خصوصیات ژئوتکنیکی و خودترمیمی ماسه رس‌دار تثبیت شده با نانواکسیدآهن

شوش پاشا, عیسی; زیارتی, پروین; محمدی, مصطفی; آشتیانی, مهدی

doi:10.22075/jtie.2019.17787.1389

خصوصیات ژئوتکنیکی و خودترمیمی ماسه رس‌دار تثبیت شده با نانواکسیدآهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل

² کارشناس ارشد ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، مؤسسه آموزش عالی محدث نوری (ره)، نور

³ دانشجوی دکتری ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه قم، قم

⁴ گروه آموزشی ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

10.22075/jtie.2019.17787.1389

چکیده

در شرایطی که خاک موجود در محل پروژه از نظر مقاومتی مطلوب نبوده و امکان جایگزینی آن با خاک مرغوب‌تر نیز امکان‌پذیر نباشد، می‌بایست برای اصلاح و بهبود خاک از روش‌هایی مانند تراکم، تزریق، تثبیت، تسلیح و سایر روش‌ها استفاده نمود. اخیراً یکی از روش‌هایی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد تثبیت خاک با نانو مواد جهت بهبود خواص ژئوتکنیکی خاک می‌باشد. همچنین، بحث خودترمیمی خاک‌های رسی به‌عنوان یکی از شاخص‌ها و ویژگی‌های مثبت رس در چند سال اخیر مورد توجه محققین بوده است. در این تحقیق، به ‌منظور بررسی اثر نانو ذرات اکسیدآهن بر روی خصوصیات خاک ماسه رس‌دار، سه نوع خاک با درصدهای مختلف رس (10، 20 و 30%) آزمایش شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که افزودن نانو اکسید آهن به خاک، باعث افزایش مقاومت حداکثر بخصوص در نمونه‌های خاک‌ ماسه‌ای با درصد رس کمتر، می‌شود. علاوه بر این، گذشت زمان تأثیر این افزایش مقاومت را در روند ترمیم ترک ایجاد شده در نمونه‌ها، کاملاً نمایان می‌کند. تأثیر نانواکسیدآهن نیز به عنوان یک افزودنی مؤثر به منظور افزایش مقاومت حداکثر و خاصیت خودترمیمی ماسه‌رس‌دار، با استفاده از یک سری عکس‌های SEM نشان داده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Geotechnical and self-healing characteristics of clayey-sand stabilized with iron oxide nano particles

نویسندگان [English]

Issa Shooshpasha ¹
Parvin ziyarati ²
Mostafa Mohamadi ³
Mehdi Ashtiani ⁴

¹ Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Babol Nooshirvani University of Technology, Babol

² MSc Graduate, Faculty of Civil Engineering, Allameh Mohaddes Nouri University, Noor

³ PhD Student, Faculty of Civil Engineering, University of Qom, Qom

⁴ Civil Engineering Faculty, Babol Noshirvani University of Technology

چکیده [English]

In cases where the soil normally has undesirable properties and it is not possible to replace the soil, it is necessary to use methods such as compaction, injection, stabilization, reinforcing and other methods for soil improvement. Recently, due to the advancement of engineering science and since many soils and minerals are among the nano materials, their chemical reactions occur at nano scale. In this regard, nano materials are used to improve the geotechnical properties of the soil. Also, the self-healing of clay as one of the positive properties of clay in recent years has been considered by researchers.
In this study, in order to investigate the effect of iron oxide nanoparticles on the behanior of clayey-sand soil, three soil types were selected for laboratory tests, including soils with 10, 20 and 30 percentage of clay. The results show that the peak strength of soil stabilized with iron oxide nanoparticles is increased especially sandy soil with lower percentage of clay. Also, the effect of curing time was obvious on the strength development in the restoration process of the soil. The effect of nanoparticles on the peak strength and self-healing characteristics of clayey sand has been shown with a series of SEM images.

کلیدواژه‌ها [English]

Clayey sand
Iron oxide nanoparticle
Soil stabilization
Self-healing

مراجع

اسکندری نژاد، ر. 1391 . "بررسی خاصیت خودترمیمی در لایههای رسی و تأثیر پارامترهای گوناگون بر آن". نهمین کنگره
بینالمللی مهندسی عمران، اردیبهشت، دانشگاه صنعتی اصفهان.
حیدری، ع. 1395 . "بررسی آزمایشگاهی اثر نانوسیلیس و نانواکسید آهن بر روی پارامترهای مقاومتی و تحکیم خاکهای
رسی کرج" . پایاننامه کارشناسی ارشد، گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم.
خسروانی مقدم، ع. و قربانی ، ع. 1390 . "بررسی اثر نانورس بر خواص مهندسی خاکهای چسبنده". ششمین کنگره ملی
مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.
قاضی، ح. 1389 . "بررسی تأثیر میزان مصالح در ابعاد نانو بر خواص مهندسی- ژئوتکنیکی خاک". پایاننامه کارشناسی ارشد،
دانشکده مهندسی عمران. دانشگاه علم و صنعت ایران.

کلانتری، ف.، هوشیار، ی. و حامد، س. 1388 . "بررسی خودترمیمی خاکهای رسی با استفاده از آزمایش پین هول".
هشتمین کنگره بینالمللی مهندسی عمران، اردیبهشت، دانشگاه شیراز.
محمدی، م.، جانعلیزاده چوببستی، ع.، فرخزاد، ف. و محمدی، م. 1393 . "بررسی تأثیر افزایش مقاومت محصور نشده بر
خودترمیمی خاکهای رسی". پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور، انجمن علمی دانشجویی عمران
دانشگاه ارومیه.
هوشیار، ی. 1385 . "شناسایی خاکهای خودترمیم به منظور کنترل رگاب در هسته سدهای خاکی". پایاننامه کارشناسی
ارشد، گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی.
Azzam, W. R. 2014. “Durability of expansive soil using advanced nanocomposite stabilization”. Int. J. GEOMATE, 7(1): 927-937.
Bastiaens, W., Bernier, F. and Li, X. L. 2007. “Experiments and conclusions on fracturing, self-healing and self-sealing processes in clays”. Phys. Chem. Earth, 32: 600-615.
Baziar, M. H., Ghazi, H. and Mirkazemi, S. M. 2010. “Effect of nanoclay additives on the properties of engineering geotechnical soil”. Proceedings of the 4th International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran.
Butron, C., Axelsson, M. and Gustafson, G. 2009. “Silica sol for rock grouting: Laboratory testing of strength, fracture behavior and hydraulic conductivity”. Tunn. Underg. Sp. Tech., 24(6): 603-607.
Changizi, F. and Haddad, A. 2015. “Strength properties of soft clay treated with a mixture of nano-SiO2 and recycled polyester fiber”. J. Rock Mech. Geotech. Eng., 7(4): 367-378.
Changizi, F. and Haddad, A. 2017. “Effect of nanocomposite on the strength parameters of the soil”. KSCE J. Civ. Eng., 21(3): 676-686.
Daniel, D. E., Shan, H. Y. and Anderson, J. D. 1993. “Effects of partial wetting on the performance of the bentonite component of geosynthetic clay liners”. Proceedings of Geosynthetics ’93, IFAI, March, 3: 1483-1496.
Gallagher, P. M. and Finsterle, S. 2004. “Physical and numerical model of colloidal silica injection for passive site stabilization”. Vadose Zone J., 3(3): 917-925.
Iranpour, B. 2016. “The influence of nanomaterials on collapsible soil treatment”. Eng. Geol., 205: 40-53.
Khalid, N., Arshad, M. F., Mukri, M., Mohamad, K. and Kamarudin, F. 2014. “The properties of nano-kaolin mixed with kaolin”. Electronic J. Geotech. Eng., 19: 4247-4255.
Khalid, N., Arshad, M. F., Mukri, M., Mohamad, K. and Kamarudin, F. 2015. “Influence of nano-soil particles in soft soil stabilization”. Electronic J. Geotech. Eng., 20(2): 731-738.
Lambe, T. W. and Whitman, R. V. 2008. “Soil Mechanics”. SI version, John Wiley and Sons, New York.
Mitchell, J. K. and Soga, K. (Eds.). 1993. “Fundamentals of Soil Behavior”. John Wiley and Sons, New York.
Noll, M. R., Bartlett, C. and Dochat, T. M. 1992. “In situ permeability reduction and chemical fixation using colloidal silica”. Proceedings of the Sixth National Outdoor Action Conference on Aquifer Restoration, Ground Water Monitoring, and Geophysical Methods, National Ground Water Association, Las Vegas, Nevada, pp. 443-457.
Taha, M. R. and Ying, T. 2010. “Effects of carbon nanotube on kaolinite: Basic geotechnical behavior”. World J. Eng., 7(2): 472-473.
Taha, M. R. and Taha, F. O. M. E. 2012. “Influence of nano-material on the expansive and shrinkage soil behavior”. J. Nanopart. Res., 14(10): 1-13.
Wang, J. J., Zhang, H. P., Zhang, L. and Liang, Y. 2013. “Experimental study on self-healing of the crack in clay seepage barrier”. Eng. Geol., 159: 31-35.
Yonekura, R. and Miwa, M. 1993. “Fundamental properties of sodium silicate based grout”. 11th Southeast Asia Geotechnical Conference, Singapore, pp. 439-444.
Zhang, G., Germaine, J. T., Whittle, A. J. and Ladd, C. C. 2004. Index properties of a highly weathered old alluvium”. Geotech., 54(7): 441-451.