آهک چه تاثیری بر خواص مکانیکی خاک دارد؟

در این مطلب قصد داریم به بررسی اثرات آهک بر خواص مکانیکی خاک بپردازیم. قبل این که عملیات بهسازی را شروع کنیم، باید بدانیم هدف از اختلاط آهک با خاک چیست و آن را مشخص کنیم. زمانی که مقدار کمی آهک را با خاک مخلوط می کنیم، برخی خصوصیات خاک را تغییر می دهد، اما تغییر محسوسی در مقاومت فشاری و کششی آن مشاهده نمی شود. میزان سیمانی شدن در این شرایط، ضعیف و تنها به صورت مرحله اصلاح صورت گرفته است.

اثرات آهک بر خواص مکانیکی خاک: تاثیر آهک بر دانه‌بندی‌

فرآیند دانه‌ای شدن در بخش رسی خاک‌ها با افزایش مقادیر کم آهک، حداکثر ۳ درصد)، به واسطه واکنش تبادل کاتیونی صورت می گیرد. هر چقدر مقدار آهک بیشتر شود، درصد ذرات رسی باقی مانده، ، دانه درشت می ‌شوند. در حالی که درصدهایی که بالای 6 درصد هستند و درصدی که منجر به تجمع ‌یا درشت دانه شدن بافت خاک می‌ شود، با عنوان واکنش‌های پوزولانی شناخته می شوند. این واکنش‌ها باعث به هم چسبیدن ذرات بخش ریزدانه خاک و ایجاد ذرات درشت می شوند.

اثرات آهک بر خواص مکانیکی خاک: میزان تراکم‌

حداکثر وزن مخصوص و درصد رطوبت بهینه از مشخصات مربوط به تراکم مخلوط‌های خاک – آهک هستند که بسیار حائز اهمیت می باشند. قابلیت باربری مصالح متراکم و سفت در مقایسه با مصالح سست و نرم‌، بیشتر است. همچنین مصالح سفت، نشست کمتری در مقایسه با مصالح سست و نرم در مقابل بارهای وارده از خود نشان می‌دهند. برای اینکه بتوان به نتایج عملیات تثبیت دست یافت، باید خاک را حد قابل قبول کوبید و متراکم کرد. عواملی همچون: رطوبت و انرژی تراکم، دو عامل اساسی هستند که بر روی تراکم پذیری خاک تاثیرگذار هستند.

عواملی از قبیل: نوع خاک و دانه بندی آن و همچنین نوع درصد مواد اصلاح کننده آهکی در رفتار مهندسی مصالح از جمله: وزن مخصوص خشک حداکثر و میزان آب بهینه تاثیر زیادی می گذارند. حداکثر وزن مخصوص خشک خاک تثبیت شده با آهک در مقایسه با خاک تثبیت نشده، کمتر و درصد رطوبت بهینه آن ‌بیشتر است. مقدار اختلاف این دو بسته به میزان آهک مصرفی دارد. به بیانی: هر چه میزان آهک مصرفی برای تثبیت خاک، بیشتر باشد مقدار اختلاف نی زافزایش خواهد یافت. زمان نیز در این اختلاف تاثیر بسزایی دارد. به عبارتی با گذشت زمان، مواد سیمانی بیشتری در خاک تشکیل می شود و در نتیجه حداکثر وزن مخصوص مصالح کاهش یافته و درصد رطوبت بهینه آن افزایش می یابد.

اثرات آهک بر خواص مکانیکی خاک: حدود اتربرگ 

زمانی که آهک به خاک افزوده می شود، حد روانی را کاهش و حد خمیری را افزایش می دهد و در نهایت حالت خمیری خاک کاهش می یابد. بیشترین افزایش مقاومت برای ر‌س‌های غیر آلی که نشانه حالت خمیری کم تا متوسط دارند، به طور معمول با افزون ۶ تا ۸ درصد آهک بر حسب درصد وزنی خاک خشک کسب می شود. هر چه نشانه حالت خمیری خاک بالاتر باشد، آهک مورد نیاز برای تبدیل شدن به حالت غیر خمیری بیشتر خواهد بود. این به دلیل آن است که خاک دارای مقدار بیشتری کانی رسی است.

اثرات آهک بر خواص مکانیکی خاک: ویژگی های تغییر حجم

زمانی که درصد بهینه آهک و زمان عمل آوری را افزایش دهیم، درصد و فشار تورم خاک های رسی به میزان قابل ملاحظه‌ای کاهش می یابد. انقباض خاک تثبیت شده با آهک بر اثر کاهش رطوبت آن، اهمیت ویژه ای دارد. چرا که منجر به ایجاد ترک های انقباضی می‌ گردد. توجه به نقش سولفات ‌های قابل حل یا همان خاک ‌های گچ‌دار در خاک ریزدانه و همچنین توجه به وارد شدن سولفات‌ها از طریق آب در خاک تثبیت شده با آهک در ایجاد تورم بسیار اهمیت دارد. در‌ این حالت، واکنش‌های شیمیایی بین رس و آهک و یون سولفات رخ می دهد که منجر به ایجاد کانی‌های ثانوی‌های از قبیل: اترینگایت و تاماسایت می شود. جذب آب این کانی‌ها در حالت غیر بلوری، بسیار بالا است و در محیط اشباع به شدت متورم شده و می توانند مشکلات و خساراتی را ایجاد کنند.

آهک چه تاثیری بر مقاومت برشی و فشاری خاک‌های تثبیت شده دارد؟

بعد از اختلاط آهک، قسمتی از مقاومت برشی به دلیل جمع شدن رس و بخش دیگر آن به دلیل کاهش درصد آب افزایش می یابد. همچنین با کاهش مقاومت برشی خاک رس در حین اختلاط مواجه می شویم که مقدار این کاهش در صورت حساسیت زیاد خاک می تواند بزرگ باشد. به طور کلی و با گذشت زمان، مقاومت برشی بلافاصله افزایش پیدا می کند و بین 1 تا 2 ساعت بعد از اختلاظ آهک، از مقاومت برشی قبل از اختلاط بیشتر می شود. مقاومت فشاری با گذشت زمان به دلیل واکنش‌های پوزولانی، افزایش می یابد.

خوب است بدانید، میزان مقاومت برشی زهکشی نشده رس پایدارسازی شده تحت شرایط مناسب تا 0.5 تا ۱ مگاپاسکال پس از سال نیز برسد‌. بدین ترتیب یک افزایش ۱۰ تا ۵۰ برابر‌ی در مقاومت برشی را در صورتی که مقا‌ومت برشی اولیه کم و در حدود ۱۵-۱۰ مگاپاسکال باشد، انتظار می رود. به طور معمول ۶ تا ۸ درصد وزنی آهک برای رس‌های غیر آلی با حد روانی کم کافی خواهد بود تا پس از یک سال، مقاومت برشی بین ۵۰ تا ۲۰۰ مگاپاسکال به دست آید‌.

آهک چه تاثیری بر نفوذپذیری خاک و کاهش درصد آب دارد؟‌

از آنجایی که آهک برای شکفتن باید از خاک اطراف آب جذب کند، میزان آب کاهش می یابد. علاوه بر این، افزایش حجم ستون و فشرده شدن خاک و حرارت حاصل از شکفتن آهک منجر به تبخیر آب می‌شود که این هم درصد آب را کاهش می دهد. اگر بخواهیم وزن خاک خشک را در نظر بگیریم، درصد کاهش آب، بیشتر از میزان آهک افزوده شده خواهد شد. نفوذپذیری ستون‌های آهکی در مقایسه با خا‌ک‌های رسی اطرافشان، معمولاً بیشتر است، از این رو نفوذپذیری رس نرم ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰ برابر افزایش پید می کند.

آهک چه تاثیری بر مقاومت در برابر چرخه‌های یخ زدگی و آب شدن دارد؟

دوام خاک های تثبیت شده با آهک، در واقع به معنای افزایش مقاومت آن ها در برابر چرخه‌های یخ زدگی و آب شدن می باشد. به طور کلی رطوبت تاثیر شدیدی در دراز مدت بر روی این مصالح ندارد. بخشی از مقاومت خاک های تثبیت شده با آهک بر اثر یخ زدگی و آب شدن از بین می رود. همچنین می توان گفت مقاومت فشار ی اولیه خاک های تثبیت شده با آهک تاثیر زیادی روی مقاومت مصالح در برابر یخ زدگی و آب شدن دارد. مقاومت فشاری اولیه این مصالح رابطه مستقیم با مقاومت آن ها در برابر چرخه‌های یخ زدگی و آب شدن دارد. توجه داشته باشید، این امکان نیز وجود دارد که رس پایدار شده با آهک به یخ زدگی حساس شود‌.

با افزایش چرخه های یخبندان، ذوب یخ و با افزایش درصد آهک در خاک کائولینیت، خاک غیر پلاستیک می‌شود. علاوه بر این، ممکن است با افزایش درصد آهک میزان‌ کاهش مقاومت تک محوری آن کاهش پیدا کند.

آهک چه اثری بر حساسیت خا‌ک‌های رسی دارد؟

خاک‌های رسی، نوع مونت موریلونیت‌، به عنوان خاک‌های حساس شناخته می شوند. به طور کلی، حساسیت خاک های رسی با افزایش میزان کانی مونت موریلونیت در آن ها بیشتر می شود. افزایش میزان کانی کائولینیت منجر به کاهش حساسیت خاک رس می شود. زمانی که آهک را به خاک های رسی حساس اضافه کنید، حساسیت خاک رس کاهش می یابد. به طور کلی میزان حساسیت خا‌ک‌های رسی پایدار شده با آهک بین ۱ تا ۳۳ می باشد.