فصلنامه علمی کارافن

فصلنامه علمی کارافن

امکان سنجی تثبیت خاک دانه‌ای با ژئوپلیمر و نانوپلیمر- مطالعه آزمایشگاهی و ریزساختاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان
بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایران
چکیده
استفاده از تثبیت کننده‌های سنتی آهک و سیمان علاوه بر آلایندگی محیط زیستی، نیازمند صرف انرژی و منابع طبیعی فراوان جهت تولید می‌باشند. از این رو در چند دهه اخیر محققین پژوهش های فراوانی را جهت معرفی مصالح نوین سازگار با محیط زیست انجام دادند که ژئوپلیمرها یکی از این مصالح می‌باشد. اما تاکنون همه جنبه‌های این چسباننده‌های جدید جهت بهره‌برداری در پروژه‌های عمرانی مورد بررسی قرار نگرفته است. در این تحقیق استفاده از دو نانو ذرات پلی سیلیکات آلومینیوم و پلی سیلیکات کلسیم بهمراه دو باطله صنعتی پودر شیشه و سرباره فولاد برای تثبیت خاک ماسه SM مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مقدار و غلظت بهینه ماده افزودنی خشک و محلول فعال ساز قلیایی تعیین گردید. سپس رفتار مکانیکی نمونه‌های مختلف تثبیت شده ژئوپلیمری توسط آزمایش مقاومت فشاری تک محوری مورد مطالعه قرار گرفت است. در این پژوهش تاثیر عواملی همچون نوع و غلظت فعال ساز قلیایی، نوع و درصد نانو ذرات و تغییر درجه اشباع بر مقاومت فشاری و کرنش گسیختگی نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. جهت مطالعه ریزساختاری نمونه‌ها از تصاویر SEM بهره گرفته شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که نانوپلی سیلیکات کلسیم و نانو پلی سیلیکات آلومینیوم مقاومت نمونه های تثبیت شده بر پایه پودر شیشه را کاهش می-دهد.همچنین نانو سیلیکات کلسیم تاثیری بر افزایش مقاومت فشاری نمونه‌های تثبیت شده بر پایه سرباره فولاد نداشت اما نانو سیلیکات آلومینیوم توانست مقاومت نمونه تثبیت شده بر پایه سرباره را تا دو برابر افزایش دهد و همچنین دوام خود را در شرایط اشباع حفظ کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Feasibility of Stabilization of Granular Soil with Geopolymer and Nano Polymer - Laboratory and Microstructural Study

نویسندگان English

Mojtaba Jafari Kermanipour
Mohammad Hossein Bagheripour
Department of Civil Engineering, Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
چکیده English

The use of traditional lime and cement stabilizers, in addition to environmental pollution, requires a lot of energy and natural resources for production. Therefore, in the last few decades, researchers have conducted a lot of research to introduce new materials that are compatible with the environment, and geopolymers are one of these materials. But so far, all aspects of these new adhesives have not been investigated for use in construction projects. In this research, the use of two nanoparticles of aluminum silicate and calcium silicate along with two industrial wastes of glass powder and steel slag was investigated to stabilize SM sand soil. First, the optimal amount and concentration of dry additive and alkaline solution were determined. Then, the mechanical behavior of different stabilized geopolymer samples was studied by a uniaxial compressive strength test. In this research, the effect of factors such as the type and concentration of alkaline activator, the type and percentage of nanoparticles, and the change in degree of saturation on the compressive strength and rupture strain of the samples have been investigated. SEM images were used to study the microstructure of the samples. The results of this research showed that calcium nano silicate and aluminum nano silicate reduce the strength of stabilized samples based on glass powder.Calcium nano silicate also had no effect on increasing the compressive strength of steel slag stabilized samples, but aluminum nano silicate was able to double the strength of the slag stabilized sample and also maintain its durability in saturated conditions.

کلیدواژه‌ها English

Soil stabilization
Geopolymer
Nanoparticles
Glass Powder
Ground Granulated Blast-furnace Slag
1.Touch, S., S. Likitlersuang, and T. Pipatpongsa, 3D geological modelling and geotechnical characteristics of Phnom Penh subsoils in Cambodia. Engineering geology, 2014. 178: p. 58–69 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.06.010.
2.Lin, B., et al., Accumulative plastic strain of thawed saturated clay under long-term cyclic loading. Engineering Geology, 2017. 231: p. 230–237 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.09.028.
3.Jafari, M.M., M.H. Bagheripour, and M. Lakzadeh, Experimental Study of the Effect of Polypropylene Fiber on Mechanical Properties of Lime and Cement Stabilized Soil. Karafan Journal, 2022. 19(1): p. 59–81 DOI: https://doi.org/10.48301/kssa.2021.278961.1449.
4.Vali, R. and M. Parsamanesh, Statistical Analysis of the Skirted Ring Footings Located on Sandy Soil. Karafan Journal, 2022. 19(1): p. 35–58 DOI: https://doi.org/10.48301/kssa.2022.330537.2019.
5.Yousefi, H. and S.M. Marandi, The Effect of Geo-grid Plates on Vertical Displacement and Shearing Force on Foundation Using Finite Element Method and Two-dimensional PLAXIS Software. Karafan Journal, 2022. 19(3): p. 461–476 DOI: https://doi.org/10.48301/kssa.2021.275662.1411.
6.Zhang, X., et al., Engineering geology of basaltic residual soil in Leiqiong, southern China. Engineering Geology, 2017. 220: p. 196–207 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.02.002.
7.Yoobanpot, N., et al., Multiscale laboratory investigation of the mechanical and microstructural properties of dredged sediments stabilized with cement and fly ash. Engineering Geology, 2020. 267: p. 105491 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105491.
8.Wong, C., et al., A study on the mechanical interaction between soil and colloidal silica gel for ground improvement. Engineering geology, 2018. 243: p. 84–100 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.06.011.
9.Feynman, R., There's plenty of room at the bottom. Science, 1992(5036): p. 1300–1301 DOI: https://doi.org/10.7551/mitpress/4838.003.0024254.
10.Booker, R.D. and E. Boysen, Nanotechnology for dummies. 2011: John Wiley & Sons.
11.Arora, A., B. Singh, and P. Kaur, Performance of Nano-particles in stabilization of soil: a comprehensive review. Materials Today: Proceedings, 2019. 17: p. 124–130 DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.06.409.
12.Changizi, F. and A. Haddad, Strength properties of soft clay treated with mixture of nano-SiO2 and recycled polyester fiber. Journal of rock mechanics and Geotechnical Engineering, 2015. 7(4): p. 367–378 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2015.03.013.
13.Changizi, F. and A. Haddad, Improving the geotechnical properties of soft clay with nano-silica particles. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Ground Improvement, 2017. 170(2): p. 62–71 DOI: https://doi.org/10.1680/jgrim.15.00026.
14.Bahmani, S.H., et al., Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement. Construction and Building Materials, 2014. 64: p. 350–359 DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.086.
15.Kalkan, E., Effects of silica fume on the geotechnical properties of fine-grained soils exposed to freeze and thaw. Cold Regions Science and Technology, 2009. 58(3): p. 130–135 DOI: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2009.03.011.
16.Ghasemzadeh, H. and M. Tabaiyan, The effect of diesel fuel pollution on the efficiency of soil stabilization method. Geotechnical and Geological Engineering, 2017. 35(1): p. 475–484 DOI: https://doi.org/10.1007/s10706-016-0121-8.
17.Ghasemzadeh, H. and F. Modiri, Application of novel Persian gum hydrocolloid in soil stabilization. Carbohydrate polymers, 2020. 246: p. 116639 DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116639.
18.Ghasemzadeh, H., et al., Effects of curing method and glass transition temperature on the unconfined compressive strength of acrylic liquid polymer–stabilized kaolinite. Journal of Materials in Civil Engineering, 2020. 32(8): p. 04020212 DOI: https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0003287.
19.Ding, M., et al., Effects of freeze-thaw cycles on mechanical properties of polypropylene fiber and cement stabilized clay. Cold Regions Science and Technology, 2018. 154: p. 155–165 DOI: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.07.004.
20.Soil, A.C.D.-o. and Rock, Standard test method for particle-size analysis of soils. 2007, ASTM International.
21.Standard, A., Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort. ASTM International, 2007 DOI: https://doi.org/10.1520/d0698-12r21.
22.Ladd, R., Preparing test specimens using undercompaction. Geotechnical testing journal, 1978. 1(1): p. 16–23 DOI: https://doi.org/10.1520/gtj10364j.
دوره 22، شماره 3
فنی و مهندسی
پاییز 1404
صفحه 314-334

  • تاریخ دریافت 29 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 31 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 29 مهر 1403