خاک

دید کلی

خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.

هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

عوامل موثر در تشکیل خاک

سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :

کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.

ارگانیسم :

تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.

زمان :

هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.

آب و هوا :

وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

توپوگرافی محل تشکیل خاک :

اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :

مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.

موجودات زنده در خاک‌ها :

تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.

آب موجود در خاک‌ها :

آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.

هوای موجود در خاک :

هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده

بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :

خاک رسی :

ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از 0.002 میلی‌متر می‌باشند و در حدود 50% خاک را تشکیل می‌دهند.

خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.

خاک‌های سیلتی :

50% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین 0.05 تا 0.002 میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.

خاک‌های ماسه‌ای :

این خاک‌ها از 75% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از 0.06 تا 2 میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.

مقاله بررسی مراحل مختلف آزمایش خاک در 30 صفحه ورد قابل ویرایش

آزمایش تحکیم : ?

تراکم (Compaction). 4

نکات مهم در انجام آزمایش تراکم. ?

آزمایش حد خمیری: ??

آزمایش هیدرومتری.. ??

نفوذ پذیری (Coefficient of Permeability). 22

آزمایش بابار افتادن (Fallilg – Head Method). 23

به ثانیه تبدیل می‌کنیم. ??

میانگین.. ??

آزمایش تعیین GS. 27

تجزیه مکانیکی خاک (آزمایش دانه بندی). ??

انواع آزمایش الک… ??

روش نمونه گیری جهت دانه بندی.. ??



مراحل مختلف آزمایش خاک



آزمایش تحکیم :

هدف از انجام آزمایش تحکیم، تشخیص شدت و میزان نشت در خاک‌های رسی می‌باشد.

در این آزمایش نمونة خاک در درون یک هستة فلزی و بین دو صفحة متخلخل قرار داده می‌شود. و این حلقه در آب غوطه ور می گردد و بار بر نمونه اعمال می‌گردد. تعیین در ارتفاع نمونه توسط یک عقربة مدرج اندازه گیری می‌شود و هر 24 ساعت یک با فشار روی نمونه 2 برابر می‌گردد سپس منحنی زمان متغیر برای بارگذاری‌های مختلف کشیده می‌شود از روی این منحنی‌ها می‌توان زمان تحکیم و مقدار نشت خاکها را بدست آورد.

همچنین تغییرات تحکیم پوکی نمونه نسبت به فشار نیز بررسی می‌شود که در زیر آورده شده است.

روش انجام محاسبات

ارتفاع قسمت جامد نمونه قبل بارگذاری:

ارتفاع منافذ قبل از بارگذاری:

پوکی اولیه:

در اثر اولین افزایش بار تغییر شکل را خواهیم داشت، که تغییر پوکی از آن بدست می‌آید.

پوکی چدید را که بعد از افزایش بار ایجاد شد از فرمول زیر محاسبه می‌کنیم



این کار برای بارگذاری‌های بعدی نیز تکرار می‌شود. سپس نمودار P و پوکی به صورت یک منحنی بر روی کاغذ نیمه لگاریتمی رسم می‌شود.

وسایل آزمایش عبارت اند از:

1-دستگاه تحکیم 5- قوطی تعیین رطوبت

2- ترازو 6- اره سیمی

3- جک برای بیرون آوردن نمونه 7-کرنومتر

4- گرم خانه

این آزمایش برای نمونه‌های دست نخورده و خورده قابل انجام است. حلقة تحکیم را به کمک جک وارد نمونه می‌کنیم سپس سر و ته آن را با کمترین دست خوردگی صاف می‌کنیم و در محفظة تحکیم قرار می‌دهیم.

برای نمونه‌های دست خورده خاک را به حد روانی می‌رسانیم سپس آن را وارد محفظة تحکیم می کنیم.

انجام آزمایش:

بدلیل نبود زمان و اطلاعات تکمیلی بعدی، این آزمایش بطور کامل انجام نشد و تنها تحکیم نمونه در بار ثابت انجام شد که نتایج در زیر آمده است.

تراکم (Compaction)

هدف از انجام عملیات تراکم، کاهش میزان تخلخل خاک است. وجود آب تا میزان مشخصی، سبب تسهیل این عملیات می‌گردد. به دست آوردن این حد رطوبت و وزن مخصوص خشک بیشینه خاک پس از به کاربردن میزان معینی انرژی کوبشی، هدف مهم آزمایشی تراکم است.

در بسیاری از سازه‌های خاکی، مثل سدها، دیوارهای حائل، بزرگراه‌ها، فرودگاه‌ها، و … متراکم کردن خاک یک امر ضروری جهت بهبود مقاومت خاک می‌باشد. متراکم نمودن خاک که عبارت است از قرار دادن خاک در یک موقعیت چگالتر، به چند دلیل مطلوب است:

الف) کاهش نشست‌ها در آینده، ب) افزایش مقاومت برشی، ج) کاهش نفوذ پذیری د)بهبود خواص مکانیکی خاک، هـ) کاهش قابلیت تورم خاک.

در کارگاه برای تراکم خاک از غلتکهای چرخ استوانه‌ای صاف، غلتکهای پاچه بزی، غلتهای چرخ لاستیکی و غلتکهای ارتعاشی استفاده می شود. غلتکهای ارتعاشی برای تراکم خاکهای دانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. تاثیر تراکم حاصل از دستگاه‌های فوق، محدود به اعماق 15 تا 30 سانتی‌متر سطحی است.

برای افزایش عمق نفوذ تراکم و تراکم کردن لایه‌های عمقی از تراکم ارتعاشی و تراکم دینامیکی استفاده می شود.


وسایل مورد نیاز برای آزمایش

وسایل خاص: وسیله متراکم کردن نمودن خاک

الف) قالب با in 6/4 (mm 115) عمق،in 4 (mm 100) قطر و (7/946) حجم

ب)حلقه متحرک دور قالب با in 5/2 (mm 5/62) عمق و in4 (mm 100) قطر.

ج) چکش با in2 (mm 50) قطر مقطع و 5/5 یا 10 پوند وزن و وسایل کنترل ارتفاع سقوط چکش

وسایل عمومی:

1- اسپری آبپاش، 2- الک شماره 4، 3- چکش لاستیکی، 4- پیمانه، 5- تا به بزرگ برای مخلوط کردن، 6- لبه نوک تیز یا چاقو به طور حداقل cm 25،

7- دورتراز و با حساسیت (Ib 01/0 و gr 01/0)، 8- آون، 9- خشک کننده،

10- قوطیهای خشک، 11- دستگاه خاک مخلوط کن، 12- وسیله‌ای برای بیرون

آوردن نمونه از قالب که از جک استفاده می‌شود.

روش انجام آزمایش:

که از دو تا الک in4 و in6 می‌شود استفاده کرد. که برای قالب in4 برای هر لایه 25 ضربه می‌زنیم با چکش 5/5 1پوند و برای قالب in6 با چکش یا (kg 5/2) 5/5 پوند برای سه لایه 56 ضربه می‌زنیم.

1- قالب خالی را همراه با ته آن و بدون حلقه دور قاب وزن می‌کنیم.

2- یک نمونه نماینده از خاکی که باید آزمایش شود. آماده می‌کنیم. همه کلوخه‌های خاک را در یک هان و توسط چکشی که سرآن لاستیکی است خرد می‌کنیم و از الک شماره 4 سرند می‌نماییم. که مقدار kg 7 از قالب in4 که رد شده را در هوای آزاد خشک باشد. به مقدار 5% آب به آن اضافه می‌کنیم.

3- با خاکی که از الک شماره 4 عبور کرده و به مقدار 5% آبی که به آن اضافه کرده در سه لایه تراکم به اندازه cm 5 تا 8 در قالب درست می‌کنیم.

4- به ملایمت خاک را فشار می‌دهیم تا سطح آن صاف شود و بعد با 25 ضربه یکنواخت و پخش شده در تمام سطح توسط ضربات چکش، خاک را متراکم می کنیم ارتفاع سقوط چکش را ft1 می‌گیریم. بین هر سقوط چکش، هم قالب و هم چکش باید به خاطر پخش یکنواخت ضربات در تمام سطح نمونه به آرامی چرخانده شود.

روش انجام آزمایش بابار افتادن

1- طول و قطر نمونه را به دست آورده، نمونه دست نخورده یا متراکم شده را ( که هدف تعیین نفوذپذیری پس از تراکم آن است) دخل استوانه می گذرایم. بهتر است آزمایش بر روی خود لوله نمونه‌گیری یا قالب تراکم انجام گیرد.

2- بالا و پایین نمونه را با کاغذ صافی و سپس سنگ متخلخل می‌پوشانیم و در قسمت پایین زیر سنگ متخلخل ورودی در پوش یک فنر گذاشته، در پوششها را به سر و ته قالب یا لوله پیچ می‌کنیم.

3- شیر آب ( مربوط به مخزن آب با سطح ثابت) را آهسته باز می‌کنیم. مدتی صبر می‌کنیم تا آب در نمونه جریان یافته، به حالت پایدار در آید ( بایستی سطح آب در پیزومترها ثابت بماند و تغییرات زیادی نداشته باشد. همچنین باید سعی کنیم که در بالا و پایین نمونه، حباب هوایی وجود نداشته باشد).

4- جریان‌‌ آب را از طریق بورت و به کمک یک لوله پلاستیکی از نمونه خاک عبور داده، به داخل قیف هدایت می‌کنیم. ضمناً نشت از استوانه نمونه را کنترل کرده، حبابهای هوا را خارج می‌نماییم.

5- با استفاده از یک شیر، جریان آب را از داخل نمونه متوقف می‌کنیم. این شیر روی لوله پلاستیکی رابط بین انتهای نمونه و قیف تعبیه شده است.

6- اختلاف بار آبی را اندازه می‌گیریم (h1) با توجه داشته باشیم که هیچ آبی به داخل بورت نباید اضافه شود.

7- شیر آب را باز می‌کنیم تا آب از طریق بورت وارد نمونه و سپس وارد قیف شود. از زمان شروع جریان، زمان سنج را به کار انداخته، تا موقع بستن شیر، مدت زمان را یادداشت کنیم. در طول این زمان h1 به h2 تبدیل می‌شود، لذا باید h2 ، Q و دمای آب را در این محدوده زمانی به دست آوریم. این آزمایش را حداقل 3 بار تکرار می‌کنیم.

درباره ثابت حجم زیادی آب استفاده می‌شود ولی در بار افتادن کمتر استفاده می‌شود.

زمان انجام آزمایش در بارافتادن زیاد و در بار ثابت زمان کمتر است.

برای انجام آزمایش هم از نمونه دست نخورده و هم از نمونه دست خورده استفاده می‌کنیم.

نمونه را می‌‌آوریم در آزمایشگاه اول درصد رطوبت را از قبل یادداشت می‌کنیم و سپس از الک یا mm 19 رد می‌کنیم و سپس در حجم سل متراکم می‌کنیم و در انجام آزمایش از یک نمونه خاک که به همان مقدار رطوبتی که در صحرا داشت و نمونه‌های دست نخورده را خرد می‌کنیم تا از همان دانستیه استفاده شود و 24 تا 48 ساعت زمان می‌برد که نمونه اشباع شود.

مقدار دانستیه × حجم = دانستیه

محاسبات:

ضریب نفوذپذیری در آزمایش بابارافتادن از رابطه زیر بدست می‌آید:

a : سطح مقطع داخلی بورت (cm2 )

t: انتهای زمان (s)

A: سطح مقطع نمونه (cm2 )

L: طول نمونه (cm)

H1 و h2 : ارتفاع آب نسبت به یک سطح مبنا در لوله به ترتیب در زمانهای 0 و t می‌باشد.

قبل از انجام آزمایش اول بورت اولیه را هواگیری می‌کنیم. و در هنگام محاسبه زمان، ابتداء چندین بار زمان را تکرار می‌کنیم و بعد میانگین می‌گیریم.

مقاله بررسی صنعت ریخته گری (خاک) در 22 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله 1:
انواع مختلفی از خاک در جهان وجود دارند که بسیاری از آنها در صنعت ریخته گری آزمایش شده اند اما سه نوع اصلی که در این صنعت بکار می روند شامل کائولن (خاک نسوزط)، مونت موریلونیت (بنتونیت) و ایلیت می باشند. مونت موریلونیت مهم ترین کانی بنتونیت بود9 که از یک ساختار سه لایه صفحه ای تشکیل شده است. 2 لایه از تتراهدلا سیلیسییم – اکسیژن و یک لایه دی اکتاهدرال یا تری اکتاهدرال هیدوکسیل آلومینیم (گیبسیت). لایه میانی‌ آلومینیوم از اکتاهدرالی با یک اتم آهن که توسط شش واحد هیدلوکسیل محاصره شده تشکیل گردیده است. به شکلهای 1 و 2 مراجعه کنید.
خاک های سدیمی، کلسیمی . و بنتونیت های فعال شده دراین خانواده قرار گرفته و به میزان فراوانی در صنعت ریختهگری استفاده می شوند. کائولن از دو لایه ساختاری تشکیل شده است یک لایه اکتاهیدال آلومینیم و یک لایه تتراهیدال الومینیم و یک لایه تتراهدرال سیلیسیم. لایه سیلیسیم از یک اتم سیلیسیم و 4 اتم اکسیژت تشکیل شده است.
خاک نسوز، خاک چینی، کائولینیت و خاک رس دراین خانواده قرار می گیرد. در صنایع مدرن بریخته گری بندرت از این خاکها استفاده می‌شود.


ایلیت خاکی با نسوزندگی ضعیف است. این خاک غالبا در ماسه های طبیعی دیده شده اما در ماسه های مصنوعی هیچگاه افزوده نمی‌شود.
مونت موریلونیت دارای یک صفحه میانی هیدروکسیل آلومینیوم است که بین دو لایه اکسید سیلیسیم آلومینیم است که بین دو لایه اکسید سیلیسیم قرار گرفته است. بخشی از آلومینیم توسط منیزیم جانشین شده که یک حالت عدم تعادلی یونی را به وجود می آورد. تعادل یونی را می توان با افزودن سدیم، کلسیم یا منیزیم بدتس آورد که این عمل تبادل یونی نامیده می‌شود.

در صنایع جدید ریخته گری ، برخی خاکهای مورد استفاده از نوع تبادل یونی (فعال شده) هستند. دو نوع مونت موریلونیت مهم که در آن صنعت ریخته گری بکار می‌روند عبارتند از :

الف) بنتونیت سدیم که با خاصیت تورم زیاد شناخته می‌شود.

ب) بنتونیت کلسیمی که تورم پذیری کلسیمی هستند که با نمکهای سدیم نظیر کربنات سدیم فرآوری شده تاند تا خواص خاک بهبود یابد.این فعال سازی بودن آنکه باعث کاهش استحکام خشک گردد، موجب بهبود پایداری خواص شده و عیوب ناشی از انبساط را کاهش می دهد.

عمل فعال سازی می‌تواند به صورت «تر» یا «خشک» انجام شود اما نتایج بررسیها نشان می دهند که فعال سازی «تر» خواص بهتری را بدست می دهد.

بنتونیت های سدیمی، کلسیمی و خاک های تبادل بودن کره، هر یک خواص منسبی دارند. انتخاب نوع خاک به خواص مورد نیاز و مسائل اقتصادی ازتباط دارد. در صنعت ریخته گری فولاد، برای ریخته گری چدن و فلزات غیر آهنی درماسه‌تر معمولاً از بنتونیت کلسیمی یا بنتونیت فعال شده یا مخلوطی از ینتونیت سدیمی/کلسیمی استفاده می‌شود. هر کارخانه ریته گری باید نیازمندیهای خود را شندهته و بر آن اساس نوع خاک مناسب را انتخاب کند. ازیک خاک یا مخلوطی از خاک ها می توان در اغلب موارد برای دست یابی به خواص مورد نظر استفاده کرد. در فرآیندهای قالب گیری ماشینی با فشار بالا، این انتخاب اهمیت بیشتری داشته و معمولاً برای بهبود عملکرد، افزودنی دیگرنیز به ماسه اضافه می شوند.

مقاله 2: چسب های زرین نوع فوران ابتدا در سال 1958 به عنوان سیستم =سب فوران بدون پخت اسید کاتالیز شده معرفی شدند. دو سال بعد صنعت اتومایتو این رزین ‌ها را اصلاح کرد تا به کاتالیزورهای نمکی اسید عمل کنند تا در ماهیچه های Hotbox استفاده شود سپس در اوایل دهه 80 (زرین های فوران به عنوان بزرگترین سیستم فروش بدون پخت تبدیل شدند.

چسب های فوران بدون پخت (سردگیر ) در تهیه قالبهای ماسه ای در ریخته گری قطعات چدنی و فولادی کاربرد زیادی پیدا کرده اند. در این پژوهش متغیرها موثر در سخت شدن چسب شامل: درصد کاتالیست، رطوبت ماسه، اثر دمای محیط و فاصله زمانی بین سنجش استحام و زمان قالبگیری مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتا شرایط بهینه قالب گیری چسب فوران با کاتالیست اسیدتولوئن سولفونیک به دست آمد. در این شرایط استحکام فشاری ماسه برابر 400، عبود گاز آن AFS 130، وز مان عمر مفید این ماسه برابر 20 دقیقه تعیین گردید.

چسب های فوارن بدون پخت (سردگیر) ر تهیه قالب های ماسه ایدر ریخته‌گری قطعات چدنی فولادی کاربرد زیادی پیدا کرده اند. سیستم چسبهای فورانی بدون پخت (No- boke) دراواخر سال 1950 به صنعت ریخته گری معرفی شد و از سال 1960 تاکنون به طور گسترده ای در صنایع ریخته گری کشورهای جهان استفاده می‌شود. پایه چسبهای فورانی. الکل فورقوریل با فرمول شیمیایی C4H3OCH2OH است که از فورفورال تهیه می‌شود. فورفورال نیز خود از ت0حول بقایای محصولات غذاییی همچون غلات، پوست جو ، تفاله نیشکر و غیره بدست می آید. درجه چسب فوران با استفادهاز مقدار آب و نیتروژن و میزان فورفوریل الکل پایین برای ریخته گری و ماهیچه سازی چدن و آلیاژهای کم و یا بع عبارتی با فورفوریل الکل زیاد برای ریخته گری و ماهیچه سازی قطعات فولادی بکار برده می شوند. یکی از انواع خاص چسبهایفورانی سردگیر چسبهای بدون نیتروژن است. وجود نیتروژن باعث افزایش طول مدت نگهداری چسب می‌شود. وجود نیتروژن باعث افزایش طول مدت نگهداری چسب می‌شود ولی از طرفی وجود آن در بسیاری از موارد با تشکیل گاز، باعث ایجاد عیوب ریخته گری می‌شود که اغلب از نوع تخلخل و حفره ای بوده و خطرناک می باشند. نیتروژن همچنین ممکن است تخلخل های زیر سطحی ایجاد کند. برای بکار بدن این چسب در قالب گیری، ابتدا ماسه را با یک کاتالیست یا سخت کننده مخلوط می کنند و سپس چسب فوران را را آن مخلوط می نمایند. انواع کاتالیستهای معمول این چسب به ترتیب افزایش واکنش دهندگی عبارتند از: اسید فسفریک و یا مخلوطی از اسید فسفریک و اسید سولفوریک، آریل سولفونیکها مثل اسید تولئون سفلونیک(TSA) با فرمول شیمیای CH3So3H و اسید بنزن سولفونیک (‌BSA) با فرمول SO­3 H اسید فسفریک ضعیف تین اسید بین اسیدهی مذکوراست.

معمولاً مقداراسید فسفریک لازم جهت افزودن به مخلوط حدود 40 الی 60 درصد وزنی چسب فوران می باشد. بعد از اسید فسفریک امروزه بیشتر از اسیدها آروماتیک TSA و پس از آن BSA که قوی تر است استفاده می‌شود. معمولاً وقتی که ماسه مصرف شده (غیر تازه) باشد یا حالت قلیایی داشته باشد استفاده از BAS مطلوب تر است. افزودن این دواسیددرحدود 20 الی 25 درصد چسب به مخلطو کاسه کافی است. به طول کلی مکانیزم سخت شده چسب در چسبهای سرد فورانی که با اسید سخت می شوند به صورت پلبیمریزاسیوناست. در واقع با وجود یک اسید قوی، زنجییزه های الکل فورفرویل به صورت فیلمی ذرات ماسه را می پوشاند و باعث چسبیدن این ذرات ب9ه هم می شوند. واکنش پلیمریزاسیون این چسب از نوع تراکمی است و محصول جنبی داشته و به صورت زیر می باشد.

این واکن گرمازا است وحرارات ناشی ازآن باعث تسریع پلیمریزاسیون به صولت لایه لایه تا بخشهایمرکزی می‌شود. آب تولید شده از واکنش پلیمریزاسیون برای تکمیل گیرش رزین باید بخیر شود. به همین دلیل گیرش رزین از سطح خارجی قالب به سمت داخل اتفاق می افتد. سرعت واکنش تحت تاثیر عواملی چون دمای ماسه و نوع ماسه، نوع مخلوط کنو سرعت مخلوط کردن ، ترکیب چسب وننع و مقدار عنصر فعال کننده مصرفی قرار دارد. افزایش دمای محیط تا C 0 30 موجب افزایش سرعت‌گیرش و رسیدن به استحکام بالا می‌شود. افزایش رطوبت نیز در دمای ثابت باعث کم شدن سرعت گیرش می‌شود. دمای ماسه تأثیر بسزایی را روی فرآیند پلیمریزتاسیون دارد. درمحدوده دمایی C 0 16 تا C 0 38 استحکامهای مناسب تری بدست می آید. در ضمن هر چه روطوبت نسبی هوا بالاتر رود به دلیل کاهش سرعت تبخیر حاضر در کاتالیست و آب تولید شده از وانش تراکمی‌، استحکام کاهش می‌یابد.

مکانیزم اتصال خاک رس

اتصال تر (Green bond)

مکانیزم اتصال خاک رس (Clay bond) از طریق تشریح وضعیت یک ذره خاک رس هیدراته شده (A hydrated clay particle) که به آن می سل (ءهزثممث) گفته می شود، باین می‌شود.نیروی بین می سل (intermicellet force) شبکه ای درفصل مشترک کوارتز – خاک رس و خاک رس – خاک رس که بواسطه جذب ترجیحی کاتیونها و آنونیونها برروی سطح است.

اصولا اتصال خاک رس با دانه های ماسهزمانی امکان پذیر است که ذات خاک رس هیدارته شده باشد. در خضور مولکول های آب که طبق واکنش زیر تمایل دارند تا هیدرولیز شوند،

H 2 O

ذرات خاک رس ترجیحا یون های هیدروکسیل (OH-) را جذب می کنند. در سطح بلورخاک رس (Clay crystal) پیوندهای ظرفیتی غیر کامل ایجاد می‌شود و ذره خاک رس -‌ آب یک ذره باردار با یک بارمنفی خواهد شد.

کائولینیت در سطح خودداری پیوندهای ظرفیتی منفصل است که این امر باعث افزایش نقاط فعال بروی بلور می‌شود. وقتی آب به یک خاک رس از نوع کائولینیت اضافه می‌شود ، یونهای OH- جذب می شوند اما توسط مرکز خاک رس دفع می شوند تا جایی که موقعیت و شرایط تعادل فراهم شود. کاتیونها موقعیتی را بخود می گیرند که. این موقعیت بگونه ای است که نیروی الکتروایستایی (Electrostatic force) تمایل دارد تا صفر شود و یک می سل خاک رس ایجاد شود. مقدار نیروهای دافعه بواسطه نوع کاتیونهایی چون Na+ و H+ و Ca2+ تعیین می‌شود و تاثیر تلفیقی نیروهای جاذبه و دافعه این تمایل را دارد که ذره خاک رس از نظر بار الکتریکی خنثی شود. در یک ماده قالبگیری، ذرات خاک رس و ذرات کوارتز در زمینه و محیطی از‌آب انتشار یافته و گسترده شده اند، آب باعث تشکیل می سل های خاک رس می‌شود که خنثی شده هستند و انرژی جنبشی آنها باعث می‌شود که بسمت یکدیگر حرکت کنند. در این شرایط، یک نیروی جاذبه مابین یونها غیر همنام پدید می آید ویک نیروی دافعه خاک کاتیونها و هسته خاک رس ظاهر می‌شود. وقتی فاصله بین می سل های خاک رس افزایش می یابد و در نتیجه یک نیروی بین می سل شبکه ای بوجود می آید.

کشش دو می سل بسمت یکدیگر باعث جهت دار شدن و آرایش یونهای غیر همنام بطرف هم می‌شود و در نتیجه یک خاک رس دو قطبی شده تشیکل می‌شود و حداکثر نیروی جاذبه دریک فاصله بهینه (Optimum) برابر با x وجود دارد. احتمال دارد تعداد بسیاری از اینگونه دوقطبی ها در یک محیطی آب – خاک رس بوجود آید و نظم و آرایش مناسبی بخود بگیرند و یک شبکه بهم پیوسته (A Network binding) از ذرات خاک رس هیدارته تشکیل می‌شود.

برحسب نوع ماسه مقدار بار الکتریکی موجود بر سطح ذره متفاوت است و بای تشکیل یک دو قطبی کامل مقدار هیداته شدن خاصی مورد نیاز است. بهمین دلیل است که با افزایش مقدار هیدراته شدن خاص مورد نیاز است. بهمین دلیل است که با افزایش مقدار آب (تایک اندازه خاص) استحکام مخلوط ماسه پیوند یافته با خاک رس افزایش می یابد. وقتی مقدار آب از آن حد خاص که حدبهینه است فراتر رود. آب اضافی بداخل بطوریکه فاصله آنها بیش از اندازه x می‌شود و نیروی می سل شبکه‌ای کاهش می یابد.

فصل مشترک کوراتز – خاک رس

سطح کوارتز نیز پیوندهای ظرفیتی منفصل و منقطع دارد و درنتیجه می سل های کوارتز هیدارته شده تشکیل می‌شود. دو قطبی های خاک رس اطراف دانه های کوارتز را احصاطه می کند و برروی سطح ماسه اتصال می یابند. البته نیروی موجود در فصل مشترک کوارتز – خاک رس ضعیف تر از پیوند بین می سل بین دوقطبی های خاک رس است.

اتصال خشک (Dry bond)

در یک ماسه خشک، استحکام با افزایش مقدار‌آب زیاد می‌شود و این ازدیاد تا یک حد خاص ادامه می یابد اما در مورد ماسه های ریخته گری که مقدار آب آنها در محدوده متعارف و معمول است تا شکل پذیری مناسب وجود داشته باشد، فاصله بین دوقطبی های خاک رس همواره بیشتر از مقدار بحرانی (x) است زیرا‌ آب اضافی مابین فضای بین می سل ها قرار می گیرد. در هر حال اگر مجموعه تلفیقی خاک رس – آب – کوارتز باندازه کافی حرارت ببیند تا آب تبخیر شود، دو قطبی ها مجددا بسمت یکدیگر کشیده می شوند و کاهش حجم نیز پدید می آید، هر قدر مدت زمان حرارت دادن مخلوط قالبگیری طولانی تر باشد انقباض (Shrinkage) افزایش می یابد و این امر تا آن زمان که فاصله ما بین دوقطبی ها به حد بحرانی (x) برسد ادامه می یابد. از این پس ادامه حرارت دادن مخلوط قالبگیری اثر کمی بر مقدار استحکام خشک دارد زیرا فاصله رطوبت به حد بحرانی رسیده است.