بررسی کاربرد مواد افزودنی طبیعی به منظور ترمیم و پایدارسازی خاک‌های رسی در راستای بهسازی محیط

نوع مقاله : مقاله های برگرفته از رساله و پایان نامه

نویسندگان

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

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت معلم شهید رجایی، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

هدف پژوهش، بررسی امکان ترمیم و پایدارسازی خاک‌های رسی از طریق کاربرد مواد افزودنی طبیعی می‌باشد. نوع هدف کاربردی و روش انجام آزمایشگاهی است. سه نوع افزودنی شامل خاکستر پوسته‌برنج، نانوکیتین و آهک با درصدهای وزنی متفاوت به خاک رس اولیه اضافه شده و جداگانه مورد بررسی قرار گرفتند. آزمایشات محوری، فشاری و چسبندگی انجام شد و نتیجه‌گیری نهایی با میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی و طیف‌سنج براش اشعه ایکس انجام گردید. نتایج نشان داد افزودن درصدهای مختلف دو ماده‌ نانوکیتین و خاکستر پوسته‌‌برنج، کاهش‌های به ‌مراتب بیشتری در شاخص خمیری حاصل می‌کند و باعث بهبود مطلوب‌تر میزان شاخص خمیری و خصوصیات خمیری خاک‌های مشکل‌آفرین خواهد شد. همچنین تمامی ترکیبات و درصدهای مختلف وزنی سه ماده‌ آهک، نانوکیتین و خاکستر پوسته‌ برنج، منجر به افزایش مطلوب مقاومت فشاری نمونه‌ خاک اولیه‌ مورد آزمایش شده‌اند. در زمان افزودن 6 درصد آهک به نمونه‌ خاک اولیه، مقاومت فشاری به نحو مطلوب و مؤثری افزایش پیدا کرده و در مقایسه با نتایج مقاومتِ نمونه‌ خاک اولیه، افزایش‌هایی، به ترتیب، برابر 72، 118، 132 و 154 درصد در زمان‌های عمل‌آوری 7، 28، 42 و 90 روزه، در مقاومت نمونه‌ها حاصل گردیده که این افزایش، مطلوب و قابل توجه بوده است. در تمام نمونه‌ها، در تمام دوره‌های عمل‌آوری، چسبندگی نسبت به نمونه‌ خاک اولیه، روندی صعودی داشته است. در نهایت، می‌توان عنوان نمود که اضافه شدن خاکستر پوسته برنج و نانوکیتین و آهک سبب افزایش مقاومت و پایداری خاک رس گردیده و نیازی به مواد شیمیایی و صنعتی نیست.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the use of natural additives to repair and stabilize clay soils in order to improve the environment

نویسندگان [English]

  • MEHDI GHARIB 1
  • Mohammad Ali Arjomand 2
  • mahmood reza abdi 3
  • ali arefnia 1
1 Department of Civil Engineering, Roudehen Branch, Islamic Azad University, Roudehen, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
3 Faculty of Civil Engineering, KNT University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The aim of this research is to investigate the possibility of repairing and stabilizing clay soils through the use of natural additives. The type of purpose is practical and the method of laboratory performance. Three types of additives including rice husk ash, nanokitin and lime with different weight percentages were added to the primary clay and examined separately. Axial, compressive and adhesion tests were performed and the final results were performed with peripheral scanning electron microscope and X-ray spectroscopy. The results showed that adding different percentages of nanocytin and rice husk ash resulted in much lower reductions in the dough index and improved the dough index and dough characteristics of the problem soils. Also, all the different compounds and different weight percentages of the three substances lime, nanocitin and rice husk ash, have led to a favorable increase in compressive strength of the sample of the first tested soil. When 6% of lime is added to the initial soil sample, the compressive strength increases optimally and effectively, and compared to the results of the initial soil resistance, the increases are 72, 118, 132 and 154%, respectively, during the operation. 7, 28, 42 and 90 day yields were obtained in the resistance of the samples and this increase was desirable and significant. In all specimens, in all periods of processing, adhesion to the primordial soil sample has been on the rise.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil repair and stabilization
  • environmental improvement
  • clay
  • natural additive

مراجع

بیات، آ (1393). بررسی آزمایشگاهی تثبیت خاک بستر راه شهداد نهبندان با استفاده از آهک، سیمان، ‌‌ZAM1، ZAM2‌، RRP . پایان‌نامه‌ کارشناسی ارشد. دانشکده‌ مهندسی عمران. دانشگاه تهران. ص 16.
تقوایی، م.، رضایی، م. ر.، تازش، ی (1396). توانمندیهای محیط طبیعی و نقش آن در برنامه‌ریزی توسعه گردشگری شهری، فصلنامه علمی و پژوهشی جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، دوره 8، شماره 1، شماره پیاپی 29، 361-345 صص. 
تویسرکانی، ح.، و صداقت، ف (1391). کیتین و کیتوسان: ساختار، خصوصیات و کاربردها. مجله‌ی بوم‌شناسی آبزیان. جلد 2. شماره‌ 3.
تیموری، ا.، و تیموری یانسری، م (1393). تثبیت خاک و مصالح شنی با آهک در طرح روسازی. ماهنامه‌ بین‌المللی راه و ساختمان. شماره‌ 97.
جان‌بزرگی، ا.، و قنّاد، ز (1389). کاربرد تکنولوژی نانو در صنعت ساختمان. فصلنامه‌ علمی- نظری کیسون. دوره‌ جدید. شماره‌ 44.
رحیمی، ح.، و عباسی، ن.(1394). مهندسی ژئوتکنیک (خاک‌های مشکل‌آفرین). چاپ اول. فصل دوم. تهران: انتشارات دانشگاه تهران، 231 ص.
رضایی‌زاده مهابادی، ک.، محمدی، ح.، سرور. ر (1398). امکان‌سنجی ایجاد شهرهای پایدار و هوشمند در ایران. مورد مطالعه: منطقه جنوب شرق ایران، فصلنامه علمی و پژوهشی جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، سال دهم، شماره 1، 658-643 صص. 
ریگی، م.ر.، فراهی، م.، کلکلی، ص (1398). ارزیابی شدت فرسایش بادی و پتانسیل رسوبدهی آن با استفاده از مدل اریفر در منطقه روتک و مک سوخته سراوان، فصلنامه علمی و پژوهشی جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، سال دهم، شماره 1، 464-449 صص.
سلیمی، ه.، کرمی، م.، و محمدی، م (1390). بررسی آزمایشگاهی اثر نانوسیلیس بر خصوصیات ژئوتکنیکی خاک رس رشت. همایش ملّی سازه، راه و معماری. دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس. ۳ تا ۴ اسفند.
طاهرخانی، ح.، و جوانمرد، م (1394). مقایسه‌ تأثیر سیمان، آهک و نانوپلیمر CBR PLUS در کاهش تورّم خاک‌های رسی بستر روسازی‌ها. نشریه‌ زمین‌شناسی مهندسی. جلد نهم. شماره‌ 4.
عابدینی، ف. و همکاران (1392). بررسی و تحلیل چگونگی بهره‌گیری از فناوری نانو در توسعه‌ معماری پایدار. همایش ملّی معماری پایدار و توسعه‌ شهری. بوکان. اردیبهشت‌ماه.
محتشم، ر.، ابریشمی، س.، و طباطبایی عدنانی، ا. ع (1390). مطالعه و تحلیل عددی عملکرد ستون‌های سنگی محصور شده با ژئوسنتتیک‌ها در خاک رس. اولین کنفرانس ملی عمران و توسعه، زیباکنار. ایران.
محمدزاده‌ ثانی، ا.، عربانی، م.، خداپرست حقی، ا.، و جمشیدی چناری، ر (١٣٨٩). تأثیر نانورس بر روی خصوصیات ژئوتکنیکی ماسه‌های رس‌دار. چهارمین همایش بین‌المللی مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایران. تهران. آبان‌ماه.
ASTM-D2166-06. Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soil. ASTM International. American Society of Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania, USA.
Abbasi, N., Farjad A., & Sepehri, S (2017). The use of nanoclay particles for stabilization of dispersive clayey soils. Journal of geotechnical and geological engineering. Vol. 35, 1-9. doi:0.1007/s10706-017-0330-9.
Al-Rawas, A. A., Taha, R., Nelson, J.D., Beit Al-Shab, T., & Al-Siyabi, H (2002). A comparative evaluation of various additives used in the stabilization of expansive soils. Geotechnical testing journal. 25 (2), 199-209.
Al-Zoubi, M.S (1993). Effect of physicochemical changes on the compressibility of selected Azraq green clay. Thesis Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in civil engineering at Jordan University of Science and Technology.
Attom, M., & Shatnawi, M (2005). Stabilisation of clayey soils using Hay materials. Journal of Solid Waste technology and management, 31(2).
Bae, K.P., & Moon, M.K (2010). Applications of Chitin and its derivatives in biological medicine. International journal Molecular Sciences. 11(12).
Beeghly J. H (2003). Recent experiences with lime-fly ash stabilization of pavement subgrade soils, Base, and recycled asphalt. Proceedings of the international ash utilization sumposium. University of Kentucky. Lexington, US.
Bell, F.G (1996). Lime stabilization of clay minerals and soils, Engineering geology journal, 42(4), 223-237.
Chang, p., Jian, R., Yu, J., & Ma, X (2010). Starch-based composites reinforced with novel chitin nanoparticles. Carbohydrate polymers journal. 80(2), 420-425.
Croft, J.B (1967). The influence of soil mineralogical composition on cement stabilization. Geotechnique journal. London, England. 17(2), 119-135.
Dedzo, G.K., & Detellier, C (2017). Characterization and applications of Kaolinite Robustly grafted by an ionic liquid with Naphthyl Functionality. Materials (Basel). 10(9), doi:10.3390/ma10091006.
Djellali, A., Ounis, A., 7 Saghafi, B (2012). Behaviour of flexible pavements on expansive soils. International journal of transportation engineering. 1(1), 1-14.
Liongso P.E (2012). Field evaluation of stabilization in swelling clay for concrete pavement. International conference on sustainable design and construction. ASCE Texas section.
Locat, J., Tremblay, H., & Leroueil, S (1996). Mechanical and hydraulic behavior of a soft inorganic clay treated with lime. Canadian geotechnical journal. 33, 654-669.
Morsy, M.S., Alsayed, S.H., & Aqel, M (2010). Effect of nano-clay on mechanical properties and microstructure of ordinary portland cement mortar. International journal of civil & environmental engineering (IJCEE).10(1). 
Majeed, Z.H., & Taha, M.R (‌2012). Effect of nanomaterial treatment on geotechnical properties of a penang soil. Journal of Asian scientific research. 2, 587-592.
Mishra, E.N.K (2012). Strength characteristics of clays subgrade soil stabilization with fly-ash and lime for road works. Indian geotechnical journal. 4(7), 206-211.
Neyshabouri, M.R., Mirzajani, M., & Oustan, Sh (2013). Effect of polyacrylamide and organic matter on three structure stability indices in two fine and medium textured soils under various wetting and drying cycles. Journal of soil water science. 22(‌4), 161-172.
Petry T., & Little, D (2002). Review of stabilization of clays and expansive soils in pavements and lightly loaded structures-history, practice, and future. Journal of materials in civil engineering. 14(6), 447-460.
Pohl, W.L (2011). Economic geology: principles and practice: metals, minerals, coal and hydrocarbons – introduction to formation and sustainable exploitation of mineral deposits. Chic ester, West Sussex: Wiley-Blackwell. p. 331. ISBN 978-1-4443-3662-7.
Pradip, K.D., Joydeep, D., & Tripathi, V.S (2004). Chitin and chitosan: Chemistry, properties and applications. Journal of scientific & industrial research. 63, 20-31.
Ramírez, M.A., Rodríguez,A.T., Alfonso, L., & Peniche, C (2010). Chitin and its derivatives as biopolymers with potential agricultural applications. Biotecnología aplicada. 27(4), 270-276.
Ravi Kumar, M.V (2001). A Review of chitin and chitosan applications. Reactive and functional polymers. 46, 1-27.
Sharma N.K., Swain S.K., & Sahoo U.C (2012). Stabilization of a clayey soil with fly-ash and lime: a micro level investigation. Journal of geotechnical and geological engineering. 1197-1205.
Taha, M.R & Taha, O.M.E (2012). Influence of nano-material on the expansive and shrinkage soil behavior. Journal of nanoparticle research. 14(1190), doi: 10.1007/s11051-012-1190-0.
Taha, M.R (2009). Geotechnical properties of soil-ball milled soil mixtures. Nanotechnology in construction. 3, 377-382.
Taipodia, J., Dutta, J., & Dey, A.K (2011). Effect of nano particle of soil. Proceedings of indian geotechnical conference. December 15-17. Kochi (Paper No-A-218).
Zhang, G (2007). Soil nanoparticle and their influence on engineering properties of soils. Advances in measurement and modeling of soil behavior.Geo-Denver 2007.Colorado. United States. February 18-21.
 
فصلنامه جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای)
دوره 10، شماره 39
شهریور 1399
صفحه 463-480

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار