عنوان

بررسی آزمایشگاهی تأثیر استفاده از نانو ذرات بر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی خاک‌های ریزدانه (مطالعه موردی)‍‍

۵۱۱۸پ

فارسی

بررسی آزمایشگاهی تأثیر استفاده از نانو ذرات بر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی خاک‌های ریزدانه (مطالعه موردی)‍‍

[پایان نامه]

احسان برزگر

صنعتی سهند

۱۴۰۱

۱۸۴ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی عمران- ژئوتکنیک

۱۴۰۱/۱۱/۰۱

در مهندسی ژئوتکنیک، خاک‌های ریزدانه به عنوان خاک‌های دارای مشکل از نظر ظرفیت باربری، تورم و رمبندگی شناخته می‌شوند. از گذشته‌های دور استفاده از افزودنی‌های مختلف مانند سیمان و نانو مواد، به عنوان یکی از روش‌های مؤثر برای بهسازی و تثبیت خاک، مدنظر پژوهشگران بوده‌است. نانوذرات دارای مشخصاتی همچون اندازه بسیار کوچک، سطح ویژه بالا و بارهاي سطحی بوده و لذا به صورت فعالی با دیگر ذرات خاك واکنش می‌دهند. بنابراین حتی در صورت استفاده بسیار کم از این ذرات در محیط‌هاي خاکی، خصوصیات مهندسی خاك به صورت ویژه‌اي تحت تأثیر قرار می‌گیرد. در این پایان‌نامه ضمن تولید نانو‌ذرات متاکائولن به روش آسیاب گلوله‌ای، به ارزیابی اثر توام افزودن درصدهای مختلف سیمان و نانومتاکائولن به خاک‌های مختلف و اندازه‌گیری پارامترهای فیزیکی و مکانیکی پرداخته ‌شده‌است. طبق آنالیز صورت گرفته بر روی ذرات متاکائولن، حدود 58 درصد ذرات قطری بزرگتر از 021/0 میلی‌متر داشته که با استفاده از روش مکانیکی تولید نانوذرات، اندازه ذرات کاهش یافته، بطوریکه قطر ۱۰ درصد ذرات ۱۰ نانومتر و قطر ۲۰ درصد ذرات ۱۰۰ نانومتر می‌باشند. طبق نتایج بدست‌آمده، در صورت استفاده از 20 درصد نانومتاکائولن در خاک رس، مقاومت فشاری خاک 52 درصد افزایش و در صورت استفاده از 15 درصد سیمان برای بهسازی خاک رسی و سیلتی به ترتیب، مقاومت فشاری خاک 213 و 299 درصد افزایش می‌یابد. به منظور کاهش مصرف سیمان و آلودگی زیست محیطی ناشی از تولید سیمان، نانومتاکائولن و سیمان بصورت ترکیبی برای بهسازی خاک استفاده شده‌است که برای تعیین نسبت اختلاط مواد افزودنی در خاک، از نتایج آزمایش مقاومت فشاری بهره برده شده‌است که طبق نتایج با افزودن 15 درصد نانومتاکائولن و سیمان به نسبت 1 به 3 به خاک رسی و سیلتی، مقاومت فشاری تک محوری خاک رس و سیلت، به ترتیب 351 و 335 درصد افزایش می‌یابد. همچنین حد روانی و حد خمیری خاک رسی به ترتیب 22 و 48 درصد افزایش و شاخص خمیری خاک نیز 16 درصد کاهش و برای خاک سیلتی، حد روانی و خمیری به ترتیب 22 و 29 درصد افزایش و شاخص خمیری خاک نیز 14 درصد کاهش می‌یابد و وزن مخصوص خشک ماکزیمم خاک رسی و سیلتی نیز، به ترتیب 9/7 و 3/4 درصد کاهش پیدا کرده‌است. همچنین افزودن 15 درصد سیمان و نانومتاکائولن به خاک رس، به ترتیب باعث کاهش 34، 52 و 36 درصدی ضریب شاخص فشردگی و ضریب تحکیم نهایی و شاخص تورم شده و در خاک سیلت نیز به ترتیب باعث کاهش 78، 41 و 50 درصدی ضرایب تحکیم می‌گردد. از طرفی با افزودن 15 درصد سیمان و نانومتاکائولن به خاک رس و سیلت، به ترتیب زاویه اصطکاک داخلی خاک 50 و 33 درصد افزایش می‌یابد. همچنین بمنظور ارزیابی کارآیی این ماده افزودنی ترکیبی حاوی نانوذرات متاکائولن در خاک‌های دانه‌ای، در درصد مشخصی از این ماده افزودنی ترکیبی، تاثیر تغییرات میزان بخش رسی آن در یک خاک ماسه‌ای سیلت‌‌دار مورد بررسی قرار گرفته‌است. مطابق نتایج حاصله، افزایش مقاومت فشاری و زاویه اصطکاک خاک دانه‌ای صرفاً ناشی از بخش سیمانی این ماده افزودنی ترکیبی می‌باشد.

In geotechnical engineering, fine-grained soils are known as soils with problems in terms of bearing capacity, swelling and compaction. Since the distant past, the use of various additives such as nano materials and cement has been considered by researchers as one of the effective methods for soil improvement and stabilization. Nanoparticles have characteristics such as very small size, high specific surface and surface charges, and therefore they actively react with other soil particles. Therefore, even if these particles are used very little in soil environments, the engineering properties of soil are affected in a special way. In this thesis, while producing metakaolin nanoparticles by ball milling, the effect of adding different percentages of cement and nanometakaolin to different soils and measuring physical and mechanical parameters have been evaluated. According to the analysis carried out on metakaolin particles, about 58% of the particles have a diameter larger than 0.021 mm, and by using the mechanical method of producing nanoparticles, the size of the particles has been reduced, so that the diameter of 10% of the particles is 10 nm and the diameter of 20% of the particles is 100 nm. According to the obtained results, if 20% of nanometakaolin is used in clay, the compressive strength of the soil increases by 52%, and if 15% of cement is used to improve clay and silty soil, the compressive strength of the soil increases by 213% and 299%, respectively. In order to reduce cement consumption and environmental pollution caused by cement production, nanometakaolin and cement have been used in combination to improve the soil, and to determine the mixing ratio of additives in the soil, the results of the compressive strength test have been used, which according to the results with the addition of 15% cement and nanometakaolin in a ratio of 1 to 3 to clay and silt, the uniaxial compressive strength of clay and silt increases by 351 and 335%, respectively. Also, the liquid limit and plastic limit of clay soil increases by 22 and 48%, respectively, and the soil plastic index decreases by 16%, and for silty soil, the liquid and plastic limit increases by 22 and 29%, respectively, and the soil plastic index decreases by 14%, and the weight The dry maximum of clay and silty soil has also decreased by 7.9 and 4.3%, respectively. Also, adding 15% of cement and nanometakaolin to clay reduces the compression coefficient, the final consolidation coefficient, and the swelling index by 34, 52, and 36%, respectively, and in silt soil, it decreases the consolidation coefficient by 78, 41, and 50%, respectively.On the other hand, by adding 15% of cement and nanometakaolin to clay and silt, the internal friction angle of the soil increases by 50% and 33%, respectively. Also, in order to evaluate the efficiency of this combined additive containing metakaolin nanoparticles in granular soils, in a certain percentage of this combined additive, the effect of changes in the amount of its clay part in a silty sandy soil has been investigated. According to the obtained results, the increase in compressive strength and friction angle of granular soil is only caused by the cement part of this composite additive.

Experimental study of the effect of the nanoparticles on the physical, chemical and mechanical properties of the fine-grained soils

بهسازي خاك

نانو ذرات

خاک ریزدانه

ماسه سیلتی

بهسازي خاك، نانو ذرات، خاک ریزدانه، ماسه سیلتی

soil improvement, nanoparticles, fine-grained soil, silty sand

برزگر، احسان

امامی تبریزی

افشین

قدس شریف

، مهرداد

، حسن

، غلامرضا

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

مهندسی عمران، ۳۰۳۴۶، ۱۴۰۱

p

TF

92029

a

Y