مقاله، راه سازی

طراحی روسازی بر این اصل استوار است که خاک بکار رفته در هر لایه از روسازی بتواند حد‌اقل ویژگی های کیفیت سازه‌ای را فراهم کند، هر لایه باید بتواند مقاومت برشی مورد نظررا فراهم کند، واز ایجاد تغییر شکلهای زیاد که باعث بوجود آمدن ترکهای خستگی در یک لایه و یا لایه‌‌ی بالای آن می‌شوند و همچنین ازبوجود آمدن تغییر شکلهای دائمی بخاطر تغییرات بیش از حد خاک جلوگیری کند. تثبیت خاک روشی است که بمنظور بهبود کیفیت مصالح در راهسازی بکار می‌رود، و استفاده از این روش موجب بدست آمدن مصالحی با مشخصات مناسب برای بکار بردن در لایه‌های روسازی می‌شود. تثبیت خاک به اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی خاک برای تامین یک رشته اهداف از پیش تعیین شده اطلاق می شود. تصمیم در مورد استفاده از این روش پس از مقایسه‌ی راه حلهای مختلف قابل قبول انجام می‌شود.

امروزه با پیشرفت علم تثبیت خاکها به طرق گوناگون نظیر روش های مکانیکی، شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیک ( رویاندن گیاه)، و روش الکتریکی امکان پذیر است. در روش تثبیت خاک، کارشناسان با استفاده از اصول علمی و بهره‌گیری از فناوری‌های جدید، مواد و مصالح مناسب را در تقویت خاک به کار می‌گیرند و مشخصات مهندسی، خواص مکانیکی از جمله مقاومت، سختی، شکل‌پذیری و ظرفیت باربری آن را بهبود می‌بخشند.تثبیت خاکها اهداف گوناگونی دارد که از این اهداف می‌توان به افزایش مقاومت باربری خاک، کاهش نفوذپذیری ،کاهش تورم و انقباض خاک ،کاهش رطوبت خاک ،کاهش دامنه خمیری خاک ،جلوگیری از فرسایش خاک و کاهش ضخامت لایه های روسازی اشاره کرد. متراکم کردن خاک در عملیات عمرانی یک روش مکانیکی ساده و متداول برای افزایش دانسیته خاک و در نتیجه افزایش ظرفیت باربری و پایداری خاک است. ولی موردی که در تحقیق مورد بررسی قرار می‌گیرد تثبیت خاک از طریق شیمیایی می‌باشد.

از موادی که در تثبیت خاک بکار می‌روند می‌توان به قیر، سیمان، آهک اشاره کرد. انتخاب هر یک از این مواد به مواردی مانند جنس خاک، شرایط جوی منطقه، میزان آمد و شد، هدف از انجام تثبیت خاک و هزینه‌های عملیات بستگی دارد. همچنین امروزه برای افزایش توان باربری خاک ماسه روان استفاده از پلیمر به عنوان یک تثبیت‌کننده فیزیکی، غیرسنتی، در دسترس و با کاربردی آسان رواج یافته است. از دیگر مواد تثبیت کننده خاک می‌توان کلرور کلسیم و سدیم اشاره کرد. مقدار ماده تثبیت کننده مورد نیاز با توجه به آزمایشهای مقاومت و دوام خاک و همچنین موارد اقتصادی تعیین می‌شود.

همانطور که در بالا اشاره شد امروزه استفاده از پلیمرها برای تثبیت خاک افزایش یافته است، خواص فیزیکی نسبتا مطلوب از جمله ویژگی هایی است که باعث پر مصرف شدن این مواد شده است. همچنین این گروه ازمواد دارای وزن مخصوص پایین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بیشتر پلیمرهای متداول از پلیمریزاسیون مولکول‌های آلی ساده به نام منومر به دست می‌آیند. با ترکیب مناسبی از حرارت، فشار و کاتالیزور پیوند دوگانه بین اتم‌های کربن شکسته شده و یک پیوند ساده کووالانسی‌ جایگزین آن می‌شود. البته باید توجه داشت که تحقیقات انجام شده نشان می‌دهند که در صورتیکه درصد پلیمر مصرفی برای تثبیت خاک ماسه‌های روان بیش از 3 درصد باشد نه تنها این عمل از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود بلکه نظر فنی نیز چندان باعث افزایش مقاومت نسبت باربری خاک نخواهد شد.

آهک با درجات خلوص متفاوت به عنوان تثبیت کننده‌ای برای خاک سابقه‌ی طولانی دارد، اضافه کردن این ماده باعث کاهش خواص خمیری خاک می‌شود. بنابر‌این وقتی مصالح شنی از نظر دانه‌بندی برای لایه‌های اساس و زیر‌اساس مناسب باشند ولی بعلت حد روانی و یا دامنه خمیری زیاد نتوان از آنها استفاده کرد از این ماده برای کاستن خواص خمیری مصالح و در نتیجه برای ساختن لایه‌های اساس و زیر اساس استفاده می‌شود.معروفترین و متداولترین مواد آهکی مورد استفاده در تثبیت عبارتند از آهم شکفته، آهم شکفته دلومیتی، آهک زنده و آهک زنده دلومیتی. باید توجه داشت که بطور کلی آهک زنده ماده تثبیت کننده مؤثری نسبت به آهک شکفته است و اگر بصورت دوغاب به خاک اضافه شود مقاومت بیشتری را نسبت به موقعیکه به صورت پودر اضافه می شود ایجاد می کند. با توجه به اینکه میزان قابل توجهی از خاک مخصوصا در ایران ریزدانه و از نوع رسی می‌باشد. چون خاکهای رسی دارای خواص خمیری بالا هستند و واکنش شیمیایی خوبی خواهند داشت، باید راهی را برای مقاوم کردن و بهبود رفتاراینگونه ریزدانه‌ها پیدا کرد. یکی از مؤثرترین روشهای بهبود کیفی مشخصات فنی خاکهای رسی که استفاده از آنها متداول است بهره‌گیری از آهک می‌باشد، آهک اصولاً برای تثبیت خاکهای ریزدانه که دامنه خمیری آنها بزرگتر از 10 و خاکهای رسی خیلی خمیری PI > 35) ) مناسب است ولی این ماده برای تثبیت خاکهایی که حاوی مقدار بیش از دو درصد مواد آلی و همچنین حاوی مقدار بیش از نیم درصد سولفات قابل حل در آب می باشند مناسب نیست. وقتی آهک به خاک ریزدانه اضافه می‌شود واکنشهای مختلفی اتفاق می‌افتد که عبارتند از واکنش تبادل کاتیونها، واکنش پوزولانی، واکنش کربناسیون. با توجه به نکات گفته شده می‌توان برداشت کرد که. مراحل اجرایی عملیات تثبیت خاک با آهک شامل آماده کردن خاک، پخش آهک، اختلاط و آب پاشی، کوبیدن و تسطیح و عمل آوردن مخلوط می شود.

سیمان نیز بیشتر برای تثبیت خاکهای ریزدانه‌کاربرد دارد. اکثر خاکهای ریزدانه بغیر از خاکهای آلی قابل تثبیت با سیمان می‌باشند. بطور کلی هر خاکی که دارای کمتر از 2در صد مواد آلی بوده و مقدار سولفات قابل حل در آب آن از مقادیر مشخص شده تجاوز نکند را می‌توان با سیمان پرتلند تثبیت کرد. مکانیزم کلی تثبیت با سیمان مانند تثبیت با آهک می‌باشد. از این ماده نیز برای کم کردن خواص خمیری خاک استفاده می‌شود. از تغییراتی که سیمان در خاک بوجود می‌آورد می‌توان اشاره کرد به ایجاد در صد رطوبت بهینه بیشتر و وزن مخصوص خشک کمتر. مقدار سیمان مورد نیاز نیز با توجه به آزمایشهای دوام و آزمایشهای دیگر که بر روی خاک انجام می‌شود انتخاب می‌گردد. باید توجه داشت که زمان در افزایش مقاومت خاکهای تثبیت شده با سیمان اثر دارد و با گذشت زمان مقاوت این خاکها افزایش می‌یابد.مشخصات فنی خاکهای تثبیت شده با سیمان بستگی به عواملی همچون جنس خاک، مقدار سیمان،‌وزن مخصوص خاک تثبیت و کوبیده شده، کیفیت اختلاط خاک و سیمان، شرایط عمل آوری و همچنین بستگی به زمان دارد. تعیین در صد سیمان معمولا با استفاده از روشهای زیر که استاندارد شده و متداول می‌باشند انجام می‌پذیرد.

