نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 3 پاییز 3333 6622

تأثیر نمک سدیم کلرید بر تورم، تراکم پذیری و
نفوذپذیری بنتونیت

نادر شریعتمداری، محمد مهدی یزدان پناه؛
دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی عمران، گروه خاک وپی سعید سعیدی جم؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد همدان، گروه خاک وپی تاريخ: دريافت 23/33/33 پذيرش 5/8/32 چکیده
نمک موجود در آب دریا، گنبد های نمکی یا شیرابۀ پسماند های شهری می تواند بر پارامتر های هیدرو-مکانیکی بنتونیت به عنوان مصالح آب بند در مراکز دفن پسماند های هسته ای و روکش لندفیل ها تأثیر بگذارد. این گزارش به بررسی تأثیر نمک سدیم کلرید روی حدود اتربرگ، تورم، تحکیم و نفوذپذیری بنتونیت می پردازد. آزمایش تورم و تحکیم روی نمونه ها ،با دستگاه ادئومتر موجود در دانشگاه علم و صنعت ایران برای محلول سدیم کلرید با غلظت های صفر ،55/5، 3/5، 5/5 و 2 مولار صورت گرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده، افزایش اندک غلظت نمک محلول نیز موجب کاهش پتانسیل تورم بنتونیت به میزان چشم گیری خواهد شد، به طوری که تورم بنتونیت با افزایش غلظت از آب خالص تا محلول سدیم کلرید با غلظت 2 مولار از حدود 82 درصد به حدود 5/3 درصد کاهش می یابد. حد روانی و پتانسیل خمیری بنتونیت نیز با افزایش غلظت محلول کاهش می یابد اما حد خمیری بنتونیت تغییر چشم گیری نمی کند. زمان به تعادل رسیدن تورم و تحکیم نمونه ها با توجه به افزایش نفوذپذیری با افزایش غلظت محلول کاهش می یابد. نفوذپذیری بنتونیت در مرحلۀ تورم با افزایش غلظت محلول از آب خالص تا محلول 2 مولار حدوداً 7 برابر افزایش می یابد.
تراکمپذیری نمونه ها نیز با افزایش غلظت نمک محلول کاهش می یابد.
واژه های کلیدی: نمک سدیم کلرید، بنتونیت، تورم، تحکیم، نفوذپذیری
6626 نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 3 پاییز 3333
مقدمه
بنتونیت نوعی رس با خاصیت پلاستیک بالا است که از تغییر خاکستر های آتشفشانی به وجود میآید. کانی غالب در بنتونیت، مونت موریلونیت است. بعضی از مشخصات بنتونیت مانند نفوذپذیری کم و قابلیت تورم زیاد برای استفاده به عنوان بافر3 و عضو آب بند2 در مراکز دفن پسماند )به خصوص پسماند هسته ای( یا پوشش لندفیل بسیار مناسب است. بنتونیت در مراکز دفن پسماند هسته ای و شهری عمدتاً به صورت ترکیب با خاک های دانه ای مانند ماسه و خرده سنگ استفاده می شود. به طورکلی خاکهای رسی مانند بنتونیت به عنوان اصلی ترین گزینه برای آب بندی مراکز دفن به حساب می روند و هم اکنون در بسیاری از کشورهای جهان از این خاک به عنوان مصالح آب بند در شرایط محیطی مختلف استفاده می شود. از آن جاکه بنتونیت متراکم نفوذپذیری کمی دارد انتظار می رود که انتقال مواد رادیواکتیو3 ناشی از نشت احتمالی از مراکز دفن پسماند هسته ای و نشت شیرابه از لندفیل ها به میزان چشم گیری کاهش یابد. علاوه بر این ظرفیت تبادل کاتیونی4 )(CEC زیاد بنتونیت موجب جذب یون های رادیواکتیو می شود که این عامل انتقال مواد رادیواکتیو را مجدداً کاهش می دهد. نکتۀ قابل توجه در مورد بنتونیت ،ریزدانه بودن این خاک و وابسته بودن تغییرات آن به کانی ها و ساختارهای شیمیایی تشکیل دهندۀ آن است. مشخص است که رفتار هیدرولیکی و مکانیکی خاک های رسی می تواند به شدت تحت تأثیر شرایط شیمیایی محیط قرار گیرد. در مواردی مانند قرینطه کردن پسماند های پرخطر هسته ای، صنعتی و معدنی، این تغییرات می تواند به طور چشم گیری امنیت مراکز دفن و در نتیجه محیط اطراف را به خطر بیاندازد. به عنوان یک موضوع، تحلیل تأثیر نمک روی مشخصات هیدرو- مکانیکی مراکز دفن اهمیت دارد. علت آن هم احتمال نشت آب دریا به مراکز دفن )مراکز دفن پسماند هسته ای نزدیک دریا( یا ساخت مراکز دفن در گنبد های نمکی است.
همچنین یون سدیم و کلسیم به میزان چشم گیری نسبت به سایر کاتیون ها در پسماندهایی مانند پسماندهای شهری موجود است [3]. شکل 3 تصویری از یک مرکز دفن پسماند هسته ای در گنبد نمکی را نشان می دهد. بنتونیت و ترکیب آن با ماسه مناسبترین مصالح دارای خاصیت بافری در مراکز دفن هستند. [2]، بنا بر این به عنوان یک مادۀ بافر، خاصیت حفظ یک پارچگی خود در برابر حملات شیمیایی و در برابر آب شور را دارد [3]. از آن جا که بنتونیت و ترکیبات

Buffer Sealing Material Radioactive Cation Exchange Capacity
آن با مصالح دانه ای به عنوان یکی از مهم ترین مصالح آب بند در مراکزز دفزن شزناخته شزده انزدبررسی تأثیر نمک های مختلف روی پارامترهای آن حایز اهمیت است. کاربرد زیاد این مصزالحدر شرایط محیطی مختلف از جمله در مجاورت آب شور موجب تحقیقات گستردۀ محققان در این زمینه شده است. برای نمونه می توان به تحقیقات الاواجی [4] با بررسی تزأثیر نمزک هزایسدیم نیترات و کلسیم نیترات روی حدود اتربرگ، تورم و تحکزیم دو نزوع ماسزه- بنتونیزت 3، کاستلانوس و همکاران [5] با بررسزی تزأثیر نمزک سزدیم کلریزد بزر تزورم، تزراکم پزذیری ونفوذپذیری بنتونیت فی بیکس2، میشرا و همکاران [6] با بررسی تأثیر نمک های کلسیم کلرید و سدیم کلرید روی تورم، تراکم پذیری، حدود اتربرگ و نفوذپذیری چهار نوع مخلوط بنتونیزتو شریعتمداری و همکاران [7] با بررسی تأثیر نمک های سدیم کلرید، کلسیم کلریزد و منیززیمکلرید روی حدود اتربرگ، تورم، تراکم پذیری و نفوذپذیری مخلوط رس- بنتونیت3 اشاره کرد.
این گزارش طی یک پروژۀ آزمایشگاهی تأثیر نمک سزدیم کلریزد بزر روی رفتزار تزورمی،تحکیمی و هم چنین تأثیر آن بر نفوذپذیری بنتونیت را بررسی می کند. آزمایش ها در آزمایشزگاهژئوتکنیک دانشگاه علم و صنعت ایران انجام گرفته است.
شکل 2. مرکز دفن ضايعات هسته ای در گنبد نمکی

Sand-Bentonite Febex Bentonite Clay-Bentonite

مصالح و آزمايش ها
رس استفاده شده در آزمایش ها بنتونیت غنی شده با سدیم تولید گروه ایران باریت3 اسزت .
مشخصات فیزیکی مانند وزن مخصوص، توزیع اندازۀ دانه ها، درصد رطوبت و حدود اتربزرگبر اساس روش ASTM تعیین شده است [8]. خاک طبز طبقزه بنزدی متحزد در گزروهCH )رس با خاصیت پلاستیک بالا( قرار دارد. جدول 3 بعضی از مشخصات ایران باریزت بنتونیزترا نشان می دهد.
در این تحقی وزن مخصوص خشک برای همۀ نمونه های بنتونیت 4/3 گرم بر سزانتی متزرمکعب در نظر گرفته شده است. میزان اشباع نیز برای همۀ نمونه ها 355 درصد در نظزر گرفتزهشد. این امر به علت دور شدن از اثرات مکش2 در خاک های غیراشباع است که در ایزن تحقیز بررسی نشده است. از آن جاکه بنتونیت خاکی با سطح مخصوص بالا است، به منظور آماده سازی برای آزمایش پس از ترکیب و مخلوط شدن با میزان مشخصی آب مقطر برای رسیدن به درصد اشباع صد، حداقل به مدت 5 روز در محفظه ای ایزوله شده در دمای 25 درجه به منظور همگزنشدن نمونه، قرار گرفته است. درصد رطوبت بنتونیت قبل از آزمایش مجدداً کنترل شده اسزت .
پس از عمل آوری بنتونیت با این روش، بنتونیت در دو ارتفاع 6 میلی متری به صورت دینامیکی در جدول 2. مشخصات ايران باريت بنتونیت
مشخصات خاک پارامترهای موجود
مونت موریلونیت، کوارتز، کلسیت XRD آنالیز [3]
CH طبقه بندی خاک
323 حد روانی
285 شاخص خمیری
3/53 ماکزیمم وزن مخصوص خشک
24 درصد آب بهینه
6/5 CEC(cmol/kg soil([3]
2/78 چگالی خشک دانه ها)Gs(
3/5 PH )نسبت آب به خاک 3 به 35( [3]
425 سطح مخصوص دانه ها )

([3]

Iran Barite Suction
در قالبی صلب و به کمک میله ای آهنی کوبیده شده است به صورتی که ارتفاع و قطر نهایینمونه رتیب 33و 55 میلی متر شده است. سیال استفاده شده در آزمایش ها آب مقطر و محلول نمک سدیم کلرید با غلظت های 55/5، 3/5، 5/5 و 2 مولار است. نمک استفاده شده در محلول آبی، لرید با خلوص 33 درصد است.
تورم بنتونیت تحت بار 25 کیلوپاسکال و بار های 55، 355، 255، 455 و 855 کیلوپاسکال در مرحلۀ تحکیم نمونه به صورت بارگذاری و باربرداری به نمونه اعمال شده اند. زمان هر بارگذاری در مرحلۀ تحکیم نمونه حداقل 48 ساعت است. همۀ آزمایش ها با دستگاه تحکیم یک بعدی صورت گرفته است.
نتايج آزمايش تورم آزاد
دستۀ اول آزمایش های صورت گرفته ،آزمایش تعیین تورم بنتونیت در حضور سیالهای با غلظت مختلف است. شکل 2 نتایج بررسی تورم بنتونیت را تحت بار 25 کیلوپاسکال بر حسب لگاریتم زمان در غلظت های مختلف محلول سدیم کلرید نشان می دهد. با توجه به شکل 2 افزایش غلظت محلول موجب کاهش تورم بنتونیت بهمیزان چشمگیری شده است. هم چنین افزایش غلظت محلول موجب افزایش سرعت تورم یا به عبارت دیگر موجب کاهش زمان به تعادل رسیدن تورم شده است. برای نمونه، نیمی از تورم نهایی در محلول 2 مولار در حدود یک ساعت، برای محلول 5/5 مولار در حدود 34 ساعت و برای آب خالص در حدود 35 روز رخ می دهد )از آن جا که اختلاف بین نمونه در آب خالص و محلول با غلظت نمک در مرحلۀ تورم زیاد بود نمودار تورم در آب خالص در شکل 2 رسم نشده است(.
شکل 3 تغییرات تورم نهایی بنتونیت با افزایش غلظت محلول را نشان می دهد. با توجه به شکل 3 افزایش غلظت محلول از آب خالص تا محلول 2 مولار موجب کاهش تورم از حدود 82 درصد به حدود 5/3 درصد شده است.
نتایج به دست آمده در این تحقی تطاب قابل قبولی با نتایج به دست آمده بهوسیلۀ سایر محققان دارد. برای نمونه کاستلانوس و همکاران [5] با بررسی اثر نمک سدیم کلرید روی

شکل

6
.
تنش

تورم
تحت

62

غلظت

در

کیلوپاسکال

سديم

محلول

های
مختلف

کلريد



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید