مواد و ساخت پیشرفته

تثبیت سیمان[1] (تصفیه سیمان) روشی مفید برای بهبود زمین (بستر) نرم است و مزایای متعددی را ارائه می­دهد، زیرا ظرفیت باربری را افزایش می­دهد، از روان شدن آن جلوگیری می­‌کند، از خاک­‌های ساختمانی مجدد استفاده می­کند و فلزات سنگین را بی حرکت می­کند. بلایای طبیعی، مانند زلزله‌های بزرگ، رانش زمین، و شکسته‌های خاکریزی ناشی از بارندگی‌های شدید، خسارات قابل‌توجهی به زیرساخت‌های عمرانی وارد می‌کنند و اغلب به طور مستقیم یا غیرمستقیم با تخریب یکپارچگی خاک مرتبط هستند. فن­اوری­‌های تثبیت سیمان توجه زیادی را برای کاهش آسیب و بازیابی زودهنگام از چنین بلایایی به خود جلب کرده است. به عنوان مثال، در ژاپن، پس از زلزله و سونامی بزرگ ژاپن شرقی در سال 2011، خاک های تثبیت­شده با سیمان به طور گسترده­ای برای بازسازی راه آهن، جاده ­ها و سیلاب­‌های ساحلی و رودخانه­ ها استفاده شد.

در یک تحقیق جدید نشان داده شده است توسعه استحکام و مقاومت، یک ویژگی مهم مواد برای خاک‌­های تثبیت­ شده با سیمان است و بنابراین به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است.

خاکهای تثبیت ­شده افزایش اولیه استحکام را عمدتاً با هیدراتاسیون سیمان نشان می­‌دهند و به دنبال آن توسعه استحکام طولانی مدت عمدتاً توسط واکنش پوزولانی بین هیدرات سیمان تولید شده و خاک ایجاد می­شود.

استحکام اولیه به طور قابل توجهی تحت تأثیر نسبت آب به سیمان مخلوط تزریقی، مقدار اضافی آب در خاک، مقدار سیمان و ساختار حفره­ های خاک تثبیت­شده است. توسعه استحکام طولانی مدت خاک‌­های تثبیت­ شده با سیمان اغلب به صورت خطی با زمان لگاریتمی افزایش می­‌یابد و منجر به مقاومت نسبتاً بالایی می­شود. نسبت افزایش مقاومت دراز مدت، 1.6–7.6  برابر مقاومت اولیه است و به واکنش پوزولانی خاک بستگی دارد. واکنش پوزولانی خاک تثبیت­شده در آزمایشگاه ­ها با آنالیز pH، ترموگراویمتری/ آنالیز حرارتی تفاضلی (TGA/DTA)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و هدایت الکتریکی (EC) بررسی شده است.

حلالیت خاک در یک محیط بسیار قلیایی بر درجه واکنش و توسعه استحکام آن تأثیر می­گذارد. pH خاک­‌های تثبیت­ شده با پیشرفت واکنش پوزولانی کاهش می­‌یابد. در یک محیط قلیایی، سیلیس و آلومینا از خاک حل می‌شوند و با یون‌های کلسیم ترکیب می‌شوند تا محصولات جدیدی از جمله C-S-H و strätlingite تولید کنند که در خاک‌های منسجم آتشفشانی تثبیت ­شده با آهک نیز یافت می‌شود. علاوه بر این، آزمایشات نشان داده ­اند که واکنش پوزولانی توسط دماهای بالاتر تسریع می­شود که باعث افزایش استحکام خاک­های تثبیت­ شده می­شود. با این حال، گزارش ­های کمی در مورد تغییرات طولانی مدت در خواص فیزیکی و فازهای ناشی از واکنش پوزولانی در خاک­‌های تثبیت ­شده در محل وجود دارد. توسعه مقاومت طولانی مدت و دوام خاک تثبیت­ شده با سیمان در محل با آنالیز شیمی فیزیکی و مدل‌سازی ترمودینامیکی ژئوشیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. استحکام اندازه ­گیری­ شده خاک رس منسجم آتشفشانی تثبیت­ شده با سیمان با سولفات بالا به طور مداوم به مدت پنج سال افزایش می ­یابد و سپس تا 22 سال ادامه دارد. آنالیز اشعه ایکس نشان داده است که تشکیل اترینگیت[2] از طریق هیدراتاسیون سیمان به استحکام اولیه کمک می­‌کند، در حالی که تشکیل استرتلینگیت[3] از طریق واکنش پوزولانی به استحکام طولانی مدت کمک می­کند. مدلسازی ترمودینامیکی نشان داده است که انحلال آلومینا از خاک رس تثبیت­ شده در یک محیط قلیایی، نیروی محرکه اصلی برای واکنش پوزولانی است. علاوه بر این، شستشو و کربناته شدن کلسیم باعث تخریب سطح خاک تثبیت ­شده با سیمان شده و در نتیجه محصولات هیدراتاسیون را تجزیه کرده و استحکام خاک رس تثبیت­ شده را کاهش می‌­دهد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0958946522003766