1- آزمایش وزن مخصوص –درصد رطوبت (ASTM D558)

2- آزمایش تر و خشک شدن (ASTM D559)

3- آزمایش یخبندان-ذوب یخ (ASTM D560)

در تثبیت خاک با سیمان باید به زودگیر بودن سیمان توجه خاصی داشت. زیرا باید تمام عملیات از جمله کوبیدن و متراکم کردن نهایی خاک را قبل از گرفتن سیمان به پایان رساند. بنابراین امروزه طول راه را به قطعات کوچکتر تقسیم میکنند وخاک هر قسمت را جدا با سیمان تثبیت می‌کنند، تا بتوانند به هدف خواسته شده به صورت مطلوب برسند. برای تثبیت خاک با سیمان مشخصا آب، مورد نیاز است که مقدار این آب بر اساس رطوبت بهینه که توسط آزمایش تراکم انجام می‌شود مشخص می‌گردد. بطور کلی مراحل تثبیت خاک با سیمان را می‌توان اینگونه نام برد: آماده کردن خاک، پخش سیمان، اختلاط خاک با سیمان، کوبیدن مخلوط سیمان، عمل آوری خاک تثبیت شده با سیمان.

قیر دیگر ماده‌ای می‌باشد که در تثبیت خاک مصارف گوناگونی دارد. تفاوت مصرف آن با آهک و سیمان در این است که این ماده در مورد تثبیت خاکهای درشت‌دانه و شنی کاربرد دارند. بعلت سخت بودن اندود کردن دانه‌های ریز با قیر، این ماده درخاکهای ریزدانه به عنوان تثبیت کننده کاربردی ندارد. قیر مایع برای تثبیت به کار می‌رود و از ویژگی‌های استفاده از آن کاهش خاصیت آب مکندگی خاک می‌شود. از آنجا که وجود سنگ حاوی خاک‌رس و یا مواد اینچنینی مانع از چسبیدن قیر به سنگدانه‌ها میشوند، مصالح سنگی باید از هر گونهآلودگی پاک باشند و همچنین خشک باشند تا قیر بخوبی به آنها بچسبد. مواردی که در تثبیت با قیر مد نظر هستند عبارتند از:

- آماده کردن خاک

- پخش قیر

- اختلاط خاک و قیر

- عمل آوردن

- کوبیدن مخلوط قیری

از قیر برای بهبود خواص خمیری خاکهای شنی می‌توان استفاده کرد همچنین ماسه بخوبی قابل تثبیت شدن با قیر است زیرا قیر دانه‌های ماسه را اندود کرده و بخوبی به هم می‌چسباند. استفاده از قیر به عنوان تثبیت کننده برای عملیات زیر سازی به مقدار زیادی مربوط به تجربه مهندسی می باشد و باید توجیه فنی و اقتصادی بودن تثبیت خاک با قیر مورد بررسی قرار گیرد.

همچنین می‌توان خاکها را با ترکیبی از مواد معرفی شده در بالا تثبیت کرد. مثلا تثبیت خاک با استفاده از آهک و سیمان و یا آهک - قیر آبه و یا سیمان - قیر آبه، که هر مورد از اینها برای خاکهای خاصی کاربرد دارند.

هدف این تحقیق مشخص کردن انواع کاربرد استفاده از مواد تثبیت کننده می‌باشد و به ویژگی های استفاده از هر کدام از تثبیت کننده‌ها به صورت کامل پرداخته می‌شود. فاکتورهایی که برای انتخاب نوع تثبیت کننده مهم هستند ذکر می‌گردد. نحوه‌ی تثبیت و آزمایشهایی که در این حین بر روی خاک و مصالح آن انجام می‌شود توضیح داده می‌شوند. همچنین مراحل تثبیت خاک برای هر کدام از مصالح به صورت کامل ذکر خواهد گردید. در پایان نیز در مورد کنترل کیفیت محصول نهایی در صورت استفاده از تثبیت کننده‌ها توضیح داده می‌شود