالح پس از آن که به مدت 48 ساعت در گرماي 50 درجه سانتي‌گراد عمل آورده شد، حداقل 5/10 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع باشد. اين مقدار براي مصالحي که در لايه زيراساس مصرف ميشود، حداقل 7 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع است و نشريه شماره 268 حداقل مقاومت فشاري تک‌محوري را براي لايه زير اساس 5/3 کيلوگرم بر سانتي‌متر مربع تعيين نموده است [15].
2-6-3-4- استفاده از روش نشانه خميري
اين روش بر اساس اندازهگيري نشانه خميري خاک اصلاح شده با آهک استوار است. نحوه انجام آزمايش به اين ترتيب است که ابتدا خاک، آهک و آب با يکديگر به‌خوبي مخلوط شده و پس از آن‌که مخلوط حاصل به مدت 1 ساعت به همان حالت شل به حال خود رها گرديد تا واکنشهاي آني به‌وقوع بپيوندند، تحت آزمايش حدود اتربرگ قرار ميگيرد. اين آزمايش با درصدهاي مختلف آهک تکرار ميشود و سپس منحني تغييرات نشانه خميري بر حسب درصد آهک رسم ميشود. درصد آهک مناسب درصد آهکي است که :
الف- به‌کار بردن درصد آهک بيشتر، سبب کاهش قابل ملاحظه دامنه خميري نگردد، يا
ب- مقدار نشانه خميري مخلوط را به حد مورد نظر کاهش دهد [115].
2-6-3-5- روش pH
اين روش بر اساس اندازه‌گيري pH مخلوط خاک و آهک استوار است. روش pH روش نسبتاً سريعي براي تعيين مقدار آهک مناسب براي تثبيت خاک با آهک است. اساس اين روش بر اين اصل استوار است که آن‌قدر به خاک مورد نظر بايد آهک اضافه شود تا آن که ميزان pH مخلوط به 4/12 که مقدار لازم براي شروع واکنش‌هاي پوزولاني است برسد. با وجود اين‌که روش تعيين pH روش سريع و ساده‌اي براي تعيين درصد آهک مناسب براي تثبيت خاک است، ليکن اين روش کاملاً مشخص نمي‌کند که خاک داراي واکنش خوبي با آهک است يا خير و مقاومت مصالح تثبيت‌شده چه مقدار خواهد بود [22].
2-6-4- واکنش‌هاي شيميايي بين خاک و آهک
واکنش‌هاي بين خاک و آهک به دو دسته کوتاه‌مدت و بلند‌مدت تقسيم مي‌شوند. واکنش‌هاي کوتاه‌مدت شامل تغيير بافت خاک به حالت درهم18، افزايش pH ، تبادل کاتيو‌ن‌ها و کربناسيون هستند که اين واکنش‌ها خصوصيات فيزيکي سيستم خاک، نظير حدود اتربرگ و دانه‌بندي خاک را تحت تأثير قرار مي‌دهند. در حالي‌که واکنش‌هاي پوزولاني بلند‌مدت که شامل انجام واکنش‌هاي شيميايي گوناگون و شکل‌گيري محصولات جديد هستند، بر مقاومت و فشردگي‌پذيري رس تأثير مي‌گذارند. عوامل متعددي وجود دارد که خصوصيات خاک تثبيت‌شده با آهک را تحت تأثير قرار مي‌دهند که از آن جمله مي‌توان به کاتيون‌هاي موجود در محيط، غلظت سولفات و مقدار يون‌هاي رسي موجود (آلومين و سيليکاي موجود در محيط) اشاره کرد [18].
2-6-4-1- تبادل يوني
عموماً خاکهاي رسي طبق تجربه در فرآيند بهبود با آهک، تبادل يوني انجام ميدهند. تقريباً بلافاصله بعد از اضافه نمودن آهک به خاک رسي، pH سيستم به‌سرعت افزايش پيدا کرده و تبادل يوني انجام ميگيرد. گريم19 (1998) توضيح داد که تبادل يوني، يک فرايند شيميايي است که ظرفيت تبادل آن با کاهش اندازه دانهها به علت افزايش سطح مخصوص افزايش مييابد [69]. همچنين او نشان داد که روند عمومي در جايگزيني يونهاي متعارف که با خاک ترکيب ميشوند به‌شرح زير است:
(2-4) Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ H+ Na+
وي شرح داد که در مخلوط خاک و آهک، واکنش يوني با يونهاي کلسيم ناشي از جانشين شدن يونهاي فلزي ضعيف مانند سديم موجود بر روي سطح ذرات رس روي ميدهد. ظرفيت تبادل کاتيوني خاک بستگي به چندين فاکتور مانند کيفيت رس، جزء سيليسي آن، نوع کاني رس و مقدار ماده آلي آن دارد [92]. تبادل کاتيوني باعث تثبيت سريع خاک و همچنين باعث کاهش خواص خميري و بهبود خصوصيات تراکمي خاک ميشود [87]. از ديگر اثرات اين واکنش، تغيير ماهيت خاک و در نتيجه کاهش تورم، کاهش حد خميري و نشانه خميري، اصلاح کارائي، مقاومت و شکل‌پذيري خاک است [104].
