تاثیر ذرات نانو سیمان بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی مخلوط ماسه بادی- بنتونیت

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 7، دوره 37، شماره 2 - شماره پیاپی 46، مرداد 1403، صفحه 1-24   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jfcei.2024.82076.1225

نویسندگان

رضا پرورش¹؛ روزبه دبیری^{* 1}؛ سعیده ابراهیمی اصل²

¹گروه مهندسی عمران، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران

²گروه مهندسی شیمی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران

چکیده

بهبود رفتار مهندسی خاک‌های مسأله‌دار در پروژه‌های عمرانی به عنوان یکی از مهم‌ترین مسائل پیشرو در مهندسی ژئوتکنیک محسوب می‌شود. عامل مهم و تعیین کننده در طراحی سازه‌ها و ابنیه‌های ژئوتکنیکی بر روی خاک‌های نرم و سست، تغییر شکل پذیری یا نشست و گاهی مقاومت آنها می‌باشد. اگرچه روشهای تثبیت خاکها عموما به دو بخش مکانیکی و شیمیایی تقسیم می-شوند ولی امروزه از مواد به اندازه نانو جهت بهسازی خصوصیات ژئوتکنیکی خاکها استفاده می‌گردد. هدف اصلی از تحقیق حاضر، امکان کاربرد ذرات نانو سیمان در جهت بهسازی خصوصیات ژئوتکنیکی خاک مخلوط ماسه بادی-بنتونیت (به میزان 15، 30 و 60 درصد) است. برای این منظور، ذرات نانو سیمان به مقدار 2/0، 4/0 و 6/0 درصد وزنی به خاک مورد مطالعه افزوده شده و به مدت 7، 14 و 28 روز عمل آوری بر روی نمونه‌ها انجام گرفته است. جهت انجام تحقیق از آزمون‌های آزمایشگاهی تراکم، تک محوری، برش مستقیم (در دو حالت خشک و اشباع) و نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) براساس استاندارد ASTM استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان داده است حالت بهینه، ترکیب 6/0 درصد نانو سیمان در مدت زمان عمل آوری 28 روزه در خاک مخلوط ماسه بادی به همراه 15 درصد بنتونیت می‌باشد. زیرا، این شرایط باعث بهبود خصوصیات تراکم پذیری، افزایش توان باربری و مقاومت برشی در مصالح بهسازی شده گردیده است.

کلیدواژه‌ها

ماسه بادی؛ رس؛ بنتونیت؛ نانو سیمان؛ بهسازی خاک

مراجع

 [1] S. Thevanayagam, “Liquefaction Potential and Undrained Fragility of Silty Soils, Proc. of ¹²th World Conference on Earthquake, Auckland, New Zealand, pp.8-20, (1999),  https://api.semanticscholar.org/CorpusID:195734798

[2]  M. R. Noll, C. Bartlett C, T. M. Dochat, “In Situ Permeability Reduction and Chemical Fixation Using Colloidal Silica”, In Proceedings of the Sixth National Outdoor Action Conference on Aquifer Restoration, Ground Water Monitoring, and Geophysical Method, State College, PA, USA, 11–13 May 1992; National Ground Water Association: Westerville, OH, USA, (1992).

[3] R. Yonekura, M. Miwa, “Fundamental Properties of Sodium Silicate Based Grout”, In Proceedings of the 11^th Southeast Asia Geotechnical Conference, Singapore, vol. 439, pp.439-444,  (1993).  

 [4] Gh. Moradi, Sh. Seyyedi, “Evaluation of Effective Strength Parameters and Micro Structural Variations of Silty Sands Stabilized with Nano Colloidal Silica,” Journal Management System, vol. 46.4, no. 85, pp.77-88.

[5]  A. Kakavand, R. Dabiri, “Experimental study of applying colloidal Nano Silica in improving sand-silt mixtures,” International Journal of Nano Dimension, vol. 9, no. 4, pp. 357-373, (2018).

[6] V. Pourvahedi, V. Pourahmadi, M. Arbani, “Laboratory study of improving the geotechnical properties of clay using nano particles,” 1st National Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Shahid Rajaee University, Tehran, Iran, pp.1-8, (2014). (In Persian), https://civilica.com/doc/332591/

[7] Bahari M.; Shahnazari A.; “Laboratory investigation of fine-grained soil bed stabilization using nano clay,” Journal of water and soil science, vol.19, no.72, pp.107-113, (2015), http://dx.doi.org/10.18869/acadpub.jstnar.19.72.10

[8] Z. Fakhri, R. Pourhosseini, T. Ebadi T.; “Improvement in the Hydraulic Properties of Kaolinite with Adding Nanoclay,” Amirkabir journal of civil engineering, vol. 47, no.3, pp.39-46, (2016).

[9]  N. Abbasi, A. Farjad, “Application of Nano-clay particles for stabilization of dispersive clayey soils”, Iranian Journal of Soil and Water Research, vol. 48, no. 3, pp.515-524, (2017).

[10] M. Raihan. Taha, O. M. E Taha, “Influence of Nano-material on the expansive and shrinkage soil behavior,” Journal of Nanoparticle Research, vol.14, no.10, p. 1190, (2012).

[11] M. Mohammadi, M. Niazian, “Investigation of Nano-clay effect on geotechnical properties of Rasht clay,” International Journal of Advanced Scientific and Technical Research, vol. 3, no. 3, pp. 37-46, (2013).

[12]  S. Ghaffari S, R. Dabiri R, “Study of Nano-clay and Limestone Powder Effects on the Geotechnical Properties of Clayey Soil of Eastern Tabriz,” Journal of engineering geology, vol. 15, no. 3, pp. 455-479, (2021).

[13]  S. Ghaffari, R. Dabiri, “Effects of Applying Nano Clay Particles and Polypropylene Fibers on Geotechnical Properties of Clayey Soil for using in Pavement Layers”, Quarterly Journal of Transportation Engineering, vol. 12, no. 3, pp. 587-608, (2021).

[14] A. Bagheri, H. Zanganeh, M. R. Samani and M. Abolhassani, “The effect of the type, dimensions, and percentage of nano silica consumption on the properties of cement mortar,” First International Concerete Conference, National Center for Retrofitting (Northwest Branch), pp.1-7, (2009). (In Persian)

[15]  V. Chaudhary, J. Singh Yadav, R. Kumar Dutta, “Impact of Nano-Silica and Cement on Geotechnical Properties of Bentonite Soil”, Indian geotechnical journal, vol. 24, p. 133889, (2023).

[17]  H. Niroumand, L. Balachowski, R. Parviz, “Nano soil improvement technique using cement”, Sceintific report, vol.13, p. 10724, (2023).

[18] Iran China Clay Industries Company, https://icckaolin.com/en/home/

[19] ASTM D421-85, “Standard Practice for Dry Preparation of Soil Samples for Particle-Size Analysis and Determination of Soil Constants (Reapproved 2002),” Annual book of ASTM standards, (1985)

[20] ASTM D422-63, “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (Reapproved 2002),” vol. 04.08, p. 8, Annual book of ASTM standards, (1963).

[21] ASTM D 854-23, “Standard test method for specific gravity of soil solids by the water Displacement Method,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 9, (2023).

[22] ASTM D 4318-95e1, “Standard test method for liquid limit, plastic limit and plasticity index for soils,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 20, (1995).

[23] ASTM C618-19, “Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as Mineral Admixture in Concrete,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.02, p. 3, (2019).

[24] ASTM C305-20, “Standard Practice for Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.01, p. 3, (2020).

[25] ASTM D 698-12, “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12,400 ft-lbf/ft³ (600 kN-m/m³)) (Reapproved 2021),” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 13, (2012).

[26] ASTM D2166/ D2166M-16, “Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 7, (2016).

[27] ASTM D3080/ D3080M-23, “Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils under Consolidated Drained Conditions,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 9, (2023).

[28] ASTM D1883-21, “Standard test method for California bearing ratio (CBR) of laboratory- compacted soils,” Annual book of ASTM standards, vol. 04.08, p. 16, (2021).