نانوCON AID-spm

بـراي تثبيت خاك با استفاده از خاصيت نانو ذرات رس





مقدمه


کاردر96كشوردرسرتاسرجهان

نانوspm در آفريقاي جنوبي توسعه پيدا نموده و توسط يك تيم متخصص و حرفه اي در رشتة شيمي و مهندسين راه و ساختمان در كانادا و آفريقاي جنوبي پشتيباني مي شود،زير نظر با انضباط ترين گروه كنترل كيفيت، به منظور اطمينان از عملكرد استوار توليد گرديده و در بيش از 96 كشور جهان مورد استفاده قرار گرفته و جهت ساخت جاده ها با هزينه كم و مناسب هر آب و هوايي با استفاده از خاك موجود در محل اجرا مي گردد. اين ماده غير سمي و از لحاظ زيست محيطي بدون هر گونه آلودگي مي باشد. چيزي كه باعث كارايي اين ماده نسبت به بيشتر توليدات مشابه مي گردد، تغيير هميشگي در خاك و دايمي بودن اثرات آن است. جاده ها نياز به بهسازي كم يا عدم تثبيت مجدد داشته بنابراين نتايج منافع حاصله طولاني مدت بوده و جاده هايي كه بيش از 20 سال قبل ساخته شده، بدون تثبيت مجدد هنوز در شرايط عالي باقي مانده اند. بيش از سي هزار كيلومتر جاده كه از اين ماده استفاده شده به لحاظ كارايي با موفقيت همراه بوده است.
اين تكنولوژي امروزه يكي از روش هاي اولويت داري است كه به وسيله بانك جهاني در مناطق روستايي كشورهاي در حال توسعه براي ساخت جاده ها مورد استفاده قرار مي گيرد و در برخي از كشورها به توسعه كل تاسيسات زيربنايي جاده اي كمك مي كند. جزييات تجزيه خاك، تعيين كننده ميزان درست و صحيح كاربرد مواد و روش هاي حرفه اي ساخت مطمئن بوده، نتايج به دست آمده موفقيت آميز بوده و افزايش مداوم در پايداري خاك و ارزش هاي اين ماده را نشان مي دهد.
اين محصول براي تثبيت و تحكيم خاك رس در جاده هاي روستايي بدون پوشش آسفالت Road Unpaved و در زيرسازي جاده ها (Base) مورد استفاده قرار مي گيرد. محصول نانوspm با توجه به خاك مناطق مختلف ايران در آزمايشگاه مجهز مكانيك خاك در پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران فرموله شد و پس از انجام آزمايشات CBR (كه نشان دهنده تثبيت خاك و مقاومت آن مي باشد) ميزان مصرف آن تعيين مي گردد.
محصول نانوspm در مدت بيست سال گذشته در حدود 100 كشور جهان مورد استفاده قرار گرفته و فرمول آن بر اساس تكنولوژي آمريكاي شمالي و با توجه به شرايط خاك و آب و هواي هر منطقه تعيين مي شود. اين ماده به رنگ قهوه اي تيره، چسبندگي و فشردگي بالاي سيال، تثبيت كننده خاك، واكنش پذيري دوبرابر مواد در مقايسه با ساير مواد مشابه داراي قابليت بالاي نفوذ پذيري و ويژگي عمل آوري سريع مي باشد.
نانوspm تثبيت كننده خاك هاي آنيوني بوده و باعث بهبود عملكرد تحمل بار انواع مختلف خاك هاي رسي و لايه دار مي شود.
اين محصول جهت كنترل گرد و خاك و ارتقاء تراكم براي راه هاي روستايي و زيرسازي راه هاي آسفالته مورد استفاده قرار گرفته است.
نانو spm محصولي تركيبي از مشتقات سنتزي (thio) بوده و با يك لايه حفاظتي روغني روي سطح خاك و ذرات رس را مي پوشاند. اين محصول حركت پذيري يون و مبادله آن را كاهش داده و همزمان با حذف نمودن جذب آب اين مواد را آب گريز مي نمايد.
در نتيجه ماده خاكي كمتر به رطوبت حساس بوده، باعث كارايي بيشتر و توان فشردگي و بهم پيوستن بهتر ذرات توسط تجهيزات و ماشين آلات عبوري مي گردد. بهم پيوستن بهتر ذرات به معني سايش بيشتر داخلي و بهبود ظرفيت باربري است.
نانو spm در کنار خاك رس می تواند ماسه بادي و مقداری شن را تيمار و تثبیت نمايد. مواد غير چسبنده از قبيل ماسه تنها در زماني مي توانند تيمار شوند كه آن ها را با مواد مناسب خاك رس مخلوط نمود.
در هم رفتن بهتر ذرات به معني اصطكاك داخلي بيشتر و بهتر شدن ظرفيت مقاومت خاك مي باشد.
خاك ها طبق استاندارد AASHTO طبقه بندي مي گردند.
شيمي دانان نانو spm جهت تعيين واكنش پذيري خاك به نانو spm 200 گرم از نمونه خاك را آناليز نموده و با استفاده از اين اطلاعات و اطلاعات آزمايشگاه مكانيك خاك، مقدار مورد نياز و روش كاربرد آن را مشخص مي نمايند. اين ماده واكنش هاي متفاوتي در مقابل خاك هاي مختلف از خود نشان مي دهد. بنابراين آزمايش خاك براي محدوده اتر برگ Atterberg Limits و آزمايش واكنش پذيري (Reactivity test) قبل از اجراي عمليات راهسازي ضروري مي باشد.





آماده سازي محل و روش اجرا

1- شكل دادن سطح تا تراز نهايي
2- در نظر گرفتن زهكشي مناسب
3- شيار دادن خاك تا عمق 150 ميليمتر (6 اينچ)
4- خرد نمودن كلوخه هاي خاك
5- براي خاك رس سنگين، نيمه فوقاني و تل خاك برداشته شود.




نانو spm پيشرو در دنيا در تثبيت يوني خاك

روشي موثر جهت تثبيت خاك و كنترل گرد و غبار در جاده ها تثبيت كننده خاك هاي آنيوني بوده و باعث بهبود عملكرد تحمل بار در انواع مختلف خاك هاي رسي و لايه دار مي شود. اين محصول به مدت بيست سال گرد و خاك را كنترل نموده و سبب ارتقاء تراكم آن مي گردد. اين تكنولوژي در 96 كشور دنيا مورد استفاده قرار گرفته است.
فرمول نانوspm با توجه به شرايط آب و هوا و خاك مناطق ايران در آزمايشگاه مجهز مكانيك خاك فرموله مي گردد. اين ماده كه به رنگ قهوه اي تيره مي باشد، سبب چسبندگي و فشردگي بالاي سيال تثبيت كننده خاك گرديده و واكنش پذيري آن دوبرابر در مقايسه با ساير مواد مشابه است. همچنين اين ماده داراي قابليت بسيار بالاي نفوذ پذيري و ويژگي عمل آوري سريع مي باشد.

نتايج

راه هاي آسفالته و روستايي
- صرفه جويي در هزينه
- استفاده از خاك هاي محلي
- افزايش كارايي، صرفه جويي در وقت، كاركرد ماشين آلات و هزينه سوخت در زمان ساخت جاده
- افزايش بازدهي خاك ها

راه هاي روستايي

- توسعة قابليت آمد و شد و شرايط بهتر رانندگي در هواي باراني
- كاهش گرد و غبار تا 90% و ايجاد شرايط امن تر رانندگي
- تيمار نمودن دايمي بوده و نيازي به تيمار نمودن مجدد سطح نمي باشد.

اهداف كلي

- ساخت جاده اقتصادي
- به روز رساندن جاده
- نگهداري از جاده هاي بدون آسفالت (جاده خاكي)
- ترميم جاده هاي تخريب شده
- ساخت جاده ها
- ايجاد محل هاي پاركينگ
- ايجاد باندهاي موقت هواپيما
- خاك ريزهاي حجيم





طریقه استفاده نانو spm

مقدار تعيين شده از نانوspm را در تانكر آب ريخته و محلول رقيق شده را به طور يكنواخت به وسيله آبپاش در سطح خاك بكار برده و تا 1% ± رطوبت بهينه را با خاك مخلوط نموده و با پرس به شكل نهايي در مي آوريم.
تراكم متراكم كردن را با ماده در 1% ± از محتوي مرطوب بهينه شروع كنيد. محدوديت زماني حداكثري بين كاربرد نانو spm و شروع تراكم وجود ندارد. يك غلطك پاچه بزي ارتعاشي با يك غلطك چرخ استوانه اي تراكم دهنده صاف براي تراكم اوليه كافي بوده و اين قسمت با يك تراكم دهنده بادي كامل مي گردد. ترافيك خودروها قسمت تيمار شده را بيشتر تراكم مي بخشد. جاده تيمار شده به وسيله غلطت و وسايل نقليه ترافيكي متراكم شده است.
نانو spm به طور كامل غيرسمي و نيازي به عمليات جابجايي مخصوص ندارد.

عمل آوري


بعد از تراكم به ميزان لازم آب را در تناوب روزانه روي سطح به مد ت يك هفته يا هر مدتي كه نياز باشد بپاشيد تا از خشك شدن سريع آن اجتناب گردد. در زمان بارندگي بعد از تراكم، سطح جاده ها ممكن است لغزنده گرديده و به شكل پوسته گلي درآيد كه امري طبيعي است. در اين حالت سطح را تراز ننموده و اجازه دهيد سطح خشك شده و ترافيك آن را هموار نمايد. اگر پوشش سطح مورد قبول باشد، رطوبت مقدار قسمت عمل آمده به وسيله مواد جهت پايدار شدن لازم است بين 50% تا 60% ميزان رطوبت بهينه باشد. اگر پوشش سطح مورد نظر باشد، بايد اجازه داده شود تا حداقل 50 تا 60% آن ثبت شده و متعاقبا پوشش هاي متداول و آسفالت قابل اعمال است.

مزاياي كليدي


راه هاي آسفالته و خاكي

- افزايش ظرفيت باربري
- افزايش كارايي خاك
- تثبيت دراز مدت خاك
- كاهش جذب مجدد آب

راه هاي خاكي

- كاهش اتلاف شن
- كنترل گرد و غبار
- افزايش قابليت آمد و شد در شرايط مرطوب و باران





فرايند كاركرد نانو spm

فرايند پايدار كنندگي خاك هاي آنيونيك:
توسعه نانو spm به منظور افزايش خروج از آب جذب شده در ذرات خاك رس جهت دسترسي به حداكثر با تراكم با كمترين كار مكانيكي و جلوگيري از جذب مجدد آب بوده و اين پروسه منتهي به توليد مصالح خياباني تثبيت شده با پايداري دايم مي گردد. اكثر خاك هاي رس معدني از انباشتن سيليكا و ورقه هاي آلومينا ساخته شده اند. ترتيب اين ورقها منتهي به تشكيل خاك رس هاي معدني مختلفي از قبيل كايولن (Kaolinite)مونت موري لونيت (Montmorillonite) و ايليت مي گردد. به زبان ساده تر اين خاك رس هاي معدني ذاتا و عمدتا داراي يك بار الكتريكي منفي يا آنونيك بوده كه باعث مي شود خاك رس هاي موجود معدني قدرت جذب قوي براي هر يون مثبت داشته باشند. خاك هاي رس معدني منفي يون هاي مثبت را شبيه براده هاي آهن به يك مغناطيس جذب نموده و با آب موجود واكنش نشان خواهند داد.
(نيروهاي الكترواستاتيك در مجاورت ذرات يا مولكولهاي خاك رس قوي تر هستند كه منجر به ايجاد پيوند هاي بسيار قوي مي شوند.) در اين صورت دماها و فشارهاي عادي باعث حذف آن ها نخواهند شد. اين لايه از آب به عنوان لايه مضاعف پخش كننده الكترواستاتيك يا آب جذب شده سطحي شناخته مي شود. كمي دورتر از ذرات خاك رس مولكول هاي آب ديگر بدون جذب به سطح خاك رس وجود دارند كه به عنوان آب محبوس شده در حفرات يا آب جذب شده شناخته مي شود. بعضي از انواع خاك رس مانند مونت موري لوييت فضاهايي بين صفحات يا لايه هاي خود دارند كه مي توانند آب را جذب نموده و باعث انبساط آن ها گردند. اين خاك ها به عنوان خاك هاي رس حجيم شونده يا باد كننده شناخته مي شوند كه باعث شكست بسياري از شالوده ها با لايه هاي جاده مي گردد. راه حل واضح، كاهش لايه آب جذب شده سطحي در اطراف ذرات خاك است.
اگر كه مولكول هايي با بار مثبت قوي مانند نانو spm كه داراي چهار بار مثبت مي باشد به جاي بار منفي مواد معدني موجود در خاك رس نشسته و خنثي خواهد شد. همزمان هر كاتيوني مانند آب به سادگي مي تو اند از ذرات خاك رس جدا شده و جايگزين شود و يا محل هاي يوني خالي در سطح خاك رس اشغال گردد. يون هاي مثبت بزرگ مانند سديم، كلسيم و آب نمي توانند به راحتي در اين محل ها قرار بگيرند و به راحتي جدا يا جايگزين شوند. از طرف ديگر يون هاي مثبت كوچك كه در محل ها قرار بگيرند به راحتي جدا يا جايگزين مي شوند. همچنين يون هاي مثبت كوچك به خوبي در اين محل هاي خالي قرار مي گيرند كه منجر به موازنة بارهاي منفي خاك رس با يون هاي مثبتي كه حذف نمي شوند، مي گردد. با اين حال خاك رس در مقابل آب نسبتاً بي اثر شده و توده خاك به طور دايمي پايدار مي گردد.

