تاثیر باران اسیدی بر خصوصیات مکانیکی خاک ماسه ای تثبیت شده با سیمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد زلزله، پژوهشگر گروه تخصصی شهید رجایی، تهران

2 دکترای پترولوژی، پژوهشگر همکار گروه تخصصی شهید رجایی، تهران

10.22075/jtie.2020.19587.1438

چکیده

وجود ترکیبات ‌آلوده، حاوی نیتروژن ‌وگوگرد‌ در اتمسفر، ‌pH باران طبیعی را کاهش‌داده و به آن خاصیت اسیدی می‌دهد. باران اسیدی،به‌عنوان یک آلاینده،می‌تواند آثار مخربی بر خاک داشته باشد. به منظور تثبیت انواع مختلف ‌خاک، از مصالح و مواد‌ طبیعی و شیمیایی فراوانی استفاده می‌شود. در این پژوهش، به بررسی تأثیر باران‌ اسیدی بر رفتار مکانیکی خاک ‌ماسه‌ای تثبیت شده با سیمان پرداخته‌ شده است. در ابتدا، سیمان به مقدار ‌3، 5 و 7 درصد به خاک‌ ماسه‌ای اضافه شد. نمونه‌ها پس از اشباع شدن در محلول‌‌‌هایی شامل مقادیر pH برابر با1، 3، 5 و 8/7مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج مطالعه‌ نشان داد که افزایش درصد سیمان موجب افزایش درصد رطوبت بهینه، بیشینه وزن‌ مخصوص خشک، مقاومت برشی، مدول ‌سکانت (E50)‌ و‌ پارامترهای مقاومت برشی نمونه‌ها شده است.‌ در حالی ‌که اسیدی‌شدن محیط،‌ مدول سکانتی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی نمونه خاک را کاهش می‌دهد. همچنین، بر اساس نتایج به دست‌آمده، مشاهده شد که افزایش پارامترهای مقاومت برشی در اثر افزایش مدت‌زمان عمل‌آوری و کاهش اسیدیته محیط، ‌در نمونه‌های تثبیت شده با سیمان نسبت به آهک، ‌نمود بیشتری دارد.‌ در نهایت، با استفاده از پردازش تصاویر و تهیه تصاویر باینری از نمونه‌ها، تأثیر pH و مقدار درصد سیمان بر چسبندگی بین دانه‌های ماسه و سیمان بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش اسیدیته و کاهش درصد سیمان، چسبندگی ایجاد شده بین دانه‌های ماسه توسط ذرات سیمان را به شدت کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of acid rain on mechanical properties of sandy soil stabilized with cement

نویسندگان [English]

  • behzad haseli 1
  • omid kheiri 2
1 Msc earthquake engineering, researcher shahid rajaie technical group
2 Researcher shahid rajaie technical group
چکیده [English]

The everyday increase in population, the increase in the activity of industrial factories and workshops, and the expansion of transportation system lead to the release of metal pollutants and acid-forming compounds, such as nitrogen and sulfur, into atmosphere. The presence of these polluted compounds in atmosphere lowers the natural rain pH and gives it an acidic property. Acid rain, as one of the sources of soil pollution, has devastating effects on soil. A variety of natural and chemical materials are used to stabilize different types of soil. In the present study, the effect of acid rain on mechanical behavior of cement-stabilized sandy soil is investigated. Primarily, the cement was added to the sandy soil, with percentages of 3%, 5% and 7%, and then the samples were tested after saturation in solutions with pH values of 1, 3, 5 and 7.8.
The results show that the increase in cement percentage enhances the optimum moisture, maximum specific dry weight, shear strength, Secant modulus (E50), and shear strength parameters of samples. Nonetheless, the acidification of environment reduces the Secant modulus, cohesion, and internal friction angle of soil. The results indicate that the decrease in uniaxial compressive strength and Secant modulus, due to the acidification of environment, are more pronounced with higher percentages of cement. According to the results, the increase in shear strength parameters, due to the increase in curing time and decrease in environmental acidity, is more significant in cement-stabilized samples than lime-stabilized ones. Finally, the effect of pH and cement on the cohesion between sand and cement particles was investigated using image processing and getting binary images from samples, the results of which revealed that the increase in acidity and the reduction of cement percentage drastically reduces the cohesion between sand and cement particles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acid rain
  • Cement
  • secant modulus
  • Shear strength
  • Image processing
ترابی، ع. و حسنلوراد، م. 1397. "اثر آلاینده اسید سولفوریک بر مقاومت برشی و پارامترهای تحکیمی خاک رس". نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 50(6): 1127-1136.
رحیمی، ا. و بیات، م. 1398. "رفتار برشی خاک ماسه‌ای تثبیت شده با آهک در معرض محیط‌های اسیدی". مجله مهندسی عمران مدرس، 19(4): 59-69.
طاهرخانی، ح. و سلامی، ح. 1392. "مقایسه‌ی تثبیت‌کننده‌های آهک و سیمان و CBR PLUS برای تثبیت خاک رس". مجله مهندسی حمل و نقل، 5(2): 263-274.
عابدی کوپایی، ج.، نوروزیان، ک. و عباسی، ن. 1394. "ارزیابی دوام و پایداری خاک‌های رسی تثبیت شده با آهک هیدراته در مجاورت سازه‌های آبی". نشریه علوم آب و خاک، 19(73): 249-261.
کوثری، ش.، حجت، آ. و کریمی نسب، س. 1392. "اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی به منظور بررسی تأثیر حضور اسید سولفوریک بر مقاومت ویژه الکتریکی نمونه‌های خاک". اولین کنفرانس ملی مهندسی اکتشاف منابع زیرزمینی، شاهرود.
Abdulhussein Saeed, Kh., Anuar Kassim, Kh., Nur, H. and Mohd Yunus, N. Z. 2014. “Strength of lime-cement stabilized tropical lateritic clay contaminated by heavy metals”. KSCE J. Civ. Eng., 19(4): 887-892.
ASTM D 1557. 2007. “Standard test methods laboratory compaction characteristics of soil using modified effort”. Annual Book of ASTM Standards.
ASTM D 2166. 2007. “Standard test method for unconfined compressive strength cohesive soil”. Annual Book of ASTM Standards.
ASTM D 3080. 2007. “Standard test method for direct shear test of soils under consolidated drained conditions”. Annual Book of ASTM Standards.
Bakhshipour, Z., Asadi, A., Huat, B. B., Sridharan, A. and Kawasaki, S. 2016. “Effect of acid rain on geotechnical properties of residual soils”. Soils Found., 56(6): 1008-1020.
Du, Y. J., Wei, M. L., Reddy, K. R., Liu, Z. P. and  Jin, F. 2014. “ Effect of acid rain pH on leaching behavior of cement stabilized lead-contaminated soil”. J. Hazard. Mater., 271: 131-140.
Du, E., Dong, D., Zeng, X., Sun, Z., Jiang, X. and de Vries, W. 2017. “Direct effect of acid rain to leaf chlorophyll content of terrestrial plants in China”. Sci. Total Environ., 605-606: 764-769.
Garcia-Vera, V. E. and Lanzon, M. 2018.“Physical-chemical study, characterisation and use of image analysis to assess the durability of earthen plasters exposed to rain water and acid rain”. Constr. Build. Mater., 187: 708-717.
Gratchev, I. and Towhata, I. 2013. “Stress–strain characteristics of two natural soils subjected to long-term acidic contamination.” Soils Found. 53(3): 469-476.
Lemos, A. D., Rocha, J. A. and Ferra, V. M. 2018. “Soil mutagenicity- Effects of acidification and organic pollutants in urban/industrial areas”. Chemosphere, 209: 666-674.
MATLAB. 2014. Version7.6, The Math Works.
Prakash, S. and Arumairaj, P. D. 2013. “Effects of acid and base contamination on geotechnical properties of clay”. Int. J. Sci. Res., 4(5): 1440-1444.
Sarkar, G., Islam, M. R., Alamgir, M. and Rokonuzzaman, Md. 2012. “Effect of acid rain on geotechnical properties of composite fine-grained soil”. Int. J. Appl. Sci. Eng. Res., 1(2): 64.
Su, Z., Liu, J., Jin, Y., J., Hou, C. Nie, Y. 2010. “Cement/activated-carbon solidification/stabilization treatment of phenol-containing soil”. 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering, Beijing, pp. 1-4.
Wei, H., Liu, Y., Xiang, H., Zhang, J., Li, S. and Yang, J. 2019. “Soil pH responses to simulated acid rain leaching in three agrricultural soils”. Sustainability, 12: 280