تأثير تثبيت با آهک و سرباره فولادسازي ذوب آهن اصفهان (BOS) بر دوام خاک رسي و خاک رس آلوده به مواد شيميايي

11……………………………… 2-2- کاني‌هاي رس

11……………… 2-2-1- ترکيب و ساختمان کاني‌هاي رس

13…………………………….. 2-2-2- کائولينيت

14………………………………… 2-2-3- ايليت

15………………………… 2-2-4- مونت موريلونيت

16……………………… 2-3- ويژگي‌هاي کاني‌هاي رس

16……………….. (CEC2-3-1- ظرفيت تبادل کاتيوني (

16………………………………. 2-4- تثبيت خاک

17…………………………….. 2-5- اهداف تثبيت

18………………………… 2-6- تثبيت خاک با آهک

23…………… 2-6-1- خاک‌هاي مناسب جهت تثبيت با آهک

24 2-6-2- ويژگي‌هاي خاک تثبيت شده با آهک در مقايسه با خاک تثبيت نشده

24…………………… 2-6-3- تعيين درصد آهک مناسب

26……………………………. 2-6-3-1- روش اشتو

26…………………. CBR2-6-3-2- استفاده از آزمايش

27. 27. 2-6-3-3- استفاده از آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده

28……………. 2-6-3-4- استفاده از روش نشانه خميري

28………………………………. pH2-6-3-5- روش

29………….. 2-6-4- واکنش‌هاي شيميايي بين خاک و آهک

29………………………….. 2-6-4-1- تبادل يوني

30…………………….. 2-6-4-2- واکنش‌هاي پوزولاني

31……………………… 2-6-4-3- واکنش‌ کربناسيون

32………………… 2-6-5- تأثير آهک بر مشخصات خاک

33……….. (CEC)2-6-5-1- تأثير آهک بر هدايت الکتريکي

34…………….. خاک pH2-6-5-2- تأثير ميزان آهک بر

35………. 2-6-5-3- تأثير ميزان آهک بر نفوذپذيري خاک

36……………… 2-6-5-4- تأثير آهک بر حدود اتربرگ

36……………. 2-6-5-5- تأثير آهک بر وزن مخصوص خشک

37…………… 2-6-5-6- تأثير آهک بر روي مقاومت خاک

38……………. 2-7- مرور کلي بر پژوهش‌هاي انجام شده

43………… 2-8- تأثير سولفات بر واکنش‌هاي خاک و آهک

43………………………………… 2-8-1- مقدمه

53…………….. 2-8-2- تأثير سولفات بر حدود اتربرگ

55…………… 2-8-3- تأثير سولفات بر خصوصيات تراکم

57…… 2-8-4- بررسي اثر سولفات‌ها بر خاک‌هاي تثبيت شده

60……………………… 2-9- تورم ناشي از سولفات

62……………………………… 2-10- اترينگايت

63…………. 2-10-1- مکانيزم تورم ناشي از اترينگايت

64……….. 2-11- روش‌هاي کاهش اثرات نامطلوب سولفات‌ها

65…………. 2-11-1- روش دو مرحله‌اي اختلاط خاک و آهک

67………………………….. 2-11-2- روش عمل‌آوري

67……. 2-11-3- استفاده از تثبيت کننده‌هاي بدون کلسيم

68………… 2-11-4- استفاده از ژئوتکستايل – ژئوگريد

68………… 2-11-5- جايگزيني با سرباره کوره ذوب آهن

71……………………….. 2-12- خلاصه و نتيجه‌گيري

 

فصل سوم: دوام خاک در برابر يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدگي

75……………………… 3-1- تورم در اثر يخبندان

76………… 3-2- اثرات منفي يخبندان بر روسازي راه‌ها

76 3-3- عوامل اساسي براي متورم شدن روسازي در اثر يخبندان

76……………… 3-4- راهکارهاي جلوگيري از يخبندان

77………………. 3-5- خاک‌هاي حساس در برابر يخ‌زدگي

80…………………… 3-6- مروري بر مطالعات گذشته

96………………………… 3-8- خلاصه و نتيجه‌گيري

 

فصل چهارم: مصالح و روش‌هاي آزمايش

99………………………………….. 4-1- مقدمه

100…………… 4-2- مصالح به کار برده شده در تحقيق

100………………………… 4-3- آزمايش دانه‌بندي

101……………………. 4-3-1- دانه‌بندي کائولينيت

101……………… 4-4- آزمايش تعيين درصد رطوبت خاک

101…………………… (G_s)4-5- آزمايش تعيين چگالي

102…………………. 4-6- آزمايش حد رواني و خميري

102….. 4-7- آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده (تک‌محوري)

104………………………….. 4-7-1- ابعاد نمونه

104…………………….. 4-7-2- تهيه و ساخت نمونه

104 4-7-2-1- تهيه خاک آلوده به مواد شيميايي (سولفات سديم و منيزيم)

106………. 4-7-2-2- ساخت نمونه‌‌‌ها جهت آزمايش تک‌محوري

108 4-7-3- نمونه‌هاي به کار برده شده در آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده

109………………….. 4-8- آزمايش يخ زدن و آب شدن

111……………………. 4-9- آزمايش تر و خشک شدگي

112……………… 4-10- ترکيب نمونه‌هاي مورد آزمايش

114…………………………………. 4-11- خلاصه

 

فصل پنجم: نتايج آزمايش‌ها و تحليل نتايج

117…………………………………. 5-1- مقدمه

118…………….. 5-2- نتايج آزمايش‌هاي اوليه خاک رس

118……………… 5-2-1- دانه‌بندي خاک رس کائولينيت

118……………………. 5-2-2- خواص مهندسي خاک رس

119…………………… 5-3- کاني‌شناسي مصالح مصرفي

119……………………… 5-3-1- خاک رس کائولينيت

119…………………………………. 5-3-2- آهک

120………………………………. 5-3-3- سرباره

120………………. 5-4- ترکيب نمونه‌هاي مورد آزمايش

122……… 5-5- نتايج آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده

122 5-6- نتايج آزمايش‌ها پس از اعمال سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن

122………………………. 5-6-1- خاک بدون آلودگي

127………………. 5-6-2- خاک آلوده به سولفات سديم

130…………….. 5-6-3- خاک آلوده به سولفات منيزيم

133 5-7- مقاومت فشاري محدود نشده پس از اعمال سيکل‌هاي تر و خشک شدگي

133………………………. 5-7-1- خاک بدون آلودگي

136………………. 5-7-2- خاک آلوده به سولفات سديم

140…………….. 5-7-3- خاک آلوده به سولفات منيزيم

143 5-8- مقايسه آزمايش‌هاي دوام دراثر آلودگي به سولفات سديم و منيزيم

143……. 5-8-1- مقايسه حالت‌هاي مختلف يخ زدن و آب شدن

145……… 5-8-2- مقايسه حالت‌هاي مختلف تر و خشک شدگي

147………………….. (DI) 5-9- مقايسه پارامتر دوام

152 5-10- مقايسه مدول الاستيسيته در خاک آلوده و خاک بدون آلودگي تحت تاثير آزمايش‌هاي دوام

