اﺻﻼح ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻣﻬـﻨﺪﺳﯽ ﺧﺎك رس ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺎﻧﻮذرات

0

رس

غلام ﻣﺮادي، ﺳﺠﺎد ﻋﺒﺎﺳﯽ

مطالعه وﯾﮋﮔﯽ ﻫﺎي اﻧﻮاع اﻓﺰودﻧﯽ ﻫﺎ و ﺗﺄﺛﯿﺮ آن ﻫـﺎ در  ﺗﻐﯿﯿﺮ ﭘـﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮑﯽ ﺧﺎك و ﻧﻬﺎﯾﺘﺎً اﻧﺘﺨـﺎب ﻣﻨﺎﺳـﺐ  ﺗﺮﯾﻦ و اﻗﺘﺼﺎدي ﺗﺮﯾﻦ اﯾﻦ اﻓﺰودﻧﯽ ﻫﺎ ﮐﻪ ﺿﻤﻦ ﺗﺴﻬﯿﻞ ﻋﻤﻠﯿﺎت اﺟﺮاﯾﯽ، آﺳﯿﺐ ﻫﺎ ي زﯾﺴﺖ ﻣﺤﯿﻄﯽ ﮐﻤﺘﺮي اﯾﺠﺎد ﻧﻤﺎﯾﺪ از ﻣﻮﺿﻮﻋﺎت ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻪ ﻋﻠﻢ ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮏ اﺳﺖ. در ﺳﺎل ﻫﺎي اﺧﯿﺮ ﮔﺎم ﻫﺎي ﺑﺰرﮔﯽ در زﻣﯿﻨﻪ ﻓﻨﺎوري ﻧﺎﻧﻮ ﺑﺮداﺷﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ و ﭘﯿﺸـﺮﻓﺖﻫـﺎي ﻓﺮاواﻧﯽ ﻣﺒﺘﻨﯽ ﺑﺮ ﻓﻨﺎوري ﻧﺎﻧﻮ در ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮏ اﺗﻔﺎق اﻓﺘﺎده اﺳﺖ.

در اﯾﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ اﻣﮑﺎن ﺑﻬﺴﺎزي و ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺧﺎك رس ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ي ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ي آزﻣﺎﯾﺶ ﻫـﺎي آزﻣﺎﯾﺸـﮕﺎﻫﯽ ﻣـﻮردﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮارﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ.اﯾﻦ ﻣﺎده ﺑﺎ ﻣﻘﺎدﯾﺮ 0/5، 1، 2، و 3 درﺻﺪ ﺑـﻪ ﺧـﺎك اﺿـﺎﻓﻪ ﺷـﺪه و ﺗـﺄﺛﯿﺮ آن  ﺑـﺮ ﻣﺸﺨﺼـﺎت ﺧـﺎك در زﻣﺎن ﻫﺎي ﻋﻤﻞ آوري 3، 7، 14 و 28 روزه ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ﻧﺘﺎﯾﺞ آزﻣﺎﯾﺸﺎت ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣـﺎده ﺿـﻤﻦ ﮐـﺎﻫﺶ وزن ﻣﺨﺼﻮص رس، رﻃﻮﺑﺖ ﺑﻬﯿﻨﻪ آن را ﺑﻪ ﻃﻮر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ دﻫﺪ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺑﺎﻋﺚ اﻓﺰاﯾﺶ ﺣـﺪود خمیری و روانی ﺧﺎك ﺷﺪه و ﺑﻪ ازاي ﻣﻘﺪار ﺑﻬﯿﻨﻪ 2% ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﺎك را دو ﺑﺮاﺑﺮ ﮐﺮده و ﻧﯿﺰ ﺳﺒﺐ ﮐﺎﻫﺶ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﯾﺮي و اﻓـﺰا ﯾﺶ ﺳـﺨﺘﯽ ﺧـﺎك  ﻣﯽ ﺷﻮد. ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺗﻮرم آزاد ﺧﺎك رس را ﮐﺎﻫﺶ داده و ﺗﺄﺛﯿﺮ ﭼﻨﺪاﻧﯽ ﺑﺮ pH  خاك ﻧﺪارد. اﯾﻦ ﻣـﺎده  ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ ﺣﻔـﻆ رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك را ﻧﯿﺰ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ دﻫﺪ.

ﻣﻘﺪﻣﻪ

درﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮏ، ﺧﺎك ﻫﺎي رﺳﯽ در ﺑﺮﺧﯽ ﻣﻮارد ﺑـﻪ ﻋﻨـﻮان ﺧﺎك ﻫـﺎ ي داراي ﻣﺸـﮑﻞ از ﻧﻈـﺮ ﻇﺮﻓﯿـﺖ ﺑﺎرﺑﺮ ي، ﺗﻮرم، رﻣﺒﻨﺪﮔﯽ و ﻧﺸﺴﺖ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻣﺤﻘﻘﯿﻦ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟـﻪ ﺑـﻪ ﻗﺮارﮔﯿﺮي ﺑﺮﺧـﯽ از ﭘـﺮوژه ﻫـﺎ ي ﻋﻤﺮاﻧﯽ ﻣﻬـﻢ ﺑﺮ روي ﺧﺎك ﻫﺎي رﺳﯽ، ﺿﺮورت اﺻﻼح و ﺑﻬﺴﺎزي آن ﻫﺎ ﺟﻬﺖ اﯾﺠﺎد ﺑﺴﺘﺮي ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮاي اﺟﺮاي ﭘﺮوژه ﻫﺎي ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ﺣﺎﺋﺰ اﻫﻤﯿﺖ اﺳﺖ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺗﯽ ﮐﻪ در ﺳﺎل ﻫﺎي اﺧﯿﺮ ﺑﺮ روي ﮐﺎرﺑﺮد ﻧـﺎﻧﻮذرات در ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺧـﺎك ﺻـﻮرت ﭘﺬﯾﺮﻓﺘـﻪ  و ﻧﯿـﺰ اﻣﯿـﺪ ﺑـﻪ  ﮔﺴﺘﺮش روش ﻫﺎي ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻧﺎﻧﻮ ذرات و دﺳﺘﺮﺳﯽ آﺳﺎن ﺗﺮ ﺑﻪ اﯾﻦ ﻣﻮاد، ﻣﯽ ﺗﻮان ﻧﺎﻧﻮذرات را از ﺟﻤﻠﻪ ﺗﺜﺒﯿﺖ ﮐﻨﻨﺪه ﻫﺎي ﻧـﻮ ﯾﻦ ﻣﻌﺮﻓﯽ ﻧﻤﻮد. اﯾﻦ ﻣﻮاد ﮔﺮﭼﻪ ﭼﺴﺒﺎﻧﻨﺪه ﻧﯿﺴﺘﻨﺪ، اﻣﺎ در ﯾﮏ ﺧﺎك وارد ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ و اﻧﺘﻈﺎر ﻣﯽ رود ﮐﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ ي ﺑﯿﻦ ذرات را ﮐـﺎﻫﺶ داده و  ﺧﺎك را در اﺑﻌﺎد ﻧﺎﻧﻮ، ﻣﺴﻠﺢ ﻧﻤﺎﯾﻨﺪ. اﯾﻦ اﻣﺮ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ اﯾﺠﺎد ﺳﺎﺧﺘﺎري ﺳﺨﺖ ﺗﺮ و ﻣﻘﺎوم ﺗﺮ ﺑﺮاي ﺧﺎك ﻣﯽ ﺷﻮد. ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺎرﺑﺮد ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد در ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺧﺎك ﺑﻪ ﻣﻮادي ﭼﻮن ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ، ﻧﺎﻧﻮ ﮐﻠﻮﺋﯿﺪ ﺳﯿﻠﯿﮑﺎ و ﻧﺎﻧﻮرس، ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺑﻬﺘﺮ اﯾﻦ ﻣﻮاد در ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺧﺎك ﺑﺮﻣﯽ ﮔﺮدد. ﯾﻮﻧﮑﻮرا1 و ﻣﯿﻮا2 در ﺳﺎل 1992 ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﺧﺎك ﻣﺎﺳﻪ اي را ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ اﻓﺰاﯾﺶ دادﻧﺪ. در ﻫﻤﯿﻦ ﺳﺎل ﻧﻮل3 و ﻫﻤﮑﺎران از ﮐﻠﻮﺋﯿﺪ ﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺟﻬﺖ ﺑﻬﺒﻮد ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺗﺤﮑﯿﻤﯽ و ﮐـﺎﻫﺶ ﻧﻔﻮذﭘـﺬﯾﺮي ﺧـﺎك  اﺳﺘﻔﺎده ﮐﺮدﻧﺪ. در ﺳﺎل 2004، آزﻣﺎﯾﺸﺎت ژاﻧﮓ4 ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ وﺟﻮد ﻧﺎﻧﻮﺳﺎﺧﺘﺎر ﻫﺎ در ﺧﺎك ﻣﻮﺟﺐ اﻓـﺰا ﯾﺶ ﺣـﺪود اﺗﺮﺑـﺮگ ﻣﯽ ﺷﻮد. در ﺳﺎل 2007 ژاﻧﮓ ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ ﺗﺤﮑﯿﻤﯽ ﻧﺎﻧﻮ ذرات در ﺧﺎك ﭘﺮداﺧﺖ. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت او ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ ﺑـﺎ اﻓـﺰودن   ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﺑﻪ ﺧﺎك، ﺛﺎﺑﺖ ﺗﺤﮑﯿﻢ در ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. در ﺳﺎل 2011 ﯾﯿﻨﮓ5 و ﻃﺎﻫﺎ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧﺎﻧﻮ ﻟﻮﻟﻪ ﻫـﺎ ي ﮐﺮﺑﻨﯽ را روي رﻓﺘﺎر ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮑﯽ ﺧﺎك ﮐﺎﺋﻮﻟﯿﻨﯿﺖ ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺮدﻧﺪ. آزﻣﺎﯾﺶ ﺣﺪود اﺗﺮﺑﺮگ را ﺑﺮاي ﻣﺤﺪوده 0 ﺗﺎ 0/5درﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮ و آزﻣـﺎ ﯾﺶ ﺗﺤﮑـﯿﻢ را ﺑﺮاي ﻣﺤﺪوده 0 ﺗﺎ 1 درﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮ اﻧﺠﺎم دادﻧﺪ. اﻓﺰاﯾﺶ ﻧﺎﻧﻮ ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﮐﺮﺑﻨﯽ در ﻣﺨﻠﻮط، ﺣﺪود ﺧﻤﯿﺮي و رواﻧﯽ و داﻣﻨﻪ ﺧﻤﯿـﺮي را اﻓﺰاﯾﺶ داد.

 ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺑﺎ اﻓﺰودن ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه ﻧﯿﺰ اﻓﺰاﯾﺶ ﭘﯿﺪا ﮐﺮد. در ﺳﺎل 2014 زاﺋﺪ6 و ﻫﻤﮑﺎران اﺛﺮ اﻓﺰودن ﺳـﻪ ﻣـﺎده ﻧـﺎﻧﻮ ﻣـﺲ اﮐﺴﯿﺪ، ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻨﯿـﺰﯾﻢ اﮐﺴﯿﺪ و ﻧـﺎﻧﻮ رس ﺑـﺮ ﺧـﻮاص زﻣﯿﻦ ﺷﻨﺎﺳﯽ ﺧﺎك ﻧﺮم را ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار دادﻧﺪ. ﺑﺮاﺳﺎس اﯾـﻦ ﻣﻄﺎﻟﻌـﺎت ﻫـﺮ ﺳـﻪ ﻣـﺎده، ﺣـﺪ رواﻧﯽ، ﺣـﺪ ﺧﻤﯿـﺮي، ﺷـﺎﺧﺺ  ﭘﻼﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ و اﻧﻘﺒﺎض ﺧﻄﯽ ﺧﺎك را ﮐﺎﻫﺶ داد. وزن ﻣﺨﺼﻮص ﺧﺸﮏ ﺣﺪاﮐﺜﺮ ﺑـﺎ اﻓـﺰاﯾﺶ درﺻـﺪ ﻧـﺎﻧﻮ ﻣـﻮاد اﻓـﺰاﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘـﻪ و رﻃﻮﺑﺖ ﺑﻬﯿﻨﻪ ﮐﺎﻫﺶ ﯾﺎﻓﺖ. ﻫﻤﯿﻦ ﻃﻮر ﺑﺎ ﻋﺒﻮر از ﻣﻘﺪار ﺑﻬﯿﻨﻪ ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد، اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺪار ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد ﺑﺎﻋﺚ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﻨﻔـﯽ ﺑـﺮ ﻣﺸﺨﺼـﺎت ژﺋﻮﺗﮑﻨﯿﮑﯽ ﻣﺨﻠﻮط ﺧﺎك و ﻧﺎﻧﻮ ﻣﯽ ﺷﻮد. در ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ اي دﯾﮕﺮ ﺗﻮﺳﻂ ﺑﻬﻤﻨﯽ و ﻫﻤﮑﺎران در ﺳﺎل 2014 ﺑﺮ روي ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧـﺎﻧﻮذرات ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺑﺮ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺧﺎك ﭘﺴﻤﺎﻧﺪ ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺷﺪه ﺑﺎ ﺳﯿﻤﺎن، ﻣﺸﺎﻫﺪه ﺷﺪ ﮐﻪ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﻨﺎﺳﺒﯽ روي ﻫﺪاﯾﺖ ﻫﯿـﺪروﻟﯿﮑﯽ و ﺗﺮاﮐﻢ ﭘﺬﯾﺮي ﺧﺎك داﺷﺘﻪ و از ﻃﺮف دﯾﮕﺮ اﺿﺎﻓﻪ ﮐﺮدن 0/4 درﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺑﻪ ﺧﺎك ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺷﺪه ﺑﺎ ﺳﯿﻤﺎن ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸـﺎر ي آن را ﺗﺎ 80 درﺻﺪ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ دﻫﺪ.  ﺟﺎﻧﻌﻠﯿﺰاده و ﺳﻠﯿﻤﺎﻧﯽ در ﺳﺎل 2017 در ﯾﮏ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ آزﻣﺎﯾﺸﯽ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺑﺮ ﺳـﺎﺧﺘﺎر ﻣﯿﮑﺮوﺳـﮑﻮﭘﯽ و وﯾﮋﮔﯽ ﻫـﺎ ي ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﻣﺎﺳﻪ ﺗﺜﺒﯿﺖ ﺷﺪه ﺑﺎ ﺳﯿﻤﺎن را ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺮدﻧﺪ. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه ﻧﺸﺎن داد ﮐـﻪ وﻗﺘﯽ ﻣﺤﺘـﻮا ي ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺑـﻪ ﻣﻘـﺪار   ﺑﻬﯿﻨﻪ 8 وزن ﺳﯿﻤﺎن اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻬﺒﻮد ﯾﺎﻓﺘﻪ و ﭘﺲ از آن ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘـﺪار ﻧﺎﻧﻮﺳـﻠﯿﮑﺎ از 8 ﺑـﻪ  12٪ ﻣﻘﺪار ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه ﮐﺎﻫﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻧﺘﺎﯾﺞ  SEM باشن داد ﮐﻪ اﺿﺎﻓﻪ ﮐﺮدن ﻧﺎﻧﻮذرات ﺑﺎﻋﺚ اﯾﺠﺎد ﻣﺨﻠﻮط  ﻣﺎﺳﻪ-ﺳﯿﻤﺎن ﺑﺎ ﻣﯿﯿﮑﺮو ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻓﺸﺮده ﺗﺮ ﻣﯽ ﺷﻮد. زﻣﺮدﯾﺎن و ﻫﻤﮑﺎران در ﺳران در ﺳﺎل 2017 ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧﺎﻧﻮرس و ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ ﺑﺮاﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺧﺎك رس CL در دو ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻤﯿﺰ و آﻟﻮده ﺑﻪ ﻣﻮاد ﻧﻔﺘﯽ را ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺮدﻧﺪ. در اﯾﻦ آزﻣﺎﯾﺸﺎت  ﮐﺎﻫﺸﯽ اﺳﺎﺳﯽ و ﻓﺰاﯾﻨﺪه در ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﻪ ازايي ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﺑﯿﺶ از 8 درﺻﺪ ﻣﺎده ي ﻧﻔﺘﯽ اﺗﻔﺎق اﻓﺘﺎد. ﮐﻪ  ﭘﺲ  از تثبیت، ﺧﺎك  CLتمییز به  ازاي 1% وزن ﺧﺎك، ﻧﺎﻧﻮرس و 5/1 درﺻﺪ وزن ﺧﺎك، ﻧﺎﻧﻮﺳﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ، ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ ﺑﻬﺒﻮد ﻣﻘﺎوﻣﺖ را ﻧﺸﺎن داد. از ﺳﻮي دﯾﮕﺮ در ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﺑﺎ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﮑﺎ، ﻧﺎﻧﻮرس ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺑﯿﺸﺘﺮي در بهبود سختی و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﺗﮏ ﻣﺤﻮري ﻫﺮ دو ﺧﺎك آﻟﻮده و تمیز نشان داد. در این مقاله ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺗﺜﺒﯿﺖ ﮐﻨﻨﺪه ي ﺧﺎك ﺧﻮاﻫﯿم ﭘﺮداﺧﺖ. ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﺎ ﻣﻘـﺎد ﯾﺮ 1 ،5/2،0 و 3 درﺻﺪ و زن ﺧﺸﮏ ﺧﺎك ﺑﻪ  آن  اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪه و در اداﻣه تاثیر  درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ این ﻣﺎده ﺑﺮ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اي از ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺧﺎك از ﺟﻤﻠﻪ ﺗﺮاﮐﻢ ﭘﺬﯾﺮي، ﺣﺪود اﺗﺮﺑﺮگ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه، ﺳﺨﺘﯽ، ﺗﻮرم آزاد، pH و ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ ﺣﻔﻆ رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﯿﺮد.

  1. ﻣﻮاد و ﻣﺼﺎﻟﺢ

1-2 خاک: ﺧﺎك ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده در اﯾن آزﻣﺎﯾﺶ، از ﻧﻮع رس ﺑﻮده ﮐﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﺮﻃﻮب ﺗﻬﯿﻪ ﺷﺪه  اﺳﺖ. ﺧﺎك رس اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه، ﻣﺘﻌﻠﻖ ﺑـﻪ  ﻣﻨﻄﻘﻪ آﻧﺎﺧﺎﺗﻮن ﺗﺒﺮﯾﺰ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ. ﻣﻨﺤﻨﯽ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي و ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺧﺎك، ﺑﻪ ﺗﺮﺗﯿﺐ  در ﺷﮑﻞ در ﺷﮑﻞ1 و ﺟﺪول 1 اراﺋﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ.

 

ﺷﮑﻞ 1: ﻣﻨﺤﻨﯽ داﻧﻪ ﺑﻨﺪي ﺧﺎك ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ.

 

 

 

 

 

 

 

 

ﺟﺪول 1: وﯾﮋﮔﯽ ﻫﺎي ﺧﺎك

2_2. ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ

اﯾﻦ ﻣﺎده ﺑﻪ ﺷﮑﻞ ﭘﻮدر ﺳﻔﯿﺪ رﻧﮓ ﺗﻬﯿﻪ و ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺟﺎﻣﺪ ﺑﻪ ﺧﺎك اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﻨﯽ اﯾﻦ ﻣﺎده در ﺟﺪول 3 و ﺟﺪول 4 آﻣﺪه اﺳﺖ.

 

ﺟﺪول 3: ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻓﻨﯽ ﻧﺎﻧﻮ ﺳﯿﻠﯿﺲ

 

ﺟﺪول 4: ﻋﻨﺎﺻﺮ ﺗﺸﮑﯿﻞ دﻫﻨﺪه ﭘﻮدر ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ

 

3_روش ﻫﺎ

ﺧﺎك رس ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺑﻌﺪ از دو روز ﻗﺮارﮔﯿﺮي در ﮔﺮﻣﺨﺎﻧﻪ، ﮐﻮﺑﯿﺪه ﺷﺪه و از اﻟﮏ ﺷﻤﺎره 4 ﻋﺒﻮر داده ﺷـﺪ و ﺑﻼﻓﺎﺻـﻠﻪ ﭘـﺲ از  ﻣﺨﻠﻮط ﺷﺪن ﺑﺎ ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﺜﺒﯿﺖ ﮐﻨﻨﺪه ﻫﺎ، ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺑﺎ اﺳﺘﺎﻧﺪارد(ASTM D698 2010)

آزﻣـﺎ ﯾﺶ ﺗـﺮاﮐﻢ ﻗـﺮار   ﮔﺮﻓﺖ.

ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺣﺪود اﺗﺮﺑﺮگ ﺧﺎك ﻋﺒﻮري از اﻟﮏ40  ﭘﺲ از ﻣﺨﻠﻮط ﺷﺪن ﺑﺎ ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﺨﺘﻠـﻒ ﻣـﻮاد اﻓﺰودﻧﯽ و اﺿـﺎﻓﻪ  ﺷﺪن رﻃﻮﺑﺖ، ﺑﻪ ﻣﺪت 24 ﺳﺎﻋﺖ در داﺧﻞ ﻧﺎﯾﻠﻮن ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺖ ﺗﺎ آب ﺑﻪ ﺧﻮﺑﯽ و ﺑﻪ ﺻﻮرت ﯾﮑﻨﻮاﺧـﺖ  ﺟـﺬب ذرات ﺧـﺎك ﺷـﻮد  ﭘﺲ از ﮔﺬﺷﺖ ﯾﮏ روز ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﻄﺎﺑﻖ اﺳﺘﺎﻧﺪارد (ASTM D4318 2008 )  ﺗﺤﺖ آزﻣﺎﯾﺶ ﻗـﺮار ﮔﺮﻓﺘـﻪ و ﻣﻘـﺎدﯾﺮ ﺣـﺪ  رواﻧﯽ، ﺣﺪ ﺧﻤﯿﺮي و ﺷﺎﺧﺺ ﺧﻤﯿﺮي ﺧﺎك ﺑﻪ ازاي ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪ.  ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي آزﻣﺎﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه ﭘﺲ از ﺗﻬﯿﻪ، ﺑﻪ ﻣﺪت 3، 7، 14 و 28 روز در داﺧﻞ ﻧﺎﯾﻠﻮن و در دﻣـﺎ ي آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎه ﻋﻤﻞ آوري ﺷﺪﻧﺪ. ﭘﺲ از ﻃﯽ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري، ﻣﻄـﺎﺑﻖ اﺳـﺘﺎﻧﺪارد  (ASTM D2166 2006 ) نمونه ﻫـﺎ ﺗﺤـﺖ   ﺑﺎرﮔﺬاري ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ و ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﺣﺪاﮐﺜﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ و ﻣﻨﺤﻨﯽ ﻫﺎي ﺗﻨﺶ ﮐﺮﻧﺶ ﺑـﻪ دﺳـﺖ آﻣـﺪ. ﻫﻤﭽﻨـﯿﻦ آزﻣـﺎ ﯾﺶ ﺗﻌﯿﯿﻦ درﺻﺪ رﻃﻮﺑﺖ ﺑﺮاي ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي آزﻣﺎﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺖ و ﺗﻐﯿﯿﺮات رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك در ﺑﺎزه ﻫﺎي ،14 ،7 و 28 روزه ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﺣﺎوي ﻣﺎده ي ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺖ. از ﻣﺸﺨﺺ ﺗﺮﯾﻦ و ساده ترین روش ها برای اندازه گیری درصد ﺗﻮرم و و ﻓﺸﺎر ﺗﻮرم، روش اﺳـﺘﺎ، روش اﺳـﺘﺎﻧﺪارد   ASTM D4546-96   14 ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺪﯾﻦ ﺻﻮرت ﮐﻪ ﺧﺎك ﺑﺎﯾﺪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺟﺎﻧﺒﯽ ﻣﺤﺪود ﺷﺪه و ﺗﻐﯿﯿﺮات ﺣﺠﻢ ﺑﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﺤﻮری اﻧﺠـﺎم ﻣـﯽ ﮔﯿـﺮد و ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺎﯾﺪ ﺑﻪ  آب آزاد دﺳﺘﺮﺳﯽ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ. در اﯾﻦ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ، ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﭘﺲ از ﺗﻬﯿﻪ تحت  زﻣـﺎن ﺗﺤﺖ ﻋﻤـﻞ  آوري 14 ،3 و 28 روز ﻗـﺮار گرفته و ﺳﭙﺲ ﺑﻪ ﻣﺪت 24  ﺳﺎﻋﺖ در دﺳﺘﮕﺎه ﺗﺤﮑﯿﻢ ﯾﮏ ﺑﻌﺪي ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻨﺪ، ﺗﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮات ﺣﺠﻢ ﺧﺎك در ﻓﻮاﺻﻞ زﻣـﺎﻧﯽ ﻣﺨﺘﻠـﻒ ثبت ﮔﺮدد. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﻌﯿﯿﻦpH ، ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺑﺎ اﺳﺘﺎﻧﺪارد(ASTM D4972-95  1515)، ﺑﺎ ﻧﺴﺒﺖ ﻫﺎي ﻣﺸﺨﺺ ﺷﺪه ﺑـﺎ ﻣـﻮادﻣﻀﺎف ﻣﺨﻠﻮط ﮔﺸﺘﻪ و ﺑﻪ ﻣﺪت  3، 7، 14 و 28 روز ﻋﻤﻞ آوري ﺷﺪﻧﺪ. هر ﻧﻤﻮﻧﻪ  ﭘﺲ از ﻃﯽ زﻣﺎن ﻋﻤـﻞ  آوري، از اﻟـﮏ  10 ﻋﺒـﻮر ﮐﺮده و ﺳﭙﺲ ﻣﻘﺪاري آب ﻣﻘﻄﺮ ﺑﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪ و ﯾﮏ ﺳﺎﻋﺖ در ﻣﺤﻠﯽ ﺑﺪون  ﺣﺮﮐﺖ ﻗﺮار داده ﺷﺪ. دﺳﺘﮕﺎه ﺑـﺎ اﺳـﺘﻔﺎده از ﺗﺎﻣﭙﻮن ﻫﺎي 7 و 9 ﮐﺎﻟﯿﺒﺮه  ﺷﺪه و آزﻣﺎﯾﺶ اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺖ.

  1. ﻧﺘﺎﯾﺞ و ﺑﺤﺚ

4_1. ﺗﺮاﮐﻢ ﭘﺬﯾﺮي ﺧﺎك

در ﺷﮑﻞ 2، ﻣﻨﺤﻨﯽ ﻫﺎي ﺗﺮاﮐﻢ ﺧﺎك ﺑﻪ ازای مقادیر مختلف افزودنی ها نشان داده شده است. داده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ3 -اﻟﻒ، ﺑـﺎ اﺿـﺎﻓﻪ ﺷﺪن ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ ﺧﺎك، وزن ﻣﺨﺼﻮص  ﺧﺸﮏ ﺣﺪاﮐﺜﺮ ﺧﺎك ﮐﺎﻫﺶ می یابد.

اﻟﺒﺘﻪ اﯾﻦ ﮐﺎﻫﺶ از 0.5ﺑﻪ 1 درﺻـﺪ و ﻧﯿﺰ از 2 به 3 درصد با شیب بیشتری اتفاق می افتد. ﯾﮑﯽ از دﻻﯾﻞ ﮐﺎﻫﺶ ﺣﺪاﮐﺜﺮ داﻧﺴﯿﺘﻪ ﺧﺸﮏ در در  اﺛﺮ اﻓﺰودن ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ ﺧـﺎك، ﺑﺎﻻ ﺑﻮدن ﭼﮕﺎﻟﯽ داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ داﻧﻪ ﻫﺎي ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ اﯾﻦ ﮐﺎﻫﺶ ﻣـﯽ ﺗﻮاﻧـﺪ  ﺑـﻪ دﻟﯿﻞ اﻓـﺰا ﯾﺶ ﻣﺼـﺎﻟﺢ رﯾﺰداﻧﻪ و در ﻧﺘﯿﺠﻪ اﻓﺰاﯾش ﺳﻄﺢ وﯾﮋه ﺧﺎك و ﺟﺬب آب ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ مخلوط ﺧﺎك و نانوسیلیس باشد. به این صورت که با اﻓﺰاﯾﺶ رﻃﻮﺑﺖ ﺑﻬﯿﻨﻪ، آب  ﮐﻢ ﮐﻢ ﺟﺎي ذرات ﺧﺎك را ﮔﺮﻓﺘﻪ و ﺑﻪ دﻟﯿﻞ وزن ﻣﺨﺼـﻮص ﮐـﻢ ﺗـﺮ آب ﻧﺴـﺒﺖ ﺑـﻪ ﻣﺼـﺎﻟﺢ ﻣﺼـﺮﻓﯽ، ﺣﺪاﮐﺜﺮ داﻧﺴﯿﺘﻪ ﺧﺸﮏ ﻧﯿز کاهش می یابد.

همچنین با توجه به منحنی شکل 3-ب نیز می توان دریافت که با افزایش نانوسیلیس به خاک رطوبت بهینه خاک افزایش می یابد با اضافه نمودن نانو سیلیس به خاک رس سطح ویژه مخلوط خاک و نانو سیلیس افزایش یافته  و رطوبت مورد نیاز برای روغن کاری ذرات افزایش پیدا می کند.

ﺷﮑﻞ 2: ﻣﻨﺤﻨﯽ ﻫﺎي ﺗﺮاﮐﻢ ﺧﺎك ﺑﺎ درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ.

 

ﺷﮑﻞ 3 ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺗﻐﯿﯿﺮات اﻟﻒ وزن ﻣﺨﺼﻮص ﺧﺸﮏ ﺣﺪاﮐﺜﺮ و ب رﻃﻮﺑﺖ ﺑﻬﯿﻨﻪ به ازای مقادیر مختلف نانوسیلیس 

 

 

4_2 ﺣﺪود اﺗﺮﺑﺮگ

ﺣﺪود اﺗﺮﺑﺮگ ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ 4 ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ   ﻣﻘﺪار ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺣﺪ رواﻧﯽ و ﺣﺪ ﺧﻤﯿﺮي ﺧﺎك ﻫﺮ دو اﻓﺰاﯾش ﻣﯽ ﯾﺎﺑﻨﺪ. ﺑﺎ اﯾﻦ وﺟﻮد ﻧﺮخ اﻓﺰاﯾﺶ ﺣﺪ رواﻧﯽ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺣﺪ ﺧﻤﯿﺮي ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﻮده و در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺷﺎﺧﺺ ﺧﻤﯿﺮي ﺧﺎك ﮐﻪ ﺣﺎﺻﻞ ﺗﻔﺎﺿﻞ ﺣﺪ روانی و ﺣﺪ ﺧﻤﯿﺮي اﺳﺖ ﺑـﻪ  ﻣﻘﺪار ﻧﺎﭼﯿﺰي اﻓﺰاﯾﺶ ﭘﯿﺪا ﻣﯽ ﮐﻨﺪ. اﻓﺰاﯾﺶ ﺣﺪود ﺧﻤﯿﺮي و رواﻧﯽ   ﺧﺎك در  اﺛﺮ  اﺿﺎﻓه ﺷﺪن ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ، ﻧﺎﺷﯽ از اﻓﺰاﯾﺶ ﺳـﻄﺢ  وﯾﮋه ﺧﺎك و ﺟﺬب آب ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ي آن اﺳﺖ.

شکل4: نمودار مقادیر حدود اتربرگ خاک به ازای درصد های مختلف نانوسیلیس

 

3-4 مقاومت فشاری محدود نشده

1-3-4-تاثیر مقدار نانو ذرات بر مقاومت فشاری محدود نشده

ﻣﻘﺪار ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري  ﻣﺤﺪود ﻧﺸﺪه ﻣﺤﺪود ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮐﻨﺘﺮل اﺻﻼح ﻧﺸﺪه ﺑﺮاﺑﺮ 674/5 ﮐﯿﻠﻮﭘﺎﺳﮑﺎل ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪ ﮐﻪ ﺑﺮ روي ﻧﻤـﻮدارﻫـﺎي ﺷﮑﻞ 5 و ﺷﮑﻞ 6 ﺑﺎﺑﺎ ﻣﺜﻠﺚ آﺑﯽ روي ﻣﺤﻮر ﻗﺎﺋﻢ ﻣﺸﺨﺺ اﺳﺖ. ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ5  ﺑﺎ اﻓﺰاﯾش درﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮﺳـﯿﻠﯿﺲ در ﺧـﺎك ﻣﻘﺎوﻣـﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﺗﺎ ﻣﻘﺪار ﺑﻬﯿﻨﻪ 2%  روﻧﺪ اﻓﺰاﯾﺸﯽ داﺷﺘﻪ و ﺑﻪ ازاي ﻣﻘﺪار 3% دوﺑﺎره ﮐﺎﻫﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ ﺑﯿﺶ از ﺣﺪ ﻧـﺎﻧﻮذرات، آن ها ﺷﺮوع ﺑﻪ ﺗﺠﻤﻊ درﮐﻨﺎر ﻫﻢ و ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺗﻮده ﻫﺎﯾﯽ در ﺧﺎك ﻣﯽ ﮐﻨﻨﺪ ﮐﻪ اﯾﻦ اﻣﺮ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ  ﮐﻢ وزن ﺑﻮدن ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ داﻧﻪ ﻫﺎي ﺧﺎك، ﺳﺒﺐ ﮐﺎﻫﺶ ﭼﮕﺎﻟﯽ  ﺣﺠﻤﯽ ﺧﺎك ﻣﯽ ﺷﻮد.

ﺷﮑﻞ 5: ﻧﻤﻮدار ﺗﻐﯿﯿﺮات ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ.

2-3-4. ﺗﺄﺛﯿﺮ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوری بر مقاومت فشاری محدود نشده 

با بارگزاری نمونه های اﺻﻼح ﺷﺪه ﺑﺎ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ، ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ6، ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻣﯽ ﺷﻮد ﮐﻪ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫـﺎ ي 3 روزه ﮐﻤـﯽ ﮐـﺎﻫﺶ  ﯾﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ، دﻟﯿﻞ آن را ﻣﯽ ﺗﻮان در ﮐﺎﻫﺶ ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ﺗﺮاﮐﻢ ﺧﺎك و اﻓﺰاﯾﺶ رﻃﻮﺑﺖ ﺑﻬﯿﻨـﻪ ﻧﻤﻮﻧـﻪ  ﻫـﺎ و از ﺳـﻮ ي دﯾﮕـﺮ  ﻋـﺪم اﻧﺠـﺎم واﮐﻨﺶ ﻫﺎ ﺑﯿﻦ ﺧﺎك و  ﻧﺎﻧﻮ ﻣﻮاد در روز ﻫﺎي اﺑﺘﺪاﯾﯽ ﺟﺴﺘﺠﻮ ﮐﺮد، اﻣﺎ در اداﻣﻪ ﺷﺎﻫﺪ اﻓﺰاﯾش ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﻤﻮﻧـﻪﻫـﺎ ﺑـﺎ اﻓـﺰاﯾﺶ زﻣـﺎن ﻋﻤﻞ آوري ﻫﺴﺘﯿﻢ. ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ  زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري ﺑﻪ ﺳـﺒﺐ اﻧﺠـﺎم واﮐـﻨﺶﻫـﺎي ﺗﺒـﺎدل کاتیونی و ﺟﺎﺑﺠـﺎﯾﯽ ﻧـﺎﻧﻮذرات در ﺧـﺎك و ﻗﺮارﮔﯿﺮي اﯾﻦ ﻧﺎﻧﻮ ذرات در ﻧﺎﻧﻮ ﺣﻔﺮات، ﺧﺎك در ﻣﻘﯿﺎس ﻧﺎﻧﻮ ﻣﺴﻠﺢ ﺷﺪه و رﻓﺘﻪ ﺑﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ اﺿﺎﻓﻪ ﻣﯽ ﺷﻮد.

ﺷﮑﻞ 6: ﺗﺄﺛﯿﺮ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري ﺑﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﺸﺎري ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﺑﺎ درﺻﺪ ﻫﺎيي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ.

4-4. ﺗﻮرم آزاد

ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي آزﻣﺎﯾﺶ ﺗﻮرم آزاد ﺑﻪ ازاي درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ و  ﻣﻄﺎﺑﻖ اﺳﺘﺎﻧﺪاردارد آزﻣﺎﯾﺶ ﺗﻬﯿﻪ، و ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﺮرﺳﯽ ﺗـﺄﺛﯿﺮ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري ﺑﺮ ﺗﻮرم ﺧﺎكﻫﺎي اﺻﻼح ﺷﺪه، ﺗﺤﺖ ﻋﻤﻞ آوري ﻫﺎي 14،3 و 28  روز ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻨـﺪ. ﻣﻄـﺎﺑﻖ ﺷـﮑﻞ 7، ﻣﯽ ﺗـﻮان  ﮔﻔﺖ ﮐﻪ اﮐﺜﺮ ﺗﻐﯿﯿﺮات ﺣﺠﻢ ﺧﺎك و ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ ﻣﻘﺪار ﺗﻮرم در4 ﺳﺎﻋﺖ اوﻟﯿﻪ ﮐﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻏﺮﻗﺎب ﺷﺪه اﺳﺖ، اﺗﻔﺎق اﻓﺘﺎده و در اداﻣـﻪ ﺗﻐﯿﯿﺮات ﺣﺠﻢ ﺑﺎ ﺷﯿﺐ ﻣﻼﯾمی ادامه می یابد.

ﺷﮑﻞ 7: ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺗﻮرم آزاد ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي 28 روزه ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠیس

1-4-4. ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﻘﺪار ﻣﻮاد اﻓﺰودنی بر تورم آزاد نمونه ها

در ﺷﮑﻞ 8، ﺗﺄﺛﯿﺮ درﺻﺪ ﻫﺎيي  ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ و زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري ﺑﺮ ﺗﻮرم آزاد ﺧﺎك رس ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌـﻪ، ﻗﺎﺑـﻞ ﻣﺸـﺎﻫﺪه اﺳـﺖ. ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي 3، 14 و 28 روزه ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ، ﺑﻪ ازاي ﺗﻐﯿﯿﺮات درﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮ ذرات، ﺷﺎﻫﺪ روﻧﺪ ﮐﺎﻫﺸﯽ ﺗﻮرم ﺗﺎ 2% و اﻓﺰاﯾﺶ دوﺑـﺎره اﯾﻦ ﭘﺎراﻣﺘﺮ ﺑﻪ ازاي 3% هستیم ﮐﻪ ﺑﺮاي آزﻣﺎﯾﺶ ﺗﻮرم ﻧﯿﺰ ﻣﻘﺪار 2% ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ را ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﻘﺪار بهینه معرفی می کند.

2-4-4. ﺗﺄﺛﯿﺮ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آورري ﺑﺮ ﺗﻮرم آزاد ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ  

ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ 8،در ﺻﻮرت ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﮐﻠﯽ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي 14 ،3 و 28 روزه ﻣﯽ ﺗﻮان درﯾﺎﻓﺖ ﮐﻪ ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻧﻤﻮﻧـﻪ  ﻫـﺎ ي ﺣـﺎو ي ﻧﺎﻧﻮﺳـﯿﻠﯿﺲ  ﭘﺲ از 3 روز  ﮐﺎﻫﺶ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮجهی در ﺗﻮرم ﻧﺸـﺎن ﻣـﯽ دﻫﻨـﺪ. در ﻓﺎﺻـﻠﻪ  3 ﺗـﺎ  14 روز  جهش ﻣﻨﻔـﯽ در ﻣﻘـﺎدﯾﺮ ﺗـﻮرم ﺑـﻪ ازاي درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻣﺎده روي داده و ﺷﺎﻫﺪ اﻓﺰاﯾﺶ ﺗﻮرم ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ ﻫﺴﺘﯿﻢ. در ﻧﻬﺎﯾﺖ مجدداً برای نمونه های 28 روزه تورم کاهش ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ. دﻟﯿﻞ اﯾﻦ اﺗﻔﺎق  را می ﺗﻮان در ﺗﻐﯿﯿﺮات رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك در ﻃﯽ زﻣـﺎن ﻋﻤـﻞ آوري ﺟﺴـﺘﺠﻮ ﮐـﺮد. در ﻓﺎﺻـﻠﻪ  3 ﺗـﺎ  14 روز نمونه ها دچار کاهش رطوبت و مقداری انقباض می شوند، در نتیجه نمونه های 14 روزه و  28 روزه ﻫﻨﮕﺎم آزﻣﺎﯾﺶ در دو ﻣﺮﺣﻠـﻪ ﻣﺘﻮرم ﻣﯽ ﺷﻮﻧﺪ، در ﻣﺮﺣﻠﻪ اول اﻧﻘﺒﺎض ﻧﺎﺷﯽ از  ﮐﺎﻫﺶ رﻃﻮﺑﺖ ﺟﺒﺮان ﺷﺪه و در ﻣﺮﺣﻠﻪ  ﺑﻌﺪ ﺗﻮرم  ﻣﺎزاد ﻧﺎﺷﯽ از ﻏﺮﻗﺎب ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮐﻪ ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ ﻣﺎﺳﺖ رخ ﻣﯽ دهد. در ﻓﺎﺻﻠﻪ 14 ﺗﺎ 28 روز ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﺛﺎﺑﺖ ﺑﻮدن ﺣﺠﻢ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ و ﻋﺪم ﺗﻐییرات زیاد رطوبت از یک سو و ﺗﺪاوم ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﺜﺒﺖ ﻧﺎﻧﻮ ذرات و ﭘﻠﯿﻤﺮ از ﺳﻮي دﯾﮕﺮ، ﻣﺠﺪداً درﺻﺪ ﺗﻮرم ﺧﺎك ﮐﺎﻫﺶ ﻣﯽ یابد.

 

ﺷﮑﻞ 8: ﻧﻤﻮدار ﺗﻐﯿﯿﺮات ﺗﻮرم ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ زﻣﺎن ﻋﻤﻞ آوري و ﺗﻐﯿﯿﺮدرﺻﺪ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ.

5-4- pH

آزﻣﺎﯾﺶ pH  برای ﺗﻌﯿﯿﻦ میزان ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮ ذرات و ﻧﯿﺰ ﺗﺄﺛﯿﺮ زﻣـﺎنﻫـﺎ ي ﻋﻤـﻞ  آوري ﺑـﺮ ﺧـﺎك ﻣـﻮرد آزﻣﺎﯾﺶ، و ﺗﻐﯿﯿﺮات ﻣﯿﺰان اﺳﯿﺪي و ﯾﺎ ﻗﻠﯿﺎﯾﯽ ﺧﺎك اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺖ. ﻣﻘﺪار pH  خاک طبیعی ﺑﺮاﺑﺮ32/7 ﺑﻪ دﺳـﺖ آﻣـﺪ. ﻧﻤﻮﻧـﻪ  ﻫـﺎ ﭘﺲ از اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪن ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﯽ ﺗﺤﺖ ﻋﻤﻞ آوري ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ و ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ دﺳﺘﮕﺎه ph  متر مقدار PH محاسبه شد.

ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ 9-اﻟﻒ، ﻣﯽ ﺗﻮان درﯾﺎﻓﺖ ﮐﻪ ﺑﺎ اﻓﺰاﯾﺶ ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﻪ ﺧﺎك PH  به مقدار ناچیز  در حد 1/0 الی 4/0 افزایش یافته  و ﺑﻪ ازاي درﺻﺪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ،  PHثابت اﺳﺖ.

ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ  ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ  9-ب، ﻣﻘﺪار pH  تا مدت 14 روز ﮐﻪ ﺷﺪت واﮐﻨﺶ ﻫﺎي ﺑﯿﻦ ﺧﺎك و ﻧـﺎﻧﻮذرات ﺑﯿﺸﺘﺮ  اﺳـﺖ، روﻧﺪ اﻓﺰاﯾﺸﯽ داﺷﺘﻪ و ﺑﺎ ﮐﺎﻫﺶ ﺷﺪت واﮐﻨﺶ ﻫﺎ روﻧﺪ ﻧﺰوﻟﯽ ﺑﻪ ﺧﻮد ﻣﯽ ﮔﯿﺮد.

ﺷﮑﻞ 9 (اﻟﻒ) ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺗﻐﯿﯿﺮات pH نسبت به ( اﻟﻒ) ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮ ﺳﯿﻠﯿﺲ و (بزﻣﺎن ﻫﺎي ﻋﻤﻞ آوري ﻣﺨﺘﻠﻒ.

  1. 6 ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ حفظ رطوبت

 

 

ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﻮاد اﻓﺰودﻧﯽ ﺑﺮ روﻧﺪ ﺗﻐﯿﯿﺮات رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك، درﺻﺪ رﻃﻮﺑﺖ ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي آزﻣﺎﯾﺶ ﺗﮏ ﻣﺤـﻮري، ﻫـﻢ در ﻫﻨﮕﺎم ﺗﻬﯿﻪ و ﻫﻢ در ﻫﻨﮕﺎم  آزﻣﺎﯾﺶ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪ. ﺧﺎك ﻃﺒﯿﻌﯽ ﺑﻌﺪ از 28 روز 29.2% از رﻃﻮﺑﺖ ﺧﻮد را ازدﺳﺖ داد. ﺑﺎ اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪن ﻧﺎﻧﻮذرات ﺑﻪ ﺧﺎك تغییرات رﻃﻮﺑﺖ ﺧﺎك ﮐﺎﻫﺶ ﯾﺎﻓﺖ، ﻃﻮري ﮐﻪ ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ 10، ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﺣﺎو ي ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﭘـﺲ از 28 روز ﺗﻨﻬﺎ 8 اﻟﯽ 10 درﺻﺪ از رﻃﻮﺑﺖ خود را از دﺳﺖ دادﻧﺪ. از ﺳﻮي دﯾﮕﺮ، ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷـﮑﻞ 12، ﺗﻐﯿﯿﺮات درﺻـﺪ ﻧـﺎﻧﻮ ذرات ﺗﺄﺛﯿﺮ ﭼﻨﺪاﻧﯽ ﺑﺮ ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ﺧﺎك در ﻧﮕﻪ داﺷﺘﻦ رﻃﻮﺑﺖ ندارد.

شکل10: ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺗﻐﯿﯿﺮات رﻃﻮﺑﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﺣﺎوي ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﺎﻧﻮﺳﯿلیس ﺑﺎ ﮔﺬﺷﺖ زﻣﺎن.

5.ﻧﺘﯿﺠﻪ ﮔﯿﺮي

در اﯾﻦ ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺳﻌﯽ ﺷﺪ ﺛﺄﺛﯿﺮ ﻣﺎده ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﻠﯿﺲ ﺑﺮ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اي از ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ،  ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ و ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﺧـﺎك رس ﻣـﻮرد بررسی قرار گیرد. نتایج آزمایشات را می توان در موارد زیر خلاصه نمود.

1-در این آزمایش، با افزایش مقادیر  نانو سیلیس، در خاک، وزن مخصوص خشک حداکثر خاک به تدریج کاهش یافته و رطوبت بهینه خاک افزایش یافت.

2-نانو ذرات سبب افزایش حد روانی و حد خمیری خاک شدند. نانو سیلیس با افزایش قابل توجه  حد خمیری و حد روانی در نهایت شاخص خمیری خاک را نیز افزایش داد.

3-نانو سیلیس تاثیر مثبت بر مقاومت فشاری تک محوری خاک داشته و به ازای مقدار بهینه، تقریباً 100% مقاومت خاک را افزایش داد. با توجه به منحنی های تنش-کرنش مربوط به نمونه ها نانو سیلیس  با وجود افزایش مقاومت خاک، سبب کاهش شکل پذیری خاک و افزایش سختی آن شد.

4- ماده مورد استفاده به ازای تمام مقادیر، تاثیر مثبت بر تورم پذیری خاک رس داشته و درصد تورم خاک را کاهش داد.

5-برای نمونه های نانو سیلیس، مقدار PH در 14 روز اول روند افزایشی داشته و برای نمونه های 28 روزه کاهش نشان  می دهد. همچنین تغییر درصد ذرات  تاثیری بر مقدار PH ندارد.

6-افزایش نانو ذرات  به خاک سبب افزایش پتانسیل  حفظ رطوبت خاک  می شود.

7-با هدف کاهش تورم و افزایش مقاومت خاک، مقدار 2% نانو سیلیس عنوان مقدار بهینه، به دست آمده .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مراجع:

 

  1. CorreCorreCorreiaiaia, , , A. A. A. A. A. A. S. S. S. and and and M. M. M. G. G. G. RasteRasteRasteiririro o o (2016)(2016)(2016). . . “Nanot”Nanot”Nanotechnolechnolechnologogogyyy ApplieApplieApplied d d to to to ChemChemChemicicicalalal SoilSoilSoilStabiStabililizzatation.”ion.” Proce Procediadia Eng Engineineereringing 143: 1252 143: 1252-1259.
  2. Yone kura, R., Miwa, M., 1992. Fundamental Properties of Sodium Silicate Based Grout.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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).
  6. 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.
  7. 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.
  8. Bahmani, S. H., et al. (2014). “Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement.” Construction and Building Materials 64: 350-359.
  9. 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.
  10. 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.
  11. ASTM D698. Standard test methods for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International; 2010.
  12. 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.
  13. ASTM D2166 (2006). Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soils, American Society for Testing and Materials, Philadelphia.
  14. ASTM, “One Dimensional Swell or Settlement of Cohesive Soils”, Designation: D 4546-96.
  15. ASTM D4972-95a, Standard Test Method for pH of Soils, ASTM International, West Conshohochen, PA, 2001, www.astm.org.-

رس رس رس رس رس رس رس رس رس رس رس رس رس

مطلب مرتبط

داوری مقاله شما و صدور سرتیفیکیت

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Call Now Button