متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : مکانیک خاک و پی

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

دانشگاه بوعلی سینا

دانشکده مهندسي

گروه مهندسي عمران

پايان نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد در رشته مهندسي عمران گرايش مکانيک خاک و پي

عنوان:

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

استاد راهنما:

دکتر مسعود مکارچيان

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده:

خاک‌هاي ريزدانه رس‌دار همواره باعث ايجاد مشکل در پروژه‌هاي عمراني شده‌اند، يکي از روش‌هاي بهبود خواص خاک‌هاي مسأله‌دار رسي، استفاده از آهک به‌منظور تثبيت خاک است، در صورتي که خاک حاوي يون سولفات باشد يا خاک تثبيت شده در معرض آب سولفاته قرار گيرد، حضور آهک نه‌تنها باعث کاهش تورم لايه تثبيت شده نمي‌شود، بلکه نتيجه عکس داده و سبب افزايش تورم مي‌گردد. اين پديده به علت انجام واکنش‌هاي شيميايي بين کاني‌هاي رس، آهک و سولفات است که منجر به تشکيل کاني‌هاي اترينگايت و تاماسايت شده و اين کاني‌ها با جذب آب به‌شدت متورم مي‌شوند. اخيراً ترکيبات شيميايي جديدي براي تثبيت خاک‌هاي رسي مورد استفاده قرار گرفته است که در اين ميان استفاده از سرباره فولادسازي ((BOS روش جديدي براي افزايش مقاومت خاک رس محسوب مي‌شود. در مناطق سردسير، عمق يخ‌بندان ممکن است به خاک لايه بستر راه‌ها نيز برسد که در نهايت منجر به کاهش مقاومت و ظرفيت باربري خاک به علت افزايش رطوبت ناشي از آب شدن يخ مي‌شود.

در اين تحقيق تاثير سرباره فولاد ‌ذوب آهن اصفهان بر دوام خاک رس، در دو حالت بدون آلودگي و آلوده به مواد شيميايي (سولفات سديم و منيزيم) به کمک آزمايش تک‌محوري مورد بررسي قرار گرفته است. خاک مورد استفاده در اين تحقيق خاک رس کائولينيت است که با درصدهاي مختلف آهک و سرباره، در درصد رطوبت بهينه مخلوط شده و پس از دوره عمل‌آوري 28 روزه در دماي 35 درجه سانتي‌گراد، تحت آزمايش‌هاي دوام قرار گرفته است. نمونه‌ها براي تحمل 6 سيکل متوالي ساخته شدند و براي اطمينان از نتايج آزمايش‌ها از هر حالت 3 نمونه ساخته شد. بالغ بر 400 نمونه تک‌محوري جهت آزمايش‌هاي دوام ساخته شد. لازم به ذکر است که در آزمايش‌ تر و خشک شدگي به دليل از بين رفتن نمونه‌هاي بدون قالب در آب، نمونه‌ها همراه با قالب در آب غوطه‌ور شدند.

نتايج نشان داد که سرباره به‌تنهايي و در مجاورت آهک سبب بهبود مقاومت و دوام خاک رس مي‌شود. همچنين نتايج، حاکي از افت مقاومت بيشتر سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن، در مقايسه با سيکل‌هاي تر و خشک شدگي بود. نتايج آزمايش‌هاي دوام نشان داد که، سولفات سديم در مقايسه با خاک آلوده به سولفات منيزيم و حالت خاک بدون آلودگي سبب افت مقاومت بيشتري شد. به‌طور کلي درزمينه استفاده از (BOS) در تثبيت خاک‌هاي رسي تحقيقات کمي انجام شده است، از آنجا که سرباره ماده زائدي در طبيعت به‌حساب مي‌آيد، لذا نتايج اين تحقيق مي‌تواند در استفاده از اين مواد زائد از نظر اقتصادي و جنبه‌هاي زيست‌محيطي از اهميت خاصي برخوردار باشد.

فصل اول: مقدمه

1-1- کلیات

خاک‌هاي رسي از نظر ظرفيت باربري و نشست، همواره در گروه خاک‌هاي مسأله‌دار‌ هستند و معمولاً سازه‌هايي که بر روي اين نوع خاک‌ها بنا مي‌شوند، بايد تمهيدات ويژه‌اي در مورد آن‌ها در نظر گرفته شود. به‌طور کلي روش‌هاي مختلفي براي اصلاح خصوصيات اينگونه خاک‌ها ارائه شده است، يکي از اين روش‌ها جهت اصلاح اينگونه خاک‌ها، به‌منظور افزايش ظرفيت باربري و کاهش تورم آن‌ها روش تثبيت است. با توجه به گستردگي خاک‌هاي ريزدانه و اجبار در اجراي بسياري از پروژه‌ها بر روي اينگونه خاک‌ها، اهميت تثبيت خاک‌هاي ريزدانه به‌ويژه خاک‌هاي رسي روشن مي‌شود. تثبيت خاک براي بهبود خصوصيات مهندسي خاک‌هاي نامرغوب، در احداث سازه‌هاي مهندسي عمران مثل راه‌ها، فرودگاه‌ها، خاکريزها، سدها و پي‌هاي کم عمق به‌کار مي‌رود. از آنجا که رشد سريع صنعت منجر به توليد مقادير زيادي مواد زائد شده است بيشتر اين مواد استفاده مهمي ندارند و سبب مشکلات زيست‌محيطي مي‌شوند. در بعضي موارد اين مواد زائد داراي پتانسيل بالايي هستند و مي‌توانند به‌عنوان ماده اوليه در صنايع ساخت سيمان و يا صنايع ديگر مفيد واقع شوند. استفاده از مواد زائد نه تنها سبب کاهش مشکلات زيست‌محيطي مي‌شود؛ بلکه به حفظ منابع طبيعي مانند آهک و سنگدانه نيز کمک مي‌کند. سرباره فولادسازي داراي خواص مکانيکي مطلوبي به‌عنوان مصالح دانه‌اي است، که شامل مقاومت خوب در برابر فرسايش و ظرفيت باربري مناسب است. از سرباره به‌عنوان مصالح دانه‌اي در خاکريزها، شانه‌هاي خاکي بزرگراه‌ها، آسفالت پياده‌روها، بزرگراه‌ها و سازه‌هاي هيدروليکي استفاده مي‌شود. تورم خاک‌‌هاي رسي از موضوعات مهمي است که مورد توجه بسياري از محققين قرار دارد. تورم در خاک رس مي‌تواند به علل مختلف رخ دهد، يکي از اين موارد، اثر مخرب وجود سولفات در خاک تثبيت شده با آهک است. جايگزيني آهک با سرباره سبب کاهش مقدار آهک آزاد و کاهش مقدار pH مي‌شود. بنابراين با افزايش نسبت سرباره به آهک حتي در غلظت‌هاي زياد سولفات، تورم کاهش مي‌يابد. درنواحي سردسير، خاک‌ها در معرض سيکل يخ زدن و آب شدن هستند. اين سيکل يخ زدن و آب شدن، تغييرات مهمي بر خواص ژئوتکنيکي ايجاد مي‌کند. خاک‌هاي ريزدانه تحت تأثير سيکل يخ زدن و آب شدن دچار تغييراتي در حجم، مقاومت و فشردگي‌پذيري، چگالي، ميزان آب يخ نزده و ظرفيت باربري در ريز ساختار مي‌شوند. صدمات ناشي از يخ زدن و آب شدن يکي از مشکلات اساسي براي خاک‌هاي ريزدانه محسوب مي‌شود. مقاومت و دوام توسط سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن کاهش مي‌يابد. ترک‌ها و شکاف‌هاي ايجاد شده رايج‌ترين صدمات ناشي از يخ زدن و آب شدن محسوب مي‌شود. لذا تورم ناشي از يخبندان و تورم ناشي از حضور سولفات در خاک‌هاي ريزدانه تثبيت شده با آهک امر مهمي در پروژه‌هاي عمراني محسوب مي‌شود که لزوم تحقيقات بيشتر در اين زمينه در پروژه‌هاي عمراني احساس مي‌شود.

2-1- اهداف پایان نامه

خاک‌هاي ريزدانه رس‌دار همواره باعث ايجاد مشکل در پروژه‌هاي عمراني شده‌اند، يکي از روش‌هاي بهبود خواص خاک‌هاي مسأله‌دار، استفاده از آهک به‌منظور تثبيت خاک است، در صورتي که خاک حاوي يون سولفات باشد يا خاک تثبيت شده در معرض آب سولفاته قرار گيرد، حضور آهک نه‌تنها باعث کاهش تورم لايه تثبيت شده نمي‌شود، بلکه نتيجه عکس داده و سبب افزايش تورم مي‌گردد. اين پديده به علت انجام واکنش‌هاي شيميايي بين کاني‌هاي رس، آهک و سولفات است که منجر به تشکيل کاني‌هاي اترينگايت و تاماسايت شده و اين کاني‌ها با جذب آب به‌شدت متورم مي‌شوند. اخيراً ترکيبات شيميايي جديدي براي تثبيت خاک‌هاي رسي مورد استفاده قرار گرفته است که در اين ميان استفاده از سرباره فولادسازي ( [1](BOSدر افزايش مقاومت خاک رس، روش جديدي محسوب مي‌شود، از آنجا که خاک‌ها‌‌‌‌ از دانه‌‌‌‌‌‌‌ها و کاني‌‌هاي رس تشکيل شده‌اند، در مقابل پديده يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدن‌هاي متوالي دچار مشکل مي‌شوند و در مناطق سردسير، عمق يخ‌بندان ممکن است به خاک لايه بستر راه‌ها نيز برسد که در نهايت منجر به کاهش مقاومت و ظرفيت باربري خاک به علت افزايش رطوبت ناشي از آب شدن يخ مي‌شود، در اين تحقيق تاثير سرباره فولاد ‌ذوب آهن اصفهان بر دوام خاک رس، در دو حالت بدون آلودگي و آلوده به مواد شيميايي (سولفات سديم و منيزيم) به کمک آزمايش تک‌محوري مورد بررسي قرار گرفته است. به‌طور کلي درزمينه استفاده از (BOS) در تثبيت خاک‌هاي رسي تحقيقات کمي انجام شده است، از آنجا که سرباره ماده زائدي در طبيعت به‌حساب مي‌آيد استفاده از اين مواد زائد (­در بهبود خواص خاک­) از نظر اقتصادي و جنبه‌هاي زيست‌محيطي مي‌تواند از اهميت خاصي برخوردار باشد. اين پايان‌نامه در ادامه تحقيقات پايان‌نامه‌هاي قبلي دانشکده مهندسي دانشگاه بوعلي­سينا توسط اکرمي (1385)، نادري (1388)، نجاتي (1389) و صفا (1392) انجام شده‌است.

3-1- معرفی فصل های پایان نامه

فصل‌هاي موجود در اين پايان‌نامه به شرح زير است:

فصل اول: مقدمه

فصل دوم: تثبيت خاک رس با آهک و سرباره فولادسازي و اثر سولفات بر خاک رس تثبيت شده با آهک

در اين فصل پس از معرفي کلي خاک رس، تاثير آهک و سرباره در تثبيت خاک بررسي شده است. سپس تأثير سولفات بر مقاومت و دوام خاک رس مورد بررسي قرار گرفته است. .

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

دراين فصل تأثير سيکل‌هاي يخ زدن و آب شدن و تر و خشک شدگي بر مقاومت و دوام خاک بررسي شده‌است.

فصل چهارم: مصالح و روش‌هاي آزمايش

در اين فصل از پايان­نامه، مراحل و روند نمونه سازي و آزمايش‌هاي مربوطه شرح داده شده است..

فصل پنجم: نتايج آزمايش‌ها و تحليل نتايج

در اين فصل ابتدا نمودارهاي بدست آمده از نتايج آزمايش‌ها ارائه شده است سپس نتايج مورد تحليل قرار گرفته است.

فصل ششم: نتيجه­گيري و پيشنهاد­ها

در فصل ششم، نتايج کلي به صورت خلاصه جمع‌بندي شده است و همچنين پيشنهادهاي لازم جهت ادامه دادن مسير اين تحقيق و کار در زمينه­هاي بعدي آمده است.

فهرست مراجع

در انتها فهرست مراجع مورد استفاده در اين پايان­نامه اراﺋﻪ شده است.

فصل دوم: تثبيت خاک رس با آهک و سرباره فولادسازي و اثر سولفات بر خاک رس تثبيت شده با آهک

1-2- مقدمه

 استفاده از خاک به‌عنوان اصلي‌ترين مصالح در اکثر پرو‌ژه‌هاي عمراني غير قابل انکار است. توسعه چشمگير در ايجاد فرودگاه‌ها، تونل‌ها و فضاهاي زيرزميني، احداث اسکله‌هاي عظيم، بزرگراه‌ها، احداث سدها و سازه‌هاي مربوط به آن‌ها، شبکه‌هاي عظيم آبياري و زهکشي و غيره، نياز به مصالح ساختماني را افزايش داده است. بر اين اساس امروزه استفاده از مصالح جايگزين که از نظر مهندسي کيفيتي بالاتر از مصالح مورد استفاده در گذشته را داشته و همچنين از نظر اقتصادي نيز مقرون به‌صرفه باشد، مورد توجه زيادي قرار گرفته است. از جمله مهمترين و پرهزينه‌ترين مصالحي که در پروژه‌هاي مختلف عمراني مورد استفاده قرار مي‌گيرد، خاک است. توجه به اين نکته که خاک نمي‌تواند تمام خصوصيات ژئوتکنيکي مورد نياز براي پروژه‌ها را در بر داشته باشد، اهميت استفاده از روش‌هاي گوناگون براي بهبود و تثبيت خاک را روشن مي‌سازد [14].

خاک را مي‌توان تجمعي از ذرات جامد توليد شده به‌وسيله تجزيه مکانيکي و شيميايي سنگ‌ها معرفي کرد. آگاهي از مشخصات فيزيکي ترکيبات خاک، براي درک عملکرد آن در حين عمليات ساختماني ضروري است [2].

خاک‌ها توده‌هايي از ذرات کاني هستند که همراه با هوا يا آب موجود در فضاهاي خالي، سيستم‌هاي سه‌فازي را تشکيل مي‌دهد. خاک‌ها بخش وسيعي از سطح زمين را پوشانده‌اند و به گستردگي و فراواني به‌صورت مصالح ساختماني و زيرسازي مورد استفاده قرار مي‌گيرند [11].

خاک‌هاي رسي، دامنه وسيعي از کاني‌هاي گوناگون را شامل مي‌شود. اين خاک‌ها شامل نسبت‌هاي متفاوتي از انواع کاني‌هاي رسي، عمدتاً شامل کائولينيت، ايليت، کاني‌هاي چند‌گانه و مونت‌موريلونيت است. کاني‌هاي غير رسي موجود در اين خاک‌ها عمدتاً کوارتز، مواد آلي و اکسيدهاي کلوئيدي است. مقدار کمي از کاني رسي معين، شايد بتواند تغييرات فيزيکي-شيميايي زيادي در خاک ايجاد کند [95].

خاک‌هاي رسي از هوازدگي شيميايي سنگ‌ها تشکيل مي­شوند. نظر به تفاوت نحوه­ تشکيل خاک رس با ديگر انواع خاک‌ها از قبيل شن و ماسه و لاي، که از هوازدگي فيزيکي سنگ مادر تشکيل شده‌اند، خاک‌هاي رسي از ويژگي‌هاي منحصر به‌فردي برخوردارند. بشر از ديرباز با خاک‌هاي رسي و مشکلات آن آشناست [10].

خاک‌هاي رسي از نظر ظرفيت باربري و نشست، همواره در گروه خاک‌هاي مسأله‌دار‌ هستند و معمولاً سازه‌هايي که بر روي اين نوع خاک‌ها بنا مي‌شوند، بايد تمهيدات ويژه‌اي در مورد آن‌ها در نظر گرفته شود. به‌طور کلي روش‌هاي مختلفي براي اصلاح خواص اينگونه خاک‌ها ارائه شده است تا بتوان با اعمال اين روش‌ها خصوصيات اين نوع خاک‌ها را اصلاح نمود و به حد مطلوب رساند. يکي از اين روش‌ها جهت اصلاح اينگونه خاک‌ها، به‌منظور افزايش ظرفيت باربري و کاهش تورم آن‌ها، تثبيت است. با توجه به گستردگي خاک‌هاي ريزدانه و اجبار در اجراي بسياري از پروژه‌ها بر روي اينگونه خاک‌ها، اهميت تثبيت خاک‌هاي ريزدانه، به‌ويژه خاک‌هاي رسي، روشن مي‌شود [78].

خاک‌هاي رسي اغلب داراي مشکلاتي نظير ضعف مقاومتي، تورم‌پذيري، ترک خوردن هنگام از دست دادن آب، نشست زياد تحت سربار و حتي وزن خود، جذب رطوبت زياد، چسبندگي زياد هنگام کار با ماشين‌آلات ساختماني، دوام کم در مقابل عوامل جوي نظير دوره­هاي تر و خشک شدگي و يا يخ زدن و آب شدن است. خاک رس آب مي­مکد، منبسط مي­شود، خشک مي­شود و ترک مي­خورد [10].

تثبيت خاک براي بهبود خواص مهندسي خاک‌هاي نامرغوب، در احداث سازه‌هاي مهندسي عمران مثل راه‌ها، فرودگاه‌ها، خاکريزها، سدها و پي‌هاي کم عمق به‌کار مي‌رود. نوع تثبيت انتخابي در هر پروژه، بستگي به ماهيت سازه و خواص ژئوتکنيکي و فيزيکي- شيميايي خاک‌هاي مورد نظر دارد [27].

بنابر‌اين شناخت کلي راجع به خاک رس و همچنين تثبيت آن، امر مهمي است که در اين فصل کلياتي در اين مورد به‌اختصار ذکر شده است.

2-2- کانی های رس

1-2-2- ترکيب و ساختمان کاني‌هاي رس

کاني‌هاي رس مرکب از سيليکات‌هاي مرکب آلومينيوم، منيزيم و آهن هستند. دو واحد کريستالي

بنيادي کاني‌هاي رس عبارتند از: 1) چهاروجهي سيليسيم-اکسيژن و 2) هشت وجهي آلومينيوم يا منيزيم. واحدهاي چهار وجهي سيليسيم-اکسيژن از چهار اتم اکسيژن در اطراف يک اتم سيلسيم تشکيل شده است. از ترکيب واحدهاي چهاروجهي، صفحه سيليس تشکيل مي‌شود. سه اتم اکسيژن واقع در قاعده هر چهار وجهي با چهار وجهي مجاور مشترک است. هر اتم سيليسيم با ظرفيت مثبت 4 با چهار اتم اکسيژن با کل ظرفيت منفي 8 مرتبط شده است. از طرفي هر اتم اکسيژن در قاعده چهار­‌‌‌وجهي به دو اتم سيليسيم اتصال پيدا کرده است اين امر موجب مي‌شود که يک بار با ظرفيت منفي هر اتم اکسيژن بالايي هر چهار­‌‌‌‌‌‌‌‌‌وجهي نامتعادل باقي بماند. ترکيب واحدهاي هشت‌وجهي آلومينيوم، يک صفحه گيبسيت را تشکيل مي‌دهد. اگر اتم‌هاي اصلي فلزي در واحدهاي هشت‌‌وجهي منيزيم باشد، اين صفحه‌ها به­نام صفحه بروسيت ناميده مي‌شوند [12]. در اشکال 2-1 و 2-2 ورقه چهار‌­‌وجهي سيليکا و هشت­وجهي آلومينا نشان داده شده است.

مهمترين کاني‌هاي رسي عبارتند از :

کائولينيت[1]

ايليت[2]

مونت‌موريلونيت[3]

در کنار سه کاني معروف مذکور، ساير کاني‌هاي رس که معمولاً يافت مي­شوند عبارتند از: کلريت[4]، هالوسيت[5]، ورميکوليت[6] و آتاپولگيت[7].

2-2-2- کائولينيت

نام کائولينيت از لغت چيني kauling به معني رشته کوه مرتفع يا تيغه کوه گرفته شده و نام تپه‌اي در چين است [95]. کائولينيت داراي لايه­هاي متناوب ورقه­هاي سيليکا-گيبسيت است که به آن ساختار 1:1 گفته مي‌شود. هر لايه در حدود 2/7 انگستروم ضخامت دارد. اين لايه­ها توسط پيوندهاي هيدروژني به‌يکديگر مربوط شده‌اند. کائولينيت مانند صفحات کوچکي ديده مي‌شوند که بعد جانبي از 1000 تا 20000 انگستروم و ضخامت آن‌ها از 100 تا 1000 آنگستروم است. مساحت سطح ذرات کائولينيت در واحد جرم در حدود 15 مترمربع بر گرم است [12]. يک پولک کائولينيت از 70 تا 100 لايه پايه تشکيل شده‌ که اندازه پولک آن 1/0 تا 4 ميکرومتر و ضخامت آن 05/0 تا 2 ميکرومتر است. در کائولينيت پيوندهاي هيدروژني قوي برقرار است که سبب کاهش بار منفي مي‌گردد و از آنجا که جدايي لايه‌ها در کائولينيت صورت نمي‌گيرد، کاتيون‌هاي متعادل کننده، بايد قاعدتاً در سطح خارجي ذره جذب شوند. در کائولينيت به دليل پيوندهاي هيدروژني قوي، pH،[1] CEC و SSA[2]  خاک داراي کمترين مقدار در بين کاني‌هاي رسي است [95]. در شکل‌هاي 2-3 تا 2-5 ساختمان اتمي کاني‌هاي رسي نمايش داده شده است.

[1] – Cation Exchangeable Capacity

[2] – Specific Surface Area

1 – Kaolinite

2 – Illite

3 – Montmorillonite

4 – Chlorite

5 – Halloysite

6 – Vermiculite

7 – Attapulgite

[1]– Basic Oxigen Steel Slag               

تعداد صفحه : 210

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران