ارزیابی اصلاح کننده نانو بر مشخصات حجمی و مکانیکی خاک ریزدانه رسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

امروزه استفاده از نانوتکنولوژی در دهه های اخیر به منظور بهبود خصوصیات رفتاری مصالح مورد استقبال محققان در علوم مختلف قرار گرفته است. یکی از این موضوعات در مهندسی ژئوتکنیک، استفاده از نانو مواد در بهبود خصوصیات رفتاری خاک های مسئله دار به منظور افزیش ظرفیت باربری، کاهش نشست، کاهش تورم و همچنین کاهش هزینه های اقتصادی به منظور تثبیت خاک در کوتاه مدت و دراز مدت می باشد. در این تحقیق، نتایج یک مطالعه در مقیاس آزمایشگاهی تشریح می شود که در آن تاثیر نانوآلومینیوم اکسید گاما بر مشخصات حجمی و مکانیکی نوعی خاک رس مسئله دار مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این تحقیق ابتدا تاثیر سیمان در اصلاح خاک مورد ارزیابی قرار می گیرد و در ادامه تاثیر توام سیمان و نانو آلومینیوم بر مشخصات خاک مورد کنکاش قرار می گیرد. بررسی این تاثیرات در دوره های عمل آوری 1روزه تا 28روزه انجام شده است. خصوصیات مورد ارزیابی در این تحقیق شامل حدود اتربرگ، مشخصات تراکمی، مقاومت فشاری تک محوری، نسبت باربری کالیفرنیا و درجه اسیدیته (pH ) برای خاک اصلاح نشده، خاک اصلاح شده با مقادیر مختلف سیمان و خاک اصلاح شده با سیمان در درصدهای مختلف نانوآلومینیوم می باشد. همچنین به منظور کنترل و ارزیابی تأثیر مواد در مقیاس نانو از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که تأثیر نانو آلومینیوم در رفتار کوتاه مدت به منظور افزایش مقاومت و سرعت خودگیری بسیار محسوس است بطوریکه با افزودن %2ماده نانو، مقاومت تک محوری نمونه ها در روز اول تا %20در مقایسه با نمونه های متناظر افزایش می یابد. همچنین نتایج این تحقیق نشان می دهند با افزودن کمتر از 6درصد ماده نانو (بر حسب وزن سیمان) می توان مقاومت مکانیکی خاک را تا بیش از 35درصد افزایش داد و به دنبال آن بخش قابل توجهی از مصرف سیمان در اصلاح و به سازی خاک را کاهش داد که نشان دهنده تاثیر اقتصادی ماده نانو و متعاقب آن کاهش مصرف انرژی و آلودگی های زیست محیطی می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effecting of Nano Aluminum on Mechanical and Volumetric Properties of Clay

نویسندگان [English]

  • S. Ghaffarpour Jahromi
  • H. Zahedi
Department of Civil Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, the effects of gamma oxide nano-aluminum as the cement modifier; on volumetric and mechanical properties of problematic clay using an experimental research were described. Initially, the impact of cement was evaluated for soil improvement and in the following the impact of cement mixed with nano-aluminum on soil properties were investigated. Evaluation of these effects was done in curing period from 1 day to 28 days. Properties evaluated in this study included Atterberg limits, density and proctor compaction, uniaxial compressive strength, California bearing ratio and the power of hydrogen (pH). Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis had also been used to monitor and evaluate the impact of nano-scale materials. Results of this study indicated that in the short-term behavior, the effect of nano-aluminum in increasing the strength and setting speed was very tangible. Also the very small percentage of nano-material could be alternative for a significant proportion of cement in the improvement and modification of soil, which reflects the economic impact of nano material as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Expansive Clay
  • Gamma Nano Aluminum
  • Soil Modifcation
  • Mechanical Properties
  • Volumetric Characteristics

مراجع

[1] Z. Y., U. A., N. M. R., Effects of cement and lime addition to soft clays on their strength in saturated condition of Mahshahr Port, Journal of Geotechnical Geology, 9(4) (2014) 353-363.
[2] P. G. N., Soil improvement and ground modification methods, Elsevier Inc, ISBN 9780124080768, (2015).
[3] K. K., A. B., Ground improvement-third edition, CRC Press Publication, ISBN 9780415599214, (2012).
[4] M. M., E. Z. Stabilization of pavement subgrade by using fly ash activated by cement, American Journal of Civil Engineering and Architecture, 3(6) (2015) 218-224.
[5] S. K. D., M. H., lime stabilization of soils: reappraisal, Journal of Materials in Civil Engineering, 24(6) (2012) 26-37.
[6] B., S., J. B., H. A. T., Stabilization of clay soils by Portland cement or lime–a critical review of literature, PCA R&D Publication, (2003) 16-24.
[7] D. J., A. P., Static and dynamic properties of sand-cement, Journal of the Geotechnical Engineering Division, 105(3) (1979) 419-436.
[8] M. J. K., D.R. F., Review and evaluation of soil-cement pavements, Transactions of the American Society of Civil Engineers, 126(1) (1961) 1123-1144.
[9] M. Z. H., T. M. R., A Review of stabilization of soils by using nanomaterials, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 7(2) (2013) 576-581.
[10] Sh. S. S., F. L., A. E. H., Review of nano additives in stabilization of Soil, 7th International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, Missouri University of Science and Technology, (2013).
[11] K. M., B. K., Nanotechnology in geotechnical engineering, Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, 261(1) (2011) 524-528.
[12] F. Z., P. A. R., E. T., Improvement in the hydraulic properties of Kaolinite with adding nanoclay, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 47(3) (2016) 39-46. (In Persian)
[13] M. M. A., H. S. M., Evaluation of shear strength parameters of modified clay with different percentages of lime and nanosilica, Master's Thesis for Civil Engineering, Shahroud University of Technology, (2016). (In Persian)
[14] R., J. M., N. Sh. M., Specification of the authors of the paper The study of the effect of nanoscale additives on the properties of earthquake engineering (a case study of Zanjan clay), The first national conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, (2016). (In Persian)
[15] Zh. G., Soil nanoparticles and their influence on engineering properties of soils, Geo-Denver 2007 Congress, New Peaks in Geomechanics, (2007) 1-13.
[16] G. M., S. P., Applications of nano-mechanics in geotechnical engineering, proceeding of the International Workshop on Micro-Geomechanics across Multiple Strain Scales, Cambridge, UK, (2007) 107.
[17] M. M., N. M., Investigation of nano-clay effect on geotechnical properties of Rasht clay, Journal of Advance Science and Technology Research, 3(3) (2013) 37-46.
[18] Zh. S., W. W., S. X., Ch. X., L. T., Direct shear behavior of nanometer magnesia reinforced cement soil with 28days age, The Open Mechanical Engineering Journal, 8(1) (2014) 509-513.
[19] N. C. and C. J. L., Hydraulic conductivity of clay mixed with nanomaterials, Canadian Geotechnical Journal, 52(6) (2014) 808-811.
[20] R. A., N. H., The reasons for introducing nano-silica in cementations layer in pavement, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 19(1) (2014) 1761-1768.
[21] B. S., H. B., A. A., F. N., Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement, Construction and Building Materials, 64(3) (2014) 350-359.
[22] Ch. F., H. A., Strength properties of soft clay treated with mixture of nano-SiO2 and recycled polyester fiber, Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 7(4) (2015) 367-378.
[23] L. N., W. W., Y. J., T. F., Ch. X., Short age direct shear behavior of seashore soft soil reinforced by cement and nano-titanium dioxide, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 20(3) (2015) 1087-1093.
[24] T. M.R., Y. T., Effects of carbon nanotube on kaolinite: Basic geotechnical behavior, World Journal of Engineering, 7(2) (2010) 472-473.
[25] K. S.S., H. R. D., Ch. T. J., L. J. B., Comparison of innovative nano fly ash with conventional fly ash and nano-silica, Canadian Journal of Civil Engineering, 41(5) (2014) 396-402.
[26] Kh. N., A. M. F., M. M., M. K., K. F., The properties of nano-kaolin mixed with kaolin, The Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 20(1) (2015) 731-738.
[27] T. M. R., Geotechnical properties of soil-ball milled soil mixtures, Nanotechnology in Construction, 3(2) (2009), 377-382.
[28] M. Z. H., T. M. R., J. I. T., Stabilization of soft soil using nanomaterials, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 8(4) (2014) 503-509.
[29] P. R., A. P. D., Improvement of bearing capacity of soft clay using nanomaterials, International Journal of Asian Scientific Research, 5(1) (2015) 125-136.
[30] L. H. L., H. D. H., L. D. F., L. C. K., Cohesive soil stabilized using sewage sludge ash/cement and nano aluminum oxide, International Journal of Transportation Science and Technology, 1(1) (2012) 83-100.
[31] ASTM D4546, One-dimensional swell or settlement potential of cohesive soils, (2000).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 50، شماره 3
مرداد و شهریور 1397
صفحه 597-606

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار