سنجش خصوصيات ژئوتكنيكي مصالح سيماني‌شده با استفاده از رسوب ميكروبي القايي كربنات‌كلسيم

دكتري

ستون سنگي به‌عنوان يكي از روش‌هاي مرسوم و ارزان در بهسازي خاك به‌شمار مي‌آيد. در اين روش، مصالح سنگي با استفاده از تكنيك‌هايي در ميان پروفيل خاك متراكم شده و به‌صورت ستوني در درون خاك شكل مي‌گيرد كه در نتيجه، باعث افزايش ظرفيت باربري و كاهش نشست مي‌گردد. براي اجراي اين ستون‌ها، معمولاً از مصالح سنگي طبيعي استفاده مي‌شود. همچنين در ساختگاههايي كه فشار محصوركننده خاك كافي نمي‌باشد، ستونسنگي سيمانيشده (صلب) به‌كار گرفته ميشود. عامل سيمانيكننده مورد استفاده در ستونسنگي سيمانيشده، معمولاً سيمان پرتلند و يا آهك است. اين تحقيق امكانسنجي استفاده از رسوب القايي ميكروبي كربناتكلسيم (به‌عنوان عامل سيماني‌كننده) براي ساخت ستونسنگي سيماني با استفاده از سنگدانههاي بتن بازيافتي است؛ اما به‌علت ماهيت بين رشتهاي، اين موضوع در چهار گام تحقيقاتي مورد بررسي قرار گرفته است. اولين گام، تعيين نوع ميكروارگانيزم مورد استفاده و كارايي آن مي‌باشد. به اين دليل كه پروژههاي بهسازي خاك در مكان‌هاي جغرافيايي گوناگوني و نيز با شرايط زيستمحيطي متفاوتي انجام مي‌پذيرد و امكان دارد كه استفاده از يك ميكروارگانيزم غيربومي، باعث تغيير در فلور طبيعي خاك شود. لذا در اولين گام، امكان استفاده از يك ميكروارگانيزم بومي در سيماني‌سازي ماسه ريز و مدت زماني كه مي‌تواند پس از سيماني‌سازي زنده بماند، مورد تحقيق قرار گرفته است؛ يعني بقا و مقاومت مكانيكي ايجادشده در خاك توسط ميكروارگانيزم بومي و ميكروارگانيزم معمول موجود در تحقيقات ساير محققين ارزيابي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه ميكروارگانيزم بومي، قابليت خوبي در بهسازي خاك (ايجاد مقاومتي تا حدود 5/2 مگاپاسكال در خاك ماسهاي ريزدانه) و نيز بقاي كمتري پس از سيماني‌سازي دارد (ميكروارگانيزم بومي بر اساس آزمون بقا طراحي شده 7 روز زنده ماند). دومين گام، بررسي خصوصيات مكانيكي و دوام سنگدانههاي طبيعي و بتن بازيافتي سيماني‌شده با رسوب القاي ميكروبي بود. در اين راستا، مقاومت فشاري تك‌محوري، پايداري دمايي، جذب آب، سيكل ذوب و يخ‌زدگي مصالح سيماني‌شده كه به شكل مكعبهايي به ابعاد 10×10×10 سانتي‌متر ساخته شده بودند، سنجش گرديد. نتايج مقاومت فشاري اين مصالح (سنگدانههاي بتن بازيافتي سيماني‌شده با رسوب القايي ميكروبي) نشان مي‌داد كه مصالح ساخته شده، قابل مقايسه با برخي مصالح موجود در صنعت ساختمان است و مقاومت فشاري تك‌محوري بيشينه آنها به 33/9 مگاپاسكال رسيد. مدول الاستيسيته (E) ستونسنگي از جمله پارامترهاي مهم طراحي (محاسبات نشست) مي‌باشد و ستونسنگي سيماني (صلب) به‌طور معمول با سيمان پرتلند ساخته مي‌شود و از آنجا كه به‌دليل حفظ نفوذپذيري اين ستون‌ها، اخيراً از بتن تراوا به جاي ستونسنگي استفاده مي‌گردد، در سومين گام، تخلخل كل و مؤثر، مقاومت فشاري تك‌محوري و مدول الاستيسيته مصالح سيمانيشده متخلخل (با ساخت بتن تراوا در سه سطح تخلخل 42، 40 و 45 درصد) توسط سيمان پرتلند و رسوب القايي ميكروبي كربناتكلسيم ارزيابي گرديد. نتايج مقاومت فشاري نشان مي‌داد كه در اندازه ذرات بين 75/4 و 7/2 ميليمتر، براي دستيابي به بتن متخلخلي با تخلخل 42% و مقاومت فشاري تقريباً 3/2 مگاپاسكال، به 113 كيلوگرم رسوب ميكروبي و يا 250 كيلوگرم سيمان پرتلند در مترمكعب نياز است. با بررسي مدول الاستيسيته (E) مصالح سيماني‌شده، نتايج نشان مي‌داد كه مصالح سيماني‌شده با رسوب ميكروبي، داراي مدول الاستيسيته بزرگتري نسبت به مصالح سيماني‌شده با سيمان پرتلند است و رفتار تردي دارند. نهايتاً با توجه به اينكه بخش قابل توجه خصوصيات مكانيكي مصالح سيماني‌شده، به خصويات ريزساختار ماده سيمانيساز و ناحيه اتصال اين ماده به سنگدانه مربوط مي‌گردد، در گام چهارم با بهرهگيري از آزمون دندانهگذاري در مقياس نانو توسط نوك بركوويچ، ريزساختار خمير سيمان پرتلند، رسوب خالص ميكروبي و خصوصيات ناحيه انتقالي سنگدانه و ماده سيمانيساز، ارزيابي شدهاست. نتايج اين آزمون‌ها نشان مي‌داد كه رسوب ميكروبي، برخلاف سيمان پرتلند، فازهاي تشكيل‌دهنده متفاوتي ندارد و مدول الاستيسيته رسوب ميكروبي (69 گيگاپاسكال) به‌طور متوسط، دو برابر مدول الاستيسيته فاز سيليكات كلسيم هيدراته خمير سيمان پرتلند (34 گيگاپاسكال) است. از طرف ديگر، طبق نتايج به‌دست آمده، مشخص شد كه در سيماني شدن با استفاده از رسوب ميكروبي، ناحيهاي به‌عنوان ناحيهي انتقالي با آن ماهيتي كه در مورد خمير سيمان پرتلند مطرح است، وجود ندارد.

196383

دانشگاه علم و صنعت ايران

عمران

دكتر صابرماهاني