شماره ركورد
34124
پديد آورنده
احسان نيك گفتار
عنوان
بررسي تاثير افزودن كربن سياه بر مشخصه هاي مكانيكي و نفوذپذيري خاك ماسه اي تثبيت شده
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- ژئوتكنيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/26
استاد راهنما
دكتر محسن صابرماهاني
استاد مشاور
دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
بهسازي خاكهاي بومي بهمنظور ارتقاي ويژگيهاي مكانيكي و كاهش نفوذپذيري از موضوعات بنيادين در مهندسي ژئوتكنيك بهشمار ميرود. در سالهاي اخير، بهرهگيري از مواد تثبيتكنندهاي همچون سيمان در تركيب با افزودنيهاي ميكرو و نانوساختار، بهدليل توانايي آنها در اصلاح ريزساختار و افزايش چسبندگي بينذرهاي، مورد توجه بسياري از پژوهشها قرار گرفته است. در اين ميان، پودر كربن آمورف آبگريز بهعنوان محصول جانبي فرآيندهاي صنعتي، علاوه بر ويژگيهاي فيزيكي مؤثر بر كاهش نفوذپذيري و بهبود مقاومت، از ديدگاه زيستمحيطي نيز گزينهاي پايدار بهشمار ميآيد. در اين پژوهش، اثر افزودن پودر كربن آمورف آبگريز بر رفتار مكانيكي و هيدروليكي خاك ماسهاي تثبيتشده با سيمان مورد ارزيابي قرار گرفت. در مرحله نخست، بهمنظور تعيين مقدار بهينه سيمان، آزمايشهاي نفوذپذيري بر روي نمونههايي با درصدهاي مختلف سيمان در بازه 2 تا 8 درصد انجام شد و بر اساس نتايج حاصل، مقدار 6 درصد بهعنوان مقدار بهينه با در نظر گرفتن معيارهاي فني و اقتصادي انتخاب گرديد. در ادامه، مقادير 5، 10، 15، 20 و 30 درصد وزني سيمان از پودر كربن آمورف به تركيب افزوده و نمونهها با تراكم نسبي 90 درصد آماده شدند. بر روي نمونههاي ساختهشده، مجموعه آزمايشهاي برش مستقيم، تكمحوري، نفوذپذيري و تخلخلسنجي نيتروژن انجام گرفت. نتايج حاصل از آزمونهاي برش مستقيم نشان داد كه افزودن كربن آمورف سبب افزايش قابل ملاحظه چسبندگي و زاويه اصطكاك داخلي شده و در نتيجه، مقاومت برشي مخلوط بهطور چشمگيري بهبود يافته است. بيشترين مقادير اين دو پارامتر بهترتيب 54٫67 كيلوپاسكال و 40٫21 درجه در نمونه حاوي 30 درصد كربن ثبت گرديد. در مقابل، افزايش سيمان بهتنهايي موجب رشد ضريب نفوذپذيري شد، در حاليكه تركيب آن با پودر كربن اين روند را معكوس نمود؛ بهگونهاي كه در نمونههاي حاوي 20 درصد كربن، كمترين ميزان نفوذپذيري به دست آمد. اين رفتار به خاصيت آبگريزي و پركنندگي ذرات كربن و مسدود شدن مسيرهاي جريان در شبكه خاك-سيمان نسبت داده شد. علاوه بر اين، نتايج آزمايش تكمحوري حاكي از افزايش مقاومت فشاري و مدول الاستيسيته تا 20 درصد كربن و افت نسبي آن در 30 درصد بود كه ناشي از ايجاد ساختارهاي ناهمگن و متخلخل در مقادير بالاي افزودني ارزيابي شد. نتايج آزمون تخلخلسنجي نيز روندي كاهشي در تخلخل كل تا 30 درصد كربن نشان داد كه با كاهش ضريب نفوذپذيري سازگار بود. در مجموع، يافتههاي تحقيق بيانگر آن است كه استفاده از پودر كربن آمورف آبگريز در تركيب با سيمان، علاوه بر بهبود همزمان ويژگيهاي مقاومتي و هيدروليكي خاك ماسهاي، راهكاري كارآمد و پايدار براي ارتقاي عملكرد ژئوتكنيكي و كاهش اثرات زيستمحيطي پسماندهاي صنعتي فراهم ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/11
عنوان به انگليسي
Investigating the effect of carbon black addition on the mechanical characteristics and permeability of stabilized sandy soil
تاريخ بهره برداري
10/18/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احسان نيك گفتار
چكيده به لاتين
The improvement of native soils to enhance mechanical properties and reduce permeability is one of the fundamental topics in geotechnical engineering. In recent years, the use of stabilizing agents such as cement combined with micro- and nanostructured additives has attracted significant attention due to their ability to modify the microstructure and increase interparticle bonding. Among these materials, hydrophobic amorphous carbon powder, as a by-product of industrial processes, is considered a sustainable option not only because of its effective physical characteristics in reducing permeability and enhancing strength but also due to its environmental advantages. In this study, the effect of adding hydrophobic amorphous carbon powder on the mechanical and hydraulic behavior of cement-stabilized sandy soil was evaluated. Initially, to determine the optimum cement content, permeability tests were performed on samples containing different cement percentages ranging from 2% to 8%. Based on the results, 6% cement was selected as the optimal value considering both technical and economic criteria. Subsequently, amorphous carbon powder was added to the mixtures at 5%, 10%, 15%, 20%, and 30% by weight of cement, and the samples were prepared with a relative density of 90%. A series of direct shear, unconfined compressive strength (UCS), permeability, and nitrogen porosimetry tests were conducted on the prepared specimens. The results of the direct shear tests indicated that the addition of amorphous carbon significantly increased cohesion and the internal friction angle, leading to a substantial improvement in the shear strength of the mixture. The maximum values of these two parameters were recorded as 54.67 kPa and 40.21°, respectively, in the sample containing 30% carbon. Conversely, increasing the cement content alone led to a rise in the permeability coefficient, while combining it with carbon powder reversed this trend; the lowest permeability was observed in samples containing 20% carbon. This behavior was attributed to the hydrophobic and filler properties of the carbon particles, which blocked flow paths within the soil–cement matrix. Furthermore, the UCS test results showed an increase in compressive strength and elastic modulus up to 20% carbon, followed by a slight reduction at 30%, attributed to the formation of heterogeneous and porous structures at higher additive contents. The porosimetry results also demonstrated a continuous decrease in total porosity up to 30% carbon, consistent with the observed reduction in permeability. Overall, the findings indicated that the incorporation of hydrophobic amorphous carbon powder with cement not only improves the mechanical and hydraulic properties of sandy soils simultaneously but also provides an efficient and sustainable approach for enhancing geotechnical performance while mitigating the environmental impacts of industrial waste materials.
كليدواژه هاي فارسي
پودر كربن آمورف آبگريز , تثبيت خاك , ماسه 161 فيروزكوه , مواد افزودني
كليدواژه هاي لاتين
Hydrophobic Amorphous Carbon Powder , Soil Stabilization , Firoozkooh 161 Sand , Additive Materials , Permeability
Author
Ehsan Nikgoftar
SuperVisor
Mohsen Sabermahani