تثبیت خاک با فناوری نانو


1- مقدمه
2-تاریخچه طرح
3-معرفی طرح
4-نتیجه گیری

1-مقدمه:

همواره یکی از مسایل ومشکلاتی که در صنعت راهسازی عمران وجود دارد وجود رطوبت و از دست دادن مقاومت خاک که سبب ایجاد معضلات بسیاری در جهت راهسازی ؛عبور و مرور میگردد بخصوص درخاکهایی که میزان ذرات رس قابل توجه می باشد. رس بدلیل وجود خاصیت جذب آب سبب ایجاد تورم در لایه های خاک و لایه های روسازی میگردد.
بنابراین خاک در حالت خشک سبب ایجاد گرد و غبار ودر حالت مرطوب سبب ایجاد حالت خمیری(گل ولای) میگردد. این امر سبب گردید تا مهندسان به دنبال طرحی اقتصادی وجدید باشند تا بتوانند این مشکلات و مسایل را برطرف نمایند.
اهداف کلی که در این طرح دنبال میشود عبارتنداز:
1- ساخت جاده اقتصادی
2- به روز رساندن جاده
3- نگهداری از جاده های بدون آسفالت(جاده خاکی)
4- ترمیم جاده های تخریب شده
5- ساخت جاده ها
6- ایجاد محل های پارکینگ
7- ایجاد باند موقت
8- خاک ریز های حجیم

2- تاریخچه طرح:

نانو-SPM سی بی آر سوپر(+4)تحت نام CBR مثبت درآفریقای جنوبی توسعه پیدا نموده و توسط یک تیم متخصص و حرفه ای در رشته ی شیمی و مهندسین راه و ساختمان در کانادا و آفریقای جنوبی پشتیبانی شد؛همچنین زیر نظر با انظباط ترین گروه کنترل کیفیت به منظور اطمینان از عملکرد استوار تولید گردیده و در بیش از 96 کشور جهان مورد استفاده قرار گرفته و جهت ساخت جاده ها با هزینه کم و مناسب هر آب و هوایی با استفاده از خاک موجود در محل اجرا میگردد.این محصول در 96 کشور جهان مورد استفاده قرار گرفته است.
این محصول برای تثبیت خاک رس در جاده های روستایی بدون پوشش آسفالت و در زیر سازی جاده ها مورد استفاده قرار میگیرد.

3- معرفی طرح:

3-1- آشنایی:

این ماده غیر سمی و از لحاظ زیست محیطی بدون هر گونه آلودگی و دایمی بودن اثرات آن است.
جاده ها نیاز به بهسازی کم یا عدم تثبیت مجدد داشته بنابراین نتایج منافع حاصله طولانی مدت بوده و جاده هایی که بیش از 20 سال قبل ساخته شده بدون تثبیت مجدد هنوز در شرایط عالی باقی مانده اند.

این ماده:

به رنگ قهوه ای تیره
چسبندگی و فشردگی بالای سیال
تثبیت کننده خاک
واکنش پذیری دو برابر مواد در مقایسه با سایر مواد مشابه
دارای قابلیت بالای نفوذ پذیری
ویژگی عمل آوری سریع
تثبیت کننده خاکهای آنیونی بوده و سبب بهبود عملکرد تحمل بار نانو-SPM سی بی آر سوپر محصولی ترکیبی از مشتقات سنتزی بوده و با یک لایه حفاظتی روغنی روی سطح خاک و ذرات رس را می پوشاند.
این محصول حرکت پذیری یون و مبادله آن را کاهش داده و همزمان با حذف نمودن جذب آب این مواد را آب گریز می نماید.
در نتیجه ماده خاکی کمتر به رطوبت حساس بوده؛باعث کارایی بیشتر و توان فشردگی و بهم پیوستن بهتر ذرات توسط تجهیزات و ماشین آلات عبوری می گردد.
نانو-SPM موادی در محدوده ای از خاک رس تا ماسه بادی و مقدار شن را تیمار می نماید(مواد غیر چسبنده از قبیل ماسه تنها در زمانی می توانند تیمار شوند که آن را با مواد مناسب خاک رس مخلوط نمود) در هم رفتن بهتر ذرات به معنی اصطکاک داخلی بیشتر و بهتر شدن ظرفیت خاک می باشد.




3-2- فرایند کارکرد نانو-SPM سی بی آر سوپر:

فرایندپایدار کنندگی خاکهای آنیونیک:

توسعه نانو-SPM سی بی آر سوپر به منظور افزایش خروج آب جذب شده در ذرات خاک رس جهت دسترسی به حداکثر تراکم با کمترین کار مکانیکی و جلوگیری از جذب مجدد آب بوده و این پروسه منتهی به تولید مصالح خیابانی تثبیت شده با پایداری دائم میگردد.
خاک رس معدنی ذاتا و عمدتا دارای بار الکتریکی منفی بوده که باعث میشود خاک رس موجود معدنی قدرت جذب قوی برای هریون مثبت داشته باشد.


خاک رس معدنی منفی یون های مثبت را شبیه براده های آن به یک مغناطیس جذب نموده و با آب موجود واکنش نشان خواهند داد(نیروهای الکترواستاتیک در مجاورت ذرات یا مولکولهای خاک رس قوی تر هستند که منجر به ایجاد پیوند های بسیار قوی میشوند).در اینصورت دماها و فشارهای عادی باعث حذف آنها نخواهد شد.
این لایه از آب به عنوان لایه مضاعف پخش کننده الکترواستاتیک یا آب جذب شده سطحی شناخته میشود.کمی دورتر از ذرات خاک رس مولکول های آب دیگر بدون جذب به سطح خاک رس وجود دارند که به عنوان آب محبوس شده در حفرات یا آب جذب شده شناخته میشود.
جذب آب توسط خاک رس سبب افزایش حجم وتورم میگردد که خود عامل خرابی سطوح محسوب میشود.
اگر که مولکولهایی با بار مثبت قوی مانند نانو-SPM که دارای چهار بار مثبت میباشد به جای بار منفی مواد معدنی موجود در خاک رس نشسته و خنثی خواهد شد.همزمان هر کاتیونی مانند آب به سادگی میتواند از ذرات خاک رس جدا شده و جایگزین شود و یا محل های یونی خالی در سطح خاک رس اشغال گردد. یون های مثبت بزرگ مانند سدیم؛کلسیم و آب نمی توانند براحتی در این محل ها قرار بگیرند وبراحتی جدا یا جایگزین شوند. یون های مثبت کوچک که در محل ها قرار بگیرند براحتی جدا یا جایگزین میشوند.همچنین یون های مثبت کوچک به خوبی در این محلهای خالی قرار می گیرند که منجر به موازنه ی بارهای منفی خاک رس با یون های مثبتی که حذف نمی شوند می گردد.با این حال خاک رس در مقابل آب نسبتا بی اثر شده و توده خاک به طور دایمی پایدار میگردد.

3-3- کاربرد نانو-SPM سی بی آر سوپر(+4):

1- کاربرد در جاده های موجود:

نانو-SPM را میتوان در سطح جاده های خاکی برای پیشگیری از اثرگذاری چرخ و وسایل نقلیه و از بین رفتن شن و ماسه و کنترل گرد و غبار بدون نیاز به بازسازی جاده بکاربرد.

2- نیاز به استفاده مجدد:

در بعضی از جاده های موجود به مدت بیش از 20سال مورد استفاده قرار گرفته و در این مدت تخریب نشده ویا به مقدار بسیار جزیی تخریب شده اند. استفاده از تیمار مجدد با نانو-SPM فقط در صورت استفاده از مصالح جدید و اضافی مورد نیاز خواهد بود.

3- تسطیح مجدد یا تعمیر جاده تیمار شده:

برای تعمیر خرابی در جاده هایی که قبلا نانو-SPM تیمار شده اند فقط کافی است سطح جاده را مرطوب کرده و تسطیح نمایید؛مطمئن شوید مصالحی که به اطراف رانده شده دوباره به سطح جاده بازگشته است. در صورتیکه از مصالح جدید در جاده استفاده نشود میتوان خاک را دوباره متراکم کرد.سطح تعمیر شده را میتوان با استفاده مجدد از سی بی آر و ماشین آلات یا با عبور وسایل نقلیه متراکم نمود.

3-4- مزایای کلیدی:

افزایش ظرفیت باربری
افزایش کارایی خاک
تثبیت دراز مدت خاک
کاهش جذب مجدد آب
کاهش اتلاف شن(راههای خاکی)
کاهش گرد و غبار(راههای خاکی)
افزایش قابلیت آمد و شد در شرایط مرطوب بارانی(راههای خاکی)
3-5- بررسی اقتصادی طرح:
پاسخ استفاده از نانو-SPM سی بی آر باعث اصلاح تراکم پذیری خاکهای موجود در محل برای ساخت جاده میشود. هزینه استفاده غالبا به صورت قابل ملاحظه ای کمتر از هزینه حمل شن به منظور اصلاح خاکهای محلی است.

3-6- شیوه اجرا:

مقدار تعیین شده از نانو-SPM سی بی آر رادر تانکر آب ریخته و محلول رقیق شده را به طور یکنواخت به وسیله آبپاش در سطح خاک بکار برده و تا 1% رطوبت بهینه را با خاک مخلوط نموده و با پرس به شکل نهایی در می آوریم.

3-6-1- تراکم:

متراکم کردن را با ماده در 1% محتوی مرطوب بهینه شروع نموده؛ محدودیت زمانی حداکثری بین کاربرد اهمیت سی بی آر و شروع تراکم وجود ندارد.
با استفاده از یک غلطک پاچه بزی ارتعاشی و یک غلطک چرخ استوانه ای برای تراکم اولیه کافی بوده و با یک تراکم دهنده بادی کامل میگردد.
عبور و مرور خودروها سبب بهبود تراکم میگردد.

3-6-2- عمل آوری:

بعد از تراکم به میزان لازم آب را در تناوب روزانه روی سطح به مدت یک هفته یا هر مدتی که نیاز باشد پاشیده تا از خشک شدن سریع آن اجتناب گردد.در زمان بارندگی بعد از تراکم؛سطح جاده ها ممکن است لغزیده گردیده و به شکل پوسته گلی درآید که امری طبیعی است.در این حالت سطح را تراز نموده؛ اجازه دهید سطح خشک شده و ترافیک آن را هموار نماید.


4- نتیجه گیری:

4-1- راههای آسفالته و روستایی:

صرفه جویی در هزینه –استفاده از خاک محلی
افزایش کارایی؛صرفه جویی در وقت؛کارکرد ماشین آلات؛هزینه سوخت در زمان ساخت جاده
افزایش بازدهی خاکها

4-2- راههای روستایی:

توسعه قابلیت عبور و مرور و شرایط بهتر رانندگی در هوای بارانی
کاهش گرد و غبار تا 90% و ایجاد شرایط امن تر رانندگی
تیمار نمودن دایمی و نیاز نداشتن به تیمار مجدد

موارد پیشنهادی: