بررسی اثر تغییرات درجه pH شیرابه بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک رس کائولینیت در حضور بنتونیت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 گروه آموزشی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام‌خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

معمولا لایه­های آب بند به کار رفته در مدفن­های بهداشتی زباله، از لایه­های رس کوبیده شده و یا لایه های رس- ژئوسینتتیکی می‌‌باشند. از آنجا که کانی­های رس در مواجهه با مواد شیمیایی حساسند و حضور مواد شیمیایی در این نوع خاک می­تواند بر ساختار و خصوصیات آن تأثیر بگذارد، لذا با توجه به ماهیت اسیدی / قلیایی شیرابه، بررسی تغییرات خواص فیزیکی و مکانیکی خاک رس تحت تاثیر این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله با انجام یک سری آزمایش­های حدود اتربرگ، تحکیم، نفوذپذیری و سه محوری بر روی خاک رس کائولینیت و مخلوط کائولینیت با بنتونیت، اثر تغییرات pH بر خواص فیزیکی و مکانیکی آن بررسی می­گردد. در آزمایش­ها، اسید استیک و هیدروکسید سدیم به عنوان مواد شیمیایی نماینده شیرابه مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج آزمایش­ها نشان می­دهد، وجود هر دوی اسید و باز در خاک رس کائولینیت باعث افزایش حد روانی­، دامنه خمیری و نفوذپذیری و کاهش پارامترهای مقاومت برشی خاک می­گردد. همچنین اسیدی و یا بازی شدن محیط خاک رس می­تواند منجر به افزایش مقدار نشست و تسریع زمان تحکیم گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Investigation of the Effect of Variations in the pH of Leachate on the Physical and Mechanical Properties of Kaolinite clay soil in presence Bentonite

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Ahmadi 1
  • Mahmoud Hasanlourad 2
  • MohammadHosein Khatami 2
1 Geotechnical Department, Faculty of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

Today, sanitary landfills are one the basic needs of human societies. Clay liners are used frequently in landfills in order to prevent leachate's leaking into the outside environment. Existence of different chemicals in leachate can affect the geotechnical properties of clay liners and arise their need for a more conservative design. Therefore, investigating into the possible changes in geotechnical properties of clay liners because of the chemicals of leachate will be important.The main purpose of this research is to probe different effects of the variations in the pH between 3 to 11 on hydraulic conductivity, shear strength and one dimensional swell or settlement potential of cohesive soils. The coefficient of hydraulic conductivity and one dimensional swell or settlement potential have been measured by conducting falling head and one-dimensional consolidation tests, and parameters of shear strength of soil have been evaluates by conducting  triaxial compression tests. The experiments have been performed on Kaolinite and the blend of Kaolinite and Bentonite with different percentages of Bentonite. Acetic acid has been used to produce pHs below 7 and sodium hydroxide has been used to produce pHs above 7. The type of chemicals and the amount of them, the type soil minerals, and time are some important parameters for understanding the effect of changes in pH on properties of clayey soil. In these considerations, an increase in hydraulic conductivity and settlement potential of cohesive soil with changes in pH has been detected, Moreover, it is been concluded that shear strength of cohesive soils will be decreased in pHs above or below 7.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compacted Clay Liners
  • pH
  • Shear strength
  • Hydraulic Conductivity
  • Settlement
[1] Henry, J. Glynn, Heinke, Gary W. “Environmental Science And Engineering, Prentice- Hall International”, 601,1996.

 [2] Ourth, A.S. and Verbrugge, J.C. “First Results about the Influence of Leachates on the Properties of Boom Clay”, International Conference on Geoenvironmental Engineering, London, pp.47-53 ,1999.

[3] EPA Seminar publication, “Requirements for Hazardous Waste Landfill Design, Construction and Closure”.

[4] Benson,C.H. and Daniel, D.E. and Boutwell, G.P. “Field Performance of Compacted Clay”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 125(5), pp.390-403,1999.

[5] Benson,H. Huaming , zhai. “Estimated Hydraulic conductivity of compacted clay liners” ASCE, 110(6), pp.1063-1083, 1994.

[6] Farster, H.Heick,L. “Influence of Anion Competition on Boron Adsorption By clays and soils”, Soil Science, 161(2), pp.99-103, 1996.

[7] Mitchell.James. “Chemical Effects on clay Hydraulic conductivity”, 1995.

[8] Santamarina JC, Klein KA, Palomino A, Guimaraes MS” Micro-scale aspects of chemo-mechanical coupling: Interparticle forces and fabric. In: Di Maio, Hueckel and Loret (eds) Chemomechanical coupling in clays: from nano-scale to engineering applications”, Swets & Zeitlinger, Lisse , 2002.

[9] Gajo A, Maines M “Mechanical effects of aqueous solutions in organic acids and bases on a natural active clay”, Geotechnique, 57(8), pp.687–699, 2007.

[10] Gori U  “The pH influence on the index properties of clays”. Bull Int Assoc Eng Geo 50, pp.37–42, 1994.

[11] Brandenburg U, Lagaly G “Rheological properties of sodium montmorillonite dispersions”, Appl Clay Sci, 3, pp.263–279, 1988.

[12] Gratchev IB, Sassa K “Cyclic behavior of fine-grained soils at different pH values”, J Geotech Geoenviron Eng  ASCE, 135(2), pp.271–279, 2009.

 [13] Wang YH, Siu WK “Structure characteristics and mechanical properties of kaolinite soils I. Surface charges and structural Characterizations”,Can Geotech J, 43(6), pp.587–600, 2006.

[14] D Appolonia , D.”Soil – bentonite slurry trench cutoffs”, J.Geotech.Eng , ASCE,106(4), pp.399-417, 1980,

[15] Gordon, B.B., and Forrest, M.” Permeability of soils using contaminated permeants. Permeability and Ground Water Contaminant Transport”, ASTM STP 746, pp. 101-120, 1981.

[16] مهدوی، علی؛ بررسی تأثیر تغییرات pH روی برخی از پارامترهای مکانیکی خاک رس، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی  اراک،1376.

 [17] Lentz,R.W.Horst,W.D, AND Uppot, O “the permeability of Clay to Acidic and Custic Permeants, Hydraulic Barriers in Soil and Rock” , ASTM STP 874, pp.127-139, 1985.

[18] Madsen,F.T.and Mitchel,J.KChemical “Effects on Clay Hydraulic Conductivity and their Determination”, open file Report, Environmental Institute for Waste Management Studies, University of Alabama, Tuscaloosa, 1987.

[19] Ruhl JL, Daniel DE “Geosynthetic clay liners permeated with chemical solutions and leachates”, J Geotech Geoenviron Eng, 123(4), pp.369–381, 1997.

[20] Kashir M, Yanful EK “Hydraulic conductivity of bentonite permeated with acid mine drainage”, Can Geotech J. , 38(5), pp.1034–1048, 2001.

 [21] Peterson SR, Gee GW “Interactions between acidic solutions and clay liners: permeability and neutralization”. In: Johnson AI, Frobel RK, Cavalli NJ, Petterson CB (eds)Hydraulic barriers in soil and rock. ASTM STP 874. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1985.

[22] Bowders JJ, Daniel DE “Hydraulic conductivity of compacted clay to dilute organic chemicals”, J Geotech Eng. , 113, pp.1432–1448, 1987.

[23] Broderick GP, Daniel DE “Stabilizing compacted clay against chemical attack”, J Geotech Eng, 116(10), pp.1549–1567, 1990.

[24] Huang,W.H. and Keller,W.D. “Dissolution of clay minerals in organic acids at room temperature”, Am. Mineral., 56, pp.1080-1094, 1971.

 [25] Di Maio C “Exposure of bentonite to salt solution”, Geotechnique, 46, pp.695–707, 1996.

[26] Sridharan A, Rao SM, Murthy NS “ Liquid limit of montmorillonite soils”, Geotech Test J. , 9(3), pp.156–159, 1986.

[27] Gates, W.P., Bouazza, A.” Bentonite transformations in strongly alkaline solutions”,  Geotextiles and Geomembranes, 28 (2), pp. 219-225, 2010.

[28] Yang Liu, Will P. Gates, Abdelmalek Bouazza” Acid induced degradation of the bentonite component used in geosynthetic clay liners”, Geotextiles and Geomembranes, 36, pp.  71-80, 2013.

[29] Koerner,Rsoong,T “Leachate in landfills; the stability issues”, Elevier Geotextile and Geomembrane, 18(2000) , pp. 293-309, 1999.

[30] قدک، آرمین؛ تاثیر تغییرات pH بر خواص مکانیکی خاک رس، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی شریف،1382

[31] ساسانیان، سعید؛ بررسی اثر تغییرات pH شیرابه بر خصوصیات مکانیکی پوششهای رسی(CCLها)، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی شریف،1383