بررسی و مقایسه‌ی تأثیر پلیمر‌های محلول در آب و نانوذرات بر خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و تورم‌پذیری خاک رس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشگاه تبریز

3 تبریز- دانشگاه تبریز

چکیده

بدون تردید یکی ازمقدماتی‌ترین ومهم‌ترین اصول در اجرای طرح‌های عمرانی،داشتن زمینی مقاوم برایاحداث بناست و لازمه‌ی آن وجود خاکی مناسب، با ویژگی‌های ژئوتکنیکی مطلوب در محل است. در سال‌های اخیر، تحقیقات گسترده‌ای در خصوص استفاده از مواد شیمیایی نوین از جمله پلیمر‌های شیمیایی و نانوذرات به منظور اصلاح خاک‌های ریزدانه صورت‌گرفته است. استفاده ازپلیمر‌های آلی در سالیان اخیراهمیت فراوانی یافته است واین پلیمر‌ها توانایی خودرا برای آنکه به عنوان ماده‌ی افزودنی جهت تثبیت خاک استفاده شوند، نشان داده‌اند. از سوی دیگردر سال‌هایاخیرگام‌های بزرگی در زمینه فناوری نانوبرداشته شده است و پیشرفت‌های فراوانی مبتنی برفناوری نانودر مهندسی ژئوتکنیک اتفاق افتاده است. در این مقاله از دو ماده نانوسیلیکا و پلی‌الکترولیت کاتیونی برای بهسازی و تثبیت خاک استفاده شده است، این مواد با درصد‌های مختلف به خاک اضافه شده و تأثیرآن‌ها برمشخصات خاک در زمان‌های عمل‌آوری 3 ،7 ،14 و 28 روزه موردبررسی قرار گرفته است. با افزایش هردو ماده به خاک درصد رطوبت بهینه، حد روانی، مقاومت فشاری محدود نشده و پتانسیل حفظ رطوبت خاک افزایش یافته و وزن مخصوص خشک حداکثر و درصد تورم آزاد نمونه‌های خاک کاهش نشان داده است، از سویی با توجه به تغییرات ناچیز حد خمیری، شاهد افزایش شاخص خمیری خاک نیزهستیم.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Water-Soluble Polymers and Nanoparticles on Physical, Mechanical, and inflationary Properties of Clay

نویسندگان [English]

  • Golam Moradi 1
  • sajjad abbasi 2
  • Alireza Abbasnejad 3
1 Civil Engineering Faculty, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Tabriz university
3 civil engineering Department, University of Tabriz
چکیده [English]

In the present study, to investigate and compare the effect of Nanosilica nanoparticles and water-soluble polymer of cationic polyelectrolyte on a set of physical, mechanical and chemical properties of CL clay, a series of laboratory tests were performed on untreated soil samples, treated with Nanosilica and treated with cationic polyelectrolyte. Nanosilica was added to soil with 0.5, 1, 2 and 3% dry weight of soil and cationic polyelectrolyte with concentrations of 3, 6, 9 and 12 gr/liter based on optimum water content and their effects on the soil details have been investigated in 3,7,14 and 28 days of processing. Despite the differences in the effectiveness mechanisms, these materials showed similar effects on the variety of soil samples characteristics in this study. By adding of both materials to the soil, optimum water content, liquid limit, unconfined compressive strength, and water retaining potential of soil have been increased and Maximum dry density and free swelling percentage of soil decreased remarkably. On the other hand, regarding small changes of plastic limit and increasing of liquid limit, plasticity index increases. Also, for various amounts of additives, there is no significant change in soil pH.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay
  • Cationic polyelectrolyte
  • Nano-silica
  • Physical and Mechanical specifications
  • swelling
[1] Fang H. Y. (1991). Foundation engineering handbook, Chapman & Hall, New York, NY10119.
[2] Perloff, W. H. (1976). Soil mechanics, principal and applications, John Wiley & Sons. New York
[3] Naeini, S. A., et al. (2012). "Unconfined compressive strength of clayey soils stabilized with waterborne polymer." KSCE Journal of Civil Engineering 16(6):  943949.
[4] Rauch, A. F., et al. (2003). Evaluation of nontraditional soil and aggregate stabilizers: A summary, Center for Transportation Research, the University of Texas at Austin.
[5] Correia, A. A. S. and M. G. Rasteiro (2016). "Nanotechnology Applied to Chemical Soil Stabilization." Procedia Engineering 143: 1252-1259.
[6] Seybold, C. A. (1994). "Polyacrylamide review: Soil conditioning and environmental fate." Communications in Soil Science and Plant Analysis 25 (12): 2171-2185.
[7] Yone kura, R., Miwa, M., 1992. Fundamental Properties of Sodium Silicate Based Grout.
[8] Noll, M. R, Bartlett, C. & Dochat, T. M., 1992. In Situ Permeability Reduction and Chemical Fixation Using Colloidal silica. National Outdoor Action Conference, Las Vagas, NV, p. 443-457.
[9] Zhang, G., Germaine, J. T., Whittle, A. J., & Ladd, C. C., 2004a. Soil structure of a highly weathered old alluvium. Geotechnique 54, No.7, 453-466.
[10] Zhang G. Soil nanoparticles and their influence on engineering properties of soils, GSP 173 Advances in Measurement and Modeling of Soil Behavior, New Peaks in Geotechnics, ASCE. (2007).
[11] Taha M. R. and Ying, T. “Effects of carbon nanotube on kaolinite: Basic geotechnical behaviour”, Proc. of the 5rd international symposium on nanotechnology in construction, Prague, Czech Republic, pp: 377-382, 2012.
[12] zaid, H, M. Mohd, R, T. Ibtehaj, T, J. 2014, ‘’Stabilization of Soft Soil Using Nanomaterials’’, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology 8(4): 503-509, 2014.
[13] Bahmani, S. H., et al. (2014). "Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement." Construction and Building Materials 64: 350-359.
[14] Choobbasti, A. J. and S. S. Kutanaei (2017). "Microstructure characteristics of cement-stabilized sandy soil using nanosilica." Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 9(5): 981-988.
[15] Zomorodian, S. A., et al. (2017). "Strength enhancement of clean and kerosene contaminated sandy lean clay using Nano clay and nanosilica as additives." Applied Clay Science 140: 140-1.
[16] Oldham J, C, Eaves R.C, and White D.W. “Materials evaluated as potential soil stabilizers”. Miscelloneaus paper S-77-15-15, U.S. Army engineer waterways experiment station, Vicksburg, MS, September (1977).
[17] Zornberg. J, Gabrel. A. R, Virat Jandr. C., “Baehavior of tire shred-sand mixtures”, Geotech. J., Vol.41, No.2, PP.227-241., (2004).
[18] Velasquez. R. A, “Investigation of the effectiveness and mechanisms of enzyme products for subgrade stabilization”, International tournal pavement engineering, Vol.7, No.3, PP. 213-220, (2006).
[19] Jin Liu, Bin Shi, “Research on the stabilization on traetment of clay slope topsoil by organic polymer soil stabilizer”, Engineering geology, Vol.117, No.1, PP. 114-120 (2011).
[20] Mirzababaei, M., et al. (2017). "Polymers for Stabilization of Soft Clay Soils."     Procedia Engineering 189: 25-32.
[21] ASTM D698. Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International; .0102
[22] ASTM (2008). Standard Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils- D 4318-00. ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvania, USA, 11 p.
[23] ASTM D2166 (2006). Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soils, American Society for Testing and Materials, Philadelphia.
[24] Nelson, J. D. and Miller, D. J. 1992, Expansive soils, Problems and practice in foundation and pavement engineering, John wiley and sons, 259p.
[25] ASTM, “One Dimensional Swell or Settlement of Cohesive Soils”, Designation: D 4546-96.
[26] ASTM D4972-95a, Standard Test Method for pH of Soils, ASTM International, West Conshohochen, PA, 2001, www.astm.org.