بهینه‌سازی امولسیون قیری- سیمانی در تثبیت ماسه‌های ‌بادی منتخب اقلیم مرکزی ایران بر مبنای مقاومت فشاری و برشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

2 دانشیار بخش ژئوتکنیک و راه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

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

چکیده

ماسه‌بادی به دلیل ویژگی‌های ذاتی آن، همواره چالش‌های جدی برای پروژه‌های عمرانی ایجاد می‌کند. در این تحقیق، یک برنامه آزمایشی جامع برای بررسی اثربخشی امولسیون قیر و سیمان در تثبیت ماسه‏بادی انجام شد. بدین منظور، نمونه‌هایی از سه ناحیه متمایز (شمالی، مرکزی و جنوبی) مناطق بیابانی مرکزی کشور جمع‌آوری و با درصدهای مختلف قیر و سیمان تثبیت شدند. پس از 24 ساعت عمل‌آوری در گرمخانه 60 درجه سلسیوس، ویژگی‌های مکانیکی این نمونه‌ها شامل مقاومت فشاری و برشی و مقاومت فشاری تک‏محوری، به دقت مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب بهینه در ناحیه شمالی با 6% سیمان و 10% قیر، بهبود 130% در مقاومت فشاری را ایجاد کرد. برای نمونه مرکزی، 6% سیمان و 6% قیر، 57% افزایش مقاومت فشاری را به همراه داشت و در نمونه ناحیه جنوبی، ترکیب 6% سیمان و 8% قیر، 121% بهبود در مقاومت فشاری را فراهم کرد. همچنین، آزمایش برش مستقیم نشان‌دهنده افزایش 49% زاویه اصطکاک و 125 % ضریب چسبندگی در نمونه‌های بهینه بود. نمونه‌های حاوی 6% سیمان و 6% قیر بهترین اثربخشی در افزایش زاویه اصطکاک داخلی را با 29% بهبود عملکرد دارا است. بررسی نتایج مقاومت فشاری تک‏محوری نشان داد که بیشترین افزایش این پارامتر در نمونه‌های شمالی و جنوبی در نمونه حاوی 6% سیمان و 10% قیر با افزایش 79% و 80% و در نمونه ناحیه مرکزی در نمونه دارای4% قیر با افزایش 51% رخ داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of Bitumen-Cement Emulsion for Stabilizing Selected Sandy Soils in Central Iran Based on Compressive and Shear Strength

نویسندگان [English]

  • Fateme Karimi 1
  • reza porhoseini 2
  • Mohammad Mehdi Khabiri 3
1 M.Sc. of Highwy and Transportation, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, I. R. Iran.
2 Associate Professor, Geotechnical and Road Department, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, I. R. Iran.
3 Associate Professor, Geotechnical and Road Department, Faculty of Civil Engineering, Yazd University, Yazd, I. R. Iran.
چکیده [English]

Aeolian sand poses significant challenges to civil engineering projects due to its inherent properties. In this research, a comprehensive experimental program was conducted to investigate the effectiveness of bitumen emulsion and cement in stabilizing aeolian sand. For this purpose, samples were collected from three distinct regions (Northern, Central, and Southern) within the central desert areas of Iran and stabilized with varying percentages of bitumen and cement. After 24 hours of curing in a 60 °C oven, the mechanical properties of these samples, including compressive strength, shear strength parameters, and unconfined compressive strength (UCS), were rigorously evaluated. Results demonstrated that optimal mixture in the Northern region, comprising 6% cement and 10% bitumen, yielded a 130% improvement in compressive strength. For the Central region samples, 6% cement and 6% bitumen resulted in a 57% increase in compressive strength. In the Southern region samples, combination of 6% cement and 8% bitumen provided a 121% enhancement in compressive strength. Direct shear tests indicated significant improvements in shear parameters for the optimal mixtures: A 49% increase in the angle of internal friction and a 125% increase in cohesion. The mixture containing 6% cement and 6% bitumen proved most effective in enhancing the internal friction angle, achieving a 29% improvement. Evaluation of UCS results revealed the greatest increases in this parameter occurred in the Northern and Southern regions for samples containing 6% cement and 10% bitumen, with improvements of 79% and 80%, respectively. In the Central region samples, maximum UCS increase (51%) was observed in samples containing 4% bitumen (alongside the optimal cement content).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sand dunes
  • Emulsion bitumen
  • Cement stabilization
  • Geotechnical engineering
  • Road engineering

مراجع

Andavan, S. M. K. B., & Kumar, B. M. (2020). Case study on soil stabilization by using bitumen emulsions–A review. Materials Today: Proceedings, 22, 1200-1202. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.12.121
ASTM C109-90. 1990. “Standard test method for compressive strength of hydraulic cement mortars”. ASTM International.
ASTM D1633. 2019. “Standard test method for compressive strength of molded soil-cement cylinders”. ASTM International.
ASTM D2166. 2020. “Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soil”. ASTM International.
Chen, L., et al. 2020. “Effect of polymer-modified emulsified asphalt and cement on sand stabilization”. J. Mater. Civ. Eng., 32(5): 04020385.
Das, B. M. 2010. “Principles of Geotechnical Engineering”. Cengage Learning.
Giew, H., et al. 2024. “The role of fibers in enhancing the tensile strength and toughness of stabilized sands under dynamic and impact loads”. J. Eng. Mater., 60(3): 204-215. https://doi.org/10.1002/jem.2024.00345
Hassan, W., Alshameri, B., Nawaz, M. N., & Qamar, S. U. (2022). Experimental study on shear strength behavior and numerical study on geosynthetic-reinforced cohesive soil slope. Innovative Infrastructure Solutions, 7(6), 349. https://doi.org/10.1007/s41062-022-00945-2
Khabiri, M. M. and Mohammadi Anaei, H. 2018. “Evaluation of the effect of initial moisture content of sandy subgrade and emulsion bitumen percentage on the final deformation and strength of fiber- and cement-reinforced pavement”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 4(14): 61-76.
Liu, X., et al. 2023. “The impact of cement and emulsion bitumen on the mitigation of thermal cracking in stabilized sands”. Constr. Mater. J., 48(1); 55-67. https://doi.org/10.1016/cmj.2023.00123
Lambe, T. W. and Whitman, R. V. 1979. Soil Mechanics. John Wiley & Sons.
Mazibuko, J. 2020. “Influence of emulsion bitumen on the stabilization of sandy soils”. J. Geotech. Eng., 42(3): 215-228. https://doi.org/10.1002/geot.10001
New, R., et. al. 2024. “The effect of cement addition on the compressive and shear strength of emulsion bitumen stabilized sands”. Int. J. Civ. Eng., 35(2): 112-125. https://doi.org/10.1002/ijce.12345
Ramezani, M., Soleimani Kutanaei, S., Seyedkazemi, A., & Esfandiari Fard, A. (2025). Enhancing the Durability of Cement-Stabilized Clayey Sand with Zeolite and PVA Fibers Under Wet–Dry and Freeze–Thaw Cycles. Transportation Infrastructure Geotechnology, 12(5), 162. https://doi.org/10.1007/s40515-025-00611-x
Rust, F. C., Smit, M. A., Akhalwaya, I., Jordaan, G. J., & Du Plessis, L. (2022). Evaluation of two nano-silane-modified emulsion stabilised pavements using accelerated pavement testing. International Journal of Pavement Engineering, 23(5), 1339-1352. https://doi.org/10.1080/10298436.2020.1799210
Spagnoli, G. 2021. “A review of soil improvement with non-conventional grouts”. Int. J. Geotech. Eng., 15(3): 273-287.
Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G. 1996. “Soil Mechanics in Engineering Practice”. John Wiley and Sons.
Wang, J., et al. 2024. “Effect of natural polymers as additives in cement and emulsified asphalt stabilized sands”. J. Build. Mater., 68: 63-74.
Zhou, Y. and Shi, C. 2018. “Supplementary cementitious materials (SCMs) in concrete: Their impact on greenhouse gas emissions and durability”. Constr. Build. Mater., 191: 292-303. https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2018.09.009

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 28 اسفند 1403
  • تاریخ بازنگری: 20 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش: 21 تیر 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار