چکیده

خاک به عنوان مهمترین مصالح ساختمانی و اصلیترین تکیهگاه سازه، از دیرباز در ساختوساز مورد توجه بشر بوده است، خاک باید همه تنشی را که از طرف ابنیه به آن وارد میشود را تحمـل کنـد. در بسـیاری از مـوارد خاک موجود در محل ساختگاه برای استفاده مناسب نمی باشد. در این شرایط میتوان بـا راهکارهـای مناسـبی این مشکل را رفع نمود. یکی از این راهکارها تثبیت شیمیایی خاک میباشد. تثبیت کننـدههـای شـیمیایی بـا ایجاد واکنشهای شیمیایی و دگرگون ساختن ساختار و پیوند بین ذرات خاک باعـث تثبیـت و تقویـت خـاک میشوند. در این نوع واکنشها ذرات خاک به کلی ماهیت خود را از دست داده و به مادهای با مشخصات جدید تبدیل میشوند. در این مقاله به انواع روشهای تثبیت شیمیایی خاک پرداخته میشود.

واژههای کلیدی: تثبیت شیمیایی، آنزیم، قیر، آهک و سیمان، خاکستر.

-۱ مقدمه

در هنگام اجرای برخی از پروژهها خاک موجود در محل دارای مشخصات مناسبی برای اجرای پروژه نمیباشد. در این شرایط میتوان تمهیداتی به شرح زیر را مدنظر قرار داد:[۱]

• تغییر محل پروژه
• تعویض مصالح طبیعی نامناسب پی با مصالح مناسب
• همساز کردن طراحی با شرایط نامناسب پی (پیهای شناور، عمیق، مسطح شدن شیبها و ….)
• اصﻻح خصوصیات مهندسی خاک موجود (بهسازی خاک)

انتخاب محل مناسبرایب پروژه عموماً از شرایط مناسب ژئوتکنیکی محل تبعیت نمیکند و در اکثر مواقع انتخاب به عوامل دیگری از جمله نزدیک بودن به مواد اولیه، زیربناهای مناسب اقتصادی و نیروی انسانی کارآمد در محل بستگی دارد. در صورت تأمین این عوامل در محدوده جغرافیایی خاص، آنگاه میتوان شرایط ژئوتکنیکی را در این محدوده تأثیر داد و به انتخاب محل مناسبتر اقدام نمود.[۱]

۱

برداشت مصالح نامناسب پی و جایگزینی آن با مصالح مناسب هنگامی عملی و میسر است که حجم عملیات تعویض کم بوده و مصالح مناسب در فاصلهای معقول قرار داشته باشند و در مقایسه اقتصادی با سایر گزینهها در شرایط بهتری قرار گیرد. با افزایش حجم خاک نامناسب ، برداشت آن در مقایسه با سایر روشها غیراقتصادیتر میشود.[۱]

هماهنگ کردن طراحی با شرایط ژئوتکنیکی نامناسب خاک در اکثر موارد مقدور است اما باید از نظر اقتصادی و زمانی با سایر گزینهها مقایسه شود و در صورت برتر بودن انتخاب شود.[۱] یکی از بهترین راهکارها بهسازی خاک میباشد. که در هنگام اجرای پروژه باید مورد بررسی قرار گیرد.

بهسازی خاک به اصﻻح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آن برای تأمین یک رشته اهداف از پیش تعیینشده اطﻻق میشود. ویژگیهای اصلی بهسازی به شرح زیر است:[۲]

• زمین، درجا اصﻻح میشود.
• مشخصات فنی ژئوتکنیکی آن به سطح قابلقبول میرسد.
• زمین بخشی از سیستم خاک-سازه میگردد.

• روشهای کنترل و تأیید در کار انجامشده موجود است.

-۲ هدف از بهسازی

هدف از بهسازی خاک تأمین یک یا تعدادی از موارد زیر است:[۳]

• استفادههای موثر از قرضههای جانبی
• اصﻻح خاکهای نرم و کم مقاومت
• افزایش دوام خاک
• افزایش مقاومت باربری خاک
• کاهش نفوذپذیری
• کاهش تورم و انقباض خاک
• کاهش رطوبت خاک
• کاهش دامنه خمیری خاک
• جلوگیری از فرسایش خاک

• کاهش ضخامت ﻻیههای روسازی
• ایجاد ﻻیههای اساس و زیر اساس با قابلیت باربری بیشتر
• بازسازی روسازیهای فرسوده با استفاده از مصالح موجود
• آمادهسازی محوطهای برای اجرای آسانتر عملیات ساختمانی
• کاهش گرد و غبار
• صرفهجویی در مصرف مصالح
• صرفهجویی در مصرف انرژی
• تسریع در عملیات اجرایی

-۳ تثبیت شیمیایی خاک

برای بهسازی خاک روشهای مختلفی وجود دارد. در این پژوهش به روش تثبیت شیمیایی خاک پرداخته شده است. مقاومت هر خاک به پیوند بین ذرات خاک وابسته میباشد. این مقاومت را در دو مقیاس کوچک و بزرگ میتوان بهبود داد. در

۲

مقیاس کوچک (مقیاس میکروسکوپی) مقاومت را باید از طریق ایجاد عاملی برای پیوند بین ذرات باﻻ برد. این عمل را میتوان به روشهای گوناگونی انجام داد. این روشها تحت عنوان تثبیت خاک معرفی میشوند. در مقیاس بزرگ (مقیاس ماکروسکوپی) با استفاده از لوازم و تجهیزاتی باید پیوند بین ذرات را استحکام بخشید که غالبا به این روشمسلّح سازی (تسلیح) خاک گفته میشود. از تثبیت کنندهها میتوان به موادی همچون تثبیت کنندههای شیمیایی و تثبیت کنندههای فیزیکی اشاره کرد . تثبیت کنندههای شیمیایی با ایجاد واکنشهای شیمیایی و دگرگون ساختن ساختار و پیوند بین ذرات خاک باعث تثبیت و تقویت خاک میشوند. در این نوع واکنشها ذرات خاک به کلی ماهیت خود را از دست داده و به مادهای با مشخصات جدید تبدیل میشوند. از جمله این تثبیت کنندهها میتوان به مصالحی چون آهک، سیمان، قیر و مواد دیگر اشاره کرد.[۱۷]

-۱-۳ تثبیت با آهک

آهک انواع مختلفی دارد که متداولترین آنها شامل:[۶] الف: آهک زنده( (CaO

ب: آهک شکفته( ( Ca (OH) 2 ج:آهک زنده دولومیتی((CaO+MgO

د: آهک شکفته دولومیتی Mg(OH)2) یا (Ca (OH)2

آهک زنده مادهای است با رنگ متمایل به سفید با درجه ذوبی بین ۲۵۸۰ تا ۲۷۵۰ درجه سانتیگراد، وزن مخصوص آهک زنده بین ۳/۱ تا ۳/۳ گرم بر سانتیمتر مکعب است. وزن مخصوص آهک پس از شکفته شدن به ۲/۲ تا ۲/۴ گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش مییابد. استفاده از هر یک از انواع آهک محاسن و معایبی دارد که در جدول ۱ به اختصار بیان میشود.[۷]

نوع آهک

آهک
شکفته
خشک

آهک زنده

دوغاب

آهک

ﺝﺩﻭﻝ -۱ ﺍﻥﻭﺍﻉ ﺁﻩﻙ ﻡﻭﺭﺩ ﺍﺱﺕﻑﺍﺩﻩ، ﻡﺡﺍﺱﻥ ﻭ ﻡﻉﺍﻱﺏ]۵[

مزایا معایب
-آهک در حالت خشک موجب ایجاد گرد و غبار می شود
-میتوان آن را با سرعت باﻻ پخش کرد.
(در مناطق شهری مناسب نیست).
-در خشک کردن و کاهش رطوبت بسیار مؤثر است.
-در فصول گرم آب بیشتری احتیاج است.

-به دلیل داشتن %۲۵ آهک بیشتر اقتصادیتر است.
-وزن مخصوص زیاد و در نتیجه فضای کمتری برای انبار کردن می خواهد. -از نظر ایمنی خطرناک است.
-خشک کردن سریع خاک مرطوب. -در مقایسه با آهک شکفته به آب بیشتری احتیاج دارد.
-هنگام اختﻻط با خاک سریع از خود واکنش نشان میدهد.
-تولید گرد و غبار نمیکند. -در فصول سرد و مرطوب برای خاکهای مرطوب
-پخش آهک و آب پاشیتواماً انجام میشود و در نتیجه مخارج عملیات مناسب نیستند.
کاهش مییابد. -میزان آهک پخش شده کمتر از روشهای دیگر است و
-مصالح حاصل دارای کیفیت یکنواختتری هستند. باید از تلمبههای قوی برای پخش دوغاب آهک استفاده
-در فصل گرم دیرتر خشک میشود. شود.

آهک شکفته با بیشتر شدن مقدار آب تغییر حالت داده و از حالت جامد به خمیری و از خمیری بـه مـایع (دوغـاب آهـک) تبدیل میشود. از آنجایی که آهک شکفته از امتزاج آب با آهک زنده به دست آمده است، خاصیت جذب رطوبت کمتری نسبت

۳

به آهک زنده دارد و به همین دلیل کار کردن با آن ساده تر بوده و به راحتی انبار و نگهداری میشود. به طور کلی آهـک زنـده ماده تثبیت کننده مؤثرتری نسبت به آهک شکفته است و اگر به صورت دوغاب به خاک اضافه شود مقاومت بیشتری را نسـبت به هنگامی که به صورت پودر اضافه میشود ایجاد میکند.[۷]