ي که بر مخلوط‌هاي خاک-آهک انجام داد، به اين نتيجه رسيد که به دليل تغيير ساختار خاک‌هاي تثبيت شده با آهک به حالت درهم، نفوذپذيري آن‌ها افزايش مي‌يابد و هرچه درصد کاني‌هاي رسي بيشتر باشد، مقدار نفوذپذيري خاک موردنظر نيز بيشتر خواهد بود و خاک‌هايي که با رطوبتي کمتر از رطوبت بهينه متراکم مي‌شوند، نسبت به مخلوط‌هايي که با رطوبتي بيشتر از رطوبت بهينه آماده مي‌شوند، نفوذپذيري بيشتري دارند [46].
2-6-5-4- تأثير آهک بر حدود اتربرگ
با افزايش درصد آهک، حد رواني و نشانه خميري خاک کاهش مي‌يابد (شکل 2-12). وقتي آهک به خاک رس اضافه مي‌گردد، واکنش تبادل کاتيوني صورت مي‌پذيرد. اين واکنش، ضخامت لايه دوگانه را کاهش مي‌دهد که باعث افزايش در نيروي جاذبه و در نتيجه به درهم شدن ساختار مولکولي خاک منجر مي‌شود [39].
در اغلب خاک‌ها تأثير آهک بر خواص خميري، کم و بيش آني است و نشانه خميري، که نشان‌دهنده پتانسيل تغيير حجم خاک است، پس از اضافه کردن آهک کاهش مي‌يابد [46].
شکل 2-12- تغييرات حد مايع، نشانه خميري و حد انقباض رس مخلوط شده با آهک [19]
2-6-5-5- تأثير آهک بر وزن مخصوص خشک
شکل 2-13 نشان مي‌دهد که با افزايش آهک، دانسيته خشک حداکثر خاک رس کاهش مي‌يابد و درصد رطوبت بهينه افزايش مي‌يابد [39].
حداکثر وزن مخصوص و درصد رطوبت بهينه به دو دليل از اهميت خاصي برخوردارهستند. دليل اول آن است که براي آنکه نتيجه خوبي از عمل تثبيت خاک حاصل شود، بايد بتوان مصالح تثبيت‌شده را تا حد قابل قبولي کوبيده و متراکم کرد. دليل دوم، که شايد دليل مهمتري باشد، آن است که کنترل نتيجه عمل تثبيت خاک در کارگاه، بر اساس وزن مخصوص انجام مي‌شود [22].
شکل 2-13- تأثير افزايش آهک در وزن مخصوص خاک رس [39]
2-6-5-6- تأثير آهک بر روي مقاومت خاک
مقاومت مخلوط‌هاي خاک-آهک به عوامل متعددي نظير نوع خاک و ميزان آهک اضافه شده بستگي دارد. معمولاً بلافاصله پس از اضافه کردن آهک به خاک، مقاومت خاک به ميزان محسوسي افزايش مي‌يابد. اين افزايش آني مقاومت، انجام عمليات اجرائي را بر روي خاک‌هاي چسبنده و خميري از نظر حرکت ماشين‌آلات تسهيل کرده و سبب بهبود کيفيت خاک بستر براي اجراي روسازي مي‌شود [62]. شکل 2-14 نشان دهنده تغييرات مقاومت فشاري محدود نشده رس بر حسب درصد آهک است، شکل نشان ميدهد که مقاومت فشاري با 6 درصد آهک 6 برابر حالت بدون آهک است [13].
شکل 2-14- تغييرات مقاومت فشاري محدود نشده بر حسب ميزان آهک افزوده [13]
2-7- مرور کلي بر پژوهش‌هاي انجام شده
طباطبائي در بررسيهايش نشان داد که آهک براي تثبيت رسهاي خميري، عملکرد مناسبي دارد و با رسهاي حاوي کاني مونت‌موريلونيت، نسبت به رسهاي حاوي کاني کائولينيت سريعتر واکنش نشان ميدهد [21]. همچنين هاشمي طباطبائي و آقايي (1387) اثر افزودن آهک زنده و شکفته را روي خاک رس با پلاستيسيته کم (CL) از خاکهاي شهرستان گرمي از توابع استان اردبيل بررسي نمودند و نشان دادند که بيشينه وزن واحد حجم خشک خاک اصلاح شده با آهک شکفته، کاهش و درصد رطوبت بهينه افزايش مييابد؛ در صورتيکه تغييرات قابل ملاحظهاي در ويژگيهاي تراکمي خاک اصلاح شده با آهک زنده مشاهده نشده است. نامبردگان استدلال کردند که کاهش وزن واحد حجم نمونه حاوي آهک شکفته ميتواند به دليل افزايش درصد مصالح ريزدانه و جذب آب به وسيله آهک شکفته باشد. اما تغيير نامحسوس وزن واحد حجم خشک و درصد رطوبت بهينه نمونه حاوي آهک زنده، احتمالاً ميتواند به دليل جذب آب بهوسيله گرما در موقع واکنشهاي کاتيوني باشد. زيرا آهک زنده تقريباً معادل دو برابر آهک شکفته گرما ايجاد ميکند [32]. جسماني و همکاران (1387) تغييرات خصوصيات ژئوتکنيکي خاک کوير ميقان را که از نوع CH است، بعد از بهسازي با آهک شکفته (3%، 5%، 7% و 9% وزني) مطالعه کردند در اين تحقيق پس از بهسازي، مقدار حد رواني خاک کاهش و مقدار حد خميري افزايش پيدا کرده و بهطور کلي مقدار نشانه خميري کاهش يافته است. اين محققين نشان دادند که افزايش آهک شکفته موجب افزايش رطوبت بهينه و کاهش وزن واحد حجم خشک حداکثر خاک شده در حالي که تاثير چنداني بر پارامترهاي مقاومت برشي خاک مورد مطالعه ندارد [8].
جسماني و همکاران نتايج کار خود بر روي خاک کوير ميقان را به شکل روابط زير ارائه نمودند [8]:
(2-9)
(2-10)
(2-11)
در اين روابط L درصد آهک اضافه شده به خاک است.
وکيلي و زمرديان (1388) به‌منظور کاهش پتانسيل واگرائي، تاثير افزودن آهک و پوزولان به خاک واگرا را بررسي کردند. در تحقيق آنان افزودن آهک و پوزولان و نيز دوره عمل‌آوري، موجب کاهش درصد واگرائي خاک شده و مقاومت فشاري تک‌محوري خاک را نيز افزايش داده است. نمودار ستوني مقايسه نتايج آزمايش پين‌هول و مقاومت فشاري تک‌محوري در شکل 2-15 و 2-16 آورده شده است و از بهينه بودن افزودن 3 درصد آهک به خاک با زمان عملآوري 14 روز جهت درمان واگرائي خاک حکايت دارد. در نمودارها P نشان دهنده پوزولان و L آهک است [31].
شکل 2-15- مقايسه مقاومت تک‌‌محوري براي ترکيبات مختلف از آهک و پوزولان [31]
شکل 2-16- مقايسه تأثير ترکيبات مختلف در زمانهاي عملآوري بر مبناي نتايج آزمايش پينهول [31]
بندهزاده (1390) اثر افزودن آهک و خاکستر بادي و نيز عامل زمان را در تثبيت خاک ريزدانه از نوع ML بررسي کرد. نتيجه مطالعات وي نشان‌دهنده تأثير زياد خاکستر بادي بر افزايش پارامترهاي مقاومت برشي (c و )، حد خميري و مقاومت فشاري تک‌محوري خاک مورد مطالعه پس از بهسازي با آهک بوده و ترکيب بهينه شامل 5 درصد آهک و 5 درصد خاکستر بادي است [6]. هاموند27 (1992) در مورد بهسازي و افزايش مقاومت خاکهاي رسي تثبيت شده با آهک مطالعاتي انجام داد و به اين نتيجه رسيد که مقاومت مخلوط خاک رس و آهک به حدي است که ميتوان از آن جهت عمليات خاکبرداري کانالها، تثبيت شيب جانبي کانالها و همچنين جهت پيسازي، در سازه‌هايي که در آنها بار وارده به پي زياد نيست، استفاده کرد [71]. آهنبرگ و جوهانسون28 (2005) افزايش مقاومت خاک تثبيت شده با چسبانندههاي مختلف متشکل از سيمان و آهک و خاکستر بادي29 و سرباره کوره30را با عامل زمان بررسي کردند. خاکهاي مورد مطالعه آنان دو نوع خاک رسي و يک نوع خاک آلي بوده که نتايج آزمايشهاي آنان نشان داد که، در مقدار مقاومت خاک تثبيت شده بعد از مدت زمان طولاني افزايش قابل توجهي مي‌تواند بهوجود آيد که مقدار اين افزايش مقاومت، به نوع و مقدار چسباننده31 و نيز نوع خاک بستگي دارد. افزايش مقاومت براي نمونههاي بهسازي شده با چسباننده حاوي سيمان در کوتاه مدت بيشتر بوده، در حالي‌که نمونههاي بهسازي شده با چسباننده حاوي آهک، به دليل اينکه واکنشهاي پوزولاني وابسته به زمان هستند، افزايش مقاومت بيشتري را در دراز مدت نشان ميدهند [36]. اوزينوبي و انماوو32 (2006) مطالعاتي در مورد تاثير افزايش آهک بر روي خصوصيات تراکم و مقاومت فشاري مخلوط خاک رس و آهک انجام دادند. نتيجه تحقيق آنان نشان داد که بيشترين مقاومت فشاري تک‌محوري زماني حاصل مي‌شود که بلافاصله بعد از مخلوط شدن خاک رس با آهک، عمل تراکم صورت پذيرد. همچنين به اين نتيجه رسيدند که نمونه تهيه شده با نسبت اختلاط 5 درصد آهک و دوره عمل‌آوري 28 روزه بيشترين مقاومت را دارد [98]. آهنبرگ 33 (2006) تغييرات نفوذپذيري را در دو نوع خاک رسي و آلي بهسازي شده با چسبانندههاي مختلف متشکل از سيمان34، آهک زنده35، خاکستر بادي36 و سرباره کوره37 بررسي کرد و نشان داد که تغييرات مقدار نفوذپذيري مي‌تواند با افزايش مقاومت و کاهش درصد رطوبت مرتبط باشد. در تحقيق نامبرده، براي نمونههاي بهسازي شده با آهک مقدار نفوذپذيري افزايش و براي نمونههاي بهسازي شده با سيمان، مقدار نفوذ‌پذيري نسبت به نمونه بهسازي نشده کاهش پيدا کرده است. ولي با گذر زمان، به دليل فرآيندهاي سيماني شدن، از ميزان نفودپذيري کاسته ميشود [37]. کومار38 و همکاران (2007) در مورد تاثير خاکستر بادي، آهک و فيبرهاي پلي‌استر، بر روي خصوصيات تراکمي و مقاومتي خاک‌هاي متورم شونده مطالعاتي انجام دادند و به اين نتيجه رسيدند که مقاومت فشاري محدود نشده نمونه‌هاي 7، 14 و 28 روزه براي مخلوط خاک‌ رس، آهک و خاکستر بادي همواره از مقاومت فشاري محدود نشده براي نمونه‌هاي فاقد آن بيشتر است. آن‌ها همچنين نشان دادند که فيبرهاي پلي‌استر، مقاومت مخلوط خاک‌‌ رس، آهک و خاکستر آتشفشاني را تا حد قابل قبولي افزايش مي‌دهند [86]. عبدي (2009) اثر سرباره فولادسازي ذوب‌آهن اصفهان بر دوام خاک رس تثبيت شده با آهک را بررسي کرد. نتايج نشان داد که آهک و سرباره داراي تأثير مثبت در تثبيت کائولينيت است و سرباره در مجاورت آهک سبب بهبود خواص خاک و افزايش مقاومت فشاري محدود نشده و افزايش دوام در برابر سيکل‌هاي يخ‌ زدن و آب شدن مي‌شود، که ميزان اين بهبود بستگي به ميزان آهک و سرباره و همچنين دوره عمل‌آوري دارد. از آنجا که سرباره داراي پتانسيل تثبيت در خاک‌هاي ريزدانه است، مي‌تواند جايگزين مناسبي در مصالح جاده‌اي به‌عنوان قشر زير‌اساس باشد. نتايج آزمايش‌هاي عبدي در شکل ‌2-17 و جدول 2-1 نشان داده شده ‌است [33].
شکل 2-17- بررسي دوره‌ عمل‌آوري بر مقاومت خاک رس تثبيت شده با آهک و سرباره [33]
جدول 2-1- نتايج آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده [33]
2-8- تأثير سولفات بر واکنش‌هاي خاک و آهک
2-8-1- مقدمه
کاربرد سيمان يا آهک در بهبود مشخصه‌هاي خاک‌هاي ريزدانه نرم، موضوع جديدي نيست [52]. مطالعات اخير بر روي خاک‌هاي عمل‌آوري شده با سيمان و آهک نشان مي‌دهد که تورم و شکست و گسيختگي روسازي‌ها، در نتيجه‌ي تورم زياد کاني‌هاي اترينگايت است [95]. پديده تشکيل اترينگايت پديده پيچيده‌اي است و درباره‌ي پايداري آن در طي زمان بحث و نظريه‌‌هاي زيادي وجود دارد [105]. قبل از تکنيک‌هاي به‌کارگيري سيمان و آهک در تثبيت خاک، فهميدن ماهيت وجود سولفات در خاک ضروري است.
هنگام تراکم خاک‌هاي ناپايدار رسي، با افزايش ميزان رطوبت، وزن مخصوص خشک خاک افزايش مي‌يابد [55] که منجر به کاهش نيروي اصطکاک بين ذره‌ها مي‌شود [67]. زماني که خاک با آهک تثبيت مي‌شود، تبادل کاتيون‌ها سبب درهم شدن ساختار خاک مي‌شود. افزايش آهک به خاک، منجر به توليد کاتيون Ca2+ و آنيون (OH)- در خاک مي‌شود. درهم شدن ذرات خاک منجر به افزايش حجم فضاهاي خالي و در نتيجه کاهش دانسيته خاک مي‌شود. درهم شدن ذرات خاک بلافاصله بعد از افزودن آهک در ساعات اوليه رخ مي‌دهد [90]، درحالي‌که واکنش‌هاي پوزولاني در تشکيل فرآورده‌هاي سيماني براي کامل شدن به ماه‌ها و يا حتي سال‌ها زمان نياز دارد [119].
در اثر وجود سولفات‌هاي فلزي که ممکن است در تثبيت کننده‌ها و يا آب‌هاي زيرزميني موجود باشد [110]، به دليل تبادل کاتيون‌ها و واکنش‌هاي پوزولاني فرايندهاي پيچيده‌اي رخ مي‌دهد که اين فرايندها عمدتاً به غلظت سولفات، نوع کاتيون‌هاي فلزي، مقدار ترکيبات آهکي و آلومينا و همچنين مقدار و نوع آهک اضافه شده و اندازه ذرات رس بستگي دارد [55].
براي مثال در اثر وجود گچ در خاک رس تثبيت شده با آهک، ميزان کاتيون Ca2+ و آنيونSO42- در خاک زياد مي‌شود. کاتيون Ca2+ اضافي منجر به افزايش کاتيون‌هاي جذب شده به سطح ذرات رس مي‌شود. براي خاک‌ها با انواع سولفات‌هاي فلزي ديگر، اساساً کاتيون‌Ca2+ از طريق افزودن آهک فراهم مي‌شود. در اين موارد کاتيون‌هاي قابل تبادل از طريق موقعيت کاتيون سولفات فلزي در سري ليوتروپي)

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید