تاثیر خصوصیات آب حفره ای بر توزیع اندازه ذرات و رفتار رئولوژیکی تعدادی از کانی های رسی

اجزای رسی در خاک ها به علت خصوصیات کانی شناسی، سطح مخصوص و ظرفیت تبادل کاتیونی زیاد، مهم ترین و تأثیرگذارترین اجزا در نگهداری آلاینده های ناشی از فلزات سنگین هستند. از خاکهای رسی به دلیل ظرفیت بافرینگ بالا و نفوذپذیری کم، به وفور در پروژه های اجرای دیوارهای آب بند و پوشش های رسی مراکز مهندسی دفن زباله استفاده می شود. همچنین سوسپانسیون های رسی به واسطه ی رفتار رئولوژیکی استثنایی شان ارزش قابل ملاحظه ای در بسیاری از صنایع و به خصوص در جاده سازی، تونل سازی، عملیات تزریق، صنعت سرامیک سازی و عمل آوری زباله دارند. با توجه به نقش بی بدیل رس ها در مهندسی ژئوتکنیک و ژئوتکنیک زیست محیطی، تعیین دقیق توزیع اندازه ذرات بخش های رسی و شناسایی خصوصیات رئولوژیکی آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به خصوصیات ریزساختاری مختلف کانی های رسی، میزان غلظت خاک و غلظت هگزامتافسفات سدیم مورد استفاده در آزمایش هیدرومتری می تواند بر نتایج توزیع اندازه ذرات به دست آمده تأثیرگذار باشد، که به نظر می رسد در استاندارد astm-d422 توجه کافی به این موضوع صورت نگرفته است. استاندارد astm برای تعیین توزیع اندازه ذرات کلیه ی خاک هایی که غالب آن ها رس و لای است، میزان 50 گرم خاک و غلظت 4 درصد هگزامتافسفات سدیم را توصیه می کند. پژوهش حاضر با هدف تعیین تأثیر غلظت هگزامتافسفات سدیم و غلظت خاک بر توزیع اندازه ذرات سه کانی رسی کائولینیت، ایلیت، و مونت موریلونیت (کانی غالب در نمونه ی بنتونیت) انجام شده است. به منظور کمّی کردن نتایج آزمایش های هیدرومتری، از آزمایش های کدورت سنجی استفاده شده و برای بررسی تغییرات ریزساختاری نمونه ها، آزمایش sem به کار گرفته شده است. آزمایش های ویسکومتری نیز به منظور مطالعه ی رفتار رئولوژیکی سوسپانسیون های رسی مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این پژوهش با توجه به نقش هگزامتافسفات سدیم در جدا کردن اجزای رسی از غیر رسی و پراکنده نگه داشتن ذرات، ایده ی کربنات زدایی و حصول ذرات بسیار ریزدانه ی رسی از کانی های رسی مطرح شد و نتایج تحقیق با استفاده از آزمایش های xrd، sem و psa مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش های هیدرومتری نشان می دهند که با افزایش غلظت هگزامتافسفات سدیم تا 8 درصد، توزیع اندازه ذرات ریزتر و با کاهش غلظت خاک، توزیع اندازه ذرات درشت تری برای هر سه کانی حاصل می شود. ضمن آن که تغییر غلظت خاک نسبت به غلظت هگزامتافسفات سدیم در تغییر نتایج آزمایش هیدرومتری تأثیرگذارتر است. از میان سه خاک رسی استفاده شده، کائولینیت بیشترین تأثیر و بنتونیت کمترین تأثیر را از تغییر غلظت عامل پراکنده ساز می گیرند. کائولینیت برای توزیع اندازه ذرات دقیق تر به غلظت های بیشتر از 4 درصد هگزامتافسفات سدیم نیاز دارد، در حالی که استفاده از مقادیر کمتر از 4 درصد این ماده می تواند برای تعیین توزیع اندازه ذرات بنتونیت از دقت قابل قبولی برخوردار باشد. از این رو استاندارد astm برای تعیین دانه بندی خاک های رسی باید توجه ویژه ای به نوع کانی های رسی داشته باشد و آن ها را از یکدیگر تفکیک کند. این مسئله به علت مهم بودن تعیین دقیق اندازه ذرات کانی های رسی در مراکز دفن مهندسی زباله های هسته ای بسیار حائز اهمیت است. همچنین نتایج نشان می دهند که تا محدوده ی 30 گرم خاک برای کائولینیت و ایلیت، و 12 گرم خاک برای بنتونیت می تواند در آزمایش هیدرومتری با دقت قابل قبول مورد استفاده قرار گیرد. نتایج آزمایش های ویسکومتری نشان می دهند که مناسب ترین مدل رئولوژیکی برای توصیف خصوصیات جریانی سوسپانسیون های بنتونیتی و کائولینیتی در شرایط مختلف آزمایش، مدل هرشل- بالکلی(herschel- bulkley) است. از این مدل می توان برای پیش بینی عملکرد هر چه بهتر سیالات حفاری، و تعیین تنش تسلیم دقیق آن ها به خوبی استفاده کرد. نتایج آنالیزهای xrd و تیتراسیون نیز نشان از موفق بودن ایده ی کربنات زدایی از کانی های رسی با استفاده از هگزامتافسفات سدیم به عنوان روشی جدید برای کربنات زدایی دارند