واحد حجم بهدست آمده از آزمایش تراکم استاندارد بازسازی و آماده شدند و نهایتا خواهد داشت. متفاوت بوده و تابع درصد اختالط ميباشد.

Transcript

1 زيست( محيط و مهندسي )زمينشناسي 140 تا 135 صفحه 95 شماره چهارم و بیست سال 94 بهار ماسهای خاک مهندسی رفتار بر فرسوده الستیک فیبر و بازیافتی بطری خردههای نقش ارزیابی 3 محمدی داود سید و 2 نیکودل رضا محمد 1* اژدرپور امیرمهیار ايران تهران مدرس تربيت دانشگاه پايه علوم دانشكده کارشناسیارشد دانشجوی 1 ايران تهران مدرس تربيت دانشگاه پايه علوم دانشكده استادیار 2 ايران همدان سینا بوعلی دانشگاه استادیار /10/22 پذيرش: تاريخ 1392/02/31 دريافت: تاريخ چكيده نیا زا استفاده وجودآوردهاند. به را فراوانی زیستمحیطی معضالت که هستند بشری جامعه امروزی زبالههای عمدهترین از نقلیه وسایل فرسوده تایرهای و پالستیکی بطریهای ضایعات با سست خاكهاي کردن مسلح امروزه دیگر سوی از بيانجامد. آنها از ناشی محیطی زیست مشکالت کاهش به میتواند خاکی مصالح کردن مسلح در ضایعاتی مواد خاك به مختلف درصدهاي در الستيك فيبر و پالستيك خردههاي که زمانی میشود. گرفته نظر در مصالح کردن تسلیح براي جدیدی راهکارهای عنوان به مختلف پالستیکی ماسهاي خاك مهندسي ويژگيهاي تمام در افزايش اين خردههاي مورد در كه ميدهند تغيير را باربري نسبت و برشي مقاومت پارامترهاي تراكمي ويژگيهاي ميشوند اضافه ميگذارد. منفي اثر خاک مهندسي ويژگيهاي از برخي روی بر فرسوده الستیک فیبر حضور و نیست صادق منظمي روند چنين فيبر مورد در ولي است آشكار باربري. نسبت مستقيم برش الستيك فيبر ماسه واژهها: كليد amazhdarpour@yahoo.com اژدرپور مهیار امیر مسئول: *نویسنده داشت. خواهد دنبال به را آن نشده محصور مقاومت افزايش شده با شده مسلح ماسه نشست و باربری ظرفیت بررسی با Yoon et al. (2005) ماسههای باربری ظرفیت که دادند نشان صفحهای بارگذاری آزمایش در الستیک است. شده مسلح غیر ماسه باربری ظرفیت برابر دو از بیش شده مسلح به كدام هر كه است زياد بسيار مواد افزودن با خاك بهسازي زمينه در پژوهشها انعطافپذيري و رفتاري ويژگيهاي بهبود زمينه در مناسبي نتايج به توانستهاند نحوي افزودن آنها بيشتر در كه يايند دست سيمان و الياف با شده مسلح ريزدانه خاكهاي باربري نسبت نيز و برشي و فشاري مقاومت افزايش سبب ضايعاتي خردههاي يا الياف.)Benson& Khire, 1994 ; Sobhan & Mashnad, 2002( كاليفرنيايخاكهاشدهاست پژوهش در شده استفاده مصالح 2- پلياتيلن ضايعات از آمده بهدست مصالح و خاكي مصالح از پژوهش اين در آنها ويژگيهاي توصيف به ادامه در که شد استفاده فرسوده الستيك و ترفتاالت است. شده پرداخته ماسه 1-2. تقريبا ماسهايست شد استفاده آزمايشگاهي نمونههاي تهيه براي كه ماسهاي مصالح )نک )رودخانه تهران باختری جنوب رودخانهاي )تراس( پادگانههاي از كه گردشده 4 شكل در شده ذکر كانيشناسي ويژگيهاي دارای ماسه نوع این شد. برداري نمونه سازمان کاربردی پژوهشهای مرکز XRD آزمایش در خاك اين آناليز از که است است. آمده دست به کشور شناسی زمین اتيلنترفتاالت پلي 2-2. ریاس و معدنی آب نگهداري بطريهاي آسياب از )( پلياتيلنترفتاالت تراشههاي بازيافت کارگاههاي در زيرآسياب بخش درواقع تراشهها اين شد. تهيه نوشيدنيها چنداني كاربرد بازیافت جانبی ضايعات عنوان به كه است پالستیکی بطريهای 1(. )شكل ميشود ريخته دور معموال و نداشته الستيك فيبر 3-2. تسد به خودروها فرسودهی الستيكهاي رندهكردن از شده استفاده الستيك فيبر )شكل 2 (. است شده جدا کامال آن درون مفتولي قسمتهاي كه است آمده پيشنوشتار 1- ناگزير را ما بشري جامعه زيرساختهاي توسعه و ساختوساز افزون روز گسترش كارگيري به براي است. كرده نامناسب ژئوتكينكي شرايط با زمينهايي از استفاده به آنها مهندسي ويژگيهاي كردن بهينه و بهسازي به بايد ويژگيها اين با زمينهايي مانند گوناگون راههاي از خاک مهندسي ويژگيهاي و مقاومت بهبود ورزيد. مبادرت ميشود. امكانپذير خاك كردن مسلح یا و شيميايي مواد افزودن مكانيكي فرایندهای اب آن مهندسي ويژگيهاي بهسازي خاكو كردن مسلح اخير دهههاي در مواد از استفاده بين ازاین که است گرفته قرار توجه مورد خاك به مصالح افزودن استفاده خاكی مصالح رفتار بهينهسازي بر افزون زیرا دارد ويژهاي اهميت ضايعاتي ضایعات این از ناشی زیستمحیطی آلودگيهای ميزان كاهش سبب آنها از مجدد ميشود. زیست محیط در خاکی مصالح مهندسی رفتار بهبود در پالستیکی ضایعات از استفاده زمينه در پالستيكي ضايعات از نوعي به يك هر كه است گرفته انجام زيادي پژوهشهاي استفاده خاك مهندسي ويژگيهای بهبود براي غيره و ذوب صنايع سربارههاي ميشود. اشاره پژوهشها اين از تعدادي به كه نمودهاند پليمر المانهاي با شده مخلوط ماسههاي مكانيكي ورفتار مقاومت بررسي Criag et al.(1994) توسط ضايعاتي پالستيكي ظروف از آمده بهدست پلياتيلن باربري نسبت و برشي مقاومت بهبود سبب پالستيك خردههاي افزودن كه داد نشان ميشود. ماسهاي خاك كاليفرنيای با ممتد غير الياف كه است آن گوياي Rosa et پژوهشي( al.(2001 مشاهدات بهبود را ماسهاي خاك محصورنشده فشاري مقاومت مطلوبي طور به تصادفي آرايش عملكرد میتوانند بهينه طول يك در الياف كه شد مشخص پژوهش اين در ميبخشد. میدهند. نشان خود از مناسبتری از ميتوان دادكه نشان Furumoto et al. (2002) توسط گرفته انجام پژوهش افزون كه كرد استفاده شده مسلح شيبهاي جوشش از جلوگيري براي بازيافتي الياف داشت. خواهد پی در نيز را نشت برابر در پايداري دامنه جوشش از جلوگيري بر سيمان و الياف با شده مسلح ماسههاي روي بر نشده محصور فشاري تستهاي نمونهها مقاومت بهبود الياف اين افزودن كه انجاميد نتيجه اين به Park (2009) توسط بهسازي خاك در موجود الياف اليههاي تعداد افزايش كه داشت خواهد پي در را 135

2 ارزیابی نقش خردههای بطری بازیافتی و فیبر الستیک فرسوده بر رفتار مهندسی خاک ماسهای 3- نمونهسازي برای كليه آزمايشهاي پيشبيني شده در روش تهيه نمونه استاندارد ASTM معیار قرار گرفت. درصداختالط در نظر گرفته شده براي تهيه نمونهها به صورت درصدهاي و 20 درصد انتخاب شد. نمونهها به صورت دستخورده و با توجه به وزن واحد حجم بهدست آمده از آزمایش تراکم استاندارد بازسازی و آماده شدند و نهایتا تحت آزمایش قرار گرفتند. تمام مراحل آمادهسازی و انجام آزمایشهای مربوطه در آزمایشگاه زمینشناسی مهندسی دانشگاه تربیتمدرس تهران انجام شد. 4- آزمايشهاي انجام شده در اين پژوهش تمام آزمايشهاي انجام گرفته مطابق با روش استاندارد ASTM انجام شد كه شماره هر يك از آنها در استاندارد ASTM در جدول 1 آورده شده است. در آمادهسازي نمونهها نيز از همين استانداردها استفاده شده است آزمايش دانه بندي آزمایش دانهبندی بر روی مصالح ماسهای و فیبرالستیک به روش خشک انجام گرفت ولی در مورد خردههای بطری ضایعاتی به دلیل باردار شدن این ذرات در نتیجه لرزش ناشی از الک کردن و تماس آنها بایکدیگر این خردهها به همدیگر چسبیده و این عمل مانع از عبور خردهها از منافذ الک میشود. به منظور رفع این مشکل دانهبندی خردههای بطری به روش تر برای هر الک به صورت جداگانه انجام گرفت. منحنی دانهبندی مصالح ماسه فیبر و خردههای بطری در شكل 3 آمده است..2-4 آزمايش XRD آزمايش XRD بر روي خاك ماسهاي توسط آزمایشگاه XRD مرکز پژوهشهای کاربردی سازمان زمینشناسی کشور انجام گرفت كه گرافهاي تعيين كننده نوع كانيهاي تشكيل دهنده خاك در شكل 4 آمده است آزمايش تراكم نتايج بهدست آمده از آزمايش تراكم استاندارد بر روي نمونهها به صورت آنچه در شكل 5 ذكر شده است ميباشد كه تغييرات وزن واحد حجم بيشينه خشك را نسبت به افزايش درصد اختالط براي هر دو نوع مواد پالستيكي و الستيكي نشان ميدهد آزمايش برش آزمايش برش مستقيم در سه تنش عمودي مختلف انجام شد كه نتایج به دست آمده از آنها به صورت آنچه در جدول 2 آمده است ميباشد كه نشان دهنده تغيير در چسبندگي و زاويه اصطكاك داخلي مخلوطهاي ايجاد شده است. ميزان تغييرات متفاوت بوده و تابع درصد اختالط ميباشد..5-4 آزمايش CBR اين آزمايش نيز در درصدهاي اختالطي كه در نظر گرفته شده بود انجام گرفت. نتايج حاصل از اين آزمايش به صورت نمودارهاي ذکر شده در شكل 6 است. روند تغييرات نسبت باربري براي هر دو نوع مصالح ايجاد شده روندی کامال متفاوت دنبال ميكند. 5- بحث در نتايج آزمايشها 1-5. آزمايش تراكم افزودن و فيبر الستيك فرسوده سبب كاهش وزن واحد حجم بيشينه مخلوط ايجاد شده ميشود. در مجموع وزن واحد حجم مصالح مخلوط شده با خردههای بطری بیشتر از وزن واحد حجم مصالح مخلوط شده با فیبر الستیک در درصد اختالط مشابه است )شكل 7(. 136 كاهش در وزن واحد حجم مصالح ايجاد شده با فيبر الستيك با كاهش درصد رطوبت بهينه همراه است در حالي كه در مصالح ماسهاي که با خردههای بطری اضافه شده است درصد رطوبت بهينه افزايش يافته است )شكل 5( آزمايش برش مستقيم افزودن خردههاي و فيبر الستيك به خاك ماسهاي سبب تحميل تغييرات افزايشي و كاهشي در پارامترهاي مقاومت برشي آن ميشود اين تغييرات به صورت زير است. چسبندگي که یکی از پارامترهای مقاومتی خاک است در خاك ماسهاي با افزودن فيبر الستيك و خردههای بطری افزايش مييابد. بهرغم افزايش اين پارامتر در هر دو حالت ميزان افزايش در مخلوطهاي ماسه با خردههاي بطری بيشتر از حالت مشابه در مخلوط فيبر الستيك و ماسه ميباشد )شكل 8 (. فيبر الستيك بر زاویه اصطکاک داخلی به عنوان دیگر پارامتر مقاومتی خاك تأثير منفي دارد به این معنی كه افزايش درصد اختالط آن با خاك ماسهاي كاهش زاويه اصطكاك داخلي را در پی دارد كه به عنوان يك ضعف در مصالح ايجاد شده به شمار ميرود. اين در حالي است كه در سوي ديگر افزودن خردههاي بطری به خاك ماسهاي روند افزايشي زاويه اصطكاك داخلي آن را سبب ميشود )شكل 9 (. اين تغيير در زاويه اصطكاك داخلي خاك با توجه به افزايش خردههای بطری يك امتياز مثبت به شمار ميرود كه در نهایت افزايش مقاومت برشي خاك را به دنبال خواهد داشت. بيشينه تنش برشي مصالح ايجاد شده از اختالط خردههاي بطری ضايعاتی و ماسه تنش برشي بيشتري نسبت به مخلوطهاي ماسه و فيبر الستيك تحمل ميكنند. با افزايش مقدار خردههای بطری در خاك تنش تحميلي روند افزايشي دارد )شكل 10 ( ولي در