ارزیابی تثبیت خاک رس با افزودنی لیگنوسولفونات کلسیم، با در نظر گرفتن روش‌های مختلف اختلاط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد ژئوتکنیک، گروه عمران، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

2 استادیار دانشگاه صنعتی قم

3 گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی قم

چکیده

تثبیت خاک‌، یکی از مهم‌ترین روش‌های بهسازی خاک‌های ضعیف در مهندسی ژئوتکنیک است. تثبیت کننده‌های سنتی مثل سیمان و آهک از دیرباز تاکنون مورد استفاده و تحقیق قرار گرفته‌اند اما استفاده از این مواد، مشکلات زیست محیطی در پی دارد. لیگنو سولفونات کلسیم یک پلیمر طبیعی است که از پسماند صنعت کاغذ و تمبرسازی تولید می‌شود و طبق آمار‌های دولتی سالانه 50 میلیون تن از آن دور ریخته می‌شود. این پودر قهوه ای رنگ، سمی ‌و خورنده نیست و برای سلامت انسان و محیط زیست خطر آفرین نمی‌باشد. در این پژوهش اثر افزودن درصدهای مختلف از لیگنو بر حدود اتربرگ، خصوصیات تراکمی و مقاومت تک محوری خاک رس مورد بررسی قرار می‌گیرد و هم‌چنین اثر افزودن لیگنو با روش‌های مختلف اختلاط بر مقاومت خاک و مورفولوژی خاک بررسی می‌شود. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که افزودن لیگنو به طور کلی باعث بهبود خواص مکانیکی خاک می‌شود، شاخص خمیری خاک (PI) کاهش، مقاومت و شکل‌پذیری خاک افزایش می‌یابد. برای خاک مورد استفاده در این پژوهش، درصد بهینه از افزودنی لیگنو سولفونات کلسیم %1 وزن خشک خاک تعیین شد که توانست پس از 28 روز عمل آوری مقاومت خاک را از 322 به 828 کیلوپاسکال (5/2 برابر افزایش) برساند. همچنین نحوه‌ی اختلاط نیز بر مقاومت نمونه‌ها تاثیر به سزایی دارد. در تثبیت خاک توزیع مناسب افزودنی در بین ذرات خاک می‌تواند بر خصوصیات مهندسی خاک اثر گذار باشد به عنوان مثال نمونه‌های مخلوط شده به روش‌های مختلف، مقاومت حداکثری‌شان تا تا 80% افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of a by-product and enviromental-friendly chemical additives for clay soils with different mixing and curing methods

نویسندگان [English]

  • amirsaeed giahi 1
  • Morteza Jiryaei Sharahi 2
  • Bayramali Mohammadnezhad 3
1 MS student, civil engineering group, qom university of technology, qom, iran
2 Assistance prof., Civil Engineering Group, Qom University of technology
3 Civil Engineering Group, Qom University of Technology
چکیده [English]

Soil stabilization is one of the most important methods of improving the soil in geotechnical engineering.Traditional stabilizers such as cement and lime have long been used and investigated, however, the use of these materials has environmental problems. Calcium lignosulphonate is a natural polymer produced from waste from the paper and timber industry.In this study, the effect of adding different percentages of ligno on Atterberg limits, compressive properties, and uniaxial clay strength is investigated, the effect of ligno addition by different mixing methods on soil strength and soil morphology is also investigated.The results of experiments showed that adding ligno generally improves soil mechanical properties, decreases soil plasticity index (PI), and increases soil strength and ductility.For the soil used in this study, the optimum percentage of calcium lignosulfonate additive was determined 1% soil by dry weight, which was able to increase the soil resistance from 322 to 828 kPa (2.5 times increase) after 28 days.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil Stabilization
  • calcium lignosulfonate
  • Clay
  • eco-friend
  • mixing method
[1] F.J.E.g. Bell, Lime stabilization of clay minerals and soils, 42(4) (1996) 223-237.
[2] A. Fernandez, J.J.C.G.J. Santamarina, Effect of cementation on the small-strain parameters of sands, 38(1) (2001) 191-199.
[3] S. Horpibulsuk, N. Miura, D.J.J.o.G. Bergado, G. Engineering, Undrained shear behavior of cement admixed clay at high water content, 130(10) (2004) 1096-1105.
[4] P. Sherwood, Soil stabilization with cement and lime, 1993.
[5] A.J.T.G. Behnood, Soil and clay stabilization with calcium-and non-calcium-based additives: A state-of-the-art review of challenges, approaches and techniques,  (2018).
[6] P. Sherwood, Soil stabilization with cement and lime. State of the art review. London: Transport Research Laboratory, in, HMSO, 1993.
[7] F. Sariosseiri, B.J.E.g. Muhunthan, Effect of cement treatment on geotechnical properties of some Washington State soils, 104(1-2) (2009) 119-125.
[8] B.K. A. Roohbakhshan, Stabilization of Clayey Soil with Lime and Waste
Stone Powder, Civil and Enviromental Engineering, Vol. 48, No. 4, Winter 2016, 48(4) (2016) 429-438.
[9] F.M.A. Modarres, Soil Stabilization with Waterproof Cement for Road Applications, Civil and Enviromental Engineering, Vol. 48, No. 4, Winter 2016, 42(1) (2010) 55-63.
[10] T. Zhang, G. Cai, S. Liu, A.J.J.K.J.o.C.E. Puppala, Engineering properties and microstructural characteristics of foundation silt stabilized by lignin-based industrial by-product, 20(7) (2016) 2725-2736.
[11] B. Sunil, S. Nayak, S.J.E.g. Shrihari, Effect of pH on the geotechnical properties of laterite, 85(1-2) (2006) 197-203.
[12] J. Tingle, R.J.T.R.R.J.o.t.T.R.B. Santoni, Stabilization of clay soils with nontraditional additives, (1819) (2003) 72-84.
[13] R. Santoni, J. Tingle, S.J.T.R.R.J.o.t.T.R.B. Webster, Stabilization of silty sand with nontraditional additives, (1787) (2002) 61-70.
[14] J.S. Vinod, B. Indraratna, M.A. Al Mahamud, Stabilisation of an erodible soil using a chemical admixture,  (2010).
[15] H.A. TAHERKHANI H, SHARIFI V, EVALUATING THE USE OF CBR PLUS FOR CONSTRUCTING THE PAVEMENT LAYERS FROM STABILIZED SOILS, JOURNAL OF TRANSPORTATION ENGINEERING  3(4) (2012) 339-347.
[16] T. H., INVESTIGATATION AND COMPARISON OF COMPRESSIVE STRENGTH OF CLAY SOILS STABILIZED BY CEMENT, LIME AND CBR PLUS %J Modares Civil Engineering journal, 16(4) (2016) 161-174.
[17] B. Indraratna, T. Muttuvel, H. Khabbaz, R.J.J.o.G. Armstrong, G. Engineering, Predicting the erosion rate of chemically treated soil using a process simulation apparatus for internal crack erosion, 134(6) (2008) 837-844.
[18] B. Indraratna, R. Athukorala, J.J.J.o.G. Vinod, G. Engineering, Estimating the rate of erosion of a silty sand treated with lignosulfonate, 139(5) (2012) 701-714.
[19] B.J.B.C.T. Chen, Polymer–clay nanocomposites: an overview with emphasis on interaction mechanisms, 103(6) (2004) 241-249.
[20] T. Zhang, S. Liu, G. Cai, A.J.J.E.G. Puppala, Experimental investigation of thermal and mechanical properties of lignin treated silt, 196 (2015) 1-11.
[21] A.H. Vakili, M. Kaedi, M. Mokhberi, M.R. bin Selamat, M.J.A.C.S. Salimi, Treatment of highly dispersive clay by lignosulfonate addition and electroosmosis application, 152 (2018) 1-8.
[22] Q. Chen, B.J.J.o.G. Indraratna, G. Engineering, Deformation behavior of lignosulfonate-treated sandy silt under cyclic loading, 141(1) (2014) 06014015.
[23] Q. Chen, B. Indraratna, C.J.P.o.t.I.o.C.E.-G.I. Rujikiatkamjorn, Behaviour of lignosulfonate-treated soil under cyclic loading, 169(2) (2015) 109-119.
[24] D.P. Alazigha, B. Indraratna, J.S. Vinod, L.E. Ezeajugh, The swelling behaviour of lignosulfonate-treated expansive soil,  (2016).
[25] D.P. Alazigha, B. Indraratna, J.S. Vinod, A.J.T.G. Heitor, Mechanisms of stabilization of expansive soil with lignosulfonate admixture, 14 (2018) 81-92.
[26] B. Ta'negonbadi, R.J.T.G. Noorzad, Stabilization of clayey soil using lignosulfonate, 12 (2017) 45-55.
[27] B. Ta'negonbadi, R.J.T.G. Noorzad, Physical and geotechnical long-term properties of lignosulfonate-stabilized clay: An experimental investigation, 17 (2018) 41-50.
[28] T. Zhang, G. Cai, S.J.J.o.c.p. Liu, Application of lignin-based by-product stabilized silty soil in highway subgrade: A field investigation, 142 (2017) 4243-4257.
[29] T. ZHANG, L. Song-yu, C.J.C.J.o.G.E. Guo-jun, Experimental study on relationship between thermal and mechanical properties of treated silt by lignin, 37(10) (2015) 1876-1793.
[30] Q. Chen, B.J.C.G.J. Indraratna, Shear behaviour of sandy silt treated with lignosulfonate, 52(8) (2014) 1180-1185.
[31] A.H. Vakili, J. Ghasemi, M.R. bin Selamat, M. Salimi, M.S.J.C. Farhadi, B. Materials, Internal erosional behaviour of dispersive clay stabilized with lignosulfonate and reinforced with polypropylene fiber, 193 (2018) 405-415.