تبدیل گچ به سیمان | مقالات مهندسی عمران

قسمت اول

1- كليات

 1-1 تعريف تثبيت

تثبيت خاك به اصلاح و بهبود خواص فيزيكي و مهندسي آن براي تامين يك رشته اهداف از پيش تعيين شده اطلاق مي شود. تثبيت خاكها به طرق گوناگون نظير روش هاي مكانيكي، شيميايي، فيزيكي، بيولوژيك ( روياندن گياه)، و روش الكتريكي امكان پذير است.

1-2 اهداف تثبيت

برخي از خاكها به علت مشخصات فني نامطلوب و يا دارا بودن مقادير قابل توجهي رس يا لاي براي عمليات راه سازي نا مرغوب محسوب مي شود.

اهم اهداف تثبيت خاك تامين يك يا تعدادي از موارد زير است:

1.       استفاده هاي موثر از قرضه هاي جانبي

2.      اصلاح خاكهاي نرم و كم مقاومت

3.     افزايش دوام خاك

4.      افزايش مقاومت باربري خاك

5.     كاهش نفوذپذيري

6.      كاهش تورم و انقباض خاك

7.     كاهش رطوبت خاك

8.     كاهش دامنه خميري خاك

9.      جلوگيري از فرسايش خاك

10.    كاهش ضخامت لايه هاي روسازي

11.    ايجاد لايه هاي اساس و زيراساس با قابليت باربري بيشتر

12.   بازسازي روسازي هاي فرسوده با استفاده از مصالح موجود

13.  آماده سازي محوطه اي براي اجراي آسانتر عمليات ساختماني

14.   كاهش گرد و غبار

15.  صرفه جوئي در مصرف مصالح

16.   صرفه جوئي در مصرف انرژي

17.  تسريع در عمليات اجرائي

2-تثبيت خاك و مصالح دانه اي با آهك

آهك انواع مختلف داردكه متداولترين :

الف: آهك زنده  (CaO )

ب: آهك شكفته ( Ca (OH) 2 )

ج:آهك زنده دولوميتي (CaO+MgO)

د: آهك شكفته دولوميتي  ((Mg(OH)2 or Ca (OH)2

آهك زنده ماده اي است با رنگ متمايل به سفيد كه درجه ذوب آن بين 2580 تا 2750 درجه سانتيگراد متغير است. وزن مخصوص آهك زنده بين 1/3 تا 3/3 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد.

آهك زنده در مقايسه به آهك شكفته تغيير حجم بيشتري دارد. بطور متوسط تغيير حجم آهك زنده به آهك شكفته 5/2 تا 3 برابر بيشتر است. تبديل آهك زنده به آهك شكفته همراه با تغيير در وزن مخصوص آن انجام مي شود، بطوري كه پس از شكفته شدن وزن مخصوص آن به حدود 2/2 تا 4/2 گرم بر سانتيمتر مكعب كاهش مي يابد.

بطور كلي آهك زنده ماده تثبيت كننده مؤثري نسبت به آهك شكفته است و اگر بصورت دوغاب به خاك اضافه شود مقاومت بيشتري را نسبت به موقعيكه به صورت پودر اضافه مي شود ايجاد مي كند.

2-1 خاك مناسب براي تثبيت با آهك

آهك اصولاً براي تثبيت خاكهاي ريزدانه كه دامنه خميري آنها بزرگتر از 10 و خاكهاي رسي خيلي خميري ( PI  > 35) مناسب است. آهك براي تثبيت خاكهايي كه حاوي مقدار بيش از دو درصد مواد آلي و همچنين حاوي مقدار بيش از نيم درصد سولفات قابل حل در آب مي باشند مناسب نيست.

بطور كلي خاكهايي كه در طبقه بندي يونيفايد در گرو ههاي SP-SC, CH-, CL, MH, GW-GC, GP-GC, GM-GC, SM-SC, SC, SM, SW-SC و يا در طبقه بندي اشتو در گروههايA4 -A5- A6- A7 و A2 قرار دارند قابليت تثبيت شدن با آهك را دارا هستند.

تجربه نشان داده است خاكهايي كه PH آنها كمتر از 7 است ويا حاوي مقدار بيش از يك درصد مواد آلي كربن دار هستند و واكنش خوبي با آهك ندارند.

2-2 طرح تثبيت خاك با آهك

هدف اصلي از طرح تثبيت خاك با آهك تعيين درصد آهك مناسب براي خاكي با مشخصات معين است كه بايد در شرايط مشخصي از نظر قرارگيري لايه در زير سازي و يا روسازي و شرايط محيطي منطقه اي كه راه از آن مي گذرد استفاده شود. متغير اصلي در طرح تثبيت يك خاك معين درصد آهك است زيرا خصوصيات و ويژگيهاي خاك ثابت است.

درصد مناسب آهك بايستي پس از ارزيابي تاثير درصدهاي مختلف آهك بر مشخصات فني مورد نظر خاك تثبيت شده با آهك تعيين شود.

درصد تثبيت آهك براي تثبيت خاكها برحسب درصد وزني خاك خشك تعيين          مي شود.

طرح تثبيت خاك با آهك در آزمايشگاه با توجه به معيارهاي طرح شامل مراحل زير است:

الف: آماده كردن نمونه ها

ب: عمل آوردن نمونه ها

ج: انجام آزمايشهاي لازم

د: تعيين درصد آهك مناسب

2-2-1 آماده كردن مخلوطهاي خاك و آهك به اين ترتيب انجام مي شود كه ابتدا مقدار معيني خاك و آهك بصورت خشك با يكديگر مخلوط شده و سپس مقدار آب لازم به آن اضافه شده و به خوبي مخلوط مي شوند.

نحوه تراكم و وزن مخصوص نمونه هاي متراكم شده بايد كنترل شود.

2-2-2 دما، رطوبت و مدت زمان عمل آوردن نمونه هاي آزمايشي نيز بايد كنترل شود. در موارديكه مقاومت آني مخلوط خاك و آهك مورد نظر است عمل آوردن  نمونه ها لزومي نداشته و پس از تراكم نونه ها مي توان آزمايشهاي لازم را بر روي آنها انجام داد.

بطور معمول و در صورتيكه مقاومت آني مخلوط خاك و آهك مورد نظر نباشد      نمونه هاي خاك تثبيت شده با آهك بايد قبل از انجام آزمايشهاي لازم بر روي آنها به مدت 28 روز در دماي 23 درجه سانتيگراد عمل آورده شوند. شرايط عمل آوردن تسريع شده نيز شامل عمل آوردن نمونه ها به مدت 48 ساعت در دماي 50 درجه سانتيگراد است. توصيه مي شود كه براي جلوگيري از كربناته شدن آهك و همچنين جلوگيري از كاهش رطوبت نمونه ها عمل آوردن نمونه ها در پوشش هاي پلاستيكي و يا ظروف دربسته انجام شود.

2-2-3 تعيين درصد آهك مناسب

روشهاي زيادي براي طرح مخلوطهاي خاك و آهك وجود دارد كه از نظر هدف و منظور از تثبيت خاك مي توان آنها را به در گروه تقسيم كرد. گروه اول شامل روشهايي است كه هدف از تثبيت خاك كاهش خواص خميري كاهش تورم و يا افزايش مقاومت آني است.گروه دوم شامل روشهايي است كه هدف اصلي از تثبيت خاك افزايش مقاومت و دوام مصالح است.

2-2-3-1 براي تعيين درصد آهك مناسب جهت اصلاح خواص خميري خاكهاي ريزدانه، ابتدا خاك و آهك و آب با يكديگر بخوبي مخلوط و سپس به مدت يك ساعت به همان حالت شل رها مي شود تا واكنشهاي اني بين خاك و آهك به وقوع بپيوندند.درصد آهك مناسب براي يك خاك درصد آهكي است كه دامنه خميري يا حد رواني مورد نظر را تامين نمايد.

2-2-3-2 براي ارزيابي و بررسي افزايش CBR خاكها و همچنين تعيين درصد تورم خاكهاي اصلاح شده با آهك از آزمايش CBR استفاده مي شود.

2-2-3-3 براي تعيين درصد آهك مناسب جهت افزايش مقاومت از نتايج آزمايش فشاري تك محوري بر روي نمونه هاي خاك تثبيت شده با آهك استفاده مي شود.نحوه انجام اين آزمايش به اين ترتيب است كه ابتدا آب و آهك و آب بخوبي با يكديگر مخلوط شده و سپس با استفاده از روش تراكم اشتو T-99 نمونه هاي استوانه اي شكل ساخته مي شوند. نمونه هاي بدست آمده به مدت و دماي مورد نظر در اين آزمايش عمل آورده شده و سپس تحت آزمايش فشاري تك محوري قرار  مي گيرد.

2-3 عمليات اجرايي تثبيت خاك با آهك

مراحل اجرايي عمليات تثبيت خاك با آهك شامل آماده كردن خاك، پخش آهك، اختلاط و آب پاشي، كوبيدن و تسطيح و عمل آوردن مخلوط مي شود.   

2-3- 1 آماده كردن خاك

در هنگام شخم زني و پس از آن و همچنين در حين خرد و نرم كردن خاك بايد كليه مصالح نامناسب نظير ريشه و كنده درختان، مواد كودي و گياهي، دانه هاي بزرگ تر از 63 ميليمتر وساير مواد زايد جمع آوري و خارج شوند بطوريكه خاك آماده شده عاري از هر گونه مواد زايد خارجي باشد. مرطوب كردن خاكهاي خشك قبل از عمليات شخم زني نيز باعث تسهيل در اين عمليات مي شود.بطور كلي لازم است كه حدود 5/0 سانتيمتر از سطح لايه تثبيت شده خاك با آهك با استفاده از تيغه گريدر تراشيده مي شود زيرا كيفيت اين مصالح كه در معرض هوا قرار دارد بدليل كربناته شدن مرغوب نيست.

2-3-2 پخش آهك

      پخش آهك برروي خاك آماده شده به طرق مختلف كه عبارتند از : پخش دستي با وسايل مكانيكي بصورت خشك يا دوغاب ويا تزريق با فشار امكان پذير است.

2-3-3 اختلاط خاك و آهك

به سه روش خاك و آهك با يكديگرمخلوط مي شود. اين روشها عبارتند از : روش اختلاط در محل، روش اختلاط در كارخانه و روش تزريق با فشار. روش اخيرالذكر بيشتر براي پايداري پي ساختمانها و پلها كاربرد دارد.

2-3-4 كوبيدن مخلوط خاك وآهك

كوبيدن مخلوط خاك آهك آماده شده بايد بلافاصله پس از آن كه مخلوط خاك و آهك بخوبي آب پاشي و مخلوط انجام شود.

كوبيدن و متراكم كردن در دو يا سه مرحله انجام ميشود. براي مرحله اول كوبيدن مصالح تثبيت شده بهتر است كه از غلطك هاي پاچه بزي لرزنده استفاده شود و عمليات تراكم تا زماني كه ديگر پاچه هاي غلطك در مصالح كوبيده شده فرو نرود ادامه داشته باشد. براي مرحله دوم غلطك زني از غلطك هاي چرخ لاستيكي استفاده شود.در برخي موارد ممكن است از غلطك هاي چرخ فولادي براي مرحله سوم و كوبيدن نهايي مصالح تثبيت شده با آهك استفاده شود.

2-3-5 عمل آوردن مصالح تثبيت شده با آهك

حداكثر مقاومت و دوام خاكهاي تثبيت شده با آهك بستگي به نحوه عمل آوردن آنها دارد عواملي كه در عمل آمدن خاكهاي تثبيت شده با آهك مؤثر هستند     عبارتند از : درجه حرارت، رطوبت و زمان، دماي در حدود 4 تا 10 درجه سانتيگراد و رطوبت بهينه از شرايط مساعدي براي عمل آمدن مصالح تثبيت شده آهك است. براي عمل آوردن مصالح تثبيت شده با آهك بعد از تكميل عمليات كوبيد لايه  مي توان با پخش 5/0 تا 1 ليتر قير محلول و يا قير امولسيون از خشك شدن آن جلوگيري نمود و يا با آبپاشي سطح آن را مرطوب نگهداشت.

2-3-6 كنترل سطح تمام شده

سطح تمام شده لايه تثبيت شده با آهك تا قبل از اجراي عمليات قشر روي آن بايد مرطوب نگه داشته شود و از عبور و مرور وسايل نقليه بر روي آن جلوگيري شود. درصورتيكه لايه تثبيت شده بايد الزاما براي مدتي زير ترافيك قرار گيرد بايد با يك لايه از قير محلول و يا امولسيون قير پوشش داده شود و از تردد بر روي سطح اندود شده تا سه روز جلوگيري شود. مقدار قير اندود براي پوشش خاك تثبيت شده برابر 7/0 كيلوگرم در هر متر مربع مي باشد.

3- تثبيت خاك و مصالح شني با سيمان پرتلند

 بطور كلي هر خاكي كه حاوي كمتر از 2 درصد مواد آلي بوده و مقدار سولفات قابل حل در آب آن از مقادير مشخص شده تجاوز نكند قابليت تثبيت شدن با سيمان پرتلند را دارد .

در تثبيت خاك با آهك فعاليت پوزولاني براي فعل و انفعال شيميايي خاك با آهك از طريق تركيبات موجود در خاك تامين مي شود در صورتيكه مواد پوزولاني براي تثبيت خاك با سيمان بصورت با لا قوه در سيمان وجود دارد و از طريق خاك تامين نمي گردد.آب مصرفي براي تثبيت خاك با سيمان نبايد حاوي بيش از ppm 500 يون سولفات باشد.مكانيز تثبيت خاك با سيمان مشابه مكانيزم تثبيت خاك با آهك است.

3-1 خاك مناسب جهت تثبيت با سيمان

بطور كلي چنانچه دامنه خميري خاك بيش از 30 باشد عمل اختلاط خاك با سيمان دشوار بوده و تثبيت بخوبي انجام نمي گيرد. در اينگونه موارد چنانچه تثبيت خاك با سيمان همچنان مد نظر باشد بهتر است كه براي پايين آوردن خواص خميري خاك ابتدا از آهك و سپس از سيمان براي تثبيت خاك استفاده مي شود. درصد سيمان براي تثبيت خاكهاي خوب دانه بندي شده كه داراي ضريب يكنواختي بزرگتر از 5 هستند ( نظير شن و ماسه ) به مراتب كمتر از خاكهاي ريزدانه بد دانه بندي شده مي باشد.

مشخصات فني خاكهاي تثبيت شده با سيمان بستگي به جنس خاك مقدار سيمان وزن مخصوص خاك تثبيت و كوبيده شده كيفيت اختلاط سيمان و خاك شرايط عمل آوردن مخلوط و زمان دارد. مقاومت خاكهاي تثبيت شده با سيمان در اثر مرور زمان افزايش مي يابد.

سيمان بر خاكهاي ماسه ايكه حاوي بيش از دو درصد از مواد آلي هستنديا PH آنها كمتر از 3/5 است اثر چنداني ندارد سيمان بهترين اثر را بر خاكهاي شني و ماسه اي خوب دانه بندي شده دارد.

3-2 طرح تثبيت خاك با سيمان

هدف از طرح تثبيت خاك با سيمان تعيين درصد سيمان براي خاكي با مشخصات معين است. درصد سيمان انتخاب شده نه تنها بايد اهداف تثبيت خاك را تامين كند بلكه بايد از نظر اقتصادي نيز توجيه پذير باشد.

درصد سيمان اوليه تثبيت براي خاكها علائه بر هدف تثبيت خاك بستگي به دانه بندي و درصد ريزدانه خاك دارد . بطور كلي درصد سيمان لازم با افزايش درصد رس و لاي در خاكها افزايش مي يابد. معمولاً درصد سيمان لازم براي تثبيت خاكهاي شني و ماسه اي خوب دانه بندي شده كمتر از خاكهاي شني و ماسه اي بد دانه بندي شده است. پس از آنكه درصد سيمان براي تثبيت يك خاك تخمين زده باشد بايد       نمونه هايي با درصدهاي مختلف سيمان ساخته شود و در آزمايشگاه مشخصات فني خاك تثبيت شده با سيمان مورد بررسي و ارزيابي قرار گيرد و با توجه به اهداف تثبيت درصد سيمان لازم انتخاب شود.

3-2-1 تعيين درصد سيمان لازم

معمولاً از سه روش آزمايش متداول و استاندارد شده كه عبارتند از: وزن مخصوص- درصد رطوبت (ASTM D558) آزمايش تر و خشك شدن (ASTM   D559) و آزمايش يخبندان و ذوب((ASTM D560 براي درصد سيمان لازم به منظور تثبيت خاكها با سيمان استفاده مي شود

به نقل از: mohandesiomran.ir

 افزودنی تبدیل گچ به سیمان