2-6-4-2- واکنش‌هاي پوزولاني20
نتيجه واکنش آهک-رس و ترکيب با آب واکنش پوزولاني ناميده ميشود. اصطلاح پوزولان در استاندارد ASTM به‌صورت زير تعريف شده است [92]:
پوزولان ماده سيليسي يا سيليسي آلومينيومي است که به‌تنهايي داراي قابليت سيماني شدن (گيرايي) کمي بوده، اما در شکل پودر شده در دماي معمولي با هيدروکسيد کلسيم جهت تشکيل ترکيبات با خصوصيات سيماني، واکنش انجام ميدهد.
آهک با برخي از خاکهاي چسبنده واکنش پوزولاني مي‌دهد. زمان عملآوري مناسب ايجاب مي‌کند تا اجازه دهيم واکنش پوزولاني اتفاق بيفتد. همچنانکه به‌وسيله چندين محقق گزارش شده است، در نتيجه چنين واکنشي در خصوصياتي نظير تراکم، تاب کششي، پيچشي و برشي نمونههاي تثبيت شده با ترکيب آهک-خاک افزايش چشمگيري بهوجود آمده است. بيشتر خاکها شامل مقدار زيادي سيليکاتهاي ترکيب نشده و سيليکاتهاي ترکيب شده گوناگون هستند. نقش سيليکات آلومينيوم معمولاً در ذرات خاک نسبت به ساير مواد برجستهتر است. در نتيجه طبق گزارش بيشتر محققين واکنش با ترکيبات آهک تا درجه زيادي به توليد دو جز سيليکات کلسيم هيدراته و آلومينات کلسيم هيدراته منجر ميشود [92]. واکنش پوزولاني ميتواند مقدار تورم خاک را کاهش دهد [104]. واکنش پوزولاني، ذرات بخش ريزدانه خاک را به يکديگر چسبانده و ذرات درشتتر حاصل ميشود که به درصد رس موجود در خاک بستگي دارد. تحقيقات نشان ميدهد که مقدار رس در کل نمونه، نبايد کمتر از 25 درصد و نشانه خميري خاک بايد بزرگتر از 10 باشد [51].
واکنش پوزولاني تابع زمان است و بنابراين افزايش مقاومت خاک به‌کندي صورت مي‌گيرد و گاهي اين افزايش مقاومت ممکن است تا چندين سال ادامه داشته باشد. واکنش پوزولاني علاوه بر زمان، تابع دما و رطوبت نيز هست. در گرماي کمتر از 13 تا 16 درجه سانتي‌گراد واکنش پوزولاني کند شده و در دماهاي بيشتر، شدت اين واکنش‌ها افزايش مي‌يابد. در زير روابط ساده شده واکنش‌هاي کيفي معمول خاک و آهک آورده شده است [22]:
(2-5) Ca(OH)2 = Ca2+ +2(OH)-
(2-6) Ca2+ +2(OH)- + SiO2= CaO.SiO2 +H2O
(2-7) Ca2+ +2(OH)- + Al2O3= CaO. Al2O3 +H2O
2-6-4-3- واکنش کربناسيون21
کربناسيون، واکنش کوتاه مدت و مضري است که از انجام واکنشهاي ديگر جلوگيري ميکند و خاصيت خميري خاک را افزايش ميدهد [24]. اگر خاک خاصيت پوزولاني نداشته باشد يا ميزان آهک زياد باشد، واکنش کربناسيون اتفاق ميافتد [5]:
(2-8) هوا يا خاک
دي اکسيد کربن هوا ميتواند آهک آزاد را به نمکهاي کربناتي تبديل کند. کربناسيون آهک باعث تشکيل کربنات کلسيم ميگردد. آزمايشهاي صحرايي نشان داده است که مخلوطهاي آهک-خاک طبق انتظار مقاومتهاي کم را بهبود ميبخشد. اين مسأله بهوسيله آزمايشهاي آزمايشگاهي بر روي نمونههاي مراقبت شده تحت شرايط کنترل شده و محافظت شده قابل پيشبيني است. اين نتيجه اساساً به علت انجام واکنش پوزولاني بين خاک و آهک است [92]. کربن‌دار‌شدن، موجب کاهش آهک محيط و در نتيجه کاهش مقاومت خاک تثبيت شده ميشود [119]. وجود کربنات کلسيم در نمونههاي تثبيت شده با آهک به وسيله گولد‌برگ و کلين22 گزارش شده است. آنان از نتايج اشعه ايکس و مطالعات انجام گرفته بر روي مخلوطهاي آهک-بنتونيت نتيجه گرفتند که هيدروکسيد کلسيم در مخلوط خاک و آهک به کربنات کلسيم تبديل ميشود نه به سيليکات کلسيم [68]. داويدسون و هندي23 پي بردند که وقتي آهک با خاک در هواي آزاد قرار ميگيرد، آهک با دي اکسيد کربن هوا براي تشکيل عامل چسباننده يعني کربنات کلسيم واکنش ميدهد [59]. بوگونزا24 و همکاران گزارش نمودند که عدم موفقيت خاکهاي تثبيت شده با آهک در آفريقاي جنوبي، به علت وجود نمک معدني است [50]. واکنش کربناته شدن، يون‌هاي آزاد آهک را براي واکنش‌هاي پوزولاني کاهش مي‌دهد و منجر به کاهش تبادل يوني در مخلوط خاک و آهک مي‌شود. علاوه بر اين کربناته شدن، سبب کاهش pH محيط تا مرز 3/8 و همچنين خرد شدن مصالح سنگي نامرغوب در مخلوط خاک و آهک مي‌شود [109].