155………… (SIR)5-11- مقايسه نسبت بهبود مقاومت خاک

156………………………. 5-12- خلاصه و نتيجه‌گيري

فصل ششم: نتيجه­گيري و پيشنهادها

160…………………………………. 6-1- مقدمه

160…………………………………. 6-2- نتايج

161……………………………… 6-3- پيشنهادها

165……………………………………… مراجع

فهرست جداول

43… جدول (2-1): نتايج آزمايش مقاومت فشاري محدود نشده

49 جدول (2-2): ميزان نمک‌هاي معدني در نمونه‌هاي آزمايشگاهي

58 بر نمونه‌ خاک رس تثبيت شده با 6 درصد آهک XRDجدول (2-3): نتايج آناليز

59…………………. جدول (2-4): غلظت مواد شيميايي

70 جدول (2-5): راه‌حل‌هاي مختلف جهت مقابله با حمله سولفات‌ها در خاک

78…… جدول (3-1): ميزان حساسيت خاک در برابر يخ زدگي

79 جدول (3-2): طبقه‌بندي خاک‌ها از نظر حساسيت در برابر يخ‌زدگي

79.. جدول (3-3): خصوصيات خاك‌هاي حساس در برابر يخبندان

88 جدول (3-4): بررسي تاثير آهک و سرباره فولادسازي بر دوام بر خاک رس

90 جدول (3-5): درصد ترکيبات مختلف خاک رس با آهک و پوزولان

92 جدول (3-6): درصد ترکيبات مختلف خاک رس، دوده سيليسي و گچ

109 جدول (4-1): نسبت‌هاي مختلف اختلاط مواد با خاک رس کائولينيت

111……. جدول (4-2): مشخصات طرح‌هاي اختلاط به کار رفته

113 جدول (4-3): تعداد نمونه‌هاي ساخته‌شده جهت انجام آزمايش در خاک بدون مواد شيميايي

113 جدول (4-4): تعداد نمونه‌هاي ساخته شده جهت انجام آزمايش در خاک آلوده به سولفات سديم

113 جدول (4-5): تعداد نمونه‌هاي ساخته شده جهت انجام آزمايش در خاک آلوده به سولفات منيزيم

118……… جدول (5-1): -خواص مهندسي خاک رس کائولينيت

119………… جدول (5-2): کاني‌شناسي خاک رس کائولينيت

119……………………. جدول (5-3): کاني‌شناسي آهک

120…………………. جدول (5-4): کاني‌شناسي سرباره

121…… جدول (5-5): نتايج به‌دست آمده از آزمايش تراکم

148 در حالت تر و خشک شدگي K+4%L+12%S جدول (5-6): بررسي نشانه دوام در نمونه

149 در حالت تر و خشک شدگي K+6%L جدول (5-7): بررسي نشانه دوام در نمونه

149 در حالت تر و خشک شدگي K+12%S جدول (5-8): بررسي نشانه دوام در نمونه

150 در حالت يخ زدن و آب شدن K+4%L+12%S جدول (5-9): بررسي نشانه دوام در نمونه

150 در حالت يخ زدن و آب شدن K+6%L جدول (5-10): بررسي نشانه دوام در نمونه

151 در حالت يخ زدن و آب شدن K+12%S جدول (5-11): بررسي نشانه دوام در نمونه

156……. (SIR) جدول (5-12): بررسي نسبت بهبود مقاومت خاک

 

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

12 شکل ( 2-1): سيليکا تترا‌هدرون و ورقه چهار­وجهي سيليکا

12 شکل ( 2-2): آلومينا اکتا‌هدرون و ورقه هشت­وجهي آلومينا (گيبسيت)

14…………….. شکل ( 2-3): ساختمان اتمي کائولينيت

14………………… شکل ( 2-4): ساختمان اتمي ايليت

15…………. شکل ( 2-5): ساختمان اتمي مونت‌موريلونيت

23 شکل (2-6): رابطه دما و زمان عمل‌آوري با ميزان مصرف آهک

26 شکل ( 2-7): نمودار تعيين درصد بهينه آهک در روش اشتو

33 EC شکل ( 2-8): تأثير دوره عمل‌آوري با درصدهاي مختلف آهک بر ميزان

34 EC شکل ( 2-9): تأثير دما با درصدهاي مختلف آهک بر ميزان

35 خاک رس مخلوط شده با آهکpHشکل ( 2-10): تأثير زمان عمل‌آوري در دماي 50 درجه سانتي‌گراد بر

35 خاک رس مخلوط شده با آهک در زمان‌ها و دماهاي مختلف pHشکل ( 2-11): تأثير درصد آهک بر

36 شکل ( 2-12): تغييرات حد مايع، نشانه خميري و حد انقباض رس مخلوط شده با آهک

37.. شکل ( 2-13): تأثير افزايش آهک در وزن مخصوص خاک رس

37 شکل ( 2-14): تغييرات مقاومت فشاري محدود نشده بر حسب ميزان آهک افزوده

39 شکل ( 2-15): مقايسه مقاومت تک‌‌محوري براي ترکيبات مختلف از آهک و پوزولان

40 شکل ( 2-16): مقايسه تأثير ترکيبات مختلف در زمان­هاي عمل­آوري بر مبناي نتايج آزمايش پين­هول