مصالح بهسازي شده با فيبر الستيك اين روند كاهشي است. در واقع با افزايش درصد فيبر موجود در خاك تنش تحميلي كاهش مييابد )شكل 10( آزمايش نسبت باربري كاليفرنيا خردههاي بطری ضایعاتی افزوده شده به خاك افزايش باربري خاك را در پي خواهد داشت و اين بهبود ظرفيت با افزايش درصد خردههاي بطری موجود در خاك افزايش مييابد)شكل 11( اما افزودن فيبر الستيك وضعيت وارونهاي نسبت به بطری ضایعاتی ایجاد كرده و نسبت باربري خاك و مخلوطهاي ايجاد شده را كاهش ميدهد )شكل 11(. اين تغييرات در عدد CBR براي نفوذ 2/5 و 5 ميليمتر نفوذ آشكارا مشخص است. در 2/5 ميليمتر نفوذ پيستون در مخلوط روند افزايشي در نسبت باربری کالیفرنیای مخلوط ماسه و بطری ضایعاتی ايجاد ميکند كه اين روند افزايشي در 5 ميليمتر نفوذ نیز برقرار است )شكل 10 ( در صورتي كه در مصالح بهسازي شده با فيبر بالفاصله با افزودن 5 درصد فيبر به خاك ماسهاي افت ناگهاني در عدد CBR براي هر دو مقدارد نفوذ ياد شده رخ ميدهد) شكل 11(. 6- نتيجهگيري اين پژوهش با توجه به مصالح ايجاد شده و آزمايشهاي انجام شده بر روي آنها نتايجي را به شرح زير در برداشت. - افزودن بطری ضایعاتی و فيبر به خاك ماسهاي ويژگيهاي تراكمي ماسه را دچار تغيير كرده و كاهش وزن واحد حجم آنها را در پي خواهد داشت كه چنين تغييري سبب توليد مصالح سبكتر از مصالح طبيعي ميشود. - خردههاي پالستيك ضايعاتي توليد شده از بطريهاي نوشيدني به دليل صفحهاي بودن باعث متراكمتر شدن خاك ماسهاي شده و وزن واحد حجم بيشتر نسبت به فيبر الستيك را سبب ميشود. - پارامترهاي مقاومت برشي مصالح ماسهاي در اثر افزودن خردههاي افزايش مييابند كه اين امر سبب افزايش مقاومت برشي مخلوط ايجاد شده ميشود اما فيبر الستیک به رغم افزایش چسبندگی بر روی زاویه اصطکاک داخلی اثر منفی دارد. - ايجاد چسبندگي باال درخاك ماسهاي به عنوان يك خاك سست سبب افزايش

3 امیرمهیار اژدرپور و همکاران نسبت باربري كاليفرنياي خاك و بهبود ويژگي هاي مقاومتي آن مي شود درصورتي كه فيبر الستيك نسبت باربري را كاهش مي دهد. خرده هاي پالستيك به علت صفحه اي بودن تخلخل كمتري ايجاد مي كند به همين دليل وزن واحد حجم خاك بهسازي شده توسط اين خرده ها بيشتر از فيبر است زيرا فيبر الستيك يك ساختار شبكه اي را ايجاد كرده و افزايش فضاي خالي در خاك را سبب مي شود كه در پي آن تنش تحملي به وسيله خاك كمتر خواهد شد. از ديدگاه مقايسه اي با توجه به هزينه و امكان تهيه خرده هاي بطری ضایعاتی و فيبر الستيك فرسوده استفاده از خرده هاي بطری ضایعاتی براي بهسازي خاك سست نسبت به فيبر الستيك فرسوده شرايط بهتر و مفيد تري را ايجاد مي كند. استفاده از ضايعات پالستيكي و الستيكي افزون بر بهبود بخشيدن ويژگي هاي مهندسي خاك به دفع آلودگي هاي زيست محيطي ايجاد شده با اين زباله هاي جامد و كاهش حجم زباله هاي انتقالي به محل هاي دفن زباله مي انجامد. شكل -1 بطری های ضایعاتی و خرده های آسیاب شده آنها. شكل -2 الستیک فرسوده و فیبر به دست آمده از آنها. شكل -3 نمودار دانه بندی مصالح ماسه ای خرده های بطری و فیبر الستیک فرسوده. شكل -4 پیک تجزيه XRD و کانی شناسی خاک ماسه ای. 137

4 ارزیابی نقش خردههای بطری بازیافتی و فیبر الستیک فرسوده بر رفتار مهندسی خاک ماسهای شكل 5- منحنیهای تراکم خاک ماسهای با اختالط الف( خردههای بطری ب( فیبر الستیک. شكل 6- منحنی نسبت باربری کالیفرنیای مخلوط ماسه با الف( خردههای بطری ب( فیبر الستیک فرسوده. شكل 7- تغییرات وزن واحد حجم مصالح مخلوط شده با فیبر الستیک و. شكل 8- تغییرات چسبندگی در نتیجه افزایش درصد اختالط مواد افزودنی. 138

5 امیرمهیار اژدرپور و همکاران شكل 9- تغییرات زاویه اصطکاک داخلی در نتیجه افزایش درصد اختالط مواد افزودنی. شكل 10- تغییرات تنش برشی بیشینه در درصد اختالطهای مختلف الف( ب( فیبر. شكل 11- تغییرات عدد CBR در درصدهای اختالط از مواد افزودنی در مقدار نفوذهای الف( 2/5 میلیمتر ب( 5 میلیمتر. 139

6 ماسهای خاک مهندسی رفتار بر فرسوده الستیک فیبر و بازیافتی بطری خردههای نقش ارزیابی شده. انجام آزمایشهای شمار جدول 1 - آزمایش شرح بندی دانه ویژه چگالی تعیین آتربرگ حدود تراکم برش کالیفرنیا باربری نسبت XRD استاندارد نوع ASTM D ASTM D ASTM D ASTM D ASTM D ASTM D و فیبر از مختلف درصدهای با شده مخلوط ماسه برشی مقاومت پارامترهای جدول 2 - نرمال تنش = 171/6 τ 3 نرمال تنش = 88/3 τ 2 اختالط نوع چسبندگی داخلی اصطکاک زاویه نرمال تنش 29/4= τ 1 درصداختالط /6 51/6 22/3 22/3 29/3 29/3 6/3 6/ / /5 26/5 27/7 29/9 6/6 18/8 5 86/ / /9 35/37 25/4 32/5 5/6 26/ / / /3 43/8 22/6 33/9 6/1 30/ / /5 17/4 46/3 20/1 34/5 7/1 37/1 20 References Criag, H. B. & Milind, V. K., Reinforcing sand with strip of reclaimed high densitypolyethylene (HDPE). ofgeotechnical and Geoenvironmental Engineering 120, Rosa, L., Santoni, J. & Tingle, S., 2001-Engineering Properties of Sand-Fiber Mixture for Road Construction. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering127, Furumoto, K., Miki, H.,Tsuneoka, N. & Obata, T., 2002-Model test on the piping Resistance of Short Fiber Reinforced Soil and its Application to River levee. GeosyntheticsDelmas, Gourc& Girard Park, S. S., Effect of fiber reinforcement and distribution on unconfined compressive strength of fiber-reinforced cemented sand, Journal of Geotextiles and Geomembranes 27, Yoon, Y. W., Cheonb, S. H. & Kang, D. S., 2005-Bearing capacity and settlement of tire-reinforced sands. Journal of Geotextiles and Geomembranes22, p. Benson, C. & Khire, M., 1994-Reinforcing sand with strip of reclaimed high density polyethylene. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 120, p. Sobhan, K. & Mashnad, M., 2002-Tensile strength and toughness of soil-cement-flyash composite reinforced with recycled high density polyethylene strips. Journal of material in civil engineering 14, p. ASTM, 2002-Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (D ). Annual Book of ASTM Standards, Vol ASTM, 1998-Standard Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil (D698). Annual Book of ASTM Standards, Vol ASTM, 2006-Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils under Consolidated Drained (D3080). Annual Book of ASTM Standards, Vol ASTM, 1998-Standard Test Method for CBR (California Bearing Ratio) of Laboratory Compacted Soils (D ). Annual Book of ASTM Standards, Vol

7