Last Question
إن إضافة الكلس إلى التربة يسبب حدوث تفاعلات كيميائية، ولا يوجد معرفة دقيقة وكاملة لآلية هذه التفاعلات حتى الآن، إلا أنه يمكن إيضاح بعض التفاعلات المتوقع والمقبول حدوثها ضمن إطار المعرفة الحالية وهذه التفاعلات هي:
- التبادل الكاتيوني(*) والتلبد( التكتل) (Cation Exchange&Flocculation).
-التفاعل البوزولاني(Pozzolanic Reaction).
-تفاعل الكربنة(Carbonation).
1- التبادل الكاتيوني والتلبد :
عند إضافة الكلس للتربة يحدث تبادل كاتيوني يغير العلاقة بين بعض جزيئات الغضار من حالة تنافر متبادل إلى حالة من التجاذب المتبادل نتيجة الوجود المفرط لكاتيونات الكالسيوم(Ca+2) المنحلة التي تستبدل الكاتيونات الأقل قدرة على الادمصاص.
وكقاعدة عامة يتبع نظام تبادل الكاتيونات المعروفة في الترب السلسلة الآتية:
Na+<K+<Ca+2<Mg+2<H+<Al+3<Fe+3
إذ تميل الكاتيونات من اليمين إلى استبدال الكاتيونات باتجاه اليسار كما تستبدل الكاتيونات الثنائية التكافؤ الكاتيونات أحادية التكافؤ.
وعندما تفقد الحبيبات شحنتها فإنها تتجمع وتتكتل وهذا ما يعرف بظاهرة التخثر أو التلبد، ويسبب التبادل الكاتيوني والتلبد تغيراً في خواص التربة إذ ينخفض حد السيولة ويرتفع حد اللدونة ويقل بالتالي دليل لدونة التربة كما تنخفض الكثافة الجافة العظمى gdmax لها.
2- التفاعل البوزولاني :
يطلق اسم التفاعل البوزولاني على التفاعل الذي يحدث بين عناصر التربة ولاسيما الألومينات والسيأتيكات مع الكلس لتشكيل مواد كيميائية جديدة.
و تعدّ جمل التربة-كلس جملاً معقدة كيميائياً ويصعب دراسة خواصها الفيزيائية والكيميائية. وأياً كانت طبيعة الآلية الدقيقة للتفاعل، فإن ما يأتي يعطي فكرة مبسطة جداً عن بعض التفاعلات التي تحدث في خليط التربة-كلس:
Ca+2+2(OH)- Ca(OH)2 Cao+H2o
(سيأتيكات الكالسيوم المائية)Ca+2+2(OH)- +Sio2 Cao.Sio2.H2o
(ألومينات الكالسيوم المائية) Ca+2+2(OH)- +Al203 Cao.Al2o3.H2o
تشبه نواتج التفاعلات أعلاه نواتج تميّه الأسمنت وهي تؤدي إلى ربط أو تلاصق (Cemention) جزيئات التربة، وهذه العملية تتطور مع الزمن وهذا ما يسبب اكتساب المقاومة مع الزمن.
وإن نضوج التفاعل البوزولاني في خليط تربة-كلس يتأثر بكمية ونوع الكلس، وفترة المعالجة، ودرجة الحرارة، والتركيب الكيميائي للتربة.
وتجدر الإشارة إلى أن وجود كمية قليلة من شوارد الكالسيوم ((Ca+2 يؤدي إلى حدوث تفاعلات التبادل الكاتيوني والتلبد فقط، وعندها نحصل على تربة معدلة بالكلس(Lime-modified soil) ، ولا يحدث التفاعل البوزولاني إلا في حال وجود كمية كافية من (Ca+2) حيث أن المقاومة تتزايد لتحقق معياراً محدداً، وفي هذه الحالة يصطلح على تسمية الناتج بتربة مثبتة بالكلس(Lime-stabilized soil).
والجدير ذكره أنه ومن خلال التجارب المخبرية وجد أن احتواء الكلس على نسبة من أكسيد المغنزيوم (Mgo) تزيد من سرعة التفاعل البوزولاني، كما أن الكلس الحي أكثر فعالية (25 % أكثر تفاعلاً ) من الكلس المطفأ ويعطي متانة أعلى لمزيج التربة- كلس، لأنه يوفر كمية أكبر من شوارد الكالسيوم، لكن يجب الانتباه إلى أنه وبسبب تفاعل الكلس الحي بشكل كبير مع الماء، يطلق كميات كبيرة من الحرارة خلال التفاعل الكيميائي، فهناك حاجة لبرنامج حماية مفصل عند البناء باستعمال الكلس الحي، لذا يفضل استخدام الكلس المطفأ لأن التعامل معه أكثر أماناً.
3- تفاعل الكربنة:
يحوّل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء وماء المطر ماءات وهيدروكسيدات الكالسيوم و المغنيزيوم إلى كربوناتهم الخاصة، وذلك حسب المعادلات الآتية:
(راسب) Ca+2 + Co3-2 CaCo3
(راسب) Mg+2 + Co3-2 MgCo3
كان هناك اعتقاد سابق بأن تفاعل الكربنة هو المصدر الوحيد للمتانة في الترب المعالجة بالكلس، إلا أن الأبحاث الحديثة أكدت أن الأهمية الأكبر والعامل الأكثر تأثيراً يعطى للتفاعل البوزولاني،
ومن المهم أن نذكر هنا بعض العوامل المؤثرة على حدوث التفاعلات الكيميائية :
- أهمية حجم الجزيئات ونسبة السطح إلى الحجم: فكما هو معروف بأن الذرات، الإيونات والجزيئات تستطيع أن تتفاعل مع بعضها عندما تكون على تماس مع بعضها البعض، ولذلك تستطيع الجزيئات الصلبة التفاعل على سطوحها، كما أن نسب تفاعلها الخاصة مرتبطة بنسبة السطح إلى الحجم، وكلما ازدادت نعومة التربة ازداد معها السطح النوعي للتربة، وهذا يساعد على أن يتم التفاعل بسهولة مع معظم المواد المعالجة، لذلك ينصح بإضافة نسب مدروسة من المواد الناعمة في حال معالجة الحصويات.
- انحلال هيدروكسيد الكالسيوم: دلت الدراسات على أن انحلال هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 هام جداً لأن التفاعل المدروس يحدث في وسط مائي من جهة، ولأن نسب التفاعلات تتعلق بتركيز المكونات من جهة أخرى، وتكون نسبة انحلال هيدروكسيد الكالسيوم في الماء صغيرة نسبياً (1,65غرام /لتر) في درجات الحرارة المعتدلة، وفي حالات عدة وعندما تكون الكمية قليلة من هيدروكسيد الكالسيوم فإنها تستنفذ مباشرة لإرضاء قدرة التبادل الكاتيوني، ولذا يجب أن يكون هناك كمية كافية من هيدروكسيد الكالسيوم في الجملة للتعويض عن تلك المأخوذة من المحلول.
وعند المعالجة بالكلس فهناك نسبة أصغريه من الكلس المضاف لا تحدث دونها مؤشرات معالجة حقيقية، وفي الواقع يصعب إضافة نسبة كلس أقل من (2%) وتوقع حدوث تأثير منتظم مستمر وذلك بسبب صعوبة مزج وتوزيع الكلس بشكل متجانس في هذه الحالة.
- تأثير درجة الحرارة: إن جملة التربة-كلس ستتأثر بدرجة الحرارة، وقد أظهرت الدراسات المخبرية والعملية أن متانة عينات التربة-كلس تزداد مع ازدياد درجة الحرارة، كما بينت الدراسات مدى ملاءمة استخدام المعالجة بالكلس في المناطق ذات المناخ الحار والمعتدل كما هو الحال في القطر العربي السوري.
إن كلمة كلس (Lime )كلمة عامة تطلق على العديد من المركبات التي يدخل في تركيبها عنصر الكالسيوم (Ca) بشكل رئيسي، وهناك العديد من مركبات الكلس التجارية المستخدمة لتثبيت التربة، وقد أورد(Weinterkorn) التصنيف الآتي للمواد الكلسية التي يمكن استخدامها في المعالجة.
الجدول يبين أنواع الكلس حسب Weinterkorn
|
النوع |
الصيغة |
|
الكلس الحي (الكلس السريع) |
Cao |
|
الكلس المطفأ Weinterkorn (الكلس المميه) |
Ca(OH )2 |
|
الكلس الدلوميتي |
Cao+Mgo |
|
الكلس الدلوميتي أحادي التميه |
Ca(OH)2+Mgo |
|
الكلس الدلوميتي ثنائي التميه |
Ca(OH)2+Mg(OH)2 |
ويتحول الحجر الكلسي إلى كلس حي من خلال حرقه في أتون دوراني
تشير المراجع أنه في عملية التكلس ولإنتاج كمية مقدارها طن واحد من الكلس الحي القابل للتداول التجاري يلزم حوالي 2طن من الحجر الكلسي النقي وقد ترتفع لحدود 6 طن في حال كون الحجر الكلسي غير نقي.
وبالنسبة لأنواع الكلس المتوافرة في القطر العربي السوري فهناك في السوق المحلية نوعان فقط من الكلس المنتج محلياًهما:
الكلس الحيquicklime ، و الكلس المطفأ Slakedlime.
والجدير ذكره أن إنتاج الكلس يتم بشكل عشوائي وغير مراقب، ولا تحمل المنتجات أية مواصفات كيميائية أو فيزيائية، لذا فإن التصنيف المحلي تقريبي ولا يعبر بشكل دقيق عن نوع وتركيب المواد الكلسية.
...
تُستخدم عادةً الإضافات (منتجات تجارية مصنعّة) إلى مواد الرصف الطرقي بكميات مناسبة بغية تحسين بعض الخصائص الهندسية مثل المقاومة والبنية والفعالية والمرونة.
ويعتمد اختيار نوع المادة المضافة وحساب نسبة الإضافة على نوع المادة المراد معالجتها، ودرجة التحسين المرغوبة، ويجب أن نفرق مابين مفهوم تثبيت التربةSoil Stabilization)) وبين مفهوم تعديل التربة الذي يعني إضافة موادAdditives لأجل تعديل إحدى خصائص التربة أو لمساعدة طرق التثبيت الرئيسة على أداء الهدف المرجو منها، وبشكل عام فإننا نحتاج لكميات قليلة من الإضافات عندما نريد تعديل خصائص التربة بشكل بسيط مثل التدرج الحبي، المرونة، أما في حال وجود حاجة لتحسين القساوة أو المقاومة بشكل واضح فإننا نستخدم كميات أكبر من الإضافات.
ولكن لابد من التأكيد هنا على أنه وقبل القيام بعملية المعالجة ينبغي أن يحدد مهندس الطرق الهدف من عملية المعالجة بشكل دقيق وذلك لاختيار إجراء المعالجة المناسب ونوع المادة المضافة، ومن ثم القيام بالتجارب المخبرية لتحديد الكمية المناسبة من المادة المضافة, كما ينبغي أن ننوه أن معالجة مواد الرصف لا يعني بالضرورة زيادة متانتها، فقد نستخدم المعالجة للتقليل من لدونة المواد المحلية المتوفرة في حال كان هذا الإجراء عامل أساسي وضروري لاعتماد استخدام هذه المواد، أو لزيادة مقاومة ردمية على الحت و التآكل ... الخ.
ومن الإضافات الأكثر شيوعاً وتداولاً.
1- المعالجة بالكلس
يمكن أن نطلق على هذه الطريقة: المعالجة بالكلس أو الكلس- بوزولان(*)، ووجد أن لها أثر مشابه للأثر الذي تسببه معالجة التربة بالأسمنت، وحسب هيئة البحث العلمي الألمانية الخاصة بالطرق فإن معالجة التربة بالكلس تعني:
" مزج الكلس مع التربة ومن ثم رص التربة وفق محتوى الرطوبة المثالي لأجل إنشاء طبقات الأساس وما تحت الأساس"، ويمكن استخدام الكلس لمعالجة الطابق الترابي أو لتعديل بعض خصائص المواد المحلية المتوافرة. وبشكل عام يستخدم الكلس الحي بنسبة تتراوح بين(8-14)% بالنسبة للترب الناعمة، وهذه القيمة ستتغير وفق نوع التربة والغاية من عملية الإضافة، ولكن لا يمكن الاستغناء عن إجراء الخلطات المخبرية لتحديد نسبة الكلس المضاف ولحساب قوة المواد المعالجة، ونشير هنا أنه ولضمان الحصول على أفضل النتائج عند استخدام هذا النوع من المواد المعالجة يتوجب دحي سطح الطريق وذلك للسماح بالتصريف السطحي ولمنع تشكل الكتل على سطح الطريق مما يؤدي لزيادة نعومة المواد المعالجة، ويجب اختيار سماكة القاعدة، ويجب اختيار طبقة سطحية مناسبة للطريق وذلك بالاعتماد على حجوم السير المتوقعة، ويجب أن تتم المعالجة بالكلس من قبل المتعهدين الخبراء .
2- المعالجة بالأسمنت
ويقصد به عملية مزج الأسمنت مع المواد المراد معالجتها ورص المزيج مما يعدّل من خواص المواد المعالجة ويزيد من استقرارها عن طريق التفاعلات التي تحدث بين منيرالات المواد المعالجة وبين حبيبات الأسمنت وكذلك الترابط الذي يؤمنه الأسمنت بين حبيبات تلك المواد.
وقد انتشر استخدام الاسمنت البورتلاندي بشكل شائع كمادة للمعالجة في كل بلدان العالم تقريباً، وتعدّ التربة المعالجة بالأسمنت خليط أساسي بسيط من التربة المسحوقة، الأسمنت البورتلاندي، والماء، وتدعى خلائط التربة المعالجة بالأسمنت خلائط الأسمنت-تربة.
إن استخدام الأسمنت للمعالجة انتشر بشكل جيد مؤخراً لكونه مأمون الجانب ويمكن استخدامه للترب الناعمة و الحصوية، ويضاف وفقاً للغاية المرجوة من المعالجة وبما يتناسب مع عمل المواد إن كان في الجسم الترابي أو في طبقات الرصف.
*البوزولان(Pozzolans): هو في الأصل رماد بركاني اكتشف أول مرة في ميناء بوزولي قرب نابولي في ايطاليا، حيث اكتشف الرومان أن هذا الرماد يشكل مع الكلس والرمل ناتجاً ذا ثبات عالٍ، وعادة يطلق هذا الاسم على أي رماد غني بالسيأتيكات والألومينات.
3- المعالجة بالبيتومين
استخدم هذا النوع من المعالجة بشكل خاص مع المواد التي لا تزيد قرينة اللدونة فيها عن11%، لأنها في حال كانت أكبر من11% فهذا يعني صعوبة خلط المواد نتيجة زيادة النعومة، وبالتالي هناك فجوات لا يصلها البيتومين.
إن إضافة البيتومين يؤدي إلى تحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية لمواد الرصف الطرقي، ويؤدي إلى صنع مادة كتيمة تمنع نفوذ الماء في الاتجاه المطلوب، لذا غالباً ما يضاف إلى المواد الحبيبية (المفككة) لإنقاص التسرب فيها ولزيادة ترابطها، وبشكل عام يستخدم البيتومين إلى جانب الكلس أو الأسمنت لتجنيب المادة المستخدمة في المعالجة تأثير المياه ولزيادة الترابط بين مكوناتها.
4- المعالجة بالمواد الكيميائية
من تعريف التربة الطرقية، نجد أن التربة الصالحة لإنشاء الطرق هي أية تربة طبيعية أو تربة ناتجة عن تكسير الصخور أو أي مواد نظيفة تسمح المواصفات الفنية باستخدامها في إنشاء الطرق.ويمكن اعتبار أن التربة الطرقية هي أية تربة ناتجة عن نفايات صناعية لا تعطي انتفاخات عند استخدامها في جسم الطريق الترابي أو في إنشاء طبقات الرصف.
ومن المعروف أن السيليكات الصناعية صالحة لمعالجة التربة ولكنها غير اقتصادية في إنشاء الطرق، ومن أهم أنواعها سيليكات الصوديوم المستخدمة لحقن الأساسات وذلك لمنعتسرب الماء وخاصة في السدود حيث تتفاعل مع أملاح الكالسيوم المنحلة وتعطي رابط إسمنتي من سيليكات الكالسيوم غير المنحلة في الماء.لقد بدأ التفكير باستخدام نفايات المصانع جدياً بعد أن تعرضت مصادر تزويد الطرق بمواد البناء للنضوب والاضمحلال، فالنفايات الصناعية هي أية مادة تنتج عن تصنيع مادة صناعية وتعدّ غير صالحة للأعمال الصناعية فيما بعد، لكن ليست كل النفايات الصناعية صالحة للاستخدام في إنشاء الطرق، فنفايات معامل الصلب (الحديد والنحاس والمعادن بأنواعها) تعدّ صالحة إلى درجة كبيرة في إنشاء الطرق، وكذلك نفايات معامل الأفران العالية ونواتج حرق الفحم الحجري وغيرها.
وهناك مصادر ثانية للنفايات الصناعية هي معامل تصنيع الزجاج والبلاط ومعامل تصنيع الورق ومعامل السكر، حيث يعدّ كل من المواد المذكورة صالحة (بنسب محدودة) لإنشاء بعض عناصر طبقات رصف الطرق.
كما تم استخدام نفايات الزيتون المحروقة في الدرجة 550 درجة سيليسيوس لمعالجة التربة، وقد جرت دراسة مخبرية على عينات تم معالجتها بنفايات الزيتون المحروقة حيث تمت مراقبة الكثافة والانتفاخ، ووجد أنه بإضافة نسبة تتراوح بين(2 -7.5)% من نفايات الزيتون تزداد قدرة التحمل والكثافة الجافة العظمى ويقل الانتفاخ بشكل ملحوظ، وهذه النتائج أعطت بشائر أمل لاستخدام هذه المادة في الترب السيئة و لحل المشاكل المرتبطة بها.
كما تم أيضاً استخدام أغلفة جوزة الهند ونبات الجوت للمعالجة وكان لها تأثير جيد في تحسين خواص التربة، واستخدم الرماد البركاني لمعالجة الترب الطينية عن طريق تعديل الايونات الموجبة الأساسية (تعديل كيميائي)، وقد أبدت جزيئات التربة الطينية ترابطاً جيداً مع الخبث البركاني بوجود ماء المطر.
ومن المواد الأخرى المستخدمة في المعالجة غبار الرخام، وتبين أنه عند أخذ ثلاث عينات من التربة وإضافة نسب من الغبار بزيادة 8% لكل عينة عن الأخرى لمدة 24 ساعة في درجات حرارة مختلفة هي(40 -60-80)درجة مئوية أظهرت الترب تحسناً جوهرياً، حيث زادت قيمة الـ CBR للعينات الثلاث وبالشكل الآتي:
العينة الأولى من20% إلى 33%، والعينة الثانية من 30% إلى 46% والعينة الثالثة من27% إلى 55%. ولابد من ذكر معالجة مواد الرصف الطرقي بالطرق الحيوية، أي عن طريق بكتريا أو أنزيمات تتفاعل مع المواد العضوية المشكلة لهذه المواد، حيث يلاحظ زيادة قدرة التحمل والتماسك ومقاومة الحمولات .
أظهرت بعض الدراسات الحديثة أنه يمكن معالجة التربة عن طريق الحرارة، إذ إن هناك تأثيراً واضحاً لدرجة الحرارة على التربة الغضارية، فقد أخذت ثلاثة أنواع من الترب من شمال الأردن وتم إخضاعها لدرجات حرارة مختلفة، ومن ثم تمت دراسة حدود إتربرغ وتوزع الجزيئات والكثافة الجافة العظمى، وكشفت النتائج أن المعالجة بالحرارة (على أن تكون درجة الحرارة أعلى من 100 درجة سيلسيوس) أدت إلى نقصان في حد السيولة وفي حد اللدونة وإلى زيادة في قيمة الكثافة الجافة العظمى بزيادة درجة الحرارة .
...
تتم المعالجة الميكانيكية بخلط أو مزج مواد بتدرجين أو أكثر للحصول على المادة التي تحقق الحدود المطلوبة، كما يمكن أن تتم من خلال رص المواد المستخدمة في طبقات الرصف بوسائل ستاتيكية وديناميكية، الوسائل الستاتيكية هي المداحل بأنواعها (الملساء، ﺫات النتوءات، المطاطية)، أما بالنسبة للوسائل الديناميكية فهي المداحل الرجاجة (الملساء الرجاجة، ﺫات النتوءات الرجاجة، المطاطية الرجاجة) فضلاً عن المطارق البيتونية، والأبر الرجاجة.
وللعمل على زيادة فعالية الرص يمكن إضافة مواد معدلة منها المولاس، وهو ناتج تصنيع السكر من الشوندر السكري بشكل أساسي(منهج المعالجة اعتمد على وسائل ميكانيكية)، إذ يضاف المولاس إلى المواد المراد معالجتها بنسب تصل حتى 9% من الوزن الجاف، وقد بينت التجارب أن إضافة المولاس هي من وسائل المعالجة الميكانيكية المؤقتة إذ لم تحفظ المواد المعالجة من تأثير البكتريا التي يمكن أن تفكك هذا الرابط، ولكن إذا حفظت المواد المعالجة بالمولاس بالبيتومين من جوانبها يمكن اعتبار المعالجة دائمة كونها حفظت بعيداً عن تأثير البكتريا.
بشكل عام استخدم هذا النوع من المعالجة في الطرق الزراعية المؤقتة القريبة من معامل السكر، وللمعالجة بهذه المادة أثر فعال في منع حدوث ظاهرة التفكك السطحية أثناء الإنشاء، ومن المواد المعدّلة التي يمكن إضافتها لمواد الرصف بغرض زيادة فعالية الرص هي الكلوريدات (كلوريد الكالسيوم، كلوريد الصوديوم، كلوريد البوتاسيوم)، ويفضل استخدام هذه الطريقة في المناطق الصحراوية أو الآهلة بالسكان كونه يساعد في تخفيف ظاهرة الغبار أو التفكك السطحي، وتضاف الكلوريدات إلى المواد المراد تحسينها أو لمنع ظاهرة التفكك السطحي بنسب تحدد وفقاً للغاية المرجوة من المعالجة حيث تعدّ النسبة من (3-5)%كافية لمنع ظاهرة الغبار.
...
أولاً المواد الناعمة
هناك الكثير من المزايا الناتجة عن معالجة المواد الناعمة المستخدمة في الرصف الطرقي ويمكن إيجازها بمايأتي:
- تستخدم المواد المعالجة كطبقات رصف، وقد تستخدم كطبقة تغطية سطحية لطرق الدرجة الثانية والثالثة.
- تستخدم المواد المعالجة كطبقات أساس و ما تحت أساس وأكتاف لطرق الدرجة الأولى عندما لا تتوافر المواد المطابقة للمواصفات بشكل اقتصادي.
- في حال استخدام المواد المعالجة فإنه بالتأكيد ستنخفض سماكات طبقات الرصف مما يقلل من كلفة الإنشاء.
وتؤكد العديد من الدراسات الحديثة على أن استخدام المواد المعالجة في بناء طبقات الرصف له أثر بيئي جيد، حيث تستخدم النفايات الضارة بالبيئة كمواد مضافة في بعض الحالات، إضافةً لكون المواد المعالجة تمتلك خاصية امتصاص الضجيج أكثر من مواد الإنشاء الأخرى، وكـﺫلك فإن استخدام المواد المحلية بعد معالجتها سيوفر كلفة نقل الكميات الكبيرة من مواد إنشاء الطريق المحققة للمواصفات البعيدة عن مواقع العمل لمسافات كبيرة، وبغض النظر عن طريقة النقل المستخدمة (بري-بحري .....)، والتي ستكون لها في كل الأحول دور في إطلاق الملوثات البيئية. إن الإضافات المستخدمة في معالجة مواد الرصف الطرقي الضعيفة تساعد على تحسين الأداء أثناء تنفيـﺫ الطرق، فهي تسهل التحكم بعملية ترطيب التربة وتساعد على التخلص من الغبار في الفصول الجافة، كما تساهم المواد المعالجة في تحسين مواصفات تربة الطابق الترابي (زيادة المتانة والديمومة)، ويمكن استخدام المواد الضعيفة المعالجة لجعل مساحة ما صالحة لمرور العربات عليها خلال فترة قصيرة (طرق مؤقتة-طوارئ-جيش).
ثانياً المواد الحصوية الضعيفة
بشكل عام تناولت أغلب الدراسات معالجة الترب الناعمة أكثر مما تناولت المواد الحصوية، ولكن مما لاشك فيه أن هناك جملة من الفوائد المرجوة والمتوقعة من معالجة المواد الحصوية الضعيفة المستخدمة في الرصف الطرقي نلخصها بالآتي:
- إمكانية استخدام حصويات ضعيفة الخواص ميكانيكياً في إنشاء طبقات الرصف (أساس وما تحت أساس).
- الاستفادة من المقالع المحلية التي لا تتطابق مواصفات موادها مع المواصفات الفنية المحلية.
- التقليل من كلف إنشاء طبقات الرصف وذلك بالاستعاضة عن المواد العالية التكلفة (لكن مطابقة للمواصفات) باستخدام مواد حصوية محلية ضعيفة القساوة معالجة بالكلس، ولا يمكن الإنكار أن استخدام المواد المحلية المتوافرة بعد معالجتها سيساهم بالتوجه نحو الاقتصاد في استهلاك البيئة الناتج عن البحث المستمر لتوفير مواد بناء طرقي محققة للمواصفات.
...
تطور مفهوم معالجة مواد الرصف بعد أن ظهر في ثلاثينيات القرن الماضي حتى أصبح علماً مستقلاً بحد ذاته، ويطلق عليه عادةً علم ميكانيك التربة المعالجة أو المقواة، ويعدّ أحد فروع الجيوميكانيك (ميكانيك الأرض)، ولتحسين التربة أو معالجتها هناك أكثر من تعريف نورد أهمها :
- معالجة التربة هو مصطلح علمي هندسي يشمل أية طريقة ميكانيكية أو فيزيائية أو كيميائية أو حيوية (أو أية طريقة أخرى تجمع بعض هذه الطرق مع بعضها)، توظف لتحسن خواصاً معينة لتربة طبيعية لكي تخدم بشكل واف الهدف الهندسي المرجو منها.
- معالجة التربة (تحسينها) يعني تحويلها إلى كتلة متراصة ومتينة لاستخدامها كطبقة من طبقات الجسم الترابي في الطريق أو المطار، ومعالجة التربة هي طريقة أخرى لتصميم طبقات الرصف في الطرق والمطارات.
- المعالجة هي عملية مزج وخلط للإضافات مع التربة وذلك لتحسين خصائص محددة في التربة، يمكن أن تتضمن العملية مزج الترب للحصول على التدرج المطلوب بدون أية إضافات أو خلط إضافات متوافرة تجارية يمكن أن تحسن التدرج والبنية أو المرونة أو تعمل كمادة ترابط للتربة. فالغاية من معالجة التربة هو تحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية لتربة ضعيفة بحيث تصبح تلك الخواص منسجمة مع الإجهادات التي يمكن أن تتعرض لها المادة في جسم الطريق أو في طبقات الرصف، وهكذا فإن فكرة معالجة (تحسين) الترب الضعيفة أخـﺫت بالتطور ونالت التأييد من مختلف مؤتمرات ميكانيك التربة. في كثير من الأحيان يصادف المهندس المختص عند تنفيـﺫ أو تخطيط الطرق وجود ترب ضعيفة أو أساسات ﺫات انضغاطية كبيرة تعطي هبوطات كبيرة، وبالتالي قد تضطره إلى استخدام سماكات كبيرة من الرصف فوقها وﺫلك للتغلب على مشكلة الهبوط وللإقلال من قيم الإجهادات، وهـﺫا يزيد بدوره من كلفة إنشاء هذه الطرق، وفي بعض الحالات الخاصة يمكن أن يلجأ إلى تغيير سماكة الترب التحتية واستبدالها بترب أكثر متانة وثبات، غير أن هـﺫا الإجراء الأخير يمكن الاستعاضة عنه من خلال تقوية الترب المحلية ومعالجتها بالطرق المعروفة كإضافة الروابط البيتومينية أو الهيدروليكية أو باستعمال أحد المثبتات الكيميائية، إذ إن الإضافات الكيميائية مثل كلوريد الكالسيوم, الكلس, الإسمنت البورتلاندي يمكن أن تمزج مع التربة لخلق قاعدة متجانسة تزيد من الاستقرار ومن قدرة تحمّل التربة. ومن المعلوم أن المواد الكيميائية المستخدمة في المعالجة تعطي استقراراً للتربة وتقلل كلفة التنفيذ قياساً إلى التنفيذ التقليدي للطريق، و يمكن اختصار الأسباب الرئيسة لمعالجة الترب بما يأتي:
- كون الترب التحتية فقيرة (الأرضية فقيرة).
- التربة المتواجدة حول موضع المشروع غير جيدة .
- السطح النوعي الكبير لمواد تربة المسار.
- الرطوبة العالية لتربة المسار.
- الحاجة إلى صيانة طرق قديمة مخربة.
إن استخدام المواد المحلية بعد معالجتها في بناء طبقات الرصف هو عامل مساعد على تخفيض كلفة الإنشاء، إضافةً إلى أنها أجود من الترب أو المواد المنقولة في حال تم تطبيق التكنولوجيا المناسبة والمواد المناسبة للمعالجة، والتي تحدّد نسبها التجارب المخبرية الموافقة لكل نوع من أنواع المواد المستخدمة في بناء طبقات الرصف.
وفي كل الأحوال فإن استخدام المواد الضعيفة القساوة والمعالجة يجب أن يؤمن شروط المتانة والعمر لطبقات الرصف، مع الأخـﺫ بعين الاعتبار درجة الطريق وﺫلك تبعاً للحمولات المتوقع أن تتعرض لها طبقات الرصف خلال العمر التصميمي، وكثافة المرور، وكـﺫلك الظروف الجوية للمنطقة التي يتواجد فيها الطريق.
...
إن المقصود بالخواص الفيزيائية للمواد الكلسية الناتجة عن تكسير الصخور الكلسية الضعيفة هو (الكثافة، والرطوبة، والمسامية، والتركيب الحبي)، أما الخواص المائية فهي قابلية المواد المكسرة لامتصاص الماء والاحتفاظ به وفلترته مع الزمن، أما الخواص الميكانيكية فهي تصف متانة المواد وسلوكها تحت تأثير الحمولات الخارجية كما تصف تشوه المواد مع الزمن. يتم تحديد الخواص الفيزيائية من خلال معاينة العينة بالنظر وبتعريضها للأمواج فوق الصوتية باستخدام الأجهزة الخاصة, أما الخواص الباقية كالكثافة والرطوبة فتجرى كما تجرى على عينات ترابية، في حين تصف الخواص المائية إمكانية تغيير حالة الصخور الكلسية ومتانتها واستقرارها بعلاقة مباشرة مع الماء، كما تصف الخواص المائية إمكانية امتصاص وإمكانية الاحتفاظ بالماء وفلترتها، فعند معرفة الخواص المائية للصخور الكلسية الضعيفة يمكن التنبؤ بتغيير خواص المتانة وغيرها من الخواص نتيجة تأثير الماء.
ومن أجل تحديد التشبع المثالي للمادة يتم إشباعها بالماء في غضون يوم كامل إلا أنه في الظروف الحقلية فإن هذه الطريقة تعدّ طويلة بعض الشيء، لذلك من المفيد استخدام طريقةأسهل من خلال عملية تنقيط مادة ملونة، ويمكن الحكم على الخواص المائية وفقاً للون الذي تأخذه العينة، فضلاً عن أنه في حال امتصت العينة المحلول بكمية لا بأس بها فإن العينات تعطي رائحة شبيهة برائحة المواد الغضارية.
بالنسبة لمقاومة المواد الكلسية للصقيع يمكن الحكم عليها وفقاً للمظهر الخارجي فكلما كان متيناً كلما احتوى على المنيرالات السيأتيسية والمعادن العالية القساوة وهي بالتالي متينة ضد تأثير العوامل الجوية والصقيع خصوصاً.
وبشكل عام تقسم المواد الكلسية إلى مواد كلسية جيدة القساوة، ومواد كلسية قليلة القساوة، بالنسبة للمواد الكلسية القاسية تتمتع بمتانة وصلابة جيدتين، وهذه المواد عبارة عن حبيبات كبيرة الحجم ومتوسطة الحجم، وتكون قليلة التشبع بالماء، وتملك مسامية قليلة، أما المواد الكلسية القليلة القساوة فتتميز بمتانة ليست عالية وبقابلية امتصاص للماء عالية جداً.
أما الخواص الميكانيكية فهي التي تحدد سلوك الصخر الكلسي عند تأثير القوى الخارجية والحمولات، إن هذه الخواص تصف لنا بشكل مباشر متانة وتشوه الصخور، لذلك فإن هذه الخواص تستخدم في مختلف الحسابات الهندسية ولاسيما عند حساب هبوط المنشآت مع الزمن، وعند حساب استقرار وتوازن المنحدرات، والسفوح الجبلية، ومنحدرات الحفر الترابية، وعند حساب ضغط التربة الصخرية على منشآت الجدران الاستنادية وعند تصميم المنشآت الأرضية والأنفاق وغيرها.
تجدر الإشارة إلى أنه يتم الحصول على الخواص الميكانيكية للعينات الصخرية المأخوذةمن مواقع المنشأ بعد تجريب هذه العينات على الضغط البسيط لعينات مكعبية طول ضلعها من(5-4) cm، كما يتم الحصول عليها من تجربة الضغط الثلاثي المحاور للحصول على تماسك العينات وزاوية الاحتكاك.
من أجل الطبقات العليا في الرصف يمكن استخدام المواد الحصوية المتوسطة الحجم والناعمة من المواد الكلسية القاسية والتي تتحمل الصقيع وتملك خاصية إسمنتية جيدة، ومن أجل الطبقة السفلى يمكن استخدام حصويات كلسية ضعيفة القساوة على شرط أن يتم تأمين الظروف الكافية لمقاومة الصقيع ووجود المياه.
إن تحديد القساوة أثناء التجارب الحقلية من الأسهل قياسها باستخدام مقياس موس بمساعدة منيرالات عالية القساوة أو باستخدام وسائل يدوية، كما أن متانة الحصويات الكلسية يمكن الحكم عليها وفقاً لخاصية التهشم تحت تأثير المطرقة، فمن أجل التجريب على المتانة لعينات صخرية بحجمcm3200 فإذا تكسّر الصخر إلى ثلاث قطع بضربتين يمكن أن نحكم على الصخر بأنه غير قاس.
...
إن الصخور الكلسية هي عبارة عن صخور كربوناتية رسوبية تتألف بشكل أساسي من العناصر الآتية وبنسب مختلفة:
كربونات الكالسيوم، شوائب المواد الغضارية، السيلسيوم، أكاسيد الحديد، المغنزيوم، الدلوميت وغيرها من المواد، ومن وجهة النظر العلمية كل أنواع المواد الكلسية يمكن تقسيمها إلى مجموعتين:
-متينة أو جيدة المقاومة.
- قليلة المقاومة.
إن النسب المئوية للمواد الداخلة في التركيب الكيميائي لهذه الصخور هو الذي يعطيها القساوة، والمقاومة العاليتين أو يفقدها صفة المقاومة، والقساوة الجيدة .
...
تعدّ الصخور الكربوناتية والتي تنضم إلى عائلة الصخور الرسوبية المصدر الذي نحصل منه على الحصويات الكلسية، وبالنسبة للصخور الرسوبية فمن المعروف أنها تشكلت على سطح الأرض تحت درجات حرارة منخفضة وضغط منخفض، حيث تنتج هذه الصخور عن تراكم وترسب المواد الرسوبية (من المعلوم أن المواد الرسوبية تنتج عن تعرية وتجوية الصخور الموجودة سابقاً) المنقولة بواسطة الماء والهواء والجليد ومن ثم تصلبها وتماسكها بواسطة ملاط وتحولها إلى صخور رسوبية صلبة.
تتألف الصخور الرسوبية من ثلاثة مكونات رئيسية هي على النحو الآتي:
- الشظايا السيأتيكاتية والحبيبات المرافقة.
- المواد الرسوبية الكيميائية والبيوكيميائية، وبشكل خاص المواد الكربوناتية.
- المواد القديمة المعروفة باسم(Allochems) أي المواد الكيميائية المجلوبة، وهي شظايا المواد الرسوبية قديمة التشكل. وعندما تتشكل المواد الرسوبية تصبح جاهزة لكي تنقل إلى الأحواض الترسيبية، حيث يتم نقلها وتدحرجها من الأعلى إلى الأسفل بفعل الجاذبية الأرضية، أونقلها بواسطة المياه الجارية والتيارات المائية والرياح والجليد المتحرك، ويصاحب ذلك تغيرات فيزيائية وفي بعض الأحيان كيميائية، وعندما تصل هذه المواد الرسوبية إلى أحواض الترسيب تتوضع فيها وتشكل أنواعاً مختلفة من الصخور الرسوبية تمثل بيئات الترسيب المتنوعة، وعندما يتم طمر هذه المواد تحت التراكمات الرسوبية المتلاحقة فإنها سوف تخضع لتغيرات كثيرة تطرأ على مادتها الأصلية، تعرف هذه التغيرات بالدياجينيز*، وعندما ترتفع درجة الحرارة والضغط يقل تأثير عمليات الدياجينيز ويستبدل بالتحول، حيث يبدأ تأثير عمليات الاستحالة.
وتنضم الصخور الكربوناتية إلى عائلة الصخور الرسوبية، ويمكن تعريف الصخور الكربوناتية بأنها عبارة عن تلك الصخور التي تحتوي على (50%) أو أكثر من الفلزات الكربوناتية.
وحسب التصنيف الأولي تحتوي الصخور الكربوناتية على مواد رسوبية وحطام صخري، يتضمن الأنواع الكيميائية المجلوبة القديمة (allochemical)، أما من حيث التركيب الفلزي فتحتوي الصخور الكربوناتية على أطوار فلزية أولية المنشأ، وأطوار فلزية ثانوية التشكل، وحبيبات معالجة ومعادة التوضع. وبشكل عام تعدّ الصخور الكلسية المؤلفة من الكالسيت والكالسيت المنغنيزي والأراغونيت، والصخور الدلوميتية المؤلفة بشكل أولي من الدلوميت، النوعين الأساسيين من الصخور الكربوناتية.
ومن ناحية التركيب الكيميائي تحتوي الصخور الكربوناتية بشكل أساسي على أكسيد الكالسيوم(cao)، وأكسيد المغنيزيومMgo) )، فضلاً عن غاز ثاني أكسيد الكربون(co2)، وتشير التحاليل البيئية إلى أهمية نظائر الأوكسجين والكربون وبعض العناصر النادرة، أما بالنسبة للفلزات الكربوناتية فعادة ما يتواجد العديد منها ضمن الصخور الكربوناتية، بما فيها نوعان من الكالسيت، فقد يكون الكالسيت نقياً نسبياً(caco3) ويسمى الكالسيت منخفض المغنزيوم، أما عندما يحتوي الكالسيت على كميات مهمة من شوارد المغنزيوم فيسمى بالكالسيت المغنيزي، أو الكالسيت عالي المغنزيوم، وقد يحتوي الكالسيت على كميات صغيرة من عناصر الحديد، والمنغنيز، والصوديوم، ومن المعروف أن الكالسيت يترسب بشكل عضوي، أو لاعضوي ، ولابد من الإشارة إلى أن الكالسيت المغنيزي يمكن أن يتشكل نتيجة للتبادل بين شوارد المغنيزيوم وشوارد الكالسيوم.
ونذكر هنا أن الأراغونيت ((caco3 يشبه الكالسيت من حيث التركيب الكيميائي، لكنه فلز ذو تبلور معيني مستقيم ولا تحتوي الشبكة البلورية له على شوارد مهمة من المغنيزيوم والصوديوم، على عكس بنية الكالسيت ذي نظام التبلور الثلاثي لذا سرعان ما يتحول الأراغونيت إلى كالسيت .
*الدياجينيز:مصطلح علمي أجنبي ويعبر عن مجموعة من العمليات الفيزيائية، والكيميائية والعضوية التي تؤدي إلى تحويل المواد الرسوبية المفككة المنقولة إلى
الحوض الترسيبي إلى صخور رسوبية متماسكة. ويوجد مجال واسع لتواجد الفلزات الأخرى في الصخور الكربوناتية فضلاً عن إذ الكالسيت والدلوميت، حيث يعدّ الكوارتز والفلزات الغضارية من أكثر الفلزات انتشاراً في الصخور الكلسية، وتوجد بكميات ضئيلة .
...
ما هي الحصويات الكلسية المستخدمة في الرصف اللين؟ Using lime aggregate for Flexible Pavement
Shamra Editor asked
من المعلوم هندسياً عدم إمكانية استخدام الصخور بوضعها الطبيعي في طبقات الرصف إلا بعد تفتيتها (طبيعياً أو آلياً) وبالتالي تحويلها إلى حصويات ذات تركيب حبي يوافق مواصفات فنية محددة، فالمصدر الأم كما ذكرنا سابقاً للحصويات هو الصخور بمختلف أنواعها، ونتيجة الحاجة المتزايدة للحصويات في مختلف أعمال البناء والتشييد تظهر مشكلة شح وقلة مصادر الحصويات بشكل عام، وهي مشكلة عالمية، وفي حال البحث عن الحصويات المحققة للمواصفات ستبدو المشكلة أكبر حيث هناك صعوبة واضحة في توفير هذه المواد، لذا كان من المهم جداً الاستفادة من المواد المحلية المتوافرة، والتي قد تكون غير مطابقة للمواصفات المعتمدة محلياً وعالمياً.
انطلاقاً من هذه المعطيات تم التفكير بأن الصخور الكلسية والتي تنتمي لعائلة الصخور الرسوبية قد تكون مصدر أساسي ومهم يمكن الحصول منه على مواد رصف الطرق نظراً لكون الصخور الكلسية متوفرة في المنطقة الساحلية وبكميات لا بأس بها، علماً أن استخدام المواد الكلسية وحتى لفترات ليست بالبعيدة كان ضعيفاً وقليلاً باعتبار أن الحصويات الكلسية بشكل عام ضعيفة القساوة والمقاومة، وأن استخدامها في طبقات الرصف اللين يعرّض هذه الطبقات لتأثيرات معقدة من قوافل السيارات، وتأثيرات عوامل التعرية الكيميائية وعوامل التعرية الفيزيائية والميكانيكية، وتأثيرات الإشباع بالماء، وتأثيرات التجمد والذوبان والتي تؤدي كلها مجتمعة إلى تغيير في تكوينها قد يكون جذرياً يؤدي إلى حدوث تهدم بها وانهيار لطبقات الرصف.
و قد تم معالجة الحصويات الكلسية بإضافة الكلس الحي للتغلب على الضعف في قساوة هذه المواد ومتانتها وبالتالي تحسين خواصها المختلفة ليصار إلى استخدامها في طبقة ما تحت الأساس في الطرق المعرضة لكثافات سير منخفضة.
...
