بررسی تاثیر نانوسلولز در اصلاح مشخصات مکانیکی و تغییر حجم خاکبستر ماسه ای-لای دار در کنترل گسیختگی موضعی آن

سرفراز, سارا; خبیری, محمدمهدی; مهرنهاد, حمید

doi:10.22075/jtie.2021.21082.1470

بررسی تاثیر نانوسلولز در اصلاح مشخصات مکانیکی و تغییر حجم خاکبستر ماسه ای-لای دار در کنترل گسیختگی موضعی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه یزد

² دانشیار، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه یزد

³ دانشیار بخش ژئوتکنیک و راه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد

10.22075/jtie.2021.21082.1470

چکیده

دو دﻫـﻪ اﺧﻴﺮ ﻧﺸﺴﺖ و ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ بستر استقرار جاده ها در مناطق کویری ﻋﺎﻣﻞ اﻳﺠـﺎد ﮔﺴـﻴﺨﺘﮕﻲ ﺳـﻄﺢ ﺟﺎده ﻫﺎ نیز شده است. مطالعات اصلاح رفتار خاک مسلح با الیاف توسط آزمایش های تراکم ، مقاومت فشاری تک محوری و نسبت باربری کالیفرنیا اغلب انجام می شود. در این تحقیق، مطالعاتی در زمینه پایدارسازی خاک بستر را ه های احداثی در مناطق خاکهای ماسه رسی با استفاده از نانو الیاف سلولزی انجام گردید. هدف از این تحقیق، پایدارسازی بستر ترک خورده ی روسازی و مقاوم کردن آن با استفاده از افزودن نانو سلولز به خاک بود. برای شناسایی نوع خاک منطقه و میزان اثرگذاری نانوسلولز آزمایش های فیزیکی و مقاومتی انجام شد. نمونه ها دراین آزمایش ها با 5/0، 1و 5/1 درصد نانو سلولز ترکیب شدند نتایج به دست آمده از آزمایشها نشان داد که افزودن نانو سلولز سبب افزایش حدروانی و خمیری به ترتیب بین 21تا27 درصد و 60تا 65 درصد و کاهش شاخص خمیری بین 25تا40 درصد گردید. رطوبت بهینه و وزن مخصوص خشک حداکثر به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. مقاومت تک محوری نمونه ها بین 30تا85 درصدو عدد CBR ماکزیمم تا12 برابر افزایش پیدا کرد. و رده مقاومتی خاک درتمامی نمونه ها به بستر"خیلی خوب" جهت استفاده در روسازی تغییر یافت. نتایج انرژی ناحیه گسیختگی همچنین نشان می دهد افزایش نانوسلولز تاثیر مثبت بر نمونه های اصلاح شده دارد ومدت زمان وقوع ترکهای گسیختگی ناشی از بارگذاری و تغییرات حجمی را به تاخیر می اندازد.روش آماری سطح پاسخ برای پیش بینی متغییرهای هدف نیز بکارگفته شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of nanocellulose in modifying the mechanical properties and the volume changing of the sand-silt subgrade in controlling its local rupture

نویسندگان [English]

Sara Sarfaraz ¹
Mohammad Mehdi Khabiri ²
Hamid Mehrnahad ³

¹ Yazd University-Civil Engineering

² Civil Engineering Departement,Yazd University

³ Yazd University-Civil Engineering

چکیده [English]

In two decades, the roads of the roads in the desert areas of the desert have also been changed. Fiber-reinforced soil behavior modification studies have been performed by compaction, uniaxial compressive strength, and California load-bearing ratios. In this research, studies were performed on soil stabilization of constructing roads in sandy loam soils using cellulose nanofibers. The aim of this study was to stabilize the cracked pavement bed and strengthen it by adding nanocellulose to the soil. Physical and mechanical tests were performed to find the type of soil in the area and the effectiveness of nanocellulose. Samples in these experiments were combined with 0.5, 1 and 1.5% nanocellulose, The results obtained from the experiments showed that the addition of nanocellulose increased the liquid and plastisite between 21 to 27% and 60 to 65% and decreased the plastisite index between 25 to 40%, respectively. Optimal moisture and dry specific gravity increase and decrease, respectively. The uniaxial strength of the samples increased between 30 and 85% and the maximum CBR number up to 12 times., and the soil strength class in all samples was changed to "very good" subgrade for use in pavement. The rupture zone energy results also show that the increase in nanocellulose has a positive effect on the modified specimens and delays the occurrence of rupture cracks due to loading and volumetric changes. The response Surface statistical method was also used to predict objective variables.

کلیدواژه‌ها [English]

Quicksand
stabilization
cracked subgrade
nanocellulose
response surface methodology

مراجع

[1]Zhou, D. (2019). Experimental Study on Permanent Deformation of Fine Sandy Subgrade Filling in Coastal Region. In Key Engineering Materials (Vol. 814, pp. 419-424). Trans Tech Publications Ltd.

]2[‌ زارع جونقانی، ن.،1396 بررسی خصوصیات کانی شناسی و رفتار مکانیکی نهشته‌های رسوبی عهد حاضردرجنوب شرق یزد، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد.صفحه 140.

[3]Ghadakpour, M., Choobbasti, A. J., & Kutanaei, S. S. (2020). Investigation of the Kenaf fiber hybrid length on the properties of the cement-treated sandy soil. Transportation Geotechnics, 22, 100301.

[4]Mitchell, J.K., Soga, K : (2005), "Fundamentals of soil behavior"‌ 3rd edn. John Wiley and Sons, New‌ York, 978-0-471-46302-3, p 592.

[5]Armaghani, D. J., Mirzaei, F., Shariati, M., Trung, N. T., Shariati, M., & Trnavac, D. (2020). Hybrid ANN-based techniques in predicting cohesion of sandy-soil combined with fiber. Geomechanics and Engineering, 20(3), 191-205.

[6]Basha E.A, Hashim R, Mahmud H.B, Muntohar A.S.(2005), "Stabilization of Residual soil using SiO2‌ nanoparticles and cement"., Constr. Build. Mater. 64 ,350-359.

[7] Ochi T, Okubo S, Fukui K. (2007), "Development of recycled PET fiber and its application as concrete-reinforcing fiber", Cement‌ &Concrete Composites, 29,448-455 .

[8] Zeng, L., Xiao, L., Zhang, J., & Fu, H. (2020). The Role of Nanotechnology in Subgrade and Pavement Engineering: A Review. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 20(8), 4607-4618.

[9] Buazar, F. (2019). Impact of biocompatible nanosilica on green stabilization of subgrade soil. Scientific reports, 9(1), 1-9.

[10] Tanzadeh, R., Vafaeian, M., & Fard, M. Y. (2019). Effects of micro-nano-lime (CaCO3) particles on the strength and resilience of road clay beds. Construction and Building Materials, 217, 193-201.

[11] Bahmani S.H, Huat B.B.K, Asadi A, Farzadnia N. (2014), "Stabilization residual soil using SiO₂‌ nanoparticles and cement"., Constr. Build. Mater. 64, 350-359.

[12] Emmanuel, E., Lau, C. C., Anggraini, V., & Pasbakhsh, P. (2019). Stabilization of a soft marine clay using halloysite nanotubes: A multi-scale approach. Applied Clay Science, 173, 65-78.

[13]‌ Koon-yang, Lee, Yvonne Aitomaki, Lars A. Berglund, Kristiina Oksman, Alexander Bismarck,(2014), On the use of nanocellulose as reinfoecement in polymer matrix composites, Composites Science and Technology 105,15-27

[14] Lani, N. S.,Ngadi, N., Johari, A., & Jusoh, M. (2014). Isolation, characterization, and application of nanocellulose from oil palm empty fruit bunch fiber as nanocomposites. Journal of Nanomaterials, Article ID 702538 , 9 pages‌ 10.1155/2014/702538.

[15]‌ Gillis PP. (1969), Effect of hydrogen bonds on the axial stiffnes of crystalline‌ native cellulose. J polym Sci part A-2 ; polym phys ; 7(5): 783-940

[16] Maghchiche, A; Haouma, A And Immirzi, B, (2010), Use of polymers and biopolymers for water retaining and soil stabilization in arid and semiarid regions Département de pharmacie‌ Faculté de médecine, Université El Hadj Lakhdar, Batna 05395Algeria.

[17]‌ Maher, M.; Ho, Y. Mechanical Properties of Kaolinite/Fiber Soil Composite.j Geotech. Eng. 1994, 120, 1381–1393.

[18] Sivakumar Babu, G.; Vasudevan, A. Strength and Stiffness Response of Coir Fiber -Reinforced Tropical Soil. J. Mater. Civ. Eng. 2008, 20, 571–577.

[19]Hassan, H.; Al-Oraimi, S.; Taha, R. Evaluation of open-graded friction course mixtures containing cellulose ﬁbers and styrene butadiene rubber polymer. J. Mater . Civ‌ . Eng. )2005(, 17, 416–422.

[20]Nadezda Stevulova and‌ Viola Hospodarova,(2015), Cellulose Fibres Used in Building Materials Proceedings of REHVA Annual Conference “Advanced HVAC and Natural Gas Technologies” Riga, Latvia,p211-216, 10.7250/rehvaconf.031,

[21]Yousefi, H., Azari, V., & Khazaeian, A. (2018). Direct mechanical production of wood nanofibers from raw wood microparticles with no chemical treatment. Industrial Crops and Products, 115, 26-31. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092666901830116X.

[22] Shihata, S. A., & Baghdadi, Z. A. (2001). Simplified method to assess freeze-thaw durability of soil cement. Journal of materials in civil engineering, 13(4), 243-247.

[24] Fazeli, M., Florez, J. P., & Simão, R. A. (2019). Improvement in adhesion of cellulose fibers to the thermoplastic starch matrix by plasma treatment modification. Composites Part B: Engineering, 163, 207-216.

[25]Lotfalian, M., Parsakhoo, A., & Savadkoohi, A. (2016). Improvement of forest road gravel surfacing quality by Nano-polymer CBR PLUS. Croatian Journal of Forest Engineering: Journal for Theory and Application of Forestry Engineering, 37(2), 352-345.

ج2[26]Rosales, J., Agrela, F., Marcobal, J. R., Diaz-López, J. L., Cuenca-Moyano, G. M., Caballero, Á., & Cabrera, M. (2020). Use of Nanomaterials in the Stabilization of Expansive Soils into a Road Real-Scale Application. Materials, 13(14), 3058.