جاده

جاده

ارزیابی مقاومت فشاری خاک ماسه‌بادی تثبیت‌شده با فعال‌کننده‌های قلیایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران
چکیده
در بیابان‌ها، ماسه‌های بادی به دلیل کمبود آب، بادهای شدید و تغییرات دما تشکیل‌شده و به‌طور طبیعی دارای استحکام و ظرفیت باربری کمی می‌باشند. این نوع خاک‌ها به دلیل ویژگی‌های فیزیکی خاص خود برای استفاده در پروژه‌های راهسازی مناسب نیستند و نیازمند بهسازی، ازجمله تثبیت با افزودنی‌ها، می‌باشند. روش‌های سنتی تثبیت مانند استفاده از سیمان یا آهک، به دلیل اثرات نامطلوب زیست‌محیطی، به‌عنوان گزینه‌های مناسب شناخته‌نشده‌اند. در سال‌های اخیر، بهره‌گیری از محلول‌های فعال‌کننده قلیایی و ژئوپلیمرها به دلیل کاهش انتشار گاز CO2، مصرف کمتر انرژی و سازگاری بیشتر با توسعه پایدار نسبت به سیمان و آهک، به‌عنوان گزینه‌ای سبز و مقرون‌به‌صرفه معرفی‌شده‌اند. در این پژوهش، به‌منظور بهسازی و تثبیت خاک ماسه‌بادی از نسبت‌های مختلف سیلیکات سدیم به سدیم هیدروکسید (۱، ۲ و ۴) با غلظت‌های ۸، ۱۰ و ۱۲ مولار استفاده‌شده است. آزمایش‌های تراکم، مقاومت فشاری تک‌محوری و تحلیل‌های XRD و SEM برای ارزیابی ریزساختار خاک ماسه‌بادی تثبیت‌شده انجام شدند. مقاومت فشاری نمونه‌ها در زمان‌های عمل‌آوری ۷، ۲۸، ۵۶ و ۹۱ روزه اندازه‌گیری شد و مشخص گردید که بیشترین مقاومت فشاری در نمونه‌های تثبیت‌شده با نسبت ۲ سیلیکات سدیم به سدیم هیدروکسید و غلظت ۱۲ مولار پس از ۹۱ روز عمل‌آوری حاصل شد. تحلیل SEM نشان داد که تغییرات ریزساختاری خاک محدود بوده است که این امر به دلیل کمبود سیلیس و آلومینیوم کافی برای تشکیل ژل ژئوپلیمری تفسیر شد. درمجموع، ترکیب محلول سیلیکات سدیم و سدیم هیدروکسید با نسبت ۲ به ۱ و غلظت ۱۲ مولار به‌عنوان مؤثرترین گزینه برای بهبود مقاومت خاک ماسه‌بادی معرفی شد.
کلیدواژه‌ها

-برزگری دهجی، محمد. (1395). مطالعه آزمایشگاهی امکان‌سنجی ژئوپلیمر پوزولان تفتان برای تثبیت خاک. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته.
-نژاد کورکی، مجتبی، غنی­زاده، علیرضا و بختیاری سمیه (١٤٠3). تثبیت باطله سنگ‌آهن مگنتیت با ژئوپلیمر بر پایه متاکائولن به‌عنوان مصالح راهسازی، فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل 121، (٤)، 88-63.
-میرزائی، کوروش غنی زاده علیرضا و بختیاری سمیه (١٤٠١). تثبیت بستر رسی با استفاده از ژئوپلیمر سنتز شده از سرباره خاکستر بادی دیاتومیت و خاکستر پوسته برنج. فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل 13، (٤)، ٢٠٦٤-٢٠٤٣.
-Abderrahmane, Ghrieb, and Mitiche-Kettab Ratiba (2013). Stabilized Dune Sand for Road Foundation Layers-Case of the Dune Sand of the Region of Djelfa (Algeria). Applied Mechanics and Materials, 319:263–77.
-AlKarni, Awad, and Sherif M. ElKholy (2012). Improving Geotechnical Properties of Dune Sands through Cement Stabilization. Journal of Engineering and Computer Sciences, 5(1):1–19.
-Amhadi, Talal S., and Gabriel J. Assaf (2021). Improvement of Pavement Subgrade by Adding Cement and Fly Ash to Natural Desert Sand. Infrastructures, 6(11):151.
-Andrejkovičová, S., A. Sudagar, J. Rocha, C. Patinha, W. Hajjaji, E. Ferreira da Silva, A. Velosa, and F. Rocha (2016). The Effect of Natural Zeolite on Microstructure, Mechanical and Heavy Metals Adsorption Properties of Metakaolin Based Geopolymers. Applied Clay Science, 126:141–52.
-Cristelo, Nuno, Stephanie Glendinning, Lisete Fernandes, and Amândio Teixeira Pinto (2012). Effect of Calcium Content on Soil Stabilisation with Alkaline Activation. Construction and Building Materials, 29:167–74.
-Daneshgar, Pouria, Saeed Ghaffarpour Jahromi, and Hamed Arzani (2023). Investigation of the Behavior of Ahvaz Sand Soil Stabilized with Metakaolin. Amirkabir Journal of Civil Engineering­, 55(2):337–58.
-Disu, Adedeji A., and Prabir K. Kolay (2021). A Critical Appraisal of Soil Stabilization Using Geopolymers: The Past, Present and Future. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering, 7(2):23.
-Görhan, Gökhan (2015). The Evaluation with Anova of the Effect of Lime Admixture and Thermal Cure Time on Fly Ash Paste Activated with Sodium Silicate Solution. Construction and Building Materials, 94:228–34.
-Hajiani Boushehrian, Alireza (2022). Effect of Sodium Hydroxide Additive on Mechanical Properties and Durability of Self-Compacting Concrete with Sulfate Aggregates in Chloride Environment. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 46(5):3819–32.
-Heah, C. Y., H. Kamarudin, A. M. Mustafa Al Bakri, M. Bnhussain, M. Luqman, I. Khairul Nizar, C. M. Ruzaidi, and Y. M. Liew (2013). Kaolin-Based Geopolymers with Various NaOH Concentrations. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 20:313–22.
-Hussain, Saddam (2019). Stabilization of Expansive Soil Using Sodium Hydroxide.
-Jamil, Noorina Hidayu, Mohd Mustafa Al Bakri Abdullah, Faizul Che Pa, Mohamad Hasmaliza, Wan Mohd Arif W. Ibrahim, Ikmal Hakem A. Aziz, Bartłomiej Jeż, and Marcin Nabiałek (2021). Phase Transformation of Kaolin-Ground Granulated Blast Furnace Slag from Geopolymerization to Sintering Process. Magnetochemistry, 7(3):32.
-Keshav, K., M. K. Mishra, and J. P. Singh (2018). Stabilization of Soil Using Sodium Hydroxide Additive. Int J Res Eng Appl Manag, 4(2):328–32.
-Khoury, Hani N. (2019). Review of Clays and Clay Minerals in Jordan. Arabian Journal of Geosciences, 12(23):706-707.
-Kim, Young-sang, My Quoc Dang, and Tan Manh Do, (2016). Studies on Compressive Strength of Sand Stabilized by Alkali-Activated Ground Bottom Ash and Cured at the Ambient Conditions. International Journal of
Geo-Engineering,
7:1–8.
-Kulanthaivel, P., S. Selvakumar, B. Soundara, and A. R. Krishnaraja (2023). Strength Enhancement of Clay Soil Stabilized with Ordinary Portland Cement, Sodium Silicate and Sodium Hydroxide. International Journal of Pavement Research and Technology, 16(5):1297–1310.
-Li, Xiaoguang, Panqi Wang, Zhizhong Guo, Jinyi Qin, and Kun Liang (2022). Effect of Fe2+/Fe3+ on High-Strength Ceramsite Prepared by Sintering Geopolymers Using Iron Ore Tailings. Ceramics International, 48(4):5681–88.
-Li, Yulin, Jianyuan Cui, Tonghui Zhang, Toshiya Okuro, and Sam Drake (2009). Effectiveness of Sand-Fixing Measures on Desert Land Restoration in Kerqin Sandy Land, Northern China. Ecological Engineering, 35(1):118–27.
-Longos Jr, Alberto, April Anne Tigue, Ithan Jessemar Dollente, Roy Alvin Malenab, Ivyleen Bernardo-Arugay, Hirofumi Hinode, Winarto Kurniawan, and Michael Angelo Promentilla. (2020). Optimization of the Mix Formulation of Geopolymer Using Nickel-Laterite Mine Waste and Coal Fly Ash. Minerals, 10(12):1144.
-Mehena, Oualit, Irekti Amar, and Jauberthie Raoul (2017). Strength and Setting Times of Metakaolincement-Based Geopolymer Pastes. American Journal of Civil and Environmental Engineering, 2(4):30–36.
-Neumann, Frank, and Manfred Curbach (2018). Thermal Treatment of Desert Sand to Produce Construction Material. P. 1030 in MATEC Web of Conferences. EDP Sciences. Vol. 149.
-Olaniyan, O. S., R. A. Olaoye, O. M. Okeyinka, and D. B. Olaniyan (2011). Soil Stabilization Techniques Using Sodium Hydroxide Additives. International Journal of Civil & Environmental Engineering, 11(6):9–22.
-Onyelowe, Kennedy, Clifford Igboayaka, Francis Orji, Henry Ugwuanyi, and Duc Bui Van. (2019). Triaxial and Density Behaviour of Quarry Dust Based Geopolymer Cement Treated Expansive Soil with Crushed Waste Glasses for Pavement Foundation Purposes. International Journal of Pavement Research and Technology, 12:78–87.
-Padmakumar, G. P., K. Srinivas, K. V Uday, K. R. Iyer, Pankaj Pathak, S. M. Keshava, and D. N. Singh (2012). Characterization of Aeolian Sands from Indian Desert. Engineering Geology 139:38–49.
-Pourakbar, Shahram, and Bujang Kim Huat (2017). A Review of Alternatives Traditional Cementitious Binders for Engineering Improvement of Soils. International Journal of Geotechnical Engineering, 11(2):206–16.
-Rahman, Inayat Ur, Muhammad Raheel, Muhammad Wajahat Ali Khawaja, Rawid Khan, Jie Li, Arsalaan Khan, and Muhammad Tariq Khan (2021). Characterization of Engineering Properties of Weak Subgrade Soils with Different Pozzolanic & Cementitious Additives. Case Studies in Construction Materials, 15:e00676.
-Ramesh, H. N., and B. V Manjunatha (2020). Justification of Strength Properties of Microstructural Changes in the Black Cotton Soil Stabilized with Rice Husk Ash and Carbide Lime in the Presence of Sodium Salts. SN Applied Sciences, 2(3):457.
-Rao, Feng, and Qi Liu. (2015). Geopolymerization and Its Potential Application in Mine Tailings Consolidation: A Review. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review 36(6):399–409.
-Rashad, Alaa M., and Ahmed S. Ouda (2019). Thermal Resistance of Alkali-Activated Metakaolin Pastes Containing Nano-Silica Particles. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 136:609–20.
-Seif, El-Sayed Sedek Abu. (2013). Assessing the Engineering Properties of Concrete Made with Fine Dune Sands: An Experimental Study. Arabian Journal of Geosciences 6:857–63.
-Shalabi, Faisal I., Javed Mazher, Kaffayatullah Khan, Mohammed Alsuliman, Ibrahim Almustafa, Ward Mahmoud, and Naif Alomran (2019). Cement-Stabilized Waste Sand as Sustainable Construction Materials for Foundations and Highway Roads. Materials, 12(4):600.
-Shi, Xianzeng, Qingkun Zha, Shuqing Li, Guojun Cai, Dun Wu, and Chaojiao Zhai (2022). Experimental Study on the Mechanical Properties and Microstructure of Metakaolin-Based Geopolymer Modified Clay. Molecules, 27(15):4805.
-Zainal, Farah Farhana, Muhammad Faiz Fazill, Hussin Kamarudin, Azmi Rahmat, Mohd Mustafa Al Bakri Abdullah, and Warid Wazien (2018). Effect of Geopolymer Coating on Mild Steel. Solid State Phenomena, 273:175–80.