رفتار مکانو شیمیائی بنتونیت در تغییر یکسان ضخامت لایه دوگانه
حوزه های تحت پوشش: مهندسی عمران (عمومی)
برگزار کننده: موسسه آموزش عالی عمران و توسعه همدان
خصوصیات بنتونیت به میزان زیادی وابسته به اندرکنش کانی های رسی و سیال منفذی پیرامون آن است. فلزات سنگین و آلاینده های آلی از عمده ترین آلاینده های زیست محیطی به شمار می روند. تحقیقات پیشین نشان داده اند که آلاینده ی آلی با کاهش ثابت دی الکتریک و فلزات سنگین و قلیایی با افزایش غلظت و والانس الکترولیت، ضخامت لایه دوگانه را کاهش داده و خصوصیات رفتاری و ساختاری بنتونیت را تغییر می دهند. در فرایند جامد سازی آلاینده ها نیز، متغیرهای مقاومتی ماتریس جامد شده از منظر دوام، کارایی و مقاومت اهمیت ویژه ای دارند. با وجود تحقیقات وسیعی که در خصوص فرایند اندرکنش آلاینده ها با کانی های رسی انجام شده است، در زمینه مقایسه تغییر خصوصیات مهندسی و رفتار ژئوتکنیک زیست محیطی بنتونیت در اندرکنش با آلاینده های مختلف و در شرایط یکسان ضخامت لایه دوگانه تحقیقات محدودی انجام گرفته است.
در این پژوهش به منظور مطالعه اثر آلاینده آلی و نمک، همچنین فلزات سنگین و قلیایی بر خصوصیات مهندسی و ژئوتکنیکی بنتونیت از آلاینده های آلی متانول و دی کلرومتان به همراه سدیم و کلسیم، و فلزات سرب، مس و کلسیم در شرایط یکسان ضخامت لایه دوگانه استفاده شده است. برای ارزیابی تغییرات ریزساختاری و خصوصیات مهندسی نمونه ها، آزمایش های مقاومت فشاری محدود نشده، حدود اتربرگ، رسوب، XRD، pH و SEM بر نمونه های بنتونیت آلوده با غلظت های مشخص از آلاینده ها برای حصول ضخامت لایه دوگانه یکسان، انجام شد. اثر تغییر ترتیب ورود آلاینده های آلی و نمک قلیایی در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهند با وجود ضخامت لایه دوگانه یکسان، تغییر نوع آلودگی بر رفتار مهندسی خاک رسی تاثیر ویژه ای می گذارد. به طوریکه در شرایط یکسان ضخامت لایه دوگانه، افزایش مقاومت فشاری تک محوری نمونه حاوی متانول و سدیم (با ورود اولیه ماده آلی)، ۵۴%بیشتر از نمونه حاوی رسی حاوی دی کلرومتان و سدیم است. در ضخامت لایه دوگانه یکسان ۱۸.۵ آنگستروم، ورود نخست ۳۰% متانول به بنتونیت، مانع از واکنش سدیم کلرید با غلظت ۷۲ سانتی مول بر کیلوگرم خاک با ذرات رسی شده است. این در حالی است که در نمونه های بنتونیت قرار گرفته در معرض ۳۰% دی کلرومتان و سدیم، علاوه بر اندرکنش مولکول های دی کلرومتان با کانی های رسی بنتونیت، ۲۳ سانتی مول بر کیلوگرم خاک یون سدیم نیز وارد واکنش با نمونه رسی شده است. علیرغم ضخامت لایه دوگانه یکسان، فارغ از تک ظرفیتی یا دو ظرفیتی بودن نمک قلیایی و با ورود اولیه ماده آلی، نمونه های حاوی متانول و فلز قلیایی تغییرات ریزساختاری بیشتری نسبت به نمونه های حاوی دی کلرومتان و فلز قلیایی ایجاد کرده است. در حالت کلی تغییر ساختار خاک در نمونه های حاوی متانول بیشتر از نمونه های حاوی دی کلرومتان است، هم چنین حضور نمک سدیم نسبت به نمک کلسیم، تغییرات بیشتری در ساختار خاک ایجاد کرده است.
روند رسوب گذاری نمونه ی بنتونیت حاوی نیترات سرب، مس و کلسیم کلرید با غلظت ۲۰ سانتی مول بر کیلوگرم خاک در ضخامت لایه دو گانه ۱۸.۵ آنگستروم بسیار مشابه است. با این تفاوت که میزان رسوب گذاری در نمونه ی حاوی سرب، نسبت به نمونه های حاوی مس و کلسیم بیشتر بوده است، که این موضوع را می توان به شعاع هیدراته کوچک تر و pH کمتر نمونه ی حاوی سرب نسبت داد. نمونه های حاوی سرب، مس و کلسیم مقدار حد روانی بنتونیت را به میزان قابل توجهی کاهش دادند. این در حالی است که حد خمیری نمونه ها تقریبا ثابت باقی مانده است. همچنین بیشترین افت حد روانی در نمونه ی حاوی سرب رخ داد.
نمونه های رسی حاوی نیترات سرب، نیترات مس و کلسیم کلرید در ضخامت لایه دوگانه ۱۸.۵ آنگستروم، مقاومت فشاری محدود نشده ی نمونه ی بنتونیت را به ترتیب ۳۴%، ۲۴% و ۱۲% افزایش داده اند. مقایسه میزان تغییر شکل نمونه های حاوی فلز سنگین و قلیایی در لحظه گسیختگی نشان داد که با افزایش مقاومت فشاری محدود نشده در این نمونه ها، کرنش مربوط به مقاومت بیشینه، کاهش یافته و نمونه به سمت رفتار ترد میل پیدا کرده است.
کلمات کلیدی: بنتونیت، ضخامت لایه دو گانه، آلاینده آلی، فلز سنگین، فلز قلیایی، خصوصیات خمیری، مقاومت فشاری محدود نشده، رسوب، XRD،pH ، SEM.
***
ارائه دهنده: خانم مهندس مهسا یعقوبی، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران گرایش محیط زیست
استاد راهنما: آقای دکتر وحیدرضا اوحدی، استاد رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک
استاد ممتحن: آقای دکتر جواد طاهری نژاد، استادیار رشته مهندسی عمران گرایش راه و ترابری
استاد ممتحن: آقای دکتر صلاح الدین حمیدی، استادیار رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک
نظرات