مطالعه آزمایشگاهی تأثیر نانوذرات رُس و سیلیکا بر روی رفتار خاکهای سیلتی- رُسی شهر مشهد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران دانشگاه پیام نور مشهد

2 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

3 گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد- ایران

چکیده

در مناطق شهری به ویژه کلان‌شهر مشهد با توجه به قرارگیری محدوده‌های وسیعی بر روی رسوبات ریزدانه و خاک‌های دستی و مسأله‌دار، ارائه فناوری‌های نوین به منظور جلوگیری از بروز نشست‌های نامتقارن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. در این راستا با توجه به ضرورت ساخت سازه‌های بلندمرتبه و همچنین مشکلات زیست‌محیطی، بکارگیری فناوری نانو در بهسازی خاک جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی نظیر اجرای ستون‌های سنگی، تزریق تحت فشار سیمان و یا آهک، اجرای شمع و ریزشمع و غیره می‌باشد. فناوری نانو به دلیل افزایش قابل توجه سطح ذرات، با تأثیر چشم‌گیری در بهبود پارامترهای مقاومتی و مکانیکی خاک همراه می‌باشد. در این پژوهش تأثیر افزودن نانورُس از نوع مونت‌موریلونیت و نانوسیلیکا از نوع S بر پارامترهای مقاومتی و مکانیکی خاک ریزدانه اطراف حرم مطهر رضوی در شهر مشهد در نسبت‌های وزنی 0/1، 0/5، 1، 2/5 و 5 از نانورُس و 0/15، 0/25، 0/5، 0/75 و 1 از نانوسیلیکا با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی بررسی و ارزیابی گردید. نتایج حاکی از افزایش قابل توجه پارامترهای مقاومت برشی و فشاری و همچنین کاهش نشست‌پذیری خاک در نمونه‌های بهسازی شده با نانوسیلیکا نسبت به نمونه‌های بهسازی شده با نانورُس می‌باشد، به طوری که افزودن 1 درصد نانوسیلیکا و 2/5 درصد نانورُس به ترتیب موجب افزایش 620 و 134 درصدی ظرفیت باربری خاک سیلتی- رُسی مورد مطالعه شده است. لازم به ذکر است با توجه به پائین بودن شاخص تورم این خاک، افزودن این نانوذرات همراه با تغییری در درجه تورم‌پذیری خاک محدوده مورد مطالعه نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Laboratory Study of the Effect of Clay and Silica Nanoparticles on the Behavior of Silty-Clay Soils in Mashhad

نویسندگان [English]

  • Soheil Ghareh 1
  • Kimia Yazdani 2
  • Vahab Besharat 3
1 Payame noor university
2 Civil Group, Engineering Faculty, Azad Eslamic University, Mashhad, Iran
3 Civil Department, Engineering Faculty, Azad University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

According to the expansion of cities, the necessity of high-rise buildings construction and the need to retrofitting the old buildings is inevitable, particularly in metropolises such as Mashhad with expanded urban areas and neighbor areas of Imam Reza shrine built on the fine-grained deposits, the necessity of improvement and reinforcement of soil is evident. Nanotechnology can be significantly efficient as one of the most useful modern technologies in the recent century to meet the needs of the construction industry. The technology has a significant effect on the improvement of strength and mechanical parameters of soil because of a considerable increase in particle surface. In this regard, this study has investigated the effect of adding clay nanoparticles of type Montmorillonite and Silica of type "S" on the strength and mechanical parameters of silty-clay soils adjacent to Imam Reza's Shrine using laboratory studies. The results showed a significant increase in shear and compressive strength parameters and a decrease in settlement of soil in the Nanosilica-improved samples compared to nanoclay-improved ones. In this way, adding 1% nanosilica and 2.5% nanoclay could cause a 620 and 134% increase in bearing capacity of silty-clay soil, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil improvement
  • Nanoclay
  • Nanosilica
  • Shear Strength
  • Precipitation
  1. C. Onyelowe and B. V Duc, “Durability of nanostructured biomasses ash (NBA) stabilized expansive soils for pavement foundation,” Int. J. Geotech. Eng., pp. 1–10, 2018.
  2. Gaafer, H. Bassioni, and T. Mostafa, “Soil Improvement Techniques,” Int. J. Sci. Eng. Res., vol. 6, no. 12, pp. 217–222, 2015.
  3. P. Makusa, Soil stabilization methods and materials in engineering practice: State of the art review. Luleå tekniska universitet, 2013.
  4. Celaya, M. Veisi, S. Nazarian, and A. Puppala, “Accelerated Design Process of Lime-stabilized Clays,” in Reston, VA: ASCEProceedings of the Geo-Frontiers 2011 conference, March 13-16, 2011, Dallas, Texas| d 20110000, 2011
  5. Ahmadi and O. Shafiee, “Experimental comparative study on the performance of nano-SiO2 and microsilica in stabilization of clay,” Eur. Phys. J. Plus, vol. 134, no. 9, p. 459, 2019
  6. Tabarsa, N. Latifi, C. L. Meehan, and K. N. Manahiloh, “Laboratory investigation and field evaluation of loess improvement using nanoclay–A sustainable material for construction,” Constr. Build. Mater., vol. 158, pp. 454–463, 2018
  7. Cui, Z. Jin, X. Bao, W. Tang, and B. Dong, “Effect of carbon fiber and nanosilica on shear properties of silty soil and the mechanisms,” Constr. Build. Mater., vol. 189, pp. 286–295, 2018
  8. Abbasi, A. Farjad, and S. Sepehri, “The Use of Nanoclay Particles for Stabilization of Dispersive Clayey Soils,” Geotech. Geol. Eng., vol. 36, no. 1, pp. 327–335, 2018
  9. Shahidi, F. Farrokhi, and F. Asemi, “Changes in Physical and Mechanical Properties of Gas Oil–Contaminated Clayey Sand after Addition of Clay Nanoparticles,” J. Environ. Eng., vol. 145, no. 4, p. 4019004, 2019.
  10. Kananizadeh and A. Khoshniat, “Behavior of nanoclay as an additive in order to reduce Kahrizak landfill clay permeability,” in Proceeding of 2nd International Conference on Environmental Science and Technology, 2011, pp. 26–28
  11. Ghazi, M. H. Baziar, and S. M. Mirkazemi, “Assess of the improvement of the behavior of soil strength in the presence of nanoscale additive,” Assas J. Sci. Technol., pp. 45–50, 2011.
  12. Bahari, M. Nikookar, M. Arabani, A. K. Haghi, and H. Khodabandeh, “Stabilization of silt by nanoclay,” in Proc. of 7th National Congress on Civil Engineering, 2013, pp. 7–8
  13. H. Bahmani, B. B. K. Huat, A. Asadi, and N. Farzadnia, “Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement,” Constr. Build. Mater., vol. 64, pp. 350–359, 2014
  14. Kalhor, M. Ghazavi, M. Roustaei, and S. M. Mirhosseini, “Influence of nano-SiO2 on geotechnical properties of fine soils subjected to freeze-thaw cycles,” Cold Reg. Sci. Technol., 2019
  15. Changizi and A. Haddad, “Strength properties of soft clay treated with mixture of nano-SiO2 and recycled polyester fiber,” J. Rock Mech. Geotech. Eng., vol. 7, no. 4, pp. 367–378, 2015
  16. Yusefi, M. Ghafuri, G. Lashkaripour, and S. L. Talebian, “Investigation of clay minerals in soil of Mashhad City according to its Atterberg limits,” in 05th Iranian Conference of Engineering Geology, 2007
  17. Hafezi Moghaddas and A. Ghazi, “Geotechnical Zonation and evaluation of ultimate bearing capacity of Mashhad city,” in 05th Iranian Conference of Engineering Geology, 2007
  18. “Iranian Nanomaterials Pioneers Company.”
  19. Memarzadeh, A. Lashkari, and P. T. Shourijeh, “Consolidation behavior of structured clayey soils: a case study on shiraz fine alluvial strata,” J. Civ. Eng., vol. 16, no. 10, pp. 1435–1444, 2018.
  20. Liu and J. B. Evett, Soil properties: testing, measurement and evaluation. Prentice-Hall, Inc., 1984
  21. H. Baziar, H. Ghazi, and S. M. Mirkazemi, “Effect of nanoclay on engineering properties of soil,” in Forth International Congress of Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran, 2010
  22. Changizi and A. Haddad, “Effect of nanocomposite on the strength parameters of soil,” KSCE J. Civ. Eng., vol. 21, no. 3, pp. 676–686, 2017
  23. H. Majeed, M. R. Taha, and I. T. Jawad, “Stabilization of soft soil using nanomaterials,” Res. J. Appl. Sci. Eng. Technol., vol. 8, no. 4, pp. 503–509, 2014.