قيمت ها

پاسخ استفاده از نانو spm باعث اصلاح تراكم پذيري خاك هاي موجود در محل براي ساخت جاده مي شود. هزينه استفاده غالباً به صورت قابل ملاحظه اي كمتر از هزينه حمل شن به منظور اصلاح خاك هاي محلي است.





زمان آماده سازي

قابليت كاردهي خاك پس از استفاده از نانو spm به طور مشخصي بهبود مي يابد كه باعث صرفه جويي در زمان در هنگام خاكريزي و تسطيح مي گردد و مرحله تراكم سازي تعداد عبورهاي مورد نياز توسط ماشين هاي متراكم كننده مختلف (Compactor) اغلب تا 50% كاهش مي يابد.

شرايط مطلوب

خاك تيمار شده با نانو spm و با سطح جاده آب گريز و دافع آب مي شود. خاك در شرايط مرطوب تخريب نمي شود بلكه منجر به بهبود قابليت عبور و مرور مي گردد.

گرد و غبار

بسته به اين نوع خاك ميزان گرد و غبار در جاده هاي خاكي تا 90% كاهش مي يابد كه اين باعث كاهش نياز به تسطيح مكرر و يا ساير نگهداري ها شده و باعث صرفه جويي در هزينه و افزايش ايمني رانندگي مي گردد.

كاربرد در جاده هاي موجود

نانو spm را مي توان در سطح جاده هاي خاكي موجود براي پيشگيري از اثرگذاري چرخ و وسايل نقليه و از بين رفتن شن و ماسه و كنترل گرد و غبار بدون نياز به بازسازي جاده به كار برد.

نياز به استفاده مجدد

واكنش نانو spm با ذرات رس در خاك دايمي است. در بعضي از جاده هاي موجود به مدت بيش از بيست سال مورد استفاده قرار گرفته و در اين مدت تخريب نشده و يا به مقدار بسيار جزيي تخريب شده اند. استفاده از تيمار مجدد با نانو spm فقط در صورت استفاده از مصالح جديد و اضافي مورد نياز خواهد بود.

تسطيح مجدد يا تعمير جاده تيمار شده

براي تعمير خرابي در جاده هايي كه قبلاً نانو spm تيمار شده اند. فقط كافي است سطح جاده را مرطوب كرده و تسطيح كنيد و مطمئن شويد مصالحي كه به اطراف رانده شده دوباره به سطح جاده بازگشته است. در صورتي كه از مصالح جديد در جاده استفاده نشود مي توان خاك را دوباره متراكم كرد. سطح تعمير شده را مي توان با استفاده مجدد از نانو spm و ماشين آلات و يا با عبور و مرور وسايل نقليه متراكم نمود.