Senior Defense: تحکیم اسمزی خاک های رسی همویونیک در اندرکنش با نمک های قلیائی و بررسی اثر آن بر انتقال کاتیون ها به آب زیرزمینی

تحکیم اسمزی خاک های رسی همویونیک در اندرکنش با نمک های قلیائی و بررسی اثر آن بر انتقال کاتیون ها به آب زیرزمینی روز شنبه، 18 اسفند، 1397 توسط موسسه آموزش عالی عمران و توسعه در شهر همدان استان همدان برگزار می شود.

نمک موجود در سیال حفره ای خاک می تواند برپارامترهای هیدرو-مکانیکی خاک های رسی به عنوان مصالح آب بند در مراکز دفن پسماندهای شهری، هسته سدهای خاکی و سایر مواردی که از رس استفاده شده است، تأثیر بگذارد. از سوی دیگر با توجه به تغییرات اقلیمی به وجود آمده و کاهش بارندگی ها، جلوگیری از آلودگی منابع آبی در مراکز دفن زباله امری مهم محسوب می شود. تغییر حجم ایجاد شده در اثر گرادیان اسمزی، تحکیم اسمزی نامیده می شود. تفاوت غلظت در دو نقطه باعث ایجاد گرادیان اسمزی و تحکیم اسمزی می شود. تحکیم اسمزی از جمله مشکلاتی است که در اثر نشت آلودگی به خاک رسی ایجاد می شود. از سوی دیگر امروزه استفاده از رس های تک کاتیونه مورد توجه قرار گرفته است و این رس ها به صورت گسترده در مراکز دفن مهندسی زباله مورد استفاده قرار می گیرند. جذب آلاینده توسط بنتونیت تک کاتیونه سریع تر و کامل تر انجام می گیرد. تک کاتیونه سازی راهی برای دستیابی به ساختار یکسان و پایدار در خاک است. پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر همویونیک سازی بر رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی خاک بنتونیت تک کاتیونه شده در مقایسه با بنتونیت مرجع انجام شده است. در مطالعات آزمایشگاهی و کاربردی، به منظور تک کاتیونه سازی همواره غلظت های بزرگتر از ظرفیت تبادل کاتیونی خاک مورد استفاده پژوهشگران بوده است و تحقیقات کمی در خصوص تاثیر غلظت کاتیون بر روند همویونیک سازی و میزان همویونیک شدن خاک در انواع غلظت ها انجام شده است. تاثیر غلظت در فرآیند تک کاتیونه سازی خاک بنتونیت اکثرا به وسیله آزمایش جذب بررسی می شود و بررسی تاثیر غلظت به وسیله آزمایشات عملی و کارگاهی کمتر مورد توجه قرار گرفته است.آزمایش جذب به لحاظ آزمایشگاهی زمان بر و هزینه بر است بنابراین یافتن روشی جایگزینی می تواند باعث کاهش زمان و هزینه اجرای پروژه ها شود. در این پژوهش به منظور بررسی تاثیر افزایش غلظت نمک بر فرآیند تک کاتیونه کردن خاک، آزمایش رسوب بر روی نمونه های خاک بنتونیت تک کاتیونه شده با 12 غلظت مختلف الکترولیت حاوی کلسیم کلرید انجام شده است. همچنین برای ارزیابی تأثیر تغییرات فاز مایع بر ساختار خاک در هر مرحله آبشویی، آزمایش رسوب بر روی نمونه ها انجام شد. به منظور تکمیل نتایج آزمایشات رسوب، آزمایش XRD و حد روانی بر روی یک سری از نمونه ها انجام شد و در نهایت آزمایش تحکیم و آزمایشات انتقال کاتیون ها آزمایشات جذب اتمی در خاک به منظور ارزیابی ریسک آلودگی آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش رسوب 4 ناحیه مجزا را در رفتار خاک نشان داده است. در غلظت کلسیم کلرید به میزان 58 سانتی مول بر کیلوگرم خاک به دلیل مقدار رسوب مطلوب در مقایسه با سایر غلظت های زیاد (250، 1000 و 4000 سانتی مول بر کیلوگرم خاک) به عنوان غلظت بهینه و با صرفه از نظر اقتصادی انتخاب شده است. نتایج ارائه شده در بخش تحکیم نشان داده است که همویونیک سازی، باعث کاهش 67 درصدی فشار تورم شده است. همچنین افزایش غلظت نمک در سلول تحکیم باعث کاهش زمان رسیدن به حداکثر فشار تورم شده است. تغییرات ارتفاعی در نمونه های همویونیک شده در تماس با غلظت های مختلف نمک، به دلیل وقوع تحکیم اسمزی 40 درصد کمتر از نمونه های بنتونیت طبیعی در تماس با همان غلظت بوده است. این موضوع به این معنی است که همویونیک سازی باعث ایجاد تحکیم اسمزی در نمونه های همویونیک شده است. ضرایب تحکیم و نفوذپذیری دو پارامتر مهم است که از نتایج آزمایش تحکیم حاصل می شود. این ضرایب برای نمونه های همویونیک شده که در تماس با غلظت های مختلف نمک کلسیم کلرید )به عنوان آلاینده(قرار گرفته اند، کاهش یافته است. عکس این حالت در نمونه های همویونیک شده که در تماس با غلظت های مختلف نمک سدیم کلرید )به عنوان آلاینده( قرار گرفته اند، اتفاق افتاده است. نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دهنده تفاوت تاثیر نمک سدیم و کلسیم و به تبع آن تاثیر ظرفیت در عملکرد اسمزی خاک است و به طور کلی تاثیر غلظت نمک اضافه شده به عنوان آلاینده، در مقادیر رسوب، فشار تورم و تخلخل نمونه ها بیشتر از تاثیر نوع آلاینده است. نمونه های تحکیم تهیه شده در این پژوهش، شبیه سازی از شرایط طبیعی خاک در هنگام تغییر خصوصیات آب زیرزمینی (افزودن الکترولیت نمک به سلول تحکیم است. در این شرایط خاک دستخوش تحکیم اسمزی و کاهش تورم اسمزی شده و کاتیون های قابل حل آن می تواند وارد آب زیرزمینی شود. این فرآیند منجر به آلودگی آب زیرزمینی خواهد شد. پس از اتمام آزمایش تحکیم به منظور بررسی اثر تحکیم اسمزی بر نمونه ها و با توجه به تغییرات حداکثری در مقادیر ارتفاع و نسبت تخلخل در نمونه های در تماس با غلظت 0.25 مولار، نمونه های حاوی این غلظت به منظور انجام آزمایش جذب اتمی مورد استفاده قرار گرفت. افزایش و کاهش مقادیر کاتیون ها در نتایج حاصل شده از آزمایش جذب به خوبی گویای ایجاد گرادیان اسمزی در نمونه ها بوده است. بیشترین تغییرات غلظت مربوط به نمونه بنتونیت تک کاتیونه شده در تماس با 0.25 مولار CaCl 2 بوده است که برای کاتیون کلسیم با 148 درصد افزایش )حدود 1.5 برابر) و برای کاتیون سدیم با 83 درصد کاهش، بیشترین تغییرات را نسبت به بنتونیت طبیعی دارا بوده است. این تغییرات کاملاً قابل توجیه است زیرا فرآیند آبشویی در نمونه های همویونیک شده باعث خروج کاتیون های قابل حل در لایه آب حفره ای شده است. بنابراین درصد سدیم کاهش قابل توجهی داشته است. از آنجایی که نمونه تک کاتیونه بوده است، ظرفیت پذیرش کاتیون اضافی را در لایه دوگانه به مقدار محدودی داشته و کلسیم موجود در الکترولیت 0.25 مولار CaCl 2 در سلول تحکیم، باعث افزایش این کاتیون ها در آب حفره ای شده است. نتایج حاصل شده از آزمایش جذب تصدیق کننده نتایج حاصله از آزمایشات تحکیم بوده است.
واژه های کلیدی: بنتونیت، تحکیم اسمزی، رس همویونیک، نمک های معدنی، رسوب، لایه دوگانه، آزمایش جذب اتمی

***

ارائه دهنده: خانم مهندس پریسا جمشیدی، 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 صلاح الدین حمیدی، استادیار رشته مهندسی عمران گرایش ژئوتکنیک
استاد ممتحن: آقای دکتر محمدرضا طهماسبی، استادیار رشته مهندسی عمران