27413

بررسي تأثير يون كلرايد بر مقاومت خاك‌هاي ماسه¬اي بهسازي شده با سيمان¬هاي ژئوپليمري و پرتلند

دكتري

مهندسي عمران - مكانيك خاك و پي

1401-1402

1401/08/16

دكتر حميدرضا رازقي

مهندسي عمران

خاك‌هاي نمكي معمولاً به دليل ويژگي¬هاي ژئوتكنيكي نامناسب خود نمي¬توانند نيازهاي پروژه¬هاي مهندسي را برآورده كنند. به همين دليل از لحاظ علم مهندسي ژئوتكنيك، همواره به عنوان يكي از خاك‌هاي مشكل-ساز در سطح جهان شناخته مي¬شوند. سيمان پرتلند به‌عنوان پركاربردترين ماده مورد استفاده در زمينه بهسازي شيميايي خاك، علاوه بر داشتن آثار زيست¬محيطي مخرب (از جمله مصرف انرژي بالا و انتشار گازهاي گلخانه¬اي در هنگام توليد آن)، محدوديت¬هايي از لحاظ كاربرد در خاك‌هاي آلوده به يون كلرايد دارد. چرا كه اكثر تحقيقات گذشته به عملكرد ضعيف سيمان پرتلند در خاك‌هاي آلوده به يون كلرايد به ويژه در بلندمدت اشاره كرده¬اند. در ساليان اخير، سيمان¬هاي قليا فعال به‌عنوان نسل جديد تثبيت¬كننده¬هاي شيميايي خاك مطرح شده¬اند. استفاده از سيمان قليافعال نه تنها مسائل زيست¬محيطي ناشي از توليد سيمان پرتلند را ندارد، بلكه مواد اوليه¬اي كه معمولاً براي توليد اين ماده استفاده مي¬شوند، مواد آلومينوسيليكاتي نظير سرباره‌هاي صنعتي، ضايعات ساختماني و پوزولان¬هاي طبيعي هستند كه اين مسأله علاوه بر كمك به حفظ محيط¬زيست، مي¬تواند باعث ايجاد ارزش افزوده براي پسماندهاي صنعتي و استفاده مؤثر از معادن بلااستفاده شود. با اين وجود، به منظور استفاده از سيمان¬¬هاي قليا فعال به عنوان تثبيت¬كننده¬هاي شيميايي خاك، بايستي عملكرد اين نوع سيمان¬ها در برابر شرايط مخرب محيطي از جمله خاك‌هاي نمكي مورد بررسي قرار گيرد. لذا در اين پژوهش ابتدا اثرات سديم كلرايد بر خواص ريزساختاري و مكانيكي نمونه¬هاي مكعبي شكل خمير سيمان پرتلند و قليافعال مورد بررسي قرار گرفت. سپس اثرات سديم كلرايد بر خواص ريزساختاري و مكانيكي خاك ماسه¬اي بهسازي شده با پوزولان تفتان/سرباره قليا فعال بررسي شد. همچنين اثرات نوع پيش ماده، درصد جايگزيني سرباره، زمان و شرايط عمل آوري و همچنين مقدار سديم كلرايد بر مقاومت فشاري محصورنشده خاك بهسازي شده مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر اين، آناليزهاي ريزساختاري، از جمله آزمايش‌هاي X-ray Diffraction (XRD)، Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) و Scanning Electron Microscopy (SEM)، براي درك تعامل فيزيكي و شيميايي يون‌هاي كلرايد و سيمان‌هاي قليا فعال انجام شد. نتايج نشان داد كه سرباره قليا فعال مي¬تواند جايگزيني مناسب براي سيمان پرتلند براي پروژه¬هاي بهسازي خاك در محيط هاي شور تلقي گردد. افزايش مقدار سديم كلرايد تا 1 درصد وزني خاك باعث افزايش مقاومت فشاري تا 244 درصد در نمونه‌هاي با 50 و 100 درصد وزني سرباره شد و افزودن بيشتر سديم كلرايد، تأثير معني‌داري بر مقاومت نمونه ها در تمام شرايط عمل آوري نداشت. بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد كه جايگزيني پوزولان تفتان با سرباره منجر به تشكيل ژل‌هاي C-S-H و C-A-S-H شد و اين مسأله باعث كاهش تخلخل نمونه‌ها و افزايش مقاومت فشاري محصورنشده گرديد. علاوه بر اين، مكانيزم‌هاي جذب سطحي و كپسوله‌سازي شيميايي در نمونه‌هاي خاك بهسازي شده حاوي سرباره و پوزولان تفتان همزمان رخ دادند.

1401/09/02

Investigation of the effect of chloride ion on the mechanical strength of geopolymer/ Portland cement stabilized sandy soils

1/1/1900 12:00:00 AM

Saline soils usually cannot meet the needs of engineering projects due to their inappropriate geotechnical characteristics. For this reason, in terms of geotechnical engineering, they are always known as one of the problematic soils in the world. Portland cement, as the most widely used material in the field of chemical soil improvement, in addition to having harmful environmental effects (including high energy consumption and greenhouse gas emissions during its production), has limitations in terms of its use in saline soils. Because most of the past researches have pointed to the poor long-term mechanical strength of Portland cement stabilized saline soils. In recent years, alkali activated cements have been proposed as a new generation of chemical soil stabilizers. The use of alkali activated cement not only does not have the environmental problems caused by the production of Portland cement, but the raw materials that are usually used to produce this material are aluminosilicate materials such as industrial slag, construction waste and natural pozzolans, which can preserve the environment and can create added value for industrial waste and effective use of unused mines. Nevertheless, in order to use alkali activated cements as chemical soil stabilizers, the performance of these types of cements against harmful environmental conditions, including saline soils, should be investigated. Therefore, in this research, the effects of sodium chloride on the microstructural and mechanical properties of cubic samples of Portland/alkali activated cement paste were investigated. Then, the effects of sodium chloride on the microstructural and mechanical properties of Portland cement and alkali activated Taftan pozzolan/slag stabilized sandy soil were investigated. Also, the effects of precursor type, slag replacement percentage, curing time and curing conditions, as well as the amount of sodium chloride on the unconfined compressive strength of the stabilized soil were investigated. In addition, microstructural analyses, including X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) tests, were performed to understand the physical and chemical interaction of chloride ions and activated alkali cements. The results showed that activated alkali slag can be considered as a suitable alternative to Portland cement for soil improvement projects in saline environments. The increase in sodium chloride (NaCl) content up to 1 wt.% caused the strength development up to 244% in specimens with 50 and 100 wt.% slag and adding more NaCl had no significant effect on the strength in all curing conditions. Microstructural investigations showed that the replacement of volcanic ash with slag resulted in the formation of C-S-H and C-A-S-H gels that reduced the porosity of the samples and increased mechanical strength. Furthermore, surface adsorption and chemical encapsulation mechanisms co-occurred in stabilized soil samples containing slag and volcanic ash.

بهسازي خاك , سيمان پرتلند , سيمان قليا فعال , يون كلرايد

Soil stabilization , Portland cement , Alkali activated cement , Chloride ion

Pooria Ghadir

Dr. Hamid Reza Razeghi