42 شکل ( 2-17): بررسي دوره‌ عمل‌آوري بر مقاومت خاک رس تثبيت شده با آهک و سرباره

47 شکل ( 2-18): تاثير غلظت‌هاي مختلف سولفات سديم بر مقاومت فشاري

48 شکل ( 2-19): تاثير سولفات با غلظت‌هاي متفاوت بر مقاومت فشاري

49  در نمونه‌هاي تثبيت شده با سيمانC-S-H+C-A-H شکل ( 2-20): تغييرات ميزان

49 نمونه‌هاي تثبيت شده با سيمان پس از دوره عمل‌آوري 28 روزهSEM شکل ( 2-21): تصوير

50  نمونه تثبيت شده با سيمانC-S-H در ترکيب Mg²⁺شکل ( 2-22): جايگزيني

52 و تغييرات ريز ساختاري در نمونه خاک رسي SEM شکل ( 2-23): تصوير

54….. شکل ( 2-24): تغيير ميزان سولفات بر حدود اتربرگ

55.. شکل ( 2-25): اثر تغيير درصد سولفات بر حدود اتربرگ

56……… شکل ( 2-26): تأثير آهک بر چگالي خشک حداکثر

56……… شکل ( 2-27): تأثير آهک بر درصد رطوبت بهينه

56 شکل ( 2-28): تاثير سولفات‌هاي فلزي مختلف بر درصد رطوبت بهينه و چگالي خشک حداکثر

59 شکل ( 2-29): تأثير مواد شيميايي بر مقاومت ماسه تثبيت شده با سيمان

66 شکل ( 2-30): تغييرات ميزان تورم در خاک رس ترکيب شده با گچ و آهک در روش اختلاط يک مرحله‌‌اي

66 شکل ( 2-31): تغييرات ميزان تورم در خاک رس ترکيب شده با گچ و آهک در روش اختلاط دو مرحله‌‌اي

81 شکل ( 3-1): تأثير فرآيند يخ زدن و آب شدن در ريزساختارهاي خاک ريزدانه

83 شکل ( 3-2): رابطه تعداد سيکل يخ زدن و آب شدن و نيروي چسبندگي

83 شکل ( 3-3): رابطه تعداد سيکل يخ زدن و آب شدن و زاويه اصطکاک داخلي

84.. شکل ( 3-4 ): تصاوير ميکروسکوپ الکتروني از بنتونيت

84 شکل ( 3-5 ): تصاوير ميکروسکوپ الکتروني از کائولينيت

86 (تغيير ميزان آب نمونه)  T (تغيير ميزان ارتفاع نمونه) و Rشکل ( 2-8): رابطه

87 شکل ( 3-7): تأثير سيکل يخ زدن و آب شدن بر ضريب نفوذپذيري خاک رس

90 شکل ( 3-8): نتايج سيکل‌هاي تر و خشک شدگي بر مقاومت خاک رس تثبيت شده با آهک و پوزولان

91 شکل ( 3-9): نتايج سيکل‌هاي تر و خشک شدگي بر فشار تورم خاک رس تثبيت شده با سيليکافوم

93 6L-1Gشکل ( 3-10): نمودار حداکثر مقاومت در هر سيکل در آزمايش‌هاي چهارگانه نمونه

93 6L-1G-5S شکل ( 3-11): نمودار حداکثر مقاومت در هر سيکل در آزمايش‌هاي چهارگانه نمونه

94 6L-5Sشکل ( 3-12): نمودار حداکثر مقاومت در هر سيکل در آزمايش‌هاي چهارگانه نمونه

104…………….. شکل ( 4-1): دستگاه آزمايش تک‌محوري

105 شکل ( 4-2): افزودن محلول آلوده به مواد شيميايي به کيسه‌هاي دو کيلوگرمي خاک

105 شکل ( 4-3): نگهداري خاک آلوده به مدت دو هفته در کيسه‌هاي دربسته

106…. شکل ( 4-4): پهن کردن خاک جهت خشک شدن خاک آلوده

106 شکل ( 4-5): آسياب کردن خاک آلوده و عبور دادن از الک

107….. شکل ( 4-6): مخلوط خاک و افزودني‌ها به صورت خشک

108… شکل ( 4-7): افزودن آب به مخلوط و گلوله شدن ذرات

108…………. شکل ( 4-8): عبور خاک گلوله شده از الک

110………… شکل ( 4-9): قرار دادن نمونه‌ها در فريزر

110 شکل ( 4-10): فريزر مورد استفاده جهت آزمايش‌هاي يخ زدن و آب شدن

111 شکل ( 4-11): از بين رفتن نمونه‌هاي بدون قالب بعد از خارج کردن از فريزر

112…. شکل ( 4-12): از بين رفتن نمونه بدون قالب در آب

118 شکل ( 5-1): منحني دانه‌بندي خاک رس کائولينيت به روش هيدرومتري

123 شکل ( 5-2): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه

124 K+4%L+12%S شکل ( 5-3): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

124 K+6%Lشکل ( 5-4): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

125 K+12%Sشکل ( 5-5): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

126 شکل ( 5-6): مقاومت حداکثر هر ترکيب طي سيکل‌هاي مختلف يخ زدن و آب شدن

127 شکل ( 5-7): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده 28 روزه خاک آلوده به سولفات سديم

128 K+4%L+12%S شکل ( 5-8): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

129 K+6%L شکل ( 5-9): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

130 K+12%Sشکل ( 5-10): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

131 شکل ( 5-11): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده 28 روزه خاک آلوده به سولفات منيزيم

132 K+4%L+12%Sشکل ( 5-12): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن

132 K+6%L شکل ( 5-13): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

133 K+12%Sشکل ( 5-14): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده يخ زدن و آب شدن نمونه

134 K+4%L+12%S شکل ( 5-15): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

135 K+6%L شکل ( 5-16): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

135 K+12%Sشکل ( 5-17): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

136 شکل ( 5-18): مقاومت حداکثر هر ترکيب طي سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي

137 شکل ( 5-19): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده پ 28 روزه خاک آلوده به سولفات سديم

137 K+4%L+12%S شکل ( 5-20): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

138 K+6%L شکل ( 5-21): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

138 K+12%S شکل ( 5-22): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

140 شکل ( 5-23): مقاومت حداکثر هر ترکيب طي سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي

140 شکل ( 5-24): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده 28 روزه خاک آلوده به سولفات منيزيم

141 K+4%L+12%Sشکل ( 5-25): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

141 K+6%Lشکل ( 5-26): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

142 K+12%Sشکل ( 5-27): نمودار مقاومت فشاري محدود نشده تر و خشک شدگي نمونه

143 شکل ( 5-28): مقاومت حداکثر هر ترکيب طي سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي در خاک آلوده

144 K+4%L+12%S شکل ( 5-29): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف يخ زدن و آب شدن در نمونه

144 K+6%L شکل ( 5-30): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف يخ زدن و آب شدن در نمونه

145 K+12%Sشکل (5-31): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف يخ زدن و آب شدن در نمونه

146 K+4%L+12%S شکل ( 5-32): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي در نمونه

146 K+6%L شکل ( 5-33): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي در نمونه

147 K+12%S شکل ( 5-34): مقاومت حداکثر سيکل‌هاي مختلف تر و خشک شدگي در نمونه

152 شکل ( 5-35): تغييرات مدول الاستيسيته در برابر سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن خاک بدون آلودگي

153 شکل ( 5-36): تغييرات مدول الاستيسيته خاک آلوده به سولفات سديم

153 شکل ( 5-37): تغييرات مدول الاستيسيته خاک آلوده به سولفات منيزيم

154 شکل ( 5-38): تغييرات مدول الاستيسيته در برابر سيکل‌هاي تر و خشک شدگي خاک بدون آلودگي

154 شکل ( 5-39): تغييرات مدول الاستيسيته خاک آلوده به سولفات سديم

155 شکل ( 5-40): تغييرات مدول الاستيسيته خاک آلوده به سولفات منيزيم