Vahid Reza Ouhadi

تثبیت و جامدسازی پایه سیمانی بنتونیت آلوده به فلز سنگین از روشهای متعارف در پروژههای ژئوتکنیک زیستمحیطی است. از بین چسبانندههای مختلفی که در فرآیند تثبیت و جامدسازی بهکار میرود، سیمان پرتلند معمولی با توجه به هزینه نسبتاً کم، دردسترس بودن و انطباقپذیری با محیط زیست، بهنحو گستردهای مورد استفاده قرار گرفتهاست. امروزه بهعلت انتشار گازهای گلخانهای توسط صنایع تولید سیمان و در راستای کاهش مصرف آن، از مواد سیمانی مکمل ) SCM ( استفاده میشود. یکی از موارد جایگزین سیمان، سنگ آهک )کلسیمکربنات( است و از ترکیب سیمان و سنگ آهک، سیمان پرتلند آهکی ) PLC ( تولید شده که در کشورهای اروپایی و کانادا نیز شناخته شدهاست. مطابق با استاندارد اروپا، در سیمان پرتلند آهکی، سنگ آهک به مقدار 5 الی 35 درصد جایگزین سیمان میشود. یکی از رایجترین شکلهای ساختاری کلسیمکربنات کلسیت است. در پژوهش حاضر سیمان با مقادیر 5 ، 10 ، 15 ، 25 و 35 % کلسیت جایگزین شده و بهعنوان چسباننده برای تثبیت و جامدسازی بنتونیت آلوده مورد استفاده قرار گرفته است. بهعلاوه کانیهای کربناتی، با تشکیل رسوبات کربناتی فلزسنگین در نگهداشت یون فلز سنگین )مکانیزم تثبیت(، نقش مؤثری دارند. این پژوهش با هدف بررسی نقش کلسیت در هرکدام از مکانیزمهای تثبیت و جامدسازی و همچنین تعیین مقدار بهینه کلسیت بهعنوان جایگزین سیمان در چسباننده انجام گرفتهاست. فرآیند هیدراسیون سیمان در حضور آب رخ داده و مقدار آب دردسترس سیمان نیز بر این فرآیند تأثیرگذار است؛ همچنین مقدار آب برای تثبیت خاکهای غیر آلوده با هدف کسب مقاومت، برابر با رطوبت بهینه خاک و چسباننده پیشنهاد شدهاست. بنابراین در راستای بررسی تأثیر مقدار آب بر فرآیند هیدراسیون و درنتیجه آن مکانیزمهای تثبیت و جامدسازی، مقادیر 8 / 0 ، 1 ، 2 / 1 و 4 / 1 برابر رطوبت بهینه ترکیب بنتونیت آلوده و چسباننده مورد استفاده قرار گرفتهاست. در این راستا ابتدا مقدار بهینه سیمان برای تثبیت و جامدسازی بنتونیت آلوده به غلظت cmol/kg-soil 100 نیترات سرب، با توجه به نتایج آزمایش TCLP مشخص شده، سپس با ثابت ماندن مقدار بهینه سیمان بهعنوان چسباننده ) 15 %(، کلسیت جایگزین سیمان شدهاست. مکانیزمهای نگهداری آلاینده و همچنین تأثیر متغیرهای کلسیت و مقدار آب با انجام آزمایشهای pH ، TCLP ، UCS ، XRD و SEM مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاست. نتایج بهدست آمده حاکی از آن است که کلسیت درحضور مقدار آب 4 / 1 برابر رطوبت بهینه سبب بهبود قابلیت نگهداری آلاینده در جامدسازی پایهسیمانی شده و تا 15 % جایگزینی سیمان با کلسیت، یون سرب رهاسازیشده در آزمایش TCLP معیار سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا را تأمین کردهاست. همچنین، در مقدار آب 4 / 1 برابر رطوبت بهینه، حضور کلسیت سبب کاهش 10 درصدی سیمان لازم برای کسب مقاومتی مشابه با نمونه فاقد کلسیت گردیده است؛ بهطوری که با جایگزینی 5 درصدی سیمان با کلسیت، افزایش مقاومت نسبت به نمونه فاقد کلسیت مشاهده شدهاست. علت بهبود شرایط رفتاری فوق، افزایش نرخ واکنشهای پوزولانی در مقدار آب 4 / 1 برابر رطوبت بهینه و اثر هستهزایی مؤثر کلسیت در مقادیر کم آن است. دادههای اخذشده از آنالیز XRD و SEM نیز بیانگر آن است که حضور کلسیت درکنار سیمان موجب افزایش مقدار ژل C-S-H و پایداری ترینگایت شده، همچنین ساختاری با تخلخل کمتر نسبت به نمونه فاقد کلسیت حاصل شدهاست

صنعت سیمان امروزه به عنوان یکی از صنایع انتشار دهنده‌ی آلاینده‌ی اقلیمی CO2 شناخته می‌شود. همچنمین عمل‌آوری با کربناتاسیون یکی از روش‌های امیدوارکننده‌ی استفاده و ذخیره‌ی گاز CO2 در مواد مبتنی بر سیمان است. در این تحقیق، نمونه‌های خمیر سیمان، ملات سیمان و بتن در حالت تازه با کربناتاسیون تسریع یافته عمل‌آوری شدند. شرایط پیش عمل‌آوری، به شدت بر میزان کربناتاسیون (عمق و درجه‌ی کربناتاسیون) تأثیر دارد. با اعمال پیش‌ عمل‌آوری مناسب که در طول آن مقدار آب مازاد کاهش یابد و درجه‌ی هیدراتاسیون تا حدودی پیشرفت کند، عمق کربناتاسیون تا mm9.75 و درجه‌ی کربناتاسیون تا %12.87 بهبود یافت. کربناتاسیون روند کسب مقاومت فشاری در سنین اولیه را تسریع می‌بخشد. نمونه‌های ملات سیمان بعد از 24 ساعت کربناتاسیون نسبت به نمونه‌ی شاهد با سن مشابه، %34.09-%28.35 افزایش مقاومت فشاری داشتند. مقاومت فشاری نهایی 28 روزه نیز (به جز حالت D) با نمونه‌ی شاهد قابل مقایسه بود. تشخیص فازهای مختلف تشکیل شده در لایه‌های با فواصل مختلف از سطح نمونه‌های کربناته شده با آزمون XRD صورت گرفت. با اعمال کربناتاسیون یک ساختار یک‌‌دست‌تر، نرم‌‌تر و با حفرات کمتر در تصویر برداری SEM مشاهده شد. نتایج آزمون MIP نشان داد در تمامی نمونه-های کربناته شده درصد تخلخل قابل دسترسی بیش از %30 و قطر بحرانی%34.7-%1.17 نسبت به نمونه‌ی شاهد، کاهش پیدا کرد. بنابراین ساختار منافذ و ریزساختار نمونه‌ها بعد ازکربناتاسیون بهبود می‌یابد. نمونه‌ بتن با درجه‌ی کربناتاسیون %1.53 و عمق کربناته شده‌ی mm 18.75، افزایش 27.82 درصدی در مقدار مقاومت فشاری اولیه نسبت به نمونه‌ی شاهد داشت. همچنین با توجه به آزمون‌های جذب آب سریع (نیم ساعته %3.98 – یک ساعته %5.48 -24 ساعته %10.44) و مقاومت الکتریکی بتن در سنین مختلف (در 3 روزه %118.87 – 14 روزه %32.8 – 28 روزه %10.44)، کربناتاسیون می‌تواند خواص مربوط به دوام بتن را ارتقاء دهد. به عنوان نتیجه، عمل‌آوری مواد مبتنی بر سیمان با کربناتاسیون، با استفاده از گاز خروجی کارخانه‌ی سیمان با درصد خلوص پایین گاز CO2 و روش تحت جریان، بدون نیاز به اعمال شرایط شدید، در راستای بهبود خواص محصول نهایی و به دام انداختن آلاینده‌ی اقلیمی CO2، پیشنهاد می‌شود.

فعالیت‌های اقتصادی در تولید مواد، هر سال مقدار ضایعات فلزات سنگین را افزایش می‌دهد. با افزایش نگرانی مربوط به آلودگی محیط‌زیست و افزایش توجه به توسعه پایدار، مشکل تحرک فلزات سنگین مهم‌تر می‌شود. حضور آلاینده‌های فلزات سنگین در خاک‌های رسی، سبب تغییر در خصوصیات مهندسی خاک مانند نفوذپذیری شده که این موضوع خطر انتشار آلودگی در خاک را بیشتر می‌کند. در سال‌های اخیر روش جامدسازی/تثبیت پایه سیمانی به‌عنوان بهترین تکنولوژی موجود برای علاج بخشی خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، موردتوجه محققان بوده است. دو مکانیزم اصلی جامدسازی و تثبیت آلودگی باعث نگه‌داری فلزات سنگین شده و تحرک‌پذیری آن‌ها را کاهش می‌دهد. البته عوامل محیطی و مواد موجود در خاک با اثر گذاری بر محصولات هیدراتاسیون سیمان و pH، موفقیت روش را در عدم تحرک یون‌های فلزات سمی تحت تأثیر قرار می‌دهند. هدف اصلی این تحقیق تعیین تأثیر الگوی حلالیت دو فلزسنگین، دارای دامنه حلالیت با pH متفاوت، بر مکانیسم غالب در نگه‌داری آلاینده در سیستم خاک-سیمان می‌باشد. به‌منظور دستیابی به هدف موردنظر، ظرفیت بافرینگ بنتونیت و بنتونیت حاوی سیمان اندازه‌گیری شد. سپس آزمایش رسوب برای فلزسنگین مس و کادمیوم، برای تعیین الگوی حلالیت و دامنه‌ی pH رسوب این فلزات سنگین انجام شد. همچنین یک سری آزمایش TCLP و TCLP اصلاح‌شده بر روی نمونه‌های آلوده به غلظت‌های متفاوت فلزسنگین کادمیوم و مس و دو درصد سیمان ۳۰ و ۵۰ درصد انجام شد و درنهایت یک مجموعه آزمایش XRD برای تعیین مکانیزم غالب بر نگه‌داری آلاینده صورت گرفت. اطلاعات رسوب فلزات سنگین ارائه ‌شده نشان داد که انتقال از شکل‌های محلول به شکل‌های رسوبی در محدوده‌ای از مقادیر مختلف pH برای کادمیوم و مس رخ می‌دهد. از طرفی کمیت تغییرات pH در شرایط اسیدی عامل مهمی بر احتمال افزایش یون‌های کادمیوم آزاد شده در نمونه‌های تثبیت/جامدسازی شده می-باشد. نتایج نشان داد که فلزات سنگین استخراج‌شده طی آزمایش‌های TCLP و TCLP اصلاح‌شده به‌شدت وابسته به مقدار pH است. به‌صورتی که با قرار گرفتن pH نمونه‌های تثبیت/جامدسازی شده در ناحیه ایمن با توجه به نتایج آزمایش رسوب مقدار فلزسنگین کادمیوم و مس استخراج‌شده کمتر از حداکثر میزان مجاز اعلام‌شده توسط EPA شده است. به‌طور مثال برای نمونه آلوده به فلزسنگین کادمیوم با غلظت ۱۵۰ سانتی مول بر کیلوگرم خاک در آزمایش TCLP معمولی، غلظت آزاد شده از نمونه برابر با ۶/۷ میلی‌گرم بر لیتر بوده که با تنظیم pH نمونه‌ها در آزمایش TCLP اصلاح‌شده و قرارگیری در ناحیه ایمن (محدوده ۱۲-۱۰) این مقدار به ترتیب برای نمونه‌های تنظیم‌شده در pH ۸، ۱۰ و ۱۲ به ۹/۰، ۸۱/۰ و ۵۳/۰ میلی‌گرم بر لیتر کاهش پیداکرده است. در مقابل برای نمونه آلوده به فلزسنگین مس با غلظت ۵۰ سانتی مول بر کیلوگرم خاک در آزمایش TCLP معمولی غلظت آزاد شده از نمونه برابر ۰۸/۰ میلی‌گرم بر لیتر بوده که با تنظیم pH در نقاط ۸، ۱۰ و ۱۲ در آزمایش TCLP اصلاح‌شده و با خارج شدن pH از ناحیه ایمن این فلزسنگین (۱۰-۵/۷) غلظت آزاد شده از نمونه‌های تثبیت/جامدسازی شده به ترتیب به ۸۳/۰، ۸۵/۰ و ۹۹/۰ افزایش پیداکرده است. با توجه به تأثیر قابل‌توجه pH بر میزان تحرک فلزات سنگین کادمیوم و مس که ناشی از تأثیر مستقیم الگوی حلالیت آن‌ها می‌باشد، می‌توان نتیجه گرفت که مکانیسم تثبیت در بازه‌ی بیشینه رسوب این فلزات سنگین، مکانیسم غالب بوده و با به‌کارگیری این مکانیسم می‌توان از عدم استخراج فلزات سنگین از نمونه‌های تثبیت/جامدسازی شده اطمینان حاصل کرد.

آلاینده‌های فلز سنگین در خاک رسی باعث تغییر خصوصیات خاک شده و این امر موجب افزایش قابلیت حرکت و انتشار آلاینده‌ها در خاک می‌شود. روش تثبیت و جامدسازی پایه سیمانی از متداول‌ترین و پربازده‌ترین روش‌های به کار رفته برای کنترل انتشار آلاینده‌های فلز سنگین در خاک‌ رسی است. این روش با دو مکانیزم تثبیت شیمیایی و جامدسازی فیزیکی باعث نگه‌داری فلز سنگین در ماتریس خاک و سیمان شده و در نتیجه تحرک‌پذیری آلاینده‌ها را کاهش می‌دهد. برای ارزیابی عملکرد روش تثبیت و جامدسازی، معیار‌های مختلفی از جمله مقاومت نمونه‌ها، هدایت هیدرولیکی و شرایط نشت آلاینده‌ها از نمونه‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای بررسی شرایط نشت به طور معمول از آزمایش TCLP مطابق با آیین‌نامه EPA آمریکا استفاده می‌شود. با این وجود محققین بسیاری به محدودیت‌های این آزمایش در بررسی مواد پایه سیمانی اشاره کرده-اند. هدف این پژوهش تعیین رفتار واجذبی آلاینده‌ها از ماتریس خاک رسی- آلاینده فلزسنگین- سیمان در بازه‌های pH متفاوت توسط آزمایش TCLP پیش‌رونده با درصد‌های مختلف سیمان و غلظت‌های متفاوت آلاینده فلز سنگین است. در این پژوهش از خاک رسی بنتونیت با کانی غالب مونت‌موریلونیت و فلزات سنگین سرب، مس و کادمیوم استفاده شده که با درصد‌های سیمان ۳۰ و ۵۰، خاک‌های آلوده به فلزات سنگین تثبیت و جامدسازی شده‌اند. سیمان مورد استفاده برای تثبیت و جامدسازی، سیمان پرتلند تیپ II است. برای دستیابی به هدف پژوهش در ابتدا آزمایش TCLP استاندارد بر روی نمونه‌های بنتونیت آلوده به غلظت‌های مختلف فلزات سنگین و تثبیت و جامدسازی شده با درصد‌های متفاوت سیمان انجام شد. در ادامه آزمایش TCLP پیش‌رونده برای مقایسه نتایج نشت در بازه‌های مختلف pH در مقایسه با نتایج TCLP بر روی نمونه‌ها صورت گرفت. در آخر به منظور بررسی ریزساختاری و تعیین مکانیزم‌های تاثیر‌گذار بر نگه‌داری فلزات سنگین در ماتریس خاک رسی - فلزات سنگین- سیمان آزمایش XRD بر روی نمونه‌ها در مراحل مختلف انجام شد. داده‌های به دست آمده از آزمایشات‌ نشان می‌دهد که با در معرض شرایط اسیدی قرار گرفتن نمونه‌های تثبیت و جامدسازی شده پایه‌سیمانی، با کاهش pH، میزان استخراج فلزات سنگین در بازه‌های مختلف، وابسته به الگوی انحلال‌پذیری آن‌ها بوده و کمترین میزان استخراج برای فلز سنگین سرب در محدوده pH ۸.۵ تا ۱1، فلز سنگین کادمیوم محدوده pH ۱۰ تا ۱۲ و برای فلز سنگین مس بازه pH ۷.۵ تا۱۰به دست آمده است. این امر به دلیل غالب بودن مکانیزم تثبیت، در این بازه‌ها است. در خارج از بازه‌های رسوب آلاینده‌های فلز سنگین، درصد سیمان بیشتر و میزان غلظت اولیه فلز سنگین کمتر منجر به نشت کمتر فلز سنگین شده است. بیشترین تاثیرگذاری مکانیزم جامدسازی در مرحله اول TCLP پیش‌رونده و یا همان TCLP استاندارد بوده است و بیشترین شدت قله C-S-H برگرفته از آزمایش XRD مربوط به این نمونه‌ها بوده است. در نهایت آزمایش TCLP استاندارد برای بررسی قابلیت نشت خاک‌های رسی آلوده به فلزات سنگین تثبیت و جامدسازی شده با سیمان در معرض شرایط اسیدی و نوسانات pH، به دلیل وابستگی زیاد استخراج فلزات سنگین به شرایط pH، نتایج واقع گرایانه‌ای نداده و الزامی است که از آزمایش‌ TCLP پیش‌رونده برای بررسی جامع‌تر و دقیق‌تر شرایط نشت خاک‌های آلوده به فلز سنگین و تثبیت و جامدسازی شده با سیمان استفاده گردد.

در سال های اخیر، نیازهای روز افزون پایداری در بخش ساخت و ساز، جنبه های زیست محیطی تبدیل مواد، تحقیقات مربوط به سیمان پرتلند را تحت تاثیر قرار داده است. استفاده از خاک هایی با سطح مخصوص زیاد در بتن پلاستیک متداول است. زئولیت به واسطۀ قیمت مناسب و قابلیت جذب آب می تواند جایگزین مناسبی به جای خاک های رسی در این فرآیند باشد. با توجه به این حقیقت که فراوان ترین ترکیب موجود در پوسته زمین آلومیناسیلیکات ها هستند، زئولیت به عنوان یک آلومینوسیلیکات در طبیعت به وفور یافت می شود. از سوی دیگر به سبب این که عمدتاً ساخت بتن و عمل آوری سیمان در تماس مستقیم با محیط انجام می شود همواره سیمان و بتن تحت تأثیر شرایط اقلیمی خود قرار دارند. دما مهم ترین عامل اقلیمی است که بیش از هر عامل دیگری بتن را تحت تأثیر قرار می دهد که این تاثیر بر بتن تازه و سخت شده بسیار قابل توجه است. بر این اساس هدف اصلی از تحقیق حاضر تعیین خصوصیات ریز ساختاری زئولیت و تعیین ریزساختاری فرایند اندرکنش زئولیت و سیمان در شرایط دمایی متفاوت است. برای دستیابی به هدف فوق در این پژوهش، یک مجموعه آزمایش ریزساختاری و درشت ساختاری شامل آزمایش های گیرش، pH، EC و آزمایش طیف اشعۀ ایکس (XRD) صورت گرفته است. این آزمایشات با زئولیت معدن های سمنان و درصدهای مختلف سیمان پرتلند تیپ2 (4%، 6%، 10% و 20%) در شرایط دمایی مختلف (20 درجه سانتی گراد، 50 درجه سانتی گراد و 100 درجه سانتی گراد) انجام شده است. نتایج بدست آمده از این پژوهش حاکی از آن است که افزایش دما موجب کاهش زمان گیرش و کاهش فاصله زمانی گیرش اولیه و نهایی می شود. هم چنین حضور زئولیت به عنوان جایگزینی در کنار سیمان، خللی در روند گیرش ایجاد نمی کند. برای شروع واکنش های پوزولانی، pH مخلوط باید از قلیائیت کافی برخوردار باشد تا بتواند حلالیت سیلیکات و آلومینات زئولیت را فرآهم آورد. طبق آزمایش های pH انجام شده، حضور زئولیت در کنار درصدهای مختلف سیمان و عامل تغییردما، pH مخلوط های مورد نظر در دوره های مختلف (آنی، یک روز، هفت روز و 28 روز) به صورت متوسط در دمای 20درجه سانتی گراد نزدیک 12 و در دماهای 50 درجه سانتی گراد و 100 درجه سانتی گراد با افزایش درصد سیمان از 6 درصد به 10 درصد و 20 درصد مقدار متوسط pH 12 و از 12 بیشتر گزارش شده است. هم چنین افزایش طول عمر مخلوط نیز سبب کاهش pH

از آنجا که آلودگی های محیط زیست، به ویژه آلودگی های ناشی از فلزات سنگین، به یکی از مشکلات اصلی جهان تبدیل شده است، لذا امروزه مسیر تحقیقات بسیاری از پژوهشگران بر رفع این آلودگی ها تمرکز پیدا کرده است. تاکنون روش های متنوعی برای کنترل این آلودگی ها مورد استفاده قرار گرفته که به طور کلی شامل روش های شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و حرارتی است. هزینه اجرایی و همچنین میزان تأثیرگذاری این روش ها بر آلاینده های مختلف متفاوت بوده که این امر تلاش برای یافتن روش های بهینه و با تأثیرگذاری بیشتر را مضاعف نموده است. در این پژوهش با ترکیب روش های حرارتی و تثبیت و جامدسازی سعی بر ارائه راهکاری بسیار مؤثر در کنترل آلاینده فلز سنگین سرب می شود. در این پژوهش که بر روی خاک های بنتونیت و زئولیت آلوده به غلظت های مختلف سرب انجام گرفته است، با استفاده از آزمایش های تعیین ظرفیت بافرینگ، تعیین میزان جذب و نگهداری آلاینده و آزمایش آب شویی آلودگی (TCLP)، میزان تأثیرگذاری هر دو روش تثبیت و جامدسازی و اعمال حرارت در نگهداری آلاینده سرب مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این پژوهش با ترکیب دو روش ذکر شده در نگهداری آلاینده سرب، تأثیرگذاری روش اعمال حرارت بر نمونه های خاک آلوده جامدسازی شده با سیمان مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات ریزساختاری نمونه ها با استفاده از آزمایش اشعه ایکس (XRD) مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که استفاده از روش اعمال حرارت به خاک آلوده به سرب که با درصدهای مختلف سیمان جامدسازی شده اند می تواند تأثیر مثبت و نیز تأثیر منفی بر نگهداری آلاینده سرب توسط خاک و سیمان داشته باشد. نتایج این پژوهش نشان می‎دهد که با استفاده همزمان از هر دو روش اعمال حرارت و تثبیت و جامدسازی، به عنوان راهکاری مناسب در کنترل آلاینده سرب، می توان تأثیرگذاری بسیار بیشتری در کنترل آلاینده سرب داشت. با توجه به نتایج، با استفاده از 20% سیمان در تثبیت و جامدسازی بنتونیت آلوده به سرب و سپس اعمال حرارت به آن می توان غلظتی حدود cmo/kg-soil200 آلاینده سرب را به خوبی کنترل کرد. این راهکار نتایج امیدوارکننده ای را در کنترل آلاینده سرب از خود نشان داده اما تحقیقات بیشتری در این زمینه لازم است انجام گیرد. از بین دماهای آزمایش شده در این پژوهش، دمای °C500، بیشترین تأثیر مثبت را در افزایش نگه

فعالیت های صنعتی، اغلب فلزات سنگین را وارد محیط می کند که در اکثر موارد برای اکوسیستم و سلامتی انسان مضر هستند. در میان فلزات سنگین، فلزاتی مانند سرب (Pb) و روی (Zn) به صورت ویژه مورد توجه هستند، دلیل آن نیز سمیت و گستردگی وجود این فلزات در طبیعت است. ورود این آلاینده ها به خاک، از نظر ژئوتکنیک زیست محیطی مشکل ساز بوده و نیاز به ارائه روش های مناسب و بهینه برای دفن مهندسی و مدیریت صحیح پسماند را ایجاب کرده است. تکنولوژی تثبیت و جامدسازی مبتنی بر پایه سیمان گزینه جذاب برای مدیریت آلاینده های فلز سنگین و همچنین ممانعت از انتقال و تسهیل در دفن نهایی آلودگی بوده و باعث کاهش انتشار آلاینده ها به محیط زیست می شود. در میان مواد تثبیت کننده، سیمان پرتلند معمولی به علت در دسترس بودن، قیمت مناسب و سازگاری با بسیاری از آلاینده ها، پرمصرف ترین و رایج ترین ماده چسباننده مورد استفاده در این روش است. فرآیند تثبیت و جامدسازی با استفاده از کانی های رسی به خصوص مونت موریلونیت می تواند به طور مؤثری برای مقابله با انتقال فلزات سنگین به کار گرفته شود. در مجموع هدف اصلی این تحقیق ارزیابی مکانیسم تاثیر سیمان در جامدسازی بنتونیت آلوده بر پتانسیل تورم در کوتاه مدت و درازمدت است. مطالعات پژوهش حاضر در سه بخش ژئوتکنیکی، زیست محیطی و ریزساختاری انجام شده است. در بخش اول آزمایش های پتانسیل تورم و حدود اتربرگ در نمونه های تثبیت/ جامدسازی شده با سیمان انجام شده است. نتایج آزمایش حدود اتربرگ نشان می دهد، شیب نمودار نمونه های آلوده به سرب و روی جامدسازی شده با 20 درصد سیمان به سمت افق میل می کند که نشان دهنده مستقل بودن حد روانی از غلظت آلاینده است و در غلظت های کم تر از cmol/kg-soil 50، سیمان نقش بسزایی در کاهش حد روانی دارد. همچنین، با افزایش دوره مراقبت، مقادیر حد خمیری در کلیه نمونه ها مستقل از غلظت آلاینده و مقدار سیمان است. در نمونه های تک جزئی سرب، روی و دوجزئی سرب- روی با افزایش مقدار سیمان از صفر تا 20% تورم مشاهده شده است که احتمال تشکیل کریستال های فلزی جدید وجود دارد و نیروی داخلی این کریستال ها باعث افزایش حجم نمونه شده است. در بخش دوم تاثیر رفتار کاتیون های تک جزئی و دو جزئی بر رفتار تورمی در نمونه های تثبیت/ جامدسازی شده با سیمان مطالعه شده است. در آزمایش pH مقادیر سیمان شرایط قلیایی

آلودگی خاک ها به فلزات سنگین یکی از مشکلات متداول جهانی است. نه تنها به دلیل رشد جمعیت جهان، بلکه به علت گسترش سریع بخش های صنعتی، اقتصادی و کشاورزی بروز آلودگی اجتناب ناپذیر است. به علت استفاده از تأسیسات دفن زباله های صنعتی، آفت کش ها، کودهای شیمیایی، انتشار از کوره های مخصوص سوزاندن زباله های شهری، فرآیند استخراج فلزات از سنگ های معدنی و صنایع ذوب فلزات، ممکن است خاک با فلزات سنگین (HMs) از قبیل روی (Zn)، کادمیم (Cd)، سرب (Pb) و مس (Cu) آلوده گردد. تخلیه و دفن محصولات آلوده به فلزات سنگین منجر به آلودگی آب های زیرزمینی شده-است. به دلیل تجزیه ناپذیری فلزات سنگین و اثرات خطرناک آن ها بر سیستم های بیولوژیکی، این دسته از آلودگی ها همواره سبب نگرانی های زیست محیطی بوده اند. تثبیت/جامدسازی (S/S) به عنوان یکی از رایج ترین روش های اصلاح زباله های خطرناک شناخته شده و برای دهه ها، در مراکز دفن زباله مورد استفاده قرار گرفته است. سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا (USEPA)؛ جامدسازی با فرآیند سیمانی شدن را به عنوان «بهترین فنّاوری موجود اثبات شده» برای دفن بیشتر و بهتر عناصر سمّی در طبیعت، دانسته است. استفاده از سیمان موجب مصرف زیاد انرژی و افزایش انتشار گاز گلخانه ای CO2 می-شود. تقریباً 5% از CO2 جهان توسط صنعت سیمان تولید می شود. با ارتقاء توسعه پایدار، توجه به سمت چگونگی توسعه مواد سبز با خواص مهندسی مشابه یا حتی بهتر از سیمان جلب شد، از میان ترکیبات به کار رفته در بسیاری از تکنیک های تثبیت/جامدسازی، خاکستر بادی و زئولیت به دلیل ارزان بودن و خواص پوزولانی بسیار خوب آن به طور گسترده ای به عنوان مواد جایگزین سیمان مورد استفاده قرار گرفته است. در مجموع هدف این تحقیق استفاده از خاکستر بادی و زئولیت در پروژه های دفن مهندسی زباله به منظور جلوگیری از گسترش و انتقال آلاینده های فلزات سنگین و صرفه جویی در مصرف سیمان در پروژه های جامدسازی زباله با استفاده از مصالح جایگزین فوق است. برای دستیابی به هدف فوق، خاکستر بادی و زئولیت به صورت 10 الی 50 درصد وزنی خاک جایگزین بخشی از سیمان نمونه های حاوی 10، 30 و 50 درصد سیمان در بنتونیت آلوده به سرب با غلظت های 10، 50، 100 و cmol/kg-soil 150 افزوده شده است. پس از نگهداری نمونه ها طی مدت 7 و 28 روز، نمونه های تثبیت/جامدسازی شده در دو بخش درشت سا

ویژگیهای مطلوب بنتونیت )حاوی کانی رسی اسمکتیت( سبب شده تا از آن به عنوان مصالح بافر در مراکز دفن مهندسی زباله استفاده شود. با توجه به شکل پذیری قابل توجه بنتونیت، شکل گیری ترک در آن کم است. همچنین، خاصیت تورم پذیری بنتونیت سبب پر شدن ترکها، حفرات و فضاهای خالی اطراف پولکها شده و منجر به آب بند بودن این مصالح و کاهش ضریب هدایت هیدرولیکی خواهد شد. که مجموعه این عوامل سبب بهبود خاصیت خودترمیمی در بنتونیت میشود. حضور آلاینده های فلز سنگین در آب حفرهای از طریق تغییر در خصوصیات آب حفره ای بر پتانسیل تورمی و خودترمیمی بنتونیت تأثیر میگذارد. از سوی دیگر، وجود مقادیر فراوان کربنات به عنوان یکی از اجزای اصلی خاکهای رسی و تأثیر آن بر مهندسی خاکها، لزوم مطالعه تأثیر کربنات بر رفتار مهندسی خاکهای رسی را به اثبات میرساند. افزایش درصد کربنات در خاک موجب افزایش چشمگیر قابلیت نگهداشت آلودگی خاک و در نتیجه مقاومت در برابر pH میشود. فلزات سنگین توسط چندین فاز مانند فاز تبادلی، کربناتها، هیدروکسیدها، اکسیدها، مواد آلی و آمورف در سیستم خاک- آب- آلاینده حفظ میشوند. با این حال، از بین همه مکانیسمهای دخیل در نگهداشت فلزات سنگین، کربناتها بیشترین نقش را ایفا میکنند. عامل دیگری که بر رفتار خاک مؤثر است، شرایط دمایی است. تغییرات دمایی در مناطق سردسیر عامل اصلی سیکلهای یخزدن و یخگشایی است. اعمال سیکلهای یخ زدن و یخ گشایی موجب تغییرات گسترده ای در خصوصیات و ساختار خاک با ایجاد ترک و افزایش نفوذپذیری در آن میشود. تورم ناشی از یخ زدن و افزایش رطوبت پس از یخ گشایی، یکی از عواملی است که سبب تورم و نهایتاً کاهش مقاومت و ظرفیت باربری نهایی خاکها میشود که در مناطق سردسیر با توجه به آنکه سطح سفره زیرزمینی بالا است، حائز اهمیت است. از آنجا که رفتار اسمکتیت ها به مقدار قابل توجهی تابع شرایط فیزیکی- شیمیایی محیط است، اثرات آلاینده های فلز سنگین و سیکل های یخ زدن و یخگشایی بر روی اسمکتیتها توسط فلوکوله شدن، بازچینش ذرات خاک و انتقال آلودگی تعیین میشود. در مجموع، تعیین تفاوت بین اثر سیکل های یخزدن و یخگشایی بر قابلیت خودترمیمی و خصوصیات ژئوتکنیک زیست محیطی خاکهای رسی کربناتی و کربنات زدایی شده در حضور فلز سنگین مس، هدف اصلی و از جنبه های نوآوری پژوهش حاضر است. برای این منظور از خاک بنتونیت با درصدهای مختلف

چکیده: با رشد صنعت و شهرسازی در ده های اخیر، حجم زیادی از آلاینده فلز سنگین وارد خاک شده، که بیشتر از استانداردهای جهانی است. آلاینده های فلز سنگین خصوصیات مهندسی خاک را تحت تأثیر قرار داده و از دیدگاه زیست محیطی برای سلامتی بشر مضر است. احتمال نشت فلز سنگین به همراه حرارت ناشی از زباله هسته ای، به خاک بنتونیت اطرف زباله که باعث تغییر در خصوصیات مهندسی خاک می شود، وجود دارد. از طرف دیگر خاک های رسی در مواردی همچون اصلاح حرارتی خاک های آلوده به فلز سنگین، تثبیت حرارتی و ساخت مصالح ساختمانی همواره تحت حرارت قرار می گیرند. به این جهت پژوهشگران مطالعات بسیاری در خصوص تأثیرات حرارت و آلاینده فلز سنگین بر خصوصیات خاک و روش های رفع آلودگی این فلزات انجام داده اند. روش اصلاح حرارتی از دیرباز به منظور کاهش تحرک پذیری آلاینده فلز سنگین مورد توجه بشر بوده است. با وجود مطالعات وسیع در زمینه ی اصلاح حرارتی خاک ها، توجه جامعی به مکانیزم جامدسازی آلاینده در خاک های رسی دارای کربنات کلسیم و تعیین نقش کربنات کلسیم در فرایند جامدسازی نشده است. بر این اساس هدف از انجام این پژوهش بررسی تأثیر حرارت و آلاینده فلز سنگین بر تغییرات ریزساختاری خاک رسی و نحوه جامدسازی آلاینده در حضور و عدم حضور کربنات کلسیم در درجه حرارت های مختلف است. بدین منظور دو نوع خاک رسی بنتونیت کربنات دار و کربنات زدایی شده در ترکیب با آلاینده فلز روی در غلظت های 20، 70 و 120 سانتی مول بر کیلوگرم خاک در معرض سطوح حرارتی مختلف، 25 تا 1000 درجه سانتی گراد با گام تقریباً 100 درجه، به مدت 2 ساعت قرار گرفته اند. در ابتدا با استفاده از آزمایش های درشت ساختاری همچون حدود اتربرگ و هیدرومتری به بررسی تغییر ساختار خاک بنتونیت کربنات دار و کربنات زدایی شده تحت حرارت و آلاینده فلز روی پرداخته شده است. در این پژوهش برای ارزیابی آلودگی فلز سنگین در خاک رسی و مقدار جامدسازی آن در دماهای مختلف اصلاح حرارتی، از آزمایش شستشوی مواد سمی (TCLP)، استفاده شده است. سپس برای تحلیل و بررسی دقیق مکانیزم جامدسازی آلاینده از دیدگاه ریزساختاری از آزمایش های pH، اندازه گیری هدایت الکتریکی (EC)، استخراج متوالی آلاینده فلز سنگین (SSE)، تیتراسیون و پراش پرتو ایکس (XRD) استفاده شده است. طبق نتایج بدست آمده در این پژوهش تأثیر توأم آلاینده فلز روی و حرا

خاک های آلوده به فلز سنگین از مشکلات متداول ژئوتکنیک زیست محیطی در سراسر جهان هستند. آلودگی خاک اغلب ناشی از چند نوع فلز سنگین است که سرب و مس به عنوان خطرناک ترین و شایع ترین آلاینده های محیط زیست شناخته شده اند. خاک های رسی به عنوان یکی از بهترین لایه های محافظ و جذب کنندۀ آلاینده های زیست محیطی تلقی می شوند. وجود سطح مخصوص چشم گیر، نفوذپذیری بسیار کم و ظرفیت تبادل کاتیونی زیاد رس ها سبب شده است که این مصالح در پروژه های ژئوتکنیک زیست محیطی به طور وسیع استفاده شوند. از سیمان برای تثبیت و جامدسازی خاک های رسی آلوده به فلز سنگین استفاده می شود. با وجود تحقیقات وسیعی که در زمینه تثبیت پایه سیمانی خاک های آلوده صورت گرفته است، در زمینه تأثیر کربنات کلسیم بر این فرایند تحقیقات بسیار محدودی انجام شده است. هدف اصلی از تحقیق حاضر تعیین تأثیر کربنات کلسیم بر فرایند جامدسازی پایه سیمانی بنتونیت آلوده به فلز سنگین سرب است. برای دستیابی به هدف فوق در این تحقیق، یک مجموعه آزمایش ریزساختاری و درشت ساختاری شامل آزمایش های گیرش، مقاومت فشاری تک محوری، pH و آزمایش طیف اشعۀ ایکس (XRD) صورت گرفته است. این آزمایشات با غلظت های مختلف سرب و درصدهای مختلف سیمان و کربنات کلسیم برای نمونه های حاوی خاک بنتونیت انجام شد. نتایج بدست آمده از این تحقیق حاکی از آن است که: آلوده شدن خاک بنتونیت به مقادیر مختلف فلز سنگین سرب در حضور درصدهای مختلف سیمان سبب تغییر در زمان گیرش اولیه می شود. به این ترتیب که هرچه غلظت سرب موجود در خاک بنتونیت بیشتر باشد، زمان گیرش اولیه نیز افزایش پیدا می کند. ضمن آنکه افزایش میزان کربنات کلسیم موجود در نمونه منجر به کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی شده است. به طریقی که می توان این گونه استنباط نمود که حضور کربنات کلسیم همانند سیمان برای جامدسازی فلز سنگین سرب مفید بوده و مانع حرکت آلایندۀ فلز سنگین سرب می شود. از سوی دیگر، کربنات کلسیم به علت ظرفیت بافرینگ مناسب سبب رسوب سرب به صورت ترکیبات کربناتی شده و لذا از تأثیر یون های سرب بر افزایش زمان گیرش مصالح جامدسازی شده می کاهد. با این وجود، رسوب بخشی از ترکیبات کربنات سرب بر ذرات سیمان، باعث اختلال در واکنش های

رشد تکنولوژی و استفاده بیشتر از مواد شیمیایی، باعث تولید روزافزون پسماندها و آلاینده های خطرناک به ویژه آلاینده از نوع فلزات سنگین شده است. ورود این آلاینده ها به خاک، از نظر ژئوتکنیک زیست محیطی مشکل ساز بوده و نیاز به ارائه روش های مناسب و بهینه برای دفن مهندسی و مدیریت صحیح پسماند را ایجاب کرده است. یکی از روش های اصلاح برای مدیریت و کاهش انتشار آلاینده های فلز سنگین به محیط زیست، استفاده از تکنولوژی تثبیت و جامدسازی (S/S) است. استفاده از این فرایند موجب پایدارسازی فیزیکی و شیمیایی مواد آلوده در طولانی مدت، تبدیل آن ها به یک ماده مهندسی مناسب و امکان استفاده مجدد از محل را فراهم می کند. در میان مواد تثبیت کننده، سیمان پرتلند معمولی به علت در دسترس بودن، قیمت مناسب و سازگاری با بسیاری از آلاینده ها، پرمصرف ترین و رایج ترین ماده چسباننده مورد استفاده در این روش است. همچنین بنتونیت به دلیل ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و سطح مخصوص (SSA) بزرگ، قادر به جذب و نگهداری فلزات سنگین هستند. از طرفی جایگزینی بخشی از سیمان پرتلند با مواد پوزولانی، از نظر زیست محیطی، با نیازهای خاک سازگار بوده و مزایای فنی و اقتصادی نیز دارد. یکی از مواد جایگزین مناسب در تثبیت خاک ها، افزودنی های متشکل از نانوذرات است. در بین نانو مواد رایج، نانو سیلیس به دلیل سطح ویژه فوق العاده بزرگ و اینکه ماده ای پوزولانی است با 99% سیلیس، نقش مؤثری در بهبود خواص ترکیبات سیمانی و واکنش های پوزولانی ایفا می کند. با تزریق این ماده به ترکیبات سیمانی، سیلیس لازم برای واکنش با کلسیم هیدروکسید (CH) و تولید بیشتر نانو ساختار هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) فراهم می شود. در مجموع هدف اصلی این تحقیق ارزیابی مکانیزم تأثیر نانو سیلیس بر فرایند جامدسازی فلز سنگین کادمیوم در حضور سیمان و بنتونیت است. استفاده از نانو سیلیس در فرایند جامدسازی آلاینده های فلز سنگین از جنبه های نوآوری در این تحقیق است. مطالعات پژوهش حاضر در سه بخش مقاومتی، زیست محیطی و ریزساختاری انجام شده است. در بخش اول مطالعه و بررسی واکنش های هیدراسیون سیمان و نحوه تشکیل نانو ساختارهای C-S-H در حضور ذرات سیلیس در طی زمان صورت گرفته است. نتایج حاکی از آن است که مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) نمونه های 28 روزه بنتونیت آلوده به cmol/ kg- soil 10 کادمیوم تثبیت و جا

خاک رس واگرا خاکی است که به محض تماس با آب ذرات آن از یکدیگر جدا شده و در آب پراکنده می شود. واگرایی پدیده ای فیزیکی- شیمیایی است که بیشتر در خاک های رسی اتفاق می افتد، واگرایی وابستگی زیادی به نوع نمک های لایه دوگانه و سیال حفره ای خاک دارد، این پدیده باعث مشکل در بسیاری از پروژه های مهندسی شده است. وقوع واگرایی در ﺧﺎﮐﺮﯾﺰﻫﺎ، دﯾﻮاره ﻫﺎی کانال های ﺧﺎﮐﯽ، جاده ها، شانه راه ها و ﺳﺪﻫﺎی ﺧﺎﮐﯽ ﻣﺸﮑﻼﺗﯽ به وجود ﻣﯽ آورد ﮐﻪ ﻏﯿﺮﻗﺎﺑﻞ ﺟﺒﺮان است. در بسیاری از پروژه های عمرانی، عدم شناسایی درست خاک های رسی واگرا باعث بوجود آمدن خسارات جبران ناپذیری شده است، زیرا 4 آزمایش کرامپ، پین هول، هیدرومتری دوگانه و آزمایش های شیمیایی که برای شناسایی این خاک ها استفاده می شود، هنوز دارای مشکلات زیادی در شناسایی درست خاک های واگرا هستند. از این رو هدف این پژوهش مطالعه تأثیر میزان مکش و نوع کانی رسی بر نتایج آزمایش عصاره اشباع برای تعیین درصد واگرایی خاک های واگرا است. در این تحقیق تأثیر سه نمک سدیم، پتاسیم و کلسیم در مکش های مختلف بر واگرایی خاک در آزمایش عصاره اشباع مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از آزمایش های عصاره اشباع، هیدرومتری دوگانه، درصد سدیم تبادلی، حد روانی، pH و EC، بر اساس استانداردهای مربوط، برای شناخت درست تر خاک های واگرا استفاده شده است. برای بررسی موضوع تأثیر کانی رسی در نتایج آزمایش عصاره اشباع از دو خاک با کانی های مختلف به نام بنتونیت با کانی غالب مونت موریلونیت و خاک واگرای طبیعی دشت قزوین با کانی غالب ایلیت استفاده شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد که خاک های حاوی در صد سدیم بزرگتر از 60 درصد، بیشترین واگرایی و کمترین حساسیت را به تغییرات مکش دارند و خاک های حاوی یون غالب کلسیم، باعث کمترین واگرایی نسبت به پتاسیم و بیشترین حساسیت را نسبت به تغییرات مکش دارند، در نتیجه تغییرات مکش در نمودار شیمیایی شراد ناحیه واگرایی خاک را تغییر می دهد، به عبارت دیگر، نقطه نظیر خاک از ناحیه غیرواگرا به ناحیه مشکوک به واگرایی منتقل می شود. در مورد تأثیر کانی رسی، خاک های CL به دلیل بار منفی و جذب آب کمتر و CEC کمتر، حساسیت کمتری نسبت به خاک های CH، در تغییرات مکش دارند. در مواردی از آزمایش بعضاً تناقضی میان آزمایش هیدرومتری دوگانه با سایر آزمایش ها مشاهده می شود، که به دلیل تأثیر مو

در بین روش های مختلفی که برای حذف آلاینده ها وجود دارد، فرآیند جذب فلزات سنگین توسط رس‎ها به‎ویژه بنتونیت، به دلیل فراوانی، هزینه‎های پایین، سادگی طراحی، سهولت اجرا و عدم حساسیت به مواد سمی گسترش یافته است. بنتونیت به عنوان پوشش مناسب در مراکز دفن زباله، به‎طور گسترده مورد استفاده قرار می‎گیرد تا از آلودگی خاک‎ بستر مراکز دفن زباله و آب‎های زیرزمینی توسط شیرابه‎های حاوی فلزات سنگین، جلوگیری کند. در نتیجه، بررسی هر عاملی که بر خواص زیست‎محیطی بنتونیت اثرگذار بوده و ممکن است جذب و نگهداشت آلاینده فلز سنگین را تحت الشعاع قرار دهد، ضروری است. از آنجایی ‎که سدیم- بنتونیت و کلسیم- بنتونیت، بیشترین سهم خاک‎های مورد استفاده در مراکز دفن مهندسی زباله را تشکیل می‎دهند، پس باید اثر تغییر نوع کاتیون لایه دوگانه را بر نگهداری فلز سنگین توسط بنتونیت بررسی کرد تا خاکی با بیشترین بازدهی و کارایی، به عنوان پوشش مناسب در مراکز دفن زباله‎ استفاده شود. از طرفی، خاک های رسی به دلایل مختلف در معرض حرارت قرار می گیرند. نتایج تحقیقات گذشته نشان می‎دهد که حرارت باعث ایجاد تغییرات مهمی در رفتار مهندسی خاک از منظر ریزساختاری و ژئوتکنیکی می شود. با وجود آن‎که تحقیقات وسیعی در خصوص تأثیر حرارت بر ویژگی‎های رس‎ها، اثرگذاری کاتیون لایه دوگانه بر رفتار خاک و همچنین اندرکنش کانی های رسی و آلاینده‎های فلز سنگین، به طور مجزا انجام شده است ولی توجه محدودی به موضوع تأثیر حرارت و همچنین تأثیر هم‎زمان حرارت و نوع کاتیون لایه دوگانه، بر جذب فلزات سنگین توسط خاک، شده است. بنابراین مهم ترین هدف این پژوهش، بررسی تأثیر توأم حرارت و نوع کاتیون‎ لایه دوگانه، بر جذب آلاینده فلز سنگین مس در خاک های رسی با دامنه خمیری زیاد، نظیر بنتونیت است. بدین منظور ابتدا خاک‎های سدیم- بنتونیت و کلسیم- بنتونیت همویونیک شده در آزمایشگاه، تحت حرارت‎های مختلف 25، 200، 400، 600، 800 و 1000 درجه سانتیگراد، قرار داده شده‎اند. همچنین برای تهیه خاک‎های آلوده، به نمونه‎های حرارت دیده محلول نیترات مس آب‎دار Cu(NO3)2.3H2O، با توجه به اهداف مورد نظر در این پژوهش، در پنج غلظت 10، 30، 50، 100 و cmol/kg- soil150 اضافه شد. سپس آزمایش‎‎های ریزساختاری مانند آزمایش پراش پرتو ایکس (XRD) نمونه‎های بدون آلاینده و حاوی آلاینده، آزمایش تعیین سطح مخصوص

آلودگی خاک به مواد آلی و سمی، یک مشکل شایع زیست محیطی است. گزارش ها حاکی از آن است که مجموع سایت های آلوده شده به این مواد در کشورهای آمریکا, کانادا و انگلستان به ترتیب برابر 294000، 30000 و 511 مورد بوده است. در این میان آلاینده های آلی یکی از مهم ترین آلاینده های محیط زیست هستند که نشت این آلاینده ها علاوه بر تأثیرهای مخرب زیست محیطی مانند آلودگی آب های زیرزمینی و آب دریاها، باعث تغییراتی در خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک می شود. مواد آلی علاوه بر این که به صورت شیرابه از زباله های صنعتی وارد محیط زیست می شوند می توانند از طریق فعالیت-هایی همچون تولید یا در هنگام ذخیره سازی، حمل ونقل، توزیع و ریختن تصادفی نیز باعث آلودگی محیط زیست شوند. خاک هایی که در طبقه بندی CH و CL قرار می گیرند همچون بنتونیت و کائولینیت به منظور جلوگیری از نفوذ آلاینده به آب-های زیرزمینی، به صورت گسترده ای به عنوان لاینر مورد استفاده قرار می گیرند، از این رو بررسی رفتار این نوع خاک ها در برابر آلاینده امری مهم و ضروری است. رفتار سیستم خاک-سیال حفره ای متأثر از انرژی های بین ذره ای و ضخامت لایه دوگانه است و طبیعت مایع منفذی بر این دو اثرگذار است. مطابق معادله ضخامت لایه دوگانه تغییر در ثابت دی الکتریک و غلظت کاتیون های مایع منفذی، تغییرات ضخامت لایه دوگانه را کنترل می کند. ماده آلی موجب تغییر در ثابت دی الکتریک مایع منفذی می شود. هنگامی که مایع منفذی با مایعات آلی جایگزین می شود، به علت تفاوت ثابت دی الکتریک ماده آلی با آب منفذی، باعث تغییرات قابل توجه در خصوصیات خاک رس می شود. به طورکلی، چنین تغییراتی به عنوان یک تابع از ثابت دی-الکتریک مایع منفذی و تغییر در ساختار خاک مربوطه گزارش می شود. سازوکار این تغییرات در ساختار خاک هنوز به طور کامل درک نشده است. هدف اصلی پژوهش حاضر بررسی تأثیر ثابت دی الکتریک آلاینده های آلی بر خصوصیات ریزساختاری و ژئوتکنیکی خاک های رسی است. در بخش اول این پژوهش، تأثیر تغییر ثابت دی الکتریک مایع منفذی حاوی درصدهای حجمی 0، 10، 20، 30، 40، 50، 70 و 100 درصد ایزوپروپیل الکل بر بنتونیت و کائولینیت در آزمایش های ریزساختاری و ژئوتکنیکی بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که با کاهش ثابت دی الکتریک ناشی از افزایش غلظت ماده آلی، ساختار ذرات به سمت مجتمع شدن تمایل یافته اند. تغی

رس های واگرا یکی از انواع خاک های مسئله دار هستند که به محض تماس با آب، چسبندگی خود را از دست داده و با پراکنده شدن ذرات به اطراف، دچار فرسایش و حل شدگی می شوند. عامل اصلی پراکندگی پولک های رسی در واقع حاکم شدن نیرو های دافعه بر جاذبه بین ذرات است. واگرایی اصولاً تحت تأثیر متغیرهایی چون کانی شناسی، مشخصات سیال حفره ای یا فرسایش دهنده خاک و نمک های حل شده در خاک است. همچنین به صورت ویژه متأثر از حضور کانی های رسی فعال مانند مونت موریلونیت و حضور کاتیون های سدیم در آب حفره ای و لایه دوگانه است. استفاده از خاک های رسی واگرا در سازه هایی مانند سد های خاکی، کانال های آبیاری و خاکریز جاده ها می تواند سبب ناکارآمدی پروژه و یا حتی تخریب آن شود. از این رو اصلاح و کنترل خاک های واگرای موجود امری ضروری به نظر می رسد. بر این اساس مطالعات زیادی در زمینه روش-های تثبیت خاک های واگرا با افزودن و اختلاط موادی از قبیل آهک، سیمان و پوزولان با خاک واگرا انجام شده است. دستخوردگی، جابه جایی خاک، عدم تزریق پذیری رس و استفاده از موادی با عوارض زیست محیطی زیاد از محدودیت های روش های رفع واگرایی معمول بوده اند. از سوی دیگر افزودنی های جدید نیز به علت تولید محدود و صرفه اقتصادی چندان کاربردی نبوده اند. روش الکتروسینتیک به دلیل هزینه و عوارض زیست محیطی کم و سهولت اجرا، به عنوان یکی از فناوری-های معمول، مؤثر و نسبتاً نوین برای اصلاح خاک های مسئله دار، بهبود خصوصیات مهندسی و رفع آلودگی از خاک های سطحی و زیر سطحی مورد توجه قرار گرفته است. روش الکتروسینتیک، با اعمال میدان الکتریکی به یک جفت الکترود مثبت و منفی مستقر در یک توده خاک موجب الکترولیز مولکول های آب و تولید یون های هیدروژن در الکترود آند شده که این یون ها در میدان الکتریکی به سمت کاتد حرکت می کنند. اندرکنش این یون ها با پولک های رسی توده خاک متخلخل قرار گرفته در مابین دو الکترود موجب کاهش pH خاک و به تبع آن کاهش بار خالص پولک های رسی و کاهش میزان پراکندگی خاک می شود. از طرفی به واسطه مکانیسم جریان الکترواسمزی و انتقال الکترویونی، سیال حفره ای و به همراه آن کاتیون های الکترولیت مخزن آند و همچنین کاتیون های سدیم موجود در آب حفره ای به سمت کاتد انتقال داده شده و از آنجا خارج می شوند. بنابراین تأثیر مجموعه این مکانسیم ها موجب شده تا فرایند ا

با گسترش روز افزون جوامع بشری و افزایش میزان تولید آلاینده های فلزات سنگین، نیاز اساسی به جلوگیری از گسترش و انتقال این آلاینده ها امری ضروری است. انتخاب روش دفن ایمن آلاینده های فلزات سنگین در اولویت است. کاربرد خاک بنتونیت به عنوان جاذب طبیعی آلاینده، در مباحث ژئوتکنیک زیست محیطی زیاد است از جمله می توان به لایه رسی در مراکز دفن زباله اشاره کرد. خصوصیات لایه رسی در مراکز دفن زباله تحت تأثیر مشخصات شیرابه ها (غلظت و نوع فلزات سنگین) در طول زمان تغییر می کند که این با افزایش نفوذپذیری موجب ناکارآمدی لایه رسی مرکز دفن می شود. تحقیقات متعددی در رابطه با اصلاح ناپایداری مشخصات لایه رسی تحت تأثیر مشخصات شیرابه از طریق اضافه کردن افزودنی هایی مانند ماسه و خاکستر بادی، توسط محققین در دست انجام است. خاکستر بادی پسماند ناشی از سوزاندن زغال سنگ در نیروگاه های برقی-حرارتی است. تولید بسیار زیاد این پسماند معضلات زیست محیطی بسیاری بهمراه داشته است و دفن ایمن آن نیز بسیار پرهزینه است. بنابراین بهترین شیوه، استفاده مجدد از این پسماند با توجه به خصوصیات آن، در مصالح و سازه های مهندسی است. خصوصیاتی از خاکستربادی که در مباحث ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست محیطی اهمیت دارد، خواص پوزولانی و وزن مخصوص کم آن است. با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی انواع مختلف خاکستر بادی، می توان آنرا به طور کلی در دو کلاس F و C طبقه بندی کرد. استفاده از خاکستر بادی کلاس F در تثبیت خاک های رسی با دامنه خمیری زیاد مانند بنتونیت بسیار مورد توجه محققین بوده و تحقیقات زیادی نیز در این زمینه صورت گرفته است. ولی تحقیقات انجام شده در رابطه با اندرکنش خاک بنتونیت حاوی خاکستر بادی در تماس با آلودگی فلزات سنگین بسیار اندک بوده است. با توجه به آنکه استفاده از ترکیب بنتونیت- خاکستر بادی می تواند موجب بهبود خصوصیات بنتونیت برای استفاده در لایه های رسی مراکز دفن زباله شود، بنابراین هدف این تحقیق بررسی نقش خاکستر بادی کلاس F در تغییر خصوصیات مهندسی بنتونیت همچنین تاثیر آلودگی فلز سنگین سرب بر خصوصیات ترکیب درصد های مختلف خاکستر بادی با بنتونیت، از منظر درشت ساختاری و ریزساختاری است. برای این منظور غلظت های متفاوت فلز سنگین سرب به ترکیبات بنتونیت حاوی درصدهای مختلف خاکستر بادی افزوده شده است. به منظور بررسی فرایند اندرکنش از م

ل

ل

ل

در مراکز دفن مهندسی زباله، استفاده از خاک های رسی، به منظور جلوگیری از نفوذ شیرابه و پساب به آب زیرزمینی متداول است. خاک رسیِ به کار رفته در این مراکز، در اثر تماس با آلایندهی آلی و نیز تحمل سیکلهای یخبندان و ذوب، دچار تغییرات وسیعی در خصوصیات مهندسی خود می شود که دامنه ی این تغییرات، تابعی از pH اولیه ی خاک است. با توجه به کمبود مطالعات انجام گرفته ی قبلی در حوزه ها ی بررسی تأثیر pH اولیه و اثر توأمان سیکل های یخبندان و ذوب و آلاینده ی آلی بر تغییر خصوصیات مهندسی خاک رسی، هدف پایان نامه ی حاضر مطالعه ی دامنه ی تغییرات برخی خصوصیات فیزیکی خاک رس آلوده شده با مواد آلی در فرآیند یخبندان و ذوب است. در این راستا در پژوهش حاضر بر تأثیر pH اولیهی خاک و ثابت دی الکتریک سیال آلی بر این فرآیند نگرش ویژه ای شده است. در این تحقیق، ابتدا سوسپانسیون هایی از نمونه خاک رسی از دو نوع بنتونیت و کائولینیت در آب مقطر تهیه شدند. سپس با استفاده از اسید هیدروکلریک و سدیم هیدروکسید یک مولار، pH اولیهی متفاوتی برای هر یک از آن ها تثبیت شد. منظور از تثبیت pH، حصول یک pH مشخص و ثابت بعد از تعادل مخلوط سوسپانسیون است. سپس نمونه های خشک شده با استیک اسید یا اتانول (به عنوان آلاینده آلی) به تعادل رسیده و بخشی از آنها قبل و برخی دیگر بعد از اعمال هفت سیکل یخبندان و ذوب مورد آزمایش های حدود اتربرگ و رسوب قرار گرفتند. به علاوه از برخی از نمونه هایی که احتیاج به تحلیل بیشتری داشتند تصویربرداری به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. از نتایج این تصویربرداری در تفسیر داده های آزمایش های رسوب و حدود اتربرگ استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که با تثبیت pH اولیه ی بنتونیت روی pH برابر 11، حد روانی آن 18 درصد افزایش و با تثبیت pH اولیهی آن روی pH برابر 6، حد روانی آن 74 درصد کاهش می یابد. هم چنین اندرکنش بنتونیت با آلاینده ی آلی استیک اسید و اتانول در غلظت 100% موجب کاهش به ترتیب 68 و 52 درصدی حد روانی آن شده است. حد روانی بنتونیت طبیعی بعد از تحمل هفت سیکل یخبندان و ذوب به میزان 42 درصد کاهش یافته، اما در حضور آلاینده ی آلی استیک اسید و اتانول حد روانی بنتونیت بعد از تحمل هفت سیکل یخبندان و ذوب به ترتیب 15 و 7 درصد افزایش نشان می دهد. داده های حاصل از آزمایش رسوب (ته نشینی سوسپانسیون در استوا

ل

از خاک رسی بنتونیت به سبب خصوصیات تورمی قابل توجه، نفوذپذیری بسیار کم و مشخصات فیزیکی و شیمیایی مطلوب در پروژه-های دفن مهندسی زباله استفاده می شود. با استفاده از این خاک در آستر مراکز دفن مهندسی زباله، سدی در مقابل حرکت آلاینده به سمت آب های زیرزمینی ایجاد می شود. ورود آلاینده به آستر و تغییر در خصوصیات سیال حفره ای بنتونیت ممکن است سبب ایجاد تغییرات گسترده ای در رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی این گونه خاک ها شود. آلاینده های آلی پارامترهای مختلف سیال حفره ای مانند ثابت دی الکتریک، گرانروی و pH را دچار دگرگونی کرده که در نتیجه ، مشخصات مطلوب بنتونیت از جمله تورم و خودترمیمی آن تا حد بسیار زیادی کاهش می یابد. با توجه به کمبود مطالعات انجام گرفته بر روی تأثیر آلاینده های آلی بر رفتار تورمی و خودترمیمی بنتونیت و همچنین بررسی همزمان تأثیر نوع کاتیون لایه دوگانه و آلاینده ی آلی بر این خصوصیات، هدف این تحقیق مطالعه ی تأثیر کاتیون لایه دوگانه بر رفتار خودترمیمی بنتونیت در اندرکنش با آلاینده های آلی تعریف شده است. بدین منظور از آلاینده های آلی متانول، اتانول، استیک اسید و دایوکسان بر روی دو خاک بنتونیت مرجع و بنتونیت تک کاتیونه شده با یون کلسیم استفاده شده است. در این تحقیق، آزمایش های درشت ساختاری شامل حدود اتربرگ، آزمایش رسوب در استوانه مدرج، اندازه گیری مقدار تورم آزاد در استوانه مدرج و آزمایش تورم در ادومتر بوده و در مقیاس ریزساختاری نیز آزمایش XRD مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که اندرکنش آلاینده ی آلی با بنتونیت (به عنوان یک خاک با خاصیت خمیری و تورمی بسیار زیاد)، سبب تغییر در رفتار آن به سوی رفتار خاک لای می شود. حد روانی بنتونیت برای غلظت های 40% آلاینده های متانول، اتانول، استیک اسید و دایوکسان به ترتیب کاهش 13، 15، 40 و 56 درصدی نشان داده است. این مقادیر برای بنتونیت تک کاتیونه شده با یون کلسیم به ترتیب کاهش 9، 7، 26 و 39 درصد نشان داده است که از این نتایج می توان دریافت که ساختار کلسیم بنتونیت نسبت به نمونه بنتونیت از پایداری بیشتری برخوردار بوده است. پایداری بیشتر ساختار کلسیم بنتونیت سبب می شود که خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی آن در حضور آلاینده ی آلی تغییرات کمتری را تجربه کند. تبدیل بنتونیت مرجع به کلسیم بنتونیت سبب

در مهندسی ژئوتکنیک زیست محیطی یکی از روش های متداول در رفع انواع آلودگی از خاک استفاده از الکتروسینتیک است. تحقیقات انجام شده نشان می دهد که کانی های کربناتی نگهدارنده های خوب یون های فلزی سنگین و فسفات هستند؛ و در نتیجه زیاد شدن درصد کربنات در خاک نه تنها باعث رسوب یون های فلزی و مانع انتقال آن ها می شود بلکه تشکیل کربنات های فلزی نیز باعث کاهش نرخ انتقال آلاینده های فلزی در طی فرایند الکتروسینتیک خواهد شد. از سوی دیگر، عوامل کی لیت ساز یکی از مؤثرترین موادی هستند که به منظور شدت بخشی استخراج فلزات سنگین از خاک های آلوده می توان از آنها به عنوان محلول شستشوی خاک در فرایند الکتروسینتیک استفاده نمود. در تحقیقات صورت گرفته در خصوص رفع آلودگی به روش الکتروسینتیک، فقدان یک مطالعه جامع در زمینه مقایسه تغییرات بازدهی روش الکتروسینتیک در رفع آلودگی از خاک های رسی کربنات دار و بدون کربنات در حضورEDTA کاملاً مشهود است. در این راستا هدف اصلی این پژوهش مطالعه تأثیر EDTA در روش الکتروسینتیک برای رفع آلودگی فلز سنگین از خاک کائولینیت کربنات زدائی شده می باشد. به همین منظور، آزمایش های الکتروسینتیک شدت بخشی شده با اضافه کردن محلول 0.1 مولار EDTA به مخزن آند و 0.2 مولار NaOH به مخزن کاتد، با مقادیر مختلف فلزسنگین و درصدهای مختلف کربنات زدایی انجام شد. نمونه سازی در آزمایش ها به صورت ساخت سوسپانسیون و سپس کاهش رطوبت نمونه ها انجام شد تا از همگنی نمونه ها اطمینان حاصل شود. ولتاژ اعمال شده به دوسر نمونه در طول آزمایش ثابت و برابر 15 ولت بوده است و سلول اصلی دستگاه برای قراردادن نمونه خاک در آن، به شکل استوانه به قطر داخلی 72 میلیمتر و به طول 145 میلیمتر از جنس پلکسی گلاس انتخاب شده است. نتایج آزمایش ها، افزایش بازده فرایند الکتروسینتیک در اثر کربنات زدایی را در درصدهای مختلف آلاینده فلز سنگین نشان می دهند. به عنوان مثال کاهش 4 درصدی کربنات طبیعی در نمونه های کائولینیت شامل 5 سانتی-مول بر کیلوگرم- خاک آلاینده سرب، سبب افزایش بازده از 30.5 به 53.4 درصد شده که نشان دهنده افزایش 75 درصدی در بازده رفع آلودگی می باشد. همچنین تأثیر شدت بخشی آزمایش الکتروسینتیک در رفع آلودگی با EDTA نسبت به آزمایش های بدون شدت بخشی بیشتر بوده، به طوری که کاهش 4 درصدی کربنات و شدت بخشی با EDTA در نمونه های کا

ل

خاک های ریزدانه خاصی در طبیعت وجود دارند که به محض تماس یافتن با آب و بدون نیاز به گرادیان هیدرولیکی به سرعت تحت فرسایش قرار می گیرند. این خاک ها که عموماً حاوی کانی های رسی با غلظت زیاد یون سدیم در لایه دوگانه هستند، به-عنوان خاک های واگرا شناخته شده اند. مهندسین عمران به علت خصوصیات خاص خاک واگرا مانند نفوذ پذیری بسیار کم و تورم زیاد، از آن در هسته و پرده آب بند سدهای خاکی و در مراکز دفن زباله نیز به عنوان لایه محافظ پوشاننده استفاده می-کنند. در بررسی خرابی های به وقوع پیوسته در سدهای خاکی و خاکریزهای ساخته شده در بسیاری از کشورها مشاهده شده-است که عمده خرابی ها به دلیل وجود خاک واگرا در احداث آن ها و وقوع پدیده رگاب یا آب شستگی در آن ها بوده است. همچنین در صورت استفاده از خاک واگرا برای ساخت خاکریز جاده ها، بارندگی موجب آب شستگی خاکریز می شود. با توجه به مزایا و معایب خاک های واگرا، شناخت خاک و عوامل موثر بر رفتار آن امری اجتناب ناپذیر است. به دلیل اهمیت خاک های واگرا، تاکنون مطالعات مختلفی در خصوص پدیده واگرایی و عوامل موثر بر آن انجام شده است. مطالعات قبلی نشان داده اند که نوع کانی رسی و مشخصات آب حفره ای از جمله مهترین عوامل موثر بر واگرایی هستند. براساس مطالعات انجام شده در حالت طبیعی، خاک های حاوی کانی مونت موریلونیت، پتانسیل واگرایی بیشتری نسبت به خاک های حاوی کائولینیت دارند. همچنین بنا بر مطالعات انجام شده، غلظت نمک های موجود در آب حفره ای، pH و نوع آنیون و کاتیون موجود در سیال حفره ای، تاثیر به سزایی در پراکندگی ساختار خاک دارند. براساس نتایج به دست آمده با افزایش pH مایع حفره ای، بار منفی برخی ذرات رسی افزایش یافته و سبب پراکندگی ذرات می شود. همچنین وجود کاتیون سدیم در فاز تبادلی و محلول و همچنین آنیون های با جذب مخصوص مانند بیکربنات، باعث افزایش پتانسیل واگرایی خاک ها می شوند. اگرچه در مطالعات قبلی بر روی اندرکنش مایع حفره ای و خاک مطالعاتی صورت گرفته است، اما در زمینه تعیین رفتار واگرایی کانی های خالص رسی، براساس مشخصات آب حفره ای خاک واگرای طبیعی و همچنین تفاوت کاتیون های با ظرفیت یکسان ولی با نوع متفاوت، بر پدیده واگرایی، تحقیقات محدودی صورت گرفته است. همچنین در تحقیقات گذشته، شرایط واگرایی کائولینیت و بنتونیت در حالت عادی بررسی شده و در زمینه تفاوت

g

با گسترش روزافزون جمعیت و توسعه صنعتی، تولید زباله یکی از جدی ترین مشکلات زیست محیطی جدید به حساب می آید. آلاینده های مختلف به خاک نفوذ کرده و تهدیدی برای سلامت انسان ها به شمار می آیند. دفن مهندسی زباله و رفع آلودگی از سایت های آلوده از جمله اقداماتی است که خطرات حاصل از حضور آلاینده های مختلف را کاهش می دهد. خاک های رسی به علت ویژگی های خاص از جمله نفوذپذیری بسیار کم، سطح مخصوص قابل توجه و قابلیت اندرکنش با آلاینده ها به طور گسترده در مراکز دفن زباله مورد استفاده قرار می گیرند. در مراکز دفن زباله، خاک دائماً در معرض آلودگی های مختلف قرار می گیرد. خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی رس ها به شدت به مشخصات آب حفره ای آن ها وابسته است، بنابراین خواص خمیری رس ها نیز تحت تأثیر آلودگی تغییر می کند. نتایج نشان می دهند که نوع و غلظت کاتیون آب حفره ای و همچنین دما، pH و ثابت دی الکتریک آن، از جمله عوامل موثر بر تغییر خصوصیات خمیری خاک های رسی به حساب می آیند. به طورکلی از منظر مهندسی ژئوتکنیک، طبقه بندی به عنوان ابزاری در ارزیابی اولیه یک خاک تلقی می شود. عموماً نوع طبقه بندی یک خاک بر اساس آزمایش های دانه بندی و حدود اتربرگ تعیین می شود. در خاک های ریزدانه، حدود خمیری، شامل حد روانی و دامنه خمیری تعیین کننده نوع خاک است. با توجه به تغییرات به وجود آمده در حدود اتربرگ ناشی از تغییرات سیال حفره ای، این مطلب که طبقه بندی رس نیز تغییر کند دور از انتظار نخواهد بود. با وجود تحقیقات متعددی که در زمینه اثرات خصوصیات سیال حفره ای بر رفتار خمیری خاک های رسی انجام شده است، در خصوص تأثیر آلاینده ها بر تغییر طبقه بندی خاک تحقیقات محدودی صورت گرفته است. بر این اساس هدف اصلی این پژوهش، مطالعه تأثیر آلاینده های فلز قلیایی و فلز سنگین بر تغییر طبقه بندی خاک های رسی می باشد. برای دستیابی به هدف فوق، خاک های رسی کائولینیت و بنتونیت در معرض محلول هایی با غلظت های مختلف آلاینده های فلز سنگین مس (Cu) و روی (Zn) و فلزات قلیایی سدیم (Na) و کلسیم (Ca) قرار گرفتند. پس از حصول اطمینان از اندرکنش بین آلاینده ها و خاک رس، مخلوط الکترولیت- خاک در گرم خانه قرار داده شد تا خاک کاملاً خشک شود. آزمایش های حدود خمیری، هیدرومتری، pH و XRD بر روی نمونه های آلوده انجام پذیرفت و در ادامه نتایج اخذ شده از آ

فرایند یخ زدن و ذوب بر رفتار خاک های رسی تأثیرات ویژه ای می گذارد. پولک های رسی دارای لایه دوگانه می باشند که ضخامت این لایه به موارد متعددی از جمله ظرفیت (والانس) کاتیون ها و همچنین غلظت آنها بستگی دارد. فرایند یخ زدن و ذوب سبب می شود که در مشخصات لایه دوگانه اطراف پولک رسی تغییرات قابل توجه ای رخ دهد. علیرغم تحقیقات وسیعی که در زمینه فرایند یخ زدن و ذوب صورت گرفته است به موضوع تأثیر کاتیونهای قلیائی بر رفتار مهندسی رس ها در طی فرایند یخ زدن و ذوب توجه کافی صورت نگرفته است. درک این موضوع به شناخت جامع تر فرایند یخ زدن و ذوب خواهد انجامید. بر این اساس، هدف اصلی این تحقیق مطالعه و تعیین تاثیر حضور و جایگزینی کاتیون های قلیایی در خاک های رسی حاوی نمک در فرایند یخ زدن و ذوب بر رفتار مهندسی خاک های رسی است. از سوی دیگر، مشخصات آب حفره ای خاک های رسی دارای نقش تعیین کننده ای در رفتار ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی کانی های رسی می باشد. برای این منظور از دو نوع نمونه رسی کائولینیت و بنتونیت با خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوتکنیک زیست محیطی مختلف و غلظت های متفاوتی از دو نوع نمک سدیم کلرید و کلسیم کلرید استفاده شده است. برای دستیابی به هدف این پژوهش پس از اعمال سیکل های یخ زدن و ذوب-شدن بر نمونه های رسی حاوی غلظت های مختلف نمک، دو سری آزمایش های درشت ساختاری ( حدود اتربرگ، تحکیم یک بعدی و تورم) و ریز ساختاری ( ظرفیت تبادل کاتیونی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی) انجام شده است. نتایج نشان می دهد که افزودن نمک کلسیم کلرید باعث کاهش شدید ضخامت لایه دوگانه و همچنین تغییر ساختار خاک بنتونیت شده است. بطوریکه با افزایش غلظت از 25 تا 200 سانتی مول بر کیلوگرم خاک نمک کلسیم کلرید تغییر محسوسی در حد روانی و تحکیم ساختار خاک ایجاد نمی شود. این امر نشان دهنده اثر کاتیون دو ظرفیتی کلسیم، در ساختار خاک بنتونیت است. از طرفی افزودن نمک سدیم کلرید باعث ایجاد دو رفتار متفاوت در خاک شده است. نخست آنکه غلظت 50 سانتی مول بر کیلوگرم خاک، باعث پراکندگی در ساختار خاک شده است. رفتار دوم در غلظت های 100 و 200 سانتی مول بر کیلوگرم خاک دیده می شود که ساختار خاک بنتونیت تثبیت شده است. به بیان دیگر افزودن نمک کلسیم کلرید در هر غلظتی سبب تثبیت ساختار خاک می شود. در صورتیکه سدیم کلرید در غلظت های کم باعث واگرایی و

در این تحقیق ابتدا نمونه های همویونیک بنتونیت در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی تهیه شده و خصوصیات مهندسی آنها به تفکیک تعیین شده است. در این راستا با مقایسه نتایج اخذ شده از آزمایش های صورت گرفته بر نمونه همویونیک بنتونیت و بنتونیت بدون عمل آوردگی، تأثیر تغییر کاتیون لایه دو گانه بر رفتار مهندسی و تحکیمی بنتونیت تعیین شده است. آنگاه نمونه های همویونیک بنتونیت به تفکیک در معرض چند ماده آلی با ثابت دی الکتریک و غلظت های متفاوت قرار داده شده و تأثیر فرایند اندرکنش مواد آلی بر رفتار مهندسی بنتونیت مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین نمونه های بنتونیت همویونیک شده در قالب تحکیم در معرض مواد آلی فوق (با ثابت دی الکتریک و غلظت متفاوت) قرار گرفته و مشخصات تحکیمی خاک، مورد مطالعه آزمایشگاهی و تئوریک قرار گرفته است. به استناد تجزیه و تحلیل نتایج اخذ شده و ارزیابی نتایج با مدلهای تئوریک موجود، امکان تعیین تأثیر نوع کاتیون لایه دو گانه بر رفتار تحکیمی بنتونیت در اثر اندرکنش با آلاینده های آلی و تجزیه و تحلیل تئوریک این رفتار فراهم شده است. مجموعه آزمایشات این تحقیق بر اساس استاندارد ASTM و مقالات علمی معتبر انجام شده و در انتها نتایج بدست آمده از آزمایش با نتایج حاصل از تئوری های موجود مقایسه شده و خلاءهای موجود در روابط تئوری مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.