2-6-5- تاثير آهک بر مشخصات خاک
به‌طور کلي، تمام خاک‌هاي ريزدانه پس از اختلاط با آهک داراي کيفيت بهتري از نظر خصوصيات
خميري مي‌شوند؛ ليکن اضافه‌ کردن آهک به هر خاکي ممکن است سبب افزايش قابل ملاحظه مقاومت آن نشود [22].
2-6-5-1- تأثير آهک بر هدايت الکتريکي (EC)
تأثير ميزان آهک بر هدايت الکتريکي خاک رس در شکل 2-8 نمايش داده شده است. با افزايش زمان عمل‌آوري، هدايت الکتريکي مخصوصاً پس از سپري شدن 7 روز کاهش مي‌يابد. اين کاهش تا زمان عمل‌آوري 28 روزه ادامه دارد و بعد از آن به مقدار ثابتي مي‌رسد. تغيير در EC درواقع به‌علت تبادل سريع کاتيون‌هاي Na+ و Ca2+ است که منجر به کاهش تمرکز و غلظت Ca2+و(OH)- در اثر واکنش‌هاي پوزولاني طي دوره عمل‌آوري مي‌شود. افزايش دماي عمل‌‌آوري از 20 تا 50 درجه سانتي‌گراد، شکل 2-9 سبب کاهش اندک در EC شد، که پس از سپري شدن 90 روز در دماي 50 درجه سانتي‌گراد مقدار EC به کمترين مقدار خود رسيد علت اين کاهش، وقوع بيشتر واکنش‌هاي پوزولاني در دماي 50 درجه سانتي‌گراد است [40].
.
شکل 2-8- تأثير دوره عمل‌آوري با درصدهاي مختلف آهک بر ميزانEC [40]
شکل 2-9- تأثير دما با درصدهاي مختلف آهک بر ميزانEC [40]
2-6-5-2- تأثير ميزان آهک بر pH خاک
تغييرات ميزان pH در خاک رس مخلوط شده با آهک توسط مختار25 مورد بررسي قرار گرفت، نتايج آزمايش‌ها نشان داد که با درصدهاي مختلف آهک، ميزان pH خاک در حدود 5/12-4/12 بوده‌است. مقدارآن پس از سپري شدن يک روز کاهش مي‌يابد، از طرفي با افزايش زمان عمل‌آوري، ميزان کاهش pH ادامه دارد شکل 2-10. با افزايش مقدار آهک به خاک، نرخ کاهشpH در طي زمان افزايش مي‌يابد. در شکل 2-11، تغييرات ميزان pH با درصدهاي مختلف آهک در دماي عمل‌آوري 20 و50 درجه سانتي‌گراد و زمان عمل‌آوري مختلف نمايش داده شده است، افزايش دماي عمل‌‌آوري از 20 تا 50 درجه سانتي‌گراد نيز سبب کاهش ميزان pH براي درصدهاي مختلف آهک شد [40]. در واقع افزايش دما، سبب تسريع در واکنش‌هاي پوزولاني مي‌شود که منجر به مصرف آهک و کاهش غلظت مقدار (OH)- در ترکيب مي‌شود [40] که نتايج آن در شکل 2-11 نشان داده شده است.
شکل 2-10- تأثير زمان عمل‌آوري در دماي 50 درجه سانتي‌گراد بر pH خاک رس مخلوط شده با آهک [40]
شکل 2-11- تأثير درصد آهک بر pH خاک رس مخلوط شده با آهک در زمان‌ها و دماهاي مختلف[40]
2-6-5-3- تأثير ميزان آهک بر نفوذپذيري خاک
بل26 پس از تحقيقاتي ک

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید