التوحيد الكهربي الأسموزي للتربة أسفل المباني الخرسانية

ما هو التوحيد الكهربي الأسموزي للتربة أسفل المباني الخرسانية؟

التوحيد الكهروسموزي، الذي تمت دراسته وتطبيقه بواسطة الباحث كاسا غراندي لأول مرة، هي تقنية جذابة لتحسين التربة للطين الناعم. في هذه التقنية، يتم تدعيم تربة الحبيبات الدقيقة المشبعة عن طريق تطبيق التيار الكهربائي. كما يمكن أن يكون الدمج الكهروسموزي تقنية فعالة وقابلة للتطبيق لتصريف وترسيخ وتقوية تربة الحبوب الدقيقة المشبعة.

عندما يتم تصريف المياه، يتم إنشاء ضغط ماء مسامي سلبي والذي يؤدي إلى عملية التوحيد في التربة. كما يمكن أن تصل عملية الدمج إلى مائة مرة أسرع من الدمج الميكانيكي. وهذا هو السبب في تحقيق تحسن كبير في مقاومة القص للتربة بسرعة. حيث يتراوح سمك التربة المحسنة بين 4 م إلى 10 م.

علاوة على ذلك، من السمات البارزة لهذه الطريقة تأثيرها المنخفض على البيئة مقارنة بتقنيات تحسين التربة الأخرى. بالمقارنة، فإنّ البصمة الكربونية وتكلفة الطريقة الكهروسموزية أقل من تلك الخاصة بتقنية تسمير التربة بحوالي 50% و 25% على التوالي.

علاوة على ذلك، تم استخدام الدمج الكهروسموزي في العديد من التطبيقات الهندسية، على سبيل المثال: الحفريات، تثبيت المنحدرات، التحكم في تدفق المياه الجوفية، تحسين قدرة الخوازيق وقوة الطين.

أخيرًا، هناك عدد من العوامل التي تؤثر على الدمج الكهروسموزي مثل معامل النفاذية التناضحية الكهربية، جهد الزيت، والملوحة. حيث أن طريقة تحسين التربة هذه فعالة للغاية في تربة الحبيبات الدقيقة المشبعة ذات الملوحة المنخفضة.

تطيبق التوحيد الكهربي الأسموزي للتربة:

تم تقديم نظرية توحيد التربة عن طريق التناضح الكهربي وتم توسيعها لتشمل حالتين خاصتين قد تكون مفيدة في هذا المجال، أّي انعكاس القطب الكهربائي لإنتاج تناقص أكثر اتساقًا للمحتوى المائي وزيادة القوة بين الأقطاب الكهربائية وتراكب التوحيد عن طريق التناضح الكهربائي على ذلك بسبب الحمل المباشر.

يتضح أن معادلة التوحيد لتيرزاجي تصف معدل الدمج طالما ظل توزيع الجهد ثابتًا مع مرور الوقت. حيث تظهر النتائج التجريبية توافقًا معقولًا مع نظرية الحالة التي تظل فيها خصائص التربة ثابتة بشكل أساسي أثناء التوحيد الكهروسموزي.

يتضمن التوحيد الكهروسموزي تطبيق جهد كهربائي صغير عبر طبقات التربة. وهذا من شأنه أن يولد ضغطًا سلبيًا لمياه المسام، وبالتالي، يبدأ تدفق ماء المسام من الأنود إلى الكاثود. لذلك، ينتقل الماء من القطب الموجب إلى القطب السالب حيث يمكن جمعه وضخه خارج التربة. عمليًا، يتم تركيب الأنابيب الفولاذية واستخدامها كأنود وأنابيب مثقبة ككاثود.

نتيجة لذلك، يتم توحيد التربة وتحسين خصائص القوة. حيث وجد أن تحسين خصائص التربة دائم. ويعتمد التدفق الكهروسموزي على طبيعة التربة ومحتوى الماء ودرجة الحموضة وعلى تركيز النوع الأيوني في المياه المسامية. كما أنه بسبب الإمكانات الكهربائية المطبقة، يحدث التحليل الكهربائي للماء عند الأقطاب الكهربائية.

  • (2H2O -> O2 (g) + 4H + + 4e-) أكسدة (الأنود).
  • (4H2O + 4e- -> 2H2 (g) + 4OH-) تخفيض (كاثود).

جزيئات الطين لها شحنة سالبة. وتنتج هذه الشحنات السالبة خاصية سطح كهروستاتيكي تُعرف بالطبقة المزدوجة والتي تخلق وفرة صافية من الكاتيونات في مساحة المسام. حيث يحدث النقل الكهروسموزي للماء عبر الطين نتيجة لانجذاب الكاتيونات ثنائية الطبقة المنتشرة في مسام الطين إلى القطب السالب الشحنة أو الكاثود.

عندما يتم وضع أقطاب كهربائية عبر كتلة طينية مشبعة ويتم تطبيق تيار مباشر، يتم نقل الماء في مساحة مسام الطين نحو الكاثود عن طريق التناضح الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنشاء مقاومة الاحتكاك بواسطة حركة الأيونات أثناء تحركها عبر المسام الطينية ممّا يساعد على نقل المزيد من المياه. حيث يسمى التدفق الناتج عن التدرج الكهربائي بالتدفق الكهروسموزي.

يختلف استهلاك الطاقة حسب مادة القطب الكهربائي ونمط التركيب ووقت المعالجة وخصائص التربة. حيث أنه في التطبيقات الميدانية السابقة، تراوحت من 0.5 كيلو واط في الساعة لكل متر مكعب إلى 230 كيلو واط ساعة لكل متر مكعب. ويرتفع خطر حدوث صدمة بسبب التيار الكهربائي إلى 50 فولت، لكن الخطر سيكون أكبر مع ارتفاع الجهد.

العوامل المؤثرة على التوحيد الكهربي الأسموزي:

  • يعتبر معامل النفاذية الكَهروسموزية عاملاً محوريًا في فعالية تحسين التربة. والتحكم في التدفق الكهربائي التناضحي.
  • جهد زيتا وهو جهد الانتشار الكهربائي في الطبقة المزدوجة.
  • الملوحة هي تركيز الأيونات في المياه المسامية.
  • نفاذية التربة.
  • المحتوى المائي، المحتوى المائي العالي يحسن فعالية التوحيد الكهروسموزي.
  • نشاط التربة، أيّ قدرة جزيئات التربة على تبادل أيوناتها الجاذبة.

تطبيقات التوحيد الكهربي الأسموزي:

  • تثبيت المنحدرات.
  • الحفريات.
  • السدود.
  • التحكم في تدفق المياه الجوفية.
  • زيادة قدرة قواعد البايلات.
  • تحسين قوة الطين.
  • مخلفات نزح المياه والحمأة.
  • تحسين التربة بعد الانهيار الأرضي.

شاهد أيضاً

صب الأساسات الخرسانية

كيف يتم صب الأساسات الخرسانية؟ يُعتبر صب الأساس الخرساني مرحلة مهمة للغاية في بناء الأساس …