ارزیابی آزمایشگاهی‌ خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوزیست ‌محیطی ترکیبات ماسه-بنتونیت جهت استفاده در آستر کف مدفن‌های زباله

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه

2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه

چکیده

در مدفن­های مواد زائد جامد، اغلب از آسترهای متراکم رسی (CCLs) به دلیل نفوذپذیری پایین، تراکم­پذیری و مقاومت کافی، به عنوان سیستم مانع انتقال آلودگی استفاده می­شود؛ لیکن ترک­های انقباضی ممکن است در آسترهای رسی ایجاد شده و منجر به نشت شیرابه گردند و کارآیی آستر را در طول عمر خود کاهش دهند. ترکیبات ماسه-بنتونیت (BES) با داشتن نفوذپذیری پایین و عدم آسیب­پذیری ناشی از ترک­های انقباضی، می­توانند جایگزین مناسبی برای آسترهای رسی در مدفن­های مهندسی باشند. در این تحقیق، برخی از مهم­ترین خصوصیات ژئوتکنیکی و ژئوزیست­محیطی چهار ترکیب ماسه-بنتونیت با درصدهای بنتونیت 10، 20، 30 و 40 بررسی گردید. این آزمایش­ها شامل آزمایش نفوذپذیری سه محوری با جداره انعطاف­پذیر، آزمایش انتشار مولکولی خالص، آزمایش برش مستقیم و آزمایش فشاری نامحصور بود. نتایج آزمایش­های نفوذپذیری سه محوری و انتشار مولکولی خالص نشان دادند که با افزایش درصد بنتونیت در ترکیبات، ضرایب نفوذپذیری و انتشار مولکولی به طور محسوس کاهش می­یابند. از آزمایش­های برش مستقیم و فشاری نامحصور مشخص شد که ترکیبات ماسه-بنتونیت دارای مقاومت برشی و تک­محوری قابل قبولی برای استفاده در آستر مدفن می­باشند. با توجه به نتایج به دست آمده از آزمایش­ها، می­توان گفت که ترکیبات ماسه-بنتونیت عملکرد مناسبی به عنوان آستر مدفن مهندسی دارند و از میان چهار ترکیب ماسه-بنتونیت، ترکیب 20 درصد بنتونیت و 80 درصد ماسه، بهینه­ترین ترکیب به عنوان جایگزین آستر رسی در کف مدفن زباله می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Investigation of Geotechnical and Geoenvironmental Characteristics of Bentonite-Enhanced Sand Mixtures as Landfill Liner Material

نویسندگان [English]

  • Kazem Badv 1
  • Hadi Aliashrafi 2
1 Department of Civil Engineering, Urmia University
2 Department of Civil Engineering, Urmia University

کلیدواژه‌ها [English]

  • Landfill liner
  • Bentonite-enhanced sand mixture
  • Hydraulic conductivity
  • Diffusion
  • Strength
[1]            Katsumi, T., Benson, C. H., Foose, G. J., Kamon, M., "Performance-Based Design of Landfill Liners", Engineering Geology, 2001, 60, 139-148.
[2]            Bouazza, A., "Geosynthetic Clay Liners", Geotextiles and Geomembranes, 2002, 20, 3-17.
[3]            Shackelford, C. D., Benson, C. H., Katsumi, T., Edil, T. B., Lin, L., "Evaluating the Hydraulic Conductivity of GCLs Permeated with Non-Standard Liquids", Geotextiles and Geomembranes, 2000, 18, 133-161.
[4]            Rowe, R. K., Booker, J. R., Quigley, R. M., "Clayey Barrier Systems for Waste Disposal Facilities", E & F N Spon (Chapman & Hall), London, 1995, pp 1-390.
[5]            Rowe, R. K., "Liner Systems", Geotechnical and Geoenvironmental Engineering Handbook, Kluwer Academic Publishing, Norwell, US, 2001, pp 739-788.
[6]            King, K. S., Quigley, R. M., Fernandez, F., Reades, D. W., Bacopoulos, A., "Hydraulic Conductivity and Diffusion Monitoring of the Keele Valley Landfill Liner, Maple, Ontario", Canadian Geotechnical Journal, 1993, 30, 124-134.
[7]            Mollins, L. H., Stewart, D. I., Cousens, T. W., "Predicting the Properties of Bentonite-Sand Mixtures", Clay Minerals, 1996, 31, 243-252.
[8]            Yong, R. N., "Overview of Modeling of Clay Microstructure and Interactions for Prediction of Waste Isolation Barrier Performance", Engineering Geology, 1999, 54, 83-91.
[9]            Akgun, H., "Geotechnical Characterization and Performance Assessment of Bentonite/Sand Mixtures for Underground Waste Repository Sealing", Applied Clay Science, 2010, 49, 394-399.
[10]         Komine, H., "Simplified Evaluation on Hydraulic Conductivities of Sand-Bentonite Mixture Backfill", Applied Clay Science, 2004, 26, 13-19.
[11]        Stewart, D. I., Studds, P. G., Cousens, T. W., "The Factors Controlling the Engineering Properties of Bentonite-Enhanced Sand", Applied Clay Science, 2003, 23, 97-110.
[12]        Tay, Y. Y., Stewart, D. I., Cousens, T. W., "Shrinkage and Desiccation Cracking in Bentonite-Sand Landfill Liners", Engineering Geology, 2001, 60, 263-274.
[13]        Mitchell, J. K., "Fundamentals of Soil Behavior", John Wiley and Sons, Inc, New York, US, 1993, pp 1-437.
[14]        Beek, W. J., Muttzall, K. M. K., Van Heuven, J. W., "Transport Phenomena", Second Edition, John Wiley and Sons Ltd, West Sussex, England, 1999, pp 1-329.
[15]        Shackelford, C. D., Daniel, D. E., "Diffusion in Saturated Soil, I: Background", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1991, 117, 467-484.
[16]        Shackelford, C. D., Daniel, D. E., "Diffusion in Saturated Soil, П: Results for Compacted Clay", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1991, 117, 485-506.
[17]        Foose, G. J., "Transit-Time Design for Diffusion through Composite Liners", Journal of Geotechnicaland and Geoenvironmental Engineering, ASCE, 2002, 128, 590-601.
[18]        Malusis, M. A., Shackelford, C. D., "Predicting Solute Flux through a Clay Membrane Barrier", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2004, 130, 477-487.
[19]        Shackelford, C. D., Lee, J. M., "The Destruction Role of Diffusion on Clay Membrane Behavior", Journal of Clays and Clay Minerals, 2003, 51, 186-196.
[20]        Rowe, R. K, Booker, J. R., "An Efficient Analysis of Pollutant Migration through Soil", Numerical Methods in Transient and Coupled Systems, Lewis, Hinton, Bettess & Schrefler Ed., John Wiley & Sons, 1987, pp 13-42.
[21]        Rowe, R. K., Booker, J. R., "Pollute-V6. A Program for Modeling Pollutant Migration through Soil", Geotechnical Research center, The University of Western Ontario, Canada, 1994.
[22]         ASTM D 854-06 e1. "Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[23]       ASTM D 4318-05. "Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[24]         ASTM D 698-07 e1, "Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil using Standard Effort (12 400 ft-Ibf/ft3 (600 kN-m/m3))", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[25]         ASTM D 2434-87, "Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head)", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[26]         ASTM D 421-87, "Standard Practice for Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[27]         ASTM D 422-87, "Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[28]         Daniel, D. E., Benson, C., "Water Content-Density Criteria for Compacted Soil Liners", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1990, 116, 1811-1830.
[29]         Lambe, T., "The Permeability of Compacted Bentonite Fined-Grained Soils", Special Technical Publication, ASTM, 1954, 163, 56-67.
[30]         ASTM D 5084-03, "Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using A Flexible Wall Permeameter", Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[31]         Badv, K., "Automatic-Pneumatic Soil Squeezer (APSS)", Patent No. 36509, Dated 9th October, 2006 (1385/07/17), General Office for Registration of Companies and Industrial Ownership of Iran.
[32]         ASTM D 2166-06, "Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength 375 of Cohesive Soil, Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Vol. 04.08, Soil and Rock (1), ASTM, West Conshohocken, PA.
[33]        De Magistris, F. S., Silvestri, F., Vinale, F., "Physical and Mechanical Properties of Compacted Silty Sand with Low Bentonite Fraction", Canadian Geotechnical Journal, 1998, 35, 909-925.