امروزه با توجه به رشد جمعیت و لزوم استفاده بهتر از منابع موجود، تثبیت زمینهای نامرغوب و ایجاد بسترهای مستحکم بیش از هر زمانی مورد نیاز است. جایگزینی خاک نامرغوب با مصالح و خاک مناسب یکی از راهکارهای پیشنهادی در این خصوص است که البته هزینه جایگزینی و تراکم و اجرای آن بسیار بالا است. بهسازی خاک با روشهای متفاوتی چون تراکم سطحی یا دینامیکی، پیش بارگذاری، روشهای ارتعاشی، اختلاط عمیق، مسلحسازی، اجرای ریزشمع و همچنین تزریق و تثبیت شیمیایی با استفاده از مواد افزودنی مختلف نظیر آهک، سیمان، مواد پلیمری، بیوپلیمر، نانو مواد و همچنین موادی تحت عنوان پوزولانها بسیار رایج است.
به گفته متخصصان، هر کدام از روشهای بهسازی خاک، قابلیتها و البته محدودیتهایی دارند که با توجه به شرایط و نیاز پروژه، هزینه اقتصادی، مشکلات زیست محیطی و دیگر موارد، قابل انتخاب هستند. یکی از روشهای بهبود خواص مهندسی خاکها، استفاده از روش تثبیت شیمیایی است. تثبیت و بهسازی خاک به معنای اصلاح خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک برای رسیدن به اهداف پیشبینی شده است. در همین راستا روشهای بهسازی زیادی در دنیا در حال اجرا هستند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. از عمدهترین معایب روشهای رایج بهسازی، عدم سازگاری آنها با محیط زیست است.
در همین رابطه، محققانی از دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی مطالعهای را انجام دادهاند که در آن، از یک ماده مناسب و کم خطر برای تثبیت خاکهای ماسهای در استان خوزستان استفاده شده است.
در این مطالعه از ژئوپلیمری به نام متاکائولن به عنوان نوعی ماده افزودنی استفاده شده است. محققان فوق در این تحقیق تأثیر مقادیر متفاوت متغیرهایی همچون مقدار درصد متاکائولن، نسبت سدیم سیلیکات به سدیم هیدروکسید، غلظت سدیم هیدروکسید و نسبت محلول فعالکننده قلیایی به ماده افزودنی را برای تثبیت مناسب خاکهای ماسه ای اهواز مورد سنجش و بررسی قرار دادهاند.
نتایج این تحقیق نشان دادند که برای رسیدن به مقاومت بهینه در خاک ماسهها، باید از اختلاط ۲۰ درصدی متاکائولن استفاده کرد.
بر این اساس، نسبت مناسب سدیم سیلیکات به سدیم هیدروکسید، غلظت بهینه سدیم هیدروکسید و نسبت درست محلول فعالکننده به ماده افزودنی نیز برای رسیدن به هدف فوق تعیین شده است.
به گفته سعید غفارپور جهرمی، پژوهشگر دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی و همکارانش، «ژئوپلیمرها مواد معدنی هستند که از پلیمریزاسیون معدنی بین یک منبع آلومینوسیلیکاتی مانند خاکستر بادی یا خاک رس کائولینیت و یک محلول فعالکننده قلیایی مانند سدیم هیدروکسید تشکیل میشوند».
آنها میافزایند: «این مواد به دلیل ویژگیهای عالی مانند کارایی و انعطاف بالا، کاهش شدید انتشار CO2 و مصرف انرژی پایین، توانایی زیادی را در جایگزینی با مواد سنتی از قبیل سیمان، بتن، کامپوزیتها، مواد آجری و کاشی که مواد اصلی ساختمانی هستند، دارند».
بر اساس اطلاعات ارائه شده در این تحقیق، ویژگیهای ژئوپلیمرها تحت تأثیر عوامل وابسته به منبع تشکیل، ماهیت محلول فعالکننده قلیایی و شرایط عملآوری است.
غفارپور جهرمی و همکارانش میگویند: «هنگام تهیه ژئوپلیمرها، متغیرهای مختلفی تاثیر بر نتیجه میگذارند که میتوان به تعدادی از مهمترین آنها از قبیل نوع و غلظت فعالکننده قلیایی، نوع و اندازه ماده افزودنی، دما، مدت زمان عملآوری، نسبت وزنی بین فعالکننده قلیایی و منبع آلومینوسیلیکاتی یا همان ماده افزودنی اشاره کرد. این موارد در تحقیق ما به خوبی بهینهسازی شده و منجر به تهیه متاکائولن قابل قبولی به منظور تثبیت مناسب خاکهای ماسهای شدهاند».
از این یافتههای تحقیقاتی، یک مقاله فنی و علمی پژوهشی به رشته تحریر درآمده که در ماهنامه «مهندسی عمران امیرکبیر» وابسته به دانشگاه صنعتی امیرکبیر منتشر شده است.
۴۶
