زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

بررسی مقاومت و ساختار خاک‌های مارنی تثبیت شده با سیمان و نانوسیلیس

نویسندگان
دانشگاه هرمزگان، گروه مهندسی عمران
چکیده
فرسایش‌پذیری شدید در مجاورت هوا و آب و تورم­پذیری زیاد از مشکلات اصلی خاک­های مارنی است که موجب ناپایداری در بستر پروژه­های عمرانی می‌شود. اصلاح شیمیایی خاک با سیمان در بسیاری از پژوهش­ها بررسی شده است، اما تغییرات ریزساختاری و بافت خاک­ها در فرایند تثبیت و هم‌چنین نقش نانوذرات سیلیس به‌صورت جامع بررسی نشده است. بر این اساس هدف پژوهش حاضر ارزیابی ریزساختاری بهبود خصوصیات مهندسی خاک­های مارنی با سیمان در حضور نانوسیلیس و تشکیل ترکیبات جدید ناشی از فرآیند تثبیت است. در این راستا پس از تعیین خصوصیات ژئوتکنیکی خاک مارن، بهبود ویژگی­های مهندسی نمونه­های تثبیت شده با درصدهای مختلف سیمان و نانوسیلیس بعد از پایان دوره عمل­آوری از طریق انجام آزمایش بزرگ ساختاری مقاومت فشاری محدود نشده (UCS) و ریزساختاری (pH، پراش اشعۀ ایکس (XRD)، تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) و طیف­سنجی پاشندگی انرژی (EDX)) تجزیه و تحلیل شد. بر اساس نتایج پژوهش حاضر حضور نانوسیلیس در فرایند تثبیت خاک مارنی به‌وسیلۀ سیمان، منجر به افزایش فعالیت­های پوزولانی و رشد نانوساختارهای هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) و توزیع یکنواخت این نانوساختارها می­شود. بر اساس نتایج پژوهش حاضر افزایش مقدار نانوسیلیس تا 1% از لحاظ ریزساختاری و درشت ساختاری مؤثر است و خصوصیات مهندسی خاک­های مارنی در نمونۀ اصلاح شده با 4% سیمان و 1% نانوسیلیس میزان مقاومت فشاری را در طی 28 روز به kg/cm2 5/30 افزایش داده و نسبت به نمونه مرجع مقاومت فشاری حدود 30 برابر افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها

1. Ouhadi V. R., Yong R. N., "The role of clay fractions of marly soils on their post stabilization failure", J. Engineering Geology, 70 (2003) 365-375.## 2. Rezaiy H., Khamechian M., "Investigation of position marlston in rock mass enginnering classification system, case study: Doosti Dam", Journal of Engineering Geology, 10 (2) (2016) 3427-3444. ## 3. Ramezanpour, H., Smaelnejad, L., "Study of relationships between different type of erosion and soil properties of marls in Southern Guilan Province, Iran", The 15th International Congress of ISCO, Budapest, Hungary (2008) (In Persian). ## 4. Haddad A, Javdanian H, Ebrhimpour F., "Identification and Stabilization of Dispersive Soils: Case Study of Water Transfer Canal of Simindasht-Garmsar", jeg., 11 (1) (2017) 29-50 (In Persian). ## 5. Elert K., Nieto F., MiguelAzañón J., "Effects of lime treatments on marls", Applied Clay Science, 135 (2017) 611-619. ## 6. McCarthy D. F., "Essentials of soil mechanics and foundations", 2nd edition, Reston publishing company, Reston, Virginia (1982). ## 7. Mitchell J. K., "Fundamentals of Soil Behavior", 2nd Edition. John Wiley and Sons, NY (2005). ## 8. Qawahash A. A., "Geotechnical properties of fine-grained calcareous sediments for engineering purposes", Engineering Geology, 26, (1989) 161-169. ## 9. Lamas F., Irigaray C., Chacón J., "Geotechnical characterization of carbonate marls for construction of impermeable dam cores", Engineering Geology, 66 (2002) 283-294. ## 10. Ouhadi V. R., "The role of marl components and ettringite on the stability of stabilized marl", PhD thesis, Department of Civil Engineering and applied mechanics, McGill University, Montreal, Canada (1997). ## 11. Yong R. N., Ouhadi V. R., "Experimental study on instability of bases on natural and lime/cement- stabilized clayey soils", J. Applied Clay Science, 35 (2007) 238-249. ## 12. Ouhadi V. R., Yong R. N., Mohamed A. M. O., "Formation of ettringite as a swelling mineral on stabilized marl soil", Proceeding of the 1st conference on civil engineering by Iranian students in Canada, Montreal, (1996) 131-138. ## 13. Behnia K., Ouhadi V. R., Ghalandarzadeh A., "The use of sea-water in stabilization of marly soils with cement and lime", Iranian J. Road Engineering, 26 (1993) 54- 62. ## 14. Ouhadi V. R., Yong R. N., Amiri M., Ouhadi M. H., "Pozzolanic consolidation of stabilized soft clays", Appl. Clay Sci., 95 (2014) 111-118. ## 15. Umesha T. S., Dinesh S. V., Sivapullaiah P. V., "Control of dispersivity of soil using lime and cement", International Journal of Geology, 3 (1) (2009) 8-16. ## 16. Little D. N., "Evaluation of Structural Properties of Lime Stabilized Soils and Aggregates", Summary and findings. Prepared for National Lime Association (1999). ## 17. Ohadi V. R., Amiri M, Ohadi M., "Micro-Structural Evaluation of Lead Heavy Metal Retention in Stabilization and Solidification with Bentonite and Cement", jeg., 9 (1) (2015) 2575-2592 (In Persian). ## 18. Gallagher P. M., Lin Y., "Column testing to determine colloidal silica transport mechanisms", Proceedings Sessions of the Geo-Frontiers Congress of Innovations in Grouting and Soil Improvement, Texas, 162 (2005) 1-10. ## 19. Gallagher P. M., Conlee C. T., Rollins K. M., "Full-Scale Field Testing of Colloidal Silica Grouting for Mitigation of Liquefaction Risk", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 133 (2) (2007) 186-196. ## 20. Annual Book of ASTM Standards, in: American Society for Testing and Materials, Philadelphia (1992). ## 21. Hesse P. R., "A textbook of soil chemical analysis", William Clowes and Sons (1971). ## 22. Ouhadi V. R., Yong R. N., "Experimental and theoretical evaluation of impact of clay microstructure on the quantitative mineral evaluation by XRD analysis", Applied Clay Science, 23 (1) (2003) 141-148. ## 23. Ouhadi V. R., Amiri M., Zangeneh M., "Microstructural Assessment of Lime Consumption Rate and Pozzolanic Reaction Progress of a Lime-Stabilized Dispersive Soil", Modares Civil Engineering Journal, 16 (1) (2016) 11-22 (In Persian). ## 24. Ouhadi V. R., Amiri M., Hamidi S., "Dispersive soil improvement with lime, special attention to the reduction of peak intensity of clay minerals in XRD analysis", Modares Civil Engineering Journal, 14(2) (2014) 13-25 (In Persian). ## 25. Bell F. G., "Lime stabilization of clay minerals and soil", Engineering Geology, 42 (4) (1996) 223-237. ## 26. Maubec N., Deneele D., Ouvrard G., "Influence of the clay type on the strength evolution of lime treated material", Applied Clay Science, 137 (2017) 107-114. ## 27. Van Olphen H., "An introduction to clay colloid chemistry", John Wiley, 2nd Edition, New York (1977). ## 28. Gaucher E. C., Blanc P., "Cement/clay interactions-a review: experiments, natural analogues, and modeling", Waste Management##