شکل ۲-۳ پلیمر مورد استفاده در تحقیق
۳-۲-۳– الیاف مورد استفاده
مخلوط خاک با پلیمر مقاومت برشی خاک را به میزان بسیار قابل توجهی بالا برد. ولی شکست خاک در این حالت، شکست ناگهانی و ترد بود. برای افزایش شکل پذیری نمونه و جلوگیری از شکست ناگهانی الیاف تایر به مخلوط اضافه شد. الیاف تایر مورد استفاده در این تحقیق الیاف ضایعاتی با طول ۵ تا ۸ میلیمتر بود.
شکل ۳-۳ الیاف تایر استفاده شده در تحقیق
۴-۲-۳– سیمان
با توجه به این که این پلیمر در آب قابل حل است، به منظور حفاظت از پلیمر در برابر رطوبت از سیمان استفاده شد. سیمان استفاده شده در این تحقیق از نوع سیمان تیپ ۲ بود.
۳-۳– آماده سازی و عمل آوری نمونه ها
نمونه ها در چهار مرحله به ترتیب زیر آماده سازی شدند.
الف- آماده سازی خاک
خاک مورد استفاده برای آزمایشها با دقت بازدید شد و خاک با دانه بندی تقریبا یکنواخت مورد استفاده قرار گرفت.
ب- ترکیب مواد افزودنی با خاک
پلیمر پلی وینیل الکل در آب با دمای محیط قابل حل است، ولی به منظور تسریع در انحلال باید دمای آب بالاتر رود. برای این منظور ابتدا آب مورد نیاز تا رطوبت بهینه را داخل ظرف شیشهای ریخته و با بهره گرفتن از گرمکن آزمایشگاهی دمای آن را تا ۶۰ درجه سانتیگراد افزایش میدهیم. دمای آب را در همین حدود نگه داشته و پلیمر مورد نیاز را به آن اضافه میکنیم. با هم زدن مداوم، ابتدا مخلوط به صورت ژلهای در آمده و پس از ۲۰ تا ۳۰ دقیقه کاملا در آب حل میشود.
شکل ۴-۳ حل کردن پلیمر در آب تحت حرارت
پس از انحلال کامل محلول و سرد شدن آن، محلول به خاک اضافه شده و به خوبی مخلوط میشود تا مخلوطی کاملا همگن ایجاد شود.
با توجه به این که این پلیمر در آب قابل حل است، به منظور حفاظت از پلیمر در برابر آب از سیمان استفاده شد. برای این منظور، قبل از اختلاط محلول با خاک، مقدار سیمان مورد نیاز را در محلول حل کرده و سپس به خاک اضافه میکنیم.
برای افزایش مقاومت برشی مخلوط، از الیاف تایر به منظور شکل پذیر تر کردن نمونه استفاده شد. در این حالت همزمان با اضافه کردن محلول، الیاف تایر نیز به خاک اضافه و مخلوط شد.
ج- ریختن نمونه در قالب و متراکم کردن آن
در آزمایش CBR، مخلوط خاک و پلیمر در سه لایه در قالب ریخته شد و هر لایه در ۵۶ ضربه با چکش با وزن ۴/۵ کیلوگرم از ارتفاع ۳۰ سانتیمتری کوبیده شد.
در آزمایش برش مستقیم، مخلوط خاک پلیمر و الیاف نیز مخلوط پس از قرار دادن در قالب در ۳ لایه با وسیله مخصوص متراکم شد.
د- دادن فرصت کافی جهت عمل آوری خاک اصلاح شده
در این تحقیق برای ساخت نمونه ها، قالبهای آزمایش به دو دلیل زیر به مدت ۴۸ ساعت داخل گرمکن با دمای ۶۵ درجه سانتیگراد نگه داری و عمل آوری شدند:
پلیمر مورد استفاده تنها با از دست دادن رطوبت به مقاومت میرسد و با این کار به این فرایند سرعت بخشیده میشود.
شرایط دمایی و رطوبتی محیط در روز های مختلف متفاوت میباشد و در درون آون برای تمامی نمونه ها شرایط یکسان فراهم میشود.
۴-۳– برنامه آزمایشگاهی
در این بخش روند آزمایشهای انجام شده در این تحقیق به طور مفصل تشریح میشود.
۱-۴-۳– آزمایش دانه بندی[۲۷]
آزمایش دانه بندی بر اساس اندازه ذرات و میزان درصد دانه های مختلف در توده خاک بنا نهاده شده است و ساده ترین آزمایش بر روی یک خاک است.
۱-۱-۴-۳– وسایل مورد نیاز
الکهای ۵۰، ۲۵، ۲۰، ۱۴، ۱۰، ۶/۳، ۵، ۳/۳۵، ۲، ۱/۱۸، ۰/۶، ۰/۴۲۵، ۰/۲۱۲، ۰/۱۵، ۰/۰۶۳ میلی متر مطابق با آیین نامه I.S.O
زیرالک و سرالک
لرزاننده
ترازو با دقت ۰/۰۱ گرم
۲-۱-۴-۳– انجام آزمایش
در آزمایش خشک سری الک های فوق را به ترتیب از بزرگ به کوچک مرتب نموده و خاک خشک را روی بزرگترین الک ریخته و به صورت افقی و چرخشی افقی تکان میدهیم یا میتوان الکها را چند دقیقه در دستگاه لرزاننده قرار داد. آنگاه خاک مانده روی هر الک را وزن نموده و در ستونهای مربوط به هر الک مینویسیم. سپس محاسبات لازم را انجام داده و منحنی دانه بندی را بر اساس قطر دانه ها و درصد تجمعی رد شده از الک محاسبه میکنیم.
۲-۴-۳– آزمایش تراکم[۲۸]
۱-۲-۴-۳– مقدمه
هدف از تراکم، کم کردن تخلخل خاک یعنی کاهش فضای خالی میباشد که فرایند آن بهبود خواص مهندسی خاک خواهد بود. بدین معنی که وزن مخصوص و مقاومت برشی خاک افزوده شده، نشست آن در برابر بارگذاری کاهش یافته و نفوذ پذیری آن تقلیل مییابد.
۲-۲-۴-۳– اساس آزمایش
به خاک مقداری آب زده و به آن انرژی میدهیم و این عمل را آنقدر ادامه میدهیم تا حفرات هوا کاسته شود. آب سبب روغن کاری روی دانه ها شده که هرچه مقدار آب افزایش پیدا کند این روغن کاری بهتر میشود و نتیجتا دانه ها بهتر جایگیری کرده و جاهای خالی را پر میکنند. ولی این افزایش آب حدی دارد، زیرا اگر مقدار آب بیش از مقدار مورد نیاز باشد انرژی وارده را بدون تغییر شکل جذب کرده و مانع از آن میشود که انرژی به دانه های خاک وارد شده و آنها را جابهجا نماید. اصطلاحا رطوبتی که بهترین روغن کاری را انجام میدهد رطوبت بهینه یا اپتیمم نامیده میشود. انرژی فوق در آزمایشگاه توسط چکشهای استاندارد که از ارتفاع معینی بر روی قشر معین از خاک سقوط مینمایند تأمین میشود.
بر اساس آیین نامه دو روش برای تراکم در آزمایشگاه وجود دارد که به شرح ذیل میباشد.
الف- روش آشتوی استاندارد که با چکش ۲/۲۷ کیلوگرمی و ارتفاع سقوط ۳۰/۵ سانتیمتر انجام میشود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  ۴۰y.ir  مراجعه نمایید.

الیاف طبیعی در اختلاط با خاک ماسه ای تاثیر مثبتی برروی خواص خاک دارد. از مزایای این الیاف میتوان به هزینه کمتر، فراوانی منابع و زیست تجزیه پذیر بودن آنها اشاره نمود.
استفاده از الیاف مصنوعی پیوند بین ذرات خاک را بالا برده، که در نتیجه مقاومت و شکل پذیری خاک را بهبود میبخشد.
استفاده از چسبها و رزینهای پلیمری در مقایسه با سایر مواد، بیشترین تاثیر را در بهبود خواص مکانیکی و ژئوتکنیکی خاکهای ماسه ای دارا میباشد و مقاومت خاک را به میزان بسیار قابل توجهی افزایش میدهد.
با توجه به تحقیقات گذشته، به نظر میرسد که استفاده از چسبهای پلیمری راه حل بسیار مناسبی برای اصلاح خاکهای ماسه ای باشد. پلی وینیل الکل از جمله پلیمرهایی است که به میزان زیاد در دسترس است. تاکنون از این پلیمر به صورت الیاف، به عنوان مسلح کننده خاک، بارها توسط محققین مورد استفاده قرار گرفته است[۳۶،۳۷]. این پلیمر با از دست دادن رطوبت سخت میشود و ذرات خاک را به هم چسبانده و مقاومت خاک را در برابر نیروهای فرسایشی و گسیختگی افزایش میدهد. ترکیب این پلیمر با الیاف تایر که مادهای ضایعاتی میباشد باعث شکل پذیری بیشتر و افزایش باربری خاک میشود همچنین از لحاظ اقتصادی نیز مقرون به صرفه تر است. اساس آزمایشهای مورد استفاده در این تحقیق بر مبنای استفاده از پلیمر پلی وینیل الکل و الیاف تایر در بهبود خواص ماسه بادی میباشد.
فصل سوم
روش تحقیق

۱-۳– مقدمه
برای انجام یک تحقیق آزمایشگاهی لوازم و ابزار مورد نیاز برای انجام آزمایش باید به گونهای باشد تا مدل ایجاد شده در آزمایشگاه بتواند تطابق خوبی با مدل واقعی داشته باشد. در این فصل به طور مشروح به مشخصات و نحوه ساخت نمونه ها و مصالح مورد استفاده میپردازیم و در ادامه روند انجام آزمایشها شرح داده خواهد شد.
۲-۳– مصالح مورد استفاده
سه مصالح عمده استفاده شده در این تحقیق ماسه بادی، پلیمر و الیاف میباشند که خصوصیات و توضیحات کاملتر این مصالح در زیر آمده است.
۱-۲-۳– خاک مورد استفاده
خاک مورد استفاده در این تحقیق ماسه بادی با دانه بندی یکنواخت است. مشخصات و پارامترهای ژئوتکنیکی ماسه مورد استفاده مطابق با استانداردهای ASTM در آزمایشگاه تعیین و طبق جدول ۱-۳ خلاصه میشوند.
جدول ۱-۳ پارامترهای ژئوتکنیکی ماسه مورد استفاده

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

φ C[kg/cm2] d(max)[gr/cm3] optω CBR Gs
۴۴ ۰/۰۱۶ ۱/۸۱ ۵% ۲۴/۲۹ ۲/۶۳

شکل ۱-۳ منحنی دانه بندی خاک را نشان میدهد. لازم به ذکر است که محل جغرافیایی تهیه خاک مناطق کویری ایران بوده است. خاک مورد نظر از بیابان های اطراف یزد تهیه شده است.
شکل ۱-۳ منحنی دانهبندی ماسه مورد استفاده در آزمایش
۲-۲-۳– پلیمر مورد استفاده در تحقیق
در این تحقیق از پلیمر پلی وینیل الکل با درصدهای مختلف استفاده شد. پلی وینیل الکل ماده پلیمری چسبناکی است که با حل شدن در آب و از دست دادن رطوبت سخت میشود و ذرات خاک را به هم چسبانده و مقاومت خاک در برابر نیروهای فرسایشی و گسیختگی افزایش میدهد. نمک های عالی گروه پلی وینیل استات، در محیط قلیایی به آهستگی به پلی وینیل الکل و اسید سیتریک تبدیل می شوند. پلی وینیل الکل را از پلیمراسیون مونومرهای وینیل الکل نیز می توان تولید نمود.
برخی از خصوصیات پلیمر مورد استفاده به شرح ذیل میباشد.
چگالی: ۱/۱۵-۱/۳ گرم بر سانتیمتر مکعب
جرم مولکولی: ۱۲۰۰۰۰ گرم بر مول
دمای ذوب: ۲۶۵ درجه سانتیگراد

نتایج حاکی از آن است که با افزایش مقدار درصد افزوده شده، دانسیته خشک نیز افزایش پیدا می کند و بعد از رسیدن به مقدار ماکزیمم خود، روند کاهشی به خود می گیرد. مقدار بهینه برای ساخت نمونه ها، برابر ۱۳ درصد وزن ماسه به دست آمد. علت را می توان اینگونه توجیه نمود که وقتی محلول پلیمر به خاک اضافه می شود، ذرات خاک یک لایه نازک از محلول را جذب سطحی می کنند، ولی بعد از رسیدن به درصد بالایی از جذب سطحی، محلول، فضاهایی را که می تواند توسط ذرات خاک پر شود، اشغال می کند و مانع از خوب متراکم شدن خاک می شود.
متداول ترین روش، برای ارزیابی قدرت باربری خاک بستر، مصالح زیر اساس و اساس دانه ای روسازی های راه در برابر راه های ترافیکی و در پی سازی برای بیان کیفیت نسبی خاک زیر پی، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) است. CBR خاک ها تابعی از جنس، میزان رطوبت، وزن مخصوص خاک، و نحوه انجام آزمایش است. نتایج آزمایش CBR در این تحقیق نشان داد که اضافه کردن مقدار حداقل پلیمر به نمونه ها (۱%)، باعث ایجاد یک جهش در مقاومت نمونه های تثبیتی نسبت به نمونه های فاقد پلیمر شده است و نیز تغییر درصد پلیمرهای مصرفی در هنگام ساخت نمونه ها، باعث تغییراتی در مقدار روند کسب مقاومت در این نمونه ها شده است. افزایش درصد پلیمرها به مقدار ۳%، باعث جهش خوبی در مقاومت CBR شده است. اما با تغییر درصد پلیمر از ۳ به ۵ درصد، روند رشد در پلیمر پلی وینیل استات، افت قابل ملاحظه ای داشته و در پلیمر متیل متا اکریلات رشد بسیار کند شده است که نشان دهنده وجود یک حد نهایی برای مصرف پلیمر ها می باشد. نتایج مربوط به آزمایش CBR در شکل ۲۶-۲ و ۲۷-۲ نشان داده شده است.
شکل ۲۶-۲ رابطه بین درصد پلیمر پلی وینیل استات افزوده شده و مقاومت CBR نمونه ها در حالت خشک [۳۲]
شکل ۲۷-۲ رابطه بین درصد پلیمر متیل متا اکریلات افزوده شده و مقاومت CBR نمونه ها در حالت خشک [۳۲]
با توجه به اینکه پلیمرهای مصرفی دارای خاصیت اسیدی می باشند، اما به دلیل استفاده درصد های وزنی بسیار پایین نسبت به خاک، با انجام آزمایش تعیین PH می توان نتیجه گرفت که افزودن پلیمر های فوق، موجب تغییر چندانی در PH خاک نمی شوند[۳۲].
 
شکل ۲۸-۲ اثر پلیمر ها بر PH خاک [۳۲]
۲-۲-۵-۲-تحقیقات انجام شده توسط کاستاز[۲۴] و همکاران
در تحقیقی که توسط کاستاز و همکاران در سال ۲۰۰۵ انجام گرفته است، به بررسی آزمایشگاهی تزریق دوغاب پلیمری شامل اکریلیک رزین و متیل متا اکریلات در خاک ماسه ای پرداخته شده است. نسبت اختلاط دوغاب و خاک مورد استفاده و نامگذاری آن در جدول ۲-۲ آمده است.
جدول ۲-۲ نسبت اختلاط دوغاب و خاک مورد استفاده در این تحقیق و نامگذاری آن [۳۳]
روند آزمایشهای صورت گرفته برای تزریق مطابق استاندارد ASTM D4320-93 انجام گرفته است. دستگاه آزمایش مطابق شکل ۲۹-۲ شامل موارد زیر است:
مخزن مخلوط کن با یک همزن با سرعت بالا
تلمبه
کمپرسور هوا
ستون تزریق
مجرای تصحیح دوغاب
 
شکل ۲۹-۲ دستگاه آزمایش دوغاب ماسه [۳۳]
هدف از این آزمایش بررسی تاثیر تزریق بر بهبود خصوصیات خاک های ماسه ای و همچنین ارتباط این بهبود با میزان فاصله از محل عمل تزریق بود. تزریق تحت فشار کم حدود ۱۰۰ کیلوپاسکال انجام شد.
نمونه های تزریق داده شده، به مدت سه روز در قالب نگه داشته شدند تا به مقاومت مورد نظر برسند. سپس از قالب خارج شده و مطابق شکل۳۰-۲ به نمونه هایی با طول ۲۰ سانتیمتر بریده شدند.
 
شکل ۳۰-۲ نمونه های تثبیت شده، (a) پس از خارج کردن از قالب، (b) بریدن به قطعههای ۲۰ سانتیمتری [۳۳]
نتایج آزمایشها به شرح ذیل است.
شکل ۳۱-۲ نمودارهای مقادیر مقاومت فشاری نمونه ها و مدول الاستیسیته آنها را برحسب فاصله از محل اعمال تزریق نشان میدهد.
 
شکل ۳۱-۲ مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته نمونه های ماسه تزریق شده برحسب فاصله از محل اعمال تزریق، (a) ۷ روزه، (b) ۲۸ روزه، (c) ۹۰ روزه [۳۳]
با توجه به آزمایشها نتایج حاکی از آن است که به تاخیر انداختن گیرش نمونه ها تاثیر منفی روی مقاومت ۷ روزه نمونه های تزریق شده دارد با وجود این مقاومت ۲۸ روزه و ۹۰ روزه نمونه ها قابل ملاحظه است. استفاده از اکریلیک رزین خواص تزریق را بهبود میبخشد اما اثر آن بستگی مستقیم با ساختار متراکم خاک-سیمان دارد. همین تمایل برای متیل متا اکریلات هم مشاهده شد ولی نه به این شدت.
در کل میتوان اینطور نتیجه گرفت که ترکیب مقداری مواد با سیمان برای اهداف تزریقی، با نسبت مناسب آب به سیمان، به میزان قابل توجهی به بهبود خواص تزریق کمک میکند[۳۳،۳۴].
۳-۲-۵-۲– تحقیقات انجام شده توسط آناگناستوپلوس[۲۵] و همکاران
آناگناستوپلوس و همکاران در سال ۲۰۱۱، به بررسی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک ماسهای با دوغاب پلیمری پرداختند. خاک ماسهای استفاده شده در تحقیق آنها دارای خصوصیات ذیل بود.
Cu=2/5, d=16 KN/m3sat=20/2 KN/m3, n=0/42
دوغاب پلیمری آنها شامل رزین اپوکسی با نام تجاری Resicolor 440، که ماده پلیمری محلول در آب است به همراه یک ماده سخت کننده استفاده شد. آنها با درصدهای مختلف رزین اپوکسی نسبت به آب(ER/W)[26]، نمونه ها را آماده سازی کردند و سپس تحت آزمایش سه محوری قرار دادند. نتایج آزمایشهای آنها به قرار زیر است.
شکل۳۲-۲ نمودار تنش-کرنش مربوط به نمونه های تقویت شده با دوغاب پلیمری در زمان های عمل آوری ۳ روزه، ۷ روزه و ۲۸ روزه نشان میدهد.
شکل ۳۲-۲ نمودار تنش کرنش نمونه های خاک ماسهای اصلاح شده با دوغاب پلیمری، زمان عمل آوری (a) ۳ روز، (b) ۷ روز، (c) ۲۸ روز [۳۵]
شکل ۳۳-۲ نمودارهای مقاومت فشاری، استحکام کششی و مدول الاستیسیته را در زمان های مختلف نشان میدهد.
شکل ۳۳-۲ (a) نمودار مقاومت فشاری، (b) نمودار استحکام کششی، (c)
نمودار مدول الاستیسیته[۳۵]
نتایج آزمایشها نشان دهنده تاثیر قابل ملاحظه رزین اپوکسی محلول در آب، بر روی مشخصات فیزیکی و مکانیکی ماسه دارد. افزایش مقاومت فشاری، استحکام کششی و مدول الاستیسیته به طور مستقیم بستگی به میزان نسبت رزین به آب دارد. در حالت کلی میتوان اینگونه نتیجه گرفت که میتوان از دوغاب پلیمری به منظور بهبود خواص مکانیکی خاک زیر فونداسیون به عنوان راه حلی مناسب استفاده کرد[۳۵].
۲-۵-۳- جمع بندی و نتیجه گیری از تحقیقات گذشته
با توجه به مطالب عنوان شده در قسمت های قبل میتوان نتایج حاصل از تحقیقات گذشته را به شرح زیر خلاصه نمود.
استفاده از مواد ضایعاتی به عنوان ماده افزودنی به خاک، هم در بهبود خواص مکانیکی و ژئوتکنیکی خاک موثر است و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و همچنین از نظر زیست محیطی مورد توجه بوده و راه حل مناسبی برای استفاده مجدد از مواد تجزیه ناپذیر میباشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

با انجام آزمایش CBR مشخص شد که در تمامی موارد با افزودن درصد الیاف به خاک، به وضوح میزان تنش لازم برای ایجاد نفوذ افزایش می یابد، یعنی مقدار CBR با حضور الیاف به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.اما این افزایش دارای نرخ کاهشی بوده و در درصد های بالا نرخ افزایشی آن کاهش می یابد. شکل ۱۷-۲، نتایج مربوط به آزمایش CBR را نشان میدهد.
شکل ۱۷-۲ تغییرات CBR بر حسب درصد الیاف [۲۳]
با توجه به شکل ۱۸-۲، نتایج آزمایش های برش مستقیم حاکی از آن است که در یک طول ثابت، با افزایش درصد وزنی الیاف، مقاومت برشی حد اکثر در نمونه ها افزایش می یابد. لیکن این افزایش مقاومت برحسب افزایش درصد الیاف، دارای روند کاهشی بوده و در درصد های بالای الیاف نرخ افزایش مقاومت کاهش می یابد[۲۳].
شکل ۱۸-۲ تغییرات مقاومت برشی حداکثر برحسب درصد الیاف [۲۳]
۲-۴-۲– استفاده از الیاف کارخانه لاستیک سازی
در سال ۲۰۱۰ مهران نیا و وفاییان با بهره گرفتن از الیافی از جنس نایلون ۶-۶ که جزء ضایعات کارخانه لاستیک سازی می باشد و ترکیب آن با خاک ماسه ای سعی در بهبود خاک ماسه ای داشتند. آن ها ابتدا روی ماسه ریز دانه، حالت های مختلف قرارگیری الیاف در خاک، در آزمایش برش مستقیم برای رسیدن به بالا ترین مقاومت برشی را بررسی کردند. برای داشتن نمونه ای کاملا درهم و یکنواخت، خاک و الیاف مورد آزمایش به سه قسمت مساوی تقسیم شده و سپس هر قسمت خاک را با یک قسمت الیاف مخلوط کردند.
نتایج آزمایش های آن ها به قرار زیر است:
باتوجه به شکل ۱۹-۲، نتایج آزمایش های برش مستقیم حاکی از آنست که پخش الیاف به صورت درهم در خاک مقاومت برشی خاک را بیشتر افزایش می دهد.
شکل ۱۹-۲ آزمایش برش مستقیم برای نمونه های با ۰/۲ درصد الیاف [۲۴]
همچنین با افزایش درصد وزنی الیاف در نمونه ها مقاومت برشی افزایش می یابد. آن ها همچنین نتیجه گرفتند که هرچه اندازه نمونه بزرگتر باشد مقاومت برشی ماسه مسلح شده کوچکتر خواهد بود. همچنین می توان گفت با افزایش نسبت طول الیاف به ابعاد نمونه مقاومت برشی نمونه افزایش می یابد. کرنش گسیختگی و نسبت مقاومت نهایی به مقاومت ماکزیمم با افزایش الیاف در ماسه افزایش می یابد. با توجه به شکل ۲۰-۲، می توان نتیجه گرفت که با افزایش الیاف در ماسه، شکل پذیری نمونه افزایش می یابد و خاک حالت نرم تری پیدا می کند.
شکل ۲۰-۲ مقایسه درصد های مختلف وزنی الیاف در ماسه ریز دانه [۲۴]
آزمایش CBR بر روی نمونه های مسلح شده و مسلح نشده ماسه ریز دانه نشان داد که افزودن الیاف به خاک باعث کاهش CBR اصلاح شده از ۱۱/۳ به ۷/۵ در صد شد. آن ها همچنین نتیجه گرفتند که بهترین درصد وزنی الیاف برای افزایش مقاومت خاک در حدود ۳ در صد وزنی است. ضمن این که افزودن الیاف به خاک حالت شکنندگی خاک را کاهش و شکل پذیری را افزایش می دهد، این پدیده با افزایش کرنش گسیختگی نمایان می گردد. الیاف ماسه های ریز دانه را بهتر مسلح می کند و وجود خاک ریز دانه در شن و ماسه های درشت سبب کارایی بهتر الیاف در این نوع خاک ها می شود[۲۴].
۵-۲– استفاده از مواد پلیمری و نفتی برای بهسازی خاک ماسه ای
با مروری بر کار گذشتگان به این نکته میرسیم که تعداد کارهایی که بر روی پایدارسازهای سنتی انجام شده بسیار زیاد است. اما در مقایسه تحقیقات و مدارک کمی در رابطه با پایدارسازهای غیر سنتی وجود دارد. گپال[۱۹] و همکارانش در سال ۱۹۸۳، مطالعات مقایسه ای را برای استفاده از اوره فرمالدئید و پلیمرهای هم خانواده آن برای پایدارسازی ماسه بادی انجام دادند. آن ها استفاده از ۹ درصد رزین و ۳ درصد اسید کاتالیست را برای پایدارسازی ماسه بادی پیشنهاد می کنند[۲۵]. الدهام[۲۰] و همکارانش در سال ۱۹۷۷، تحقیقات کاملی بر روی سنتر های پایدارسازهای شناخته شده، انجام دادند گزارش آن ها در رابطه با کاربرد اسید ها، آسفالت، سیمان، آهک، رزین ها، نمک ها، سیلکات ها و دیگر محصولاتی است که دارای پتانسیل پایدارسازی هستند. نتایج تحقیقات آن ها نشان داد که رزین های پلیمری بیشترین افزایش را در مقاومت مواد ماسه ای دارا می باشد[۲۶]. در ادامه به چند مورد از کاربرد مواد پلیمری و نفتی در اصلاح خاک اشاره میشود.
۱-۵-۲– اصلاح خصوصیات ژئوتکنیکی خاک های ماسه ای با بهره گرفتن از پسمانده مواد نفتی پالایشگاه ها:
با توجه به نفت خیز بودن کشور و وجود صنایع وابسته به نفت مانند پالایشگاه ها در نقاط مختلف کشور از پسمانده های موجود در پالایشگاه ها و آن محصولاتی که در پایان برج تقطیر در پالایشگاه ها باقی می ماند، می توان استفاده نموده و ماسه ها را اصلاح نمود. در تحقیقاتی که بر روی ماسه های تثبیت شده با قیر صورت گرفته است نتایج به قرار زیر می باشد:
خاک های ماسه ای به خوبی قابل تثبیت شدن با قیر می باشند[۲۷].
هرگاه در ماسه مقدار کمی مواد ریزدانه موجود باشد مقاومت مصالح تثبیت شده بیشتر بوده و در نتیجه، تثبیت بهتر خواهد بود ولی افزایش میزان ریز دانه در ماسه منتهی به نتایج خوبی نخواهد شد[۲۸].
اصلاح با قیر برای ماسه های با درجه خلوص بالا بهترین کاربرد را نشان داده است. افزایش مقدار درجه خلوص می تواند استحکام خاک را افزایش دهد[۲۹].
یانگ و محمد[۲۱] در سال ۱۹۹۴، تحقیقی بر روی تثبیت لوم های ماسه ای به وسیله پسمانده مواد نفتی انجام دادند، نتایج این تحقیق نشان می دهد که چسبندگی به صورت قابل توجهی بالا رفته است اما زاویه اصطکاک تغییر چندانی نکرده است. از طرفی با افزایش مواد ریزدانه خاک (بیش از ۳۰ درصد) کارایی تثبیت پایین می آید[۳۰].
در سال ۲۰۰۹ افلاکی و حاجیان نیا با بهره گرفتن از پسمانده مواد نفتی، مواد باقیمانده در قسمت های پایین برج تقطیر پالایشگاه، سعی در بهسازی خصوصیات خاک ماسه ای داشتند. نتایج آزمایش هایی که بر روی نمونه های ساخته شده با درصد های مختلف پسمانده نفتی از قرار زیر است:
نتایج آزمایش فشاری تک محوری برای سه حالت زیر درنظر گرفته شد:
تاثیر مقدار پسمانده نفتی بر روی استحکام مخلوط در واقع می توان دید که چگونه میزان پسمانده نفتی در نمونه های اصلاح شده تاثیر گذار است.
تاثیر درجه افزایش آب بر عملکرد استحکامی نمونه خاک-پسمانده نفتی
تاثیر کاهش املاح: در واقع اثر نمک چه تاثیری بر روی عملکرد مقاومتی نمونه خاک-پسمانده نفتی می تواند داشته باشد.
منحنی مقاومت فشاری تک محوره-کرنش برای نمونه های ساخته شده در شکل ۲۱-۲ نشان داده شده است.
شکل ۲۱-۲ نتایج آزمایش فشاری تک محوره برای نمونه های ساخته شده با پسمانده ماده نفتی [۳۱]
نتایج حاصل از آزمایش نشان می دهد که با افزایش پسمانده مواد نفتی در ساخت نمونه مقاومت فشاری به میزان حداقل ۲۰% کاهش نشان می دهد. علت این کاهش در مقاومت را می توان به کاهش اصطکاک بین دانه های خاک نسبت داد زیرا افزایش پسمانده نفتی باعث می شود سطح موثر تماسی بین دانه ها کاهش یافته در نتیجه کاهش در کل مقاومت حاصل شود. از طرفی با مقایسه نمودارها این طور استنباط می شود که با افزایش مقدار پسمانده نفتی مصرفی در ساخت نمونه ها، کرنش در نمونه ها بیشتر گردد و نمونه ها حالت پلاستیک تری از خود نشان دهند که این رفتار نمونه ها را می توان به خاصیت ویسکوز پسمانده نفتی نسبت داد. همچنین با افزایش مقدار مواد ریز دانه داخل خاک، مصرف پسمانده نفتی برای رسیدن به ماکزیمم مقاومت بیشتر خواهد شد.
باتوجه به شکل ۲۲-۲ رطوبت اولیه در خاک تاثیر بسزایی در مقاومت فشاری نمونه خواهد دشت. علت را می توان این طور توجیه کرد که وجود آب در سطح خاک باعث می شود که چسبندگی مناسب بین مواد نفتی و خاک حاصل نشود، در این حالت آب مانع می شود که مولکول های هیدروکربنی به سطح خاک به درستی بچسبد. وجود آب در نمونه باعث می شود که در شکل زنجیره های چسبانده بین ذرات خاک وارد شده و بنابر این کاهش در مقاومت خاک حاصل شود. همچنین اینطور به نظر می رسد که وجود رطوبت در خاک قبل از اختلاط تاثیر بیشتری در کاهش مقاومت نشان می دهد.
مقاومت فشاری(کیلوگرم برسانتیمترمربع)
شکل۲۲-۲ تاثیر رطوبت خاک محل بر روی مقاومت فشاری نمونه های اصلاح شده [۳۱]
نتایج آزمایش همچنین نشان می دهد که اگر نمونه خاک شسته شود بگونه ای که تا حدودی املاح نمک آن کم شود و به شرط آن که وزن مخصوص خشک خاک تغییر نکند، افزایش ۱۰ الی ۲۰ درصدی در مقاومت نمونه حاصل می شود. علت این افزایش را می توان به تاثیر منفی نمک در خاک نسبت داد. نمک باعث می شود که چسبندگی مناسب بین خاک و مواد نفتی حاصل نشود.
شکل ۲۳-۲ نتایج آزمایش فشاری تک محوره برای نمونه های ساخته شده از خاک شسته شده با پسمانده نفتی [۳۱]
چسبندگی خاک به میزان قبل توجهی نسبت به حالت طبیعی افزایش یافته ولی زاویه اصطکاک تغییر قابل ملاحظه ای نداشته است و حتی در بعضی مواقع کاهش را نشان می دهد. علت افزایش در چسبندگی را می توان اینطور توجیه کرد که هیدروکربن های مواد نفتی ماهیتا خاصیت چسندگی دارند. کاهش در اصطکاک به علت کاهش درگیری بین ذرات می باشد[۳۱].
۲-۵-۲– بررسی اثر چسب های پلیمری روی خواص مکانیکی خاک ماسه ای:
۱-۲-۵-۲-تحقیقات انجام شده توسط پارک و همکاران
در سال ۲۰۰۹، پارک[۲۲] و همکارانش با مطالعه بر روی پلیمر پلی وینیل استات و ترکیب آن با ماسه انجام دادند. این پلیمر ماده چسبناکی است که تحقیقات زیادی روی آن ها جهت تثبیت خاک صورت گرفته است. این ماده با از دست دادن رطوبت سخت می شود و ذرات خاک را به هم چسبانده و مقاومت خاک را در برابر نیرو های فرسایشی و گسیختگی افزایش می دهند. این پلیمر به علت چسبندگی بسیار و کشسانی آن ها در صنعت استفاده فراوانی دارند. علاوه بر افزایش مقاومت، استفاده دیگری که از این پلیمر می توان کرد استفاده در تثبیت شن های روان است. این پلیمر به آلات چسبندگی بالا مانع از حرکت شن های روان در اثر وزش طوفان می شوند. این پلیمر به علت این که با خاک واکنش شیمیایی نمی دهند، این قابلیت را دارد که گیاه درون خاک تثبیت شده با آن ها رشد کند.
شکل ۲۴-۲ پلی وینیل استات
پلی وینیل استات در سال ۱۹۱۲ در آلمان توسط فریتز کلات[۲۳] کشف شد. در مقیاس صنعتی از اتین، اتانوایک اسید و یکی از نمک های جیوه ساخته می شود. پلیمر پلی وینیل استات از واکنش در فاز مایع یا گاز اسید استیک و استیلن تهیه می شود. چسب های مفید از گروه امولسیون های پلی وینیل استات می باشند. مقاومت این مواد در برابر تخریب ناشی از اشعه خورشید، آن ها برای پوشش های داخلی و خارجی مناسب می سازد. نتایج آزمایش ها به شرح زیر است:
طبق آزمایش تراکم مطابق شکل ۲۵-۲، پیش بینی می شد که مقدار محلول لازم برای رسیدن به یک دانسیته ماکزیمم برای خاک ماسه روان مصرفی، بین عدد ۱۰ تا ۱۵ درصد وزن ماسه باشد. بدین منظور برای انجام این آزمایش محلول هایی با غلظت های مختلف ۱۰، ۲۰ و ۳۰ درصد از پلیمر تهیه و با نسبت های وزنی ۸ تا ۱۵ درصد وزن ماسه، به خاک مورد نظر اضافه شد.
شکل ۲۵-۲ تعیین درصد محلول بهینه نسبت به وزن ماسه [۳۲]

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

شکل ۴-۲ مقادیر مقاومت برشی برحسب درصد لاستیک و تنش نرمال [۱۴]
باتوجه به شکل ۵-۲، نتایج آزمایشهای سه محوری سیکلی حاکی از آن است که در یک دامنه تنش انحرافی ثابت، با افزایش درصد لاستیک مقادیر کرنش پلاستیک نمونه، افزایش می یابد.
شکل ۵-۲ نمودار تغییر مکان-سیکل [۱۴]
با مشاهده نمودار های اضافه فشار آب منفذی مطابق شکل ۶-۲، مشاهده شد که در یک دامنه تنش انحرافی ثابت، دامنه اضافه فشار آب حفره ای با افزایش درصد لاستیک کاهش می یابد. همچنین در یک دامنه تنش انحرافی با افزایش درصد لاستیک شیب منحنی های اضافه فشار آب حفره ای افزایش می یابد[۱۴].
شکل ۶-۲ نمودار فشار آب منفذی-سیکل [۱۴]
درسال ۲۰۱۰ مهدی پور و همکاران با بهره گرفتن از کفپوش های ضایعاتی و ماسه تقریبا یکنواخت، CBR ماسه را بهبود بخشیدند. ماسه استفاده شده در این تحقیق نسبتا یکنواخت بوده است. تراشه های به کار رفته در این تحقیق، مطابق شکل ۷-۲، از کف پوش های ضایعاتی انتخاب شده است که مقادیر قابل ملاحظه ای از این کف پوش ها هم در زمان تولید و هم بعد از استفاده از دور مصرف خارج می شوند. عرض تراشه ها ۰/۵ و ۱ سانتیمتر می باشد.
شکل ۷-۲ دو نوع تراشه با ابعاد مختلف، (a) عرض ۰/۵ سانتیمتر، (b) عرض ۱ سانتیمتر [۱۵]
ماسه غیر مسلح و مخلوط ماسه-خرده کف پوش با درصد های حجمی مختلف و نسبت طول به عرض های متفاوت تراشه ها در دو تراکم مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که درصد حجمی کف پوش ها، تراکم مخلوط و نسبت ابعاد کف پوش ها پارامتر های تاثیر گذار بر CBR مخلوط ماسه-خرده کف پوش می باشند. به طوری که مطابق شکل ۸-۲، با افزایش درصد تراشه ها و افزایش تراکم مخلوط مقدار CBR مخلوط افزایش می یابد. برای نسبت ابعاد در نظر گرفته شده در این تحقیق، برای یک عرض ثابت با افزایش طول تراشه مقدار CBR افزایش یافته است[۱۵].
شکل ۸-۲ نتایج CBR برای مخلوط های حاوی تراشه های به عرض ۰/۵ سانتیمتر و درصد های حجمی متفاوت [۱۵]
۳-۲– تسلیح خاک ماسهای با بهره گرفتن از الیاف طبیعی
با عبور از قرن بیستم، و اتمام منابع تجدید ناپذیر، نیاز به مصالحی که دوستدار محیط زیست هستند بیشتر احساس می شود. تحقیقات زیادی در کشور های مختلف بر خواص مکانیکی و عملکرد فیزیکی مصالح تسلیح شده با الیاف طبیعی صورت گرفته است. الیاف طبیعی مانند الیاف خرما، کتان، سیسال، کنف، بامبو و نارگیل علاوه بر این مزایا دارای برتری های دیگری همچون هزینه کمتر، فراوانی منابع و زیست تجزیه پذیر بودن آن ها می باشد.
۱-۳-۲-اصلاح ماسه با بهره گرفتن از الیاف کاه جو و کنف
اخوت و همکاران در سال ۲۰۱۰ با بهره گرفتن از خاک ماسه ای استاندارد و الیاف بریده شده کاه جو و رشته های الیاف کنف به عنوان مسلح کننده استفاده کردند. الیاف مورد آزمایش در دسته الیاف ساقه ای قرار میگیرند. این الیاف با درصد وزنی ۱، ۱/۵و ۲ درصد وزن خشک خاک، با خاک مخلوط شدند. الیاف علاوه بر استفاده به صورت توزیع تصادفی در خاک، به طول های ۱۰-۱۲ میلی متر، ۱۸-۲۰ میلی متر، ۲۸-۳۰ میلی متر نیز بریده شده و در یک درصد وزنی خاص جهت بررسی اثر طول به مخلوط اضافه گردیدند. نتایج آزمایش های آن ها از قرار ذیل است:
نتایج آزمایش تراکم به روش پروکتور استاندارد روی خاک غیر مسلح و مسلح با الیاف در درصد وزنی خشک خاک ۱، ۱/۵و ۲ نشان می دهدکه با افزایش میزان الیاف، درصد رطوبت بهینه افزایش می یابد که می توان علت آن را ظرفیت بالای جذب آب الیاف نسبت به خاک اطرافش دانست. همچنین افزایش میزان الیاف، باعث کاهش وزن مخصوص خشک حداکثر می شود و دلیل آن می تواند چگالی کمتر الیاف در مقایسه با دانه های خاک و مانعی برای نزدیک شدن دانه های خاک به هم باشد.
با بهره گرفتن از آزمایش برش مستقیم مشخص شد که در محدوده رطوبت ۱۱-۱۲ درصد با افزایش میزان الیاف کاه جو و کنف تا ۲ درصد وزنی، مقاومت برشی افزایش یافته است. در تنش نرمال ۵۰ کیلوپاسکال، بیشترین رشد مقاومت برشی برای کاه جو تا ۲۶ درصد و برای الیاف کنف تا ۴۷ درصد نشان داده شده است. همچنین در تمام ترکیب های آزمایش با افزایش تنش نرمال، افزایش مقاومت برشی مشهود است. با افزایش میزان الیاف تا ۱/۵ درصد، مقاومت برشی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد. در تنش نرمال ۵۰ کیلو پاسکال، برای الیاف کاه جو تا ۲۸ درصد افزایش مقاومت برشی و در کنف ۴۵ درصد افزایش مشاهده شد. علت کاهش مقاومت برشی نیز می تواند ناشی از تمایل به توده شدن الیاف کنف در ۲ درصد وزنی و عدم امکان به دست آوردن مخلوط کاملا یکنواخت بیان کرد که در اثر آن در سطح برش، سهم الیاف و خاک در کنترل گسیختگی یکسان نخواهد بود. بررسی تاثیر الیاف بر پارامتر های مقاومت برشی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی، رفتار غیر خطی و متغیری را نشان داد. این نتیجه بیان گر این مطلب است که پارامترهای چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی تنها از درصد وزنی الیاف تاثیر نمی پذیرند و باید مجموعه خصوصیات الیاف، خاک، تغییرات رطوبت و میزان الیاف را جهت دریافت رفتار واقعی خاک دخیل دانست. تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت های مختلف، در شکلهای ۹-۲ تا ۱۱-۲ نشان داده شده است.
شکل ۹-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۱-۱۲ درصد [۱۶]
شکل ۱۰-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۳-۱۴ درصد [۱۶]
الیاف کاه جو در مقایسه با الیاف کنف افزایش کمتری در مقاومت برشی نشان می دهند. رفتار خاک مسلح شده با الیاف کاه جو در میزان رطوبت بالاتر از رطوبت بهینه، روند منطقی را دنبال نمی کند و الیاف بر افزایش یا کاهش مقاومت برشی خاک مسلح اثر معنی داری ندارند[۱۶].
شکل ۱۱-۲ تغییرات مقاومت برشی نسبت به درصد الیاف در رطوبت ۱۷-۱۸ درصد [۱۶]
۲-۲-۳– افزایش ظرفیت باربری خاک ماسه ای مسلح شده با برگ خرما
یکی از محصولات عمده کشاورزی ایران، خرما است که موجب گسترش نخلستان هایی در مناطق جنوبی کشور شده است. هر ساله در این نخلستان ها در کنار خرما، مقدار قابل توجهی برگ خرما تولید می شود. این زوائد دارای خواص ویژه از جمله امکان تهیه ارزان، فراوانی در منطقه، دوام، سبکی، کشش پذیری و مقاومت نسبی در مقابل فساد پذیری می باشد. از این رو می توان آن ها را در تسلیح خاک به کار برد و نوعی خاک مسلح ایجاد کرد. کاربرد عملی این برگ ها در تسلیح خاک نیازمند شناخت خواص و رفتار مکانیکی مصالح مرکب حاصل می باشد.
شفیعی و همکاران در سال ۲۰۱۰ با بهره گرفتن از ماسه بادی لای دار و برگ خرما به عنوان مسلح کننده با مقاومت کششی ماکزیمم ۳۵ مگا پاسکال و مدول الاستیسیته اولیه ۵۵ مگا پاسکال آزمایشاتی را برای بهبود خواص خاک ماسه ای انجام دادند.
روش آزمایش بدین نحو است که ابتدا مقدار معینی خاک در داخل پلاستیک های ضخیم در بسته قرار داده می شود. سپس به اندازه ای که بتوان درصد رطوبت آن را تعیین کرد نمونه برداری گشته، بعد از تعیین درصد رطوبت مقدار آب لازم جهت رسیدن به درصد رطوبت بهینه به خاک داخل پلاستیک اضافه گشته با دستکش پلاستیکی تا حد امکان خاک را مخلوط کرده تا نمونه ای همگن بدست آید. دوباره نمونه ای از خاک مرطوب برداشته و آزمایش تعیین درصد رطوبت بر روی آن انجام گشته این عمل تا رسیدن به درصد رطوبت بهینه انجام می شود. سپس خاک طی لایه های مختلف داخل جعبه ریخته شده و با چهار چوب تراکم، متراکم شده سپس برگهای خرما بر روی سطح خاک چیده شده و عملیات ریختن خاک و متراکم کردن آن تا رسیدن به سطح نهایی مجددا تکرار می شود. محل قرارگیری لایه ها و تعداد لایه های برگ خرما به صورت جدول زیر می باشد:
جدول ۱-۲ نحوه قرارگیری لایه های برگ خرما به منظور تسلیح خاک [۱۷]
با توجه به شکل ۱۲-۲، نتایج آزمایشات آن ها نشان داد که افزودن برگ خرما در افزایش ظرفیت باربری خاک زیر پی بسیار چشم گیر و قابل توجه است و با افزایش تعداد لایه ها مقدار ظرفیت باربری افزایش می یابد[۱۷].
شکل ۱۲-۲ نسبت ظرفیت باربری بر حسب موقیت قرارگیری لایه برگ خرما [۱۷]
۴-۲– تسلیح خاک ماسهای با بهره گرفتن از الیاف مصنوعی
مقاومت هر خاک وابسته به پیوند بین ذرات خاک می باشد این مقاومت را در دو مقیاس کوچک و بزرگ می توان بهبود داد. در مقیاس کوچک مقاومت را باید از طریق ایجاد عاملی برای پیوند بین ذرات بالا برد. این کار را می توان به روش های گوناگونی انجام داد. یکی از روش های تسلیح خاک اختلاط آن با الیاف می باشد. تلفیق این عناصر با خاک محیطی مرکب ایجاد می نماید که در آن درگیری اجزاء کشش پذیر (عنصر تسلیح) با دانه های خاک، مقاومت و شکل پذیری خاک را بهبود می بخشد. اگرچه از گذشته های نسبتا دور تسلیح خاک صورت میگرفته است، اما از حدود نیم قرن پیش تحقیقات گسترده ای پیرامون شناخت و ارزیابی رفتار مکانیکی خاک مسلح شده با الیاف معمول گردیده است.
سابقه کاربرد الیاف در مسلح سازی خاک سابقه ای طولانی دارد و با بهره گرفتن از که در مخلوط کاه گل در عایق بندی رطوبتی ساختمان ها و بناها در ایران بر می گردد. استفاده از مواد تثبیت کننده به استفاده از ملات ساروج در ساخت بنای آب انبارها، پل ها، بند ها و دیگر سازه های آبی در ایران بر می گردد که از آهک به همراه خاکستر در تثبیت استفاده می کردند.
گری[۱۳] و همکاران در سال ۱۹۸۶ آزمایشهای فشاری سه محوری بر روی ماسه مسلح با الیاف انجام دادند. الیاف به دو صورت الیاف مستقیم و پارچه هایی که به صورت لایه ای در تراز های مختلف خاک قرار داده می شوند مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش مقاومت متناسب با میزان مسلح کننده ها و تعداد لایه های نوار مسلح کننده در مخلوط می باشد[۱۸]. در سال ۱۹۹۰ رورک[۱۴] و همکاران مطالعاتی در مورد مشخصات مقاومت برشی سطح تماس ماسه و الیاف با بیش از ۴۵۰ مورد آزمایش برش مستقیم انجام دادند. نتایج آزمایش ها نشان داد که مقاومت اصطکاکی سطح تماس ماسه و الیاف با افزایش دانسیته خاک افزایش می یابد و پارامتر مقاومت برشی مخلوط تابع نوع ماسه است[۱۹]. ونگ[۱۵] در سال ۲۰۰۰ طی انجام آزمایش های تک محوری و سه محوری تاثیر افزودن بعضی از تراشه های پلیمری را به خاک در بهبود رفتار مکانیکی خاک های ماسه ای رس دار مطالعه نموده و نتیجه گرفت که اضافه نمودن این الیاف به خاک ضمن افزایش مقاومت برشی نمونه ها شکل پذیری آن ها را نیز بهبود می بخشد[۲۰]. میچلوفسکی و سرماک[۱۶] در سال ۲۰۰۳، ۴ سری آزمایش های ۳ محوری برای بررسی اثر ماسه های مسلح با الیاف انجام دادند و از دو نوع ماسه ریز دانه و متوسط دانه استفاده کردند. الیاف مورد آزمایش در سه نوع پلی آمید، سیم گالوانیزه فولادی و پلی پروپیلن بود. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزودن مقدار کمی الیاف مصنوعی تنش گسیختگی نمونه را افزایش می دهد. به کار بردن الیاف در ماسه سختی اولیه را کاهش داده و کرنش لحظه گسیختگی را افزایش می دهد[۲۱].
۱-۴-۲ استفاده از الیاف پلاستیک باطله پلی اتیلن ترفتالات[۱۷] (پت)
در سال ۲۰۰۷، اوچی[۱۸] و همکاران روشی را برای تولید الیاف پت از بطری های باطله نوشابه به منظور تسلیح بتن با این الیاف ارائه نمودند و گزارش نمودند که مقاومت فشاری و مقاومت خمشی نمونه ها بهبود می یابند[۲۲]. سیم نگار و کمالی در سال ۲۰۱۱ سعی کردند از الیاف پت برای اصلاح خاک ماسه ای استفاده کنند. آن ها از خاک ماسه ای با درصد کمی از لای و رس بدون پلاستیسیته و الیافی از جنس پلی اتیلن ترفتالات که از ذوب کردن و برش دادن بطری های نوشابه به صورت الیاف نازک با طول های ۱۵ و ۳۰ میلی متر تهیه گردیده بود، به عنوان مسلح کننده استفاده کردند.
شکل ۱۳-۲ الیاف پت مورد استفاده در این تحقیق [۲۳]
برای تهیه و ساخت هر نمونه، مقدار خاک، آب و تریشه لازم بر اساس مشخصات هندسی، تراکم نمونه و درصد تریشه ها محاسبه و توزین می گردد. به منظور اختلاط بهتر، ابتدا خاک را کمی مرطوب نموده و سپس تریشه ها را به آن افزوده و به تدریج با اضافه نمودن آب، رطوبت را تا حد رطوبت بهینه افزایش داده تا مخلوطی یکنواخت حاصل شود. آن گاه مخلوط را برای عمل آوری در کیسه گذاشتند و پس از گذاشت ۱۸ ساعت مخلوط حاصل را داخل قالب های مخصوص هر آزمایش متراکم کردند.
نتایج آزمایش های آن ها به شرح زیر است:
با بررسی نتایج آزمایش تراکم مشاهده شد که در یک انرژی تراکم ثابت، با افزودن الیاف به خاک، وزن واحد خشک ماکزیمم نمونه ها کاهش می یابد. همچنین مشخص گردید که با افزایش درصد الیاف مخلوط با خاک، درصد رطوبت بهینه نمونه افزایش می یابد. در محیط های دانه ای مانند خاک که مقاومت کششی نداشته و عامل ایجاد پیوستگی تنها نیروی اصطکاک می باشد، گسیختگی از نوع برشی و سطوح ناپیوستگی لغزشی می باشند. از نتایج مشاهدات مربوط به رفتار نمونه ها در حین برگزاری می توان نتیجه گرفت که با توجه به شکل ۱۴-۲، حضور الیاف در خاک معیار گسیختگی و امتداد سطوح لغزش را تغییر داده و عرض ناحیه برش را افزایش می دهد.
شکل ۱۴-۲ سطح گسیختگی نمونه مسلح شده با الیاف [۲۳]
با بررسی نمودارهای حاصل از نتایج آزمایش ها، همانطور که در شکل ۱۵-۲ مشاهده میشود، مشخص شد که در یک طول ثابت، با افزایش درصد وزنی الیاف، مقاومت ماکزیمم و مقاومت باقیمانده در نمونه ها افزایش، لیکن اختلاف این دو مقاومت کاهش می یابد. همین روند برای افزایش تاثیر پارامتر طول الیاف در یک درصد وزنی ثابت نیز مشاهده می شود، یعنی افزایش طول الیاف در یک درصد وزنی ثابت، باعث افزایش مقاومت ماکزیمم و مقاومت باقیمانده در نمونه ها می گردد.
شکل ۱۵-۲ تغییرات مقاومت تک محوری بر حسب درصد الیاف [۲۳]
اختلاط خاک با تراشه موجب می گردد تا شیب منحنی بعد از مقاومت نهایی تا رسیدن به مقاومت ماندگار، کاهش، لیکن کرنش در نقطه تنش ماکزیمم، افزایش می یابد. این رفتار بیانگر نرم تر شدن رفتار خاک در اثر تسلیح با تریشه می باشد. همچنین با مقایسه نمودارها، مطابق شکل ۱۶-۲، مشاهده می شود که در یک درصد وزنی ثابت، با افزایش پارامتر طول، کرنش گسیختگی افزایش و سختی کاهش می یابد.
شکل ۱۶-۲ تغییرات تنش برحسب کرنش محوری برای نمونه های مسلح شده با الیاف [۲۳]

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

ها را به دو دسته تثبیت شیمیایی و تثبیت فیزیکی-مکانیکی تقسیم بندی کرد. منظور از تثبیت شیمیایی، اصلاح خواص مورد نظر خاک به کمک مواد افزودنی است، که به لحاظ فعل و انفعالات شیمیایی حاصل از این مواد در مجاورت خاک حاصل می گردد. منظور از تثبیت فیزیکی خاک، تثبیت و اصلاح خواص خاک بدون تغییر در خصوصیات شیمیایی خاک می باشد. این نوع تثبیت را می توان به روش های مختلفی اجرا نمود که تسلیح خاک یکی از این روش هاست.
در کشور ایران با در نظر گرفتن اقلیم و شرایط جغرافیایی و همچنین وجود مناطق وسیعی از بیابان ها که اکثر خاک های این مناطق ماسه های ریز دانه (ماسه بادی) می باشد، چون یکی از مشکلات عمده خاکهای ماسه بادی، مقاومت کم آنها تحت شرایط رطوبت طبیعی و اشباع میباشد، شاید یکی از موانع عمده در زمینه توسعه شبکه راه های کشور و پروژه های عمرانی، وجود این نوع ماسه ها در سطح وسیعی از کشور باشد. طبیعی است که چنانچه منابع قرضه فاصله زیادی تا محور راه یا پروژه های عمرانی داشته باشد، آنگونه که در مناطق کویر مرکزی، کویر لوت و یا بیابان های جنوب کشور چنین است هزینه احداث راه و بهسازی خاک منطقه چندین برابر حد معمول خواهد بود. بدین منظور مطالعه بر روی روش های جدیدی که قادر باشند اصلاحاتی بر روی خاک سطوح زمین پوشیده از ماسه بادی به عمل آورند، دارای اهمیت زیادی میباشد و این تحقیق در این راستا میباشد.
۳-۱-مروری بر مطالب ارائه شده در این تحقیق
در فصل دوم، کلیات و سابقهی تحقیق در رابطه با بهبود خواص خاکهای ماسه ای بررسی شده است.
فصل سوم روش تحقیق و برنامههای آزمایشگاهی را بیان میکند.
در فصل چهارم به نتایج حاصل از آزمایشها و تفسیر آنها پرداخته شده است.
فصل پنجم شامل نتیجهگیری و ارائه پیشنهادها میباشد و در پایان منابع معرفی شدهاند.
فصل دوم
سابقه تحقیق

