مطالعه آزمایشگاهی تأثیر الیاف پلی‌پروپیلن و نانوسیلیس بر پارامترهای فیزیکی و مکانیکی خاک ماسه‌ای لای‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

2 کارشناس ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

4 دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

چکیده

در این تحقیق، اثر استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن و نانوسیلیس بر ویژگی‌های مکانیکی خاک ماسه‌ای لای‌دار، نظیر ضریب باربری کالیفرنیا (CBR) و مقاومت برشی، بررسی شد. بدین منظور، نمونه‌های مختلف آزمایشگاهی با 1، 2 و 3 درصد نانوسیلیس در حضور الیاف پلی‌پروپیلن به طول­های 6 و 12 میلی‏متر تهیه شدند. الیاف با مقادیر وزنی 1/0، 5/0 و 1 درصد با خاک مخلوط گردیدند. از طرفی، ویژگی‌های میکروسکوپی خاک‌ با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که افزودن الیاف پلی‌پروپیلن موجب افزایش معنادار در مقدار CBR نمونه‌ها می‌شود. استفاده از الیاف به مقدار یک درصد، قفل و بست ذرات خاک را در بین الیاف افزایش داده و بافت یکپارچه‌ای از خاک ایجاد می‌کند. از طرفی، تغییر طول الیاف پلی‌پروپیلن از 6 به 12 میلی‏متر موجب افزایش مقدار ضریب باربری کالیفرنیا می‌شود. نانوسیلیس با مقدار 1، 2 و 3 درصد، نسبت باربری کالیفرنیای نمونه‌ها را به ترتیب 2/2، 3/3 و 2/4 برابر افزایش می‌دهد. بیشترین نسبت باربری و مقاومت برشی مربوط به استفاده از 1 درصد الیاف پلی‌پروپیلن با 3 درصد نانو‌سیلیس است. آزمایش مقاومت برشی نشان داد که چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی به ازای درصدهای مختلف اختلاط، تغییر می‌یابند. الیاف پلی‌پروپیلن، چسبندگی خاک را تغییر ندادند، ولی توانستند زاویه اصطکاک داخلی را افزایش دهند. در نقطه مقابل، نانوسیلیس، چسبندگی خاک را بهبود داد، لیکن نتوانست زاویه اصطکاک داخلی خاک را تغییر دهد. ترکیب این دو ماده، مقاومت برشی خاک مورد مطالعه را به صورت قابل توجهی افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the Effect of Polypropylene Fiber and Nano-silica on the Physical and Mechanical Properties of Silty Sand Soil

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Malakouti Oloun Abadi 1
  • Khosro Salehi 2
  • Abdoreza Fazeli 1
  • Babak Golchin 3
  • Ramin Meshkabadi 4
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
2 MSc, Department of Civil Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 Faculty of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, I. R. Iran.
چکیده [English]

This research investigated the effect of using polypropylene fibers and nano-silica on the mechanical properties (such as California Bearing Ratio (CBR) and shear strength) of silty sandy soil. Different laboratory samples were prepared with varying percentages of nano-silica (1%, 2%, and 3%) and polypropylene fibers of different lengths (6 mm and 12 mm). The fibers were mixed with 0.1%, 0.5%, and 1% of soil weight. The microscopic characteristics of soils were examined using SEM. Results showed that addition of polypropylene fibers significantly increased the CBR value, and using 1% of fibers improved the interlocking and bonding of soil particles, creating a more unified soil texture. Increasing the length of polypropylene fibers from 6mm to 12 mm also increased the CBR. Addition of 1%, 2%, and 3% nano-silica increased the CBR value by 2.2, 3.3, and 4.2 times, respectively. The highest load-bearing and shear strength was observed with the use of 1% polypropylene fibers and 3% nano-silica. The shear strength test revealed that polypropylene fibers did not change the soil cohesion, but increased the angle of internal friction, while nano-silica improved the soil cohesion, but did not affect the internal friction angle. The combination of these two materials significantly increased the shear strength of the studied soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silty sand
  • Nano-silica
  • Polypropylene fibers
  • California Bearing Ratio
  • Shear strength

مراجع

Ali, M., Almani, Z., Hindu, A. K., Memon, U. H.  and Memon, N. N. 2019. “Geotechnical properties of silty sand reinforced with polypropylene woven bags”. Int. J. Mod. Res. Eng. Manage., 2(12): 1.
Ameri, M., Mansourian, A., Shaker, H. and Ameri, A. 2021. “Determining the appropriate amount of mixed fine-grained and coarse-grained slag based on the mechanical properties of asphalt mixtures using response surface methodology”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 7(3): 21-36.
Arabyarmohammadi, H., Sharbatdar, M. K. and Naderpour, H. 2022. “Mechanical properties evaluation of roller compacted concrete pavement using response surface methodology in terms of an experimental program”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 7(4): 75-98.
Bahmani, S. H., Huat, B. B., Asadi, A. and Farzadnia, N. 2014. “Stabilization of residual soil using SiO2 nanoparticles and cement”. Constr. Build. Mater., 64: 350-359.
Changizi, F. and Haddad, A. 2014. “Stabilization of subgrade soil for highway by recycled polyester fiber”. J. Rehabil. Civ. Eng., 2(1): 93-105.
Changizi, F. and Haddad, A. 2015. “Strength properties of soft clay treated with mixture of nano-SiO2 and recycled polyester fiber”. JRMGE, 7(4): 367-378.
Choobbasti, A. J., Samakoosh, M. A. and Kutanaei, S. S. 2019. “Mechanical properties soil stabilized with nano calcium carbonate and reinforced with carpet waste fibers”. Constr. Build. Mater., 211: 1094-1104.
Cui, H., Jin, Z., Bao, X., Tang, W. and Dong, B. 2018. “Effect of carbon fiber and nanosilica on shear properties of silty soil and the mechanisms”. Constr. Build. Mater., 189: 286-295.
El Majid, A., Cherradi, C., Khadija, B. and Razzouk, Y. 2023. “Laboratory investigations on the behavior of CBR in two expanding soils reinforced with plant fibers of varying lengths and content”. Mater. Today: Proc. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.06.395
Fareghian, M., Afrazi, M. and Fakhimi, A. 2023. “Soil reinforcement by waste tire textile fibers: small-scale experimental tests”. J. Mater. Civ. Eng., 35(2): 04022402.
Ghorbani, A., Hasanzadehshooiili, H., Mohammadi, M., Sianati, F., Salimi, M., Sadowski, L. and Szymanowski, J. 2019. “Effect of selected nanospheres on the mechanical strength of lime‐stabilized high‐plasticity clay Soils”. Adv. Civ. Eng., 2019(1): 4257530.
Gul, N. and Mir, B. A. 2023. “Performance evaluation of silty soil reinforced with glass fiber and cement kiln dust for subgrade applications”. Constr. Build. Mater., 392: 131943.
Huang, W. C. 2014. “Improvement evaluation of subgrade layer under geogrid-reinforced aggregate layer by finite element method”. Int. J. Civ. Struct. Eng., 12(3): 204-215.
Kadivar, M., Barkhordari, K. and Kadivar, M. 2011. “Nanotechnology in geotechnical engineering”. Adv. Mater. Res., 261: 524-528.
Kalhor, A., Ghazavi, M., Roustaei, M. and Mirhosseini, S. 2019. “Influence of nano-SiO2 on geotechnical properties of fine soils subjected to freeze-thaw cycles”. Cold Reg. Sci. Technol., 161: 129-136.
Khan, M. A. 2013. “A CBR based study evaluating subgrade strength of flexible pavements having soil flyash interfaces”. Int. J. Civ. Struct. Eng., 11(1): 10-18.
Majeed, Z. H. and Taha, M. R. 2012. “Effect of nanomaterial treatment on geotechnical properties of a Penang soft soil”. J. Asian Sci. Res., 2(11): 587.
Meng, T., Qiang, Y., Hu, A., Xu, C. and Lin, L. 2017. “Effect of compound nano-CaCO3 addition on strength development and microstructure of cement-stabilized soil in the marine environment”. Constr. Build. Mater., 151: 775-781.
Mohseni, E., Kazemi, M. J., Koushkbaghi, M., Zehtab, B. and Behforouz, B. 2019. “Evaluation of mechanical and durability properties of fiber-reinforced lightweight geopolymer composites based on rice husk ash and nano-alumina”. Constr. Build. Mater., 209: 532-540.
Mousavi, S. E. and Karamvand, A. 2017. “Assessment of strength development in stabilized soil with CBR PLUS and silica sand”. J. Traff. Transport. Eng., 4(4): 412-421.
Noroozi, R., Shafabakhsh, G., Kheyroddin, A. and Mohammadzadeh Moghaddam, A. 2019. “Experimental study and statistical modeling of roller compacted concrete pavement behavior containing waste PET particles, recycled fibers and metakaolin powder”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 5(2): 35-56.
Soil, A. C. D. O., Rock. Subcommittee D18 03 on Texture, P. and Soils, D. C. O. 2003. “Standard test method for particle-size analysis of soils”. ASTM International.
Taherkhani, H., Hashemi, A. and Sharifi, V. 2012. “Evaluating the use of CBR PLUS for constructing the pavement layers from stabilized soils”. Quart. J. Transport. Eng., 3(4):  339-347.
Yao, K., Wang, W., Li, N., Zhang, C. and Wang, L. 2019. “Investigation on strength and microstructure characteristics of nano-MgO admixed with cemented soft soil”. Constr. Build. Mater., 206: 160-168.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری: 01 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش: 06 آذر 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار