کارشناسی مفهوم علمی ۲۴ آبان ۱۳۹۶ زمان خواندن: ۶ دقیقه

تثبیت خاک با آهک و خصوصیات فنی این نوع خاک ها

در این پست می‌خوانید:

در این پست ابتدا اهداف تثبیت خاک و مصالح شنی را برمی شماریم سپس در ادامه به بررسی روش تثبیت خاک با آهک و خصوصیات فنی این نوع خاک ها می پردازیم.

مقدمه

تثبیت خاک و مصالح شنی روشی است که در راهسازی به منظور بهبود کیفیت مصالح به کار می رود تا مصالحی با مشخصات مناسب برای به کار بردن در لایه های روسازی به دست آید. از مصالح تثبیت شده برای ایجاد خاکریزها، ساختن لایه اساس، زیر اساس و خاک بستر روسازی ها و حتی در پاره ای موارد به عنوان یک لایه رویه می توان استفاده کرد.

تثبیت خاک و مصالح شنی معمولا به منظورهای زیر انجام می شود :

اصلاح خاک های نرم و کم مقاومت
بهبود مشخصات فنی خاک ها و مصالح شنی
ایجاد لایه های اساس و زیر اساس با قابلیت باربری نسبتا زیاد
بازسازی روسازی های فرسوده با استفاده از مصالح موجود
کاهش گرد و خاک و یا کاهش رطوبت

برای تثبیت خاک از مواد تثبیت کننده نظیر سیمان، آهک، قیر، کلرور کلسیم یا سدیم استفاده می شود. انتخاب نوع ماده تثبیت کننده به عوامل زیادی از قبیل جنس خاک، شرایط جوی منطقه، میزان آمد و شد، هدف از انجام تثبیت خاک و هزینه عملیات بستگی دارد.

توجه : برای دانلود مقاله تثبیت خاک رس با آهک و پودر ضایعات سنگی اینجا کلیک کنید.

تثبیت خاک و مصالح شنی با آهک

برخی از خاک ها به علت مشخصات فنی نامطلوب از نوع بد یا نامرغوب محسوب شده و مشکلات زیادی از نظر فنی و اقتصادی در راهسازی ایجاد می کنند. در این موارد اغلب یا اقدام به تغییر مسیر راه و یا تعویض خاک می شود. هرگاه بنابر عللی امکان تغییر مسیر راه و یا تعویض خاک نباشد، باید روش تثبیت خاک مورد بررسی قرار گیرد تا اگر این روش از نظر اقتصادی قابل توجیه باشد مبادرت به انجام آن شود. در این بخش تاثیر آهک بر خاک ها و مصالح شنی مورد بررسی قرار گرفته و خواص و ویژگی های مصالح تثبیت شده با آهک شرح داده شده است تا با شناخت بیشتر این نوع مصالح از آن به طور اصولی تر در راهسازی استفاده شود.

سال ها است که از انواع مواد آهکی با درجات خلوص مختلف برای تثبیت خاک و مصالح شنی استفاده شده است. متداولترین این مواد آهک شکفته، آهک شکفته دلومیتی، آهک زنده و آهک زنده دلومیتی است. تثبیت خاک با آهک سبب بهبود کیفیت ومشخصات فنی خاک و تسریع در انجام عملیات راهسازی می شود. خاک تثبیت شده با آهک، در برابر عوامل جوی (رطوبت و یخبندان) بهتر از خاک تثبیت نشده مقاومت کرده و مقاومت و قابلیت باربری بیشتری دارد. تثبیت خاک با آهک با استفاده از وسایل و ماشین آلات متداول راهسازی امکان پذیر است و کارگران ایرانی به استفاده از آهک آشنا هستند.

در راهسازی از خاک و مصالح سنگی تثبیت شده با آهک برای ایجاد خاکریزها و ساختن لایه اساس، زیر اساس و خاک بستر روسازی راه، راه آهن و فرودگاه استفاده شده که نتایج خوبی داشته است. میزان آهک مصرفی به عوامل متعددی از قبیل جنس خاک، جنس آهک، نحوه استفاده از مصالح، شرایط جوی منطقه، هدف از تثبیت خاک و هزینه انجام عملیات بستگی دارد و معمولا مقدار آن بین 0/5 تا 8 درصد وزن خشک خاک متغیر است.

خصوصیات فنی و ویژگی های تثبیت خاک با آهک

به طور کلی تمام خاک های ریزدانه پس از اختلاط با آهک دارای کیفیت بهتری از نظر خصوصیات خمیری می شوند، لکن اضافه کردن آهک به هر خاکی ممکن است سبب افزایش قابل ملاحظه مقاومت ان نشود.

تراکم

مشخصات مربوط به تراکم مخلوط های خاک و آهک که عبارتند از وزن مخصوص و درصد رطوبت بهینه به دو دلیل از اهمیت خاصی برخوردار هستند. دلیل اول ان است که برای آنکه نتیجه خوبی از عمل تثبیت خاک حاصل شود باید بتوان مصالح تثبیت شده را تا حد قابل قبول کوبیده و متراکم کرد. دلیل دوم که شاید دلیل مهمتری نیز باشد آن است که کنترل نتیجه عمل تثبیت خاک در کارگاه بر اساس وزن مخصوص انجام شود

تثبیت خاک با آهک نسبت به خاک تثبیت نشده، حداکثر وزن مخصوص خشک کمتر و درصد رطوبت بهینه بیشتری را موجب می شود. (شکل 1). هر اندازه میزان آهک مصرفی برای تثبیت خاک بیشتر باشد مقدار این اختلاف نیز بیشتر خواهد بود. ضمنا هر اندازه با گذشت زمان مواد سمنتی بیشتری در خاک تثبیت شده تشکیل شود، حداکثر وزن مخصوص مصالح کمتر و درصد رطوبت بهینه آن بیشتر خواهد بود.

شکل 1- تاثیر آهک بر منحنی تراکم یک نمونه خاک

خصوصیات خمیری

تثبیت خاک با آهک سبب کاهش خصوصیات خمیری (کاهش دامنه خمیری و حد روانی) آان می شود، (شکل 2) به طوری که در برخی مواقع ممکن است مخلوط خاک و آهک کاملا غیر خمیری شود. خاک هایی که دارای مقدار بیشتری رس هستند و یا دامنه خمیری آنها بیشتر است نیاز به مقدار بیشتری آهک برای رسیدن به حالت غیرخمیری دارند. اگر اضافه کردن آهک به خاک در چند مرحله صورت بگیرد، معمولا مقدار آهکی که در مرحله اول به خاک اضافه می شود دارای تاثیر بیشتری در کاهش خصوصیات خمیری خاک است و به ترتیب از تاثیر آن در مراحل بعدی کاسته می شود.

کاهش خصوصیات خمیری خاک موجب می شود که کار کردن با خاک اصلاح شده سهل تر شده و جابجا کردن آن در کارگاه ساده تر انجام شود. در شکل 2 تاثیر آهک بر خصوصیات خمیری چند نمونه خاک نشان داده شده است.

شکل 2- تاثیر آهک بر خواص خمیری چند نمونه رس در تثبیت خاک با آهک

تغییر حجم

تثبیت خاک های رسی با آهک سبب می شود که به طور قابل ملاحظه ای از قابلیت تورم این نوع خاک ها کم شود. علت این کاهش کم شدن میل به جذب آب توسط دانه های رس اشباع شده از آهک و همچنین به وجود آمدن یک استخوان بندی از مواد سمنتی است که در برابر افزایش حجم مصالح در اثر رطوبت مقاومت می کند. درصد تورم خاک های اصلاح شده با آهک متغیر است لکن این امر به هیچ وجه غیر عادی نیست که با اضافه کردن آهک به خاک بتوان میزان تورم آن را از 7 یا 8 درصد به حدود 0/1 درصد کاهش داد.

مسئله جمع شدن یا انقباض خاک تثبیت شده با آهک در اثر کاهش رطوبت آن، از اهمیت زیادی برخوردار است و سبب به وجود آمدن ترک های انقباضی در مصالح می شود ( هر چند که خاک تثبیت شده با آهک دارای درصد انقباض کمتری از خاک تثبیت نشده است ) (شکل 3) هر اندازه دامنه خمیری خاکی بیشتر باشد درصد انقباض آن نیز بیشتر است.

شکل 3- تاثیر آهک بر قابلیت انقباض یک نمونه خاک

با اندازه گیری درصد رطوبت خاک های اصلاح شده با آهک معلوم شده که تغییرات رطوبت این مصالح زیاد نبوده و درصد رطوبت طبیعی در حدود درصد رطوبت بهینه آنها تثبیت می شود.

مقاومت

ارزیابی مقاومت خاک های تثبیت شده با آهک می تواند با انجام آزمایش های مختلفی انجام شود. متداول ترین این آزمایشات، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا، آزمایش فشاری محدود نشده ( تک محوری)، آزمایش کشش غیر مستقیم و آزمایش سه محوری است.

مقاومت آنی

معمولا بلافاصله پس از تثبیت خاک با آهک، مقاومت و استقامت خاک به میزان محسوسی افزایش می یابد. این افزایش آنی مقاومت انجام عملیات اجرایی را بر روی خاک های چسبنده و خمیری از نظر حرکت ماشین آلات تسهیل کرده و سبب بهبود کیفیت خاک بستر برای اجرای روسازی می شود. در شکل 4 تاثیر آنی آهک بر نسبت باربری کالیفرنیا مقاومت فشاری تک محوری چند نمونه خاک نشان داده شده است. به طوری که در این شکل مشاهده می شود مقاومت آنی خاک ها پس از اضافه کردن آهک افزایش می یابد و میزان این افزایش تابعی از میزان آهک مصرفی است.