۱-۲– مقدمهای بر اصلاح خاک، مواد و روش های مورد استفاده
در این بخش به طور مختصر از مواد مختلفی که تاکنون به منظور بهسازی خاکهای ماسهای استفاده شده است، پرداخته میشود. مواد مورد استفاده به طور کلی شامل مورد ذیل است:
استفاده از مواد ضایعاتی
استفاده از الیاف طبیعی
استفاده از الیاف مصنوعی
استفاده از پلیمرها و مواد نفتی
۲-۲– استفاده از مواد افزودنی ضایعاتی به منظور بهسازی خصوصیات خاک های ماسه ای
تولید حجم عظیمی از مواد فرسوده با طول عمر بالا و عدم ارائه یک راه حل اصولی و صحیح برای دفن، بازیافت و یا استفاده بهینه، یکی از مسائل و مشکلات به وجود آمده در سال های اخیر می باشد. اضافه کردن مواد ضایعاتی علاوه بر بهبود خصوصیات خاک می تواند از دو دیدگاه دفع مواد ضایعاتی و کاهش هزینه های اجرایی نیز مورد بررسی قرار گیرد. در این تحقیق به چند مورد بطور خلاصه اشاره میشود.
۱-۲-۲– بهبود خصوصیات ماسه های تثبیت شده با سیمان و خرده شیشه ضایعاتی
نخستین بار در سال ۱۹۱۷ میلادی آمیس[۲] مخلوط خاک-سیمان را به عنوان یک اختراع در فیلا دلفیای امریکا به ثبت رساند و پس از وی در سال ۱۹۲۲ میلادی سازمان بزرگراه های ایالت داکوتای جنوبی و آیووا و متعاقب آن در سال ۱۹۳۲ میلادی اداره راه کارولینای جنوبی این مخلوط را در تثبیت مسیر جاده ها و احداث بزرگراه ها به کار گرفت [۱].
در طول سال های ۱۹۴۰-۱۹۵۰ تحقیقاتی بر روی فاکتور های موثر خاک بهبود یافته متراکم شده در بستر راه ها انجام گرفت[۲]. سیمنتاسیون[۳] به معنای عام آن سیمانی شدن و چسبیدن است و در مهندسی ژئوتکنیک به چسبیدن ذرات خاک به یکدیگر و ایجاد یک توده چسبنده و با مقاومت بیشتر اطلاق می شود. سیمانی شدن مصنوعی عموما در ارتباط با ماسه ها مورد بررسی قرار گرفته است. زیرا مصالح درشت تر مانند شن و ماسه های درشت دانه اصولا نیازمند به بهسازی نیستند و اغلب خصوصیات ژئوتکنیکی مطلوبی دارند به همین منظور برای بهسازی خاک با بهره گرفتن از سیمانی شدن مصنوعی آن، محققین بیشتر توجه را به ماسه ها و مصالح ریز دانه معطوف داشته اند[۳].
پس از اضافه شدن سیمان به خاک واکنش های مختلفی بین خاک و سیمان صورت می گیرد. مهمترین این واکنش ها در کوتاه مدت واکنش جانشینی یون های مثبت و واکنش تجمع-تراکم است. در این دو واکنش بافت خاک با تجمع ذرات در کنار یکدیگر به نوعی دانه بندی آن تغییر می کند و مقاومت آن افزایش می یابد. هرچه ذرات سیمان ریز تر باشند، هیدراتاسیون[۴] بیشتر و برای مدت طولانی تر حتی تا سالیان دراز انجام می شود و این امر به افزایش مقاومت ترکیب سیمانی با زمان بر می گردد[۴].
دوپاس و پکر[۵]در سال ۱۹۷۹، به مطالعه خواص استاتیکی و مکانیکی ماسه-سیمان به منظور بهسازی ماسه و اجتناب از خطر روانگرایی نشان دادند که با افزایش مقدار ماده سیمانی کننده بر چسبندگی خاک افزوده می شود و افزودن ۵ درصد سیمان پرتلند ۲۰۰-۳۰۰ کیلو پاسکال چسبندگی در خاک ماسه ای به وجود می آورد[۵].
در سال های اخیر برخی بررسی های آزمایشگاهی توسط وارتمن[۶] و همکاران صورت گرفته است که امکان استفاده از شیشه خرد شده را برای بهبود خواص مهندسی ذرات درشت دانه و ماسه ای و مواد ساحلی مانند کائولین و ماسه بادی مورد ارزیابی قرار داده اند. مقاومت اصطکاکی ذرات دانه ای خاک با افزودن شیشه خرد شده به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و افزودن شیشه خرد شده برای بهبود خواص مهندسی سایر مواد ساحلی به صورت یک راهکار پیشنهاد می شود[۶].
در سال ۲۰۰۶ گراب[۷] و همکاران به بررسی برخی از پارامترهای مکانیکی مخلوط خاک رسوبی و شیشه خرد شده پرداخته اند. این آزمایش ها بر روی ۱۰۰ درصد شیشه خرد شده، ۱۰۰ درصد مواد رسوبی و درصد های ۲۰/۸۰، ۴۰/۶۰، ۵۰/۵۰، ۶۰/۴۰ و ۸۰/۲۰ شیشه خرد شده (CG[8]) و مواد رسوبی انجام شد. افزودن ۲۰ درصد CG باعث کاهش ۳۳-۶۷ درصدی رطوبت بهینه و افزایش KN/m۱-۳ دانسیته خاک در تراکم استاندارد می شود و همچنین باعث بهبود کارایی خاک رسوبی می گردد. زاویه اصطکاک داخلی ماکزیمم ۳۹ درجه بوده که در مخلوط های مواد رسوبی و شیشه خرد شده (CG) با نسبت ۶۰/۴۰ و ۸۰/۲۰ به دست آمده است[۷،۸]. با توجه به این نکته که تثبیت و بهسازی خاک با بهره گرفتن از سیمان یکی از پر هزینه ترین روش های بهسازی خاک می باشد، لذا فکر به کار بردن مواد افزودنی دیگر و جایگزینی و استفاده از آن در این نوع بهسازی جهت بهبود خصوصیات خاک تثبیت شده و افزایش پارامترهای مقاومتی و همچنین کم کردن سیمان مصرفی و متعاقبا کاهش هزینه ها مورد توجه مهندسان ژئوتکنیک بوده است. در سال ۲۰۱۰ حق شناس و همکاران با بهره گرفتن از آزمایش های تراکم استاندارد و تک محوری محدود نشده، بهبود خصوصیات مهندسی ماسه ساحلی تثبیت شده با سیمان با اضافه کردن خرده شیشه ضایعاتی را مورد بررسی قرار دادند و نتیجه گرفتند که با بهره گرفتن از شیشه خرده ضایعاتی به عنوان ماده افزودنی به خاک می توان مقاومت و سایر پارامتر های مورد نظر را به صورت مطلوب کسب کرد و هم اینکه با توجه به ضایعاتی بودن شیشه از نظر اقتصادی هزینه های پروژه را کاهش داد. شیشه مورد استفاده در این تحقیق از شیشه های ضایعاتی و از ترکیب دو نوع شیشه ایمنی آبداده برای بدست آوردن دانه بندی مناسب استفاده گردیده است. شیشه ایمنی آبداده یا شیشه ایمنی پیش تنیده را بیشتر با نام شیشه سکوریت می شناسند. این شیشه ها با قطر های مختلف مانند ۳، ۵، ۶، ۱۰ میلیمتر جمع آوری شده و در دستگاه سایش لس آنجلس جهت خرد شدن ریخته شدند. پس از ۱۰۰۰ دور چرخیدن دستگاه، شیشه خرد شده خارج شده و با انجام دانه بندی ذرات با قطرهای مختلف در ظرف های جداگانه جهت استفاده دپو شدند.
برای ساخت نمونه ها ابتدا باید درصد مناسب سیمان و سپس درصد های مختلف شیشه انتخاب می گردیدند. مقدار سیمان موجود در مخلوط خاک-سیمان، به صورت درصدی از وزن و یا حجم خشک خاک بیان می شود، و مقدار آن به نوع خاک بستگی دارد. در مورد خاک های ماسه ای مقدار سیمان در درجه اول بستگی به درجه تخلخل خاک تثبیت شده دارد. به همین منظور با توجه به نوع خاک و مقدار حجمی سیمان مورد نیاز برای تثبیت مؤثر انواع مختلف خاک، در نهایت دو مقدار ۵ و ۷ درصد انتخاب شدند. با توجه به مطالعات قبلی، سه درصد وزنی مختلف ۲۰، ۴۰، ۶۰ برای افزودن شیشه خرد شده در نظر گرفته شد.
نتایج آزمایشهای آن ها به قرار زیر است:
با انجام آزمایش تراکم استاندارد مطابق شکل ۱-۲ مشاهده می شود که با افزایش مقدار شیشه مقدار رطوبت بهینه کاهش می یابد و مقدار وزن مخصوص خشک ماکزیمم افزایش می یابد.
شکل ۱-۲ نمودارهای تراکم مربوط به خاک تثبیت شده با ۵ و ۷ درصد سیمان [۹]
در شکل ۲-۲ تاثیر افزودن شیشه خرد شده بر مقاومت فشاری محدود نشده نمونه های ۷ روزه نشان داده شده است. با توجه به شکل مشاهده می شود که با زیاد شدن مقدار شیشه خرد شده، مقاومت فشاری حداکثر مخلوط ها افزایش یافته و ضمنا شیب نمودار تنش-کرنش زیاد می شود و مدول ارتجاعی فشاری بالا می رود.
شکل ۲-۲ نمودارهای تنش-کرنش مربوط به خاک تثبیت شده با ۵ درصد سیمان در ۷ روز [۹]
سایر نتایج بدست آمده حاکی از آن است که با افزودن شیشه خرد شده به خاک ماسه ای با دانه بندی یکنواخت می توان به یک دانه بندی مناسب تو پر دست یافت که این امر سبب ایجاد پایداری در شبکه خاک می شود. همچنین به ازای یک درصد سیمان ثابت افزایش درصد شیشه باعث کاهش درصد رطوبت بهینه و افزایش وزن مخصوص خشک ماکزیمم می شود. افزایش شیشه به خاک باعث افزایش مقاومت فشاری آن می شود که این افزایش در درصد های بالاتر شیشه خیلی بیشتر است. همچنین کرنش متناظر با مقاومت فشاری ماکزیمم با افزایش درصد شیشه بیشتر می شود. وجود شیشه در نمونه های تثبیت شده با سیمان سبب افزایش شکل پذیری آن ها می شود که این شکل پذیری با افزایش درصد شیشه بیشتر می شود[۹].
۲-۲-۲– استفاده از لاستیک و کفپوش های لاستیکی ضایعاتی برای بهبود خواص خاک ماسه ای
در کشور های مختلف جهان سالیانه میلیون ها حلقه تایر فرسوده اتومبیل بعد از استفاده به عنوان زباله جمع آوری و انبار می گردد. تجزیه مواد پلیمری مانند لاستیک تایر به صورت طبیعی نیاز به مدت زمان بسیار طولانی دارد از اینرو، طی سال های اخیر روش های متعددی توسط محققین به منظور بازیافت و استفاده مجدد از تایر های فرسوده اتومبیل ها ارائه گردیده است. یکی از این روش ها تجزیه فیزیکی یه به عبارت دیگر جدا نمودن کناره ها و کف تایر از الیاف نخی و سیم های فلزی به کار رفته در آن و سپس خرد کردن قطعات آن ها در اندازه های مختلف می باشد. ذرات لاستیک تایر که به این ترتیب به دست می آیند کاربرد های مختلفی در صنایع مختلف دارند. یکی از این کاربردها، استفاده از مخلوط خاک و ذرات لاستیک تایر بازیافتی، به خاطر وزن کم و ظرفیت بالای جذب انرژی ناشی از ارتعاشات، در مسائل مهندسی ژئوتکنیک و ابنیه فنی می باشد. به همین علت به دست آوردن خواص و رفتار این مصالح می تواند کمک چشمگیری در استفاده از آن ها نماید.
درسال ۱۹۹۶ به منظور بررسی تقویت ماسه، فوس[۹] و همکارانش در سال ۱۹۹۶، یک سری آزمایشات برش مستقیم بر روی مخلوط های ماسه و خرده تایر فرسوده انجام دادند. نتایج آزمایشات نشان داد که مهمترین عوامل موثر بر مقاومت برشی مخلوط، درصد خرده های لاستیک و وزن واحد حجم مخلوط می باشد[۱۰].
در سال ۲۰۰۵، هاتف[۱۰] و همکاران یک سری مدل های آزمایشگاهی برای تحقیق در مورد استفاده از خرده های لاستیک فرسوده جهت افزایش باربری ارائه نمودند. نتایج آزمایشات حاکی از آن بود که افزودن خرده های لاستیک به ماسه، باعث افزایش نسبت ظرفیت باربری کالیفرنیا (C.B.R)، بسته به درصد خرده لاستیک و نسبت اضلاع آن ها، می گردد[۱۱].
اتم[۱۱] درسال ۲۰۰۵ یک سری آزمایشات برش مستقیم جهت بررسی تاثیر افزودن خرده های لاستیک بار خواص فیزیکی ماسه ها انجام داد که نتایج آن حاکی از افزایش زاویه اصطکاک داخلی و مقاومت برشی ماسه ها با افزودن خرده های لاستیک بود[۱۲].
در سال ۲۰۰۶ به منظور بهبود پارامتر های دینامیکی خاک ها در کرنش های کم بر روی مخلوط ماسه و خرده های لاستیک، پاماکو[۱۲] و همکاران یک سری آزمایشهای کنترل شده انجام دادند. نتایج تحقیق نشان دهنده افزایش همزمان مدول برشی و ضریب میرایی نمونه های ماسه به ازای یک حجم بهینه از خرده های لاستیک بود[۱۳].
در سال ۲۰۱۰ نخعی و همکاران با ترکیب خاک ماسه ای با مقدار کمی رس و سیلت با خرده های لاستیک، سعی در بهبود خواص خاک ماسه ای داشتند. بر روی مخلوط های ماسه با درصد های مختلف لاستیک آزمایش های تراکم انجام گردید، و مقادیر دانسیته ماکزیمم خشک و رطوبت بهینه برای هر یک از درصد های لاستیک به دست آمد. پس از بدست آمدن مقادیر فوق با توجه به حجم قالب در آزمایش های برش مستقیم و سه محوری سیکلی مقادیر ماسه، آب و درصد وزنی ذرات لاستیک مربوط به هر آزمایش بدست آمده و نمونه ها با درصد رطوبت بهینه و دانسیته ماکزیمم در قالب آزمایش مربوطه متراکم گردیده اند.
نتایج آزمایشهای آن ها به قرار زیر است:
با توجه به شکل ۳-۲، نتایج آزمایشهای تراکم نشان دهنده آن است که با افزایش درصد لاستیک، دانسیته خشک ماکزیمم کاهش یافته در حالیکه درصد رطوبت بهینه افزایش می یابد. دلیل اصلی این پدیده جایگزین شدن ذرات سبک تر لاستیک به جای ذرات خاک می باشد. همانطور که در شکل ۴-۲ مشاهده میشود، با بهره گرفتن از آزمایشات برش مستقیم مشخص شد که در تنش های نرمال ۱ و ۱/۵ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع مقاومت برشی نمونه با افزایش درصد لاستیک کاهش می یابد در حالی که در تنش نرمال ۰/۵ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع، مقاومت برشی در ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین با افزایش درصد لاستیک زاویه اصطکاک داخلی کاهش می یابد که این با توجه به کوچکتر بودن اندازه ذرات لاستیک نسبت به ذرات خاک قابل توجیه است.
شکل ۳-۲ مقادیر دانسیته خشک ماکزیمم و درصد رطوبت بهینه [۱۴]

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  fumi.ir  مراجعه نمایید.

استفاده از محدودسازهای جریان خطا بین دو باس بار متصل به هم که در این حالت باس باری که دچار اتصال کوتاه می شود جریان خطا فقط از یک ترانس به سمت آن جاری می شود.
شکل ۴-۱۲- استفاده از محدود سازهای جریان خطا بین دو باسبار
۴-۵- مدل محدودسازی نوع ترانسفورماتوریک و عملکرد آن
در مر جع (جانوسکی و همکاران،۲۰۱۱) هر دو نوع القایی SFCLs ها و نوع ترانسفورماتوری SFCLs به هسته آهنی نیاز دارند. در هر دو، جریان خطا از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود. تفاوت در سیم پیچ ثانویه است . مواد ابررسانا برای هر نوع از SFCL باید دارای دو مقدار بالا از مقاومت در حالت مقاومتی و چگالی جریان بحرانی بالا باشند. که SFCL ترانسفورماتوری را می توان با بهره گرفتن از هر نوع عناصر HTS تجاری ساخت. نوع القایی SFCLs نیاز به مواد HTS با مقدار بزرگی از دارد .
عناصر ابررسانا SFCLs دارای شرایط کار درحالت ابررسانای و در حالت مقاومتی ، و همچنین درحالت گذرا می باشند. الزامات مربوط به ابررساناهای SFCLs متفاوت از ابر رساناهای است که برای سایر دستگاه های ابررسانایی استفاده می شود. فقط مواد ابررسانایی با مقدار بالای مقاومت در حالت مقاومتی و مقداربالای جریان بحرانی را می توان در ساخت SFCL مورد استفاده قرار داد.
عناصر ابررسانا از SFCLs ها معمولا در دمای نیتروژن مایع ( K77.4 ) و تحت میدان مغناطیسی خودش کار می کند. سه پارامتر ابررساناها ها : چگالی جریان بحرانی ( در K77.4 و میدان خودش ) ، مقاومت درحالت مقاومتی ( در K77.4) و مقاومت در حالت ابررسانایی ( در K77.4 ) ، از مهم ترین پارامترها از دید SFCL می باشند. مقاومت در حالت ابررسانایی برای تمام ابررساناها در جدول یک کمتر ازΩm اهم است.
در مرجه (جانوسکی و همکاران ، ۲۰۰۷) نوع القایی SFCLs و نوع ترانسفورماتوری SFCLs بسیار مشابه هستند و هر دو را می توان به عنوان ” نوع ترانسفورماتوری ” نامید. هر دو نیاز به هسته آهنی دارند. در هر دو، جریان خطا از سیم پیچ اولیه به سیم پیچ ثانویه منتقل می شود. تفاوت در سیم پیچ های ثانویه است .
جدول ۴-۱: پارامترهایی (درK 77.4 و میدان خودش )از مواد ابررسانای تجاری برای SFCLs
۴-۵-۱- نوع القایی SFCL
نوع القایی SFCL شامل سیم پیچ اولیه مسی و سیم پیچ ثانویه ابرسانا اتصال کوتاه شده است و غوطه ور در یک سرما سنج و نیتروژن مایع سرد می باشد(K 77.4 ). سیم پیچ ابررسانای دمای بالا ( HTS ) ممکن است با بهره گرفتن از نوار ابررسانا و یا مواد فله مانند لوله ساخته شود(جانوسکی و همکاران ، ۲۰۰۷) .
مقاومت سیم پیچ های HTS با معادله داده شده در زیر بدست می آیند :
( ۱ )
که در آن: ، مقاومت و مقاومت ویژه سیم پیچ HTS در حالت مقاومتی در دمای K77.4 و و قطر و سطح مقطع سیم پیچ های HTS می باشند.
رابطه بین سطح مقطع سیم پیچ HTS وچگالی جریان بحرانی ابررساناها بر اساس معادله زیر بدست می آید :
( ۲ )
که در آن : N تعداد دور سیم پیچ های اولیه ( تعداد دور سیم پیچ ثانویه =۱)، جریان سوئیچینگ و چگالی جریان بحرانی ابررسانا می باشند. جریان سوئیچینگ جریانی از سیم پیچ اولیه است که باعث ایجاد شار جریان بحرانی درسیم پیچ ثانویه می شود .
تغییر ولتاژ به صورت زیر انجام می شود :
( ۳ )
که در آن: فرکانس، حداکثر چگالی شار مغناطیسی ، سطح مقطع هسته آهنی است . با معرفی (۳) و (۲)،(۱)
ما به دست میاوریم:
( ۴)
که در آن: قدرت محدود کننده برای جریان سوئیچینگ. معادله (۴) نشان می دهد که مقاومت سیم پیچهای ابررسانا بستگی به ابررسانا و ابعاد و قدرت محدود کننده دارد .
۴-۵-۲- نوع ترانسفورماتوری SFCL
در(جانوسکی و همکاران ، ۲۰۰۷) نوع القایی ابررسانای محدود کننده جریان خطا با سیم پیچ ثانویه مسی اتصال کوتاه شده توسط HTS ” مقاومت ” که در سرما سنج با نیتروژن مایع قرار می گیرد که SFCL نوع ترانسفورماتوری نامیده می شود],[۵] [۶٫ شکل زیر طرح کلی از این نوع SFCL را نشان می دهد [۲].
شکل ۴-۱۳: شماتیک ترانسفورماتور SFCL
این محدوده کننده دارای دو بریکراست : که اولی (۱ ) برای حفاظت شبکه و دومی (۲) برای حفاظت HTS از دمای بالا است. بریکر دوم ممکن باز شود حتی هنگام محدود کردن جریان اتصال کوتاه و امپدانس محدود شده حلقه اتصال کوتاه ، تغییر نخواهد کرد.
با تغییر مقدار دور (نسبت تبدیل ) استفاده از محدود کننده را در رنج گسترده ای از جریان عملکرد ممکن می سازد. HTS ” مقاومت ” به شکل کویل HTS ساخته می شود. برای چک کردن مکانیکی، حرارتی، پایه و مشکلات اتصال در حالت گذرا کویل HTS آزمایشی را (شکل زیر) با پارامترهای موجود در جدول V ساخته شده است. این کویل HTS با نوار Bi-2223/Ag ، ساخته شده است. قرقره سیم پیچ HTS ، از مواد پلیامید ERTALON 6 SA ساخته شد.
جدول ۴-۲: پارامترهای الکتریکی ترانسفورماتور برای ساخت ترانسفورماتور نوع SFCL
شکل ۴-۱۴: HTS تست شده ” مقاومت” شکل سیم پیچ HTS برای ترانسفورماتورSFCL
جدول ۴-۳: پارامترهای HTS “مقاومت” سیم پیچ برای ترانسفورماتور SFCL
این مواد دارای مشخصات استحکام بالا و مقاومت مکانیکی، ثبات بالا از شکل ، استقامت حرارتی خوب و مقاومت سایشی ، مقاومت الکتریکی بسیار خوب ، میرا کردن نوسانات بالا و مقاومت به ضربه بسیار بالا هستند.
مقاومت HTS ” مقاومت ” در شکل سیم پیچ داده شده است
توسط:
( ۵ )
که در آن: مقاومت و مقاومت ویژه از HTS درحالت مقاومتی در دمای K77.4 و طول و سطح مقطع از نوارHTS می باشند. رابطه متقابل سطح مقطع نوار HTS و چگالی جریان بحرانی ابررساناها بر اساس معادله زیر داده شده اند :
( ۶)

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

ه – محدود سازهای جریان با خازن سری کنترل شده با تریستور (TCSC)
۴-۳-۴- محدود سازهای ابررسانایی
با ساخت سیم های ابر رسانا از نوع NbTi ، YBCO، BSCCO با درجه حرارت بحرانی بالا استفاده از این عناصر به عنوان محدود ساز جریان خطا بیشتر مورد تحقیق قرار گرفت. آشکار ساز خطا در این محدود کننده ها جریان بحرانی سیم پیچ ابررسانا می باشد با طراحی یک محدود ساز ابررسانای می توان مقدار جریان خطا را به ۲ تا ۵ برابر میزان جریان نامی تجهیز محدود کرد.
انواع محدود سازهای جریان خطا ابررسانایی به شرح زیل می باشند:
۴-۳-۴-۱- محدود ساز ابررسانایی نوع مقاومتی
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است این محدود کننده ها به صورت سری در مدار قرار می گیرند و مانند یک مقاومت متغیر عمل می کنند
شکل ۴-۲: محدود ساز ابررسانایی نوع مقاومتی
در شکلهای زیر تغییرات اندازه مقاومت ابررسانا با تغییرات دما و تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان نشان داده شده است. که بسته به نوع، شدت خطا و … مقدار مقاومت نیز تغییر می کند.
 
شکل۴-۳: تغییرات اندازه مقاومت ابررسانا با تغییرات دما و تغییرات مقاومت ابررسانا با تغییرات چگالی جریان
۴-۳-۴-۲- محدود ساز ابررسانایی نوع القایی
محدود ساز ابررسانایی نوع القایی بصورت سری در مدار قرار گرفته و بر اساس خاصیت ترانسفورماتوری عمل میکند که این موضوع در بخش بعد به طور کامل توضیح داده می شود.
۴-۳-۴-۳ محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی ( نوع راکتور DC)
در این ترکیب از یک پل دیودی یا تریستوری که به یک سیم پیچ ابر رسانا به عنوان اندوکتانس محدود کننده متصل شده استفاده می شود.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است در این نوع از محدود کننده ها از چهار دیود و یک راکتور ابررسانا در حالت تکفاز تشکیل شده است که به صورت سری در مدار قرار می گیرد. راکتور DC به خاطر عبور دادن جریان DC از خود در کار عادی شبکه هیچ گونه افت ولتاژی در دو سر خود نخواهد داشت. همانگونه که در قسمت (b) و (c) دیده می شود در این محدود کننده ها می توان جهت قطع جریان اتصال کوتاه از تریستور در یک شاخه و برای برگرداندن انرژی جذب شده در زمان اتصال کوتاه به شبکه از دو شاخه تریستوری استفاده کرد. همچنین جهت استفاده موثر از راکتور dc در زمان عیب می توان از ترانسفورماتور کوپلینگ استفاده کرد که در قسمت (d) نشان داده شده است(شول و همکاران، ۲۰۰۴).
شکل ۴-۴: محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی
در شکل زیر چیدمان مختلف این نوع محدود کننده ابررسانا در حالت سه فاز نشان داده شده است(ژانگ و همکاران،۲۰۱۰).
شکل ۴-۵: محدود سازهای ابررسانایی نوع پل دیودی سه فاز
در شکل زیر نحوه اتصال نوع سه فاز این محدود کننده به شبکه نشان داده شده است
شکل ۴-۶: نحوه اتصال نوع سه فاز این محدود کننده به شبکه
۴-۳-۴-۴- محدود ساز ابر رسانایی نوع قفل شار:
این مدار شامل یک راکتور قفل شار و یک مدار سیم پیچ میدان مغناطیسی است. راکتور قفل شار از دو سیم پیچ ۱ و ۲ که به وسیله یک عنصر ابر رسانایی دمای بالا به طور موازی قرار گرفته اند و مدار سیم پیچ مغناطیسی از سیم پیچ ۳ ، ۷سیم پیچ میدان مغناطیسی ویک مقاومت سری با خازن تقسیم کننده اختلاف فاز تشکیل شده است. سیم پیچهای ۱، ۲ و ۳ برای کاهش شار پراکندگی به صورت فشرده روی یک هسته آهنی پیچیده شده اند(حیدری و شریفی، ۱۳۸۸).
۴-۳-۴-۵- محدود ساز ابر رسانایی نوع راکتور هسته آهنی اشباع شده
شکل زیر ساختار تکفاز این محدود کننده را نشان می دهد. در این نوع به دو هسته مغناطیسی برای هر نیم سیکل نیاز است. برای هر فاز از سیستم نیاز به دو راکتور اشباع شده است جریان نیم سیکل مثبت از یک سیم پیچ و نیم سیکل منفی از سیم پیچ دیگر عبورمی کند. طرف ثانویه خط خاصیت ابررسانایی دارد که با یک جریان DC بایاس می شود و هسته آهنی را به اشباع می برد تا اندوکتانس دیده شده از دو سر محدود کننده کوچک باشد.
شکل ۴-۷: ساختار تکفاز محدود ساز ابر رسانایی نوع راکتور هسته آهنی اشباع شده
همانگونه که در شکل زیر دیده می شود نقطه کار هسته ها در حالت کار عادی شبکه انتخاب می شود.
شکل ۴-۸: منحنی B-H هسته
زمانی که خطا رخ می دهد جریان عیب از داخل سیم پیچها عبور کرده و هر کدام از سیم پیچ ها در یک نیم سیکل از اشباع خارج شده و اندوکتانس معادل محدود کننده افزایش می یابد.
بنابراین هر کدام از سیم پیچها در یک نیم سیکل باعث محدود شدن جریان خطا می شوند و به این ترتیب جریان اتصال کوتاه به طور کامل محدود می شود. در شکل زیر جریان اتصال کوتاه، اندوکتانس معادل و نحوه محدود شدن آنها نشان داده شده است(حیدری و شریفی، ۱۳۸۸).
شکل۴-۹: جریان اتصال کوتاه، اندوکتانس معادل و نحوه محدود شدن آنها
۴-۴-محل نصب محدود کننده های جریان خطا
در بخش قبل در مورد روش های مختلف محدود کردن جریان خطا و ساختارهای مختلف آن بحث شد. موضوع مهم دیگر جایابی این تجهیزات در شبکه می باشد.همانطور که قبا اشاره شد وجود این محدود کننده ها در سیستم قدرت می تواند به طور محسوسی باعث کاهش هزینه های تعویض کلید و سایر تجهیزات گردد و حتی الامکان استفاده از کلیدهایی با مقادیر نامی پایین تر را فراهم می کند. این امر زمانی محقق می شود که این محدود کننده ها در مکان های مناسب خود در شبکه نصب شوند. در یک سیستم شعاعی مکان یک محدود کننده جریان اتصال کوتاه به آسانی قابل تشخیص می باشد اما در یک سیستم قدرت بهم پیوسته که دارای حلقه می باشد پیدا کردن مکان مناسب آن بدون محاسبه امکان پذیر نخواهد بود. بخصوص این امر زمانی پیچیده می شود که تعداد مکان های اتصال کوتاه در سیستم بیش از یک نقطه باشد. مخصوصا در سیستم های حلقوی که جریان جاری شده به نقطه اتصال کوتاه از بیش از یک خط جاری می شود و به راحتی با بهره گرفتن از یک محدود کننده قابل محدود سازی نمی باشد همچنین سطح اتصال کوتا ه ممکن است با تغییر شرایط پخش بار در نقاط مختلف شبکه تغییر کند. که در شبکه فولاد با توجه به شعاعی بودن شبکه می تواند در سه منطقه استفاده گردد(لی و همکاران، ۲۰۰۲).
استفاده از محدود سازهای جریان خطا برا ی کل باس بار که بیشترین استفاده را دارد و در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل ۴-۱۰- استفاده از محدود سازهای جریان خطا برا ی کل باس بار
در شکل زیر استفاده از محدود سازها را برای یک فیدر نشان میدهد.
شکل ۴-۱۱- استفاده از محدود سازهای جریان خطا برا ی یک فیدر

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

در مواد ابررسانا بعضی از خواص از جمله ظرفیت گرمایی و دمای بحرانی با یکدیگر متفاوت است. از طرفی خواص دیگری نیز وجود دارد که مستقل از نوع ماده به کار رفته است مانند همه ابررساناها در نبود میدان مغناطیسی، دارای مقاومت الکتریکی صفر هستند(موسس، ۲۰۱۱).
در شکل زیر چگونگی محدود کردن جریان خطا توسط محدود سازهای جریان خطا نشان داده شده است.
شکل ۴-۱: چگونگی محدود کردن جریان خطا توسط محدود سازهای جریان خطا
۴-۲-۱- مهمترین خواص ابررساناها
در مرجع (موسس، ۲۰۱۱) درمورد مهمترین خواص ابررساناها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
مقاومت ناچیز در مقابل عبور جریان مستقیم و توانایی عبور چگالی جریان بالا
با توجه به اینکه مقاومت ابررساناها تقریبا برابر صفر است این خاصیت باعث می شود که اگر جریانی در یک ابررسانا ایجاد شود بدون کاهش قابل توجهی تا مدت زیادی بر قرار بماند. همینطور شدت جریان عبوری از ابر رسانا نیز به علت مقاومت اهمی کم بسیار بالا می باشد.
توانایی تولید میدانهای مغناطیسی قوی
خواص ابررسانایی در مواد علاوه بر دمای محیط و شدت جریان عبوری به میدان مغناطیسی هم بستگی دارد که ممکن است در دماهای پایین تر از دمای ابر رسانایی اگر میدان مغناطیسی از میزان مشخصی بیشتر شود می تواند خاصیت ابررسانایی را از بین ببرد که این میدان به عنوان شدت میدان بحرانی نامیده می شود.
خاصیت تونل زنی
اگر دو ابررسانا را خیلی به هم نزدیک کنیم مقداری از جریان یکی به دیگری نشت می کند در دو سر این تونل هیچ ولتاژی وجود ندارد. یعنی میزان جریان نشتی به ولتاژ بستگی ندارد ولی به میدا ن مغناطیس و تابش مغناطیسی به شدت وابسته است. یک مدار ابر رسانا قادر به حفظ جریان الکتریکی بدون وجود منبع تغذیه است از این خاصیت در آهنربای الکتریکی MRI استفاده می‌شود.
۴-۲-۲- تئوری عبور جریان
در یک مدار معمولی جریان به صورت حرکت الکترونها در شبکه یونی هادی تعریف می شود. الکترونها در طول این حرکت به یونهای موجود در شبکه یونی برخورد کرده و مقداری از انرژی خود را به یونها می دهند این انرژی تلف شده بصورت گرما نمایان می شود که مقاومت الکتریکی نامیده می شود.
اما در ابررساناها وضعیت متفاوت است در یک ابررسانا جریان الکتریکی ناشی از جفت های الکترونی است. این جفت الکترونها در اثر نیروی جاذبه بین الکترونها که ناشی از تبادل فونون ها بین آنهاست به وجود می آیند وجود اختلاف انرژی (EΔ ) در طیف انرژی این جفت الکترونها حاکی از آن است که برای تحریک کردن آنها حداقل به انرژی EΔ نیاز است حال اگر انرژی گرمایی شبکه یونی KT ( T دما و K ثابت بولتزمان ) کمتر از EΔ باشد آنگاه جفت های الکترونی دچار پراکندگی و تلفات انرژی نمی شوند و در نتیجه مقاومت الکتریکی صفر خواهد بود.
در نزدیک دمای بحرانی، مواد HTS در برابر عبور جریان الکتریکی به واسطه وجود میدان مغناطیسی ناشی از جریانهای الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهد دلیل این امر وجود جریانهای گردابی است. در صورتی که دما به اندازه کافی کاهش یابد این گردابها منجمد شده و مقاومت کاملا صفر می شود.
مشخصات ابررسانایی هنگامی ظاهر می شود که دمای آن کمتر از دمای بحرانی Tc گردد. مقدار این دما در مواد مختلف متفاوت می باشد ۰حیدری و شریفی،۱۳۸۸).
قبل از کشف ابررساناها با دمای بحرانی بالا یا HTS مواد LTS (ابررسانایی با دمای بحرانی پائین) مورد استفاده قرار میگرفت. دمای بحرانی در ابررساناهای LTS معمولا زیر ۲۰ درجه کلوین می باشد. از سویی دمای بحرانی در HTS ها در حدود ۷۷ درجه کلوین، دمای نیتروژن مایع است.
از تعداد مواد HTS که تا به حال شناخته شده اند تنها دو گروه به لحاظ اقتصادی مورد استفاده قرار گرفته اند. این دو گروه شامل BSCCO (هادیهای نسل اول) و YBCO (هادیهای نسل دوم) می باشند. یک ابررسانای HTS حدودا قادر به حمل جریان تا ۱۴۰ برابر یک هادی معمولی است(وجدا و همکاران، ۲۰۰۷)
۴-۲-۳- برخی اصطلاحات ابررساناها
جریان بحرانی (Ic): به جریانی گفته می شود که افت ولتاژ آن در سیم بیش از یک مقدار از پیش تعریف شده باشد این مقدار برای سیمهای HTS معمولا می باشد.
دمای بحرانی (Tc): مقدار دمایی است که اگر دمای HTS کمتر از آن باشد خاصیت ابررسانایی حفظ می‌شود.
چگالی جریان بحرانی ( Jc ): برابر مقدار جریان بحرانی تقسیم بر سطح مقطع عرضی سیم می باشد و معمولا برای سنجش کیفیت مواد سیم HTS به کار می رود.
منحنی مشخصه V-I : این منحنی در واقع افت ولتاژ در سیم ابررسانا را به صورت تابعی از جریان عبوری نشان می دهد و برای بدست اوردن پارامترهای فیزیکی سیم مانند جریان بحرانی به کار می‌رود(جانوسکی و همکاران، ۲۰۱۱).
۴-۳- انواع محدود سازها
در مرجع (حیدری و شریفی، ۱۳۸۸) در این بخش انواع محدود سازهای جریان خطا به صورت مختصر مورد بررسی قرار می گیرد.
۴-۳-۱- محدود سازی امپدانسی با کلید مکانیکی
در محدود سازی امپدانس بوسیله یک کلید با عملکرد بسیار سریع در موقع خطا یک امپدانس (مقاومت یا سلف) جهت کاهش جریان به صورت سری وارد مدار می شود. این محدود سازها به تشخیص دهنده خطا نیاز داشته و به علت وجود کلیدهای مکانیکی نمی توانند خیلی سریع عمل کنند و اغلب در محدود کردن جریان قبل از اولین پیک ناموفق هستند.
۴-۳-۲- فیوزهای محدود ساز جریان
در این نوع محدود کننده ها به محض اتصال کوتاه در شبکه فیوز در مدت زمان معین ذوب شده و با قطع خود عنصر محدود ساز را وارد مدار میکند به دلیل اینکه فیوز قابل بازیابی نیست با سوختن فیوز تعویض آن ضروری است و درنتیجه قابلیت اطمینان این محدود سازها پائین است
۴-۳-۳- محدود سازهای امپدانسی با ادوات نیمه هادی
در این محدود سازها از نیمه هادیها نظیر تریستور استفاده شده است یکی از مشخصه های مهم این محدود کننده ها سرعت بالای آن در هنگام نیاز می باشد. در این محدود کننده ها عموما از یک سلف و خازن به صورتهای سری و موازی و یا ترکیبی استفاده می کنند. شکل کلی بگونه ای است که در حالت عادی سیستم امپدانس خیلی کمی را دارا می باشد
برخی از این محدود کننده ها عبارتند از :
الف – محدودسازهای امپدانسی با کنترل سوئیچ تریستوری
ب – محدودسازها با مدار تشدید موازری سلف و خازن (LC)
ج – محدود سازها با تشدید سری- موازی
د- محدودسازهای پل تریستوری

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.

شکل۳-۲۸منحنی امپدانس- فرکانسی هارمونیکهای دوم، سوم، چهارم و پنجم
۳-۵- مدل سازی کامل شبکه فولاد هرمزگان جنوب
در شکل زیر دیاگرام تک خطی کوره قوس الکتریکی نشان داده شده است
شکل ۳-۲۹: دیاگرام تک خطی کوره قوس الکتریکی
در این بخش مدلسازی کامل شبکه فولاد هرمزگان با بهره گرفتن از نرم افزار PSCAD انجام شده که در شکل زیر نشان داده شده است
شکل ۳-۳۰: مدلسازی کامل شبکه فولاد هرمزگان با بهره گرفتن از نرم افزار PSCAD
منحنی مشخصه ولتاژ- جریان کوره قوس الکتریکی در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل ۳-۳۱: منحنی مشخصه ولتاژ- جریان کوره قوس الکتریکی
شکل موجهای ولتاژ و جریان کوره قوس الکتریکی در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل ۳-۳۲: شکل موجهای ولتاژ و جریان کوره قوس الکتریکی
منحنی تغییرات توان راکتیو و ضریب توان در باس اصلی در شکل زیر نشان داده شده اند.
شکل ۳-۳۳: منحنی تغییرات توان راکتیو و ضریب توان در باس اصلی
۳-۶- نتایج عملی ناشی از اندازه گیری
۳-۶-۱- نتایج اندازه گیری در طول یک ذوب
نتایج اندازه گیری ولتاژ جریان توان و ضریب توان برای یک ذوب در شکلهای زیر نشان داده شده است
شکل ۳-۳۴: منحنی ولتاژ و جریان کوره قوس الکتریکی در طول یک ذوب
شکل ۳-۳۵: منحنی توان کوره قوس الکتریکی در طول یک ذوب
شکل ۳-۳۶: منحنی ضریب توان کوره قوس الکتریکی در طول یک ذوب
۳-۶-۲- نتایج اندازه گیری رو باسبار ۳۳ KV کوره قوس و SVC
شکل ۳-۳۷: شکل موجهای ولتاژ و جریان بر روی باس MV کوره قوس الکتریکی
شکل ۳-۳۸: شکل موجهای جریان بر روی باس SVC
فصل چهارم: محدود سازهای جریان های خطا
۴-۱- مقدمه
در مرجع ( حیدری و شریفی، ۱۳۸۸) مطالعات کاهش جریان اتصال کوتاه در شبکه های برق به عنوان یکی از مهمترین موضوعات همشه مطرح بوده است. محققین ابتدا تلاش کردند تجهیزاتی بشازند که بتواند دامنه جریان خطا را در همان لحظه شروع خطا کاهش دهد که برای این کار روش های مختلفی ارائه شده است که از آن جمله می توان به جداسازی و تغییر شینه بندی، زمین کردن نقطه ستاره از طریق امپدانس و راکتور سری اشاره کرد. اما محدود کننده های جریان خطا عناصری سری با تجهیزات شبکه و وظیفه آنها محدود کردن جریان خطا قبل از رسیدن به مقدار ماکزیمم خود که توسط کلیدهای قدرت قابل قطع باشد.
این تجهیزات در حالت عادی مقاومت کمی از خود نشان می دهند ولی پس از اتصال کوتاه و در لحظات اولیه مقاومت آنها یکباره زیاد شده و باعث جلوگیری از افزایش جریان اتصال کوتاه می شوند
این تجهیزات باید بعد از هر عملکرد قابل بازیابی باشند و درحالت ماندگار باعث ایجاد اضافه ولتاژ و یا تزریق هارمونیک نگردند.
محدود سازهای جریان خطا تجهیزا ت جدیدی از وسایل حفاظتی هستند که شبکه را در برابر اضافه جریانهای خطا و خسارت به تجهیزات شبکه جلوگیری میکنند. در زمان وقوع اتصال کوتاه جریان خطا تا ده برابر جریان نامی افزایش می یابد و با رشد وگسترش شبکه برق به قدرت اتصال کوتاه شبکه افزوده می گردد.
این افزایش قدرت اتصال کوتاه باعث مستهلک شدن تجهیزات شبکه و همچنین با لا رفتن قیمت تجهیزات با قدرت قطع بیشتر یا قدرت تحمل اتصال کوتاه می شود اما اگر بتوان پس از رخ دادن رخ دادن خطا جریا ن خطارا محدود کرد از نظر فنی و اقتصادی صرفه جویی قابل توجهی صورت می‌گیرد
ار آنجا که جریان خطا در لحظات اولیه به خصوص در نیم سیکل اول موج دارای بیشترین دامنه است و بیشترین اثر مخری در همین سیکلهای اولیه صورت میگیرد باید محدود سازها وارد عمل شوند و از افزایش جریان جلوگیری کنند.
محدود سازهای جریان خطا ابررسانا در شرایط نرمال بهره برداری دارای مقاومت وافت ولتاژ کمی می باشند ولی در لحظه وقوع اتصال کوتاه و با افزایش جریان از مقدار جریان بهرانی ابررسانا مقاومت بالایی از خود نشان می دهد و باعث محدود شدن جریان خطا تا قابل قطع توسط بریکرها باشد می شوند
۴-۲- مفاهیم محدود سازهای جریان خطا
برای بررسی مفهوم محدود سازهای جریان خطا باید خاصیت ابررسانایی بررسی شود که در زیر به آن می پردازیم.
ابررسانایی پدیده ای است که در بعضی از مواد در دمای بسیار پائین اتفاق می افتد در این حالت مقاومت الکتریکی و میدان مغناطیسی در این مواد به صفر می رسد.
مقاومت الکتریکی هادیهای فلزی معمول مانند مس، نقره نیز با کاهش دما کم می شود با این حال در اثر وجود ناخالصی در این هادیها حتی در دمای صفر مطلق نیز مقاومت الکتریکی صفر نخواهد شد.
اما مقاومت الکتریکی یک ابر رسانا با کاهش دمای آن به زیر دمای مشخصی که دمای بحرانی (Tc) نامیده می شود به صفر خواهد رسید.
خاصیت ابررسانایی در مواد مشخصی شامل عناصر ساده همانند آلومینیوم و الیاژهای فلزی مختلف و بعضی از نیمه هادیها که به شدت به آنها ناخالصی افزوده شده است رخ می دهد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  ۴۰y.ir  مراجعه نمایید.