هدف:
تثبيت خاك به عنوان يك روش دستي براي بهبود كيفيت مهندسي خاك مصرفي در لايه‌ي اساس، زير اساس و زير بستر مورد استفاده قرار ميگيرد.در اين روش يكسري مواد افزودني به خاك اضافه مي‌شوند كه تاثير مطلوبي در خاك مي‌گذارند.اين روش براي خيابانها و فرودگاهها مورد استفاده قرار ميگيرد. دراين روش براي انواع مختلف خاكها با توجه به ويژگيهاي آنها تثبيت كننده‌هاي مناسب پيشنهاد ميشود.
تعريف:
خاك ماده‌اي است كه به طور اتوماتيك براي تمام فعايلتهاي ساخت راه به جز ساخت روسازي مورد استفاده قرار ميگيرد، و اين باعث ميشود كه آزمايشهاي كلاسبندي شده‌ي مختلف براي مشخص كردن ويژگيهاي مهندسي خاك مورد استفاده قرار گيرد.
توليدات تجاري مصنوعي وقتي به خاك اضافه مي‌شوند مشخصات مهندسي خاك مانند مقاومت، بافت، كارايي و قابليت پلاستيسيته‌ي آنرا افزايش مي‌دهند. افزودني‌هايي كه در اين تحقيق بررسي مي‌شوند عبارتند از قير، سيمان پرتلند، آهك و افزودني‌هاي پليمري.
تثبيت فعاليت مخلوط شدن و تركيب شدن مواد با خاك براي بهبود مشخصات آن است. اين عمل شامل مخلوط شدن خاكهاي مختلف است براي رسيدن درجه‌ي مطلوب يا تركيب افزودني‌هاي قابل دسترس است براي رسيدن به پلاستيسيته و بافت مطلوب.
تثبيت مكانيكي خاك عبارت است از مخلوط شدن يا تركيب شدن 2 يا چند نوع خاك با مشخصات مختلف براي رسيدن به مشخصات مورد نياز. خاك تركيب شده سپس گسترده ميشود و فشرده ميشود تا به چگالي مطلوب برسيم.
تثبيت با مواد افزودني به اين معني است كه به در صد مورد نياز سيمان، قير، آهك و يا ... با خاك تركيب مي‌كنند. انتخاب نوع و تعيين مقدار ماده بستگي به درجه‌بندي خاك و اندازه‌ي اهميت كيفيت مطلوب خاك دارد. معمولا مقدار كمي افزودني وقتي اصلاح درجه، كارايي و خميري خاك به صورت ساده مطلوب است مورد نياز است.
ويژگيهاي مهم تثبيت:
1- بهبود كيفيت:
مهم‌ترين هدف از تثبيت خاك بهبود كيفيت آن مي‌باشد كه شامل افزايش مقاومت، افزايش دوام، درجه‌بندي مطلوب‌تر، كاهش پلاستيسيته و قابليت تورم است. در هواي مرطوب تثبيت براي فراهم كردن مكان مناسبي براي عمليات ساخت استفاده ميشود. براي اصلاح رفتار خاك از اين نوع روش بهبود استفاده ميشود.
2- كاهش ضخامت:
با افزايش مقاومت و سختي لايه‌هاي خاك به خاطر استفاده از افزودني‌ها و با توجه به جايگزيني مواد ضعيف با مواد قوي و بالا رفتن كيفيت خاك مي‌توان ضخامت لايه‌ها را كمتر كرد.
بطور كلي 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
فاكتورهايي كه در انتخاب افزودني بايد درنظر گرفته شوند:
براي انتخاب تثبيت كننده فاكتورهايي كه بايد مد نظر قرار گيرند عبارتند از، براي هدفي كه لايه‌ي تثبيت شده استفاده خواهد شد، نوع مطبوع خاك بهبود يافته، مقاومت و دوام مد نظر خاك و شرايط اقتصادي و محيطي.
نوع خاكها و افزودني‌ها: ممكن است براي يك نوع خاك مشخص بيشتر از يك تثبيت كننده مناسب وجود داشته باشد اگر چه راه‌حلهاي عمومي وجود دارند كه تثبيت كننده‌هاي خاص مطلبو تر با توجه به پلاستيسيته، بافت و دانه‌بندي خاك انتخاب مي‌شوند. به عنوان مثال عموما موادي كه خوب دانه‌بندي شده اند و به اندازه مطلوب براي توليد تركيب هموژنيزه ريزدانه دارند براي تركيب با سيمان مناسب مي‌باشند. در مورد انتخاب افزودني با توجه به نوع خاك از نمودار 1 و جدول 1 كه در صفحات بعد قرار دارند استفاده ميشود. شرح استفاده از اين جدول و نمودار به اينگونه است كه ابتدا با توجه به اندازه‌ي دانه‌ها و ويژگيهاي ديگر مانند ميزان خميري آنها از شكل 1 خاك را گروه‌بندي مي‌كنند و سپس نوع تثبيت كتتده مناسب با توجه به جدول شماره1 انتخاب ميشود، بايد توجه داشت كه ما براي استفاده از اين نمودار و جدول احتياج به دانستن ميزان ذرات عبوري از الك 200، همچنين ميزان ذراتي كه از الك 4 عبور مي‌كنند ولي از الك شماره 200 عبور نمي‌كنند و دانستن محدوده‌ي خميري و جامد خاك داريم. براي مشخص شدن نحوه‌ي استفاده از جدول مثالي در زير آمده است:
خاكي را فرض كنيد كه 93% از ذرات آن الك شماره 4 را رد مي‌كنند و همچنين 25% از ذرات الك شماره 200 را رد مي‌كنند. از ديگر مشخصات آن LL=20, Pl=11 مي‌باشد. بنابراين با توجه به داده‌ها مي‌توان مشخص كرد كه 68% ذرات بين الك 200 و 4 هستند، و PI اين خاك 9 مي‌باشد. با توجه به نمودار 1 و با دانستن اينكه 25% ذرات از الك شماره 200 رد مي‌شوند و 68% ذرات الك شماره 4 را رد مي‌كنند ولي روي الك 200 باقي مي‌مانند، ناحيه‌ي 1C بدست مي‌آيد. سپس به سراغ جدول مي‌رويم و در آن 1C را پيدا مي‌كنيم. از ستون 4 مشخص ميشود كه براي تثبيت اين خاك 4 تثبيت كننده كانديدا مي‌شوند. با توجه به محدوديتهاي ديگر كه جلوي هر تثبيت كننده نوشته شده است مشخص ميشود كه سيمان، قير و LCF ميتوانند انتخاب شوند. حال برگزيدن يكي از اين موارد توسط طراح و با در نظر گرفتن شرايط اقتصادي و همچنين در دسترس بودن هر يك از اين مواد مي‌باشد.
1- تثبيت خاك با سيمان پرتلند:
سيمان پرتلند به عنوان يكي از تثبيت كننده‌هاي خاك هم براي بهبود و اصلاح خواص خاك و هم براي تبديل خاك به يك ماده‌ي سيماني‌شده‌ي سخت با مقاومت و دوام بالا استفاده ميشود. ميزان مصرفي سيمان بستگي به اين دارد كه خاك اصلاح ميشود يا اينكه تثبيت ميشود. مقاومت خاكهاي تثبيت شده با سيمان با گذشت زمان افزايش پيدا مي‌كند، اين افزايش مقاومت در روزهاي اول با سرعت بيشتري انجام ميگيرد و سپس با گذشت زمان از سرعت افزايش مقاومت خاك كاسته ميشود. موارد قابل توجه هنگام استفاده از سيمان پرتلند عبارتند از: انتخاب نوع سيمان، انجام آزمايشهاي مختلف براي مشخص كردن تاثيرات محيطي، اثر مخرب حمله‌ي سولفاتها، تامين آب مورد نياز براي هيدراسيون، خاك درجه‌بندي شده‌ي مورد نياز،مقدار سيمان براي بهبود خواص خاك.
انواع مختلفي از سيمان براي عمل تثبيت استفاده مي‌شوند كه پر مصرفترين آنها در گذشته در گذشته سيمان نوع I وسيمان نوع IA بوده اند. امروزه سيمان نوع II بخاطر مقاومت سولفاتي بهترجايگزن نوع I شده است. همچنين سيمان نوع III كه به سيمان با مقاومت بالا معروف است در بعضي خاكها براي رسيدن به مقاومت بالا كاربرد دارد.
در مورد تاثيرات زيست محيطي بر روي مقاومت و دوام سيمان ها مي‌توان به وجود بعضي مواد با وزن مولكولي پايين مانند نوکلئيک اسيد يا دکستروز كه به عنوان بازدارنده‌ي هيدراسيون عمل مي‌كنند اشاره كرد كه ميتوانند مشكل ساز شده و مقاومت را به مقدار زيادي كاهش دهند. براي يافتن دوام و مقاومت سيمان آزمايشات مختلفي وجود دارد كه با توجه به آنها مي‌توان مشخص كرد كه سيمان مد نظر چه مقدار سالم و قابل استفاده است. بايد توجه داشت كه سيمان بر روي خاكهاي ماسه‌اي كه داراي بيش از دو در صد مواد آلي هستند و يا داراي PH كمتر از 3.5 هستند اثر زيادي ندارد و بهترين اثر آن بر روي خاكهاي شني و ماسه‌اي خوب دانه‌بندي شده مي‌باشد.
آب مصرفي براي تثبيت خاك با سيمان نبايد بيش از 500ppm يون سولفات داشته باشد.
نوع خاك:
خاكهاي ريزدانه:
بيشتر خاكهاي ريزدانه بغير از خاكهاي آلي قابل تثبيت با سيمان مي‌باشند. هر چه خاك ريزدانه تر و يا خميري تر باشد مقدار سيمان بيشتري براي تثبيت آن لازم است. حدود تقريبي سيمان لازم براي تثبيت خاكهاي ريزدانه بين 7 تا 20 درصد وزن خشك خاك مي‌باشد.
خاكهاي ماسه‌اي:
اين نوع خاكها بخصوص خاكهاي ماسه بادي براحتي قابل تثبيت با سيمان مي‌باشند. ميزان سيمان لازم بستگي به درصد شن و درصد مواد ريزدانه دارد.
خاكهاي شني:
خاكهاي شني تثبيت شده با سيمان براي لايه‌هاي اساس و زير اساس هر نوع خاكي قابل استفاده هستند. با استفاده از سيمان مي‌توان خاصيت خميري بعضي خاكهاي شني كه به علت خميري بودن ريزدانه‌هايشان قابل استفاده در روسازي نمي‌باشند را كم كرد و در نتيجه آنها را قابل استفاده كرد.ميزان سيمان براي تثبيت اين نوع خاكها بين 2 تا 6 درصد بوده و با توجه به ميزان ريزدانه و وزن مخصوص نهايي خاك مشخص ميشود.
همانطور كه اشاره شد درجه‌بندي خاك مورد نياز براي تثبيت با سيمان يكي از مواردي است كه بايد مورد توجه قرار گيرد. در جدول 2 درجه‌بندي مورد نيازبراي تثبيت لايه‌ي اساس و زير اساس با سيمان ذكر گرديده است.
بطور كلي چنانچه دامنه خميري خاك بيش از 30 باشد عمل اختلاط خاك با سيمان دشوار مي‌باشد و تثبيت به خوبي انجام نمي‌شود. در چنين مواردي اگر استفاده از سيمان مد نظر باشد، بايد ابتدا با استفاده از آهك خاصيت خميري خاك را پاييت آورد و سپس از سيمان استفاده كرد.
2- تثبيت خاك با آهك:
آهك نيز انواع مختلفي دارد كه عبارتند از آهك زنده (CaO)، آهك شكفته (Ca(OH)2)، آهك زنده دولوميتي (CaO+MgO)، آهك شكفته دولوميتي (Mg(OH)2) يا (Ca(OH)2).
آهك زنده ماده‌اي است با رنگ متمال به سفيد با درجه ذوب بين 2580 تا 2750 درجه سانتيگراد. وزن مخصوص آهم زنده بين 1/3 تا 3/3 گرم ر سانتيمتر مكعب است. تغيير حجم آهك زنده به نسبت آهك شكفته بين 5/2 تا 3 برابر بيشتر است. به طور كلي آهك زنده تثبيت كننده‌ي مؤثر تري در مقايسه با آهك شكفته مي‌باشد، و اگر آنرا به صورت دوغاب به خاك اضافه كنيم مقاومت بيشتري در حالتي كه پودر مانند اضافه شود از خود نشان مي‌دهد. در تثبيت خاك با آهك فعاليت پوزولاني براي فعل و انفعالات شيميايي خاك با آهك از طريق خاك فراهم ميشود در حالي كه در هنگام استفاده از سيمان مواد پوزولاني براي تثبيت خاك در سيمان به صورت بالقوه وجود دارند، و از طريق خاك تامين نمي‌گردند.
استفاده از هر يك از انواع آهك محاسن و معايبي دارد كه در زير به اختصار بيان ميشود.
آهك شكفته خشك:
محاسن:
مي‌توان آنرا با سرعت بالا پخش كرد
در خشك كردن و كاهش رطوبت بسيار مؤثر است.
معايب:
آهك در حالت خشك موجب ايجاد گرد و غبار ميشود (در مناطق شهري مناسب نيست)
در فصول گرم آب بيشتري احتياج است.
آهك زنده:
محاسن:
به دليل داشتن 25% آهك بيشتر اقتصادي‌تر است.
وزن مخصوص زياد و در نتيجه فضاي كمتري براي انبار كردن مي‌خواهد.
خشك كردن سريع خاك مرطوب
هنگام مخلوط شدن با خاك سريع از خود واكنش نشان مي‌دهد.
معايب:
از نظر ايمني خطرناك است
در مقايسه با آهك شكفته به آ بيشتري احتياج دارد.
دوغاب آهك:
محاسن:
توليد گرد و غبار نمي‌كند.
پخش آهك و آب پاشي تواما انجام ميشود و در نتيجه مخارج عمليات كاهش مي‌يابد.
مصالح حاصل داراي كيفيت يكنواخت تري هستند.
در فصل گرم ديرتر خشك ميشود.
معايب:
در فصول سرد و مرطوب براي خاكهاي مرطوب مناسب نيستند.
ميزان آهك پخش شده كمتر از روشهاي ديگر است و بايد از تلمبه‌هاي قوي براي پخش دوغاب آهك استفاده شود.
نوع خاك:
خاكهاي ريزدانه:
آهك براي تثبيت خاكهاي ريزدانه با دامنه خميري بزرگتر از 10 و خاكهاي رسي خيلي خميري (دامنه خميري بالاي 35) مناسب مي‌باشد. اگر خاك داراي بيش از دو در صد مواد عالي و همچنين حاوي بيش از نيم در صد سولفات قابل حل در آب باشد، تثبيت آن با آهك مناسب نيست. بطور كلي مي‌توان گفت خاكهاي زير قابل تثبيت با آهك هستند.
| طبقه بندي USCS | طبقه بندي AASHTO |
| Sp-SC-CH-CL-MH-GW-GC-GP-GM-SM -SW | A2-A4-A5-A6-A7 |
در راهسازي از خاك و مصالح سنگي تثبيت شده با آهك براي ايجاد خاكريزها، ساختن لايه‌هاي اساس، زير اساس و خاك بستر روسازي راه، راه‌آهن و فرودگاه استفاده ميشود.
. در جدول 3 درجه‌بندي مورد نيازبراي تثبيت لايه‌ي اساس و زير اساس با آهك ذكر گرديده است.
1- تثبيت خاك با قير:
تثبيت خاك با قير تفاوت اساسي از تثبيت خاك با سيمان و آهك دارد. افزايش مقاومت و تغيير در خواص خميري خاكها با آهك يا سيمان در نتيجه‌ي واكنش شيميايي و پوزولاني انجام ميشود. در صورتيكه قير يك ماده خنثي است و با استفاده از خواص چسبندگي باعث ميشود كه اتصال دانه‌ها و ذرات خاك قير اندود شده برقرار شود و به اين صورت مقاومت را افزايش مي‌دهد.
خاكهاي مناسب جهت تثبيت با قير معمولا درشتدانه و شني هستند. خاكهاي ريزدانه ي خميري از آن جهت كه اندود كردن دانه‌هاي ريز با قير دشوار است معمولا با آهك تثبيت مي‌شوند، تثبيت خاكهاي ريزدانه با قير سبب كاهش خاصيت آب مكندگي قير ميشود. از قيرهاي مايع معمولا براي تثبيت خاك با قيراستفاده ميشود.
نوع خاك:
خاكهاي ريزدانه:
براي تثبيت خاكهاي ريزدانه همانطور كه اشاره شد از قير استفاده نمي‌شود مگر بتوان آنها را به صورت كامل از حالت كلوخه بودن خارج كرد، و دانه‌هاي آنها را با قير اندود كرد. خاكهاي ريزدانه با حد رواني بيشتر از 40 و دامنه خميري بيش از 18 با قير تثبيت نمي‌شوند. بايد توجه داشت كه اگر ريزدانه به صورت خميري باشد از قيرهاي ديرگير نبايد استفاده كرد زيرا روغنهاي موجود در اين قيرها زمان زيادي براي پريدن لازم دارند و خاك تثبيت شده با اين نوع غير در نتيجه به مدت زيادي در حالت شل باقي مي‌ماند. بطور كلي قيرهاي مايع مناسب براي تثبيت خاك با قير هستند.
خاكهاي ماسه‌اي:
اين نوع خاكها به خوبي با قير تثبيت مي‌شوند. هر چه ريزدانه در ماسه كمتر باشد مقاومت مصالح تثبيت شده با قير بيشتر بوده و نتيجتا عمل تثبيت بهتر خواهد بود. مقدار متوسط قير براي تثبيت كردن ماسه حدود 2 تا 6 درصد وزن خاك است.
خاكهاي شني:
در صورتي تثبيت آن با قير مناسب است كه ريزدانه‌ي آن كمتر از 15% و دامنه‌ي خميري آن كمتر از 12 باشد. براي تثبيت خاكهاي شني بين 2 تا 6 درصد وزن خاك قير لازم است.
در جداول 4 و 5 درجه‌بندي مورد نيازبراي تثبيت لايه‌ي اساس و زير اساس و لايه‌ي زير بستر با قير ذكر گرديده است.
عمليات تثبيت خاك:
1- عمليات تثبيت خاك با سيمان:
انتخاب مقدار سيمان:
با توجه به آزمايش مقاومت فشاري و آزمايش دوام در صد سيمان لازم براي تثبيت خاك بدست مي‌آيد. براي آزمايش نمونه‌هاي با در صد مختلف سيمان ساخته ميشود. و عمل آوري به مدت 7 روز مي‌شوند سپس بر روي آنها آزمايش فشار تك محوري انجام شده و منحني نمايش تغييرات مقاومت فشاري بر حسب در صد سيمان رسم ميشود. و با در دست داشتن مقاومت فشاري مطلو مقدار سيمان مورد نياز مشخص ميشود.
با وجود اينكه مقدار سيمان كه بر اساس آزمايش مقاومت فشاري بدست مي‌آيد معمولا داراي دوام كافي خواهد بود. اگر روسازي در محلي ساخته شده باشد كه در معرض يخبندان و ذوب يخهاي مكرر و يا تغييرات رطوبتي زياد قرار داشته باشد اين امكان وجود دارد كه در اثر تكرار يخبندان و يا تر و خشك شدن‌هاي متوالي مصالح تثبيت شده خرد شوند و از مقاومت آنها كاسته شود. در اين موارد در صد سيمان بدست آمده با انجام آزمايش يخبندان، ذوب و يخ و يا آزمايش تر-خشك كنترل ميشود.
"آزمایش یخبندان - ذوب یخ: نمونه ای که برای انجام اين آزمايش به کار می رودبه مدت 7 روز در اتاق مرطوب قرار داده می‌شود تا عمل بیاید. سپس این نمونه به مدت 1 روز در داخل یخچالی با برودت 28- درجه سانتی گراد قرار داده می‌شود تا کاملا منجمد شود. پس از این مدت نمونه از یخچال خارج شده و به مدت 5 یا 6 ساعت بر روی سنگ متخلخلی که در داخل آب قرار دارد و سطح آب درست تا سطح زیرین نمونه است قرار داده می‌شود تا فرصت جذب آب به نمونه داده شود. پس از آنکه از حالت انجماد خارج شد به دقت توزین شده و سپس با یک برس سیمی زبر 2 بار هر طرف نمونه برس زده می‌شود. نمونه دوباره توزین می‌شود تا کسری وزن آن بدست آید. این آزمایش جمعا 12 بار تکرار می‌شود تا مقدار کل کسری وزن نمونه به دست آید. از تقسیم کسری وزن نمونه به وزن اولیه آن افت نمونه بر حسب درصد تعیین می‌شود.
آزمایش تر – خشک: اين آزمايش به این نحو انجام می‌شود که پس از آنکه نمونه خاک تثبیت شده با سیمان به مدت 7 روزدر اطاق مرطوب عمل آورده شد نظیر آنچه که برای انجام آزمایش يخبندان – ذوب يخ شرح داده شدبر روي سنگ متخلخلي كه در داخل آب قرار دارد و سطح آب درست تا سطح زيرين نمونه است قرار داده ميشود تا فرصت جذب آب به نمونه داده شود. سپس نمونه به مدت 5 تا 6 ساعت در داخل فر گرمخانه‌اي با گرماي 60 درجه سانتيگراد قرار داده ميشود. پس از آنكه نمونه خشك گرديد از گرمخانه خارج گرديده و به دقت توزين ميشود و سپس با يك برس سيمي زبر 2 بار هر طرف نمونه برس زده ميشود و پس از توزين مجدد كسري وزن نمونه به دست مي‌آيد. اين آزمايش نظير آزمايش يخبندان – ذوب يخ به تعداد 12 بار تكرار ميشود تا مقدار كل كسري وزن نمونه به دست آيد. از تقسيم وزن نمونه به وزن اوليه آن، افت بر حسب درصد تعيين ميشود."
وسايل مورد استفاده در تثبيت خاك با سيمان وسايل متداول راهسازي نظير گريدر، غلتك، شخم زن كاميون كمپرسي، و آب پاش مي‌باشند.
(1)- كتاب روسازي راه تاليف امير محمد طباطبايي
مراحل تثبيت خاك با سيمان عبارتند از: شيار دادن خاك، خرد كردن كلوخه‌هاي آن، پخش سيمان، اختلاط خاك و سيمان و آب و كوبيدن و متراكم كردن خاك تثبيت شده با سيمان و عمل آوري آن است.
هنگام استفاده از سيمان بايد به زود گير بودن اين ماده توجه داشت، با توجه به اين مسئله امروزه راه را در ابتدا به قطعات كوچكي (100 تا 450 متر) تقسيم مي‌كنند سپس براي هر مرحله به صورت جدا عمليات كوبيدن و متراكم كردن را انجام مي‌دهند. البته انتخاب طول هر قسمت بستگي به روش انجام عمليات، درجه حرارت، و رطوبت هوا، دارد.
مراحل انجام تثبيت:
آماده كردن خاك:
خاك به ضخامت لازم با استفاده از شانه گريدر يا تراكتور شخم زن شيارداده ميشود و بنابراين كلوخه‌هاي خاك خرد مي‌شوند. در اين مرحله لازم به ذكر است كه طبق آيين نامه‌ها خاك بايد طوري خرد شود كه 80 درصد وزني آن از الك شماره‌ي 4 عبور كنند، زيرا ممكن است به علت وجود كلوخه، خاك بخوبي با سيمان اندود نشود. به اين ترتيب حتي پيشنهاد ميشود تمام دانه‌هاي گياهي و مواد بزرگ سنگي از خاك جدا شوند تا خاك براي پاشيدن سيمان آماده گردد.
پخش سيمان بر روي خاك واختلاط خاك با سيمان:
حال بر روي خاك آماده شده سيمان پخش ميشود و بوسيله‌ي تيغه گريدر و يا مخلوط كنهاي دوّار خاك و سيمان مخلوط مي‌شوند. اضافه شدن سيمان به خاك تا حدي ادامه مي‌يابد كه مخلوط به يك رنگ يكنواخت برسد. پخش سيمان بر روي خاك هم مي‌تواند به صورت دستي انجام پذيرد و هم مي‌تواند با استفاده از پخش‌كننده‌هاي مكانيكي به صورت خشك يا دوغاب انجام شود. بايد توجه داشت كه در دماهاي پايين (كمتر از 5 درجه سانتيگراد) و يا هواهاي باراني پخش سيمان مجاز نمي‌باشد.
تكميل اختلاط و كوبيدن:
در مرحله‌ي بعد مقدار آب لازم بوسيله‌ي ماشين آب پاش بر روي مخلوط خاك و سيمان ريخته ميشود و پس از اختلاط توسط غلتكهاي پاچه بزي (و يا چرخ لاستيكي) كوبيده و متراكم ميشود. مرحله‌ي انتهايي تثبيت خاك با سيمان شامل آب پاشي مجدد (البته به ميزان كم) تنظيم رقوم سطح لايه با استفاده از تيغه گريدرو متراكم كردن نهايي با استفاده از غلتكهاي چرخ فولادي و يا چرخ لاستيكي است. عمليات تراكم پس از افزودن آب به مخلوط خاك و سيمان و حداكثر پس از آنكه 30 دقيقه از اختلاط خاك، سيمان، آب سپري شد شروع ميشود. بايد توجه داشت كه ميزان آب لازم براي تثبيت خاك با سيمان بر اساس درصد رطوبت بهينه كه با انجام آزمايش تراكم انجام ميشود بدست مي‌آيد. البته بايد ميزان آبي كه ممكن است تبخير شود را نيز در نظر گرفت تا ميزان تصحيح شده‌ي آب براي اضافه كردن به مخلوط بدست آيد (ميزان آب تبخير شده مي‌توان به حدود 10 ليتر در متر مربع و يا بيشتر هم برسد ).
البته اضافه كردن سيمان و آب با توجه به ماشين آلات موجود به سه صورت انجام ميشود:
1- Windrow-type traveling mixing machine : كه اساس كار اين ماشيها دسته دسته كردن با توجه به ضخامت مورد نظر، همچنين عرض جاده‌ي مورد نظر و ظرفيت ماشين‌آلات دارد. در اين روش ابتدا خاكهاي خرد شونده با استفاده از ماشين نرم مي‌شوند، خاكهاي ديگر ممكن است احتياج به نرم شدن ابتدايي داشته باشند. اين كار معمولا قبل از قرار گرفتن خاكها در دسته‌هاي مختلف انجام مي‌شوند. وقتي خاكهاي قرضه داخل دستگاه قرار مي‌گيرند، پخش كننده‌هاي دسته ها ميتوانند براي متناسب كردن مواد استفاده شوند. زيرا اگر مواد متناسب نباشند ميتوانند موجب ايجاد ضخامتهاي مختلف و همچنين رطوبتها مختلف شوند. دز اين مرحله ماشين خاك و سيمان را بلند مي‌كند و به صورت خشك و با كمك غلتك مخلوط مي‌كند و سپس آب را به صورت اسپري وار از سر لوله‌ي مخصوص وارد تركيب مي‌كند. در اينجا اگر 2 دهانه براي كار داشته باشيم. ماشين اول دهانه‌ي اول را انجام مي‌دهد وسپس دهانه‌ي دوم را انجام مي‌دهد سيستم پاشيدن سيمان درست در جلوي دستگاه قرار دارد. و آب توسط تانكرها فراهم ميشود. تانكر آب كه بر روي دستگاه قرار گرفته است يك سيستم پيوسته زا در مدتي كه تانكرها عوض مي‌شوند بوجود مي‌آورد. به همان سرعت كه در دهانه‌ي اول تركيب كردن وعمل پاشيدن انجام ميشود، در آن تراكم نير انجام ميشود. در همان زمان در دهانه‌ي دوم عمل اختلاط انجام ميشود و در آن نيز سپس تراكم انجام ميشود.
2- Multishaft traveling mixing machine: اين دستگاهها بخاطر سرعت بالايي كه دارند به خرد كردن اوليه ديگر احتياجي نيست. تنها به شكل دادن ابتدايي خاك براي بوجود آوردن نقاط محدب و مكانهاي شيبدار مورد نيازاحتياج است. در اينجا سيمان در جلوي ماشين مخلوط كننده بر روي خاك پاشيده ميشود سپس تراكم انجام ميشود. در اين حالت دهانه‌ي اول به صورت كامل متراكم ميشود و بعد از پايان يافتن كار دهانه‌ي اول، شروع به پاشيدن سيمان در دهانه ي دوم ميشود. ويژگي اين حالت در اين است كه مطمئنا فضاي خالي بين دهانه‌ها باقي نمي ماند.
3- Single-shaft traveling mixing machine: در اين حالت بيشتر از يك مخلوط كن مورد احتياج است. شكل بندي (شيب‌بندي و ...) جاده و خرد كردن خاك در اينجا نيز مرحله‌ي ابتدايي هستند. چود در اين حالت ماشينها براي شكافتن خاك ساخته نشده‌اند بايد خاك با دستگاههاي شكافنده قبلا به مقدار لازم شل شده باشد و به آن مقداري آب مي‌زنند كه رطوبت داشته باشد. با توجه به اينكه آب به خاك اضافه شده است در مرحله‌ي نهايي در اضافه كردن آب صرفه جويي ميشود. اضافه كردن آب در مراحل ابتدايي بايد به صورت يكنواخت انجام شود تا ميزان تبخير كاهش پيدا كند. سيمان بوسيله‌ي پاشنده‌ي مكانيكي پاشيده ميشود. با توجه به اينكه ميزاني رطوبت در خامك وجود دارد بخاطر عبور دستگاهها ممكن است سخت شود. براي تسريع كار بايد دوباره با استفاده از دستگاههاي شكافنده و چنگالكهاي آن خاك شل شود. مخلوط كن خاك و سيمان را بلند مي‌كند و درجا با هم مخلوط مي‌كند و سپس آب معمولا اسپري وار با آن تركيب ميشود. سيمان و خاك بايد خوب و بدون مرزمخلوط شده باشند تا هنگام اضافه شدن آب از ايجاد توپهاي سيماني جلوگيري شود.
روند كار در اين 3 روش در اشكال زير مشخص شده است:
عمل آوري:
يك دوره‌ي 3 الي 7 روزه براي عمل آوردن خاكهاي تثبيت شده با سيمان و با توجه به درجه حرارت، رطوبت و زمان لازم است. در اين مدت بايد سطح لايه تثبيت شده با سيمان مرطوب نگه داشته شود تا مخلوط خود را بصورت كامل بگيرد. براي جلوگيري از تبخير رطوبت مطلوب از حصير، ماسه‌ي مرطوب، يك لايه نازك قير، پوششهاي پلاستيكي، پارچه برزنت مرطوب استفاده ميشود.
2- عمليات تثبيت خاك با آهك:
روش و وسايلي كه براي تثبيت خاك با آهك مورد استفاده قرار مي‌گيرند با توجه به جنس خاك مشخص مي‌شوند، به عنوان مثال بعضي از خاكهاي رسي كه با آهك واكنش خوبي نشان مي‌دهند ممكن است با يكبار عبور ماشين مخلوط كن خرد و نرم شوند در حالي كه خاكهايي كه خوب واكنش نمي‌دهند احتياج به وقت و صرف انرژي بيشتري دارند. همانطور كه قبلا هم اشاره شد ممكن است براي اصلاح و يا تثبيت خاك از آهك استفاده شود كه اصلاح خاك (به عنوان مثال مي‌توان به خشك كردن خاكهاي مرطوب با آهك به منظور تسريع در انجام عمليات راهسازي اشاره كرد) به مراتب راحتترمي باشد. در مناطق شهري به علت مسايل مربوط به محيط زيست از آب آهك استفاده ميشود در حالي كه در مناطق غير شهري و يا پروژه‌هاي با وسعت محدود مي‌توان از آهك خشك استفاده كرد. متغير اصلي در طرح تثبيت يك خاك معين با آهك درصد آهك مي‌باشد زيرا مسلما خصوصيات و ويژگيهاي خاك ثابت است.
درصد مناسب آهك بايستي پس از ارزيابي وتاثير درصدهاي مختلف آهك بر مشخصات فني مورد نظر خاك تثبيت شده با آهك تعيين شود. دما، رطوبت و مدت زمان عمل آوردن نمونه هاي آزمايشي بايد كنترل شود. در موارديكه مقاومت آني مخلوط خاك و آهك مورد نظر است عمل آوردن نمونه ها لزومي نداشته و پس از تراكم نمونه 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.
امروزه مصرف آهك براي تثبيت و اصلاح خاك بسيار زياد شده است چنانچه در سال گذشته بيشتر از 1 ميليون متريك تن آهك فقط در ايالت متحده مورد استفاده قرار گرفته است. بطور كلي آهك بخاطر افزايش زياد مقاومت برشي (در بعضي موارد تا 20 برابر)، افزايش مدول مقاومت (در بعضي موارد تا 10 برابر) بسيار پركاربرد گشته است.
.مراحل تثبيت خاك با آهك عبارتند از: آماده كردن خاك، پخش آهك، اختلاط و آب‌پاشي، كوبيدن و تسطيح و عمل آوردن.
آماده كردن خاك:
رقمهايي با استفاده از نقشه ها در اختيار مهندس اجرا قرار ميگيرد كه نشان‌دهنده‌ي رقوم مورد نياز سطح خاك بستر مي‌باشند. پس ابتدايي‌ترين كار ايجاد سطح خاك مناسب با توجه به رقوم نقشه ها مي‌باشد. بايد توجه داشت كه خاك ممكن است بعد از اضافه شدن آهك از خود افزايش حجم نشان دهد. كه اين افزايش حجم بايد پيش‌بيني شده و در رقوم سطح خاك بستر در نظر گرفته شوند (رقوم سطح خاك بستر داز ابتدا مقداري كمتر از رقوم نهايي انتخاب شود). براي به حداقل رساندن اين افزايش حجم بايد ميزان آب مصرفي باندازه كافي باشد و همچنين عمل اختلاط خاك با آهك بايد سريعا بعد از پخش آهك شروع شود. البته مي‌توان بعدا با استفاده از تيغه گريدر ضخامت اضافي را تراشيد.
خاك آماده شده بايد از هر گونه مواد زايد خارجي عاري باشد. بنابراين بايد كليه مصالح نامناسب نظير ريشه و كنده درختان، مواد كودي و گياهي و ساير مواد زايد جمع آوري و خارج شوند، اين كار مي‌تواند درهنگام شخم زني و پس از آن و همچنين در حين خرد و نرم كردن خاك انجام شود. براي سرعت بخشيدن به عمليات معمولا خاك خشك را از قبل مقداري مرطوب مي‌كنند. بايد توجه داشت كه حدود 5/0 سانتيمتر از سطح لايه تثبيت شده خاك با آهك با استفاده از تيغه گريدرمعمولا تراشيده مي شود زيرا كيفيت اين مصالح كه در معرض هوا قرار دارد بدليل كربناته شدن مرغوب نيست.
اختلاط خاك و آهك:
به سه نوع روش انجام ميشود.
1- اختلاط در محل
2- اختلاط در كارخانه
3- تزريق با فشار
اختلاط در محل:
اين روش مي‌توان به 3 نحو زير انجام شود:
الف: آهك با خاكي كه جزئي از روسازي بوه و يا در حريم راه است مخلوط شود.
ب:آهك با خاكي كه از محل قرضه بدست آمده است مخلوط شده و سپس به محل مصرف حمل شود.
ج: آهك با خاكي كه از محل قرضه بدست آمده و به محل مصرف حمل شده مخلوط شود.
روش كار به اين صورت است كه:
الف: تمام آهك در يك مرحله به خاكهاي رسي يا مصالح شني لايه اساس كه به سهولت خرد و نرم مي‌شوند اضافه ميشود و براي جا افتادن مخلوط احتياجي به گذشت زمان نيست.
ب:تمام آهك در يك مرحله به خاكهاي رسي خخميري اضافه ميشود و سپس باري آنكه آهك در خاك اثر كند مخلوط 7 روز به حال خود رها ميشود.
ج: تمام آهك در 1 مرحله به خاكي كه بايد اصلاح شود اضافه مي‌گردد(خاكي كه بعدا قرار است با قير يا سيمان تثبيت شود).
د:براي خاكي كه پس از اصلاح بايد به عنوان يك سطح عملياتي استفاده شود تمام آهك در يك مرحله اضافه ميشود. در اين جا بجاي خرد و نرم كردن خاك و شرايط مربوط به وزن مخصوص لازم است كه با كوبيدن خاك، مصالح اصلاح شده متراكم شود.
ه:براي خاكهايي كه خرد و نرم كردن آنها بسيار دشوار است تمام آهك در 2 مرحله اضافه ميشود. بين مرحله‌ي اول و دوم بايد فاصله‌اي براي جا افتادن مخلوط خاك و آهك ايجاد شود.
اختلاط در كارخانه:
خاك به كارخانه مركزي تهيه خاك تثبيت شده با آهك حمل ميشود و در اين جا خاك با آهك و آب بصورت كاملا يكنواخت مخلوط شده و به محل مصرف حمل ميشود.
تزريق با فشار:
اين عمل معمولا براي كاهش قابليت تورم و پايدار كردن در روسازي بكار مي‌رود و به اين صورت است كه تزريق به خاك با دوغاب آهك تحت فشار هوا انجام ميگيرد. در اين روش دوغاب آهك در فواصل 1.5 متر به عمق 2 تا 3 متر تزريق ميشود، نتيجه‌ي اين عمل تثبيت 15 تا 30 سانتيمتري سطح بالايي خاك است.
به طور عمومي براي اختلاط خاك و آهك از تيغه گريدر و يا مخلوط كنهاي دوار استفاده ميشود. اگر آهك به صورت خشك باشد خاك بايد در ابتدا ريسه شود و سپس با استفاده از گريدر خاك ريسه شده برگردانده ميشود تا خاك كاملا آهك پخش شده رابپوشاند. در اين روش با برگرداندنهاي مكرر خاك و آهك مخلوط مي‌شوند. و سپس آب به مقداريي بيشتر از درصد رطوبت بهينه به مخلوط اضافه ميشود.
اختلاط با تيغه گريدر:
بايد توجه داشت كه اگر آهك به صورت دوغاب است عمل اختلاط در لايه‌هاي كم ضخامت انجام ميشود. در اين حالت ابتدا خاك يك طرف راه را زيسه مي‌كنند و سپس توسط گريدر خاك ريسه شده در عرض راه پخش ميشود بعد مقداري دوغاب آهك به آن اضافه ميشود و سپس دوغاب آهك و خاك توسط گريدر جمع شده و در طرف ديگر راه ريسه ميشود. اين روش كند است ولي مصالح حاصل آن همگن و با يكنواختي بسيار خوبي هستند.
اختلاط با مخلوط كن دوار:
تمام آهك بر روي خاك پخش ميشود و سپس توسط مخلوطكنهاي دوار عمل اختلاط انجام ميشود. مخلوط كن ممكن است 1 تا 3 براز از روي مخلوط عبور كند (بنا به احتياج)). و آب در اين روش توسط ماشين آب پاش به مخلوط اضافه ميشود. نتايج نشان مي‌دهد كه مصالح ساخته شده با مخلوط كن دوار چون عمل خرد و نرم شدن خك بهتر انجام ميگيرد بهتر هستند.
اختلاط خاك و آهك مي‌توان به صورت 1 مرحله‌اي يا 2 مرحله انجام شود. در اختلاط دو مرحله‌اي اختلاط خاك و آهك انجام ميشود سپس مخلوط به مدت 24 تا 48 ساعت عمل آورده ميشود سپس اختلاط نهايي انجام ميشود. انجام مرحله اول باعث جا افتادن مخلوط ميشود.
بايد توجه داشت اهك به خاكهاي ريزدانه اضافه ميشود چنديد واكنش شيميايي اتفاق مي‌افتدكه عبارتند از، واكنش تبادل يونهاي مثبت، واكنش تجمع-تراكم و واكنش پوزولاني. كه 2 واكنش اول آني بوده و سبببهبود خواص خميري و مقاومت خاك مي‌شوند. واكنش سوم يعني واكنش پوزولاني بين آهك، آب مواد سيلسيس‌دار و آلومين‌دار خاك انجام ميشود. اين واكنش باعث بوجود آوردن موادي ميشود كه مقاومت و دوام خاك تثبيت شده با آهك را افزايش مي‌دهند. واكنش پوزولاني تابع زمان مي‌باشد و با گذشت زمان افزايش مقاومت خاك بكندي انجام ميگيرد و حتي ممكن اشت اين افزايش تا چنديد سال طول بكشد. اين واكنش تابع رطوبت و دما نيز مي‌باشد و در درجه حرارتهاي بالا با سرعت بيشتري انجم ميشود.
كوبيدن مخلوط:
براي به حد اكثر رساندن مقاومت و دوام خاك تثبيت شده از غلتك براي كوبيدن و متراكم كردن مصالح استفاده ميشود. ميزان تراكم مورد نياز در آيين نامه‌ها مشخص شده است ولي حداقل تراكم 95% از طرف AASHTo پيشنهاد گرديده است. 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، تا آثار غلتكهاي پاچه‌بزي از بين رفته و سطح لايه كوبيده شده كاملا متراكم شود. در برخي موارد ممكن است از غلطك هاي چرخ فولادي براي مرحله سوم و كوبيدن نهايي مصالح تثبيت شده با آهك استفاده شود.
عمل آوردن:
بايد توجه داشت كه دوام و مقاومت خاكهاي تثبيت شده با آهك به عمل آوري آنها بستگي دارد. عوامل مؤثر در عمل آوردن مخلوط عبارتند از: درجه حرارت، رطوبت و زمان، دماي حدود 4 درجه سانتيگراد و رطوبتي نزديك رطوبت بهينه. در مناطق گرم و خشك بايد از خشك شدن لايه جلوگيري به عمل آيد كه اين كاربا آب‌پاشي و يا پخش لايه‌ي نازكي از قير انجام ميشود.
براي كنترل كيفيت خاكهاي تثبيت شده با سيمان بايد مشخصات آن با آزمايشهاي مختلف چك شوند. كه مشخصات و آزمايشهاي مربوطه در جدول زير مشخص گشته‌اند:
| مشخصات: | طريقه‌ي محاسبه: |
| ضخامت لايه | استفاده از ماده‌ي شيميايي فن‌فتالئين |
| مشخص كردن كيفيت خرد و نرم شدن مواد | آزمايش دانه‌بندي |
| ميزان آهك پخش شده | آزمايش سيني |
| ميزان آهك در دوغاب آهك | اندازه‌گيري چگالي دوغاب |
| درصد آهك | تعيين درصد آهك به روش AASHTO |
| وزن مخصوص | روش ماسه، روش بادكنك، روش هسته‌اي |
| درصد رطوبت | روش خشك كردن نمون مصالح در فر |
| راندمان اختلاط | مقاومت فشاري مصالح در كارگاه تقسيم بر مقاومت فشاري مصالح در |
علاوه بر تمام ويژگي‌هايي كه در مورد آهك براي تثبيت خاك نامبرده شد، تحقيقات نشان مي‌دهد كه استفاده از آهك به عنوان تثبيت كننده باعث ميشود كه هزينه هاي نگهداري آن تا حد زيادي كاهش پيدا كند. "به عنوان مثال استفاده از تثبيت‌كننده‌ي آهك به عنوان قسمتي از روسازي آسفالتي هزينه‌ي چرخه‌ي عمر 30 ساله را از 24.49 دلار به 22.47 دلار در يارد مربع كاهش مي‌هد." (2)
3-عمليات تثبيت خاك با قير:
همانطور كه قبلا اشاره شد مكانيزم عملكرد قير براي تثبيت خاك با سيمان و آهك متفاوت بوده و قير با استفاده از خاصيت چسبندگي اتصال بين ذرات را ايجاد مي‌كند. تثبيت خاك با استفاده از قير هم مي‌تواند با تركيب داغ مواد و هم تركيب سرد مواد انجام گيرد. مقدار لازم قير براي تثبيت خاكهاي ريزدانه با كمك آزمايشهاي مقاومت و آب‌مكندگي بدست مي‌آيند. در اين آزمايش از وسيله‌ي استقامت هوباردفيلد استفاده ميشود، نحوه آزمايش به اين ترتيب است كه ابتدا نمونه‌هايي با درصدهاي مختلف قير تهيه شده و تحت آزمايش قرار ميگيرد. درصد قير مناسب بايد طوري انتخاب شود كه:
الف- استقامت هوبارد نمونه خاك تثبيت شده با قير قبل از آب مكيدن نبايد از 450 كيلو گرم كمتر باشد،
ب- استقامت هوبارد پس از آب مكيدن نمونه خاك تثبيت شده با قير نبايد از 180 كيلو گرم كمتر باشد،
ج- انبساط نمونه نبايد از 5 درصد بيشتر باشد، و
د- حد اكثر ميزان آب جذب شده توسط نمونه خاك تثبيت شده نبايد از 7 درصد بيشتر باشد.
"نحوه آزمايش استقامت هوبارد فيلد به اين ترتيب است كه نمونه خاك تثبيت شده با قير پس از متراكم شدن در گرمخانه قرار داده ميشود تا گرماي آن به 60 درجه سانتي گراد برسد. سپس نمونه در داخل وسيله هوبارد فيلد قرار داده شده و به آن از بالا نيرويي وارد ميشود تا اينكه نمونه از سوراخ پايين وسيله كه قطرش قدري كمتر از قطر نمونه است عبور نمايد. سرعت وارد آوردن نيرو طوري است كه نمونه با سرعت 6 سانتيمتر در هر دقيقه به داخل سوراخ رانده شده و حد اكثر نيروي لازم براي رد كردن نمونه از داخل سوراخ اندازه‌گيري ميشود. استقامت هوبارد طبق تعريف ميزان حد اكثر نيروي لازم در آزمايش بر حسب كيلوگرم است.
آزمايش آب مكندگي به اين ترتيب انجام ميشود كه ابتدا مصالح تثبيت شده با قير به مدت يك هفته در داخل گرمخانه‌اي با گرماي 60 درجه سانتيگراد قرار داده ميشود تا روغنهاي موجود در آن تبخير شده و نمونه عمل بيايد. سپس نمونه از گرمخانه خارج شده و بر روي سنگ متخلخلي كه در داخل آب قرار داشته و سطح آب درست در سطح زير نمونه نگه داشته شده قرار داده ميشود تا امكان جذب آب به نمونه داده شود. ميزان آب جذب شده توسط نمونه با توزين آن قبل و بعد از آزمايش به دست مي‌آيد.
مقدار قير لازم براي تثبيت خاكهاي ماسه‌اي با استفاده از آزمايش هوبارد فيلد تعيين ميشود. مقدار قير مناسب بايد طوري تعيين شود كه استقامت هوبارد براي اينگونه خاكهاي تثبيت شده از 5502 كيلوگرم كمتر نباشد.
در مورد خاكهاي شني مقدار قير مناسب بر اساس نتايج آزمايش CBR و يا آزمايش سه محوري انجام ميشود.تصميم گيري در مورد تثبيت خاك با قير پس از مقايسه نتايج حاصل بر روي مصالح تثبيت نشده و مصالح تثبيت شده به عمل مي‌آيد." (3)
آماده كردن خاك:
ابتدا سطح را با كمك كلنگ گريدر تا عمق و عرض مشخص شده شخم مي‌زنند. و مانند حالتهاي قبل كليه‌ي مصالح نامناسب نظير كنده و ريشه درختان و ... را از محوطه كار بيرون مي‌برند. پس از عاري كردن زمين از مواد نامناسب، خاك شخم زده شده براي اينكه خشك شود براي مدتي به حال خود رها ميشود. خاك آماده شده بايدبراي پخش قير بر روي آن به شكل هندسي منظم با استفاده از تيغه گريدر در يك طرف راه ريسه شود.
پخش قير و اختلاط قير با خاك:
قير توسط ماشينهاي قير‌پاش مجهز به گرم‌كن بر روي خاك ريسه شده پاشيده ميشود. عمل مخلوط كردن خاك با قير مي‌تواند با تيغه‌هاي گريدر و يا مخلوطكنهاي سيار انجام شود (بايد پس از قير پاشي توجه داشت كه درجه حرارت قير مايع از درجه حرارت مجاز از اختلاط قير با خام كمتر شود). تركيب قير با خاك مي‌تواند هم در محل مورد نظر انجام شود و هم در كارخانه‌ي مركزي صورت گيرد.
عمل آوردن:
براي تبخير روغنهاي حلال قيرهاي محلول و يا قير‌آبه‌ها قبل از تراكم خاك آن را عمل مي‌آوريم. در اين مرحله براي عمل آوري به مخلوط هوا داده ميشود. پس از عمل آوري شدن قير آن را با گريدر در سطح راه پخش و سپس متراكم نمود براي متراكم كردن از غلتكهاي چرخ فولادي و چرخ لاستيكي استفاده ميشود. مسئله‌اي كه در اين حين بايد به آن توجه داشت اين است كه ضخامت نهايي متراكم شده نبايد از 2 تا 3 برابر حداكثر اندازه سنگدانه‌ها تجاوز نمايد.
در مدت زمان تثبيت خاك با قير فاكتورهايي كه مهم هستند عبارتند از:
| مشخصه: | روش و طريقه ي محاسبه: |
| مقدار رطوبت سطح | روش هسته‌اي- روش خشك كردن در اون |
| ، ويسكوزيته آسفالت | با استفاده از آزمايش ويسكوزيته و با توجه به محدوديتهاي مشخص شده در آيين نامه‌ها |
| ، يكنواختي تركيب، | براي مشخص كردن يكنواختي مخلوط از روش بازرسي با چشم مي‌تواند استفاده شود. به عنوان مثال براي تثبيت با قيرهاي امولسيوني تبديل رنگ قهوه‌اي مخلوط به مشكي نشان دهنده‌ي اين است كه مخلوط شكسته است. |
| مقدار قير | كه بايد به صورت بهينه انتخاب شود و يا به مقدار كمي كمتر از حالت بهينه باشد. (توضيح در مورد بدسا آوردن مقدار آنآن در بالا آمده است.) |
استفاده از تركيبي از تثبيت كننده ها براي تثبيت خاك:
لازم به ذكر است كه براي تثبيت يك خاك مي‌توان از چند تثبيت كننده كنار هم استفاده كرد. در زير توضيح مختصري براي هر تركيبي از تثبيت كننده‌ها داده ميشود:
تثبيت با خاكستر بادي و آهك (LFA): نمي‌توان به تنهايي از خاكستر بادي به عنوان تثبيت كننده استفاده كرد زيرا يخبندان و ذوب مكرر و يا تغييرات رطوبتي به شدت از مقاومت مصالح ساخته شده از آن مي‌كاهندبنابر اين از اهك و سيمان به همراه خاكستر بادي استفاده ميشود. به طور كلي LFA مناسب براي خاكهاي ريزدانه است. مراحل اجرايي تثبيت خاك با LFA دقيقا شبيه مراحل اجرايي تثبيت خاكها با آهك است.
تثبيت خاك با آهك و سيمان: خاك از نوع بدون واكنش در صورت تثبيت با آهك تنها تغيير زيادي دي مشخصاتش حاصل نخواهد شد، و احتياج به مصرف سيمان نيز مي‌باشد. همچنين استفاده از سيمان براي خاكهاي خيلي خميري امكان‌پذير نمي‌باشد و ابتدا از آهك براي كاهش خاصيت خميري خاك استفاده ميشود و سپس از سيمان براي افزايش مقاومت بهره گرفته ميشود.
تثبيت خاك با آهك و قيرابه: هدف آن بهبود دوام و مقاومت مخلوط است. اين مورد نيز وقتي كاربرد دارد كه در خاك ما رس موجود باشد يا به دليل وجود رطوبت در مصالح سنگي استفاده تنها از قير، دوام و سختي پاييني بدهد. بنابراين از آهك براي كاهش خاصيت خميري و گرفتن رطوبت مي‌توان استفاده كرد. كليه خاكهاييكه پس از اصلاح با آهك داراي دامنه خميري كمتر از 6 و همچنين حاصلضرب دامنه خميري و درصد عبوري از الك شماره 200 آنها كمتر از 60 باشد براي تثبيت مركب با آهك و قير مناسب هستند.
تثبيت خاك با سيمان قيرابه: هدف از تثبيت خاك با سيمان قيرآبه مشابه با آهك قيرآبه است با اين تفاوت كه در اينجا سرعت در رسيدن به مقاومت مخلوط در نظر است.
استفاده از مواد پليمري براي تثبيت خاك:
پليمرها موادي با خواص مكانيكي و فيزيكي نسبتا مطلوبي هستند. از ويژگيهاي آنها مي‌توان وزن مخصوص پايين آنها و پايداري خوب در مقابل مواد شيميايي اشاره كرد. بيشتر پليمرهاي متداول از پليمريزاسيون مولكول‌هاي آلي ساده به نام منومر به دست مي‌آيند.
نحوه‌ي بوجود آمدن آنها به اينگونه است كه:
1- با تركيب مناسبي از حرارت، فشار و كاتاليزور پيوند دوگانه بين اتم‌هاي كربن شكسته شده و يك پيوند ساده كووالانسي جايگزين آن ميشود
2- سپس دو انتهاي آزاد اين منومر به راديكال‌هاي آزاد تبديل ميشود. به طوري كه هر اتم كربن يك تك الكترون دارد كه مي‌تواند به راديكال‌هاي آزاد ديگر افزوده شود. اين مولكول پايه با قابليت انجام واكنش، زير بناي پليمرها بوده و همان واحد تكراري پليمر است كه در طول زنجير مولكول پليمر به دفعات زيادي تكرار ميشود.
درجه پليمريزاسيو ن نسبت جرم مولكولي پليمر به جرم مولكولي واحد تكراري است و با استفاده از آن طول پليمر بدست مي‌آيد.
استفاده از مواد پليمري براي تثبيت ماسه‌هاي روان در ايران:
در زير نحوه يك آزمايش بر روي پليمرها كه در ايران صورت گرفته است به صورت مختصر ذكر مي‌گردد:
" در اين تحقيقات براي افزايش ظرفيت باربري و پايداري خاك، با استفاده از 2 پليمر مختلف وينيل استات و متيل متااكريلات با درصدهاي متفاوت، اثر تثبيتي اين دو نوع پليمر بر خاك آزمايشي كه نمونه‌هاي انتخابي از خاك ماسه‌اي گرمسار بوده مورد بررسي قرار گرفته است.
1- در مرحله اول آزمايشهاي شناسايي پايه و آزمايش تراكم براي تعيين حداكثر دانسيته خشك خاك يا به عبارت ديگر تعيين درصد رطوبت بهينه خاك با محلول‌هاي پليمري انجام شد و نتايج به دست آمده مورد بررسي قرار گرفت.
2- در مرحله بعد براي تعيين چگونگي كسب مقاومت خاكهاي تثبيت شده، تعيين درصد بهينه پليمر و زمان عمل‌آوري مفيد، آزمايش نسبت باربري در 2 حالت خشك و اشباع انجام شد. هدف از انجام اين تحقيق، بهبود خصوصيات مكانيكي خاكهاي ماسه بادي با افزودن مواد پليمري است و چون يكي از مهم‌ترين مشكلات خاكهاي ماسه بادي، مقاومت كم اين نوع خاك از 2 حالت خشك و اشباع است، بنابراين آنچه در اجراي اين طرح تحقيقاتي به عنوان يك اصل مهم در طي مراحل انجام آزمايشهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت، بهبود مقاومت خاكهاي ماسه بادي بود. در اين آزمايش‌ها از درصدهاي مختلف از 2 پليمر پلي وينيل استات و متيل متااكريلات و در زمان‌هاي عمل‌آوري مختلف طبق استاندارد MTSAD 1883-87 به منظور بررسي تغييرات مقاومت خاك در آزمايش نسبت باربري كاليفرنيا (RBC) روي نمونه‌هاي انتخابي از خاك مذكور، تعيين درصد پليمر بهينه و تعيين زمان گيرش بهينه انجام شد.
3- علاوه بر اين، تغييرات بافتي ايجاد شده در نمونه‌هاي تثبيت شده با استفاده از عكس‌هاي ميكروسكوپ الكتروني نيز مورد بررسي قرار گرفته است. اين آزمايش يكي از متداول‌ترين روشهاي آزمايشگاهي براي تعيين مقاومت نسبي خاك‌هاست كه مقاومت خاك را تحت شرايط كنترل شده درصد رطوبت و وزن مخصوص اندازه‌گيري مي‌كند." (4)
تحقيقات انجام شده نشان مي‌دهند كه در صورتيكه درصد پليمر مصرفي براي تثبيت خاك ماسه‌هاي روان بيش از 3 درصد باشد نه تنها اين عمل از نظر اقتصادي مفيد نخواهد بود بلكه نظر فني نيز چندان باعث افزايش مقاومت نسبت باربري خاك نخواهد شد. همچنين نتايج تحقيق نشان‌دهنده‌ي اين است كه در حالتهاي اشباع در هر يك از درصدهاي پليمري مصرفي نسبت به حالت خشك، افت كمي در مقدار مقاومت نسبي خاك ديده ميشود. اين موضوع در طول عمر مفيد راه از لحاظ تعمير و نگهداري حائز اهميت خواهد بود، زيرا به علت مقاومت خوب نمونه‌هاي آزمايشي در حالت اشباع در طول عمر مفيد راه از خرابي‌هاي زودرس روسازي كه ناشي از تخريب يا فرسايش بستر راه به هنگام اشباع شدن است، جلوگيري ميشود.
امروزه براي پايدار كردن ماسه‌هاي روان (ماسه ها تپه‌اي كه بر اثر باد منتقل مي‌شوند)، از مواد پليمري استفاده مي شود. پليمرها به عنوان يك قشر عايق در جلوگيري از تغييرات ناگهاني دما و حفظ رطوبت خاك نقش بسيار مهمي خواهند داشت. بنابر اين ميتوانند جلوي فرسايش را به حد قابل ملاحظه‌اي بگيرند.
استفاده از مواد پليمري براي تثبيت شنهاي روان در ايران:
يكي ديگر از موارد ديگر كه پليمرها كاربرد زيادي دارند در تثبيت شنهاي روان است. با توجه به اينكه در كشور ايران طبق آمارهاي موجود شنهاي روان 32/5 ميليون هكتار از اراضي كشور را تهديد مي‌كنند، طبق تحقيقات انجام شده حركت شنها 700 ميليارد ريال به تاسيسات زير بنايي 17 استان كشور خسارت وارد مي‌كند. امروزه و با انجام آزمايشهاي زيادي پليمرهاي خاصي به نام پلي لاتيس توليد شده‌اند كه براي تثبيت شنهاي روان استفاده ميشود. اين ماده كه 99 درصد آن آب است به سطح شن اسپري ميشود و يونهاي موجود با واكنشي كه ايجاد مي‌كند باعث چسبيدن شنها به يكديگر شدهو از حركت شنهاي روان جلوگيري مي‌كند. از ويژگيهاي منحصر به فرد اين تثبيت كننده وجود فضاهاي خالي بين ذرات آن است كه اجازه ي نفوذ آب به داخل زمين را مي‌دهد. ديگر ويژگي اين ماده‌ي پليمري غير سمي بودن آن است و جايگزين مناسبي براي "مالچ نفتي" كه در گذشته براي تثبيت استفاده مي‌شد و خسارتهاي زيست محيطي به همراه داشت، است.
استفاده از مواد پليمري در شيبها:
امروزه براي پايدار كردن خاك در شيبها با هر گونه شرايطي براي كاهش ميزان فرسايش از پليمرها مي‌توان استفاده كرد. اضافه كردن پليمرها چه در حالت مايع و يا به صورت دانه‌اي مي‌تواند از رويش چمن به صورت اتصال دادن دانه‌ها، كود و خاك به هم تا وقتي گياه جوانه بزند و سبز شود حمايت كند. تصويري كه در زير مشخص شده تاثير پليمرها در شيب براي جلوگيري از فرسايش خاك است. در تصوير سمت چپ عمل كاشتن گياه صورت گرفته ولي فرسايش باعث شده كه نتيجه‌ي مطلوبي حاصل نشود سپس همانطور كه در تصوير سمت راست مشخص است محيط بازسازي شده و اينبار از پليمرها براي رشد گياهان و جلوگيري از فرسايش كمك گرفته شده است.
براي روشن شدن ميزان تاثير الياف پليمري بر روي خاك ويژگيهاي يك نمونه خاك را يكبار بدون حضور الياف پليمري و يكبار با حضورالياف پليمري مورد بررسي قرار مي‌دهيم.
دانه‌بندي خاك بررسي شده در شكل زير مشخص مي‌باشد. همچنين اليافهاي پليمري اين آزمايش عبارتند از آكرليك و پلي آميد كه ويژگيهاي آنها در جدول زير مشخص شده است. نتايج حاصل مقاومت فشاري و مقاومت برشي با درصدهاي متفاوت الياف در اشكال زير نمايش داده شده است.
نتيجه‌ي آزمايش:
- افزودن الياف پليمري به خاك - سيمان موجب افزايش مقاومت فشاري آن شده و درصد اليافي كه به ازاي آن ماكزيمم مقاومت فشاري حاصل مي شود به نسبت درصد سيمان مصرفي بستگي دارد
- افزودن درصد مناسبي از الياف سبب افزايش مقاومت برشي مي شود , به اين صورت كه براي نمونه هاي ماسه اي تثبيت شده با 5% و 9% سيمان به ترتيب نمونه هاي مسلح شده با 0.1% و 0.2% الياف داراي مقاومت برشي ماكزيمم هستند. همچنين مقاومت باقيمانده در تمام نمونه هاي مسلح شده با الياف از نمونة غير مسلح بيشتر مي باشد و نيز افزودن الياف سبب مي شود كه نمونه ها تحت كرنش بيشتري به مقاومت برشي پيك خودشان برسند يعني نمونه ها تحت تنش وارده شكل پذير تر شده و اين شكل پذيري با افزايش درصد الياف بيشتر خواهد شد.
نتيجه گيري:
تثبيت خاك روشي است كه بمنظور بهبود كيفيت مصالح در راهسازي بكار مي‌رود، و استفاده از اين روش موجب بدست آمدن مصالحي با مشخصات مناسب براي بكار بردن در لايه‌هاي روسازي ميشود. تثبيت خاك به اصلاح و بهبود خواص فيزيكي و مهندسي خاك براي تامين يك رشته اهداف از پيش تعيين شده اطلاق مي شود. تصميم در مورد استفاده از اين روش پس از مقايسه‌ي راه حلهاي مختلف قابل قبول انجام ميشود. امروزه با پيشرفت علم تثبيت خاكها به طرق گوناگون نظير روش هاي مكانيكي، شيميايي، فيزيكي، بيولوژيك ( روياندن گياه)، و روش الكتريكي امكان پذير است. در روش تثبيت خاك، كارشناسان با استفاده از اصول علمي و بهره‌گيري از فناوري‌هاي جديد، مواد و مصالح مناسب را در تقويت خاك به كار مي‌گيرند و مشخصات مهندسي، خواص مكانيكي از جمله مقاومت، سختي، شكل‌پذيري و ظرفيت باربري آن را بهبود مي‌بخشند .تثبيت خاكها اهداف گوناگوني دارد كه از اين اهداف مي‌توان به افزايش مقاومت باربري خاك، كاهش نفوذپذيري ،كاهش تورم و انقباض خاك ،كاهش رطوبت خاك ،كاهش دامنه خميري خاك ،جلوگيري از فرسايش خاك و كاهش ضخامت لايه هاي روسازي اشاره كرد.
تهيه كننده: فراز معصوميان
مقاله‌ي كامل را از اينجا دانلود كنيد
