خلاصه

خاک های ریز دانه رسی با توجه به حضور گسترده ای که در سطح کشورمان دارند ، مشکلات بسیاری را در پایداری بستر پروژه های عمرانی ایجاد کرده اند که نیازمند تثبیت قبل از ساخت و ساز بوده است. برای تثبیت خاک از مواد تثبیت کننده مختلفی استفاده می شود که معمول ترین روش جهت تثبیت خاک های رسی تثبیت خاک رس با آهک است . هدف اصلی از این مقاله ارزیابی تاثیر افزودن آهک به خاک و تعیین مقدار آهک مورد نیاز برای درمان خاک رس است. مطالعات نشان می دهد مقدار مطلوب حداقل آهک برای ایجاد ثبات در خاک رس به منظور بالا بردن سطح خاک به PH=12 ، ۴٪ است که با توجه به درصد مورد استفاده ار لحاظ اقتصادی در پروژه های عمرانی مقرون به صرفه خواهد بود.

کلمات کلیدی: تثبیت خاک، آهک، پتانسیل تورم، خاک رس، تراکم

-۱ مقدمه

با توجه به توسعه چشمگیر اقدامات سازه ای و ساختمان سازی درایجاد فرودگاهها، تونلهای زیرزمینی، احداث اسکله های عظیم،بزرگراهها، احداث سدها و… نیاز به مصالح ساختمانی تا حد زیادی افزایش پیدا کرده است .بـر ایـن اسـاس امـروزه اسـتفاده از مصـالح جـایگزین کـه از نظـر مهندسی کیفیتی بالاتر از مصالح مورد استفاده در گذشته داشته و همچنین از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر است مـورد توجـه زیـادی قـرار گرفتـه است. خاک رس به نحو گسترده ای در اکثرپروژه های عمرانی مورد استفاده قرار می گیرد.[۶] خاکهای رسی مخصوصا خاکهـای رسـی نـرم دارای خواص خمیرایی بالایی می باشند و افزایش رطوبت باعث کاهش مقاومت برشی، مقاومت فشاری و تغییر حجم آنها می گردد. [۱۲] این خصوصیات که غالبا خسارات جبران ناپذیری به سازه وارد میکند، اهمیت بهسازی خاک را آشکار میسازد. از جمله روشهایی که برای بهبود خصوصیات فیزیکی و ژئوتکنیکی خاک رس به صورت دائمی انجام میگیرد، استفاده از مخلوط آهک وخاک رس می باشد.[۶]

روش های تثبیت خاک در اکثر نقاط جهان به چند دلیل مورد استفاده قرار می گیرد. در مواردی که در دسترس بودن دانه هـای خـوب و یـا خـاک مناسب مشکل باشد، تثبیت خاک موجود برای بهبود خواص ژئوتکنیکی پیشنهاد خوبی است. [۸] از آهک به عنوان موثر ترین و مقرون به صرفه از تمـام مواد افزودنی جهت تثبیت خاک رس مورد استفاده قرار می گیرد . اضافه کردن آهـک در خـاک رس گسـترده افـزایش تـورم را کـاهش مـی دهـد.[۴]

۱

اولین کنفرانس ملّی مکانیک خاک و مهندسی پی

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران ۱۲ و ۱۳ آذرماه۱۳۹۳

تثبیت خاک رس بوسیله آهک به معنای ترکیب و مخلوط کردن آهک با رطوبت بهینه به صـورت هیدروکسـید کلسـیم بـا خـاک رس و متـر اکـم کردن این مخلوط است اصولاً. آهک با بیشتر خاک های رسی واکنش شیمیایی خوبی خواهد داشت .دلیل این فرایند آن است که یون های کلسیم به کار رفته در آهک، جانشین یون های موجود در روی سطح کانی رسی می شـود .در نتیجـه خصوصـیات سـاختمانی رس تغییـر کـرده و کـاهش پلاستیسیته ، کاهش ظرفیت نگهداری رطوبت، کاهش تورم و افزایش پایداری آن را موجـب مـی شـود.[۷] زمـانی کـه مقـادیر کـافی از آهـک و آب اضافه می شوند،PH خاک به سرعت بالاتر از ۱۰,۵ می شود ، که ذرات رس را قادر به شکستن می سازد سیلیکا و آلومینا منتشر می شوند ، و با کلسـیم از آهک واکنش نشان می دهند به شکل کلسیم – سیلیکات- هیدرات )CSH) و کلسیم – آلومینات- هیدرات (CAH) می شود. ایـن ترکیبـات مـاتریس است که کمک به تثبیت و استحکام لایه های خاک آهک می کند ۱۰]و۱۳و.[۱۵
(۱)× Ca(OH)2 → Ca2+ + 2(OH)−
(۲)× ( − ۲+ Ca
(CSH → CaO. SiO2 + H2O (موجود در خاک)+ ۲(OH) + SiO2
(3) (CAH) O + H O → CaO. Al (موجود در خاک)۳ O + 2(OH)− + Al Ca2+
2 3 2 2

زمانی که آهک به خاک مرطوب اضافه می شود دو دسته واکنش رخ می دهد×؟-۱ واکنش های کوتـاه مـدت و -۲ واکـنش هـای بلنـد مـدت؟ واکنشهای کوتاه مدت شامل تبادل کاتیونی، لخته شدن و کربناسیون بوده و واکنشهای بلند مدت شامل واکنشـهای پـوزولانی و مقـاومتی مـی باشـد×؟ تبادل کاتیونی بین یون کلسیم آهک و کاتیون های مختلف جمع شده در سطح خاک اتفاق می افتد و در نتیجه آن ذرات رس بـه یکـدیگر نزدیکتـر می شوند که این روند را لخته شدن می نامند×؟اما در دسته دوم واکنشها یعنی واکنشهای بلند مدت”پوزولانی)، محصولاتی بـه وجـود مـی آینـد× کـه× موجب بالارفتن مقاومت و قابلیت تراکم خاکهای رسی می شوند۹]و.[۱۴

استفاده از آهک پایداری، نفوذناپذیری و ظرفیت تحمل بار را در زیر لایه ها افزایش می دهد . آهک به عنوان یکی از بهترین گزینه ها بـرای اصلاح خصوصیات کوتاه مدت خاک های رسی دارای پلاستیسیته متوسط به بالا می باشد.[۷] دو هـدف عمـده از فراینـد تثبیـت آهـک وجـود دارد ، هدف اول این است که با کاهش شاخص پلاستیسیته ویژگی های تغییر حجم خاک بدست آید و هدف دوم افزایش مقاومت خاک بستر در دراز مـدت است۲]و۱۶و.[۱۷

بر اساس مطالعات متعـدد، بـه ایـن نتیجـه رسـیده انـد کـه اثـر آهـک بـر بهبـود خـواص خـاک گسـترده بـا کـاهش شـکل پـذیری و پتانسـیل تغییـر حجـم و افـزایش کـارایی و قـدرت همـراه اسـت.[۸] کرافـت Croft دریافـت کـه اضـافه کـردن آهـک باعـث کـاهش پتانسـیل تـورم، حـد روانـی، شـاخص خمیـری و وزن مخصـوص خشـک حـداکثر و افـزایش میـزان رطوبـت بهینـه، حـد انقبـاض و مقاومـت مـی شـود.[۱۸] بـل Bell یافتـه اسـت کـه درصـد آهـک بهینـه بـرای تثبیـت خـاک بـین × ۱تـا × ۳درصـد وزن خشـک خـاک مـی باشـد و افـزایش بیشـتر آن تـاثیر زیـادی درخصوصـیات خمیـری نداشـته ولـی موجـب افـزایش مقاومـت خواهـد شـد .[۱۹] ایـن در حـالی اسـت کـه دیگـر مطالعـات اسـتفاده از×ٍ تـا×َ درصــد آهــک را جهــت بهبــود خصوصــیات خــاک لازم مــی داننــد [۲۰]؟ ×محتــوای آهــک مــورد نیــاز بــرای بهبــود خــواص فیزیکــی خــاک بسته به نوع خاک متفاوت است بین ۳ تا ۱۰٪. گزارش شده است.[۴]